JPH08264835A - 化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
化合物半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JPH08264835A JPH08264835A JP6804795A JP6804795A JPH08264835A JP H08264835 A JPH08264835 A JP H08264835A JP 6804795 A JP6804795 A JP 6804795A JP 6804795 A JP6804795 A JP 6804795A JP H08264835 A JPH08264835 A JP H08264835A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高性能の化合物半導体発光素子およびそれを
工業的に製造できる方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成された厚
さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層２
と、バッファ層２上に形成されたＡｌx Ｇａ1-xＮ（た
だし、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層３と、バ
ッファ層２とエピタキシャル層３との界面に位置する不
整合面８と、エピタキシャル層３上に形成された発光層
４と、発光層４上に形成されたクラッド層５とを含む。
バッファ層２は、有機金属クロライド気相エピタキシ成
長法により、第１の温度で形成され、エピタキシャル層
３は、有機金属クロライド気相エピタキシ成長法によ
り、第１の温度より高い第２の温度で形成される。
工業的に製造できる方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成された厚
さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層２
と、バッファ層２上に形成されたＡｌx Ｇａ1-xＮ（た
だし、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層３と、バ
ッファ層２とエピタキシャル層３との界面に位置する不
整合面８と、エピタキシャル層３上に形成された発光層
４と、発光層４上に形成されたクラッド層５とを含む。
バッファ層２は、有機金属クロライド気相エピタキシ成
長法により、第１の温度で形成され、エピタキシャル層
３は、有機金属クロライド気相エピタキシ成長法によ
り、第１の温度より高い第２の温度で形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化合物半導体発光素
子およびその製造方法に関するものであり、特に、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いたＧａ
Ｎ系の化合物半導体発光素子およびその製造方法に関す
るものである。
子およびその製造方法に関するものであり、特に、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いたＧａ
Ｎ系の化合物半導体発光素子およびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、たとえば日経サイエンス１９９
４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が開始
されているサファイア基板を用いたＧａＮ系の青色およ
び緑色発光素子（ＬＥＤ）の構造を示す断面図である。
４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が開始
されているサファイア基板を用いたＧａＮ系の青色およ
び緑色発光素子（ＬＥＤ）の構造を示す断面図である。
【０００３】図５を参照して、この青色および緑色発光
素子は、サファイア基板１１と、基板１１上に形成され
た窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層１２と、ＧａＮバ
ッファ層１２上に形成された六方晶のＧａＮエピタキシ
ャル層１３とから構成されたエピタキシャルウェハ上
に、クラッド層１４、発光層１５、クラッド層１６およ
びＧａＮエピタキシャル層１７が順に形成され、ＧａＮ
エピタキシャル層１３，１７上には、オーミック電極１
８，１９がそれぞれ形成されている。また、この青色お
よび緑色発光素子において、ＧａＮバッファ層１２は、
サファイア基板１１とＧａＮエピタキシャル層１３との
格子定数の差による歪を緩和するために設けられてい
る。
素子は、サファイア基板１１と、基板１１上に形成され
た窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層１２と、ＧａＮバ
ッファ層１２上に形成された六方晶のＧａＮエピタキシ
ャル層１３とから構成されたエピタキシャルウェハ上
に、クラッド層１４、発光層１５、クラッド層１６およ
びＧａＮエピタキシャル層１７が順に形成され、ＧａＮ
エピタキシャル層１３，１７上には、オーミック電極１
８，１９がそれぞれ形成されている。また、この青色お
よび緑色発光素子において、ＧａＮバッファ層１２は、
サファイア基板１１とＧａＮエピタキシャル層１３との
格子定数の差による歪を緩和するために設けられてい
る。
【０００４】図５を参照して、この青色および緑色発光
素子は、基板１１として絶縁性のサファイアを用いてい
るため、電極を形成して素子を作成する際には、２種の
電極を同一面側に形成する必要があることから、フォト
リソグラフィによるパターニングが２回以上必要とな
り、反応性イオンエッチングによる窒化物層のエッチン
グを行なう必要もあり、複雑な工程を要する。また、サ
ファイアは硬度が高いため、素子分離の際に取扱いにく
いという問題もある。さらに、このサファイアは、劈開
ができないため、劈開端面を光共振器とするレーザダイ
オードに適用できないという、発光素子応用面での問題
もあった。
素子は、基板１１として絶縁性のサファイアを用いてい
るため、電極を形成して素子を作成する際には、２種の
電極を同一面側に形成する必要があることから、フォト
リソグラフィによるパターニングが２回以上必要とな
り、反応性イオンエッチングによる窒化物層のエッチン
グを行なう必要もあり、複雑な工程を要する。また、サ
ファイアは硬度が高いため、素子分離の際に取扱いにく
いという問題もある。さらに、このサファイアは、劈開
ができないため、劈開端面を光共振器とするレーザダイ
オードに適用できないという、発光素子応用面での問題
もあった。
【０００５】また、従来の成長方法では成長温度が高い
ため、活性層であるＩｎＧａＮ層における高いＩｎ組成
比の成長ができないため、青緑色の発光素子を作製する
ことが困難であった。しかも、発光中心として亜鉛（Ｚ
ｎ）を入れることが必須要件となるため、発光波長が幅
広くなり、フルカラーディスプレイの表示の性能が劣る
など、素子としての応用面で技術的課題があった。
ため、活性層であるＩｎＧａＮ層における高いＩｎ組成
比の成長ができないため、青緑色の発光素子を作製する
ことが困難であった。しかも、発光中心として亜鉛（Ｚ
ｎ）を入れることが必須要件となるため、発光波長が幅
広くなり、フルカラーディスプレイの表示の性能が劣る
など、素子としての応用面で技術的課題があった。
【０００６】そこで、このような欠点を有するサファイ
アに代えて、導電性のＧａＡｓを基板として使用すると
いう試みがなされている。しかしながら、基板をＧａＡ
ｓに変更すると、サファイア基板を用いた場合と同様の
条件では、サファイア基板を用いた場合に匹敵するエピ
タキシャルウェハを得ることができなかった。
アに代えて、導電性のＧａＡｓを基板として使用すると
いう試みがなされている。しかしながら、基板をＧａＡ
ｓに変更すると、サファイア基板を用いた場合と同様の
条件では、サファイア基板を用いた場合に匹敵するエピ
タキシャルウェハを得ることができなかった。
【０００７】そのため、ＧａＡｓを基板に用いたエピタ
キシャルウェハの製造に関して、種々の研究が行なわれ
てきた。
キシャルウェハの製造に関して、種々の研究が行なわれ
てきた。
【０００８】これらの中で、たとえば、日本結晶成長学
会誌Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．５（１９９４） Supplement
Ｓ４０９〜Ｓ４１４（以下、「文献１」という）には、
図６に示すようなエピタキシャルウェハが開示されてい
る。
会誌Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．５（１９９４） Supplement
Ｓ４０９〜Ｓ４１４（以下、「文献１」という）には、
図６に示すようなエピタキシャルウェハが開示されてい
る。
【０００９】図６を参照して、このエピタキシャルウェ
ハは、ＧａＡｓ基板２１と、この基板２１上に形成され
たＧａＡｓバッファ層２２と、このＧａＡｓバッファ層
２２の表面を窒化処理することによりヒ素（Ａｓ）が窒
素（Ｎ）に置換されて得られたＧａＮ被膜２３と、この
ＧａＮ被膜２３上に形成されたＧａＮエピタキシャル層
２４とを備えている。
ハは、ＧａＡｓ基板２１と、この基板２１上に形成され
たＧａＡｓバッファ層２２と、このＧａＡｓバッファ層
２２の表面を窒化処理することによりヒ素（Ａｓ）が窒
素（Ｎ）に置換されて得られたＧａＮ被膜２３と、この
ＧａＮ被膜２３上に形成されたＧａＮエピタキシャル層
２４とを備えている。
【００１０】また、このエピタキシャルウェハの製造に
おけるＧａＮエピタキシャル層２４の形成には、ＯＭＶ
ＰＥ法（有機金属気相エピタキシ成長法）が用いられて
いる。このＯＭＶＰＥ法は、高周波加熱により反応室内
の基板のみを加熱しながら、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇａ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を含む
第２のガスとを反応室内に導入して、基板上にＧａＮエ
ピタキシャル層を気相成長させる方法である。
おけるＧａＮエピタキシャル層２４の形成には、ＯＭＶ
ＰＥ法（有機金属気相エピタキシ成長法）が用いられて
いる。このＯＭＶＰＥ法は、高周波加熱により反応室内
の基板のみを加熱しながら、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇａ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を含む
第２のガスとを反応室内に導入して、基板上にＧａＮエ
ピタキシャル層を気相成長させる方法である。
【００１１】また、たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．１７４７〜
１７５２（以下、「文献２」という）には、図７に示す
ようなエピタキシャルウェハが開示されている。
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．１７４７〜
１７５２（以下、「文献２」という）には、図７に示す
ようなエピタキシャルウェハが開示されている。
【００１２】図７を参照して、このエピタキシャルウェ
ハは、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソース分子線エピタキシ成
長法）により予めその表面に立方晶のＧａＮバッファ層
３２が形成された基板３１上に、立方晶のＧａＮエピタ
キシャル層３３が形成されている。
ハは、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソース分子線エピタキシ成
長法）により予めその表面に立方晶のＧａＮバッファ層
３２が形成された基板３１上に、立方晶のＧａＮエピタ
キシャル層３３が形成されている。
【００１３】このエピタキシャルウェハの製造における
ＧａＮエピタキシャル層３３の形成には、ハイドライド
ＶＰＥ法（気相エピタキシ成長法）が用いられている。
このハイドライドＶＰＥ法は、反応室内に、基板と、Ｇ
ａ金属を入れたソースボートとを設置し、抵抗加熱ヒー
タにより外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素
（ＨＣｌ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を
含む第２のガスとを導入して、基板上にＧａＮエピタキ
シャル層を気相成長させる方法である。
ＧａＮエピタキシャル層３３の形成には、ハイドライド
ＶＰＥ法（気相エピタキシ成長法）が用いられている。
このハイドライドＶＰＥ法は、反応室内に、基板と、Ｇ
ａ金属を入れたソースボートとを設置し、抵抗加熱ヒー
タにより外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素
（ＨＣｌ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を
含む第２のガスとを導入して、基板上にＧａＮエピタキ
シャル層を気相成長させる方法である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献１
に開示されたエピタキシャルウェハは、前述のようにＯ
ＭＶＰＥ法によりＧａＮエピタキシャル層を成長させて
いる。このＯＭＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる場合には、サファイア
基板上に成長させる場合と比べて、膜成長速度が極端に
落ちてしまう。具体的には、サファイア基板上へ成膜す
る場合には約３μｍ／時間の成膜速度が得られる場合で
あっても、同条件でＧａＡｓ基板上に成膜する場合に
は、成膜速度は約０．１５μｍ／時間まで低下してしま
う。そのため、たとえば、このエピタキシャルウェハを
発光素子に使用するためには、約４μｍの厚さのＧａＮ
エピタキシャル層を形成する必要があるが、この方法で
は、製造に１日近くかかってしまうことになる。そのた
め、この方法によるエピタキシャルウェハの製造は、低
コスト化を図ることができず、工業化に適さないという
問題があった。
に開示されたエピタキシャルウェハは、前述のようにＯ
ＭＶＰＥ法によりＧａＮエピタキシャル層を成長させて
いる。このＯＭＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる場合には、サファイア
基板上に成長させる場合と比べて、膜成長速度が極端に
落ちてしまう。具体的には、サファイア基板上へ成膜す
る場合には約３μｍ／時間の成膜速度が得られる場合で
あっても、同条件でＧａＡｓ基板上に成膜する場合に
は、成膜速度は約０．１５μｍ／時間まで低下してしま
う。そのため、たとえば、このエピタキシャルウェハを
発光素子に使用するためには、約４μｍの厚さのＧａＮ
エピタキシャル層を形成する必要があるが、この方法で
は、製造に１日近くかかってしまうことになる。そのた
め、この方法によるエピタキシャルウェハの製造は、低
コスト化を図ることができず、工業化に適さないという
問題があった。
【００１５】また、この方法によれば、ＧａＮエピタキ
シャル層を成長させる際、処理温度をあまり高温にでき
ない。そのため、得られるＧａＮエピタキシャル層の特
性の向上に限界があった。
シャル層を成長させる際、処理温度をあまり高温にでき
ない。そのため、得られるＧａＮエピタキシャル層の特
性の向上に限界があった。
【００１６】一方、文献２に開示されたエピタキシャル
ウェハは、ＧａＮエピタキシャル層の形成のため、予め
その表面にＧＳ−ＭＢＥ法によりＧａＮバッファ層が形
成された基板を準備しておかなくてはならない。このＧ
Ｓ−ＭＢＥ法によるＧａＡｓ基板上へのＧａＮバッファ
層の形成は、成長速度が遅く、工業化には適さない。
ウェハは、ＧａＮエピタキシャル層の形成のため、予め
その表面にＧＳ−ＭＢＥ法によりＧａＮバッファ層が形
成された基板を準備しておかなくてはならない。このＧ
Ｓ−ＭＢＥ法によるＧａＡｓ基板上へのＧａＮバッファ
層の形成は、成長速度が遅く、工業化には適さない。
【００１７】また、ハイドライドＶＰＥ法を用いている
ため、複数のソースを必要とするヘテロ成長や多数枚の
成長が困難であり、実用化に適する方法といえるもので
はない。その上、この方法によりエピタキシャルウェハ
を作製するためには、バッファ層とエピタキシャル層と
の成長方法が異なるため、反応チャンバが２つ必要とな
り、成長中断による表面汚染等も問題となる可能性があ
る。
ため、複数のソースを必要とするヘテロ成長や多数枚の
成長が困難であり、実用化に適する方法といえるもので
はない。その上、この方法によりエピタキシャルウェハ
を作製するためには、バッファ層とエピタキシャル層と
の成長方法が異なるため、反応チャンバが２つ必要とな
り、成長中断による表面汚染等も問題となる可能性があ
る。
【００１８】さらに、文献２においては、高品質特性の
ＧａＮエピタキシャル層を得るための製造条件等につい
ては、特に検討されていなかった。
ＧａＮエピタキシャル層を得るための製造条件等につい
ては、特に検討されていなかった。
【００１９】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、高性能の化合物半導体発光素子およびそれを工業的
に製造できる方法を、提供することにある。
し、高性能の化合物半導体発光素子およびそれを工業的
に製造できる方法を、提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による化
合物半導体発光素子は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板
と、基板上に形成された厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧ
ａＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成された
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピ
タキシャル層と、バッファ層とエピタキシャル層との界
面に位置する不整合面と、エピタキシャル層上に形成さ
れた発光層と、発光層上に形成されたクラッド層とを含
んでいる。
合物半導体発光素子は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板
と、基板上に形成された厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧ
ａＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成された
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピ
タキシャル層と、バッファ層とエピタキシャル層との界
面に位置する不整合面と、エピタキシャル層上に形成さ
れた発光層と、発光層上に形成されたクラッド層とを含
んでいる。
【００２１】ここで、バッファ層とエピタキシャル層と
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
【００２２】請求項２の発明による化合物半導体発光素
子は、請求項１の発明において、エピタキシャル層は第
１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ
＜１）からなり、発光層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、
０＜ｙ＜１）からなり、クラッド層は第１の導電型と異
なる第２の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、
０≦ｚ＜１）からなることを特徴としている。
子は、請求項１の発明において、エピタキシャル層は第
１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ
＜１）からなり、発光層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、
０＜ｙ＜１）からなり、クラッド層は第１の導電型と異
なる第２の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、
０≦ｚ＜１）からなることを特徴としている。
【００２３】ここで、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎからなる発光層
にＺｎ等の発光中心をドープしない場合、０＜ｙ＜０．
４の範囲では紫色、０．４≦ｙ＜０．７の範囲では青
色、０．７≦ｙ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｙ＜
１の範囲では黄色のそれぞれ発光色のバンド端発光、す
なわちシャープな発光スペクトルが得られる。
にＺｎ等の発光中心をドープしない場合、０＜ｙ＜０．
４の範囲では紫色、０．４≦ｙ＜０．７の範囲では青
色、０．７≦ｙ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｙ＜
１の範囲では黄色のそれぞれ発光色のバンド端発光、す
なわちシャープな発光スペクトルが得られる。
【００２４】請求項３の発明による化合物半導体発光素
子は、請求項１または請求項２の発明において、バッフ
ァ層の厚さは２０ｎｍ〜６０ｎｍである。
子は、請求項１または請求項２の発明において、バッフ
ァ層の厚さは２０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００２５】請求項４の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩ
ｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外
部から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウ
ムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを
含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置
された基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、
バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩
化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第１の
ガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に導入
して反応室内に設置された基板上に気相成長させる方法
により、第１の温度より高い第２の温度で、Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル
層を形成するステップと、エピタキシャル層上に発光層
を形成するステップと、発光層上にクラッド層を形成す
るステップとを備えている。
子の製造方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩ
ｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外
部から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウ
ムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを
含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置
された基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、
バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩
化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第１の
ガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に導入
して反応室内に設置された基板上に気相成長させる方法
により、第１の温度より高い第２の温度で、Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル
層を形成するステップと、エピタキシャル層上に発光層
を形成するステップと、発光層上にクラッド層を形成す
るステップとを備えている。
【００２６】なお、ガリウムを含む有機金属原料として
は、たとえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウ
ム等が用いられる。
は、たとえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウ
ム等が用いられる。
【００２７】請求項５の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、請求項４の発明において、エピタキシ
ャル層は第１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなり、発光層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなり、クラッド層は第１の
導電型と異なる第２の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-zＮ
（ただし、０≦ｚ＜１）からなることを特徴としてい
る。
子の製造方法は、請求項４の発明において、エピタキシ
ャル層は第１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなり、発光層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなり、クラッド層は第１の
導電型と異なる第２の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-zＮ
（ただし、０≦ｚ＜１）からなることを特徴としてい
る。
【００２８】請求項６の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、請求項４または請求項５の発明におい
て、第１の温度は３００℃〜７００℃であり、第２の温
度は７５０℃以上である。
子の製造方法は、請求項４または請求項５の発明におい
て、第１の温度は３００℃〜７００℃であり、第２の温
度は７５０℃以上である。
【００２９】請求項７の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、請求項６の発明において、第１の温度
は４００℃〜６００℃である。
子の製造方法は、請求項６の発明において、第１の温度
は４００℃〜６００℃である。
【００３０】
【作用】この発明による化合物半導体発光素子は、厚さ
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
【００３１】従来のサファイア基板を用いた青色および
緑色発光素子においても、ＧａＮからなるバッファ層が
形成されていたが、このバッファ層は、主としてサファ
イア基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差に
よる歪を緩和する作用をしていた。これに対して、本願
発明におけるバッファ層は、このような歪緩和の作用の
他に、耐熱性コーティングとしての作用も兼ね備えてい
る。
緑色発光素子においても、ＧａＮからなるバッファ層が
形成されていたが、このバッファ層は、主としてサファ
イア基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差に
よる歪を緩和する作用をしていた。これに対して、本願
発明におけるバッファ層は、このような歪緩和の作用の
他に、耐熱性コーティングとしての作用も兼ね備えてい
る。
【００３２】すなわち、ＧａＮのエピタキシャル成長
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよび
ＩｎＰ基板は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜け
が起こり、基板としての役目を果たせなくなってしま
う。このようなことから、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ
およびＩｎＰ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成す
るためには、耐熱性コーティングを施す必要がある。本
願発明においてＧａＮエピタキシャル層より低温で形成
されるＧａＮバッファ層は、このような耐熱性コーティ
ングとして作用するものでもある。
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよび
ＩｎＰ基板は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜け
が起こり、基板としての役目を果たせなくなってしま
う。このようなことから、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ
およびＩｎＰ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成す
るためには、耐熱性コーティングを施す必要がある。本
願発明においてＧａＮエピタキシャル層より低温で形成
されるＧａＮバッファ層は、このような耐熱性コーティ
ングとして作用するものでもある。
【００３３】このＧａＮバッファ層の厚さは、１０ｎｍ
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
【００３４】また、この発明に従う化合物半導体発光素
子の製造方法によれば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、ＧａＮエピタキシャル層の成長温度よりも低い温度
で、ＧａＮバッファ層を形成している。
子の製造方法によれば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、ＧａＮエピタキシャル層の成長温度よりも低い温度
で、ＧａＮバッファ層を形成している。
【００３５】そのため、基板結晶がダメージを受けるこ
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
【００３６】このＧａＮからなるバッファ層を形成する
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
【００３７】また、この発明によれば、ＧａＮバッファ
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
【００３８】さらに、この発明によれば、バッファ層お
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
【００３９】
（実施例１）図１は、この発明による化合物半導体発光
素子の一例の構造を示す断面図である。
素子の一例の構造を示す断面図である。
【００４０】図１を参照して、この青色発光素子は、Ｇ
ａＡｓ基板１と、基板１上に形成されたＧａＮからなる
バッファ層２と、バッファ層２上に形成された立方晶の
ｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル層３とから構成され
たエピタキシャルウエハ上に、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎから
なる発光層４、ｐ型ＧａＮからなるクラッド層５が順に
形成されている。また、クラッド層５の上部および基板
１の裏面には、電極６，７がそれぞれ形成されている。
さらに、バッファ層２とエピタキシャル層３との界面に
は、不整合面８が位置している。
ａＡｓ基板１と、基板１上に形成されたＧａＮからなる
バッファ層２と、バッファ層２上に形成された立方晶の
ｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル層３とから構成され
たエピタキシャルウエハ上に、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎから
なる発光層４、ｐ型ＧａＮからなるクラッド層５が順に
形成されている。また、クラッド層５の上部および基板
１の裏面には、電極６，７がそれぞれ形成されている。
さらに、バッファ層２とエピタキシャル層３との界面に
は、不整合面８が位置している。
【００４１】次に、このように構成される青色発光素子
の製造方法について、以下に説明する。
の製造方法について、以下に説明する。
【００４２】図２は、この発明による有機金属クロライ
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
【００４３】このように構成される装置を用いて、以下
のように青色発光素子の作製を行なった。
のように青色発光素子の作製を行なった。
【００４４】図２を参照して、まず、石英からなる反応
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理された砒化ガリウムＧａＡｓ（１００）面基板
１を設置した。
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理された砒化ガリウムＧａＡｓ（１００）面基板
１を設置した。
【００４５】次に、抵抗加熱ヒータ５５により外部から
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのｎ型ＧａＮから
なるバッファ層２を形成した。このバッファ層２を介在
させることにより、その上に形成されるエピタキシャル
成長層の結晶性を、格段に向上させることができた。
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのｎ型ＧａＮから
なるバッファ層２を形成した。このバッファ層２を介在
させることにより、その上に形成されるエピタキシャル
成長層の結晶性を、格段に向上させることができた。
【００４６】次に、このようにｎ型ＧａＮからなるバッ
ファ層２が形成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ
５５により７５０℃〜８００℃まで昇温した後、ＴＭＧ
ａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分圧をそれぞれ８×１０-4ａｔ
ｍ、８×１０-4ａｔｍ、１．６×１０-1ａｔｍという条
件で、６０分間エピタキシャル成長させた。
ファ層２が形成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ
５５により７５０℃〜８００℃まで昇温した後、ＴＭＧ
ａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分圧をそれぞれ８×１０-4ａｔ
ｍ、８×１０-4ａｔｍ、１．６×１０-1ａｔｍという条
件で、６０分間エピタキシャル成長させた。
【００４７】その結果、バッファ層２上に、厚さ２μｍ
の鏡面状のｎ型ＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。
の鏡面状のｎ型ＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。
【００４８】次に、このようにバッファ層２およびエピ
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｈ
ＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の１０倍となる条件で導入し、１０分間エピタキシャル
成長させた。
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｈ
ＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の１０倍となる条件で導入し、１０分間エピタキシャル
成長させた。
【００４９】その結果、エピタキシャル層３上に、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
【００５０】次に、ｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル
層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型ＧａＮからなる
クラッド層５を形成した。
層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型ＧａＮからなる
クラッド層５を形成した。
【００５１】なお、ＧａＮ層のドーパントとしては、ｎ
型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇを用
いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、ｎ型
についてはＳｉまたはＳを、ｐ型としてはＺｎを用い
た。
型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇを用
いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、ｎ型
についてはＳｉまたはＳを、ｐ型としてはＺｎを用い
た。
【００５２】次に、クラッド層５上および基板１の裏面
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。
【００５３】このようにして得られた青色発光素子は、
高性能を示すことが確認された。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａ分圧の２０倍となるように調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ0. 2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
高性能を示すことが確認された。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａ分圧の２０倍となるように調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ0. 2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
【００５４】さらに、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。その結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。その結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
【００５５】（実施例２）実施例１と全く同様に、Ｇａ
Ａｓ（１００）面基板１上に、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｇａ
Ｎからなるバッファ層２を形成した。
Ａｓ（１００）面基板１上に、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｇａ
Ｎからなるバッファ層２を形成した。
【００５６】次に、このようにバッファ層２が形成され
た基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８００℃
〜８５０℃の範囲に昇温した後、ＴＭＧａ、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡｌ）、ＨＣｌ、ＮＨ3 を、ＴＭＧ
ａとＴＭＡｌの分圧比が等しくなる条件で導入し、１０
分間エピタキシャル成長させた。
た基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８００℃
〜８５０℃の範囲に昇温した後、ＴＭＧａ、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡｌ）、ＨＣｌ、ＮＨ3 を、ＴＭＧ
ａとＴＭＡｌの分圧比が等しくなる条件で導入し、１０
分間エピタキシャル成長させた。
【００５７】その結果、バッファ層２上に、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるエピタキシャル層３が形成され
た。
0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるエピタキシャル層３が形成され
た。
【００５８】次に、このようにバッファ層２およびエピ
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＨＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭ
Ｉｎの分圧がＴＭＧａの分圧の１０倍となる条件で導入
し、１０分間エピタキシャル成長させた。
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＨＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭ
Ｉｎの分圧がＴＭＧａの分圧の１０倍となる条件で導入
し、１０分間エピタキシャル成長させた。
【００５９】その結果、エピタキシャル層３上に、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
【００６０】次に、ｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなるエ
ピタキシャル層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなるクラッド層５を形成した。
ピタキシャル層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなるクラッド層５を形成した。
【００６１】なお、ＡｌＧａＮ層のドーパントとして
は、ｎ型についてＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇ
を用いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、
ｎ型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型としてはＺｎを用
いた。
は、ｎ型についてＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇ
を用いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、
ｎ型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型としてはＺｎを用
いた。
【００６２】次に、クラッド層５上および基板１の裏面
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。
【００６３】このようにして得られた青色発光素子は、
高性能を示すことが確認された。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａの分圧の２０倍となるように調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ 0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
高性能を示すことが確認された。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａの分圧の２０倍となるように調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ 0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
【００６４】さらに、ＴＭＩｎの分圧をＴＭＧａの分圧
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。この結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。この結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
【００６５】（比較例１）ＧａＮからなるバッファ層の
有無によるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層の特性の差異について調べるた
め、ＧａＡｓ基板上に、直接Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層を成長させ
た。なお、エピタキシャル層の成長条件は、実施例１と
同様とした。
有無によるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層の特性の差異について調べるた
め、ＧａＡｓ基板上に、直接Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層を成長させ
た。なお、エピタキシャル層の成長条件は、実施例１と
同様とした。
【００６６】その結果、実施例のようにＧａＮからなる
バッファ層を設けない場合には、ＧａＡｓ基板表面が高
温によりダメージを受けて凹凸ができ、その上に形成さ
れたエピタキシャル層は基板から剥れてしまっている様
子が観察できた。
バッファ層を設けない場合には、ＧａＡｓ基板表面が高
温によりダメージを受けて凹凸ができ、その上に形成さ
れたエピタキシャル層は基板から剥れてしまっている様
子が観察できた。
【００６７】また、バッファ層の有無による特性の差異
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
Ａｌ x Ｇａ1-x Ｎエピタキシャル層表面の凹凸の測定、
Ｘ線回折およびＰＬ測定の結果を比較した。
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
Ａｌ x Ｇａ1-x Ｎエピタキシャル層表面の凹凸の測定、
Ｘ線回折およびＰＬ測定の結果を比較した。
【００６８】その結果、エピタキシャル層表面の凹凸に
ついては大きな差が見られ、ＧａＮからなるバッファ層
を設けることにより著しく表面ホモロジーが改善される
ことがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につ
いても、バッファ層を設けた実施例についてのみ、非常
にシャープなピークが観察された。
ついては大きな差が見られ、ＧａＮからなるバッファ層
を設けることにより著しく表面ホモロジーが改善される
ことがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につ
いても、バッファ層を設けた実施例についてのみ、非常
にシャープなピークが観察された。
【００６９】（実施例３）ＧａＮバッファ層の最適厚さ
を検討するため、ＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧａＮ
バッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャル層
を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の特性
を比較した。
を検討するため、ＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧａＮ
バッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャル層
を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の特性
を比較した。
【００７０】なお、ＧａＮバッファ層およびＧａＮエピ
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
【００７１】図３は、ＧａＮバッファ層の厚さと、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
【００７２】また、図４は、ＧａＮバッファ層の厚さ
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
【００７３】図３および図４より明らかなように、バッ
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
【００７４】なお、ＧａＡｓ基板の代わりに、ＧａＰ、
ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いた場合にも、同様の効
果が得られることが確認された。
ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いた場合にも、同様の効
果が得られることが確認された。
【００７５】また、ＩＩＩ族原料としては、ＴＭＧａの
代わりにトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合
にも、同様の効果が得られることが確認された。
代わりにトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合
にも、同様の効果が得られることが確認された。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、高性能のエピタキシャルウエハを、低コストで簡
便に製造することができる。
ば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、高性能のエピタキシャルウエハを、低コストで簡
便に製造することができる。
【００７７】また、この発明による方法は、工業的生産
に対しても十分に適用することができる。
に対しても十分に適用することができる。
【図１】この発明による化合物半導体発光素子の一例の
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】この発明による有機金属クロライド気相エピタ
キシ成長法を用いた化合物半導体発光素子の製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
キシ成長法を用いた化合物半導体発光素子の製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
【図３】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
【図４】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
【図５】従来の青色発光素子の一例の構造を示す断面図
である。
である。
【図６】従来のエピタキシャルウェハの一例の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】従来のエピタキシャルウェハの他の例の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ エピタキシャル層 ４ 発光層 ５ クラッド層 ６，７ 電極 ８ 不整合面 ５１ 第１のガス導入口 ５２ 第２のガス導入口 ５３ 排気口 ５４ 反応チャンバ ５５ 抵抗加熱ヒータ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 壽 東京都八王子市南陽台３−21−12 (72)発明者 纐纈 明伯 東京都府中市幸町２−41−13
Claims (7)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎ
Ｐからなる群から選ばれる化合物半導体基板と、 前記基板上に形成された、厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍの
ＧａＮからなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（た
だし、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層と、 前記バッファ層と前記エピタキシャル層との界面に位置
する不整合面と、 前記エピタキシャル層上に形成された発光層と、 前記発光層上に形成されたクラッド層とを含む、化合物
半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記エピタキシャル層は、第１の導電型
を有するＡｌx Ｇａ 1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）から
なり、 前記発光層は、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜
１）からなり、 前記クラッド層は、前記第１の導電型と異なる第２の導
電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）
からなることを特徴とする、請求項１記載の化合物半導
体発光素子。 - 【請求項３】 前記バッファ層の厚さは、２０ｎｍ〜６
０ｎｍである、請求項１または請求項２記載の化合物半
導体発光素子。 - 【請求項４】 ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎ
Ｐからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外部
から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウム
を含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含
む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置さ
れた基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、 前記バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しなが
ら塩化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第
１のガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に
導入して反応室内に設置された基板上に気相成長させる
方法により、前記第１の温度より高い第２の温度で、Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピタ
キシャル層を形成するステップと、 前記エピタキシャル層上に、発光層を形成するステップ
と、 前記発光層上に、クラッド層を形成するステップとを備
える、化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記エピタキシャル層は、第１の導電型
を有するＡｌx Ｇａ 1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）から
なり、 前記発光層は、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜
１）からなり、 前記クラッド層は、前記第１の導電型と異なる第２の導
電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）
からなることを特徴とする、請求項４記載の化合物半導
体発光素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記第１の温度は３００℃〜７００℃で
あり、前記第２の温度は７５０℃以上である、請求項４
または請求項５記載の化合物半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項７】 前記第１の温度は４００℃〜６００℃で
ある、請求項６記載の化合物半導体発光素子の製造方
法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6804795A JPH08264835A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| TW085102056A TW290743B (ja) | 1995-03-27 | 1996-02-23 | |
| CA002170922A CA2170922C (en) | 1995-03-27 | 1996-03-04 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| EP96103584A EP0735598A3 (en) | 1995-03-27 | 1996-03-07 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| US08/614,837 US5665986A (en) | 1995-03-27 | 1996-03-07 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| KR1019960006429A KR960036160A (ko) | 1995-03-27 | 1996-03-12 | 화합물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 |
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| US08/856,911 US5756374A (en) | 1995-03-27 | 1997-05-15 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
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|---|---|---|---|
| JP6804795A JPH08264835A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
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|---|---|
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Family Applications (1)
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| JP6804795A Pending JPH08264835A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JPH08264835A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6984840B2 (en) | 1998-05-18 | 2006-01-10 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device having an epitaxial layer of III-V compound semiconductor material containing N as a group V element |
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-
1995
- 1995-03-27 JP JP6804795A patent/JPH08264835A/ja active Pending
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