JPH118407A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法Info
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- JPH118407A JPH118407A JP17770397A JP17770397A JPH118407A JP H118407 A JPH118407 A JP H118407A JP 17770397 A JP17770397 A JP 17770397A JP 17770397 A JP17770397 A JP 17770397A JP H118407 A JPH118407 A JP H118407A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】有機金属化合物気相成長法(MOVPE) により所望
の波長に対応した最適な成長条件にてGaN 系化合物半導
体素子を製造し、高光強度の素子を得ること。 【解決手段】GaN系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から
成る活性層を有した素子では、出力光の波長λは活性層
におけるInの組成比、即ち MOVPE法での供給ガスの（ト
リメチルインジウム＋トリメチルガリウム）に対するト
リメチルインジウムのモル比Xvによって定まり、さらに
良好な結晶性を得て光強度を得るためには最適な結晶成
長温度T が要求される。所定レベル以上の有効な光強度
を得るための波長λとモル比Xvと成長温度T との関係を
示す図３上に所望の波長の線を横軸に平行に引き、この
線と特性図の境界との交点の座標を用いることで容易に
最適な結晶成長条件を決定でき、この条件で活性層を成
長させることにより結晶性が向上し、高光強度を有した
所望の波長を得ることができる。
の波長に対応した最適な成長条件にてGaN 系化合物半導
体素子を製造し、高光強度の素子を得ること。 【解決手段】GaN系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から
成る活性層を有した素子では、出力光の波長λは活性層
におけるInの組成比、即ち MOVPE法での供給ガスの（ト
リメチルインジウム＋トリメチルガリウム）に対するト
リメチルインジウムのモル比Xvによって定まり、さらに
良好な結晶性を得て光強度を得るためには最適な結晶成
長温度T が要求される。所定レベル以上の有効な光強度
を得るための波長λとモル比Xvと成長温度T との関係を
示す図３上に所望の波長の線を横軸に平行に引き、この
線と特性図の境界との交点の座標を用いることで容易に
最適な結晶成長条件を決定でき、この条件で活性層を成
長させることにより結晶性が向上し、高光強度を有した
所望の波長を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成る活性層を有した
素子の有機金属気相成長法を用いた製造方法に関する。
合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成る活性層を有した
素子の有機金属気相成長法を用いた製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、有機金属気相成長法( 以下「ＭＯ
ＶＰＥ」と略す) を用いて結晶性の良好な窒化ガリウム
系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)を得る方法として、
例えば特開平6-209122号公報に示されるように特定範囲
内の成長温度と成長速度とに基づく成長条件にて発光層
を結晶成長させる方法がある。
ＶＰＥ」と略す) を用いて結晶性の良好な窒化ガリウム
系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)を得る方法として、
例えば特開平6-209122号公報に示されるように特定範囲
内の成長温度と成長速度とに基づく成長条件にて発光層
を結晶成長させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では出力可能な光強度の波長、Inを含むガスのモ
ル比及び成長温度とに関する関係が示されていない。通
常、窒化ガリウム系化合物半導体においては発光波長は
Inの組成比に応じて変化し、それに伴って良好な結晶性
を得るための最適なモル比、成長温度も変化するため、
上記従来技術は所定の発光波長を得るための最適な成長
条件を示したものではない。
来技術では出力可能な光強度の波長、Inを含むガスのモ
ル比及び成長温度とに関する関係が示されていない。通
常、窒化ガリウム系化合物半導体においては発光波長は
Inの組成比に応じて変化し、それに伴って良好な結晶性
を得るための最適なモル比、成長温度も変化するため、
上記従来技術は所定の発光波長を得るための最適な成長
条件を示したものではない。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記課題に鑑
み、出力光又は入力光の所望の波長に対応した最適な成
長条件にて窒化ガリウム系化合物半導体素子を製造し、
高光強度の素子を得ることである。
み、出力光又は入力光の所望の波長に対応した最適な成
長条件にて窒化ガリウム系化合物半導体素子を製造し、
高光強度の素子を得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】窒化ガリウム系化合物半
導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成る活性層を有した素子の
ＭＯＶＰＥ法による製造において、得られた素子の出力
光又は入力光の強度Ｉは、その波長をλ、供給されるIn
を含むガスのモル比をＸ、結晶成長温度をＴとして、式
（１）の関係式で表される。尚、Ｉは（λ、Ｘ、Ｔ）に
おける出力又は入力可能な最大値である。
導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成る活性層を有した素子の
ＭＯＶＰＥ法による製造において、得られた素子の出力
光又は入力光の強度Ｉは、その波長をλ、供給されるIn
を含むガスのモル比をＸ、結晶成長温度をＴとして、式
（１）の関係式で表される。尚、Ｉは（λ、Ｘ、Ｔ）に
おける出力又は入力可能な最大値である。
【０００６】
【数１】 Ｉ＝ｆ（λ、Ｘ、Ｔ） ─ （１）
【０００７】式（１）を用い、所望の波長λd に対する
光強度Ｉは式（２）にて求められる。
光強度Ｉは式（２）にて求められる。
【数２】 Ｉ＝ｆ（λd 、Ｘ、Ｔ） ＝ｇ（Ｘ、Ｔ） ─ （２）
【０００８】よって、上記課題を解決するために、請求
項１に記載の手段の如く、出力又は入力可能な光強度の
供給されるInを含むガスのモル比と結晶成長温度と波長
とに関する特性図に基づいて、モル比と結晶成長温度と
を決定し、その条件で活性層を結晶成長させることによ
り、活性層の結晶性が向上し、所望の波長及び光強度を
得ることができる。
項１に記載の手段の如く、出力又は入力可能な光強度の
供給されるInを含むガスのモル比と結晶成長温度と波長
とに関する特性図に基づいて、モル比と結晶成長温度と
を決定し、その条件で活性層を結晶成長させることによ
り、活性層の結晶性が向上し、所望の波長及び光強度を
得ることができる。
【０００９】供給されるガスのモル比を、（トリメチル
インジウム＋トリメチルガリウム）に対するトリメチル
インジウムのモル比とすると、所定レベル以上の有効な
光強度が得られるためのガスのモル比と結晶成長温度と
波長とに関する特性図は図３に示される。よって、請求
項２に記載の手段のように、所望の波長λd の発光を得
るために、λ＝λd の直線と特性図の境界との交点をＸ
1 、Ｘ2 とし、それら各交点Ｘ1 、Ｘ2 に対応する結晶
成長温度をＴ1 、Ｔ2 とするとき、モル比をＸ1 〜Ｘ2
の間、結晶成長温度をＴ1 〜Ｔ2 の間の値を用いること
で活性層を成長させるための最適な条件を容易に決定で
きる。又、この条件で活性層を結晶成長させることによ
って、結晶性が向上し、高光強度を有した所望の波長を
得ることが可能である。
インジウム＋トリメチルガリウム）に対するトリメチル
インジウムのモル比とすると、所定レベル以上の有効な
光強度が得られるためのガスのモル比と結晶成長温度と
波長とに関する特性図は図３に示される。よって、請求
項２に記載の手段のように、所望の波長λd の発光を得
るために、λ＝λd の直線と特性図の境界との交点をＸ
1 、Ｘ2 とし、それら各交点Ｘ1 、Ｘ2 に対応する結晶
成長温度をＴ1 、Ｔ2 とするとき、モル比をＸ1 〜Ｘ2
の間、結晶成長温度をＴ1 〜Ｔ2 の間の値を用いること
で活性層を成長させるための最適な条件を容易に決定で
きる。又、この条件で活性層を結晶成長させることによ
って、結晶性が向上し、高光強度を有した所望の波長を
得ることが可能である。
【００１０】前述の式（２）に示されるように所望の波
長において、光強度はモル比と成長温度との関数である
から、波長が決まれば光強度の最大値を得るためのモル
比と成長温度は一義的に決定する。波長に関係する最大
光強度を得るための成長条件を示した特性曲線は、図３
の曲線ＬP で示される。よって、請求項３に記載の手段
の如く、出力光の所望の波長をλd とするとλ＝λd の
直線と波長最大強度特性曲線ＬP との交点をＸ0 とし、
その交点Ｘ0 に対応する結晶成長温度をＴ0 とすると
き、活性層をモル比Ｘ0 、結晶成長温度Ｔ0 で成長させ
ることにより所望の波長λd における最大の光強度を得
ることができる。
長において、光強度はモル比と成長温度との関数である
から、波長が決まれば光強度の最大値を得るためのモル
比と成長温度は一義的に決定する。波長に関係する最大
光強度を得るための成長条件を示した特性曲線は、図３
の曲線ＬP で示される。よって、請求項３に記載の手段
の如く、出力光の所望の波長をλd とするとλ＝λd の
直線と波長最大強度特性曲線ＬP との交点をＸ0 とし、
その交点Ｘ0 に対応する結晶成長温度をＴ0 とすると
き、活性層をモル比Ｘ0 、結晶成長温度Ｔ0 で成長させ
ることにより所望の波長λd における最大の光強度を得
ることができる。
【００１１】請求項４に記載の手段によれば、図３に示
される特性図の境界点をＡ、Ｂ、Ｃ及びＤとし、それら
各境界点Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ間を結ぶ特性曲線で囲まれた
領域内の成長条件（モル比は約0.60〜0.98の範囲内、成
長温度は約500 〜1000℃の範囲内）にて活性層を結晶成
長させることにより、結晶性が向上し、高光強度を有し
た所望の波長を約360 〜580nm の範囲内で得ることがで
きる。
される特性図の境界点をＡ、Ｂ、Ｃ及びＤとし、それら
各境界点Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ間を結ぶ特性曲線で囲まれた
領域内の成長条件（モル比は約0.60〜0.98の範囲内、成
長温度は約500 〜1000℃の範囲内）にて活性層を結晶成
長させることにより、結晶性が向上し、高光強度を有し
た所望の波長を約360 〜580nm の範囲内で得ることがで
きる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１１上に形
成された窒化ガリウム系化合物半導体で形成された発光
素子１００の模式的な断面構成図である。基板１１の上
には窒化アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッ
ファ層１２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープの
GaN から成る膜厚約4.0 μｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１
３が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層１３の
上に膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層１５１と膜厚約
35ÅのIn0.2Ga0.8N から成る井戸層（活性層）１５２と
が交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光
層１５が形成されている。バリア層１５１は６層、井戸
層１５２は５層である。発光層１５の上にはｐ型Al0.15
Ga0.85N から成る膜厚約50nmのクラッド層１６が形成さ
れている。さらに、クラッド層１６の上にはｐ型GaN か
ら成る膜厚約100nm のコンタクト層１７が形成されてい
る。
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１１上に形
成された窒化ガリウム系化合物半導体で形成された発光
素子１００の模式的な断面構成図である。基板１１の上
には窒化アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッ
ファ層１２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープの
GaN から成る膜厚約4.0 μｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１
３が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層１３の
上に膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層１５１と膜厚約
35ÅのIn0.2Ga0.8N から成る井戸層（活性層）１５２と
が交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光
層１５が形成されている。バリア層１５１は６層、井戸
層１５２は５層である。発光層１５の上にはｐ型Al0.15
Ga0.85N から成る膜厚約50nmのクラッド層１６が形成さ
れている。さらに、クラッド層１６の上にはｐ型GaN か
ら成る膜厚約100nm のコンタクト層１７が形成されてい
る。
【００１３】又、コンタクト層１７の上には金属蒸着に
よる透光性の電極１８Ａが、ｎ+ 層１３上には電極１８
Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａは、コンタク
ト層１７に接合する膜厚約40Åのコバルト(Co)と、この
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。
電極１８Ｂは膜厚約200 Åのバナジウム(V) と膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。
よる透光性の電極１８Ａが、ｎ+ 層１３上には電極１８
Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａは、コンタク
ト層１７に接合する膜厚約40Åのコバルト(Co)と、この
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。
電極１８Ｂは膜厚約200 Åのバナジウム(V) と膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。
【００１４】次に、この発光素子１００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子１００は、ＭＯＶＰＥ法に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、ア
ンモニア(NH3) 、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガ
リウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）、トリメチル
アルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す）、トリ
メチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2) （以下「CP2Mg」と記す）である。
いて説明する。上記発光素子１００は、ＭＯＶＰＥ法に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、ア
ンモニア(NH3) 、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガ
リウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）、トリメチル
アルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す）、トリ
メチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2) （以下「CP2Mg」と記す）である。
【００１５】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とした単結晶の基板１１をＭＯＶＰＥ装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を流速2 liter/分で約30分間反応室に流しながら温度
1100℃で基板１１をベーキングした。
ａ面を主面とした単結晶の基板１１をＭＯＶＰＥ装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を流速2 liter/分で約30分間反応室に流しながら温度
1100℃で基板１１をベーキングした。
【００１６】次に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を
20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル
／分で供給してAlN から成るバッファ層１２を約25nmの
膜厚に形成した。バッファ層１２の形成後、基板１１の
温度を1150℃に保持し、H2を20liter/分、NH3 を10lite
r/分、TMG を1.7 ×10-4モル／分、H2ガスにより0.86pp
m に希釈されたシランを20×10-8モル／分で供給し、膜
厚約4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層１３を形成した。
20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル
／分で供給してAlN から成るバッファ層１２を約25nmの
膜厚に形成した。バッファ層１２の形成後、基板１１の
温度を1150℃に保持し、H2を20liter/分、NH3 を10lite
r/分、TMG を1.7 ×10-4モル／分、H2ガスにより0.86pp
m に希釈されたシランを20×10-8モル／分で供給し、膜
厚約4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層１３を形成した。
【００１７】上記のｎ+ 層１３を形成した後、続いて、
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0
×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供
給量を一定とし、基板１１の温度を 700℃にして、TMG
を 4.0×10-6モル／分、TMI を15×10-6モル／分で供給
して、膜厚約35ÅのIn0.2Ga0.8N から成る井戸層１５２
を形成した。このとき、(TMG＋TMI)に対するTMI のモル
比Ｘv は0.79である。このバリア層１５１と井戸層１５
２を同一条件で５周期形成し、その上にGaN から成るバ
リア層１５１を形成した。このようにして５周期のＭＱ
Ｗ構造の発光層１５を形成した。
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0
×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供
給量を一定とし、基板１１の温度を 700℃にして、TMG
を 4.0×10-6モル／分、TMI を15×10-6モル／分で供給
して、膜厚約35ÅのIn0.2Ga0.8N から成る井戸層１５２
を形成した。このとき、(TMG＋TMI)に対するTMI のモル
比Ｘv は0.79である。このバリア層１５１と井戸層１５
２を同一条件で５周期形成し、その上にGaN から成るバ
リア層１５１を形成した。このようにして５周期のＭＱ
Ｗ構造の発光層１５を形成した。
【００１８】次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、
N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0
×10-4モル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分、CP2Mg を
2 ×10-5モル／分で供給して、膜厚約50nm、濃度5 ×10
19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るクラッド層１６を形成した。
N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0
×10-4モル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分、CP2Mg を
2 ×10-5モル／分で供給して、膜厚約50nm、濃度5 ×10
19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るクラッド層１６を形成した。
【００１９】次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.12
×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-5モル／分で供給し
て、膜厚約100nm 、濃度5 ×1019/cm3のMgをドープした
ｐ型GaN から成るコンタクト層１７を形成した。
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.12
×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-5モル／分で供給し
て、膜厚約100nm 、濃度5 ×1019/cm3のMgをドープした
ｐ型GaN から成るコンタクト層１７を形成した。
【００２０】次に、コンタクト層１７の上にエッチング
マスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去し
て、エッチングマスクで覆われていない部分のコンタク
ト層１７、クラッド層１６、発光層１５、ｎ+ 層１３の
一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングに
よりエッチングして、ｎ+ 層１３の表面を露出させた。
マスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去し
て、エッチングマスクで覆われていない部分のコンタク
ト層１７、クラッド層１６、発光層１５、ｎ+ 層１３の
一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングに
よりエッチングして、ｎ+ 層１３の表面を露出させた。
【００２１】次に、エッチングマスクを残した状態で、
全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィに
よりｎ+ 層１３の露出面上の所定領域に窓を形成し、10
-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約200 Å
のバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのAlを蒸着する。こ
の後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する
ことにより、ｎ+ 層１３の露出面上に電極１８Ｂが形成
される。
全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィに
よりｎ+ 層１３の露出面上の所定領域に窓を形成し、10
-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約200 Å
のバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのAlを蒸着する。こ
の後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する
ことにより、ｎ+ 層１３の露出面上に電極１８Ｂが形成
される。
【００２２】続いて、表面上にフォトレジストを塗布
し、フォトリソグラフによりコンタクト層１７上の電極
形成部分のフォトレジストを除去して窓を形成し、コン
タクト層１７を露出させる。露出させたコンタクト層１
７の上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
Coを膜厚約40Åに成膜し、このCo上にAuを膜厚約60Åに
成膜する。次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフト
オフ法によりフォトレジスト上に堆積したCoとAuとを除
去し、コンタクト層１７に対する透光性の電極１８Ａを
形成する。
し、フォトリソグラフによりコンタクト層１７上の電極
形成部分のフォトレジストを除去して窓を形成し、コン
タクト層１７を露出させる。露出させたコンタクト層１
７の上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
Coを膜厚約40Åに成膜し、このCo上にAuを膜厚約60Åに
成膜する。次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフト
オフ法によりフォトレジスト上に堆積したCoとAuとを除
去し、コンタクト層１７に対する透光性の電極１８Ａを
形成する。
【００２３】次に、電極１８Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を形成する。次に、CoもしくはNiとA
u、Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸
着により成膜させ、リフトオフ法により、フォトレジス
ト上に蒸着により堆積したCoもしくはNiとAu、Al、又は
それらの合金から成る膜を除去して、電極パッド２０を
形成する。その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、
O2ガスを供給して圧力３Paとし、その状態で雰囲気温度
を約550 ℃にして、３分程度、加熱し、コンタクト層１
７、クラッド層１６をｐ型低抵抗化すると共にコンタク
ト層１７と電極１８Ａとの合金化処理、ｎ+ 層１３と電
極１８Ｂとの合金化処理を行った。このようにして、ｎ
+ 層１３に対する電極１８Ｂとコンタクト層１７に対す
る電極１８Ａを形成した。
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を形成する。次に、CoもしくはNiとA
u、Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸
着により成膜させ、リフトオフ法により、フォトレジス
ト上に蒸着により堆積したCoもしくはNiとAu、Al、又は
それらの合金から成る膜を除去して、電極パッド２０を
形成する。その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、
O2ガスを供給して圧力３Paとし、その状態で雰囲気温度
を約550 ℃にして、３分程度、加熱し、コンタクト層１
７、クラッド層１６をｐ型低抵抗化すると共にコンタク
ト層１７と電極１８Ａとの合金化処理、ｎ+ 層１３と電
極１８Ｂとの合金化処理を行った。このようにして、ｎ
+ 層１３に対する電極１８Ｂとコンタクト層１７に対す
る電極１８Ａを形成した。
【００２４】上記に示すように、成長温度を 700℃と
し、TMI のモル比Ｘv を0.79として井戸層１５２を成長
させることで、約 470nmの波長発光が得られ、結晶性が
良好で有効な発光強度が得られた。発光波長はInの組成
比、即ち成長時のモル比Ｘv によって定まり、さらに良
好な結晶性を得て有効な発光強度を得るためには適切な
結晶成長温度が必要とされる。前述の式（２）に示され
るように、所望の波長λd に対する発光の最大強度Ｉ
は、モル比Ｘv と成長温度Ｔとの２変数関数であるか
ら、波長毎の関係を模式的に示せば図４のようになる。
ここで、波長は、一例として400nm 、480nm 、550nm の
３つの場合を記した。この図に見られるように各波長毎
に特性曲面Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 が得られ、各条件での最大
強度Ｉが閾値ＩTHを越えた有効な最大強度Ｉを得るため
の成長条件は閾線ＬTHより上側の領域で示される。
し、TMI のモル比Ｘv を0.79として井戸層１５２を成長
させることで、約 470nmの波長発光が得られ、結晶性が
良好で有効な発光強度が得られた。発光波長はInの組成
比、即ち成長時のモル比Ｘv によって定まり、さらに良
好な結晶性を得て有効な発光強度を得るためには適切な
結晶成長温度が必要とされる。前述の式（２）に示され
るように、所望の波長λd に対する発光の最大強度Ｉ
は、モル比Ｘv と成長温度Ｔとの２変数関数であるか
ら、波長毎の関係を模式的に示せば図４のようになる。
ここで、波長は、一例として400nm 、480nm 、550nm の
３つの場合を記した。この図に見られるように各波長毎
に特性曲面Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 が得られ、各条件での最大
強度Ｉが閾値ＩTHを越えた有効な最大強度Ｉを得るため
の成長条件は閾線ＬTHより上側の領域で示される。
【００２５】図４に基づいて、各波長毎に成長温度を一
定に保持したときの最大強度Ｉとモル比Ｘv との関係を
示せば図５のようになる。図５（ａ）より、モル比Ｘv
を約0.78〜0.98とし、成長温度Ｔを約780 〜1000℃とし
たとき、閾値ＩTHを越えた有効な発光強度を有した400n
m の波長が得られる。又、この図より400nm の波長にお
いてモル比Ｘv を約0.90とし、成長温度Ｔを約850 ℃と
したとき、最大の発光強度が得られることがわかる。同
様に図５（ｂ）よりモル比Ｘv を約0.66〜0.87とし、成
長温度Ｔを約600 〜730 ℃としたとき、有効な発光強度
を有した480nm の波長が得られ、モル比Ｘvを約0.75と
し、成長温度Ｔを約650 ℃としたとき、最大の発光強度
が得られる。図５（ｃ）ではモル比Ｘv を約0.61〜0.71
とし、成長温度Ｔを約520 〜570 ℃としたとき、有効な
発光強度を有した550nm の波長が得られ、モル比Ｘv を
約0.63とし、成長温度Ｔを約520 ℃としたとき、最大の
発光強度が得られる。このように有効な発光強度を有し
た所望の波長を得るための適切な成長条件、及び最大の
発光強度を得るための適切な成長条件が存在する。
定に保持したときの最大強度Ｉとモル比Ｘv との関係を
示せば図５のようになる。図５（ａ）より、モル比Ｘv
を約0.78〜0.98とし、成長温度Ｔを約780 〜1000℃とし
たとき、閾値ＩTHを越えた有効な発光強度を有した400n
m の波長が得られる。又、この図より400nm の波長にお
いてモル比Ｘv を約0.90とし、成長温度Ｔを約850 ℃と
したとき、最大の発光強度が得られることがわかる。同
様に図５（ｂ）よりモル比Ｘv を約0.66〜0.87とし、成
長温度Ｔを約600 〜730 ℃としたとき、有効な発光強度
を有した480nm の波長が得られ、モル比Ｘvを約0.75と
し、成長温度Ｔを約650 ℃としたとき、最大の発光強度
が得られる。図５（ｃ）ではモル比Ｘv を約0.61〜0.71
とし、成長温度Ｔを約520 〜570 ℃としたとき、有効な
発光強度を有した550nm の波長が得られ、モル比Ｘv を
約0.63とし、成長温度Ｔを約520 ℃としたとき、最大の
発光強度が得られる。このように有効な発光強度を有し
た所望の波長を得るための適切な成長条件、及び最大の
発光強度を得るための適切な成長条件が存在する。
【００２６】図３は、図４、５を基に発光強度が所定レ
ベルのときの波長λ、モル比Ｘv 及び成長温度Ｔの関係
を示したものである。図３より、モル比Ｘv の増加に伴
って閾値ＩTH以上の最大強度Ｉが得られる発光波長が短
波長化し、所定の波長においてはモル比Ｘv の増加に伴
って成長温度Ｔが高温化することがわかる。この図を用
いて所望の波長を得るためのモル比Ｘv と成長温度Ｔと
を容易に決定することが可能となる。例えば、本実施例
では成長温度を 700℃とし、TMI のモル比Ｘvを0.79と
して井戸層１５２を成長させることにより、有効な発光
強度を有する約470nmの発光波長を得たが、図３を用い
ることでこの発光波長を得るためのモル比Ｘv と成長温
度Ｔの範囲を容易に設定することが可能である。
ベルのときの波長λ、モル比Ｘv 及び成長温度Ｔの関係
を示したものである。図３より、モル比Ｘv の増加に伴
って閾値ＩTH以上の最大強度Ｉが得られる発光波長が短
波長化し、所定の波長においてはモル比Ｘv の増加に伴
って成長温度Ｔが高温化することがわかる。この図を用
いて所望の波長を得るためのモル比Ｘv と成長温度Ｔと
を容易に決定することが可能となる。例えば、本実施例
では成長温度を 700℃とし、TMI のモル比Ｘvを0.79と
して井戸層１５２を成長させることにより、有効な発光
強度を有する約470nmの発光波長を得たが、図３を用い
ることでこの発光波長を得るためのモル比Ｘv と成長温
度Ｔの範囲を容易に設定することが可能である。
【００２７】同様に、例えば有効な発光強度を有する約
450nm の波長を得るためには、図３上に450nm の線を横
軸に平行に引き、この線と特性図の境界との交点の座標
を求めると約0.70、0.98である。この各交点における成
長温度Ｔは図より約680 ℃、1000℃である。よって、井
戸層１５２の成長条件（Ｘv 、Ｔ）を約（0.70、680
℃）〜（0.98、1000℃）の範囲とすることにより有効な
発光強度を有する約450nmの発光波長を得ることが可能
である。このように、図３を用いて成長条件を設定する
ことにより有効な発光強度を有した所望の波長を得るこ
とができる。又、図３に示される特性図の境界点Ａ（Ｘ
v=約0.59、Ｔ= 約500 ℃）、Ｂ（Ｘv=約0.67、Ｔ= 約50
0 ℃）、Ｃ（Ｘv=約0.98、Ｔ= 約1000℃）及びＤ（Ｘv=
約0.87、Ｔ= 約1000℃）の各点を結んだ特性曲線Ａ−
Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ及びＤ−Ａで囲まれた領域内の成長
条件を用いることにより、約360nm(点Ｄ) 〜580nm(点
Ｂ) の範囲内で所望の波長を得ることができる。このと
き、モル比Ｘv は約0.59(点Ａ) 〜0.98( 点Ｃ) の範囲
内で、成長温度Ｔは約500 ℃( 点Ａ、Ｂ）〜1000℃( 点
Ｃ、Ｄ) の範囲内で用いられる。又、発光強度がＩTHを
越えた有効な全範囲での、波長、モル比及び成長温度の
関係を示せば図２のようになる。図２に示される領域内
の成長条件を用いることで有効な発光強度を有した所望
の波長を得ることができる。
450nm の波長を得るためには、図３上に450nm の線を横
軸に平行に引き、この線と特性図の境界との交点の座標
を求めると約0.70、0.98である。この各交点における成
長温度Ｔは図より約680 ℃、1000℃である。よって、井
戸層１５２の成長条件（Ｘv 、Ｔ）を約（0.70、680
℃）〜（0.98、1000℃）の範囲とすることにより有効な
発光強度を有する約450nmの発光波長を得ることが可能
である。このように、図３を用いて成長条件を設定する
ことにより有効な発光強度を有した所望の波長を得るこ
とができる。又、図３に示される特性図の境界点Ａ（Ｘ
v=約0.59、Ｔ= 約500 ℃）、Ｂ（Ｘv=約0.67、Ｔ= 約50
0 ℃）、Ｃ（Ｘv=約0.98、Ｔ= 約1000℃）及びＤ（Ｘv=
約0.87、Ｔ= 約1000℃）の各点を結んだ特性曲線Ａ−
Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ及びＤ−Ａで囲まれた領域内の成長
条件を用いることにより、約360nm(点Ｄ) 〜580nm(点
Ｂ) の範囲内で所望の波長を得ることができる。このと
き、モル比Ｘv は約0.59(点Ａ) 〜0.98( 点Ｃ) の範囲
内で、成長温度Ｔは約500 ℃( 点Ａ、Ｂ）〜1000℃( 点
Ｃ、Ｄ) の範囲内で用いられる。又、発光強度がＩTHを
越えた有効な全範囲での、波長、モル比及び成長温度の
関係を示せば図２のようになる。図２に示される領域内
の成長条件を用いることで有効な発光強度を有した所望
の波長を得ることができる。
【００２８】所望の波長において最大の発光強度を得る
ためのモル比Ｘv と成長温度Ｔは一義的に決定される。
図４の各特性曲面Ｌ1 、Ｌ2 及びＬ3 の各ピーク値
Ｐ1 、Ｐ2 及びＰ3 を結ぶ線ＬP は、最大発光強度を得
ることが可能な成長条件を示す波長最大発光強度特性曲
線を示し、この特性曲線ＬP は図３上にも示される。こ
のように、図３に示される特性曲線ＬP 上の成長条件に
て井戸層１５２を成長させることにより所望の波長にお
ける最大の発光強度を得ることができる。
ためのモル比Ｘv と成長温度Ｔは一義的に決定される。
図４の各特性曲面Ｌ1 、Ｌ2 及びＬ3 の各ピーク値
Ｐ1 、Ｐ2 及びＰ3 を結ぶ線ＬP は、最大発光強度を得
ることが可能な成長条件を示す波長最大発光強度特性曲
線を示し、この特性曲線ＬP は図３上にも示される。こ
のように、図３に示される特性曲線ＬP 上の成長条件に
て井戸層１５２を成長させることにより所望の波長にお
ける最大の発光強度を得ることができる。
【００２９】本実施例では、井戸層１５２の組成をIn
0.2Ga0.8N としたが、InXGa1-XN(0<X<1)であればよい。
又、本実施例では、発光素子１００の発光層１５はＭＱ
Ｗ構造としたが、ＳＱＷやInXGa1-XN(0<X<1)から成る単
層としてもよい。又、本発明はＬＥＤやＬＤなどの発光
素子や受光素子に適用できる。
0.2Ga0.8N としたが、InXGa1-XN(0<X<1)であればよい。
又、本実施例では、発光素子１００の発光層１５はＭＱ
Ｗ構造としたが、ＳＱＷやInXGa1-XN(0<X<1)から成る単
層としてもよい。又、本発明はＬＥＤやＬＤなどの発光
素子や受光素子に適用できる。
【００３０】上記に示されるように、本発明によれば、
窒化ガリウム系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成
る活性層を有した素子において、出力又は入力可能な光
強度の供給されるInを含むガスのモル比と結晶成長温度
と波長とに関する特性図に基づいて、所望の波長を得る
ように最適なモル比と結晶成長温度とを決定し、その条
件にてＭＯＶＰＥ法により活性層を結晶成長させること
により、所望の波長及び所望の光強度を得ることができ
る。
窒化ガリウム系化合物半導体(InXGa1-XN;0<X<1)から成
る活性層を有した素子において、出力又は入力可能な光
強度の供給されるInを含むガスのモル比と結晶成長温度
と波長とに関する特性図に基づいて、所望の波長を得る
ように最適なモル比と結晶成長温度とを決定し、その条
件にてＭＯＶＰＥ法により活性層を結晶成長させること
により、所望の波長及び所望の光強度を得ることができ
る。
【図１】本発明の具体的な実施例に係わる発光素子の構
成を示した模式的断面図。
成を示した模式的断面図。
【図２】本発明の具体的な実施例に係わる発光素子の製
造方法における活性層の最適成長条件を示した特性図。
造方法における活性層の最適成長条件を示した特性図。
【図３】本発明の具体的な実施例に係わる発光素子の製
造方法における活性層の最適成長条件及び波長最大強度
特性曲線を示した特性図。
造方法における活性層の最適成長条件及び波長最大強度
特性曲線を示した特性図。
【図４】本発明の具体的な実施例に係わる発光素子の製
造方法において、強度、モル比及び成長温度との関係を
波長毎に示した模式図。
造方法において、強度、モル比及び成長温度との関係を
波長毎に示した模式図。
【図５】本発明の具体的な実施例に係わる発光素子の製
造方法において、成長温度を一定にしたときの強度とモ
ル比との関係を波長毎に示した模式図。
造方法において、成長温度を一定にしたときの強度とモ
ル比との関係を波長毎に示した模式図。
１１ サファイア基板 １２ バッファ層 １３ 高キャリア濃度ｎ+ 層 １５ 発光層 １６ クラッド層 １７ コンタクト層 １８Ａ ｐ電極 １８Ｂ ｎ電極 ２０ 電極パッド １００ 発光素子 １５１ バリア層 １５２ 井戸層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体(InXGa
1-XN;0<X<1)から成る活性層を有した素子の有機金属気
相成長法を用いた製造方法であって、 出力又は入力可能な光強度の供給されるInを含むガスの
モル比と結晶成長温度と波長とに関する特性図に基づい
て、所望の波長及び所望の光強度を得るように最適な前
記モル比と前記結晶成長温度とを決定し、その条件によ
り前記活性層を結晶成長させることを特徴とする窒化ガ
リウム系化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記特性図を図３に示すものとし、所望
の波長λd の発光を得るために、λ＝λd の直線と前記
特性図の境界との交点をＸ1 、Ｘ2 とし、それら各交点
Ｘ1 、Ｘ2 に対応する前記結晶成長温度をＴ1 、Ｔ2 と
するとき、前記モル比をＸ1 〜Ｘ2 の間、前記結晶成長
温度をＴ1 〜Ｔ2 の間の値にして前記活性層を結晶成長
させることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記特性図を図３に示すものとし、所望
の波長λd の発光を得るために、λ＝λd の直線と波長
最大強度特性曲線ＬP との交点をＸ0 とし、その交点Ｘ
0 に対応する前記結晶成長温度をＴ0 とするとき、前記
モル比をＸ0 、前記結晶成長温度をＴ0 にして前記活性
層を結晶成長させることを特徴とする請求項１に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記特性図を図３に示すものとし、所望
の波長λd の発光を得るために、前記特性図の境界点を
Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤとし、それら各境界点Ａ、Ｂ、Ｃ及び
Ｄ間を結ぶ特性曲線で囲まれた領域内の成長条件にて前
記活性層を結晶成長させることを特徴とする請求項１に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17770397A JP3575657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17770397A JP3575657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118407A true JPH118407A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3575657B2 JP3575657B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=16035636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17770397A Expired - Fee Related JP3575657B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3575657B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1032348A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-02-03 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法及びその装置 |
| JP2003303993A (ja) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置 |
| JP2004079867A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置 |
| WO2011058697A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP2018137400A (ja) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | 大陽日酸株式会社 | 化合物半導体の製造方法 |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP17770397A patent/JP3575657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1032348A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-02-03 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法及びその装置 |
| JP2003303993A (ja) * | 2002-04-08 | 2003-10-24 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置 |
| JP2004079867A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置 |
| WO2011058697A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP4856792B2 (ja) * | 2009-11-12 | 2012-01-18 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| CN102422391A (zh) * | 2009-11-12 | 2012-04-18 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法 |
| US8163573B2 (en) | 2009-11-12 | 2012-04-24 | Panasonic Corporation | Method for manufacturing nitride semiconductor element |
| JP2018137400A (ja) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | 大陽日酸株式会社 | 化合物半導体の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3575657B2 (ja) | 2004-10-13 |
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