JPH10335702A - 窒化物系化合物半導体の成長方法およびその発光素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体の成長方法およびその発光素子Info
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- JPH10335702A JPH10335702A JP14491597A JP14491597A JPH10335702A JP H10335702 A JPH10335702 A JP H10335702A JP 14491597 A JP14491597 A JP 14491597A JP 14491597 A JP14491597 A JP 14491597A JP H10335702 A JPH10335702 A JP H10335702A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【解決手段】 第１の手段として、サファイア基板１結
晶表面を反応性イオンエッチング処理し、その後窒化物
系化合物半導体をエピタキシャル成長する。第２の手段
として、これら窒化物系化合物半導体層は、（ＡｌxＧ
ａ1-x）ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）とす
る。そして第３、４の手段として、これら基板上に形成
した窒化物系化合物半導体層は、発光ダイオードまたは
レーザダイオード素子構造とする。 【効果】 反応性イオンを用いてエッチングしたサファ
イア基板上に結晶成長することでエピタキシャル膜中の
残留歪みが低減された高品質な窒化物系化合物半導体発
光素子構造を作製できる。この結果、紫外領域から可視
領域に対応する高品質な（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ系窒
化物系化合物半導体発光ダイオードおよびレーザ素子構
造を実現することができる。
晶表面を反応性イオンエッチング処理し、その後窒化物
系化合物半導体をエピタキシャル成長する。第２の手段
として、これら窒化物系化合物半導体層は、（ＡｌxＧ
ａ1-x）ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）とす
る。そして第３、４の手段として、これら基板上に形成
した窒化物系化合物半導体層は、発光ダイオードまたは
レーザダイオード素子構造とする。 【効果】 反応性イオンを用いてエッチングしたサファ
イア基板上に結晶成長することでエピタキシャル膜中の
残留歪みが低減された高品質な窒化物系化合物半導体発
光素子構造を作製できる。この結果、紫外領域から可視
領域に対応する高品質な（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ系窒
化物系化合物半導体発光ダイオードおよびレーザ素子構
造を実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基板との大きな格子
不整合率に伴い生成される結晶欠陥を低減し高品質な窒
化物系化合物半導体エピタキシャル膜を結晶成長する方
法に係わる。特に、紫外領域から可視領域にかけての自
然放出光を利用した発光ダイオードおよび誘導放出光を
利用した半導体レーザ素子構造の窒化物系化合物半導体
発光素子の作製法に関する。
不整合率に伴い生成される結晶欠陥を低減し高品質な窒
化物系化合物半導体エピタキシャル膜を結晶成長する方
法に係わる。特に、紫外領域から可視領域にかけての自
然放出光を利用した発光ダイオードおよび誘導放出光を
利用した半導体レーザ素子構造の窒化物系化合物半導体
発光素子の作製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮを中心としたＡｌＮ、ＩｎＮ結晶
から成る（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ窒化物系化合物半導
体四元混晶は、 室温で約３．４ｅＶから６．２ｅＶの
バンドギャップエネルギを有し、且つ全ての組成領域に
おいて直接遷移型であることを特徴とする半導体材料で
ある。このため次世代の青紫発光素子材料として特に注
目されている。しかし、これら窒化物系化合物半導体
は、同様なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である従来のＧａ
Ａｓ、ＩｎＰ系等に比べ、格子整合する良質な基板結晶
が存在しない。
から成る（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ窒化物系化合物半導
体四元混晶は、 室温で約３．４ｅＶから６．２ｅＶの
バンドギャップエネルギを有し、且つ全ての組成領域に
おいて直接遷移型であることを特徴とする半導体材料で
ある。このため次世代の青紫発光素子材料として特に注
目されている。しかし、これら窒化物系化合物半導体
は、同様なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である従来のＧａ
Ａｓ、ＩｎＰ系等に比べ、格子整合する良質な基板結晶
が存在しない。
【０００３】これに対し、現在、窒化物系化合物半導体
の結晶成長では、同様な六方晶構造であるサファイアを
基板結晶として用いている。しかし、（０００１）面の
サファイア基板とＧａＮ結晶間では、約＋１６％近くも
の格子不整合率が存在する。このため、サファイア基板
上へ成長した窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜中
には圧縮歪みが蓄積され、その結果、約１０9ｃｍ-2も
の高密度な貫通転位等の結晶欠陥が生成される。窒化物
系化合物半導体エピタキシャル膜に生成された結晶欠陥
は、半導体デバイスを実現するにあたり様々な問題を引
き起こす要因となる。したがって、このような結晶欠陥
密度を低減しさらに結晶性を向上させることが重要であ
る。また、サファイア基板結晶は非常に強固であるため
に、従来の半導体プロセスで行われてきた溶液エッチン
グによる基板表面の清浄化が困難である。このため、従
来サファイア基板の表面清浄化は、窒化物系化合物半導
体の結晶成長前に約１０００度の水素雰囲気中で熱処理
することによって行われていた。（Ｈ．Ａｍａｎｏ ｅ
ｔ． ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８，
３５３（１９８６））。
の結晶成長では、同様な六方晶構造であるサファイアを
基板結晶として用いている。しかし、（０００１）面の
サファイア基板とＧａＮ結晶間では、約＋１６％近くも
の格子不整合率が存在する。このため、サファイア基板
上へ成長した窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜中
には圧縮歪みが蓄積され、その結果、約１０9ｃｍ-2も
の高密度な貫通転位等の結晶欠陥が生成される。窒化物
系化合物半導体エピタキシャル膜に生成された結晶欠陥
は、半導体デバイスを実現するにあたり様々な問題を引
き起こす要因となる。したがって、このような結晶欠陥
密度を低減しさらに結晶性を向上させることが重要であ
る。また、サファイア基板結晶は非常に強固であるため
に、従来の半導体プロセスで行われてきた溶液エッチン
グによる基板表面の清浄化が困難である。このため、従
来サファイア基板の表面清浄化は、窒化物系化合物半導
体の結晶成長前に約１０００度の水素雰囲気中で熱処理
することによって行われていた。（Ｈ．Ａｍａｎｏ ｅ
ｔ． ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８，
３５３（１９８６））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窒化
物系化合物半導体の成長前に反応性イオンエッチング法
を用いてサファイア基板の表面処理を行うことによっ
て、その後成長するエピタキシャル膜中の残留歪みが緩
和された高品質な窒化物系化合物半導体エピタキシャル
膜を得ることである。
物系化合物半導体の成長前に反応性イオンエッチング法
を用いてサファイア基板の表面処理を行うことによっ
て、その後成長するエピタキシャル膜中の残留歪みが緩
和された高品質な窒化物系化合物半導体エピタキシャル
膜を得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では次の手段をとる。第１の手段として、サフ
ァイア基板結晶を反応性イオンエッチング法によりエッ
チング処理を行い、その基板上に窒化物系化合物半導体
をエピタキシャル成長する。第２の手段として、これら
窒化物系化合物半導体層は、（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ
（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）とする。そして第
３、４の手段として、これら基板上に形成した窒化物系
化合物半導体層は、発光ダイオードまたはレーザダイオ
ード素子構造とする。
に本発明では次の手段をとる。第１の手段として、サフ
ァイア基板結晶を反応性イオンエッチング法によりエッ
チング処理を行い、その基板上に窒化物系化合物半導体
をエピタキシャル成長する。第２の手段として、これら
窒化物系化合物半導体層は、（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ
（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）とする。そして第
３、４の手段として、これら基板上に形成した窒化物系
化合物半導体層は、発光ダイオードまたはレーザダイオ
ード素子構造とする。
【０００６】まず、第１の手段である反応性イオンエッ
チング法を用いたサファイア基板の表面処理およびその
後の窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長につい
て説明する。先にも述べたように、約＋１６％近くもの
格子不整合率が存在するにも関わらず、六方晶構造を有
する窒化物系化合物半導体はサファイア基板上にエピタ
キシャル成長する。その成長機構は従来のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体とは非常に異なっている。まず、その成長
には高密度な結晶核を必要とし、その核を中心として島
状領域の形成および合体を繰り返しながら面内成長す
る。しかし、エピタキシャル膜と基板との界面からは格
子不整合に伴う貫通転位がエピタキシャル膜中に生成さ
れる。これに対し、本発明ではこの貫通転位の生成を抑
制するために窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成
長前にサファイア基板表面をプラズマイオンを用いてエ
ッチング処理を行う。サファイア基板表面を反応性イオ
ンエッチング法によって処理すると、基板表面にはプラ
ズマイオンの衝突によってダメージ層が形成される。一
般的にこのようなダメージ層は、非発光再結合中心とな
るために従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては如
何にこれを低減するかが重要であった。しかし、サファ
イア基板結晶は非常に強固であるためにイオンエッチン
グされた表面には単結晶から非晶質に近い状態に変化し
た領域が多く形成される。このような基板表面上に窒化
物系化合物半導体をエピタキシャル成長すると基板表面
では単結晶性が低下しているために基板との格子不整合
に伴う圧縮歪み量がイオンエッチング処理を行わない場
合比べ低減される。その結果、エピタキシャル膜中に生
成される貫通転位密度が低減され従来よりも高品質な窒
化物系化合物半導体膜を成長できる。
チング法を用いたサファイア基板の表面処理およびその
後の窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長につい
て説明する。先にも述べたように、約＋１６％近くもの
格子不整合率が存在するにも関わらず、六方晶構造を有
する窒化物系化合物半導体はサファイア基板上にエピタ
キシャル成長する。その成長機構は従来のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体とは非常に異なっている。まず、その成長
には高密度な結晶核を必要とし、その核を中心として島
状領域の形成および合体を繰り返しながら面内成長す
る。しかし、エピタキシャル膜と基板との界面からは格
子不整合に伴う貫通転位がエピタキシャル膜中に生成さ
れる。これに対し、本発明ではこの貫通転位の生成を抑
制するために窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成
長前にサファイア基板表面をプラズマイオンを用いてエ
ッチング処理を行う。サファイア基板表面を反応性イオ
ンエッチング法によって処理すると、基板表面にはプラ
ズマイオンの衝突によってダメージ層が形成される。一
般的にこのようなダメージ層は、非発光再結合中心とな
るために従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては如
何にこれを低減するかが重要であった。しかし、サファ
イア基板結晶は非常に強固であるためにイオンエッチン
グされた表面には単結晶から非晶質に近い状態に変化し
た領域が多く形成される。このような基板表面上に窒化
物系化合物半導体をエピタキシャル成長すると基板表面
では単結晶性が低下しているために基板との格子不整合
に伴う圧縮歪み量がイオンエッチング処理を行わない場
合比べ低減される。その結果、エピタキシャル膜中に生
成される貫通転位密度が低減され従来よりも高品質な窒
化物系化合物半導体膜を成長できる。
【０００７】そして、第２、第３および第４の手段であ
る（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ窒化物系化合物半導体を用
いて発光ダイオードまたはレーザ素子構造を形成するこ
とによって、紫外領域から可視領域の発光が可能な窒化
物系化合物半導体を実現できる。
る（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ窒化物系化合物半導体を用
いて発光ダイオードまたはレーザ素子構造を形成するこ
とによって、紫外領域から可視領域の発光が可能な窒化
物系化合物半導体を実現できる。
【０００８】以上に記したように、本発明の要旨は、サ
ファイアを基板結晶として用いる窒化物系化合物半導体
の結晶成長において、反応性イオンエッチングした基板
結晶表面上（上部）に窒化物系化合物半導体を結晶成長
することを特徴とする窒化物系化合物半導体の成長方法
およびその材料を用いた発光素子を提供することにあ
る。その望ましき一例として、上記窒化物系化合物半導
体層は（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）とする。更なる望ましき一例として、上記
基板上（上部）に形成された半導体層は、少なくともｐ
ｎ接合を備えた発光ダイオード構造として上記発光素子
を構成する。また、更なる望ましき他の例として、上記
半導体層で少なくともｐｎ接合およびレーザ発振用の共
振器を構成し、レーザダイオード構造を有する発光素子
を構成する。
ファイアを基板結晶として用いる窒化物系化合物半導体
の結晶成長において、反応性イオンエッチングした基板
結晶表面上（上部）に窒化物系化合物半導体を結晶成長
することを特徴とする窒化物系化合物半導体の成長方法
およびその材料を用いた発光素子を提供することにあ
る。その望ましき一例として、上記窒化物系化合物半導
体層は（ＡｌxＧａ1-x）ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）とする。更なる望ましき一例として、上記
基板上（上部）に形成された半導体層は、少なくともｐ
ｎ接合を備えた発光ダイオード構造として上記発光素子
を構成する。また、更なる望ましき他の例として、上記
半導体層で少なくともｐｎ接合およびレーザ発振用の共
振器を構成し、レーザダイオード構造を有する発光素子
を構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明であるイオンエッチ
ング処理したサファイア基板上に窒化物系化合物半導体
発光ダイオードおよび半導体レーザ素子構造を作製した
実施例について説明する。
ング処理したサファイア基板上に窒化物系化合物半導体
発光ダイオードおよび半導体レーザ素子構造を作製した
実施例について説明する。
【００１０】（実施例１）はじめに、本発明の第１の実
施例である窒化物系化合物半導体発光ダイオードについ
て図１を用いて説明する。原料には、III族原料として
有機金属であるトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムおよびＶ族原料としてアンモニアガスを用いた。
窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長前に、一般
的な反応性イオンエッチング装置を用いて（０００１）
面サファイア基板１表面をエッチング処理した。このエ
ッチング処理に用いるガスはアルゴン、水素、窒素、メ
タン、エタン、塩素系等いずれでも構わない。そして、
一般的な有機金属気相成長装置により、（０００１）面
サファイア基板１上に成長温度６００度にてＧａＮバッ
ファ層（厚さ２０ｎｍ）２を堆積した。その後、アンモ
ニアガスと水素とを混合したガス雰囲気中で温度１００
０度まで昇温することによってバッファ層２の再結晶化
を行い、その上に温度１０００度で以下に示す窒化物系
化合物半導体多層構造を成長した。
施例である窒化物系化合物半導体発光ダイオードについ
て図１を用いて説明する。原料には、III族原料として
有機金属であるトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウムおよびＶ族原料としてアンモニアガスを用いた。
窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長前に、一般
的な反応性イオンエッチング装置を用いて（０００１）
面サファイア基板１表面をエッチング処理した。このエ
ッチング処理に用いるガスはアルゴン、水素、窒素、メ
タン、エタン、塩素系等いずれでも構わない。そして、
一般的な有機金属気相成長装置により、（０００１）面
サファイア基板１上に成長温度６００度にてＧａＮバッ
ファ層（厚さ２０ｎｍ）２を堆積した。その後、アンモ
ニアガスと水素とを混合したガス雰囲気中で温度１００
０度まで昇温することによってバッファ層２の再結晶化
を行い、その上に温度１０００度で以下に示す窒化物系
化合物半導体多層構造を成長した。
【００１１】まず、再結晶化したＧａＮバッファ層２上
に、ｎ−ＧａＮコンタクト層（厚さ４μｍ、ｎ＝３×１
０18ｃｍ-3）３、ｎ−ＧａＮクラッド層（厚さ２.５μ
ｍ、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）４、ＺｎドープＧａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｎ活性層（厚さ０.０５μｍ、ｐ＝１×１０18ｃｍ
-3）５、ｐ−ＧａＮクラッド層（厚さ１.５μｍ、ｐ＝
８×１０17ｃｍ-3）６、およびｐ−ＧａＮコンタクト層
（厚さ０.５μｍ、ｎ＝３×１０18ｃｍ-3）７を順次エ
ピタキシャル成長した。作製した窒化物系化合物半導体
の２結晶Ｘ線回折測定を行ったところ、本発明により成
長したＧａＮ膜の半値幅は従来法により作製したＧａＮ
膜に比べ約半分の値が得られた。この結果から、本発明
により成長した窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜
の結晶性は従来法よりも大幅に向上したものと考えられ
る。その後、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術に
よりｐ−ＧａＮコンタクト層７上にエッチングマスクを
形成後、ドライエッチング技術を用いて、ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層３の一部を残すようにエッチングを行った。
この際のエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イ
オンミリング等、方法は問わない。その後、酸化膜およ
びホトリソグラフィ技術を用いて、電子ビーム蒸着法お
よびリフトオフ技術によってｐ側電極８、ｎ側電極９を
形成後、チップ化した。
に、ｎ−ＧａＮコンタクト層（厚さ４μｍ、ｎ＝３×１
０18ｃｍ-3）３、ｎ−ＧａＮクラッド層（厚さ２.５μ
ｍ、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）４、ＺｎドープＧａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｎ活性層（厚さ０.０５μｍ、ｐ＝１×１０18ｃｍ
-3）５、ｐ−ＧａＮクラッド層（厚さ１.５μｍ、ｐ＝
８×１０17ｃｍ-3）６、およびｐ−ＧａＮコンタクト層
（厚さ０.５μｍ、ｎ＝３×１０18ｃｍ-3）７を順次エ
ピタキシャル成長した。作製した窒化物系化合物半導体
の２結晶Ｘ線回折測定を行ったところ、本発明により成
長したＧａＮ膜の半値幅は従来法により作製したＧａＮ
膜に比べ約半分の値が得られた。この結果から、本発明
により成長した窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜
の結晶性は従来法よりも大幅に向上したものと考えられ
る。その後、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術に
よりｐ−ＧａＮコンタクト層７上にエッチングマスクを
形成後、ドライエッチング技術を用いて、ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層３の一部を残すようにエッチングを行った。
この際のエッチングはウエット、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ、イ
オンミリング等、方法は問わない。その後、酸化膜およ
びホトリソグラフィ技術を用いて、電子ビーム蒸着法お
よびリフトオフ技術によってｐ側電極８、ｎ側電極９を
形成後、チップ化した。
【００１２】図１に作製した窒化物系化合物半導体によ
る発光ダイオード素子構造を示す。この発光ダイオード
素子において、電流注入を行ったところ、強い自然放出
発光を確認した。その発光スペクトルは、電流値２０ｍ
Ａにおいて波長４４０ｎｍであった。比較のために、従
来技術であるイオンエッチング処理をしていないサファ
イア基板上に作製した同様な構造の発光ダイオード素子
と比べた場合、その発光強度は本発明により作製した素
子が１桁強いものであった。
る発光ダイオード素子構造を示す。この発光ダイオード
素子において、電流注入を行ったところ、強い自然放出
発光を確認した。その発光スペクトルは、電流値２０ｍ
Ａにおいて波長４４０ｎｍであった。比較のために、従
来技術であるイオンエッチング処理をしていないサファ
イア基板上に作製した同様な構造の発光ダイオード素子
と比べた場合、その発光強度は本発明により作製した素
子が１桁強いものであった。
【００１３】（実施例２）次に本発明の第２の実施例で
ある窒化物系化合物半導体レーザ素子の作製について図
２を用いて説明する。実施例１と同様に反応性イオンエ
ッチング装置を用いてエッチング処理したサファイア基
板上に有機金属気相成長法により順次、レーザ用ダブル
ヘテロ多層構造を成長した。
ある窒化物系化合物半導体レーザ素子の作製について図
２を用いて説明する。実施例１と同様に反応性イオンエ
ッチング装置を用いてエッチング処理したサファイア基
板上に有機金属気相成長法により順次、レーザ用ダブル
ヘテロ多層構造を成長した。
【００１４】まず、サファイア基板１上に低温にて堆積
したＧａＮバッファ層２（厚さ２０ｎｍ）上に、ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層（厚さ４μｍ、ｎ＝３×１０18ｃ
ｍ-3）３、ｎ−ＧａＮクラッド層（厚さ２.５μｍ、ｎ
＝１×１０18ｃｍ-3）４、アンドープ多重量子井戸構造
活性層（井戸層Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ、厚さ２ｎｍ、障壁層
ＧａＮ、厚さ４ｎｍ）１０、ｐ−ＧａＮクラッド層（厚
さ１.５μｍ、ｐ＝８×１０17ｃｍ-3）６を順次成長し
た。その後、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術に
より、ｐ−ＧａＮクラッド層上に幅５μｍのストライプ
エッチングマスクを形成後、ドライエッチング技術を用
いてｐ−ＧａＮクラッド層６を０.３μｍ残すまでエッ
チングを行い導波路構造１１を形成した。この導波路形
成方法はウェット、ドライエッチング等の手法は特に問
わない。
したＧａＮバッファ層２（厚さ２０ｎｍ）上に、ｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層（厚さ４μｍ、ｎ＝３×１０18ｃ
ｍ-3）３、ｎ−ＧａＮクラッド層（厚さ２.５μｍ、ｎ
＝１×１０18ｃｍ-3）４、アンドープ多重量子井戸構造
活性層（井戸層Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ、厚さ２ｎｍ、障壁層
ＧａＮ、厚さ４ｎｍ）１０、ｐ−ＧａＮクラッド層（厚
さ１.５μｍ、ｐ＝８×１０17ｃｍ-3）６を順次成長し
た。その後、熱ＣＶＤ法およびホトリソグラフィ技術に
より、ｐ−ＧａＮクラッド層上に幅５μｍのストライプ
エッチングマスクを形成後、ドライエッチング技術を用
いてｐ−ＧａＮクラッド層６を０.３μｍ残すまでエッ
チングを行い導波路構造１１を形成した。この導波路形
成方法はウェット、ドライエッチング等の手法は特に問
わない。
【００１５】次に、このエッチングマスクを選択成長用
マスクとしてｎ−ＧａＮ電流狭窄層（厚さ１μｍ、ｎ＝
３×１０18ｃｍ-3）１２を選択成長した。その後、エッ
チングマスクを除去し、ｐ−ＧａＮコンタクト層（厚さ
０.５μｍ、ｎ＝３×１０18ｃｍ-3）７にて埋込成長を
行った。そして、実施例１と同様に、ｎ−ＧａＮコンタ
クト層３の一部までエッチングを行い、ｐ側電極８およ
びｎ側電極９を形成後、劈開法によって共振器を形成し
チップとした。最後に、素子の劈開面に低反射膜１３と
高反射膜１４をスパッタ法により形成した。図２に本発
明の第２の実施例であるレーザダイオード素子構造を示
す。
マスクとしてｎ−ＧａＮ電流狭窄層（厚さ１μｍ、ｎ＝
３×１０18ｃｍ-3）１２を選択成長した。その後、エッ
チングマスクを除去し、ｐ−ＧａＮコンタクト層（厚さ
０.５μｍ、ｎ＝３×１０18ｃｍ-3）７にて埋込成長を
行った。そして、実施例１と同様に、ｎ−ＧａＮコンタ
クト層３の一部までエッチングを行い、ｐ側電極８およ
びｎ側電極９を形成後、劈開法によって共振器を形成し
チップとした。最後に、素子の劈開面に低反射膜１３と
高反射膜１４をスパッタ法により形成した。図２に本発
明の第２の実施例であるレーザダイオード素子構造を示
す。
【００１６】このレーザ素子に電流注入を行ったとこ
ろ、電流注入値２０ｍＡ時にはピーク波長４３０ｎｍの
強い自然放出光が見られた。さらに、電流注入を増加し
ていくと、自然放出光強度は更に強くなり、その半値幅
は狭く変化した。そして、電流注入値５０ｍＡで誘導放
出光が見られはじめ、その時の発振波長は４２０ｎｍで
あった。これに対し、同様な素子構造を従来法により作
製した素子構造において、電流注入を行ったところ誘導
放出光は見られず自然放出発光のみであった。これらの
窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜中の欠陥密度を
透過電子顕微鏡観察により評価したところ、従来法を用
いて成長した試料では約１０9ｃｍ-2もの貫通転位が観
察されたのに対し、本実施例で成長した試料では約１０
5ｃｍ-2まで低減された。このように本発明では、サフ
ァイア基板表面をイオンエッチング処理することによっ
て、成長した窒化物系化合物半導体層の結晶性を大幅に
向上させることができる。
ろ、電流注入値２０ｍＡ時にはピーク波長４３０ｎｍの
強い自然放出光が見られた。さらに、電流注入を増加し
ていくと、自然放出光強度は更に強くなり、その半値幅
は狭く変化した。そして、電流注入値５０ｍＡで誘導放
出光が見られはじめ、その時の発振波長は４２０ｎｍで
あった。これに対し、同様な素子構造を従来法により作
製した素子構造において、電流注入を行ったところ誘導
放出光は見られず自然放出発光のみであった。これらの
窒化物系化合物半導体エピタキシャル膜中の欠陥密度を
透過電子顕微鏡観察により評価したところ、従来法を用
いて成長した試料では約１０9ｃｍ-2もの貫通転位が観
察されたのに対し、本実施例で成長した試料では約１０
5ｃｍ-2まで低減された。このように本発明では、サフ
ァイア基板表面をイオンエッチング処理することによっ
て、成長した窒化物系化合物半導体層の結晶性を大幅に
向上させることができる。
【００１７】
【発明の効果】反応性イオンを用いてエッチングしたサ
ファイア基板上に結晶成長することでエピタキシャル膜
中の残留歪みを低減し高品質な窒化物系化合物半導体発
光素子構造を作製できる。
ファイア基板上に結晶成長することでエピタキシャル膜
中の残留歪みを低減し高品質な窒化物系化合物半導体発
光素子構造を作製できる。
【図１】本発明の第１の実施例である発光ダイオード素
子構造図。
子構造図。
【図２】本発明の第２の実施例であるレーザダイオード
素子構造図。
素子構造図。
１…サファイア基板、２…ＧａＮバッファ層、３…ｎ−
ＧａＮコンタクト層、４…ｎ−ＧａＮクラッド層、５…
ＺｎドープＧａＩｎＮ活性層、６…ｐ−ＧａＮクラッド
層、７…ｐ−ＧａＮコンタクト層、８…ｐ側電極、９…
ｎ側電極、１０…多重量子井戸活性層、１１…導波路構
造、１２…ｎ−ＧａＮ電流狭窄層、１３…前方低反射
膜、１４…後方高反射膜。
ＧａＮコンタクト層、４…ｎ−ＧａＮクラッド層、５…
ＺｎドープＧａＩｎＮ活性層、６…ｐ−ＧａＮクラッド
層、７…ｐ−ＧａＮコンタクト層、８…ｐ側電極、９…
ｎ側電極、１０…多重量子井戸活性層、１１…導波路構
造、１２…ｎ−ＧａＮ電流狭窄層、１３…前方低反射
膜、１４…後方高反射膜。
フロントページの続き (72)発明者 河田 雅彦 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 皆川 重量 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】サファイアを基板結晶として用いる窒化物
系化合物半導体の結晶成長において、反応性イオンエッ
チングした基板結晶表面上又は上部に窒化物系化合物半
導体を結晶成長することを特徴とする窒化物系化合物半
導体の成長方法。 - 【請求項２】上記窒化物系化合物半導体層は（ＡｌxＧ
ａ1-x）ＩｎyＮ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であ
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半
導の成長方法。 - 【請求項３】上記窒化物系化合物半導体層は、少なくと
もｐｎ接合を備えた発光ダイオード構造に形成されるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系化合物
半導体の成長方法。 - 【請求項４】上記窒化物系化合物半導体層は、少なくと
もｐｎ接合および共振器を備えたレーザダイオード構造
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物
系化合物半導体の成長方法。 - 【請求項５】請求項１乃至４に記載の窒化物系化合物半
導体の成長方法により形成された窒化物系化合物半導体
層を含むことを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14491597A JPH10335702A (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-03 | 窒化物系化合物半導体の成長方法およびその発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14491597A JPH10335702A (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-03 | 窒化物系化合物半導体の成長方法およびその発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335702A true JPH10335702A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15373221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14491597A Pending JPH10335702A (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-03 | 窒化物系化合物半導体の成長方法およびその発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10335702A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100616632B1 (ko) | 2004-11-18 | 2006-08-28 | 삼성전기주식회사 | 질화물계 반도체 소자 |
| JP2010168274A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法およびテンプレート基板 |
| JP2010168273A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、およびテンプレート基板 |
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| US8518806B2 (en) | 2008-01-29 | 2013-08-27 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride-based compound semiconductor, wafer including group III nitride-based compound semiconductor, and group III nitrided-based compound semiconductor device |
| US8680581B2 (en) | 2008-12-26 | 2014-03-25 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride semiconductor and template substrate |
-
1997
- 1997-06-03 JP JP14491597A patent/JPH10335702A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8518806B2 (en) | 2008-01-29 | 2013-08-27 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride-based compound semiconductor, wafer including group III nitride-based compound semiconductor, and group III nitrided-based compound semiconductor device |
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| US9196687B2 (en) | 2008-12-26 | 2015-11-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride semiconductor and template substrate |
| US9318559B2 (en) | 2008-12-26 | 2016-04-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride semiconductor and template substrate |
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| US10043948B2 (en) | 2010-05-31 | 2018-08-07 | Nichia Corporation | Light emitting device in which light emitting element and light transmissive member are directly bonded |
| US10658545B2 (en) | 2010-05-31 | 2020-05-19 | Nichia Corporation | Light emitting device in which light emitting element and light transmissive member are directly bonded |
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