JPH1093137A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子Info
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- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】青色系発光素子の製造において、窒化ガリウム
（ＧａＮ）ベースの化合物をサファイア基板上にバッフ
ァ層を入れてエピタキシャル成長させる。しかし基板と
ＡｌＧａＩｎＮデバイス層との間には、やはり大幅な格
子定数の差が存在しデバイス層の中に亀裂が生じること
がある。 【解決手段】いくつかのサブ・レーヤを備えたＮタイプ
の化合物デバイス層を製造することによって実現する。
所望の各電気特性または特質毎に対応するＮタイプのド
ープサブ・レーヤが設けられる。各サブ・レーヤの厚さ
は材料の亀裂を回避するように慎重に選択され、必要と
されるドーピング量が増すほど対応する厚さは薄くす
る。
（ＧａＮ）ベースの化合物をサファイア基板上にバッフ
ァ層を入れてエピタキシャル成長させる。しかし基板と
ＡｌＧａＩｎＮデバイス層との間には、やはり大幅な格
子定数の差が存在しデバイス層の中に亀裂が生じること
がある。 【解決手段】いくつかのサブ・レーヤを備えたＮタイプ
の化合物デバイス層を製造することによって実現する。
所望の各電気特性または特質毎に対応するＮタイプのド
ープサブ・レーヤが設けられる。各サブ・レーヤの厚さ
は材料の亀裂を回避するように慎重に選択され、必要と
されるドーピング量が増すほど対応する厚さは薄くす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ガリウム・ベース
のデバイスの製造に関するものである。とりわけ、本発
明は、材料の亀裂を被らないようにして、電気特性、並
びに、窒化ガリウム・ベースの発光デバイスから抽出さ
れる光の改善を目指すものである。
のデバイスの製造に関するものである。とりわけ、本発
明は、材料の亀裂を被らないようにして、電気特性、並
びに、窒化ガリウム・ベースの発光デバイスから抽出さ
れる光の改善を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの化合物
は、可視光の緑と青の範囲、及び、近紫外線の波長で発
光する。単結晶の窒化ガリウムは成長させるのが困難な
ので、ＧａＮベースのデバイスをエピタキシャル成長さ
せるための、市販のＧａＮ基板を入手することはできな
い。現在のところ、大部分のＧａＮベースの発光デバイ
ス（ＬＥＤ）は、サファイア基板上にエピタキシャル成
長させられている。サファイア基板とＧａＮベースの半
導体との間における格子定数及び熱膨張率の相違のた
め、サファイア基板に質の高いＧａＮベースのエピタキ
シャル層を成長させるのは困難になる。さらに、Ｎタイ
プの高バックグラウンド濃度とＰタイプの低ドーピング
活性度の組み合わせのため、伝導性の高いＰタイプのＧ
ａＮ半導体を得るのはほぼ不可能である。基本的なヘテ
ロ接合デバイスの概念は、長年の間に渡って十分に理解
されるようになったが、これらの難点のために、（Ａｌ
xＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ（ここで、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ
≦１）材料系（これらはこれまでＡｌＧａＩｎＮとして
既知である。）を利用した、緑または青の光を放出する
効率の良いヘテロ接合レーザ及びＬＥＤの開発が妨げら
れてきた。
は、可視光の緑と青の範囲、及び、近紫外線の波長で発
光する。単結晶の窒化ガリウムは成長させるのが困難な
ので、ＧａＮベースのデバイスをエピタキシャル成長さ
せるための、市販のＧａＮ基板を入手することはできな
い。現在のところ、大部分のＧａＮベースの発光デバイ
ス（ＬＥＤ）は、サファイア基板上にエピタキシャル成
長させられている。サファイア基板とＧａＮベースの半
導体との間における格子定数及び熱膨張率の相違のた
め、サファイア基板に質の高いＧａＮベースのエピタキ
シャル層を成長させるのは困難になる。さらに、Ｎタイ
プの高バックグラウンド濃度とＰタイプの低ドーピング
活性度の組み合わせのため、伝導性の高いＰタイプのＧ
ａＮ半導体を得るのはほぼ不可能である。基本的なヘテ
ロ接合デバイスの概念は、長年の間に渡って十分に理解
されるようになったが、これらの難点のために、（Ａｌ
xＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ（ここで、０≦ｘ≦１及び０≦ｙ
≦１）材料系（これらはこれまでＡｌＧａＩｎＮとして
既知である。）を利用した、緑または青の光を放出する
効率の良いヘテロ接合レーザ及びＬＥＤの開発が妨げら
れてきた。
【０００３】１９８０年代後期に、研究者が低温でＧａ
ＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させることの重要性を
発見した時、効率の高いＧａＮベースのＬＥＤは、可能
性を有するものになった。サファイア層にバッファ層を
低温で成長させると、引き続き成長させるＡｌＧａＩｎ
Ｎ層の形態が改善され、ＡｌＧａＩｎＮ材料のＮタイプ
・バックグラウンド濃度が低下する。これと、成長後の
熱アニーリングまたは低エネルギ電子ビーム照射が結び
つけられることによって、 Ｐタイプ・ドーパントを活
性化させるための導電性ＰタイプＧａＮの成長が容易に
なった。こうした技術の進歩によって、オプトエレクト
ロニクス及び他の用途のためのＡｌＧａＩｎＮ材料系の
デバイス開発の進み具合が大幅に加速された。
ＮまたはＡｌＮバッファ層を成長させることの重要性を
発見した時、効率の高いＧａＮベースのＬＥＤは、可能
性を有するものになった。サファイア層にバッファ層を
低温で成長させると、引き続き成長させるＡｌＧａＩｎ
Ｎ層の形態が改善され、ＡｌＧａＩｎＮ材料のＮタイプ
・バックグラウンド濃度が低下する。これと、成長後の
熱アニーリングまたは低エネルギ電子ビーム照射が結び
つけられることによって、 Ｐタイプ・ドーパントを活
性化させるための導電性ＰタイプＧａＮの成長が容易に
なった。こうした技術の進歩によって、オプトエレクト
ロニクス及び他の用途のためのＡｌＧａＩｎＮ材料系の
デバイス開発の進み具合が大幅に加速された。
【０００４】最近の進歩によって、サファイア以外の基
板上における良好なＡｌＧａＩｎＮデバイスの成長が可
能になったが、これらの基板は、まだ広く市販されてい
るわけではない。ＡｌＧａＩｎＮ以外の新たなバッファ
材料系（酸化亜鉛ＺｎＯ）も利用されるようになってい
る。ＨＶＰＥ（水素化物気相エピタキシャル法）によっ
て、シリコン及びサファイアのウェーハ上に厚いＡｌＧ
ａＩｎＮ単結晶を成長させて、その後、ＡｌＧａＩｎＮ
デバイスを成長させるための基板として利用されるよう
になった。炭化珪素（ＳｉＣ）、ＺｎＯ、バルクＧａ
Ｎ、及び、各種ガーネットも利用され、成功を納めてい
る。これらの基板は、サファイアよりも、ＧａＮに対し
てはるかにうまく格子整合するので、良質のデバイス層
を得るのに、予備バッファ層を必要としない場合もあり
得る。しかし、あらゆる場合において、バッファ層が用
いられるか否かはともかく、所望のデバイス特性（放出
される光のカラーのような）によれば、基板とＡｌＧａ
ＩｎＮデバイス層との間には、やはり、大幅な格子定数
の差が存在する。これが生じるのは、（ＡｌxＧａ1-x）
yＩｎ1-yＮ層の格子定数（並びに電気及び光学特性）が
ｘ及びｙの分子比によって変化するためである。結果と
して、サファイア上における成長の場合と同様に、材料
の質の問題に直面することになる。
板上における良好なＡｌＧａＩｎＮデバイスの成長が可
能になったが、これらの基板は、まだ広く市販されてい
るわけではない。ＡｌＧａＩｎＮ以外の新たなバッファ
材料系（酸化亜鉛ＺｎＯ）も利用されるようになってい
る。ＨＶＰＥ（水素化物気相エピタキシャル法）によっ
て、シリコン及びサファイアのウェーハ上に厚いＡｌＧ
ａＩｎＮ単結晶を成長させて、その後、ＡｌＧａＩｎＮ
デバイスを成長させるための基板として利用されるよう
になった。炭化珪素（ＳｉＣ）、ＺｎＯ、バルクＧａ
Ｎ、及び、各種ガーネットも利用され、成功を納めてい
る。これらの基板は、サファイアよりも、ＧａＮに対し
てはるかにうまく格子整合するので、良質のデバイス層
を得るのに、予備バッファ層を必要としない場合もあり
得る。しかし、あらゆる場合において、バッファ層が用
いられるか否かはともかく、所望のデバイス特性（放出
される光のカラーのような）によれば、基板とＡｌＧａ
ＩｎＮデバイス層との間には、やはり、大幅な格子定数
の差が存在する。これが生じるのは、（ＡｌxＧａ1-x）
yＩｎ1-yＮ層の格子定数（並びに電気及び光学特性）が
ｘ及びｙの分子比によって変化するためである。結果と
して、サファイア上における成長の場合と同様に、材料
の質の問題に直面することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、基板上にバッ
ファ層を成長させると、良質なＮタイプ及びＰタイプの
デバイス層を成長させることが可能になる。しかし、Ａ
ｌＧａＩｎＮデバイス層のＮドーピングが増大し、ホー
ル効果による測定結果２Ｅ１８ｃｍ−３を超える場合
（例えば、ＬＥＤ内でＳｉをドープしたＧａＮ層）、多
量のドーピングが施された層の厚さが数マイクロメート
ル（μｍ）を超えると、基板との格子不整合及び熱膨張
率の差が大きくなるので、デバイス層の中にはひどい亀
裂を示すものがある。先行技術のデバイスは、多量のド
ーピングが必要な場合には薄い層を利用することによっ
て、また、厚い層が必要になる場合にはドーピング量を
減らすことによって、亀裂を最小限に抑える。デバイス
層のドーピング量が増すと、亀裂を防ぐため、層の厚さ
は薄くなる。しかし、材料の質を維持するためには、厚
い第１のデバイス層（一般に３〜４μｍ）が必要にな
り、一方、ドーピング量が多いと、Ｎドープ層内におけ
るＮ接触抵抗、順電圧、及び、バルク抵抗が低下して、
デバイスの電気的及び光学的性能を高めることが可能に
なる。材料の亀裂は、デバイスの性能にかなりの影響を
与え、信頼性を損なうことになる。
ファ層を成長させると、良質なＮタイプ及びＰタイプの
デバイス層を成長させることが可能になる。しかし、Ａ
ｌＧａＩｎＮデバイス層のＮドーピングが増大し、ホー
ル効果による測定結果２Ｅ１８ｃｍ−３を超える場合
（例えば、ＬＥＤ内でＳｉをドープしたＧａＮ層）、多
量のドーピングが施された層の厚さが数マイクロメート
ル（μｍ）を超えると、基板との格子不整合及び熱膨張
率の差が大きくなるので、デバイス層の中にはひどい亀
裂を示すものがある。先行技術のデバイスは、多量のド
ーピングが必要な場合には薄い層を利用することによっ
て、また、厚い層が必要になる場合にはドーピング量を
減らすことによって、亀裂を最小限に抑える。デバイス
層のドーピング量が増すと、亀裂を防ぐため、層の厚さ
は薄くなる。しかし、材料の質を維持するためには、厚
い第１のデバイス層（一般に３〜４μｍ）が必要にな
り、一方、ドーピング量が多いと、Ｎドープ層内におけ
るＮ接触抵抗、順電圧、及び、バルク抵抗が低下して、
デバイスの電気的及び光学的性能を高めることが可能に
なる。材料の亀裂は、デバイスの性能にかなりの影響を
与え、信頼性を損なうことになる。
【０００６】ＬＥＤの１つ以上のデバイス層においてＮ
タイプのドーピング量が増し、同時に、ＬＥＤの材料が
良質であることは、電気特性（例えば、順電圧及び直列
抵抗）の最適化にとって極めて望ましい特徴である。
タイプのドーピング量が増し、同時に、ＬＥＤの材料が
良質であることは、電気特性（例えば、順電圧及び直列
抵抗）の最適化にとって極めて望ましい特徴である。
【０００７】光の出力効率を高めるため、キャリヤ注入
及び対再結合が改善されるように、ドーピングを最適化
することができれば、さらに有益である。
及び対再結合が改善されるように、ドーピングを最適化
することができれば、さらに有益である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導
体化合物、すなわち、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、または、ＡｌＧａＩｎＮのようなＧａ
Ｎベースの化合物におけるＮタイプ・ドーピングは、デ
バイス層の亀裂を引き起こすことなく、Ｎ接触電気抵
抗、ターン・オン及び順電圧、少数キャリヤ注入、及
び、再結合特性を改善するように最適化することが可能
である。これは、いくつかのサブ・レーヤを備えたＮタ
イプの化合物デバイス層を製造することによって実現す
る。所望の各電気特性または特質毎に、対応するＮタイ
プのドープサブ・レーヤが設けられる。各サブ・レーヤ
の厚さは、材料の亀裂を回避するように慎重に選択さ
れ、必要とされるドーピング量が増すほど、対応する厚
さは薄くなる。
体化合物、すなわち、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、または、ＡｌＧａＩｎＮのようなＧａ
Ｎベースの化合物におけるＮタイプ・ドーピングは、デ
バイス層の亀裂を引き起こすことなく、Ｎ接触電気抵
抗、ターン・オン及び順電圧、少数キャリヤ注入、及
び、再結合特性を改善するように最適化することが可能
である。これは、いくつかのサブ・レーヤを備えたＮタ
イプの化合物デバイス層を製造することによって実現す
る。所望の各電気特性または特質毎に、対応するＮタイ
プのドープサブ・レーヤが設けられる。各サブ・レーヤ
の厚さは、材料の亀裂を回避するように慎重に選択さ
れ、必要とされるドーピング量が増すほど、対応する厚
さは薄くなる。
【０００９】発光デバイス（ＬＥＤ）の場合、Ｎタイプ
の化合物デバイス層は、３つのサブ・レーヤを備えてい
る。各サブ・レーヤのドーピング・レベルは、選択され
た物理特性を最適化するように選択されている。第１の
サブ・レーヤは、亀裂を回避するため、ドーピングが施
されないか、あるいは、少量のドーピングが施され、良
好な材料の質にとって望ましい厚さまで成長させられ
る。第２のサブ・レーヤは、良好なＮ接触、順電圧、及
び、電気抵抗特性が得られるように、多量のドーピング
が施され、相応じて、材料の亀裂を回避するのに必要な
薄さに保たれる。第３のサブ・レーヤは、デバイスの活
性層における最適なキャリヤ注入及び対再結合が得られ
るように、所望のレベルまでドープされるが、そのドー
ピングは、一般に、第２のサブ・レーヤよりも少量であ
り、所望の場合には、相応じて、その厚さを増すことが
可能である。
の化合物デバイス層は、３つのサブ・レーヤを備えてい
る。各サブ・レーヤのドーピング・レベルは、選択され
た物理特性を最適化するように選択されている。第１の
サブ・レーヤは、亀裂を回避するため、ドーピングが施
されないか、あるいは、少量のドーピングが施され、良
好な材料の質にとって望ましい厚さまで成長させられ
る。第２のサブ・レーヤは、良好なＮ接触、順電圧、及
び、電気抵抗特性が得られるように、多量のドーピング
が施され、相応じて、材料の亀裂を回避するのに必要な
薄さに保たれる。第３のサブ・レーヤは、デバイスの活
性層における最適なキャリヤ注入及び対再結合が得られ
るように、所望のレベルまでドープされるが、そのドー
ピングは、一般に、第２のサブ・レーヤよりも少量であ
り、所望の場合には、相応じて、その厚さを増すことが
可能である。
【００１０】
【実施例】図１には、本発明のＮタイプのＬＥＤ１０が
示されている。（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮバッファ層
１４が、サファイア基板のような基板１２上に配置され
る。ＡｌＧａＩｎＮバッファ層１４に重ねて、Ｎタイプ
のＡｌＧａＩｎＮの化合物デバイス層１６が配置され
る。二重ヘテロ構造が、デバイスサブ・レーヤ１６Ｃ
と、化合物デバイス層１６の上に成長させられた、活性
層１８、及び、ＡｌＧａＩｎＮの化合物半導体の単一ま
たは複合Ｐタイプ層２０から形成される。
示されている。（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮバッファ層
１４が、サファイア基板のような基板１２上に配置され
る。ＡｌＧａＩｎＮバッファ層１４に重ねて、Ｎタイプ
のＡｌＧａＩｎＮの化合物デバイス層１６が配置され
る。二重ヘテロ構造が、デバイスサブ・レーヤ１６Ｃ
と、化合物デバイス層１６の上に成長させられた、活性
層１８、及び、ＡｌＧａＩｎＮの化合物半導体の単一ま
たは複合Ｐタイプ層２０から形成される。
【００１１】化合物デバイス層１６は、ＧａＮ：Ｓｉの
ようなＮドープしたＡｌＧａＩｎＮ材料の３つのサブ・
レーヤ１６Ａ、１６Ｂ、及び、１６Ｃを備えている。各
サブ・レーヤは固有のドーピング・レベルを有してい
る。第１のサブ・レーヤ１６Ａは、亀裂を回避するため
少量のドーピングが施され、良好な材料の質にとって望
ましい厚さまで成長させられる。第１のサブ・レーヤ１
６Ａのドーピング・レベルは、Ｎd＝２Ｅ１８ｃｍ
-3（ホール効果による測定結果）とすることが可能であ
り、関連する厚さは、３．５μｍとすることが可能であ
る。第２のサブ・レーヤ１６Ｂは、良好なＮ接触順電
圧、及び、電気抵抗特性が得られるように、多量のドー
ピングが施される。第２のサブ・レーヤ１６Ｂのドーピ
ング・レベルは、Ｎd＝８Ｅ１８ｃｍ-3（ホール効果に
よる測定結果）とすることが可能であり、関連する厚さ
は、亀裂を回避するため、０．４μｍ以下に保つことが
可能である。オプションの第３のサブ・レーヤ１６Ｃ
は、デバイスの活性層１８において最適なキャリヤ注入
及び対再結合が得られるように、所望のレベルまでドー
ピングが施される。第３のサブ・レーヤ１６Ｃのドーピ
ング・レベルは、Ｎd＝２Ｅ１８ｃｍ-3（ホール効果に
よる測定結果）とすることが可能である。第３のサブ・
レーヤによれば、青及び緑の発光ダイオード（ＬＥＤ）
及びレーザ（エッジ発光レーザ及び垂直共振型面発光レ
ーザ）のような二重ヘテロ構造発光デバイスにおいて、
最適な電流注入及び再結合が得られるように別個にドー
ピング制御することが可能になる。
ようなＮドープしたＡｌＧａＩｎＮ材料の３つのサブ・
レーヤ１６Ａ、１６Ｂ、及び、１６Ｃを備えている。各
サブ・レーヤは固有のドーピング・レベルを有してい
る。第１のサブ・レーヤ１６Ａは、亀裂を回避するため
少量のドーピングが施され、良好な材料の質にとって望
ましい厚さまで成長させられる。第１のサブ・レーヤ１
６Ａのドーピング・レベルは、Ｎd＝２Ｅ１８ｃｍ
-3（ホール効果による測定結果）とすることが可能であ
り、関連する厚さは、３．５μｍとすることが可能であ
る。第２のサブ・レーヤ１６Ｂは、良好なＮ接触順電
圧、及び、電気抵抗特性が得られるように、多量のドー
ピングが施される。第２のサブ・レーヤ１６Ｂのドーピ
ング・レベルは、Ｎd＝８Ｅ１８ｃｍ-3（ホール効果に
よる測定結果）とすることが可能であり、関連する厚さ
は、亀裂を回避するため、０．４μｍ以下に保つことが
可能である。オプションの第３のサブ・レーヤ１６Ｃ
は、デバイスの活性層１８において最適なキャリヤ注入
及び対再結合が得られるように、所望のレベルまでドー
ピングが施される。第３のサブ・レーヤ１６Ｃのドーピ
ング・レベルは、Ｎd＝２Ｅ１８ｃｍ-3（ホール効果に
よる測定結果）とすることが可能である。第３のサブ・
レーヤによれば、青及び緑の発光ダイオード（ＬＥＤ）
及びレーザ（エッジ発光レーザ及び垂直共振型面発光レ
ーザ）のような二重ヘテロ構造発光デバイスにおいて、
最適な電流注入及び再結合が得られるように別個にドー
ピング制御することが可能になる。
【００１２】図２には、図１に示すデバイスに関するプ
ロセス・フロー・チャート３０が示されている。ステッ
プ４０において、バッファ層が、サファイア基板上に直
接形成される。ステップ５０において、３００Ｃ〜１５
００Ｃの範囲の成長温度で、第１のＮタイプ・デバイス
サブ・レーヤが、バッファ層上に直接形成されるが、第
１のサブ・レーヤの厚さは、１．０μｍ〜３００μｍの
間で変動してもよい。ステップ６０では、同等の成長温
度で、第２のサブ・レーヤが、第１のサブ・レーヤ上に
形成されるが、第２のサブ・レーヤの厚さは、一般に、
０．０５μｍ〜１．０μｍであり、Ｎタイプのドーピン
グ・レベルは、Ｎd＝８Ｅ１８ｃｍ-3を超え（ホール効
果による測定結果）、ドーピング・レベルはデバイスの
電気特性を最適化するように選択され、厚さは亀裂を回
避するため十分に薄く保たれ、サブ・レーヤのドーピン
グ量が増すほどサブ・レーヤは薄くなる。ステップ７０
において、オプションの第３のサブ・レーヤが、選択さ
れたドーピング・レベル及び厚さになるように、第２の
サブ・レーヤ上に形成される。ドーピング・レベル及び
厚さは、電流注入及び光学再結合を改善するように選択
される。ステップ８０において、残りのデバイス層が、
３００Ｃ〜１５００Ｃの範囲の成長温度で、複合デバイ
ス層上に形成される。
ロセス・フロー・チャート３０が示されている。ステッ
プ４０において、バッファ層が、サファイア基板上に直
接形成される。ステップ５０において、３００Ｃ〜１５
００Ｃの範囲の成長温度で、第１のＮタイプ・デバイス
サブ・レーヤが、バッファ層上に直接形成されるが、第
１のサブ・レーヤの厚さは、１．０μｍ〜３００μｍの
間で変動してもよい。ステップ６０では、同等の成長温
度で、第２のサブ・レーヤが、第１のサブ・レーヤ上に
形成されるが、第２のサブ・レーヤの厚さは、一般に、
０．０５μｍ〜１．０μｍであり、Ｎタイプのドーピン
グ・レベルは、Ｎd＝８Ｅ１８ｃｍ-3を超え（ホール効
果による測定結果）、ドーピング・レベルはデバイスの
電気特性を最適化するように選択され、厚さは亀裂を回
避するため十分に薄く保たれ、サブ・レーヤのドーピン
グ量が増すほどサブ・レーヤは薄くなる。ステップ７０
において、オプションの第３のサブ・レーヤが、選択さ
れたドーピング・レベル及び厚さになるように、第２の
サブ・レーヤ上に形成される。ドーピング・レベル及び
厚さは、電流注入及び光学再結合を改善するように選択
される。ステップ８０において、残りのデバイス層が、
３００Ｃ〜１５００Ｃの範囲の成長温度で、複合デバイ
ス層上に形成される。
【００１３】サブ・レーヤは、ＯＭＶＰＥ、（これはＭ
ＯＣＶＤ（金属有機化学蒸着法）とも呼ばれる）、ＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル法）、ＧＳＭＢＥ（ガスソー
スＭＢＥ）、または、ＨＶＰＥ（水素化物気相エピタキ
シャル法）といった多くの利用可能な技法の１つを利用
して成長させることが可能である。（ＡｌxＧａ1-x）y
Ｉｎ1-yＮサブ・レーヤは、化学組成が同じ場合もあれ
ば、同じではない場合もある（すなわち、同じｘ及びｙ
分子比）。サブ・レーヤの組成及び／またはドーピング
・レベルは、サブ・レーヤ間において急激に変化する場
合もあれば、代わりに、有限厚さにわたって穏やかに漸
変する場合もあれば、サブ・レーヤの厚さ全体にわたっ
て漸変する場合もある。
ＯＣＶＤ（金属有機化学蒸着法）とも呼ばれる）、ＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル法）、ＧＳＭＢＥ（ガスソー
スＭＢＥ）、または、ＨＶＰＥ（水素化物気相エピタキ
シャル法）といった多くの利用可能な技法の１つを利用
して成長させることが可能である。（ＡｌxＧａ1-x）y
Ｉｎ1-yＮサブ・レーヤは、化学組成が同じ場合もあれ
ば、同じではない場合もある（すなわち、同じｘ及びｙ
分子比）。サブ・レーヤの組成及び／またはドーピング
・レベルは、サブ・レーヤ間において急激に変化する場
合もあれば、代わりに、有限厚さにわたって穏やかに漸
変する場合もあれば、サブ・レーヤの厚さ全体にわたっ
て漸変する場合もある。
【００１４】３つのサブ・レーヤを備えたＮタイプの化
合物層は、例示のように、デバイス層の亀裂を引き起こ
すことなく、Ｎ電気接触抵抗、順電圧、電流注入、及
び、放射再結合を改善するが、各層の組成、厚さ、及
び、ドーピング・レベルが、該デバイスにとって所望の
電気特性または物理特性に適応するように、追加Ｎタイ
プサブ・レーヤを加えることも可能である。化合物構造
は、さらに、半導体デバイスにおける他の多量にＮドー
ピングを施された層またはＰドーピングを施された層に
順次生じる亀裂問題を軽減するように拡張することが可
能である。
合物層は、例示のように、デバイス層の亀裂を引き起こ
すことなく、Ｎ電気接触抵抗、順電圧、電流注入、及
び、放射再結合を改善するが、各層の組成、厚さ、及
び、ドーピング・レベルが、該デバイスにとって所望の
電気特性または物理特性に適応するように、追加Ｎタイ
プサブ・レーヤを加えることも可能である。化合物構造
は、さらに、半導体デバイスにおける他の多量にＮドー
ピングを施された層またはＰドーピングを施された層に
順次生じる亀裂問題を軽減するように拡張することが可
能である。
【００１５】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００１６】（実施態様１）以下（ａ）および（ｂ）を
含むことを特徴とするデバイス、（ａ）基板（１２）
と、（ｂ）基板上に配置される（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ
1-yＮの化合物デバイス層（１６）であって、該化合物
デバイス層（１６）は、第１と第２のサブ・レーヤ（１
６Ａ、１６Ｂ）を含んでおり、各サブ・レーヤは対応す
る物理的特性に合わせて選択された関連する組成、厚
さ、及び、ドーピング・レベルを有しており、前記サブ
・レーヤのそれぞれに関連した組成及び厚さは、材料の
亀裂を最小限に抑えるように念入りに調整されていて、
前記サブ・レーヤのドーピングが増すほど、対応する前
記サブ・レーヤの厚さが薄くなる。
含むことを特徴とするデバイス、（ａ）基板（１２）
と、（ｂ）基板上に配置される（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ
1-yＮの化合物デバイス層（１６）であって、該化合物
デバイス層（１６）は、第１と第２のサブ・レーヤ（１
６Ａ、１６Ｂ）を含んでおり、各サブ・レーヤは対応す
る物理的特性に合わせて選択された関連する組成、厚
さ、及び、ドーピング・レベルを有しており、前記サブ
・レーヤのそれぞれに関連した組成及び厚さは、材料の
亀裂を最小限に抑えるように念入りに調整されていて、
前記サブ・レーヤのドーピングが増すほど、対応する前
記サブ・レーヤの厚さが薄くなる。
【００１７】（実施態様２）さらに、前記基板と前記化
合物デバイス層の間に介在するバッファ層（１４）が含
まれていることを特徴とする実施態様１に記載のデバイ
ス。
合物デバイス層の間に介在するバッファ層（１４）が含
まれていることを特徴とする実施態様１に記載のデバイ
ス。
【００１８】（実施態様３）前記化合物デバイス層に、
さらに関連するドーピング・レベルを備え、前記第２の
サブ・レーヤの上に配置される第３のサブ・レーヤ（１
６Ｃ）が含まれていることと、前記第３のサブ・レーヤ
の前記関連するドーピング・レベルが、活性層において
発光に最適なキャリヤ注入及び対再結合の物理特性をも
たらすように選択されていることを特徴とする実施態様
２に記載のデバイス。
さらに関連するドーピング・レベルを備え、前記第２の
サブ・レーヤの上に配置される第３のサブ・レーヤ（１
６Ｃ）が含まれていることと、前記第３のサブ・レーヤ
の前記関連するドーピング・レベルが、活性層において
発光に最適なキャリヤ注入及び対再結合の物理特性をも
たらすように選択されていることを特徴とする実施態様
２に記載のデバイス。
【００１９】（実施態様４）前記第１のサブ・レーヤ
（１６Ａ）の前記関連ドーピング・レベルが、材料の良
好な質という物理的特性をもたらすように選択され、前
記第２のサブ・レーヤの前記関連ドーピング・レベル
が、低電気抵抗率及び低デバイス順電圧という物理的特
性をもたらすように選択されることを特徴とする実施態
様１に記載のデバイス。
（１６Ａ）の前記関連ドーピング・レベルが、材料の良
好な質という物理的特性をもたらすように選択され、前
記第２のサブ・レーヤの前記関連ドーピング・レベル
が、低電気抵抗率及び低デバイス順電圧という物理的特
性をもたらすように選択されることを特徴とする実施態
様１に記載のデバイス。
【００２０】（実施態様５）前記第２のサブ・レーヤ
（１６Ｂ）の前記関連ドーピング・レベルが、前記第１
のサブ・レーヤの前記関連するドーピング・レベルに比
べて、多量のドーピングが施されることを特徴とする実
施態様４に記載のデバイス。
（１６Ｂ）の前記関連ドーピング・レベルが、前記第１
のサブ・レーヤの前記関連するドーピング・レベルに比
べて、多量のドーピングが施されることを特徴とする実
施態様４に記載のデバイス。
【００２１】（実施態様６）前記化合物デバイス層（１
６）において、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変するドーピングが施されているこ
とを特徴とする実施態様５に記載のデバイス。
６）において、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変するドーピングが施されているこ
とを特徴とする実施態様５に記載のデバイス。
【００２２】（実施態様７）前記化合物デバイス層（１
６）の組成が、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変することを特徴とする実施態様６
に記載のデバイス。
６）の組成が、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変することを特徴とする実施態様６
に記載のデバイス。
【００２３】（実施態様８）前記化合物デバイス層（１
６）の組成が、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変することを特徴とする実施態様５
に記載のデバイス。
６）の組成が、前記第１のサブ・レーヤから前記第２の
サブ・レーヤへと漸変することを特徴とする実施態様５
に記載のデバイス。
【００２４】（実施態様９）前記第１のサブ・レーヤと
前記第２のサブ・レーヤの前記関連するドーピング・レ
ベル比が、１〜１００、０００の間であることを特徴と
する実施態様５に記載のデバイス。
前記第２のサブ・レーヤの前記関連するドーピング・レ
ベル比が、１〜１００、０００の間であることを特徴と
する実施態様５に記載のデバイス。
【００２５】（実施態様１０）前記化合物デバイス層
（１６）に、さらに、関連するドーピング・レベルを備
え、前記第２のサブ・レーヤの上に配置される第３のサ
ブ・レーヤ（１６Ｃ）が含まれていることと、前記第３
のサブ・レーヤの関連するドーピング・レベルが、活性
層において発光に最適なキャリヤ注入及び対再結合の物
理特性をもたらすように選択されていることを特徴とす
る実施態様４に記載のデバイス。
（１６）に、さらに、関連するドーピング・レベルを備
え、前記第２のサブ・レーヤの上に配置される第３のサ
ブ・レーヤ（１６Ｃ）が含まれていることと、前記第３
のサブ・レーヤの関連するドーピング・レベルが、活性
層において発光に最適なキャリヤ注入及び対再結合の物
理特性をもたらすように選択されていることを特徴とす
る実施態様４に記載のデバイス。
【００２６】（実施態様１１）前記化合物デバイス層
（１６）が、Ｐタイプの（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ材
料から構成されることを特徴とする実施態様１に記載の
デバイス。
（１６）が、Ｐタイプの（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ材
料から構成されることを特徴とする実施態様１に記載の
デバイス。
【００２７】（実施態様１２）前記化合物デバイス層
（１６）が、Ｎタイプの（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ材
料から構成されることを特徴とする実施態様１に記載の
デバイス。
（１６）が、Ｎタイプの（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ材
料から構成されることを特徴とする実施態様１に記載の
デバイス。
【００２８】（実施態様１３）前記第１のサブ・レーヤ
（１６Ａ）の前記関連するドーピング・レベルが、材料
の良好な質という物理的特性をもたらすように選択さ
れ、前記第２のサブ・レーヤの前記関連するドーピング
・レベルが、低電気抵抗率及び低デバイス順電圧という
物理的特性をもたらすように選択されることを特徴とす
る実施態様１２に記載のデバイス。
（１６Ａ）の前記関連するドーピング・レベルが、材料
の良好な質という物理的特性をもたらすように選択さ
れ、前記第２のサブ・レーヤの前記関連するドーピング
・レベルが、低電気抵抗率及び低デバイス順電圧という
物理的特性をもたらすように選択されることを特徴とす
る実施態様１２に記載のデバイス。
【００２９】（実施態様１４）前記第２のサブ・レーヤ
（１６Ｂ）の前記関連するドーピング・レベルにおいて
は、前記第１のサブ・レーヤの前記関連するドーピング
・レベルに比べて、多量のドーピングが施されることを
特徴とする実施態様１３に記載のデバイス。
（１６Ｂ）の前記関連するドーピング・レベルにおいて
は、前記第１のサブ・レーヤの前記関連するドーピング
・レベルに比べて、多量のドーピングが施されることを
特徴とする実施態様１３に記載のデバイス。
【００３０】（実施態様１５）前記化合物デバイス層
に、前記第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）から前記第２の
サブ・レーヤ（１６Ｂ）へと漸変するドーピングが施さ
れていることを特徴とする実施態様１４に記載のデバイ
ス。
に、前記第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）から前記第２の
サブ・レーヤ（１６Ｂ）へと漸変するドーピングが施さ
れていることを特徴とする実施態様１４に記載のデバイ
ス。
【００３１】（実施態様１６）前記化合物デバイス層の
組成が、前記第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）から前記第
２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）へと漸変することを特徴と
する実施態様１４に記載のデバイス。
組成が、前記第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）から前記第
２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）へと漸変することを特徴と
する実施態様１４に記載のデバイス。
【００３２】（実施態様１７）前記第１のサブ・レーヤ
（１６Ａ）と前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の前記
関連するドーピング・レベル比が、１から１００、００
０の間であることを特徴とする実施態様１３に記載のデ
バイス。
（１６Ａ）と前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の前記
関連するドーピング・レベル比が、１から１００、００
０の間であることを特徴とする実施態様１３に記載のデ
バイス。
【００３３】（実施態様１８）前記化合物デバイス層
（１６）に、さらに、関連するドーピング・レベルを備
え、前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の上に配置され
る第３のサブ・レーヤ（１６Ｃ）が含まれていること
と、前記第３のサブ・レーヤ（１６Ｃ）の前記関連する
ドーピング・レベルが、活性層において発光に最適なキ
ャリヤ注入及び対再結合の物理特性をもたらすように選
択されていることを特徴とする実施態様１３に記載のデ
バイス。
（１６）に、さらに、関連するドーピング・レベルを備
え、前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の上に配置され
る第３のサブ・レーヤ（１６Ｃ）が含まれていること
と、前記第３のサブ・レーヤ（１６Ｃ）の前記関連する
ドーピング・レベルが、活性層において発光に最適なキ
ャリヤ注入及び対再結合の物理特性をもたらすように選
択されていることを特徴とする実施態様１３に記載のデ
バイス。
【００３４】（実施態様１９）前記第２のサブ・レーヤ
（１６Ｂ）の前記関連するドーピング・レベルにおいて
は、第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）の前記関連するドー
ピング・レベルに比べて、多量のドーピングが施される
ことを特徴とする実施態様１８に記載のデバイス。
（１６Ｂ）の前記関連するドーピング・レベルにおいて
は、第１のサブ・レーヤ（１６Ａ）の前記関連するドー
ピング・レベルに比べて、多量のドーピングが施される
ことを特徴とする実施態様１８に記載のデバイス。
【００３５】（実施態様２０）さらに、前記基板（１
２）と前記化合物デバイス層（１６）の間に介在するバ
ッファ層（１４）が含まれていることを特徴とする実施
態様１９に記載のデバイス。
２）と前記化合物デバイス層（１６）の間に介在するバ
ッファ層（１４）が含まれていることを特徴とする実施
態様１９に記載のデバイス。
【００３６】（実施態様２１）前記第１のサブ・レーヤ
（１６Ａ）と前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の前記
関連するドーピング・レベルの比が、１から１００、０
００の間であることを特徴とする実施態様２０に記載の
デバイス。
（１６Ａ）と前記第２のサブ・レーヤ（１６Ｂ）の前記
関連するドーピング・レベルの比が、１から１００、０
００の間であることを特徴とする実施態様２０に記載の
デバイス。
【図１】Ｎタイプ化合物層が最初に成長させられる本発
明のデバイスを示す図である。
明のデバイスを示す図である。
【図２】図１に示すデバイスに関する製造プロセスのフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１２： 基板 １４： Ｎタイプ・バッファ層 １６： 化合物デバイス層 １６Ａ： サブ・レーヤ １６Ｂ： サブ・レーヤ １６Ｃ： サブ・レーヤ １８ 活性層 ２０ Ｐタイプ化合物半導体層
Claims (1)
- 【請求項１】以下（ａ）および（ｂ）を含むことを特徴
とするデバイス、（ａ）基板と、（ｂ）基板上に配置さ
れる（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮの化合物デバイス層で
あって、該化合物デバイス層は、第１と第２のサブ・レ
ーヤを含んでおり、各サブ・レーヤは対応する物理的特
性に合わせて選択された関連する組成、厚さ、及び、ド
ーピング・レベルを有しており、 前記サブ・レーヤのそれぞれに関連した組成及び厚さ
は、材料の亀裂を最小限に抑えるように念入りに調整さ
れていて、前記サブ・レーヤのドーピングが増すほど、
対応する前記サブ・レーヤの厚さが薄くなる。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US709,355 | 1976-07-28 | ||
| US08/709,355 US5729029A (en) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | Maximizing electrical doping while reducing material cracking in III-V nitride semiconductor devices |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008139175A Division JP2008205514A (ja) | 1996-09-06 | 2008-05-28 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093137A true JPH1093137A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=24849518
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23687697A Pending JPH1093137A (ja) | 1996-09-06 | 1997-09-02 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子 |
| JP2008139175A Pending JP2008205514A (ja) | 1996-09-06 | 2008-05-28 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008139175A Pending JP2008205514A (ja) | 1996-09-06 | 2008-05-28 | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5729029A (ja) |
| JP (2) | JPH1093137A (ja) |
| DE (1) | DE19725578B4 (ja) |
| GB (1) | GB2317053B (ja) |
| SG (1) | SG54487A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011102213A1 (ja) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | 昭和電工株式会社 | 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置 |
| JP2014207483A (ja) * | 2007-10-16 | 2014-10-30 | 晶元光電股▲ふん▼有限公司 | 二種類の材料系の分離方法 |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE19680872B4 (de) * | 1995-08-31 | 2009-01-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Elements |
| US6051847A (en) * | 1997-05-21 | 2000-04-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gallium nitride compound-based semiconductor light emitting device and process for producing gallium nitride compound-based semiconductor thin film |
| AU747260B2 (en) * | 1997-07-25 | 2002-05-09 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| US6445127B1 (en) * | 1998-02-17 | 2002-09-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising gallium-nitride-group compound-semiconductor and method of manufacturing the same |
| TW398084B (en) * | 1998-06-05 | 2000-07-11 | Hewlett Packard Co | Multilayered indium-containing nitride buffer layer for nitride epitaxy |
| US6194742B1 (en) | 1998-06-05 | 2001-02-27 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Strain engineered and impurity controlled III-V nitride semiconductor films and optoelectronic devices |
| US5959316A (en) * | 1998-09-01 | 1999-09-28 | Hewlett-Packard Company | Multiple encapsulation of phosphor-LED devices |
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