JPH0897469A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0897469A JPH0897469A JP23501394A JP23501394A JPH0897469A JP H0897469 A JPH0897469 A JP H0897469A JP 23501394 A JP23501394 A JP 23501394A JP 23501394 A JP23501394 A JP 23501394A JP H0897469 A JPH0897469 A JP H0897469A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 サファイア基板などの表面のバッファ層の歪
を一層小さくして結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光
に寄与する半導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止し
た高特性で長寿命の半導体発光素子を提供する。 【構成】 基板１上にバッファ層２、３を介して少なく
ともｎ型層４およびｐ型層６を含み発光部を有するチッ
化ガリウム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発
光素子であって、前記バッファ層の少なくとも前記基板
側がＩｎ、ＰまたはＡｓを含有するチッ化ガリウム系化
合物半導体層からなっている。
を一層小さくして結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光
に寄与する半導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止し
た高特性で長寿命の半導体発光素子を提供する。 【構成】 基板１上にバッファ層２、３を介して少なく
ともｎ型層４およびｐ型層６を含み発光部を有するチッ
化ガリウム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発
光素子であって、前記バッファ層の少なくとも前記基板
側がＩｎ、ＰまたはＡｓを含有するチッ化ガリウム系化
合物半導体層からなっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子の製法に
関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
関する。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００４】
【従来の技術】従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントとした低
抵抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上
し脚光をあびている。
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントとした低
抵抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上
し脚光をあびている。
【０００５】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いたＬＥＤはつぎのように製造され、その完成したチッ
化ガリウム系化合物半導体のＬＥＤのチップの斜視図を
図２に示す。
いたＬＥＤはつぎのように製造され、その完成したチッ
化ガリウム系化合物半導体のＬＥＤのチップの斜視図を
図２に示す。
【０００６】まず、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金
属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によ
りキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスである
トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）およびドーパントとしてのＳｉＨ4 などを
供給し、ｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ層２２を
０．０１〜０．２μｍ程度形成する。ついで７００〜１
２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ型のＧ
ａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程度形成
する。低温バッファ層２２は基板２１と半導体単結晶層
との格子不整合による歪を緩和するために多結晶膜で形
成され、そののち７００〜１２００℃の高温にすること
により単結晶化し、その単結晶上に高温バッファ層２３
の単結晶層を積層して格子整合を図っている。
どからなる基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金
属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によ
りキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスである
トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）およびドーパントとしてのＳｉＨ4 などを
供給し、ｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ層２２を
０．０１〜０．２μｍ程度形成する。ついで７００〜１
２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ型のＧ
ａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程度形成
する。低温バッファ層２２は基板２１と半導体単結晶層
との格子不整合による歪を緩和するために多結晶膜で形
成され、そののち７００〜１２００℃の高温にすること
により単結晶化し、その単結晶上に高温バッファ層２３
の単結晶層を積層して格子整合を図っている。
【０００７】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム（以下、ＴＭＡという）の原料ガスを加え、ｎ
型Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）層を成膜し、ダブル
ヘテロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を０．１〜
０．３μｍ程度形成する。
ミニウム（以下、ＴＭＡという）の原料ガスを加え、ｎ
型Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）層を成膜し、ダブル
ヘテロ接合形成のためのｎ型クラッド層２４を０．１〜
０．３μｍ程度形成する。
【０００８】つぎに前述の原料ガスのＴＭＡに代えてト
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩという）を導入し、
バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより小さ
くなる材料、たとえばＩｎq Ｇａ1-q Ｎ（０＜ｑ＜１）
からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩという）を導入し、
バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより小さ
くなる材料、たとえばＩｎq Ｇａ1-q Ｎ（０＜ｑ＜１）
からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。
【０００９】さらに、ｎ型クラッド層２４の形成に用い
たガスと同じ原料ガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと
いう）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）を
加えて反応管に導入し、ｐ型クラッド層２６であるｐ型
Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ層を気相成長させる。これによりｎ型
クラッド層２４と活性層２５とｐ型クラッド層２６とに
よりダブルヘテロ接合が形成される。
たガスと同じ原料ガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと
いう）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）を
加えて反応管に導入し、ｐ型クラッド層２６であるｐ型
Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ層を気相成長させる。これによりｎ型
クラッド層２４と活性層２５とｐ型クラッド層２６とに
よりダブルヘテロ接合が形成される。
【００１０】ついでキャップ層２７形成のため、前述の
バッファ層２３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣ
ｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
０．３〜２μｍ程度成長させる。
バッファ層２３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣ
ｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
０．３〜２μｍ程度成長させる。
【００１１】ついで、成長した各半導体層の一部をドラ
イエッチングにより除去してｎ型ＧａＮ層であるバッフ
ァ層２３を露出させ、Ａｌなどの金属膜をスパッタリン
グなどにより形成してｎ側電極３０を、また、キャップ
層２７上にＡｕなどからなる金属膜を形成してｐ側の電
極２９を形成し、ダイシングすることによりＬＥＤチッ
プを形成している。
イエッチングにより除去してｎ型ＧａＮ層であるバッフ
ァ層２３を露出させ、Ａｌなどの金属膜をスパッタリン
グなどにより形成してｎ側電極３０を、また、キャップ
層２７上にＡｕなどからなる金属膜を形成してｐ側の電
極２９を形成し、ダイシングすることによりＬＥＤチッ
プを形成している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子は前述のよう
に、サファイア基板上にＧａＮからなる低温バッファ層
および高温バッファ層を介してチッ化ガリウム系化合物
半導体層を積層して構成しているが、サファイア基板と
ＧａＮとは格子定数がそれぞれ４．７５８Åと３．１８
９Åで大幅に異なり、しかもＧａＮはＡｌＧａＮ系より
は弱いがそれでも原子間結合力が強く、温度衝撃などに
より結晶欠陥や転位が発生し易い。低温バッファ層に結
晶欠陥や転位が発生すると、その上に成膜された半導体
層に結晶欠陥や転位が進展し、発光特性を劣化し、寿命
が低下するという問題がある。
系化合物半導体を用いた半導体発光素子は前述のよう
に、サファイア基板上にＧａＮからなる低温バッファ層
および高温バッファ層を介してチッ化ガリウム系化合物
半導体層を積層して構成しているが、サファイア基板と
ＧａＮとは格子定数がそれぞれ４．７５８Åと３．１８
９Åで大幅に異なり、しかもＧａＮはＡｌＧａＮ系より
は弱いがそれでも原子間結合力が強く、温度衝撃などに
より結晶欠陥や転位が発生し易い。低温バッファ層に結
晶欠陥や転位が発生すると、その上に成膜された半導体
層に結晶欠陥や転位が進展し、発光特性を劣化し、寿命
が低下するという問題がある。
【００１３】本発明はこのような問題を解決し、サファ
イアなどからなる基板の表面のバッファ層の歪を一層小
さくして結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光に寄与す
る半導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止した高特性
で長寿命の半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
イアなどからなる基板の表面のバッファ層の歪を一層小
さくして結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光に寄与す
る半導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止した高特性
で長寿命の半導体発光素子を提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層およ
びｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化合物
半導体層が積層されてなる半導体発光素子であって、前
記バッファ層の少なくとも前記基板側がＩｎ、Ｐおよび
Ａｓよりなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を含
有するチッ化ガリウム系化合物半導体層からなってい
る。
は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層およ
びｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化合物
半導体層が積層されてなる半導体発光素子であって、前
記バッファ層の少なくとも前記基板側がＩｎ、Ｐおよび
Ａｓよりなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を含
有するチッ化ガリウム系化合物半導体層からなってい
る。
【００１５】前記バッファ層は少なくとも低温で形成さ
れた低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）またはＩｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）
からなる半導体層であることが好ましい。
れた低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）またはＩｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）
からなる半導体層であることが好ましい。
【００１６】前記バッファ層が少なくとも低温で形成さ
れた低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＧａＮ
u Ｐ1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜
ｖ＜１）からなる半導体層であることがバッファ層の歪
を小さくすることができるので好ましい。
れた低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＧａＮ
u Ｐ1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜
ｖ＜１）からなる半導体層であることがバッファ層の歪
を小さくすることができるので好ましい。
【００１７】
【作用】本発明の半導体発光素子によれば、サファイア
基板上のチッ化ガリウム系化合物半導体からなるバッフ
ァ層にＩｎ、ＰまたはＡｓが含有されているため、バッ
ファ層が柔らかくなり結晶欠陥や転位が発生しにくくな
る。すなわち、ＧａＮのＧａの一部がＩｎと置換したＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）になると、ＩｎはＧａよ
りも重く、結晶の中でも切れ易いため、歪が緩和され易
く結晶欠陥などが発生しにくい。またＩｎが入ることに
より低温で多結晶膜を成膜し易く、低温でバッファ層を
成膜することにより一層歪を緩和することができる。こ
れらの現象はＧａの一部がさらにＡｌと置換したＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ
＋ｙ＜１）についても同様である。
基板上のチッ化ガリウム系化合物半導体からなるバッフ
ァ層にＩｎ、ＰまたはＡｓが含有されているため、バッ
ファ層が柔らかくなり結晶欠陥や転位が発生しにくくな
る。すなわち、ＧａＮのＧａの一部がＩｎと置換したＩ
ｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）になると、ＩｎはＧａよ
りも重く、結晶の中でも切れ易いため、歪が緩和され易
く結晶欠陥などが発生しにくい。またＩｎが入ることに
より低温で多結晶膜を成膜し易く、低温でバッファ層を
成膜することにより一層歪を緩和することができる。こ
れらの現象はＧａの一部がさらにＡｌと置換したＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ
＋ｙ＜１）についても同様である。
【００１８】またＧａＮのＮの一部がＰまたはＡｓと置
換したＧａＮu Ｐ1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａ
ｓ1-v （０＜ｖ＜１）になると、ＰやＡｓはＮより重
く、結晶の中で動き易く結合がきれ易い。そのため、前
述のＧａの一部をＩｎに置換したのと同様の理由によ
り、バッファ層の歪が緩和されて結晶欠陥や転位が発生
しにくくなる。
換したＧａＮu Ｐ1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａ
ｓ1-v （０＜ｖ＜１）になると、ＰやＡｓはＮより重
く、結晶の中で動き易く結合がきれ易い。そのため、前
述のＧａの一部をＩｎに置換したのと同様の理由によ
り、バッファ層の歪が緩和されて結晶欠陥や転位が発生
しにくくなる。
【００１９】発光部に寄与する半導体層の結晶欠陥や転
位はサファイア基板などと接して一番歪が発生し易いバ
ッファ層で発生した結晶欠陥や転位が進むもので、バッ
ファ層の歪が緩和されてバッファ層の結晶欠陥や転位の
発生が抑制されることにより、発光部に寄与する半導体
層の結晶欠陥や転位の発生が抑制されて発光特性が向上
し、寿命も向上する。
位はサファイア基板などと接して一番歪が発生し易いバ
ッファ層で発生した結晶欠陥や転位が進むもので、バッ
ファ層の歪が緩和されてバッファ層の結晶欠陥や転位の
発生が抑制されることにより、発光部に寄与する半導体
層の結晶欠陥や転位の発生が抑制されて発光特性が向上
し、寿命も向上する。
【００２０】
【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明の半導
体発光素子を説明する。
体発光素子を説明する。
【００２１】本発明の半導体発光素子はサファイアなど
の基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体を積層するば
あいに少なくとも基板と接する半導体層にＩｎ、Ｐまた
はＡｓを含有させた半導体層を設け、該半導体層の歪を
緩和させてサファイアなどの基板との格子不整合に伴な
う結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光部に寄与する半
導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止していることに
特徴がある。
の基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体を積層するば
あいに少なくとも基板と接する半導体層にＩｎ、Ｐまた
はＡｓを含有させた半導体層を設け、該半導体層の歪を
緩和させてサファイアなどの基板との格子不整合に伴な
う結晶欠陥や転位の発生を抑制し、発光部に寄与する半
導体層への結晶欠陥や転位の進展を防止していることに
特徴がある。
【００２２】Ｉｎ含有の半導体層はＧａＮのＧａの一部
がＩｎと置換したものでＩｎx Ｇａ 1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）の半導体層として基板上に成膜することにより、Ｉ
ｎはＧａよりも重く、動き易いため、原子間の結合が切
れ易く、柔らかい歪の少ないバッファ層を形成すること
ができる。Ｉｎの組成比ｘは０〜１、好ましくは０．１
〜０．５、さらに好ましくは０．１〜０．３程度であ
る。Ｉｎの組成比が大き過ぎると基板との格子定数の差
が大きくなり過ぎて格子不整の問題が大きくなり過ぎ、
Ｉｎの組成比が小さすぎるとＩｎによる歪の緩和効果が
現われないからである。このＩｎx Ｇａ1-x Ｎにおい
て、Ｇａの一部がさらにＡｌと置換されたＩｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜
１）でも同様である。
がＩｎと置換したものでＩｎx Ｇａ 1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）の半導体層として基板上に成膜することにより、Ｉ
ｎはＧａよりも重く、動き易いため、原子間の結合が切
れ易く、柔らかい歪の少ないバッファ層を形成すること
ができる。Ｉｎの組成比ｘは０〜１、好ましくは０．１
〜０．５、さらに好ましくは０．１〜０．３程度であ
る。Ｉｎの組成比が大き過ぎると基板との格子定数の差
が大きくなり過ぎて格子不整の問題が大きくなり過ぎ、
Ｉｎの組成比が小さすぎるとＩｎによる歪の緩和効果が
現われないからである。このＩｎx Ｇａ1-x Ｎにおい
て、Ｇａの一部がさらにＡｌと置換されたＩｎx Ａｌy
Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜
１）でも同様である。
【００２３】また、ＰまたはＡｓ含有の半導体層はＧａ
ＮのＮの一部がＰまたはＡｓと置換され、ＧａＮu Ｐ
1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜ｖ＜
１）として基板上に成膜されるもので、ＰやＡｓはＮよ
りも重く動き易いため、原子間の結合がきれ易く、柔ら
かい歪の少ないバッファ層を形成することができる。Ｐ
やＡｓの組成比ｕ、ｖは０＜ｕ、ｖ≦０．２、好ましく
は０＜ｕ、ｖ≦０．１、さらに好ましくは０．０２≦
ｕ、ｖ≦０．０６程度である。ＰやＡｓの組成比があま
り大きくなるとＧａＮとの格子不整が大きくなり、Ｐや
Ａｓの組成比が小さすぎると歪の緩和効果が表われない
からである。
ＮのＮの一部がＰまたはＡｓと置換され、ＧａＮu Ｐ
1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜ｖ＜
１）として基板上に成膜されるもので、ＰやＡｓはＮよ
りも重く動き易いため、原子間の結合がきれ易く、柔ら
かい歪の少ないバッファ層を形成することができる。Ｐ
やＡｓの組成比ｕ、ｖは０＜ｕ、ｖ≦０．２、好ましく
は０＜ｕ、ｖ≦０．１、さらに好ましくは０．０２≦
ｕ、ｖ≦０．０６程度である。ＰやＡｓの組成比があま
り大きくなるとＧａＮとの格子不整が大きくなり、Ｐや
Ａｓの組成比が小さすぎると歪の緩和効果が表われない
からである。
【００２４】ＰやＡｓはいずれか一方だけではなく、両
原子が混晶の形で入ってもよい。このばあい、ＰとＡｓ
の合計の組成比が前述のｕまたはｖの範囲に入ることが
好ましい。さらにＩｎとＰ、ＩｎとＡｓ、ＩｎとＰおよ
びＡｓなどの各原子がそれぞれ混晶を形成してもよい。
このばあいＩｎは前述のｘの範囲で、Ｐおよび／または
Ａｓは前述のｕまたはｖの範囲で含むことができる。
原子が混晶の形で入ってもよい。このばあい、ＰとＡｓ
の合計の組成比が前述のｕまたはｖの範囲に入ることが
好ましい。さらにＩｎとＰ、ＩｎとＡｓ、ＩｎとＰおよ
びＡｓなどの各原子がそれぞれ混晶を形成してもよい。
このばあいＩｎは前述のｘの範囲で、Ｐおよび／または
Ａｓは前述のｕまたはｖの範囲で含むことができる。
【００２５】つぎに具体的な実施例でさらに詳細に説明
する。
する。
【００２６】実施例１ 図１は本発明の半導体発光素子の一実施例の工程断面説
明図である。
明図である。
【００２７】まず、図１（ａ）に示されるように、サフ
ァイアなどからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャ
リアガスとともにＴＭＧ、ＮＨ3 、およびＴＭＩを供給
してたとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえば
ｘ＝０．２）のｎ型チッ化ガリウム系化合物半導体層か
らなる低温バッファ層２を４００〜６００℃の低温で
０．０１〜０．２μｍ程度成長する。Ｉｎの組成比ｘは
０〜１、好ましくは０．１〜０．５、さらに好ましくは
０．１〜０．３である。余り多くなると格子不整合の問
題が生じ、少なすぎると歪の緩和効果が生じないからで
ある。
ァイアなどからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャ
リアガスとともにＴＭＧ、ＮＨ3 、およびＴＭＩを供給
してたとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１、たとえば
ｘ＝０．２）のｎ型チッ化ガリウム系化合物半導体層か
らなる低温バッファ層２を４００〜６００℃の低温で
０．０１〜０．２μｍ程度成長する。Ｉｎの組成比ｘは
０〜１、好ましくは０．１〜０．５、さらに好ましくは
０．１〜０．３である。余り多くなると格子不整合の問
題が生じ、少なすぎると歪の緩和効果が生じないからで
ある。
【００２８】そののち、単結晶のバッファ層を形成する
ために、７００〜１２００℃にして低温バッファ層を単
結晶化し、その表面にＧａＮまたはＡｌＧａＮ系または
ＩｎＡｌＧａＮ系などからなる高温バッファ層３を２〜
５μｍ程度成長する。そののち、たとえばｎ型Ａｌp Ｇ
ａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）からなるクラッド層４、Ｉｎq
Ｇａ1-q Ｎ（０＜ｑ＜０．２）からなる活性層５をそれ
ぞれ０．１〜０．３μｍ、０．０５〜０．１μｍ程度成
長する。クラッド層の形成には、ＴＭＧ、ＮＨ3 および
ＴＭＡ、それにドーパントとしてのＳｉＨ4 を供給し、
活性層５の形成にはＴＭＡに代えてＴＭＩを導入して反
応させる。
ために、７００〜１２００℃にして低温バッファ層を単
結晶化し、その表面にＧａＮまたはＡｌＧａＮ系または
ＩｎＡｌＧａＮ系などからなる高温バッファ層３を２〜
５μｍ程度成長する。そののち、たとえばｎ型Ａｌp Ｇ
ａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）からなるクラッド層４、Ｉｎq
Ｇａ1-q Ｎ（０＜ｑ＜０．２）からなる活性層５をそれ
ぞれ０．１〜０．３μｍ、０．０５〜０．１μｍ程度成
長する。クラッド層の形成には、ＴＭＧ、ＮＨ3 および
ＴＭＡ、それにドーパントとしてのＳｉＨ4 を供給し、
活性層５の形成にはＴＭＡに代えてＴＭＩを導入して反
応させる。
【００２９】さらにｎ型クラッド層４の形成に用いた原
料ガスと同じ原料ガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物原料ガスとしてのＣｐ2 ＭｇまたはＤＭ
Ｚｎガスを反応管に導入し、ｐ型クラッド層６であるｐ
型Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）層を気相成長させ
る。
料ガスと同じ原料ガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物原料ガスとしてのＣｐ2 ＭｇまたはＤＭ
Ｚｎガスを反応管に導入し、ｐ型クラッド層６であるｐ
型Ａｌp Ｇａ1-p Ｎ（０＜ｐ＜１）層を気相成長させ
る。
【００３０】ついで、たとえばｐ型のＧａＮ層からなる
キャップ層７を０．２〜３μｍ成長して形成する。
キャップ層７を０．２〜３μｍ成長して形成する。
【００３１】そののち図１（ｂ）に示されるように、Ｓ
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜１０を半導体層の成長
層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間
程度のアニール、または電子線照射を行い、ｐ型クラッ
ド層６およびキャップ層７の活性化を図る。
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜１０を半導体層の成長
層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間
程度のアニール、または電子線照射を行い、ｐ型クラッ
ド層６およびキャップ層７の活性化を図る。
【００３２】ついで、保護膜１０を除去したのちｎ側の
電極を形成するため、レジストを塗布してパターニング
を行い、成長した各半導体層の一部をドライエッチング
により除去してｎ型層であるクラッド層４またはバッフ
ァ層３を露出させ（図１（ｃ）参照）、ｎ型層に電気的
に接続されるｎ側電極９、および積層された化合物半導
体層の表面でｐ型のキャップ層７に電気的に接続される
ｐ側電極８を形成し（図１（ｄ）参照）、ダイシングす
ることによりＬＥＤチップを形成している。
電極を形成するため、レジストを塗布してパターニング
を行い、成長した各半導体層の一部をドライエッチング
により除去してｎ型層であるクラッド層４またはバッフ
ァ層３を露出させ（図１（ｃ）参照）、ｎ型層に電気的
に接続されるｎ側電極９、および積層された化合物半導
体層の表面でｐ型のキャップ層７に電気的に接続される
ｐ側電極８を形成し（図１（ｄ）参照）、ダイシングす
ることによりＬＥＤチップを形成している。
【００３３】本実施例によれば、サファイアなどの基板
に接する半導体層としての低温バッファ層にＩｎを含有
したチッ化ガリウム系化合物半導体を用いているため、
原子間結合が切れ易く柔らかい半導体層となり、格子不
整合に伴なう歪を大幅に緩和することができる。なお、
低温バッファ層２はＩｎx Ｇａ1-x ＮでなくてもＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎであっても同じ結果がえられた。
に接する半導体層としての低温バッファ層にＩｎを含有
したチッ化ガリウム系化合物半導体を用いているため、
原子間結合が切れ易く柔らかい半導体層となり、格子不
整合に伴なう歪を大幅に緩和することができる。なお、
低温バッファ層２はＩｎx Ｇａ1-x ＮでなくてもＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎであっても同じ結果がえられた。
【００３４】実施例２ 本実施例は、前述の実施例の低温バッファ層２の成膜の
際の原料ガスで、ＴＭＩに代えて、たとえばターシャリ
ブチルホスフィン（ＴＢＰ）またはターシャリブチルア
ルシン（ＴＢＡ）を導入し、ＧａＮu Ｐ1-u （０＜ｕ＜
１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜ｖ＜１）からなる化
合物半導体層を成膜したもので、その他の構造、製法は
実施例１と同様である。なお、低温バッファ層２の成長
温度は４００〜６００℃であった。
際の原料ガスで、ＴＭＩに代えて、たとえばターシャリ
ブチルホスフィン（ＴＢＰ）またはターシャリブチルア
ルシン（ＴＢＡ）を導入し、ＧａＮu Ｐ1-u （０＜ｕ＜
１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０＜ｖ＜１）からなる化
合物半導体層を成膜したもので、その他の構造、製法は
実施例１と同様である。なお、低温バッファ層２の成長
温度は４００〜６００℃であった。
【００３５】本実施例によれば、サファイアなどの基板
に接する半導体層としての低温バッファ層にＰまたはＡ
ｓを含有したチッ化ガリウム系化合物半導体を用いてい
るため、Ｉｎを含有した実施例１と同様に原子間結合が
切れ易く柔らかい半導体層となり、格子不整合に伴なう
歪を大幅に緩和することができる。
に接する半導体層としての低温バッファ層にＰまたはＡ
ｓを含有したチッ化ガリウム系化合物半導体を用いてい
るため、Ｉｎを含有した実施例１と同様に原子間結合が
切れ易く柔らかい半導体層となり、格子不整合に伴なう
歪を大幅に緩和することができる。
【００３６】前記各実施例ではダブルヘテロ接合のＬＥ
Ｄの例であったが、ｐｎ接合や種々の構造のレーザダイ
オードなどでも同様である。さらにこれらの半導体装置
のチッ化ガリウム系化合物半導体についても、前述の構
成材料に限定されず、一般にＡｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ
（０≦ｒ＜１、０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）からな
り、たとえば活性層のバンドギャップエネルギーがクラ
ッド層のバンドギャップエネルギーより小さくなるよう
に各組成の比率が選定されるように、ｒ、ｓの選定によ
り組成を変化させたものでもよい。また、前記Ａｌr Ｇ
ａs Ｉｎ1-r-s ＮのＮの一部または全部をＡｓおよび／
またはＰなどで置換した材料でも同様に本発明を適用で
きる。
Ｄの例であったが、ｐｎ接合や種々の構造のレーザダイ
オードなどでも同様である。さらにこれらの半導体装置
のチッ化ガリウム系化合物半導体についても、前述の構
成材料に限定されず、一般にＡｌr Ｇａs Ｉｎ1-r-s Ｎ
（０≦ｒ＜１、０＜ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）からな
り、たとえば活性層のバンドギャップエネルギーがクラ
ッド層のバンドギャップエネルギーより小さくなるよう
に各組成の比率が選定されるように、ｒ、ｓの選定によ
り組成を変化させたものでもよい。また、前記Ａｌr Ｇ
ａs Ｉｎ1-r-s ＮのＮの一部または全部をＡｓおよび／
またはＰなどで置換した材料でも同様に本発明を適用で
きる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、基板
表面に成膜されるチッ化ガリウム系化合物半導体層とし
て、少なくともＩｎ、ＰまたはＡｓを含有した半導体か
らなる低温バッファ層が設けられているため、柔らかく
歪が緩和される。その結果、低温バッファ層での結晶欠
陥や転位の発生が抑制され、発光に寄与する半導体層へ
の結晶欠陥や転位の進展も抑制でき、発光特性が向上す
るとともに、信頼性が向上し、さらに寿命も長くなる。
表面に成膜されるチッ化ガリウム系化合物半導体層とし
て、少なくともＩｎ、ＰまたはＡｓを含有した半導体か
らなる低温バッファ層が設けられているため、柔らかく
歪が緩和される。その結果、低温バッファ層での結晶欠
陥や転位の発生が抑制され、発光に寄与する半導体層へ
の結晶欠陥や転位の進展も抑制でき、発光特性が向上す
るとともに、信頼性が向上し、さらに寿命も長くなる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例の製造工程
を示す断面説明図である。
を示す断面説明図である。
【図２】従来の半導体発光素子の一例を示す斜視図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 低温バッファ層 ３ 高温バッファ層 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上にバッファ層を介して少なくとも
ｎ型層およびｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子で
あって、前記バッファ層の少なくとも前記基板側がＩ
ｎ、ＰおよびＡｓよりなる群から選ばれた少なくとも１
種の元素を含有するチッ化ガリウム系化合物半導体層で
ある半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記バッファ層が少なくとも低温で形成
された低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＩｎ
x Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）またはＩｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）
からなる半導体層である請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項３】 前記バッファ層が少なくとも低温で形成
された低温バッファ層を有し、該低温バッファ層がＧａ
Ｎu Ｐ1-u （０＜ｕ＜１）またはＧａＮv Ａｓ1-v （０
＜ｖ＜１）からなる半導体層である請求項１記載の半導
体発光素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501394A JPH0897469A (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
| US08/528,308 US5751752A (en) | 1994-09-14 | 1995-09-14 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US09/012,790 US6115399A (en) | 1994-09-14 | 1998-01-23 | Semiconductor light emitting device |
| US09/166,071 US6084899A (en) | 1994-09-14 | 1998-10-05 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method |
| US09/604,097 US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2000-06-27 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US11/146,236 US7616672B2 (en) | 1994-09-14 | 2005-06-07 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US12/579,130 US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2009-10-14 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US13/010,154 US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-01-20 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501394A JPH0897469A (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897469A true JPH0897469A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=16979785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23501394A Pending JPH0897469A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0897469A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11288886A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体の作製方法 |
| JP2000036620A (ja) * | 1998-06-05 | 2000-02-02 | Hewlett Packard Co <Hp> | 窒化物エピタキシのための多層インジウム含有窒化物緩衝層 |
| US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-02-28 | Shiro Sakai | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
| JP2007012809A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Univ Of Tokushima | 窒化ガリウム系化合物半導体装置およびその製造方法 |
| JP2007161525A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Univ Of Tokushima | 半導体装置用基材およびその製造方法 |
| WO2010058561A1 (ja) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | パナソニック株式会社 | 電界効果トランジスタ |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP23501394A patent/JPH0897469A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11288886A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体の作製方法 |
| JP2000036620A (ja) * | 1998-06-05 | 2000-02-02 | Hewlett Packard Co <Hp> | 窒化物エピタキシのための多層インジウム含有窒化物緩衝層 |
| US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-02-28 | Shiro Sakai | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
| JP2007012809A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Univ Of Tokushima | 窒化ガリウム系化合物半導体装置およびその製造方法 |
| JP2007161525A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Univ Of Tokushima | 半導体装置用基材およびその製造方法 |
| WO2010058561A1 (ja) * | 2008-11-21 | 2010-05-27 | パナソニック株式会社 | 電界効果トランジスタ |
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