JPH09148626A - ３−５族化合物半導体の製造方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体の製造方法Info
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- JPH09148626A JPH09148626A JP30728395A JP30728395A JPH09148626A JP H09148626 A JPH09148626 A JP H09148626A JP 30728395 A JP30728395 A JP 30728395A JP 30728395 A JP30728395 A JP 30728395A JP H09148626 A JPH09148626 A JP H09148626A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の低温バッファ層を利用する方法よりも製
造プロセスを短縮、簡素化でき、また同方法で得られる
化合物半導体結晶よりも結晶性に優れ、かつ発光特性に
優れた発光素子用３−５族化合物半導体の製造方法を提
供する。 【解決手段】基板上に３−５族化合物半導体を成長する
方法であり、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただ
し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる発光層
を、これに接して、これよりもバンドギャップの大きな
層で挟んだ構造を有する発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法において、基板上に最初に成長させる層を
一般式ＧａaＡｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体と
し、かつこの層の成長温度が、９００℃以上１２００℃
以下であることを特徴とする発光素子用３−５族化合物
半導体の製造方法。
造プロセスを短縮、簡素化でき、また同方法で得られる
化合物半導体結晶よりも結晶性に優れ、かつ発光特性に
優れた発光素子用３−５族化合物半導体の製造方法を提
供する。 【解決手段】基板上に３−５族化合物半導体を成長する
方法であり、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただ
し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる発光層
を、これに接して、これよりもバンドギャップの大きな
層で挟んだ構造を有する発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法において、基板上に最初に成長させる層を
一般式ＧａaＡｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体と
し、かつこの層の成長温度が、９００℃以上１２００℃
以下であることを特徴とする発光素子用３−５族化合物
半導体の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子に用いられ
る窒化物系３−５族化合物半導体の製造方法に関する。
る窒化物系３−５族化合物半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、可視の発光ダイオード（以下ＬＥ
Ｄと記すことがある。）、短波長のレーザーダイオード
等の発光素子、電界効果トランジスタ等の電子素子とし
て、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る窒化物系３−５族化合物半導体が研究されており、Ｌ
ＥＤはすでに実用化されている。該化合物半導体はＩｎ
濃度により、発光色を可視全域から紫外線まで変化させ
ることが可能であることから、発光素子として有用であ
る。また、熱的に安定であることから高温で動作可能な
電子素子としてやはり有用である。該化合物半導体の大
型単結晶の作製は非常に困難であるため、ホモエピタキ
シャル成長用基板として利用することができるような結
晶性の優れた大面積の結晶は得られていない。そこで、
異なる材料の基板の上に成長させる、いわゆるヘテロエ
ピタキシャル成長が行なわれている。
Ｄと記すことがある。）、短波長のレーザーダイオード
等の発光素子、電界効果トランジスタ等の電子素子とし
て、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る窒化物系３−５族化合物半導体が研究されており、Ｌ
ＥＤはすでに実用化されている。該化合物半導体はＩｎ
濃度により、発光色を可視全域から紫外線まで変化させ
ることが可能であることから、発光素子として有用であ
る。また、熱的に安定であることから高温で動作可能な
電子素子としてやはり有用である。該化合物半導体の大
型単結晶の作製は非常に困難であるため、ホモエピタキ
シャル成長用基板として利用することができるような結
晶性の優れた大面積の結晶は得られていない。そこで、
異なる材料の基板の上に成長させる、いわゆるヘテロエ
ピタキシャル成長が行なわれている。
【０００３】このため、結晶性の優れたものを得ること
が難しかったが、低温で成長させたＡｌＮをバッファ層
として利用する方法（特開平２−２２９４７６号公
報）、又は低温で成長させたＧａ1-x Ａｌx Ｎ（０≦ｘ
＜１）をバッファ層として利用する方法（特開平４−２
９７０２３号公報）により、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ
及びＺｎＯ等の基板上で優れた結晶性のものが得られる
ようになっている。特にサファイア基板は大面積で高品
質結晶が得られ、しかも透明基板であることから上記材
料の中ではよく用いられている。高輝度のＬＥＤは、サ
ファイア上に低温で成長させたバッファ層（以下、低温
バッファ層ということがある。）を利用して該化合物半
導体を成長させる方法により実用化されている。
が難しかったが、低温で成長させたＡｌＮをバッファ層
として利用する方法（特開平２−２２９４７６号公
報）、又は低温で成長させたＧａ1-x Ａｌx Ｎ（０≦ｘ
＜１）をバッファ層として利用する方法（特開平４−２
９７０２３号公報）により、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ
及びＺｎＯ等の基板上で優れた結晶性のものが得られる
ようになっている。特にサファイア基板は大面積で高品
質結晶が得られ、しかも透明基板であることから上記材
料の中ではよく用いられている。高輝度のＬＥＤは、サ
ファイア上に低温で成長させたバッファ層（以下、低温
バッファ層ということがある。）を利用して該化合物半
導体を成長させる方法により実用化されている。
【０００４】しかし、該低温バッファ層を利用して成長
した該化合物半導体結晶のＸ線ロッキングカーブ法によ
る半値幅は約５分程度であり、電子顕微鏡による観察に
よれば１０9 〜１０10本／ｃｍ2 もの転位が結晶中にあ
ることがわかっており、結晶品質としてはいまだ充分と
はいえなかった。また、該低温バッファ層を用いる場
合、一般に基板のクリーニングを１０００℃以上で行
い、しかる後に温度を６００℃程度に下げて、低温バッ
ファ層を成長したのち、再度１０００℃付近まで昇温し
て該化合物半導体を成長させるというプロセスが必要に
なるため、降温、昇温にともない成長プロセス時間が長
く、複雑になるという問題があった。
した該化合物半導体結晶のＸ線ロッキングカーブ法によ
る半値幅は約５分程度であり、電子顕微鏡による観察に
よれば１０9 〜１０10本／ｃｍ2 もの転位が結晶中にあ
ることがわかっており、結晶品質としてはいまだ充分と
はいえなかった。また、該低温バッファ層を用いる場
合、一般に基板のクリーニングを１０００℃以上で行
い、しかる後に温度を６００℃程度に下げて、低温バッ
ファ層を成長したのち、再度１０００℃付近まで昇温し
て該化合物半導体を成長させるというプロセスが必要に
なるため、降温、昇温にともない成長プロセス時間が長
く、複雑になるという問題があった。
【０００５】これを解決する方法として、該化合物半導
体の成長温度と同程度の高温で成長したＡｌＮバッファ
層を利用する方法が知られている（Ａｐｐｌｉｅｄ．Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６６，（２
２），ｐ２９５８，１９９５）。この方法によれば、得
られたＧａＮ結晶のＸ線ロッキングカーブ法による半値
幅は約３０秒に減少することが知られている。したがっ
て、この方法によれば、結晶品質が向上でき、しかも成
長プロセスが短縮、簡素化する。しかしながら、この高
温で成長したバッファ層を利用して成長した該化合物半
導体から優れた発光特性をしめす素子を作製した例はい
まだ無かった。
体の成長温度と同程度の高温で成長したＡｌＮバッファ
層を利用する方法が知られている（Ａｐｐｌｉｅｄ．Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６６，（２
２），ｐ２９５８，１９９５）。この方法によれば、得
られたＧａＮ結晶のＸ線ロッキングカーブ法による半値
幅は約３０秒に減少することが知られている。したがっ
て、この方法によれば、結晶品質が向上でき、しかも成
長プロセスが短縮、簡素化する。しかしながら、この高
温で成長したバッファ層を利用して成長した該化合物半
導体から優れた発光特性をしめす素子を作製した例はい
まだ無かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の低温バッファ層を利用する方法よりも製造プロセスを
短縮、簡素化でき、また同方法で得られる化合物半導体
結晶よりも結晶性に優れ、かつ発光特性に優れた発光素
子用３−５族化合物半導体の製造方法を提供することに
ある。該製造方法によって得られる３−５族化合物半導
体を用いると、ＬＥＤ又はレーザダイオード等の発光素
子の性能を高めることができる。
の低温バッファ層を利用する方法よりも製造プロセスを
短縮、簡素化でき、また同方法で得られる化合物半導体
結晶よりも結晶性に優れ、かつ発光特性に優れた発光素
子用３−５族化合物半導体の製造方法を提供することに
ある。該製造方法によって得られる３−５族化合物半導
体を用いると、ＬＥＤ又はレーザダイオード等の発光素
子の性能を高めることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、３−５族化合物半導体の成長温度と同程度の高
温で成長させたＧａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、
０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなるバッファ層を利用す
ると、結晶品質の優れた化合物半導体結晶の成長が可能
であることを見出し、更にこのバッファ層の上に積層し
た該化合物半導体を用いて作製した発光素子が、従来の
低温バッファ層を利用した場合と比べて同等以上の輝度
を示すことを見出し本発明に至った。
の結果、３−５族化合物半導体の成長温度と同程度の高
温で成長させたＧａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、
０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）からなるバッファ層を利用す
ると、結晶品質の優れた化合物半導体結晶の成長が可能
であることを見出し、更にこのバッファ層の上に積層し
た該化合物半導体を用いて作製した発光素子が、従来の
低温バッファ層を利用した場合と比べて同等以上の輝度
を示すことを見出し本発明に至った。
【０００８】即ち、本発明は、基板上に３−５族化合物
半導体を成長する方法であり、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy
Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体
からなる発光層を、これに接して、これよりもバンドギ
ャップの大きな層で挟んだ構造を有する発光素子用３−
５族化合物半導体の製造方法において、基板上に最初に
成長させる層を一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ
＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化
合物半導体とし、かつこの層の成長温度が、９００℃以
上１２００℃以下である発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法に係るものである。次に本発明を詳細に説
明する。
半導体を成長する方法であり、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy
Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体
からなる発光層を、これに接して、これよりもバンドギ
ャップの大きな層で挟んだ構造を有する発光素子用３−
５族化合物半導体の製造方法において、基板上に最初に
成長させる層を一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ
＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化
合物半導体とし、かつこの層の成長温度が、９００℃以
上１２００℃以下である発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法に係るものである。次に本発明を詳細に説
明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の発光素子用３−５族化合
物半導体の製造方法としては、有機金属気相成長（以
下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、分子線エピタ
キシー（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、ハイド
ライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがある。）
法などが用いられる。このうちＭＯＶＰＥ法とは、基板
を加熱して、そこに３族元素を含む有機金属化合物と５
族元素を含む原料を気相状態で供給して、基板上で熱分
解反応をさせ、半導体膜を成長させる方法である。ＭＯ
ＶＰＥ法によると、複雑な層構成の半導体を組成、層厚
ともに精度よく作製することができ、更に大面積にわた
って均一な層を作製することができるので好ましい。
物半導体の製造方法としては、有機金属気相成長（以
下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、分子線エピタ
キシー（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、ハイド
ライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがある。）
法などが用いられる。このうちＭＯＶＰＥ法とは、基板
を加熱して、そこに３族元素を含む有機金属化合物と５
族元素を含む原料を気相状態で供給して、基板上で熱分
解反応をさせ、半導体膜を成長させる方法である。ＭＯ
ＶＰＥ法によると、複雑な層構成の半導体を組成、層厚
ともに精度よく作製することができ、更に大面積にわた
って均一な層を作製することができるので好ましい。
【００１０】ＭＯＶＰＥ法の場合、以下のような原料を
用いることができる。３族原料としては、トリメチルガ
リウム［（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがあ
る。］、トリエチルガリウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以
下ＴＥＧと記すことがある。］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3
Ｇａ（ここでＲ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は低級アルキル基を示
す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリメチルア
ルミニウム［（ＣＨ3 ）3 Ａｌ］、トリエチルアルミニ
ウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがあ
る。］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ−Ｃ
4 Ｈ9 ） 3 Ａｌ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記の定義と同じである。）で表さ
れるトリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラ
ン［（ＣＨ3 ）3 Ｎ：ＡｌＨ3 ］；トリメチルインジウ
ム［（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、以下ＴＭＩと記すことがあ
る。］、トリエチルインジウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ］
等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ（ここでＲ1 、Ｒ2 、Ｒ3
は前記の定義と同じである。）で表されるトリアルキル
インジウム等が挙げられる。これらは単独又は混合して
用いられる。
用いることができる。３族原料としては、トリメチルガ
リウム［（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがあ
る。］、トリエチルガリウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以
下ＴＥＧと記すことがある。］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3
Ｇａ（ここでＲ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は低級アルキル基を示
す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリメチルア
ルミニウム［（ＣＨ3 ）3 Ａｌ］、トリエチルアルミニ
ウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがあ
る。］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ−Ｃ
4 Ｈ9 ） 3 Ａｌ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記の定義と同じである。）で表さ
れるトリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラ
ン［（ＣＨ3 ）3 Ｎ：ＡｌＨ3 ］；トリメチルインジウ
ム［（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、以下ＴＭＩと記すことがあ
る。］、トリエチルインジウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ］
等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ（ここでＲ1 、Ｒ2 、Ｒ3
は前記の定義と同じである。）で表されるトリアルキル
インジウム等が挙げられる。これらは単独又は混合して
用いられる。
【００１１】次に、５族原料としては、アンモニア、ヒ
ドラジン、メチルヒドラジン、１、１−ジメチルヒドラ
ジン、１、２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
又は混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモ
ニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、
半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。
ドラジン、メチルヒドラジン、１、１−ジメチルヒドラ
ジン、１、２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
又は混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモ
ニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、
半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。
【００１２】３−５族化合物半導体のｐ型ドーパントと
して、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｂｅが挙げられるが、
このなかでは低抵抗のｐ型のものがつくりやすいＭｇが
好ましい。Ｍｇドーパントの原料としては、ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム、ビスエチルシクロペンタジエニ
ルマグネシウム、ビス−ｎ−プロピルシクロペンタジエ
ニルマグネシウム、ビス−ｉ−プロピルシクロペンタジ
エニルマグネシウム等の一般式（ＲＣ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ
（ここで、Ｒは水素又は炭素数１以上４以下の低級アル
キル基を示す。）で表される有機金属化合物が適当な蒸
気圧を有するために好適に用いられる。
して、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｂｅが挙げられるが、
このなかでは低抵抗のｐ型のものがつくりやすいＭｇが
好ましい。Ｍｇドーパントの原料としては、ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム、ビスエチルシクロペンタジエニ
ルマグネシウム、ビス−ｎ−プロピルシクロペンタジエ
ニルマグネシウム、ビス−ｉ−プロピルシクロペンタジ
エニルマグネシウム等の一般式（ＲＣ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ
（ここで、Ｒは水素又は炭素数１以上４以下の低級アル
キル基を示す。）で表される有機金属化合物が適当な蒸
気圧を有するために好適に用いられる。
【００１３】３−５族化合物半導体のｎ型ドーパントと
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが挙げられる。この中で、低抵抗
のｎ型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉドーパントの原料としては、シラ
ン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）などが用いら
れる。
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが挙げられる。この中で、低抵抗
のｎ型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉドーパントの原料としては、シラ
ン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）などが用いら
れる。
【００１４】該化合物半導体の結晶成長用基板として
は、サファイア、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ス
ピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3 ）等
が好ましいが、特にサファイア基板が透明かつ大面積に
良好な結晶が得られるため好ましい。
は、サファイア、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ス
ピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3 ）等
が好ましいが、特にサファイア基板が透明かつ大面積に
良好な結晶が得られるため好ましい。
【００１５】本発明における、基板上に最初に成長させ
るバッファ層の組成はＧａa ＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ
＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１））である。Ｉｎを含む
ＩｎＧａＡｌＮは、Ｉｎが蒸発してバッファ層中に取り
込まれにくいので好ましくない。該バッファ層の成長温
度は９００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは９
５０℃以上１１５０℃以下である。以後、該バッファ層
を高温バッファ層ということがある。９００℃より低い
場合には本発明のプロセス短縮、簡素化の効果が充分で
なく、また１２００℃よりも高い場合には、表面平坦性
の優れたバッファ層が得られにくい。プロセス短縮、簡
素化の点からは、バッファ層の上に成長する該化合物半
導体の成長温度と同程度の高温で、高温バッファ層を成
長することが最も好ましい。
るバッファ層の組成はＧａa ＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ
＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１））である。Ｉｎを含む
ＩｎＧａＡｌＮは、Ｉｎが蒸発してバッファ層中に取り
込まれにくいので好ましくない。該バッファ層の成長温
度は９００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは９
５０℃以上１１５０℃以下である。以後、該バッファ層
を高温バッファ層ということがある。９００℃より低い
場合には本発明のプロセス短縮、簡素化の効果が充分で
なく、また１２００℃よりも高い場合には、表面平坦性
の優れたバッファ層が得られにくい。プロセス短縮、簡
素化の点からは、バッファ層の上に成長する該化合物半
導体の成長温度と同程度の高温で、高温バッファ層を成
長することが最も好ましい。
【００１６】該バッファ層は、その上に化合物半導体の
成長を行う下地層になるので、平坦性の優れたものが好
ましい。優れた平坦性をもつバッファ層の上には結晶性
の優れた該化合物半導体を成長できる。結晶性の優れた
該化合物半導体を成長させるためには、バッファ層の厚
さ、バッファ層の成長温度等を好適な範囲に制御するこ
とにより得ることが可能である。バッファ層の成長条件
の他にも該化合物半導体の成長条件、すなわち層厚、成
長温度、成長速度、５族原料と３族原料の供給比（以後
５／３比ということがある。）、成長圧力等を好適な範
囲に調整することが好ましい。
成長を行う下地層になるので、平坦性の優れたものが好
ましい。優れた平坦性をもつバッファ層の上には結晶性
の優れた該化合物半導体を成長できる。結晶性の優れた
該化合物半導体を成長させるためには、バッファ層の厚
さ、バッファ層の成長温度等を好適な範囲に制御するこ
とにより得ることが可能である。バッファ層の成長条件
の他にも該化合物半導体の成長条件、すなわち層厚、成
長温度、成長速度、５族原料と３族原料の供給比（以後
５／３比ということがある。）、成長圧力等を好適な範
囲に調整することが好ましい。
【００１７】高温バッファ層の成長速度の好ましい範囲
は、５Å／分以上５００Å／分以下である。成長速度が
５Å／分よりも小さい場合には、成長に長時間を要し好
ましくなく、また５００Å／分よりも大きい場合には該
化合物半導体の結晶性が低下するため好ましくない。高
温バッファ層の好ましい厚さは１０Å以上３０００Å以
下である。更に好ましくは１００Å以上２０００Å以下
である。１０Åより薄くても、３０００Åより厚くても
該化合物半導体の結晶性が低下するため好ましくない。
以上の条件で高温バッファ層を成長させることにより、
この上に結晶性の優れた該化合物半導体の積層構造を形
成できる。
は、５Å／分以上５００Å／分以下である。成長速度が
５Å／分よりも小さい場合には、成長に長時間を要し好
ましくなく、また５００Å／分よりも大きい場合には該
化合物半導体の結晶性が低下するため好ましくない。高
温バッファ層の好ましい厚さは１０Å以上３０００Å以
下である。更に好ましくは１００Å以上２０００Å以下
である。１０Åより薄くても、３０００Åより厚くても
該化合物半導体の結晶性が低下するため好ましくない。
以上の条件で高温バッファ層を成長させることにより、
この上に結晶性の優れた該化合物半導体の積層構造を形
成できる。
【００１８】バッファ層に引き続いて成長する該化合物
半導体としては、通常良好な結晶が得られやすいＧａu
Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦
１）が用いられる。この場合の好適な成長速度は、５Å
／分以上３０００Å／分以下である。５Å／分よりも小
さな成長速度では成長に時間がかかりすぎて実用的でな
い。また３０００Å／分よりも大きいと、該化合物半導
体の結晶性、表面平坦性が低下するので好ましくない。
該Ｇａu Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝１、０≦ｕ≦１、
０≦ｖ≦１）の層厚は１μｍ以上１０μｍ以下が、結晶
性の優れたものが得られるので好ましい。層厚が１μｍ
よりも小さい場合、表面の平坦性、結晶性が充分でなく
好ましくない。１０μｍよりも大きい場合には、使用す
る基板によっては該化合物半導体層にクラックが発生す
る場合があり、また成長に時間がかかるため実用的では
ない。
半導体としては、通常良好な結晶が得られやすいＧａu
Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦
１）が用いられる。この場合の好適な成長速度は、５Å
／分以上３０００Å／分以下である。５Å／分よりも小
さな成長速度では成長に時間がかかりすぎて実用的でな
い。また３０００Å／分よりも大きいと、該化合物半導
体の結晶性、表面平坦性が低下するので好ましくない。
該Ｇａu Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝１、０≦ｕ≦１、
０≦ｖ≦１）の層厚は１μｍ以上１０μｍ以下が、結晶
性の優れたものが得られるので好ましい。層厚が１μｍ
よりも小さい場合、表面の平坦性、結晶性が充分でなく
好ましくない。１０μｍよりも大きい場合には、使用す
る基板によっては該化合物半導体層にクラックが発生す
る場合があり、また成長に時間がかかるため実用的では
ない。
【００１９】図１に従来の低温バッファ層を用いた場合
のプロセスの１例を、図２に本発明の高温バッファ層を
用いた場合のプロセスの１例を示す。本発明のプロセス
による高温バッファ層を用いることにより、従来の低温
バッファ層の成長に比べて、昇温、降温プロセスが不要
になるため、成長プロセスを短縮、簡素化させることが
可能であり好ましい。
のプロセスの１例を、図２に本発明の高温バッファ層を
用いた場合のプロセスの１例を示す。本発明のプロセス
による高温バッファ層を用いることにより、従来の低温
バッファ層の成長に比べて、昇温、降温プロセスが不要
になるため、成長プロセスを短縮、簡素化させることが
可能であり好ましい。
【００２０】本発明の製造方法で得られた発光素子用３
−５族化合物半導体を用いてなる発光素子の層構造の１
例を図３に示す。以下図３を用いて説明する。該発光素
子の積層構造は、ｎ型の層３及びｐ型の層７を有し、発
光層５が両層の間にあり、発光層５の両側が発光層より
も大きなバンドギャップの２つの層で接しているいわゆ
るダブルヘテロ構造となっている。ダブルヘテロ構造は
注入電荷を発光層に閉じ込める効果があるため、発光効
率を高くできるので有用である。
−５族化合物半導体を用いてなる発光素子の層構造の１
例を図３に示す。以下図３を用いて説明する。該発光素
子の積層構造は、ｎ型の層３及びｐ型の層７を有し、発
光層５が両層の間にあり、発光層５の両側が発光層より
も大きなバンドギャップの２つの層で接しているいわゆ
るダブルヘテロ構造となっている。ダブルヘテロ構造は
注入電荷を発光層に閉じ込める効果があるため、発光効
率を高くできるので有用である。
【００２１】該発光素子においては、基板１との格子不
整合を緩和させるために高温バッファ層２をまず成長
し、次に成長の容易さから通常ｎ型の層３を成長し、そ
の上方に発光層５、さらに発光層の上方にｐ型の層７を
成長する。ＬＥＤの基本的構造としては、ｎ型の層３、
発光層５及びｐ型の層７で充分であるが、発光層５とｎ
型の層３及び／又はｐ型の層７の間にノンドープ層又は
低濃度ドープ層をおくことにより発光効率を向上できる
場合がある。図３の場合、ノンドープ層４、保護層６が
これに対応する。該積層構造中において、２つ以上のｐ
型の層の間にｎ型の層がある場合、又は２つ以上のｎ型
の層の間にｐ型の層がある場合には、積層構造中に互い
に逆向きのｐｎ接合ができるため、ダイオードとしての
電気特性が低下することになるので好ましくない。
整合を緩和させるために高温バッファ層２をまず成長
し、次に成長の容易さから通常ｎ型の層３を成長し、そ
の上方に発光層５、さらに発光層の上方にｐ型の層７を
成長する。ＬＥＤの基本的構造としては、ｎ型の層３、
発光層５及びｐ型の層７で充分であるが、発光層５とｎ
型の層３及び／又はｐ型の層７の間にノンドープ層又は
低濃度ドープ層をおくことにより発光効率を向上できる
場合がある。図３の場合、ノンドープ層４、保護層６が
これに対応する。該積層構造中において、２つ以上のｐ
型の層の間にｎ型の層がある場合、又は２つ以上のｎ型
の層の間にｐ型の層がある場合には、積層構造中に互い
に逆向きのｐｎ接合ができるため、ダイオードとしての
電気特性が低下することになるので好ましくない。
【００２２】本発明におけるダブルヘテロ構造の発光素
子において、効率良く発光層に電荷を閉じ込めるために
は、発光層５に接する２つの層のバンドギャップは発光
層５のバンドギャップより０．１ｅＶ以上大きいことが
好ましい。更に好ましくは０．３ｅＶ以上である。該化
合物半導体はバンドギャップが５ｅＶを越えると高抵抗
となり、電荷の移動が困難となるため、本発明における
積層構造のいずれの層もバンドギャップは５ｅＶ以下で
あることが好ましい。
子において、効率良く発光層に電荷を閉じ込めるために
は、発光層５に接する２つの層のバンドギャップは発光
層５のバンドギャップより０．１ｅＶ以上大きいことが
好ましい。更に好ましくは０．３ｅＶ以上である。該化
合物半導体はバンドギャップが５ｅＶを越えると高抵抗
となり、電荷の移動が困難となるため、本発明における
積層構造のいずれの層もバンドギャップは５ｅＶ以下で
あることが好ましい。
【００２３】注入された電荷は発光層５で輻射的に再結
合する以外に、結晶欠陥等により無輻射的にも再結合す
る。したがって、一般的に結晶欠陥が少ないほど無輻射
再結合の割合が低くなり、発光効率が高くなると考えら
れる。とくに一般式Ｇａu Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝
１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、以下、ＧａＡｌＮと記す
ことがある。）で表される該化合物半導体は良好な結晶
性のもの得ることができることが知られている。したが
って、該発光層５は、Ｇａu Ａｌv Ｎ上に成長すること
で高い結晶性のものを得ることができる。
合する以外に、結晶欠陥等により無輻射的にも再結合す
る。したがって、一般的に結晶欠陥が少ないほど無輻射
再結合の割合が低くなり、発光効率が高くなると考えら
れる。とくに一般式Ｇａu Ａｌv Ｎ（ただし、ｕ＋ｖ＝
１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、以下、ＧａＡｌＮと記す
ことがある。）で表される該化合物半導体は良好な結晶
性のもの得ることができることが知られている。したが
って、該発光層５は、Ｇａu Ａｌv Ｎ上に成長すること
で高い結晶性のものを得ることができる。
【００２４】図３の例では、発光層５は１層からなって
いるが、発光層として機能する複数の層からなる層であ
ってもよい。具体的に複数の層からなる層が発光層とし
て機能する例としては、２つ以上の発光層がこれよりバ
ンドギャップの大きい層と積層されている構造が挙げら
れる。
いるが、発光層として機能する複数の層からなる層であ
ってもよい。具体的に複数の層からなる層が発光層とし
て機能する例としては、２つ以上の発光層がこれよりバ
ンドギャップの大きい層と積層されている構造が挙げら
れる。
【００２５】発光層５としてはＩｎ組成が１０％以上の
３−５族化合物半導体がバンドギャップを可視部にでき
るため表示用途に重要である。Ａｌを含むものはＯ等の
不純物を取り込みやすく、発光層として用いた場合、発
光効率が下がる場合がある。このような場合には、発光
層としてはＡｌを含まない一般式Ｉｎx Ｇａy Ｎ（ただ
し、ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１）で表される
ものが好ましい。
３−５族化合物半導体がバンドギャップを可視部にでき
るため表示用途に重要である。Ａｌを含むものはＯ等の
不純物を取り込みやすく、発光層として用いた場合、発
光効率が下がる場合がある。このような場合には、発光
層としてはＡｌを含まない一般式Ｉｎx Ｇａy Ｎ（ただ
し、ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１）で表される
ものが好ましい。
【００２６】該化合物半導体の格子定数は、組成により
大きく変化する。とくにＩｎＮの格子定数はＧａＮ又は
ＡｌＮに対して約１２％又はそれ以上大きい。このた
め、該化合物半導体の各層の組成によっては、層と層と
の間の格子定数に大きな差が生じることがある。大きな
格子不整合がある場合、結晶に欠陥が生じる場合があ
り、結晶性を低下させる原因となる。格子不整合による
欠陥の発生を抑えるためには、格子不整合による歪みの
大きさに応じて層の厚さを小さくしなければならない。
好ましい厚さの範囲は歪みの大きさに依存する。ＧａＡ
ｌＮ上にＩｎを１０％以上含む該化合物半導体を積層す
る場合、Ｉｎを含む層の好ましい厚さは１０Å以上５０
０Å以下である。更に好ましくは１０Å以上９０Å以下
である。Ｉｎを含む層の厚さが１０Åより小さい場合、
発光効率が充分でなくなる。また５００Åより大きい場
合、欠陥が発生しやはり発光効率が充分でなくなる。
大きく変化する。とくにＩｎＮの格子定数はＧａＮ又は
ＡｌＮに対して約１２％又はそれ以上大きい。このた
め、該化合物半導体の各層の組成によっては、層と層と
の間の格子定数に大きな差が生じることがある。大きな
格子不整合がある場合、結晶に欠陥が生じる場合があ
り、結晶性を低下させる原因となる。格子不整合による
欠陥の発生を抑えるためには、格子不整合による歪みの
大きさに応じて層の厚さを小さくしなければならない。
好ましい厚さの範囲は歪みの大きさに依存する。ＧａＡ
ｌＮ上にＩｎを１０％以上含む該化合物半導体を積層す
る場合、Ｉｎを含む層の好ましい厚さは１０Å以上５０
０Å以下である。更に好ましくは１０Å以上９０Å以下
である。Ｉｎを含む層の厚さが１０Åより小さい場合、
発光効率が充分でなくなる。また５００Åより大きい場
合、欠陥が発生しやはり発光効率が充分でなくなる。
【００２７】発光層５に不純物をドープすることで、発
光層５のバンドギャップとは異なる波長で発光させるこ
とができる。これは不純物からの発光であるため、不純
物発光と呼ばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光
層５の３族元素の組成と不純物元素により決まる。この
場合、発光層５のＩｎ組成は５％以上が好ましい。Ｉｎ
組成が５％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外
線であり、充分な明るさを感じることができない。Ｉｎ
組成を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を
紫から青、緑へと調整できる。不純物発光に適した不純
物としては、２族元素が好ましい。２族元素のなかで
は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄをドープした場合、発光効率が高
いので好適である。とくにＺｎが好ましい。これらの元
素の濃度は、１０18〜１０22ｃｍ-3が好ましい。第３の
層はこれらの２族元素とともにＳｉ又はＧｅを同時にド
ープしてもよい。Ｓｉ、Ｇｅの好ましい濃度範囲は１０
18〜１０22ｃｍ-3である。
光層５のバンドギャップとは異なる波長で発光させるこ
とができる。これは不純物からの発光であるため、不純
物発光と呼ばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光
層５の３族元素の組成と不純物元素により決まる。この
場合、発光層５のＩｎ組成は５％以上が好ましい。Ｉｎ
組成が５％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外
線であり、充分な明るさを感じることができない。Ｉｎ
組成を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を
紫から青、緑へと調整できる。不純物発光に適した不純
物としては、２族元素が好ましい。２族元素のなかで
は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄをドープした場合、発光効率が高
いので好適である。とくにＺｎが好ましい。これらの元
素の濃度は、１０18〜１０22ｃｍ-3が好ましい。第３の
層はこれらの２族元素とともにＳｉ又はＧｅを同時にド
ープしてもよい。Ｓｉ、Ｇｅの好ましい濃度範囲は１０
18〜１０22ｃｍ-3である。
【００２８】不純物発光の場合、一般に発光スペクトル
がブロードになる。このため、高い色純度が要求される
場合、又は狭い波長範囲に発光パワーを集中させること
が必要な場合にはバンド端発光を利用する。バンド端発
光による発光素子を実現するためには、発光層５に含ま
れる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的に
は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｃｄ及びＺｎの各元素の濃度
が、いずれも１×１０19ｃｍ-3以下が好ましい。更に好
ましくは１×１０18ｃｍ-3以下である。バンド端発光の
場合、発光色は発光層５の３族元素の組成で決まる。可
視部で発光させる場合、Ｉｎ組成は１０％以上が好まし
い。Ｉｎ組成が１０％より小さい場合、発光する光はほ
とんど紫外線であり、充分な明るさを感じることができ
ない。Ｉｎ組成が増えるにつれて発光波長が長くなり、
発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
がブロードになる。このため、高い色純度が要求される
場合、又は狭い波長範囲に発光パワーを集中させること
が必要な場合にはバンド端発光を利用する。バンド端発
光による発光素子を実現するためには、発光層５に含ま
れる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的に
は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｃｄ及びＺｎの各元素の濃度
が、いずれも１×１０19ｃｍ-3以下が好ましい。更に好
ましくは１×１０18ｃｍ-3以下である。バンド端発光の
場合、発光色は発光層５の３族元素の組成で決まる。可
視部で発光させる場合、Ｉｎ組成は１０％以上が好まし
い。Ｉｎ組成が１０％より小さい場合、発光する光はほ
とんど紫外線であり、充分な明るさを感じることができ
ない。Ｉｎ組成が増えるにつれて発光波長が長くなり、
発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
【００２９】発光層５がＩｎを含む場合、熱的な安定性
が充分でなく、結晶成長中、又は半導体プロセスで劣化
を起こす場合がある。保護層６にはこのような発光層５
の劣化を保護する機能を持たせることができる。このた
めには、保護層６のＩｎ組成は１０％以下、Ａｌ組成は
５％以上が好ましい。更に好ましくはＩｎ組成が５％以
下、Ａｌ組成が１０％以上である。保護層６の膜厚は１
０Å以上１μｍ以下が好ましい。保護層６の膜厚が１０
Åより小さいと充分な発光層の保護効果が得られない。
また１μｍより大きい場合には発光効率が減少するので
好ましくない。更に好ましくは、５０Å以上５０００Å
以下である。
が充分でなく、結晶成長中、又は半導体プロセスで劣化
を起こす場合がある。保護層６にはこのような発光層５
の劣化を保護する機能を持たせることができる。このた
めには、保護層６のＩｎ組成は１０％以下、Ａｌ組成は
５％以上が好ましい。更に好ましくはＩｎ組成が５％以
下、Ａｌ組成が１０％以上である。保護層６の膜厚は１
０Å以上１μｍ以下が好ましい。保護層６の膜厚が１０
Åより小さいと充分な発光層の保護効果が得られない。
また１μｍより大きい場合には発光効率が減少するので
好ましくない。更に好ましくは、５０Å以上５０００Å
以下である。
【００３０】
【実施例】以下実施例により本発明を詳しく説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ ＭＯＶＰＥ法による気相成長により、図４に示す層構造
の３−５族化合物半導体を作製した。基板１はサファイ
アＣ面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。水素
をキャリアガスとして用いて、高温バッファ層２として
Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ（ｘ＝０．２）をＴＥＧ、ＴＥＡとア
ンモニアにより、１０５０℃で成長速度２５Å／分で６
００Å成長した。高温バッファ層２の成長後、ＴＥＧ、
ＴＥＡの供給を止め、直ちに同じ温度でＴＭＧ、アンモ
ニアを用いて、ＧａＮを成長速度２５０Å／分で３μｍ
成長した（ノンドープ層４）。結晶成長を終了した試料
は平坦な鏡面であった。室温でのフォトルミネッセンス
スペクトルは、結晶欠陥が関係する深い準位からの発光
が非常に弱く、バンド端からの発光が支配的な、光学的
に優れた結晶であった。Ｘ線ロッキングカーブ法で（０
００２）反射の半値幅を測定し、結晶性を評価したとこ
ろ、４０秒であった。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ ＭＯＶＰＥ法による気相成長により、図４に示す層構造
の３−５族化合物半導体を作製した。基板１はサファイ
アＣ面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。水素
をキャリアガスとして用いて、高温バッファ層２として
Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ（ｘ＝０．２）をＴＥＧ、ＴＥＡとア
ンモニアにより、１０５０℃で成長速度２５Å／分で６
００Å成長した。高温バッファ層２の成長後、ＴＥＧ、
ＴＥＡの供給を止め、直ちに同じ温度でＴＭＧ、アンモ
ニアを用いて、ＧａＮを成長速度２５０Å／分で３μｍ
成長した（ノンドープ層４）。結晶成長を終了した試料
は平坦な鏡面であった。室温でのフォトルミネッセンス
スペクトルは、結晶欠陥が関係する深い準位からの発光
が非常に弱く、バンド端からの発光が支配的な、光学的
に優れた結晶であった。Ｘ線ロッキングカーブ法で（０
００２）反射の半値幅を測定し、結晶性を評価したとこ
ろ、４０秒であった。
【００３１】次に上記と同じ条件で、高温バッファ層２
を成長したのち、図３に示す構造の化合物半導体を成長
した。すなわち、高温バッファ層２と同じ温度で、ＴＭ
Ｇ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いて、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮを３μｍ（ｎ型の層３）、引き続
いてＴＭＧ、アンモニアを用いてノンドープＧａＮを１
５００Å成長した（ノンドープ層４）。次に７８５℃ま
で降温した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、Ｔ
ＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアをそれぞれ０．０４ｓｃｃ
ｍ、０．６ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、発光層５であ
るＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎを９０秒成長し、さらにＴＥＧ、
ＴＥＡ及びアンモニアをそれぞれ０．０３２ｓｃｃｍ、
０．００８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、保護層６であ
るＧａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎを１０分成長した。これらの層の
成長速度は各々３３Å／分、２５Å／分であり、これか
ら求めた各層の膜厚は、各々５０Å、２５０Åである。
を成長したのち、図３に示す構造の化合物半導体を成長
した。すなわち、高温バッファ層２と同じ温度で、ＴＭ
Ｇ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いて、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮを３μｍ（ｎ型の層３）、引き続
いてＴＭＧ、アンモニアを用いてノンドープＧａＮを１
５００Å成長した（ノンドープ層４）。次に７８５℃ま
で降温した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、Ｔ
ＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアをそれぞれ０．０４ｓｃｃ
ｍ、０．６ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、発光層５であ
るＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎを９０秒成長し、さらにＴＥＧ、
ＴＥＡ及びアンモニアをそれぞれ０．０３２ｓｃｃｍ、
０．００８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、保護層６であ
るＧａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎを１０分成長した。これらの層の
成長速度は各々３３Å／分、２５Å／分であり、これか
ら求めた各層の膜厚は、各々５０Å、２５０Åである。
【００３２】次に、温度を１１００℃に昇温し、ＴＭ
Ｇ、アンモニア及びドーパントとしてビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ、以下、Ｃ
ｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いて、Ｃｐ2 Ｍｇの
供給を４０秒行った後、ＴＭＧを追加供給し、Ｍｇをド
ープしたＧａＮを５０００Å成長した（ｐ型の層７）。
成長終了後、基板を取り出し、窒素中８００℃で熱処理
を行なった。このようにして得られた試料に、常法に従
い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−
Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順
方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光
を示し、輝度は５００ｍｃｄであった。
Ｇ、アンモニア及びドーパントとしてビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ、以下、Ｃ
ｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いて、Ｃｐ2 Ｍｇの
供給を４０秒行った後、ＴＭＧを追加供給し、Ｍｇをド
ープしたＧａＮを５０００Å成長した（ｐ型の層７）。
成長終了後、基板を取り出し、窒素中８００℃で熱処理
を行なった。このようにして得られた試料に、常法に従
い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−
Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順
方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光
を示し、輝度は５００ｍｃｄであった。
【００３３】比較例１ サファイアＣ面基板上に、水素をキャリアガスに用い
て、低温バッファ層としてＧａ1-x Ａｌx Ｎ（ｘ＝０．
２）を、ＴＥＧ、ＴＥＡとアンモニアを原料として、５
５０℃で圧力は９５Ｔｏｒｒ、成長速度は２００Å／
分、３００Å成長した。低温バッファ層の成長後、温度
を１０５０℃に上げ、実施例１と同じ条件でＧａＮを３
μｍ成膜した。成長終了した試料は平坦な鏡面であっ
た。室温でのフォトルミネッセンススペクトルで評価す
ると、結晶欠陥の関係する深い準位からの発光が非常に
弱く、バンド端からの発光が支配的な光学的に優れた結
晶であったが、Ｘ線ロッキングカーブ法で評価すると、
（０００２）反射の半値幅は、３００秒もあり、実施例
１よりも結晶性が良くなかった。
て、低温バッファ層としてＧａ1-x Ａｌx Ｎ（ｘ＝０．
２）を、ＴＥＧ、ＴＥＡとアンモニアを原料として、５
５０℃で圧力は９５Ｔｏｒｒ、成長速度は２００Å／
分、３００Å成長した。低温バッファ層の成長後、温度
を１０５０℃に上げ、実施例１と同じ条件でＧａＮを３
μｍ成膜した。成長終了した試料は平坦な鏡面であっ
た。室温でのフォトルミネッセンススペクトルで評価す
ると、結晶欠陥の関係する深い準位からの発光が非常に
弱く、バンド端からの発光が支配的な光学的に優れた結
晶であったが、Ｘ線ロッキングカーブ法で評価すると、
（０００２）反射の半値幅は、３００秒もあり、実施例
１よりも結晶性が良くなかった。
【００３４】次に上記と同じ条件で、低温バッファ層を
成長したのち、図３に示す構造の化合物半導体を実施例
１と同じ条件で成長した。
成長したのち、図３に示す構造の化合物半導体を実施例
１と同じ条件で成長した。
【００３５】このようにして得られた試料を常法に従
い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−
Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順
方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光
を示したものの、輝度は３００ｍｃｄであった。
い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−
Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順
方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光
を示したものの、輝度は３００ｍｃｄであった。
【００３６】
【発明の効果】本発明の発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法によると、従来の低温バッファ層を利用す
る方法よりも製造プロセスを短縮、簡素化でき、また同
方法で得られる化合物半導体結晶よりも結晶性に優れ、
発光特性に優れた発光素子用３−５族化合物半導体が得
られる。得られた３−５族化合物半導体を用いると、Ｌ
ＥＤ又はレーザダイオード等の発光素子の性能を高める
ことができるので工業的価値がきわめて大きい。
体の製造方法によると、従来の低温バッファ層を利用す
る方法よりも製造プロセスを短縮、簡素化でき、また同
方法で得られる化合物半導体結晶よりも結晶性に優れ、
発光特性に優れた発光素子用３−５族化合物半導体が得
られる。得られた３−５族化合物半導体を用いると、Ｌ
ＥＤ又はレーザダイオード等の発光素子の性能を高める
ことができるので工業的価値がきわめて大きい。
【図１】従来の低温バッファ層を用いたプロセスの１例
を示す図
を示す図
【図２】本発明の高温バッファ層を用いたプロセスの１
例を示す図
例を示す図
【図３】本発明の製造方法で作製した発光素子の構造を
示す図
示す図
【図４】実施例１で作製した３−５族化合物半導体の構
造を示す図
造を示す図
１．．．基板 ２．．．バッファ層 ３．．．ｎ型の層 ４．．．ノンドープ層 ５．．．発光層 ６．．．保護層 ７．．．ｐ型の層
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に３−５族化合物半導体を成長する
方法であり、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただ
し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる発光層
を、これに接して、これよりもバンドギャップの大きな
層で挟んだ構造を有する発光素子用３−５族化合物半導
体の製造方法において、基板上に最初に成長させる層を
一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体と
し、かつこの層の成長温度が、９００℃以上１２００℃
以下であることを特徴とする発光素子用３−５族化合物
半導体の製造方法。 - 【請求項２】一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
で表される３−５族化合物半導体からなる発光層の厚さ
が５Å以上５００Å以下であることを特徴とする請求項
１記載の発光素子用３−５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）
で表される３−５族化合物半導体からなる発光層中に含
まれるＳｉ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣｄの各元素の濃度
が、いずれも１×１０19ｃｍ-3以下であることを特徴と
する請求項１又は２記載の発光素子用３−５族化合物半
導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30728395A JPH09148626A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30728395A JPH09148626A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148626A true JPH09148626A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=17967269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30728395A Pending JPH09148626A (ja) | 1995-11-27 | 1995-11-27 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09148626A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6060335A (en) * | 1997-02-12 | 2000-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| JP2002367917A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法、ｉｉｉ族窒化物膜製造用サファイア単結晶基板、及びエピタキシャル成長用基板 |
| US6593016B1 (en) | 1999-06-30 | 2003-07-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method thereof |
| US6852161B2 (en) | 2000-08-18 | 2005-02-08 | Showa Denko K.K. | Method of fabricating group-iii nitride semiconductor crystal, method of fabricating gallium nitride-based compound semiconductor, gallium nitride-based compound semiconductor, gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, and light source using the semiconductor light-emitting device |
| US7659190B2 (en) | 2002-11-29 | 2010-02-09 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing a Group III-V compound semiconductor |
| US7923742B2 (en) | 2008-03-18 | 2011-04-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for production of a nitride semiconductor laminated structure and an optical semiconductor device |
-
1995
- 1995-11-27 JP JP30728395A patent/JPH09148626A/ja active Pending
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| US6060335A (en) * | 1997-02-12 | 2000-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
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| US6918961B2 (en) | 1999-06-30 | 2005-07-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefor |
| US6852161B2 (en) | 2000-08-18 | 2005-02-08 | Showa Denko K.K. | Method of fabricating group-iii nitride semiconductor crystal, method of fabricating gallium nitride-based compound semiconductor, gallium nitride-based compound semiconductor, gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, and light source using the semiconductor light-emitting device |
| JP2002367917A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法、ｉｉｉ族窒化物膜製造用サファイア単結晶基板、及びエピタキシャル成長用基板 |
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