JPH088182A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH088182A
JPH088182A JP21480194A JP21480194A JPH088182A JP H088182 A JPH088182 A JP H088182A JP 21480194 A JP21480194 A JP 21480194A JP 21480194 A JP21480194 A JP 21480194A JP H088182 A JPH088182 A JP H088182A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
semiconductor
substrate
lattice constant
grown
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21480194A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Kawanishi
英雄 川西
Yasuharu Suematsu
安晴 末松
Motonari Nakaji
基成 中路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP21480194A priority Critical patent/JPH088182A/ja
Publication of JPH088182A publication Critical patent/JPH088182A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 青色乃至紫外線領域の発光素子を得る。 【構成】 n−SiCを基板10として、n型クラッド
層12、p型又はアンドープの活性層14及びクラッド
層16を成長させる。各層12,14,16は、一般的
にAl1-x-y-zxGayInzNと表現される窒化物半導
体の混晶からなる。x,y,z値はそれぞれ0以上、1
以下である。基板10と格子整合し且つ目的の発光波長
を得られるように、各層12,14,16のx,y,z
値を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、よ
り具体的には、青色領域及びこれより短い波長帯域で動
作する発光ダイオード、レーザ・ダイオード、光検出器
及び電子デバイス等の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線領域及び近赤外線領域の半導体レ
ーザは、既に商品化されているが、昨今は、より波長の
短い発光装置、具体的には、青色乃至紫外線領域にわた
る短波長発光装置が望まれている。例えば、455nm
領域(青色)の発光ダイオードとして、ZnSe系、S
iC系及びGaN系が研究されている。GaN系材料を
使用した青色発光ダイオードでは、1Cdの高輝度が実
現されている(日経エレクトロニクス、1994.2.
28号、pp.93〜102)。
【0003】上記文献に記載されるGaN系の青色発光
ダイオードでは、基板にサファイアを使用する。しか
し、サファイア基板は、そのままでは、GaNと格子定
数が一致せず、格子整合をうまくとれない。例えば、成
長層でc軸が傾斜してしまうという問題点がある。そこ
で、上記文献では、サファイア基板に先ずバッファ層と
してGaNを低温で成長し、さらにその上に、単結晶G
aNを形成する2段階成長法を採用して、この問題を克
服している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、2段階成長法
では、GaNバッファ層が必要な分、結晶成長に手間が
かかり、おのずと信頼性も低下する。また、GaNのバ
ンドギャップは波長(λg)にして365.5nmであ
り、上記文献に記載される青色発光ダイオードは、バン
ド端発光になっていない。即ち、不純物等の再結合中心
を介して455nm領域で発光するものであり、応用が
制限され、寿命などにも問題が残る。
【0005】本発明は、このようなバッファ層を必要と
せずに、基板上に直接、必要な層を成長させることので
きる半導体装置を提示することを目的とする。
【0006】青色より短い波長帯では、発光素子のみな
らず、受光素子も望まれており、本発明はまた、青色以
下の波長帯で発光する発光素子又は受光する受光素子と
なりうる半導体装置を提示することを目的とする。
【0007】更に、放射線被曝環境(例えば、通信衛星
内)でも動作するようなデバイス、具体的には、エネル
ギー・ギャップの広い半導体デバイスが望まれており、
本発明は、このような要望を満たす電子デバイス又は光
デバイスたりうる半導体装置を提示することも目的とす
る。
【0008】更に、高温度環境で大出力の得られる電子
デバイス又は光デバイスが望まれており、本発明は、こ
のような要望を満たす電子デバイス又は光デバイスたり
うる半導体装置を提示することも目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明では、0.255
nmから0.311nm又は0.35nmまでに入る格
子定数を具備する結晶を基板にして、その上に所望の半
導体材料を成長させる。勿論、成長する半導体材料は、
基板に格子整合するように、格子定数を選択又は調整す
る。成長する半導体材料は、BNを含む2以上の窒化物
半導体の混晶からなるもの、具体的には、Al1-x-y-z
xGayInzNが好ましい。基板は、具体的には、S
iC、BeO、LiB35又はAlNである。
【0010】本発明はまた、BNを含む2以上の窒化物
半導体の混晶半導体を基板上に成長させる。
【0011】
【作用】上述のような格子定数を具備する結晶材料を基
板とすることにより、バンドギャップの広い半導体材料
を結晶成長させることができる。特に、BNを含む2以
上の窒化物半導体からなる混晶半導体を用いることによ
り、完全な格子整合を得ることができる。これにより、
青色乃至紫外領域で発光又は受光する発光素子又は受光
素子を提供できる。窒化物半導体の混晶半導体はバンド
ギャップが大きいので、耐放射線性が高まる。窒化物は
本質的に硬いことから、より高い温度でも動作可能にな
り、更には、より大きな出力のデバイスも実現できる。
【0012】BNを含む2以上の窒化物半導体からなる
混晶半導体を用いることにより、従来使用されなかった
結晶を基板として利用できるようになり、上記目的を達
成する半導体装置を提供できる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0014】図1は、発光ダイオード又は半導体レーザ
たりうる本発明の実施例の基本断面構造を示す。本実施
例では、サファイア基板の代わりにSiCを使用する。
図1では、n−SiC基板10の上に、n型のクラッド
層12、p型又はアンドープの活性層14及びp型のク
ラッド層16を、LPE(液晶エピタキシャル成長)
法、MBE(分子ビーム・エピタキシャル成長)法又は
MOVPE(有機金属気相エピタキシャル成長)法で順
次成長させる。
【0015】基板10の下とクラッド層16の上にそれ
ぞれ電極18,20を蒸着し、所定の温度でアニールし
てオーミック電極を形成する。電極18,20間に電流
を注入することにより、周知の通り活性層14が発光す
る。活性層14に所定波長の光が入力すれば、光の強さ
に応じた電流が発生し、受光素子として機能する。これ
らの点は、赤外線領域の従来の発光素子及び受光素子と
全く同じである。本実施例はまた、赤外線領域の光半導
体デバイスと同様に、光アンプ又は光スイッチとして機
能させることができることは明らかである。
【0016】クラッド層12、活性層14及びクラッド
層16は一般的にはAlN、BN、GaN及びInNの
窒化物半導体又は化合物半導体の混晶からなり、それら
の組成は、格子定数が基板10に合致すると共に、それ
ぞれのバンドギャップが所望値になるように選択され
る。
【0017】図2は、AlN、BN、GaN及びInN
のバンドギャップと格子定数の関係を示す。AlN、B
N及びInNで決定される三角形内で、バンドギャップ
と格子定数を相互に独立に選択できる。SiCの格子定
数は6Hのもので、3.082A(オングストローム)
であり、AlN、BN及びInNで決定される三角形内
に完全に入る。具体的には、BN及びInNを要素とす
る混晶半導体、AlN及びBNを要素とする混晶半導
体、AlN、BN及びGaNを要素とする混晶半導体、
AlN、BN及びInNを要素とする混晶半導体、並び
に、AlN、BN、GaN及びInNを要素とする混晶
半導体は、SiCと格子定数を完全に一致させることが
できる。
【0018】従来、窒素化合物半導体としては、Ga
N、AlN及びInNが注目されており、これらの組み
合わせによる(AlGaIn)Nなる混晶半導体が研究
されてきた。今回、本出願の発明者らは、従来全く注目
されなかったBN(窒化ボロン)に注目し、そのエネル
ギー・ギャップを光吸収法により測定した。その結果が
図2に示されている。この測定結果から、発明者らは、
新たにBNを加えた窒素化合物半導体の混晶を提案する
ものである。
【0019】BNを加えることにより、格子定数の選択
範囲とバンドギャップの選択範囲が大きく広がり、格子
定数がBNとInNとの間にある結晶としては、例え
ば、SiC、BeO(ベリリア)、LiB35及びAl
Nがある。BeO(ベリリア)の格子定数は2.698
Aであり、LiB35の格子定数はSiCとBeOの間
に位置する。図2から分かるように、SiCは、最も広
い範囲でエネルギー・バンドを選択できる。AlNは、
最近の報告で、基板として利用できる程の結晶を入手で
きる見通しがついている。
【0020】クラッド層12、活性層14及びクラッド
層16の各組成は一般的には、Al1-x-y-zxGay
zNと表記される。x,y,z値は、0以上で1以下
である。勿論、クラッド層12、活性層14及びクラッ
ド層16の各x,y,z値は、特異的に一致することは
あっても、一般的には異なるのが普通である。
【0021】例えば、クラッド層12,16は、Al
1-xxN、Al1-x-yxGayN、又はAl1-x-zx
zNであってもよい。勿論、活性層14としても、A
lN、BN、GaN及びInNの全てを含まなければい
けないわけではなく、1又は2の窒化物(例えば、Al
N又はInN等)を除いてもよい。
【0022】基板10、クラッド層12,16及び活性
層14を構成する材料が極めて硬いので、より高い温度
で、より大きな出力を得ることも可能になる。即ち、高
温大出力動作が可能になる。例えば、紫外領域のレーザ
装置としたときでも、寿命等に関して高い信頼性を期待
できる。
【0023】図2から分かるように、発光素子として見
た場合、発光波長を455nm(青色領域)から204
nm(紫外領域)までの中の任意の波長に設定できる。
受光素子として見た場合に、同様の波長範囲の受光特性
を期待できることは明らかである。
【0024】クラッド層12の組成は、SiC基板10
とほぼ完全に格子整合するものを選択できるので、格子
欠陥のほとんど存在しないクラッド層12を得ることが
できる。格子欠陥の無い又は非常に少ないクラッド層1
2が得られるので、その上に成長する活性層14及びク
ラッド層16も、格子整合のとれた良好な結晶となり易
くなる。
【0025】基板10としてSiCを例示したが、格子
定数が2.5A乃至3.5Aの六方晶系であれば、クラ
ッド層12,16及び活性層14を構成する混晶半導体
と格子定数を一致させることが可能になるので、基板1
0として使用できる。
【0026】赤外線領域の半導体レーザの研究によれ
ば、クラッド層12,16と活性層14との間に僅かな
応力(引張り応力又は圧縮応力)を作用させた方が好ま
しいとする報告がある。本実施例では、クラッド層1
2、活性層14及びクラッド層16の格子定数を互いに
独立に調整できるので、基板10、クラッド層12、活
性層14及びクラッド16の間で、意図的に僅かに格子
定数をずらすことは容易である。また、成長膜の厚み方
向で格子定数をずらすことも容易である。そこで、例え
ば、各層12,14,16を薄くすると共に格子定数を
大きく又は小さくすることにより、歪みを有する超格子
構造とする。これにより、特性を更に改善することがで
きる。
【0027】本実施例は、バンドギャップが大きくなる
ので、例えば、放射線に対する耐性が高いと考えられ
る。即ち、本発明により、耐放射線の電子デバイス(ト
ランジスタ及びスイッチング素子など)又は光デバイス
(発光素子や受光素子の他に、光スイッチ及び光アンプ
等)を提供できる。
【0028】n型基板を使用する実施例を説明したが、
p型基板でもよいことは明らかである。p型基板の場
合、クラッド層12をp型に、活性層14をp型又はア
ンドープに、クラッド層16をn型にすればよい。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、バッファ層を設ける必要なしに、
完全に格子整合のとれた半導体装置を形成することがで
き、これまでの赤外線領域の半導体レーザで実現されて
いるバンド端発光を、青色乃至紫外領域で一気に実現で
きるようになる。これにより、窒素系半導体の応用範囲
が広がる。
【0030】また、本発明によれば、青色乃至紫外領域
で発光又は受光する発光素子又は受光素子となる半導体
装置を提供できる。
【0031】使用材料の観点からは、放射線被曝環境又
は高温環境でも動作するような電子デバイス又は光デバ
イスを提供でき、更には、大出力の電子デバイス又は光
デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の断面構造図である。
【図2】 バンドギャップと格子定数の関係を示す図で
ある。
【符号の説明】
10:基板 12:クラッド層 14:活性層 16:クラッド層 18,20:電極

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に所望の半導体材料を成長させて
    なる半導体装置であって、当該基板が、0.255nm
    から0.311nmまでに入る格子定数を具備する結晶
    からなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記基板が、SiC、BeO、LiB3
    5及びAlNの何れかである請求項1に記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 上記基板上に成長させる半導体材料が、
    BNを含む2以上の窒化物半導体の混晶からなる請求項
    1又は2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記基板上に成長させる半導体材料の少
    なくとも一部が、Al1-x-y-zxGayInzNからなる
    請求項1乃至3の何れか1項に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 光デバイスである請求項1乃至4の何れ
    か1項に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 発光素子である請求項5に記載の半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 受光素子である請求項5に記載の半導体
    装置。
  8. 【請求項8】 電子デバイスである請求項1乃至4の何
    れか1項に記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 基板上に、第1のクラッド層、活性層及
    び第2のクラッド層を順次、成長させてなる半導体装置
    であって、当該基板が、0.255nmから0.35n
    mまでに入る格子定数を具備する結晶からなり、当該第
    1のクラッド層、当該活性層及び当該第2のクラッド層
    がそれぞれ、BNを含む2以上の窒化物半導体の混晶か
    らなることを特徴とする半導体装置。
  10. 【請求項10】 上記窒化物半導体は、AlN、BN、
    GaN又はInNである請求項9に記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 第1のクラッド層、活性層及び第2の
    クラッド層がそれぞれ、Al1-x-y-zxGayInzNか
    らなる請求項10に記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 発光素子である請求項9乃至11の何
    れか1項に記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】 受光素子である請求項9乃至11の何
    れか1項に記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】 基板上に所望の半導体材料を成長させ
    てなる半導体装置であって、当該基板に成長させる半導
    体材料が、BNを含む2以上の窒化物半導体の混晶から
    なることを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項15】 上記基板が、BNの格子定数からIn
    Nの格子定数までに入る格子定数を具備する結晶からな
    る請求項14に記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 上記基板が、SiC、BeO、LiB
    35及びAlNの何れかである請求項15に記載の半導
    体装置。
  17. 【請求項17】 上記基板上に成長させる半導体材料の
    少なくとも一部が、Al1-x-y-zxGayInzNからな
    る請求項14乃至16の何れか1項に記載の半導体装
    置。
  18. 【請求項18】 光デバイスである請求項14乃至17
    の何れか1項に記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 発光素子である請求項18に記載の半
    導体装置。
  20. 【請求項20】 受光素子である請求項18に記載の半
    導体装置。
  21. 【請求項21】 電子デバイスである請求項14乃至1
    7の何れか1項に記載の半導体装置。
JP21480194A 1994-04-22 1994-09-08 半導体装置 Pending JPH088182A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21480194A JPH088182A (ja) 1994-04-22 1994-09-08 半導体装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6-84391 1994-04-22
JP8439194 1994-04-22
JP21480194A JPH088182A (ja) 1994-04-22 1994-09-08 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH088182A true JPH088182A (ja) 1996-01-12

Family

ID=26425437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21480194A Pending JPH088182A (ja) 1994-04-22 1994-09-08 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH088182A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005210084A (ja) * 2003-12-22 2005-08-04 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板、半導体積層構造、転位低減方法およびエピタキシャル形成用基板
JP2009027022A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Rohm Co Ltd 窒化物半導体発光素子
WO2014059733A1 (zh) * 2012-10-19 2014-04-24 清华大学 具有氧化铍的半导体结构
WO2014087799A1 (ja) * 2012-12-05 2014-06-12 株式会社村田製作所 圧電部材、弾性波装置及び圧電部材の製造方法
US8940624B2 (en) 2012-04-19 2015-01-27 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Method for producing P-type nitride semiconductor layer
US9705287B2 (en) 2013-02-14 2017-07-11 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Method of fabricating a P type nitride semiconductor layer doped with carbon

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005210084A (ja) * 2003-12-22 2005-08-04 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板、半導体積層構造、転位低減方法およびエピタキシャル形成用基板
JP2009027022A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Rohm Co Ltd 窒化物半導体発光素子
US8940624B2 (en) 2012-04-19 2015-01-27 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Method for producing P-type nitride semiconductor layer
WO2014059733A1 (zh) * 2012-10-19 2014-04-24 清华大学 具有氧化铍的半导体结构
WO2014087799A1 (ja) * 2012-12-05 2014-06-12 株式会社村田製作所 圧電部材、弾性波装置及び圧電部材の製造方法
US9831416B2 (en) 2012-12-05 2017-11-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric member that achieves high sound speed, acoustic wave apparatus, and piezoelectric member manufacturing method
US9705287B2 (en) 2013-02-14 2017-07-11 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Method of fabricating a P type nitride semiconductor layer doped with carbon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Unusual properties of the fundamental band gap of InN
US5173751A (en) Semiconductor light emitting device
US5592501A (en) Low-strain laser structures with group III nitride active layers
US5523589A (en) Vertical geometry light emitting diode with group III nitride active layer and extended lifetime
US6784461B2 (en) Group III nitride light emitting devices with progressively graded layers
US6586779B2 (en) Light emitting nitride semiconductor device, and light emitting apparatus and pickup device using the same
JP3289683B2 (ja) 半導体発光素子
US5981976A (en) Epitaxial wafer for AlGaInP light-emitting diode
JPH08293624A (ja) 半導体発光素子
US5616937A (en) Compound semiconductor luminescent device
WO2002003474A2 (en) N-type nitride semiconductor laminate and semiconductor device using same
US20040051108A1 (en) Group lll nitride emitting devices with gallium-free layers
US5274251A (en) Semiconductor light emitting element
JP4530234B2 (ja) 半導体発光素子
JP2007036255A (ja) III族窒化物ベースのデバイスのためのシリコンカーボンゲルマニウム(SiCGe)基板
US6525345B1 (en) Semiconductor photonic device
JPH088182A (ja) 半導体装置
JP2996928B2 (ja) 光半導体素子及びその製造方法
US6593596B1 (en) Semiconductor light emitting device and method for adjusting the luminous intensity thereof
US5633514A (en) Semiconductor light emitting device with lattice-matching and lattice-mismatching
JPH04236477A (ja) 半導体発光素子
EP0487823A2 (en) Semiconductor light emitting element
US5091758A (en) Semiconductor light-emitting devices
JP2001274454A (ja) 発光ダイオード及びその製造方法
GB2343294A (en) Lattice-matched semiconductor devices

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050705

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050905

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20051220