JPH10173220A - 半導体発光素子の製法 - Google Patents

半導体発光素子の製法

Info

Publication number
JPH10173220A
JPH10173220A JP32633196A JP32633196A JPH10173220A JP H10173220 A JPH10173220 A JP H10173220A JP 32633196 A JP32633196 A JP 32633196A JP 32633196 A JP32633196 A JP 32633196A JP H10173220 A JPH10173220 A JP H10173220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor
low
temperature
buffer layer
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
JP32633196A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukio Shakuda
幸男 尺田
Shunji Nakada
俊次 中田
Masayuki Sonobe
雅之 園部
Takeshi Tsutsui
毅 筒井
Norikazu Ito
範和 伊藤
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.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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 Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP32633196A priority Critical patent/JPH10173220A/ja
Publication of JPH10173220A publication Critical patent/JPH10173220A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層する半導体層と格子定数の異なる基板上
でも半導体結晶を平坦に積層し、発光特性の優れた半導
体発光素子の製法を提供する。 【解決手段】 (a)基板1上に単結晶成長がされない
低温で半導体層を成膜して第1の低温バッファ層2aを
形成し、(b)該第1の低温バッファ層上に単結晶成長
が可能な温度で半導体層を成膜して高温バッファ層3a
を形成し、(c)該高温バッファ層上に前記低温でさら
に半導体層を成膜して第2の低温バッファ層2bを形成
し、(d)半導体層3〜5を順次積層して発光層を形成
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板上に、その基板
の格子定数と異なる格子定数の半導体層を積層する半導
体発光素子の製法に関する。さらに詳しくは、サファイ
ア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層する
青色系発光素子にとくに適した半導体発光素子の製法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえば青色系の光を発光する半
導体発光素子は、図2に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板21上にたとえばGaN
からなる低温バッファ層22と、高温でn形のGaNが
エピタキシャル成長されたn形層(クラッド層)23
と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより
も小さくなる材料、たとえばInx Ga1-x N(0≦x
≦0.5)からなる活性層24と、p形のGaNからな
るp形層(クラッド層)25とからなり、その表面にp
側(上部)電極28が設けられ、積層された半導体層の
一部がエッチングされて露出したn形層23の表面にn
側(下部)電極29が設けられることにより形成されて
いる。
【0003】この構造で、サファイア基板21はその格
子定数が4.76Å程度で、GaN半導体はその格子定
数が3.19Å程度とかなり異なっているため、両者間
に歪みが生じやすい。これを緩和するため、サファイア
基板21の表面に堆積する半導体層は直接エピタキシャ
ル成長をしないで、400〜600℃程度の低温でまず
多結晶層の低温バッファ層を形成し、ついで高温で結晶
成長をさせることにより、その高温度での成長時に低温
バッファ層も結晶化させる方法が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、サファ
イア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層す
る場合に、まずGaNからなる低温バッファ層を堆積し
てから高温による半導体結晶層を積層しているが、低温
バッファ層上に高温でGaNの結晶を堆積する場合、そ
の結晶化が均一になされず、その境界面に大きい場合は
高さで1μm程度の凸凹が生じる場合がある。その結
果、その上に積層されるチッ化ガリウム系化合物半導体
層も凸凹面状に形成されるため、0.1μm程度の薄い
活性層などは段切れが生じて活性層を挟むn形層とp形
層との間でリーク電流が生じることがある。また、段切
れが生じないまでも積層された半導体層に凸凹が生じて
いると、半導体層にクラックが入りやすいと共に、電流
が不均一となり、発光も不均一で発光効率が低下すると
いう問題がある。
【0005】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、積層する半導体層と格子定数の異なる
基板上でも半導体結晶を平坦に積層し、発光特性の優れ
た半導体発光素子の製法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子の製法は、(a)基板上に単結晶成長がなされない
低温で半導体層を成膜して第1の低温バッファ層を形成
し、(b)該第1の低温バッファ層上に結晶成長が可能
な温度で半導体層を成膜して高温バッファ層を形成し、
(c)該高温バッファ層上に前記低温でさらに半導体層
を成膜して第2の低温バッファ層を形成し、(d)半導
体層を順次積層して発光層を形成することを特徴とす
る。
【0007】前記基板がサファイア基板で、前記半導体
層がチッ化ガリウム系化合物半導体層であれば、青色系
の半導体発光素子の発光効率を向上させることができ
る。
【0008】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などの他の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などの他のV族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
【0009】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子の製法について説明をする。図1に
は本発明の製法により、たとえば青色系の発光に適した
チッ化ガリウム系化合物半導体層がサファイア基板上に
積層されて形成される半導体発光素子の断面説明図が示
されている。
【0010】本発明の半導体発光素子の製法は、図1に
示されるように、たとえばサファイア(Al2 3 単結
晶)などからなる基板1の表面に低温バッファ層2aお
よび高温バッファ層3aを、たとえば400〜600℃
程度の単結晶成長しない低温と、たとえば600〜12
00℃程度の結晶成長をする高温でそれぞれ積層した後
に、再度低温バッファ層2bを単結晶成長しない前述の
低温で成膜する。そして、その上にn形層3、活性層
4、AlGaN系(AlとGaの比率が種々変わり得る
ことを意味する、以下同じ)化合物半導体層5aおよび
GaN層5bからなるp形層5を順次積層して発光層部
を形成していることに特徴がある。積層された半導体層
の表面には、拡散メタル層7を介して上部電極(p側電
極)8を形成している。また、積層された半導体層の一
部を除去して露出したn形層3に下部電極(n側電極)
9を形成することにより、本発明の製法により得られる
半導体発光素子となる。以下に、本発明の半導体素子の
製法について、具体例によりさらに詳細に説明をする。
【0011】まず、たとえばサファイアからなる絶縁基
板1上に、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)に
より、キャリアガスのH2 と共にトリメチリガリウム
(以下、TMGという)、トリメチルインジウム(以
下、TMInという)、およびアンモニア(以下、NH
3 という)などの反応ガスを供給して、400〜600
℃程度の単結晶化しない低温で、n形のIny Ga1-y
N(0≦y≦0.5)からなる第1の低温バッファ層2
aを0.02〜0.15μm程度成膜する。ついで、反応
ガスのTMInを止めて600〜1200℃程度の高温
で、たとえばGaNからなる高温バッファ層3aを0.
3〜1μm程度の厚さだけエピタキシャル成長する。こ
の際、第1の低温バッファ層2aも結晶化されるが、高
温バッファ層3aの成長初期には完全な結晶化には至っ
ていないため、最初の結晶化が面内で均一には行われ
ず、凸凹が生じることがある。その後、反応温度を再度
400〜600℃程度の低温に下げて第1の低温バッフ
ァ層と同じ条件で第2の低温バッファ層2bを0.02
〜0.15μm程度成膜する。この第2の低温バッファ
層2bは結晶成長ではないため、充分に結晶成長してい
ない高温バッファ層3aの凹部にも成膜されて高温バッ
ファ層3aの成長初期に生じた凸凹の表面が平坦化され
る。この低温バッファ層2bの表面粗さは、高温バッフ
ァ層3aの粗さより1/10程度細かくなる。
【0012】この第2の低温バッファ層2b上に、従来
と同様にn形のGaNからなるn形層(クラッド層)3
を1〜5μm程度堆積し、さらに、バンドギャップエネ
ルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たと
えばZnがドープされたIn x Ga1-x N(0≦x≦
0.5、たとえばx=0.2)からなる活性層4を0.0
5〜0.3μm程度、p形のAlGaN系化合物半導体
層5aが0.1〜0.5μm程度およびp形のGaN層5
bが0.1〜0.5μm程度からなるp形層(クラッド
層)5を0.2〜1μm程度をそれぞれ順次積層する。
なお、GaNを堆積するときは、反応ガスとしてNH3
およびTMGを、Inx Ga1-x Nを堆積するときは、
反応ガスとしてさらにTMInを加え、AlGaN系化
合物半導体を堆積するときは、反応ガスとしてTMIn
に代えてトリメチルアルミニウム(TMA)を使用す
る。また、n形にするときはSiH4 などをn形ドーパ
ントガスとして使用することができ、p形ドーパントガ
スとしてはシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2
Mg)またはジメチル亜鉛(DMZn)を使用すること
ができる。
【0013】その後、たとえばNiおよびAuを蒸着し
てシンターすることにより拡散メタル層7を2〜100
nm程度形成する。ついで、下部電極を形成するためn
形層3が露出するように、積層された半導体層の一部を
塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによりエッ
チングをし、電極金属を蒸着することにより、上部電極
8および下部電極9を形成することにより、図1に示さ
れる半導体発光素子が得られる。
【0014】本発明によれば、高温バッファ層3aが堆
積された後に、再度第2の低温バッファ層2bを形成し
ている。そのため、第1の低温バッファ層2a上にチッ
化ガリウム系化合物半導体層をエピタキシャル成長する
場合に、成膜初期の結晶化の不均一に伴う凸凹が生じて
も、低温で成膜される第2のバッファ層は単結晶成長で
はないため、凹部に埋って成膜され、表面の凸凹が平坦
化される。この第2の低温バッファ層2bは、高温バッ
ファ層3aの結晶層の上に成膜されており、つぎのn形
層3をエピタキシャル成長するために高温にするときに
結晶化される。そのため、その上にエピタキシャル成長
されるチッ化ガリウム系化合物半導体層(n形層3)
は、その結晶化した半導体層上に形成するため、結晶化
の不均一性は生じ難く、第2のバッファ層2bで平坦化
された面の状態を維持しながら積層される。そのため、
n形層3の成膜が平坦化され、その上に積層される活性
層4、p形層5も平坦化され、均一な半導体層が成膜さ
れて発光特性が向上する。
【0015】なお、前述の例では、第1および第2の低
温バッファ層2a、2bとしてIn y Ga1-y Nを用い
たが、GaNでもよく、また他のチッ化ガリウム系化合
物半導体でもよいことは言うまでもない。さらに、n形
層3およびp形層5も前述の例に限定されるものではな
く、GaNとAlGaN系化合物半導体との複層、また
はGaNもしくはAlGaN系化合物半導体のみ、もし
くは他のチッ化ガリウム系化合物半導体層で形成するこ
ともできる。
【0016】また、前述の例では、n形層とp形層とで
活性層が挟持されたダブルヘテロ接合構造であるが、n
形層とp形層とが直接接合するpn接合構造のものでも
よい。さらに、前述の例では、チッ化ガリウム系化合物
半導体を用いた青色系の発光素子であったが、他の色の
発光素子でも、積層する半導体層と基板との格子定数が
異なる場合には、本発明を適用することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、積層する半導体層と基
板との格子定数が異なっていても、その間に低温バッフ
ァ層と高温バッファ層とさらに低温バッファ層とを介在
させているため、基板上に結晶性の優れた平坦なエピタ
キシャル成長層を形成することができる。その結果、結
晶層にクラックが生じたり、リーク電流が生じたりする
ことがなく、発光特性の優れた高輝度の半導体発光素子
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により製造される半導体発光素子
の断面説明図である。
【図2】従来の方法により製造した半導体発光素子の一
例の斜視説明図である。
【符号の説明】
1 基板 2a 第1のバッファ層 2b 第2のバッファ層 3 n形層 3a 高温バッファ層 4 活性層(発光層) 5 p形層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 毅 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)基板上に単結晶成長がなされない
    低温で半導体層を成膜して第1の低温バッファ層を形成
    し、(b)該第1の低温バッファ層上に結晶成長が可能
    な温度で半導体層を成膜して高温バッファ層を形成し、
    (c)該高温バッファ層上に前記低温でさらに半導体層
    を成膜して第2の低温バッファ層を形成し、(d)半導
    体層を順次積層して発光層を形成することを特徴とする
    半導体発光素子の製法。
  2. 【請求項2】 前記基板がサファイア基板で、前記半導
    体層がチッ化ガリウム系化合物半導体層である請求項1
    記載の半導体発光素子の製法。
JP32633196A 1996-12-06 1996-12-06 半導体発光素子の製法 Pending JPH10173220A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32633196A JPH10173220A (ja) 1996-12-06 1996-12-06 半導体発光素子の製法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32633196A JPH10173220A (ja) 1996-12-06 1996-12-06 半導体発光素子の製法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10173220A true JPH10173220A (ja) 1998-06-26

Family

ID=18186589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32633196A Pending JPH10173220A (ja) 1996-12-06 1996-12-06 半導体発光素子の製法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10173220A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004017432A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor and fabrication method thereof
WO2004017431A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor led and fabrication method thereof
WO2006068374A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
JP2008211246A (ja) * 2008-04-25 2008-09-11 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板及び半導体積層構造
JP2010514193A (ja) * 2006-12-22 2010-04-30 フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 歪み低減のためにテンプレート上で成長させたiii−窒化物発光デバイス
JP2013080942A (ja) * 2006-12-22 2013-05-02 Philips Lumileds Lightng Co Llc 歪みを減少させるためのテンプレート上に成長させたiii族窒化物光放出デバイス

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004017432A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor and fabrication method thereof
WO2004017431A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor led and fabrication method thereof
KR100583163B1 (ko) * 2002-08-19 2006-05-23 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 및 그 제조방법
US8492779B2 (en) 2002-08-19 2013-07-23 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor LED and fabrication method thereof
US7615772B2 (en) 2002-08-19 2009-11-10 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor LED and fabrication method thereof
CN100350639C (zh) * 2002-08-19 2007-11-21 Lg伊诺特有限公司 氮化物半导体led和其制造方法
CN100350638C (zh) * 2002-08-19 2007-11-21 Lg伊诺特有限公司 氮化物半导体及其制备方法
US7368309B2 (en) 2002-08-19 2008-05-06 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor and fabrication method thereof
JP2008526012A (ja) * 2004-12-23 2008-07-17 エルジー イノテック カンパニー リミテッド 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
EP1829122A1 (en) * 2004-12-23 2007-09-05 LG Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
EP1829122A4 (en) * 2004-12-23 2010-08-25 Lg Innotek Co Ltd NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
US8030639B2 (en) 2004-12-23 2011-10-04 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
WO2006068374A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Lg Innotek Co., Ltd Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
US9343622B2 (en) 2004-12-23 2016-05-17 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
JP2010514193A (ja) * 2006-12-22 2010-04-30 フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー 歪み低減のためにテンプレート上で成長させたiii−窒化物発光デバイス
JP2013080942A (ja) * 2006-12-22 2013-05-02 Philips Lumileds Lightng Co Llc 歪みを減少させるためのテンプレート上に成長させたiii族窒化物光放出デバイス
JP2008211246A (ja) * 2008-04-25 2008-09-11 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板及び半導体積層構造

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4903189B2 (ja) 半極性窒化物単結晶薄膜の成長方法及びこれを用いた窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2003152220A (ja) 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子
KR100615122B1 (ko) 반도체 발광소자
WO2003072856A1 (fr) Procede de production de semi-conducteur a base d'un compose nitrure du groupe iii
JPH1126883A (ja) 窒化ガリウム系半導体発光素子およびその製造方法
JP2002368269A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2003142728A (ja) 半導体発光素子の製造方法
JPH07263748A (ja) 3族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
CN116190511B (zh) 一种高光效led外延片、制备方法及led芯片
JP3725382B2 (ja) 半導体素子の製造方法および半導体発光素子の製造方法
JP3713118B2 (ja) 半導体発光素子の製法
JPH11274082A (ja) Iii 族窒化物半導体およびその製造方法、およびiii 族窒化物半導体装置
JP3571401B2 (ja) 半導体発光素子の製法
JPH10173220A (ja) 半導体発光素子の製法
JPH09283799A (ja) 半導体発光素子
JP2000174335A (ja) GaN系化合物半導体発光素子の製造方法
JP2008028385A (ja) 低欠陥の半導体基板、半導体発光素子、およびそれらの製造方法
JP3219231B2 (ja) 化合物半導体発光素子およびその製造方法
JPH0794784A (ja) 青色発光素子
JP3615386B2 (ja) 半導体素子及びその製造方法
JP2005251922A (ja) 半導体発光素子
JPH11214750A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
JP3681540B2 (ja) 半導体の製造方法、半導体装置の製造方法及び半導体基板の製造方法
JP2001077480A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法
WO2021138872A1 (zh) 半导体结构及其衬底、半导体结构及其衬底的制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050329

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050530

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050726

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050926

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051007

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20051202