JPH0992881A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH0992881A JPH0992881A JP24224595A JP24224595A JPH0992881A JP H0992881 A JPH0992881 A JP H0992881A JP 24224595 A JP24224595 A JP 24224595A JP 24224595 A JP24224595 A JP 24224595A JP H0992881 A JPH0992881 A JP H0992881A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は信頼性の高い窒化物化合物半導体装置
を提供することを目的とする。 【構成】窒化物化合物半導体装置（１００）の成長用基
板（１０１）として導電性を有するアルミニウム酸化物
を用いる。この基板に導電性を持たせるための一つの方
法として不純物を添加する。 【効果】基板に導電性があるため、積層構造における表
面に現われていない内部層への電気的接触を取るための
エッチング処理などを必要としない。そのため、エピタ
キシャル層を加工することによる損傷を与えることなし
に、素子を形成することができる。
を提供することを目的とする。 【構成】窒化物化合物半導体装置（１００）の成長用基
板（１０１）として導電性を有するアルミニウム酸化物
を用いる。この基板に導電性を持たせるための一つの方
法として不純物を添加する。 【効果】基板に導電性があるため、積層構造における表
面に現われていない内部層への電気的接触を取るための
エッチング処理などを必要としない。そのため、エピタ
キシャル層を加工することによる損傷を与えることなし
に、素子を形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオードやレーザ
ダイオードに適用可能な基板上に窒化物化合物半導体膜
を形成してなる化合物半導体装置に関するものである。
ダイオードに適用可能な基板上に窒化物化合物半導体膜
を形成してなる化合物半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、青色あるいは紫色の発光ダイオー
ド用の材料として、一般式がＡｌＧａＩｎＮで表わされ
る窒化物化合物半導体が知られている。従来、この材料
系は主として有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ
法）により、アルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）との単
結晶であるサファイア基板上に成長されている。このよ
うな窒化物半導体素子においては、サファイア基板に導
電性がないため、基板上に積層した構造では表面に現わ
れていない層への電気的接触を図る際に、素子の一部を
エッチングするなどの処理が必要である。通常このよう
な処理は、積層構造にさまざまな損傷を与えるため、素
子の信頼性が著しく低下するという問題点があった。ま
た、素子の横方向に電気を流す必要があるため、素子内
部の抵抗によって発光が不均一になり、電界が特定領域
に集中し、その領域から素子劣化が進みやすいという問
題点も生じていた。
ド用の材料として、一般式がＡｌＧａＩｎＮで表わされ
る窒化物化合物半導体が知られている。従来、この材料
系は主として有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ
法）により、アルミニウム（Ａｌ）と酸素（Ｏ）との単
結晶であるサファイア基板上に成長されている。このよ
うな窒化物半導体素子においては、サファイア基板に導
電性がないため、基板上に積層した構造では表面に現わ
れていない層への電気的接触を図る際に、素子の一部を
エッチングするなどの処理が必要である。通常このよう
な処理は、積層構造にさまざまな損傷を与えるため、素
子の信頼性が著しく低下するという問題点があった。ま
た、素子の横方向に電気を流す必要があるため、素子内
部の抵抗によって発光が不均一になり、電界が特定領域
に集中し、その領域から素子劣化が進みやすいという問
題点も生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の窒化物化合物半導体素子においては、成長用の基板に
導電性がないことから、エッチング処理による損傷や、
素子構造に起因する特定部位への電界集中による素子の
劣化という問題点があった。そこで本発明は以上の問題
点に鑑みなされたもので、成長用基板の改良をはかった
化合物半導体装置を提供するものである。
の窒化物化合物半導体素子においては、成長用の基板に
導電性がないことから、エッチング処理による損傷や、
素子構造に起因する特定部位への電界集中による素子の
劣化という問題点があった。そこで本発明は以上の問題
点に鑑みなされたもので、成長用基板の改良をはかった
化合物半導体装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化物化合物
半導体の成長用基板として導電性基板を用いたことを特
徴とするものである。
半導体の成長用基板として導電性基板を用いたことを特
徴とするものである。
【０００５】
【作用】本発明によれば、基板が導電性を有しているた
め、エッチングなどの処理を必要としないため、このよ
うな処理自身や処理によって生じる層構造における特定
部位への電界集中を起こさせることなく素子を形成すう
ることができる。又、発光ダイオードの場合は比較的簡
単に多色化も可能となる。
め、エッチングなどの処理を必要としないため、このよ
うな処理自身や処理によって生じる層構造における特定
部位への電界集中を起こさせることなく素子を形成すう
ることができる。又、発光ダイオードの場合は比較的簡
単に多色化も可能となる。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら以下に
説明する。 （実施例１）図１に本発明の第１の実施例に関わる発光
ダイオード１００の構造断面図を示す。発光ダイオード
１００では、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とし、こ
れに不純物として炭素を適量添加した多結晶１０１を基
板とした。
説明する。 （実施例１）図１に本発明の第１の実施例に関わる発光
ダイオード１００の構造断面図を示す。発光ダイオード
１００では、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とし、こ
れに不純物として炭素を適量添加した多結晶１０１を基
板とした。
【０００７】導電性基板１０１の製法としては焼結など
の方法がとられる。例えば、市販の平均粒径０．２μｍ
程度のアルミナ粉末を出発点とし、アルミナ製ボールお
よび各種の溶剤とともにアルミナ製ポットで湿式混合粉
砕した。このようにして得られたスラリーに対して、溶
剤に室温または加熱して溶解した有機化合物をスラリー
中のアルミナ粉末に対して５％になるように添加した。
これらをアルミナ製容器で撹拌しながら乾燥し、平均粒
径１００μｍ程度の混合粉末を得た。この混合粉末を黒
鉛ボードに充填し、窒素中、３℃／分の一定速度で９０
０℃まで昇温してアルミナ粉末の表面にカーボンを被覆
した混合粉末を得た。この混合粉末をアルミナ製ボー
ル、アルミナ製ポットおよびメタノールを用いて再び湿
式混合粉砕し成形溶剤としてパラフィンを添加した。つ
いで、これらの混合粉末を１０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
下で成形した後、非酸化性雰囲気下あるいは真空中で６
００℃、４時間放置した後、１５００℃で２時間保持し
て焼結した。このようにして得た焼結体を、さらに１５
００気圧、アルゴン雰囲気中、１３５０℃で３０分間静
水圧のホットプレスした。この焼結体を３００μｍ厚に
スライスして基板１０１とした。炭素の量としては透過
率などの光学特性から２０％以下が望ましい。
の方法がとられる。例えば、市販の平均粒径０．２μｍ
程度のアルミナ粉末を出発点とし、アルミナ製ボールお
よび各種の溶剤とともにアルミナ製ポットで湿式混合粉
砕した。このようにして得られたスラリーに対して、溶
剤に室温または加熱して溶解した有機化合物をスラリー
中のアルミナ粉末に対して５％になるように添加した。
これらをアルミナ製容器で撹拌しながら乾燥し、平均粒
径１００μｍ程度の混合粉末を得た。この混合粉末を黒
鉛ボードに充填し、窒素中、３℃／分の一定速度で９０
０℃まで昇温してアルミナ粉末の表面にカーボンを被覆
した混合粉末を得た。この混合粉末をアルミナ製ボー
ル、アルミナ製ポットおよびメタノールを用いて再び湿
式混合粉砕し成形溶剤としてパラフィンを添加した。つ
いで、これらの混合粉末を１０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
下で成形した後、非酸化性雰囲気下あるいは真空中で６
００℃、４時間放置した後、１５００℃で２時間保持し
て焼結した。このようにして得た焼結体を、さらに１５
００気圧、アルゴン雰囲気中、１３５０℃で３０分間静
水圧のホットプレスした。この焼結体を３００μｍ厚に
スライスして基板１０１とした。炭素の量としては透過
率などの光学特性から２０％以下が望ましい。
【０００８】発光ダイオード１００は導電性アルミナ基
板１０１の上に周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）などによって、厚さ２００オングストローム（以下
Ａと記述する）のＡｌＮからなるバッファ層１０２、厚
さ３μｍのｎ型ＧａＮ層１０３、厚さ１μｍのｐ型Ｇａ
Ｎ層１０４がこの順で積層したものである。アルミナ基
板１０１は炭素を展開することにより導電性を有してい
ることから、エッチング処理をすることなしに発光ダイ
オードチップ１００を形成すうることができる。電極と
しては基板側にＡｌ電極１０５、ｐ型ＧａＮ層側にＡｕ
電極１０６を形成している。このような素子において
は、導電性のない従来のサファイア基板を用いた場合と
比較して、輝度に変化は見られないが、信頼性に約１桁
の改善が見られた。
板１０１の上に周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）などによって、厚さ２００オングストローム（以下
Ａと記述する）のＡｌＮからなるバッファ層１０２、厚
さ３μｍのｎ型ＧａＮ層１０３、厚さ１μｍのｐ型Ｇａ
Ｎ層１０４がこの順で積層したものである。アルミナ基
板１０１は炭素を展開することにより導電性を有してい
ることから、エッチング処理をすることなしに発光ダイ
オードチップ１００を形成すうることができる。電極と
しては基板側にＡｌ電極１０５、ｐ型ＧａＮ層側にＡｕ
電極１０６を形成している。このような素子において
は、導電性のない従来のサファイア基板を用いた場合と
比較して、輝度に変化は見られないが、信頼性に約１桁
の改善が見られた。
【０００９】尚、本実施例においては炭素添加アルミナ
基板１０１に直接ＡｌＮバッファ層１０２を設けたが、
基板１０１として炭素添加アルミナ上にシリコンカーバ
イトを形成したものを用い、その上にＡｌＮバッファ層
を形成すれば、基板とバッファ層の密着性が高まり、さ
らに信頼性が向上する。
基板１０１に直接ＡｌＮバッファ層１０２を設けたが、
基板１０１として炭素添加アルミナ上にシリコンカーバ
イトを形成したものを用い、その上にＡｌＮバッファ層
を形成すれば、基板とバッファ層の密着性が高まり、さ
らに信頼性が向上する。
【００１０】（実施例２）図２に本発明の実施例に関わ
る発光ダイオード２００の構造断面図を示す。発光ダイ
オード２００では、Ａｌ2 Ｏ3 単結晶に導電性を持たせ
るための不純物としてＳｉを１％程度添加したもの２０
１を成長用基板として用いている。
る発光ダイオード２００の構造断面図を示す。発光ダイ
オード２００では、Ａｌ2 Ｏ3 単結晶に導電性を持たせ
るための不純物としてＳｉを１％程度添加したもの２０
１を成長用基板として用いている。
【００１１】導電性Ａｌ2 Ｏ3 単結晶２０１の製法とし
ては、チョクラルスキー法によって製造される。例え
ば、純度５Ｎのアルミナ粉末と純度９ＮのＳｉチャンク
（重量比１０％）とをイリジウムのるつぼに入れＲＦ加
熱（高周波誘導加熱）によってアルミナの融点である２
０４０℃以上に昇温し融液を作る。この融液に（０００
１）面のサファイア単結晶を種結晶として、速度２ｍｍ
／ｈで引き上げる。この時の雰囲気は窒素（Ｎ2 ）に２
％程度の酸素（Ｏ2 ）を加えたものが望ましい。この程
度の添加量では、母材であるＡｌ2 Ｏ3 単結晶の品質を
損ねることなく導電性を確保することは可能であった。
そのため、不純物の量としては０．１％以上かつ１５％
以下であることが望ましい。
ては、チョクラルスキー法によって製造される。例え
ば、純度５Ｎのアルミナ粉末と純度９ＮのＳｉチャンク
（重量比１０％）とをイリジウムのるつぼに入れＲＦ加
熱（高周波誘導加熱）によってアルミナの融点である２
０４０℃以上に昇温し融液を作る。この融液に（０００
１）面のサファイア単結晶を種結晶として、速度２ｍｍ
／ｈで引き上げる。この時の雰囲気は窒素（Ｎ2 ）に２
％程度の酸素（Ｏ2 ）を加えたものが望ましい。この程
度の添加量では、母材であるＡｌ2 Ｏ3 単結晶の品質を
損ねることなく導電性を確保することは可能であった。
そのため、不純物の量としては０．１％以上かつ１５％
以下であることが望ましい。
【００１２】このＡｌ2 Ｏ3 単結晶基板２０１の一主面
上２０１ａに厚さ６００ＡのＡｌＮ層２０２、厚さ４μ
ｍのｎ型ＧａＮ層２０３、厚さ１μｍのｐ型ＧａＮ層２
０４がこの順で積層されている。ｐ型ＧａＮ層２０４は
発光層としても働く。結晶成長後、オーミック電極とし
てＡｌ2 Ｏ3 導電性単結晶基板２０１およびｐ型ＧａＮ
層２０４に対してそれぞれＡｌ膜２０５およびＩｎ膜２
０６をおのおの１μｍの厚さで形成した。
上２０１ａに厚さ６００ＡのＡｌＮ層２０２、厚さ４μ
ｍのｎ型ＧａＮ層２０３、厚さ１μｍのｐ型ＧａＮ層２
０４がこの順で積層されている。ｐ型ＧａＮ層２０４は
発光層としても働く。結晶成長後、オーミック電極とし
てＡｌ2 Ｏ3 導電性単結晶基板２０１およびｐ型ＧａＮ
層２０４に対してそれぞれＡｌ膜２０５およびＩｎ膜２
０６をおのおの１μｍの厚さで形成した。
【００１３】以下に、上記発光ダイオード２００の製造
方法を順に説明する。この発光ダイオード２００は、Ｍ
ＯＣＶＤ法によって製造された。キャリアガスとして水
素（Ｈ2 ）を、原料ガスとしてトリメチルガリウム
（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）（以下、ＴＭＧと記す）、トリメ
チルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）（以下、ＴＭＡ
と記す）、アンモニア（ＮＨ3 ）、シラン（ＳｉＨ
4 ）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5
Ｈ5 ）2 Ｍｇ）（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと記す）を用いた。
方法を順に説明する。この発光ダイオード２００は、Ｍ
ＯＣＶＤ法によって製造された。キャリアガスとして水
素（Ｈ2 ）を、原料ガスとしてトリメチルガリウム
（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）（以下、ＴＭＧと記す）、トリメ
チルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）（以下、ＴＭＡ
と記す）、アンモニア（ＮＨ3 ）、シラン（ＳｉＨ
4 ）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5
Ｈ5 ）2 Ｍｇ）（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと記す）を用いた。
【００１４】まず、有機洗浄および酸洗浄によって表面
を洗浄したＡｌ2 Ｏ3 導電性単結晶基板２０１をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室に載置させた加熱可能なサセプタ上に
装着する。
を洗浄したＡｌ2 Ｏ3 導電性単結晶基板２０１をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室に載置させた加熱可能なサセプタ上に
装着する。
【００１５】次に、常圧でＨ2 を２０Ｌ／分流しなが
ら、１１００℃で約１０分間、Ａｌ2Ｏ3 導電性単結晶
基板２０１の一主面２０１ａを気相エッチングした。次
に、Ａｌ2 Ｏ3 基板２０１を６００℃まで降温、保温
し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＡを２
５ｃｃ／分の量でそれぞれ流すことにより、ＡｌＮ層２
０２を約５分形成した。
ら、１１００℃で約１０分間、Ａｌ2Ｏ3 導電性単結晶
基板２０１の一主面２０１ａを気相エッチングした。次
に、Ａｌ2 Ｏ3 基板２０１を６００℃まで降温、保温
し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＡを２
５ｃｃ／分の量でそれぞれ流すことにより、ＡｌＮ層２
０２を約５分形成した。
【００１６】次に、Ａｌ2 Ｏ3 基板２０１を１０５０℃
まで昇温・保温し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１０ｃｃ／分そ
れぞれ流すことによりｎ型ＧａＮ層２０３を約１時間形
成した。
まで昇温・保温し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１０ｃｃ／分そ
れぞれ流すことによりｎ型ＧａＮ層２０３を約１時間形
成した。
【００１７】次に、Ａｌ2 Ｏ3 基板２０１を１０５０℃
で保温したまま、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2 Ｍｇを１００ｃｃ／分それぞれ流すことによりｐ型
ＧａＮ層２０４を約１５分形成した。
で保温したまま、Ｈ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2 Ｍｇを１００ｃｃ／分それぞれ流すことによりｐ型
ＧａＮ層２０４を約１５分形成した。
【００１８】Ａｌ2 Ｏ3 基板２０１を室温まで降温した
後ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、周知の真空蒸着法を用
いて、Ａｌ膜２０５およびＩｎ膜２０６をおのおの１μ
ｍの厚さで形成した。かかる後、窒素雰囲気中、３００
℃の熱処理を施し、オーミック電極とした。
後ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、周知の真空蒸着法を用
いて、Ａｌ膜２０５およびＩｎ膜２０６をおのおの１μ
ｍの厚さで形成した。かかる後、窒素雰囲気中、３００
℃の熱処理を施し、オーミック電極とした。
【００１９】かかる発光ダイオード２０における各層の
キャリア濃度は、ｎ型ＧａＮ層２０２が３×１０18ｃｍ
-3、ｐ型ＧａＮ層２０３が２×１０17ｃｍ-3である。こ
のようにして形成された発光ダイオード２００を３５０
μｍ角の大きさに切り分け、ステム上にマウント、モー
ルドし、ランプが完成する。このようにして形成された
発光ダイオードは、従来のサファイア基板を用いた場合
の同様の構造の発光ダイオードと比較して、通電劣化が
起こりにくく、寿命を約１桁改善することができた。
キャリア濃度は、ｎ型ＧａＮ層２０２が３×１０18ｃｍ
-3、ｐ型ＧａＮ層２０３が２×１０17ｃｍ-3である。こ
のようにして形成された発光ダイオード２００を３５０
μｍ角の大きさに切り分け、ステム上にマウント、モー
ルドし、ランプが完成する。このようにして形成された
発光ダイオードは、従来のサファイア基板を用いた場合
の同様の構造の発光ダイオードと比較して、通電劣化が
起こりにくく、寿命を約１桁改善することができた。
【００２０】本実施例の場合も単結晶基板上にバッファ
層１０２を形成する前に、ＭＯＣＶＤ法等によりＳｉＣ
或いはＳｉＧｅ層を形成すれば、より信頼性の高い発光
ダイオードを得ることができる。
層１０２を形成する前に、ＭＯＣＶＤ法等によりＳｉＣ
或いはＳｉＧｅ層を形成すれば、より信頼性の高い発光
ダイオードを得ることができる。
【００２１】（実施例３）図３に本発明の第３の実施例
に関わる発光ダイオード３００の構造断面図を示す。発
光ダイオード３００はＡｌとＯとからなる導電性の単結
晶３０１が成長用基板として用いられている。この単結
晶基板３０１は、導電性を持たせるための不純物として
銅を２％程度添加している。この単結晶基板３０１上に
厚さ５００ＡのＧａＮ層３０２、厚さ４μｍのｎ型Ｇａ
Ｎ層３０３、厚さ１０００ＡのＩｎＧａＮ層３０４、厚
さ５０００Ａのｐ型ＧａＮ層３０５がこの順で形成され
ている。成長には周知のＭＯＣＶＤ法でもＭＢＥ法でも
可能である。電極としては、単結晶基板３０１に対して
Ａｌ膜３０６を、ｐ型ＧａＮ層３０５に対してＩｎ−Ｚ
ｎ膜３０７を周知の真空蒸着法等で形成し、膜形成後、
熱処理などをほどこすことにより、電極金属膜／単結晶
（基板あるいはエピタキシャル層）間の結合を起こさ
せ、良好なオーミック電極とした。本実施例における発
光ダイオードでは、発光層に用いられるＩｎＧａＮ層中
のＩｎの組織比によって、その発光波長を変えることが
できる、Ｉｎの量が０．３以下の範囲で用いられること
が、結晶性あるいはＩｎ濃度の制御性の点からはすぐれ
ている。また、基板への不純物としては、さらにイット
リウムを加えることが望ましい。このことにより光学的
な透過率が増し、外部量子効率の上昇を見込むことがで
きる。原子比で１０〜２０％添加することが望ましく、
この時に光学的な透過率は添加しないときと比較して大
きな値をとる。
に関わる発光ダイオード３００の構造断面図を示す。発
光ダイオード３００はＡｌとＯとからなる導電性の単結
晶３０１が成長用基板として用いられている。この単結
晶基板３０１は、導電性を持たせるための不純物として
銅を２％程度添加している。この単結晶基板３０１上に
厚さ５００ＡのＧａＮ層３０２、厚さ４μｍのｎ型Ｇａ
Ｎ層３０３、厚さ１０００ＡのＩｎＧａＮ層３０４、厚
さ５０００Ａのｐ型ＧａＮ層３０５がこの順で形成され
ている。成長には周知のＭＯＣＶＤ法でもＭＢＥ法でも
可能である。電極としては、単結晶基板３０１に対して
Ａｌ膜３０６を、ｐ型ＧａＮ層３０５に対してＩｎ−Ｚ
ｎ膜３０７を周知の真空蒸着法等で形成し、膜形成後、
熱処理などをほどこすことにより、電極金属膜／単結晶
（基板あるいはエピタキシャル層）間の結合を起こさ
せ、良好なオーミック電極とした。本実施例における発
光ダイオードでは、発光層に用いられるＩｎＧａＮ層中
のＩｎの組織比によって、その発光波長を変えることが
できる、Ｉｎの量が０．３以下の範囲で用いられること
が、結晶性あるいはＩｎ濃度の制御性の点からはすぐれ
ている。また、基板への不純物としては、さらにイット
リウムを加えることが望ましい。このことにより光学的
な透過率が増し、外部量子効率の上昇を見込むことがで
きる。原子比で１０〜２０％添加することが望ましく、
この時に光学的な透過率は添加しないときと比較して大
きな値をとる。
【００２２】（実施例４）図４に本発明の第４の実施例
であるレーザダイオード４００の構造断面図を示す。レ
ーザダイオード４００では、ＡｌとＯとからなる導電性
の単結晶を基板として用いている。この単結晶基板４０
１は、導電性を有するための不純物としてＣが０．５％
程度添加されている。この基板４０１上に厚さ５００Ａ
のＡｌＮ層４０２、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層４０３、
厚さ１μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層４０４、厚さ１０００Ａ
のアンドープＧａＮ層４０５、厚さ１μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＮ層４０６、厚さ１μｍのｐ型ＧａＮ層４０７がこの
順で形成されている。キャリア濃度は順に、ｎ型ＧａＮ
層４０３が３×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＡｌＧａＮ層４０４
が２×１０18ｃｍ-3、アンドープＧａＮ層４０５が１×
１０16ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０６が２×１０17ｃ
ｍ-3、ｐ型ＧａＮ層４０７が２×１０18ｃｍ-3である。
また、ＡｌＧａＮ層４０４および４０６におけるＡｌ組
成比は０．３である。このレーザダイオード４００では
従来のサファイア基板を用いた場合と異なり、エッチン
グなどによってｎ型ＧａＮ層への電気的接触をはかる必
要がないため、エピタキシャル成長層４０２〜４０７に
損傷を与えることがない。そのため、信頼性が従来のレ
ーザダイオードに比べて、約１桁の改善を見ることがで
きた。
であるレーザダイオード４００の構造断面図を示す。レ
ーザダイオード４００では、ＡｌとＯとからなる導電性
の単結晶を基板として用いている。この単結晶基板４０
１は、導電性を有するための不純物としてＣが０．５％
程度添加されている。この基板４０１上に厚さ５００Ａ
のＡｌＮ層４０２、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層４０３、
厚さ１μｍのｎ型ＡｌＧａＮ層４０４、厚さ１０００Ａ
のアンドープＧａＮ層４０５、厚さ１μｍのｐ型ＡｌＧ
ａＮ層４０６、厚さ１μｍのｐ型ＧａＮ層４０７がこの
順で形成されている。キャリア濃度は順に、ｎ型ＧａＮ
層４０３が３×１０18ｃｍ-3、ｎ型ＡｌＧａＮ層４０４
が２×１０18ｃｍ-3、アンドープＧａＮ層４０５が１×
１０16ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０６が２×１０17ｃ
ｍ-3、ｐ型ＧａＮ層４０７が２×１０18ｃｍ-3である。
また、ＡｌＧａＮ層４０４および４０６におけるＡｌ組
成比は０．３である。このレーザダイオード４００では
従来のサファイア基板を用いた場合と異なり、エッチン
グなどによってｎ型ＧａＮ層への電気的接触をはかる必
要がないため、エピタキシャル成長層４０２〜４０７に
損傷を与えることがない。そのため、信頼性が従来のレ
ーザダイオードに比べて、約１桁の改善を見ることがで
きた。
【００２３】（実施例５）図５に本発明の第５の実施例
であるレーザダイオード５００の構造断面図を示す。レ
ーザダイオード５００では、ＡｌとＯとからなる導電性
結晶５０１を基板として用いており、導電性を持たせる
ための不純物としてＳｉが０．２％程度含まれている。
この基板５０１上にＡｌＮ層５０２（厚さ３００Ａ）、
ｎ型ＧａＮ層５０３（厚さ２μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3）、ｎ型ＡｌＧａＮ層５０４（厚さ２０００
Ａ、Ａｌ組成比０．３、キャリア濃度１×１０17ｃ
ｍ-3）、ｎ型ＡｌＧａＮ層５０５（厚さ２０００Ａ、Ａ
ｌ組成比０．１５、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3）、
アンドープＧａＮ層５０６（厚さ３００Ａ）とアンドー
プＩｎＧａＮ層５０７（厚さ２００Ａ、Ｉｎ組成比０．
１）とによる３重量子井戸構造、ｐ型ＡｌＧａＮ層５０
８（厚さ２０００Ａ、Ａｌ組成比０．１５、キャリア濃
度１×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＮ層５０９（厚さ
２０００Ａ、Ａｌ組成比０．３、キャリア濃度３×１０
17ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＮ層５１０（厚さ５０００Ａ、２
×１０18ｃｍ-3）が、周知のＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ
法（分子線エピタキシー法）によって形成されている。
このような素子においては波長４００ｎｍ、しきい電流
値３ｋＡ／ｃｍ2 で室温連続発振が生じた。
であるレーザダイオード５００の構造断面図を示す。レ
ーザダイオード５００では、ＡｌとＯとからなる導電性
結晶５０１を基板として用いており、導電性を持たせる
ための不純物としてＳｉが０．２％程度含まれている。
この基板５０１上にＡｌＮ層５０２（厚さ３００Ａ）、
ｎ型ＧａＮ層５０３（厚さ２μｍ、キャリア濃度２×１
０18ｃｍ-3）、ｎ型ＡｌＧａＮ層５０４（厚さ２０００
Ａ、Ａｌ組成比０．３、キャリア濃度１×１０17ｃ
ｍ-3）、ｎ型ＡｌＧａＮ層５０５（厚さ２０００Ａ、Ａ
ｌ組成比０．１５、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3）、
アンドープＧａＮ層５０６（厚さ３００Ａ）とアンドー
プＩｎＧａＮ層５０７（厚さ２００Ａ、Ｉｎ組成比０．
１）とによる３重量子井戸構造、ｐ型ＡｌＧａＮ層５０
８（厚さ２０００Ａ、Ａｌ組成比０．１５、キャリア濃
度１×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＡｌＧａＮ層５０９（厚さ
２０００Ａ、Ａｌ組成比０．３、キャリア濃度３×１０
17ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＮ層５１０（厚さ５０００Ａ、２
×１０18ｃｍ-3）が、周知のＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ
法（分子線エピタキシー法）によって形成されている。
このような素子においては波長４００ｎｍ、しきい電流
値３ｋＡ／ｃｍ2 で室温連続発振が生じた。
【００２４】（実施例６）図６に本発明の第６の実施例
に関わる発光ダイオード６００の構造断面図を示す。発
光ダイオード６００では、アルイナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主
成分とし、これに不純物としてＴｉＣを適量添加した多
結晶６０１を基板とした。基板の製法は実施例１に記載
した方法と同様である。ＴｉＣの添加量は抵抗値の傾向
より、原料粉末の混合時の重量比で３０％以上であるこ
とが望ましい。これより少ない場合には比抵抗が１０5
Ω・ｃｍと高抵抗を示す。４０％以上８０％以下である
時がより望ましい。
に関わる発光ダイオード６００の構造断面図を示す。発
光ダイオード６００では、アルイナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主
成分とし、これに不純物としてＴｉＣを適量添加した多
結晶６０１を基板とした。基板の製法は実施例１に記載
した方法と同様である。ＴｉＣの添加量は抵抗値の傾向
より、原料粉末の混合時の重量比で３０％以上であるこ
とが望ましい。これより少ない場合には比抵抗が１０5
Ω・ｃｍと高抵抗を示す。４０％以上８０％以下である
時がより望ましい。
【００２５】導電性アルミナ基板６０１上には、基板と
エピタキシャル成長層との格子不整合を緩和するための
ＧａＮバッファ層６０２（厚さ０．１μｍ）、ｎ型Ｇａ
Ｎ電子電流注入層６０３（厚さ４μｍ、Ｓｉドープ、キ
ャリア濃度２×１０18ｃｍ-3）、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層
６０４（Ｉｎ組成比０．０６、厚さ０．１μｍ、Ｓｉ、
Ｚｎドープ）、ｐ型ＡｌＧａＮ正孔電流注入層６０５
（Ａｌ組成比０．１５、厚さ０．５μｍ、Ｍｇドープ、
キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層６０５（Ｍｇドープ、厚さ０．３μｍ、キャリア濃
度２×１０18ｃｍ-3）がこの順で積層されている。ま
た、オーミック電極としては、基板６０１側に厚さ２μ
ｍのＡｕ電極６０７を、またｐ型ＧａＮ層６０６側には
Ｎｉ：２０００Ａ、Ａｕ：２μｍの積層構造６０８を用
いた。
エピタキシャル成長層との格子不整合を緩和するための
ＧａＮバッファ層６０２（厚さ０．１μｍ）、ｎ型Ｇａ
Ｎ電子電流注入層６０３（厚さ４μｍ、Ｓｉドープ、キ
ャリア濃度２×１０18ｃｍ-3）、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層
６０４（Ｉｎ組成比０．０６、厚さ０．１μｍ、Ｓｉ、
Ｚｎドープ）、ｐ型ＡｌＧａＮ正孔電流注入層６０５
（Ａｌ組成比０．１５、厚さ０．５μｍ、Ｍｇドープ、
キャリア濃度３×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層６０５（Ｍｇドープ、厚さ０．３μｍ、キャリア濃
度２×１０18ｃｍ-3）がこの順で積層されている。ま
た、オーミック電極としては、基板６０１側に厚さ２μ
ｍのＡｕ電極６０７を、またｐ型ＧａＮ層６０６側には
Ｎｉ：２０００Ａ、Ａｕ：２μｍの積層構造６０８を用
いた。
【００２６】上述した実施例では基板として半導体を用
いることのできにくい青色の発光ダイオード（紫外も含
む）、青色半導体レーザ（同様紫外も含む）について説
明したが、例えば青色発光ダイオードが上述の如く上下
より電極を取り出すことが可能であれば、簡単に多色の
発光ダイオード引いてはディスプレイを得ることができ
る。具体的に説明すると、導電性のアルミナ基板上にＡ
ｌＮバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＮ層を形成
し、そのＩｎＧａＰ層の一部にＡｌ、他の一部にＰをド
ープし、個々に分離すれば、Ａｌドープの所は青、Ｐド
ープの所は赤、何もドーピングしない所は緑の発光が可
能となる。このように、赤、緑、青の発光が可能になれ
ば、発光ダイオードでフルカラーの多色ディスプレイが
できるようになる。そして本発明の場合、基板が導電性
を示すものである為、上述の如く上下より電極を取り出
すことが可能となり、多色ディスプレイにするための配
線も液晶ディスプレイと同じようにできる。したがって
自発光の発光ダイオードで液晶ディスプレイのような種
々の表示が可能となり、視野角の大きい表示装置を得る
ことができる。
いることのできにくい青色の発光ダイオード（紫外も含
む）、青色半導体レーザ（同様紫外も含む）について説
明したが、例えば青色発光ダイオードが上述の如く上下
より電極を取り出すことが可能であれば、簡単に多色の
発光ダイオード引いてはディスプレイを得ることができ
る。具体的に説明すると、導電性のアルミナ基板上にＡ
ｌＮバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＮ層を形成
し、そのＩｎＧａＰ層の一部にＡｌ、他の一部にＰをド
ープし、個々に分離すれば、Ａｌドープの所は青、Ｐド
ープの所は赤、何もドーピングしない所は緑の発光が可
能となる。このように、赤、緑、青の発光が可能になれ
ば、発光ダイオードでフルカラーの多色ディスプレイが
できるようになる。そして本発明の場合、基板が導電性
を示すものである為、上述の如く上下より電極を取り出
すことが可能となり、多色ディスプレイにするための配
線も液晶ディスプレイと同じようにできる。したがって
自発光の発光ダイオードで液晶ディスプレイのような種
々の表示が可能となり、視野角の大きい表示装置を得る
ことができる。
【００２７】また多色の発光ダイオードを得る場合、必
ずしも隣接して赤、緑、青を発光する必要なく、材料を
工夫して縦方向に積層しても良い。この場合、導電性の
アルミナ基板上にバッファ層を設け、その上にｐ−ｎ接
合をなすＩｎＧａＮＰ層、ｐ−ｎ接合をなすＩｎＧａＮ
層、ｐ−ｎ接合をなすＩｎＡｌＧａＮ層を順次形成し、
基板側から赤、緑、青を発光させるようにするか、不純
物のドーピングで多色を発光させるようにしても良い。
ずしも隣接して赤、緑、青を発光する必要なく、材料を
工夫して縦方向に積層しても良い。この場合、導電性の
アルミナ基板上にバッファ層を設け、その上にｐ−ｎ接
合をなすＩｎＧａＮＰ層、ｐ−ｎ接合をなすＩｎＧａＮ
層、ｐ−ｎ接合をなすＩｎＡｌＧａＮ層を順次形成し、
基板側から赤、緑、青を発光させるようにするか、不純
物のドーピングで多色を発光させるようにしても良い。
【００２８】上記実施例では発光素子について説明した
が、高耐圧のパワーデバイスなどの電子デバイスへの実
現も可能である。また、本発明の本旨である導電性のア
ルミニウム酸化物を逸脱しない限り、導電性を持つため
の主たる不純物以外にも不純物元素を添加することは可
能である。
が、高耐圧のパワーデバイスなどの電子デバイスへの実
現も可能である。また、本発明の本旨である導電性のア
ルミニウム酸化物を逸脱しない限り、導電性を持つため
の主たる不純物以外にも不純物元素を添加することは可
能である。
【００２９】
【発明の効果】以上、述べてきたように窒化物化合物半
導体の結晶成長用基板として、導電性基板を用いること
により、積層構造表面に現われていない内部層への電気
的接触を取るためのエッチング処理などを必要としな
い。そのため、積層構造素子に対して損傷を与えること
なく加工することが可能であるため、素子の諸特性も向
上し、また信頼性の向上を図ることができた。
導体の結晶成長用基板として、導電性基板を用いること
により、積層構造表面に現われていない内部層への電気
的接触を取るためのエッチング処理などを必要としな
い。そのため、積層構造素子に対して損傷を与えること
なく加工することが可能であるため、素子の諸特性も向
上し、また信頼性の向上を図ることができた。
【図１】 本発明の第１の実施例である発光ダイオード
の構造断面図
の構造断面図
【図２】 本発明の第２の実施例である発光ダイオード
の構造断面図
の構造断面図
【図３】 本発明の第３の実施例である発光ダイオード
の構造断面図
の構造断面図
【図４】 本発明の第４の実施例であるレーザダイオー
ドの構造断面図
ドの構造断面図
【図５】 本発明の第５の実施例であるレーザダイオー
ドの構造断面図
ドの構造断面図
【図６】 本発明の第６の実施例であるレーザダイオー
ドの構造断面図
ドの構造断面図
１００…発光ダイオード １０１…導電性アルミナ基板 １０２…バッファ層 １０３…ｎ型ＧａＮ層 １０４…Ｐ型ＧａＮ層 １０５…Ａｌ電極 １０６…Ａｕ電極
Claims (6)
- 【請求項１】 結晶性基板と、この結晶性基板上に形成
された窒化物化合物半導体膜とを具備する化合物半導体
装置において、前記結晶性基板が導電性を有するアルミ
ニウム酸化物の多結晶からなることを特徴とする化合物
半導体装置。 - 【請求項２】 単結晶基板と、この単結晶基板上に形成
された窒化物化合物半導体膜とを具備する化合物半導体
装置において、前記単結晶基板が導電性を有するアルミ
ニウム酸化膜の単結晶からなることを特徴とする化合物
半導体装置。 - 【請求項３】 上記請求項１および２において、該アル
ミニウム酸化物からなる基板が導電性を有するための不
純物を内含することを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項４】 結晶性基板と、この結晶性基板上に形成
された窒化物化合物半導体膜とを具備する化合物半導体
装置において、前記結晶性基板が積層構造であって、下
地がカーボン含有のアルミニウム酸化物、その上の層が
シリコンカーバイトで、両者共導電性を示すものである
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項５】 結晶性基板と、この結晶性基板上に形成
された窒化物化合物半導体膜とを具備する化合物半導体
装置において、前記結晶性基板が導電性であって、前記
半導体膜が赤、緑、青色発光を示すような材料若くは不
純物がドープされ、多色発光をなすことを特徴とする化
合物半導体装置。 - 【請求項６】 結晶性基板と、この結晶性基板上に形成
された窒化物化合物半導体膜とを具備する化合物半導体
装置において、前記結晶性基板が導電性であって、前記
半導体膜が積層され、その積層された半導体膜が基板側
から赤色、緑色、青色発光をなす材料で構成され、多色
発光可能にしたことを特徴とする化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24224595A JPH0992881A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24224595A JPH0992881A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992881A true JPH0992881A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17086412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24224595A Pending JPH0992881A (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0992881A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828591B2 (en) | 2000-12-15 | 2004-12-07 | Sony Corporation | Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| US6870190B2 (en) | 2001-03-06 | 2005-03-22 | Sony Corporation | Display unit and semiconductor light emitting device |
| US6963086B2 (en) | 2001-10-10 | 2005-11-08 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting device image display illuminator and its manufacturing method |
| US7087932B2 (en) | 2000-07-18 | 2006-08-08 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting device and semiconductor light-emitting device |
| WO2008078672A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2008160137A (ja) * | 2000-03-02 | 2008-07-10 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその製造方法および半導体装置 |
| JP2012138626A (ja) * | 2005-04-29 | 2012-07-19 | Cree Inc | 開いたピット中に延びる能動層を有する発光デバイス及びその製造方法 |
| WO2016024515A1 (ja) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Tdk株式会社 | アルミナ基板 |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP24224595A patent/JPH0992881A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4704421B2 (ja) * | 2000-03-02 | 2011-06-15 | 株式会社リコー | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法および半導体装置 |
| JP2008160137A (ja) * | 2000-03-02 | 2008-07-10 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその製造方法および半導体装置 |
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| JP2012138626A (ja) * | 2005-04-29 | 2012-07-19 | Cree Inc | 開いたピット中に延びる能動層を有する発光デバイス及びその製造方法 |
| WO2008078672A1 (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | 窒化物半導体発光素子 |
| WO2016024515A1 (ja) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Tdk株式会社 | アルミナ基板 |
| JP2016040208A (ja) * | 2014-08-12 | 2016-03-24 | Tdk株式会社 | アルミナ基板 |
| CN106661762A (zh) * | 2014-08-12 | 2017-05-10 | Tdk株式会社 | 氧化铝基板 |
| CN106661762B (zh) * | 2014-08-12 | 2018-12-18 | Tdk株式会社 | 氧化铝基板 |
| US10337120B2 (en) | 2014-08-12 | 2019-07-02 | Tdk Corporation | Alumina substrate |
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