JP2000349336A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｉ単結晶基板上に平坦で結晶性の優れたＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶から成る積層構造を形成し、特性
に優れるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】ｎ形の導電性を有するＳｉ単結晶基板と、
該基板上に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成され
たＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備
するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝
層を、Ｓｉ単結晶基板に接して形成された、ガリウム
（Ｇａ）の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導
電性を有する酸化物緩衝層を有するものとする。
Ｉ族窒化物半導体結晶から成る積層構造を形成し、特性
に優れるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】ｎ形の導電性を有するＳｉ単結晶基板と、
該基板上に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成され
たＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備
するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝
層を、Ｓｉ単結晶基板に接して形成された、ガリウム
（Ｇａ）の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導
電性を有する酸化物緩衝層を有するものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、珪素（Ｓｉ）単結
晶基板上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
を形成して作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に係
わり、特に、前記基板上に好適な緩衝層を介して形成し
た結晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層
構造を用いて作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に
関する。
晶基板上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
を形成して作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に係
わり、特に、前記基板上に好適な緩衝層を介して形成し
た結晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層
構造を用いて作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素（Ｎ）を構成元素とするＩＩＩ族窒
化物半導体結晶からなる積層構造は、短波長可視光発光
用の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード
（ＬＤ）などの発光素子に用いられている。従来、上記
の発光素子に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体結晶から
なる積層構造は、もっぱら、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａ
ｌ）系のサファイア（Ａｌ2Ｏ3単結晶）や炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）単結晶からなる基板上に、積層構造の構成層を順
次積層させて形成していた。
化物半導体結晶からなる積層構造は、短波長可視光発光
用の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード
（ＬＤ）などの発光素子に用いられている。従来、上記
の発光素子に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体結晶から
なる積層構造は、もっぱら、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａ
ｌ）系のサファイア（Ａｌ2Ｏ3単結晶）や炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）単結晶からなる基板上に、積層構造の構成層を順
次積層させて形成していた。
【０００３】これに対し最近では、Ｓｉ単結晶基板に形
成したＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を用
いて、短波長可視光発光用の発光素子を作製した例があ
る。Ｓｉ単結晶を基板に用いるのは、ダイヤモンド（ｄ
ｉａｍｏｎｄ）構造の結晶構造を有するＳｉ単結晶を基
板とすれば、（１）［０１１］結晶方向への劈開を利用
して個別素子（チップ）に簡易に裁断できる、（２）レ
ーザーダイオードでは、劈開により簡便に光共振面を形
成できる等の利点があるためである。また、Ｓｉ単結晶
基板は導電性を有するため、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）
電極を基板の裏面に形成できる利点もある。
成したＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を用
いて、短波長可視光発光用の発光素子を作製した例があ
る。Ｓｉ単結晶を基板に用いるのは、ダイヤモンド（ｄ
ｉａｍｏｎｄ）構造の結晶構造を有するＳｉ単結晶を基
板とすれば、（１）［０１１］結晶方向への劈開を利用
して個別素子（チップ）に簡易に裁断できる、（２）レ
ーザーダイオードでは、劈開により簡便に光共振面を形
成できる等の利点があるためである。また、Ｓｉ単結晶
基板は導電性を有するため、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）
電極を基板の裏面に形成できる利点もある。
【０００４】しかし、Ｓｉ単結晶と例えばＩＩＩ族窒化
物半導体のひとつであるウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）
型の六方晶窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子定数の差異
（格子ミスマッチ度）は約１７％の大きさに達する。こ
のため、Ｓｉ単結晶基板上に直接ＧａＮのようなＩＩＩ
族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成した場合、
結晶性に優れかつ平坦な積層構造を得ることは困難であ
った。
物半導体のひとつであるウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）
型の六方晶窒化ガリウム（ＧａＮ）との格子定数の差異
（格子ミスマッチ度）は約１７％の大きさに達する。こ
のため、Ｓｉ単結晶基板上に直接ＧａＮのようなＩＩＩ
族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成した場合、
結晶性に優れかつ平坦な積層構造を得ることは困難であ
った。
【０００５】このため、Ｓｉ単結晶基板上に緩衝層を介
してＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成
する方法も、従来から用いられていた。この場合、緩衝
層に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層が用いられ
ていた例がある（特開平１０−２４２５８６）。この従
来技術では、ＡｌＮ緩衝層は８４０℃で形成されてい
る。しかし、この従来技術のようにＳｉ単結晶基板上に
単層のＡｌＮ緩衝層を敷設したところで、該緩衝層上に
積層したＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面の平坦性
が、必ずしも充分に確保されるに至っていないのが現状
であった。
してＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成
する方法も、従来から用いられていた。この場合、緩衝
層に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層が用いられ
ていた例がある（特開平１０−２４２５８６）。この従
来技術では、ＡｌＮ緩衝層は８４０℃で形成されてい
る。しかし、この従来技術のようにＳｉ単結晶基板上に
単層のＡｌＮ緩衝層を敷設したところで、該緩衝層上に
積層したＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面の平坦性
が、必ずしも充分に確保されるに至っていないのが現状
であった。
【０００６】また別の従来技術として、Ｓｉ単結晶基板
の（１１１）表面に砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）層と
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）層とを重ねて積層し、さらに
該ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層を酸化して、ＡｌＯx層とそ
の上のα結晶型の三酸化ガリウム（α−Ｇａ2Ｏ3）層と
を形成すれば、その上に表面を平坦とするα結晶型のＧ
ａＮ（α−ＧａＮ）層が堆積できるという報告がある
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３（１１）（１
９９８）、１５５３〜１５５５頁）。しかし、表面が平
坦なＧａＮ層をもたらすこの従来技術では、Ｓｉ単結晶
基板表面上に予めＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層とを重ねて積
層し、さらに該ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層に酸化を及ぼし
て、ＡｌＯx層とその上のα結晶型の三酸化ガリウム
（α−Ｇａ2Ｏ3）層とからなる緩衝層を形成するといっ
た煩雑な工程が必要があった。
の（１１１）表面に砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）層と
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）層とを重ねて積層し、さらに
該ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層を酸化して、ＡｌＯx層とそ
の上のα結晶型の三酸化ガリウム（α−Ｇａ2Ｏ3）層と
を形成すれば、その上に表面を平坦とするα結晶型のＧ
ａＮ（α−ＧａＮ）層が堆積できるという報告がある
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３（１１）（１
９９８）、１５５３〜１５５５頁）。しかし、表面が平
坦なＧａＮ層をもたらすこの従来技術では、Ｓｉ単結晶
基板表面上に予めＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層とを重ねて積
層し、さらに該ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層に酸化を及ぼし
て、ＡｌＯx層とその上のα結晶型の三酸化ガリウム
（α−Ｇａ2Ｏ3）層とからなる緩衝層を形成するといっ
た煩雑な工程が必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の方
法により表面が平坦なＩＩＩ族窒化物半導体結晶層をＳ
ｉ単結晶基板上に形成するためには、砒素（Ａｓ）を含
むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を一旦Ｓｉ単結晶基板上
に堆積し、更にそれを酸化してＳｉ単結晶基板上に酸化
物からなる緩衝層を形成し、その緩衝層を介して例えば
ＧａＮ層のようなＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積層さ
せるという煩雑な工程が必要であった。
法により表面が平坦なＩＩＩ族窒化物半導体結晶層をＳ
ｉ単結晶基板上に形成するためには、砒素（Ａｓ）を含
むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を一旦Ｓｉ単結晶基板上
に堆積し、更にそれを酸化してＳｉ単結晶基板上に酸化
物からなる緩衝層を形成し、その緩衝層を介して例えば
ＧａＮ層のようなＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積層さ
せるという煩雑な工程が必要であった。
【０００８】本発明は、この従来技術の問題点に鑑み成
されたもので、Ｓｉ単結晶結晶基板上に表面の平坦な結
晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
を形成するために、簡単に形成することが出来る新規な
構造の緩衝層を提供するものである。すなわち本発明
は、簡単に形成できる新規な構造の緩衝層を介して、Ｓ
ｉ単結晶基板上に平坦で結晶性の優れたＩＩＩ族窒化物
半導体結晶から成る積層構造を形成し、Ｓｉ単結晶を基
板とすることにより得られる多くの素子作製上の特点を
活用して、特性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
を提供することを目的とする。
されたもので、Ｓｉ単結晶結晶基板上に表面の平坦な結
晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
を形成するために、簡単に形成することが出来る新規な
構造の緩衝層を提供するものである。すなわち本発明
は、簡単に形成できる新規な構造の緩衝層を介して、Ｓ
ｉ単結晶基板上に平坦で結晶性の優れたＩＩＩ族窒化物
半導体結晶から成る積層構造を形成し、Ｓｉ単結晶を基
板とすることにより得られる多くの素子作製上の特点を
活用して、特性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ｎ形
の導電性を有する珪素（Ｓｉ）単結晶基板と、該基板上
に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成されたＩＩＩ
族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備するＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝層が、前
記Ｓｉ単結晶基板に接して形成された、ガリウム（Ｇ
ａ）の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導電性
を有する酸化物緩衝層を有することを特徴とする。
の導電性を有する珪素（Ｓｉ）単結晶基板と、該基板上
に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成されたＩＩＩ
族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備するＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝層が、前
記Ｓｉ単結晶基板に接して形成された、ガリウム（Ｇ
ａ）の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導電性
を有する酸化物緩衝層を有することを特徴とする。
【００１０】また本発明は、上記の緩衝層が、前記酸化
物緩衝層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる
第２の緩衝層を有することを特徴とする。
物緩衝層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる
第２の緩衝層を有することを特徴とする。
【００１１】さらに本発明は、上記の酸化物緩衝層が、
ベータ（β）結晶型の三酸化ガリウム（β−Ｇａ2Ｏ3）
を５０重量％より多く含むことを特徴とする。
ベータ（β）結晶型の三酸化ガリウム（β−Ｇａ2Ｏ3）
を５０重量％より多く含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、Ｓｉ単結晶基板上に形
成された緩衝層が、Ｓｉ単結晶基板に接して形成され
た、ガリウム（Ｇａ）の酸化物を５０重量％より多く含
む、ｎ形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを
特徴とする。Ｇａの酸化物には、一般にＧａ2Ｏ（ｇａ
ｌｌｉｕｍ ｓｕｂｏｘｉｄｅ）、ＧａＯ（ｇａｌｌｉ
ｕｍ ｏｘｉｄｅ）やＧａ2Ｏ3（ｇａｌｌｉｕｍ ｓｅ
ｓｑｕｉｏｘｉｄｅ）がある（Ｌ．Ａ． ＳＨＥＫＡ他
著、”ＴＨＥ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＧＡＬＬＩ
ＵＭ”（ＥＬＳＥＶＩＥＲ Ｐｕｂ．Ｃｏ．，１９６
６）、２９〜３６頁参照）。また、同じＧａ2Ｏ3でも、
結晶形態からα型（α−Ｇａ2Ｏ3）、β型（β−Ｇａ2
Ｏ3）、γ型（γ−Ｇａ2Ｏ3）、δ型（δ−Ｇａ
2Ｏ3）、及びε型（ε−Ｇａ2Ｏ3）等がある。本発明の
緩衝層を構成するガリウムの酸化物が、ＧａＯかＧａ2
Ｏかであるかは、酸化ガリウムの種類によって結晶の格
子定数（ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）が異なる
ため、Ｘ線回折分析法（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔ
ｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ）などにより結晶の格子面間隔
から同定できる。
成された緩衝層が、Ｓｉ単結晶基板に接して形成され
た、ガリウム（Ｇａ）の酸化物を５０重量％より多く含
む、ｎ形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを
特徴とする。Ｇａの酸化物には、一般にＧａ2Ｏ（ｇａ
ｌｌｉｕｍ ｓｕｂｏｘｉｄｅ）、ＧａＯ（ｇａｌｌｉ
ｕｍ ｏｘｉｄｅ）やＧａ2Ｏ3（ｇａｌｌｉｕｍ ｓｅ
ｓｑｕｉｏｘｉｄｅ）がある（Ｌ．Ａ． ＳＨＥＫＡ他
著、”ＴＨＥ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＧＡＬＬＩ
ＵＭ”（ＥＬＳＥＶＩＥＲ Ｐｕｂ．Ｃｏ．，１９６
６）、２９〜３６頁参照）。また、同じＧａ2Ｏ3でも、
結晶形態からα型（α−Ｇａ2Ｏ3）、β型（β−Ｇａ2
Ｏ3）、γ型（γ−Ｇａ2Ｏ3）、δ型（δ−Ｇａ
2Ｏ3）、及びε型（ε−Ｇａ2Ｏ3）等がある。本発明の
緩衝層を構成するガリウムの酸化物が、ＧａＯかＧａ2
Ｏかであるかは、酸化ガリウムの種類によって結晶の格
子定数（ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）が異なる
ため、Ｘ線回折分析法（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔ
ｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ）などにより結晶の格子面間隔
から同定できる。
【００１３】本発明の酸化物緩衝層は、ガリウム（Ｇ
ａ）の酸化物を５０重量％より多く含むものとする。す
なわち本発明の酸化物緩衝層は、例えば、Ｇａ2Ｏ3を５
０重量％を越えて含む、Ｇａ2Ｏ3と酸化インジウム（Ｉ
ｎ2Ｏ3）との混合物から構成できる。また、Ｇａの酸化
物を５０重量％より多く含むＧａ2Ｏ3と酸化カルシウム
（ＣａＯ）との混合体からも構成できる。上記のＧａの
酸化物を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層は、例え
ば、トリメトキシガリウム（ｔｒｉ−ｍｅｔｈｏｘｙ
ｇａｌｌｉｕｍ：（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａ）を原料とする化学
的気相堆積（ＣＶＤ）法などで形成できる。また、酸化
ガリウム粉体をプレス加工したターゲット（ｔａｒｇｅ
ｔ）としたスパッタリング法などの物理的堆積法によっ
ても形成できる。
ａ）の酸化物を５０重量％より多く含むものとする。す
なわち本発明の酸化物緩衝層は、例えば、Ｇａ2Ｏ3を５
０重量％を越えて含む、Ｇａ2Ｏ3と酸化インジウム（Ｉ
ｎ2Ｏ3）との混合物から構成できる。また、Ｇａの酸化
物を５０重量％より多く含むＧａ2Ｏ3と酸化カルシウム
（ＣａＯ）との混合体からも構成できる。上記のＧａの
酸化物を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層は、例え
ば、トリメトキシガリウム（ｔｒｉ−ｍｅｔｈｏｘｙ
ｇａｌｌｉｕｍ：（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａ）を原料とする化学
的気相堆積（ＣＶＤ）法などで形成できる。また、酸化
ガリウム粉体をプレス加工したターゲット（ｔａｒｇｅ
ｔ）としたスパッタリング法などの物理的堆積法によっ
ても形成できる。
【００１４】また、本発明の酸化物緩衝層は、ｎ形の導
電性を有する酸化物層から構成する。酸化物緩衝層は、
ｐ形の導電性を有するものとすることもできるが、酸化
物層の比抵抗の安定的な制御性を考慮すれば、酸化物緩
衝層はｎ形の導電性を有する層とするのが有利である。
また、酸化物緩衝層をｎ形とするのに対応させて、本発
明のＳｉ単結晶基板には、ｎ形の導電性を有するＳｉ単
結晶を使用する。ｎ形のＳｉ単結晶基板には、アンチモ
ン（Ｓｂ）或いはリン（Ｐ）などのｎ形不純物が添加さ
れたＳｂドープ或いはＰドープのＳｉ単結晶などが使用
できる。Ｓｉ単結晶基板の面方位は、（００１）方向や
（１１１）方向あるいは上記方向からオフ角を有するも
のを用いることができる。Ｓｉ単結晶基板の面方位が何
れであっても、本発明の作用あるいは効果は得られる。
電性を有する酸化物層から構成する。酸化物緩衝層は、
ｐ形の導電性を有するものとすることもできるが、酸化
物層の比抵抗の安定的な制御性を考慮すれば、酸化物緩
衝層はｎ形の導電性を有する層とするのが有利である。
また、酸化物緩衝層をｎ形とするのに対応させて、本発
明のＳｉ単結晶基板には、ｎ形の導電性を有するＳｉ単
結晶を使用する。ｎ形のＳｉ単結晶基板には、アンチモ
ン（Ｓｂ）或いはリン（Ｐ）などのｎ形不純物が添加さ
れたＳｂドープ或いはＰドープのＳｉ単結晶などが使用
できる。Ｓｉ単結晶基板の面方位は、（００１）方向や
（１１１）方向あるいは上記方向からオフ角を有するも
のを用いることができる。Ｓｉ単結晶基板の面方位が何
れであっても、本発明の作用あるいは効果は得られる。
【００１５】本発明の酸化物緩衝層の層厚は、数ｎｍか
ら数μｍの範囲とするのが好ましい。酸化物緩衝層の厚
さが１ｎｍ以下であると、酸化物緩衝層は連続性を欠く
ものとなり、Ｓｉ単結晶基板の表面を十分に被覆するこ
とができない。逆に、酸化物緩衝層の厚さが１０μｍ以
上であると、酸化物緩衝層の表面に凹凸が発生し、平坦
性を欠くものとなる。特に本発明では、酸化物緩衝層の
層厚は、１０ｎｍ以上１μｍ以下の厚さとするのが好ま
しい。従来の技術のように、Ｓｉ単結晶基板上に窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）からなる緩衝層を構成した場合に
は、緩衝層上に形成したＧａＮ層の表面は平坦性が損な
われたものとなった（特開平１０−２４２５８６）。し
かし、上記の本発明の緩衝層上には、表面が平坦で結晶
性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
が成長できる。即ち、本発明の緩衝層は、平坦性に優れ
かつ結晶性の良い積層構造をもたらす作用を有する。
ら数μｍの範囲とするのが好ましい。酸化物緩衝層の厚
さが１ｎｍ以下であると、酸化物緩衝層は連続性を欠く
ものとなり、Ｓｉ単結晶基板の表面を十分に被覆するこ
とができない。逆に、酸化物緩衝層の厚さが１０μｍ以
上であると、酸化物緩衝層の表面に凹凸が発生し、平坦
性を欠くものとなる。特に本発明では、酸化物緩衝層の
層厚は、１０ｎｍ以上１μｍ以下の厚さとするのが好ま
しい。従来の技術のように、Ｓｉ単結晶基板上に窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）からなる緩衝層を構成した場合に
は、緩衝層上に形成したＧａＮ層の表面は平坦性が損な
われたものとなった（特開平１０−２４２５８６）。し
かし、上記の本発明の緩衝層上には、表面が平坦で結晶
性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
が成長できる。即ち、本発明の緩衝層は、平坦性に優れ
かつ結晶性の良い積層構造をもたらす作用を有する。
【００１６】また本発明の緩衝層は、上記の酸化物緩衝
層の上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２
の緩衝層を有していることが好ましい。第２の緩衝層
は、一般式ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるＩＩＩ族窒化物半
導体から構成できる。第２の緩衝層は、多結晶と非晶質
とからなる構造を有するものとする。第２の緩衝層の介
在により、その上に形成するＩＩＩ族窒化物半導体結晶
からなる積層構造は、連続性並びに平坦性に優れたもの
となる。
層の上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２
の緩衝層を有していることが好ましい。第２の緩衝層
は、一般式ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦
Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるＩＩＩ族窒化物半
導体から構成できる。第２の緩衝層は、多結晶と非晶質
とからなる構造を有するものとする。第２の緩衝層の介
在により、その上に形成するＩＩＩ族窒化物半導体結晶
からなる積層構造は、連続性並びに平坦性に優れたもの
となる。
【００１７】酸化物緩衝層の上にＩＩＩ族窒化物半導体
からなる第２の緩衝層を形成した構成の緩衝層として
は、例えば、Ｓｉ単結晶基板に直接接するα−Ｇａ2Ｏ3
からなる酸化物緩衝層の上に、ＧａＮからなる第２の緩
衝層を形成したものが挙げられる。また、γ−Ｇａ2Ｏ3
を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層をＳｉ単結晶基
板上に接して形成し、該酸化物緩衝層上に窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）から第２の緩衝層を形成する例もある。
酸化物緩衝層と第２の緩衝層とは、共通のＩＩＩ族元素
を含んでいる必要はない。
からなる第２の緩衝層を形成した構成の緩衝層として
は、例えば、Ｓｉ単結晶基板に直接接するα−Ｇａ2Ｏ3
からなる酸化物緩衝層の上に、ＧａＮからなる第２の緩
衝層を形成したものが挙げられる。また、γ−Ｇａ2Ｏ3
を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層をＳｉ単結晶基
板上に接して形成し、該酸化物緩衝層上に窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）から第２の緩衝層を形成する例もある。
酸化物緩衝層と第２の緩衝層とは、共通のＩＩＩ族元素
を含んでいる必要はない。
【００１８】第２の緩衝層を構成するＩＩＩ族窒化物半
導体は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子
線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、気相成長（ＶＰＥ）法
で成長できる。上記のＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＶＰＥ
法を総称して、本明細書では気相成長法と呼ぶ。第２の
緩衝層を成長するためには、上記の気相成長法に共通し
て、成長温度を３５０℃〜５５０℃とするのが好まし
い。成長温度を３５０℃〜５５０℃とすることにより、
第２の緩衝層を多結晶と非晶質とからなる構造とするこ
とができる。また第２の緩衝層の層厚としては、２ｎｍ
から２００ｎｍの範囲とするのが好適である。第２の緩
衝層は、アンドープ層或いはｎ形不純物ドープ層の何れ
からも構成でき、ドーピングするｎ形不純物としては、
珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素、若しくは
硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）などの第ＶＩ族元素から選
択できる。第２の緩衝層は、ｎ形の導電性を有するもの
とするのが好ましい。
導体は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子
線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、気相成長（ＶＰＥ）法
で成長できる。上記のＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＶＰＥ
法を総称して、本明細書では気相成長法と呼ぶ。第２の
緩衝層を成長するためには、上記の気相成長法に共通し
て、成長温度を３５０℃〜５５０℃とするのが好まし
い。成長温度を３５０℃〜５５０℃とすることにより、
第２の緩衝層を多結晶と非晶質とからなる構造とするこ
とができる。また第２の緩衝層の層厚としては、２ｎｍ
から２００ｎｍの範囲とするのが好適である。第２の緩
衝層は、アンドープ層或いはｎ形不純物ドープ層の何れ
からも構成でき、ドーピングするｎ形不純物としては、
珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素、若しくは
硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）などの第ＶＩ族元素から選
択できる。第２の緩衝層は、ｎ形の導電性を有するもの
とするのが好ましい。
【００１９】さらに本発明は、上記の酸化物緩衝層が、
ベータ（β）結晶型の三酸化ガリウム（β−Ｇａ2Ｏ3）
を５０重量％より多く含むことが好ましい。これはβ−
Ｇａ2Ｏ3が、ＧａＯやＧａ2Ｏあるいはα−Ｇａ2Ｏ3等
のβ−Ｇａ2Ｏ3以外のＧａ2Ｏ3に比べて、高温での安定
性に優れるからである。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から
なる積層構造の成長温度は、一般に１０００℃或いはそ
れを越える高温である。β−Ｇａ2Ｏ3はこの様な高温に
も充分に耐える安定性を有している。一方、Ｇａ2Ｏは
約７００℃で分解し、またα−Ｇａ2Ｏ3は約３００℃〜
約６００℃でβ−Ｇａ2Ｏ3に変態するなど、β−Ｇａ2
Ｏ3以外のＧａの酸化物は、高温での形態の安定性に欠
ける傾向がある。従って、β−Ｇａ2Ｏ3を５０重量％よ
り多く含む酸化物緩衝層を構成すれば、ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶からなる積層構造の成長の際に、酸化物緩衝
層の熱的解離或いは昇華による緩衝層の損失、損壊を防
止することができる。
ベータ（β）結晶型の三酸化ガリウム（β−Ｇａ2Ｏ3）
を５０重量％より多く含むことが好ましい。これはβ−
Ｇａ2Ｏ3が、ＧａＯやＧａ2Ｏあるいはα−Ｇａ2Ｏ3等
のβ−Ｇａ2Ｏ3以外のＧａ2Ｏ3に比べて、高温での安定
性に優れるからである。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶から
なる積層構造の成長温度は、一般に１０００℃或いはそ
れを越える高温である。β−Ｇａ2Ｏ3はこの様な高温に
も充分に耐える安定性を有している。一方、Ｇａ2Ｏは
約７００℃で分解し、またα−Ｇａ2Ｏ3は約３００℃〜
約６００℃でβ−Ｇａ2Ｏ3に変態するなど、β−Ｇａ2
Ｏ3以外のＧａの酸化物は、高温での形態の安定性に欠
ける傾向がある。従って、β−Ｇａ2Ｏ3を５０重量％よ
り多く含む酸化物緩衝層を構成すれば、ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶からなる積層構造の成長の際に、酸化物緩衝
層の熱的解離或いは昇華による緩衝層の損失、損壊を防
止することができる。
【００２０】β−Ｇａ2Ｏ3を５０重量％より多く含む酸
化物緩衝層をＳｉ単結晶基板上に形成するためには、酸
化物緩衝層の形成温度を６００℃以上に設定する必要が
ある。例えば、メトキシ（ｍｅｔｈｏｘｙ）基を有する
有機Ｇａ化合物を原料とするＣＶＤ法で酸化物緩衝層を
形成する場合、５００℃以下の形成温度では、Ｓｉ単結
晶基板上にはα−Ｇａ2Ｏ3が主に生成する。また、４０
０℃〜５００℃近傍の温度では、γ−Ｇａ2Ｏ3が主に形
成される。アズグローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態の酸
化物緩衝層が、β−Ｇａ2Ｏ3ではなく例えばα−Ｇａ2
Ｏ3を主体としている場合、該酸化物緩衝層を少なくと
も６００℃以上、好ましくは１０００℃以上に加熱する
ことにより、β−Ｇａ2Ｏ3を５０重量％より多く含む酸
化物緩衝層に変換することができる。
化物緩衝層をＳｉ単結晶基板上に形成するためには、酸
化物緩衝層の形成温度を６００℃以上に設定する必要が
ある。例えば、メトキシ（ｍｅｔｈｏｘｙ）基を有する
有機Ｇａ化合物を原料とするＣＶＤ法で酸化物緩衝層を
形成する場合、５００℃以下の形成温度では、Ｓｉ単結
晶基板上にはα−Ｇａ2Ｏ3が主に生成する。また、４０
０℃〜５００℃近傍の温度では、γ−Ｇａ2Ｏ3が主に形
成される。アズグローン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態の酸
化物緩衝層が、β−Ｇａ2Ｏ3ではなく例えばα−Ｇａ2
Ｏ3を主体としている場合、該酸化物緩衝層を少なくと
も６００℃以上、好ましくは１０００℃以上に加熱する
ことにより、β−Ｇａ2Ｏ3を５０重量％より多く含む酸
化物緩衝層に変換することができる。
【００２１】本発明の緩衝層上には、緩衝層の成長温度
よりも高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構
造を形成する。本発明の緩衝層の内部の結晶構造は、非
晶質や多結晶や単結晶若しくはそれらの混合物であって
も差し支えないが、その上に形成するＩＩＩ族窒化物半
導体結晶からなる積層構造は、発光素子の機能層の役割
を果たすため、結晶性に優れる単結晶から構成する必要
がある。このため、積層構造の成長温度を緩衝層よりも
高温とし、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層
構造を形成する必要がある。
よりも高温でＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構
造を形成する。本発明の緩衝層の内部の結晶構造は、非
晶質や多結晶や単結晶若しくはそれらの混合物であって
も差し支えないが、その上に形成するＩＩＩ族窒化物半
導体結晶からなる積層構造は、発光素子の機能層の役割
を果たすため、結晶性に優れる単結晶から構成する必要
がある。このため、積層構造の成長温度を緩衝層よりも
高温とし、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層
構造を形成する必要がある。
【００２２】ＩＩＩ族窒化物半導体は、一般にＡｌXＧ
ａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ
≦１）で表される。また、窒素以外の砒素やリンを含む
ＩＩＩ族窒化物半導体、すなわち一般式ＡｌXＧａYＩｎ
1-X-YＮaＭ1-a（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ
≦１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ａ≦１）
で表されるＩＩＩ族窒化物半導体も、積層構造に用いる
ことが出来る。例えば、Ｓｉ単結晶基板上に接してＧａ
の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導電性を有
する酸化物緩衝層を形成し、その上にｎ形ＧａＮ層を下
部クラッド層、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａY
Ｉｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）層を発光層、ｐ形ＡｌXＧａ
1-XＮ（０＜Ｘ≦１）層を上部クラッド層として順次積
層して積層構造を形成すれば、短波長の可視光乃至近紫
外光を発光する発光素子用の積層構造が形成できる。さ
らに、Ｓｉ単結晶基板の裏面及び積層構造の表面にオー
ミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を設ければＬＥＤやＬＤ等の
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が構成できる。
ａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ
≦１）で表される。また、窒素以外の砒素やリンを含む
ＩＩＩ族窒化物半導体、すなわち一般式ＡｌXＧａYＩｎ
1-X-YＮaＭ1-a（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ
≦１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ａ≦１）
で表されるＩＩＩ族窒化物半導体も、積層構造に用いる
ことが出来る。例えば、Ｓｉ単結晶基板上に接してＧａ
の酸化物を５０重量％より多く含む、ｎ形の導電性を有
する酸化物緩衝層を形成し、その上にｎ形ＧａＮ層を下
部クラッド層、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａY
Ｉｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）層を発光層、ｐ形ＡｌXＧａ
1-XＮ（０＜Ｘ≦１）層を上部クラッド層として順次積
層して積層構造を形成すれば、短波長の可視光乃至近紫
外光を発光する発光素子用の積層構造が形成できる。さ
らに、Ｓｉ単結晶基板の裏面及び積層構造の表面にオー
ミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を設ければＬＥＤやＬＤ等の
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が構成できる。
【００２３】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の詳細を、ＬＥＤ
を作製する場合を例にして具体的に説明する。図１は、
本実施例１に係わるＬＥＤの構造を示す断面模式図であ
る。
を作製する場合を例にして具体的に説明する。図１は、
本実施例１に係わるＬＥＤの構造を示す断面模式図であ
る。
【００２４】本実施例１のＬＥＤは、Ｓｉ単結晶基板１
０１上に緩衝層１０２を介して積層構造１０６を形成し
たエピタキシャルウェハを用いて作製した。該エピタキ
シャルウェハは、（００１）面を有するアンチモン（Ｓ
ｂ）をドープしたｎ形のＳｉ単結晶基板１０１の上に酸
化物緩衝層１０２を形成し、その上にＩＩＩ族窒化物半
導体結晶からなる積層構造１０６の構成層１０３、１０
４、１０５を積層して形成したものである。上記のエピ
タキシャルウェハは以下のようにして作製した。
０１上に緩衝層１０２を介して積層構造１０６を形成し
たエピタキシャルウェハを用いて作製した。該エピタキ
シャルウェハは、（００１）面を有するアンチモン（Ｓ
ｂ）をドープしたｎ形のＳｉ単結晶基板１０１の上に酸
化物緩衝層１０２を形成し、その上にＩＩＩ族窒化物半
導体結晶からなる積層構造１０６の構成層１０３、１０
４、１０５を積層して形成したものである。上記のエピ
タキシャルウェハは以下のようにして作製した。
【００２５】Ｓｉ単結晶基板１０１を、ＭＯＣＶＤ法に
よる薄膜の成長に用いる一般的なＭＯＣＶＤ反応炉内に
載置した後、９５体積％のアルゴン（Ａｒ）と５体積％
の酸素（Ｏ2）との混合ガスからなる雰囲気中で６５０
℃に加熱した。その後、８×１０-5ｍｏｌ／分に相当す
る量のトリメトキシガリウム（（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａ）の蒸
気を随伴する水素ガスを反応炉内に導入して、層厚を約
１０ｎｍとするα型三酸化ガリウム（α−Ｇａ2Ｏ3）か
らなる酸化物緩衝層１０２をＳｉ単結晶基板１０１上に
接して堆積した。このエピタキシャルウェハの作製とは
別に、（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａの供給量を同一に設定し、上記
と同一の条件で高抵抗のＳｉ基板上に約０．８μｍと厚
く形成したα−Ｇａ2Ｏ3からなる酸化物層は、通常のホ
ール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依ればｎ形の導電性を有
し、そのキャリア濃度は約１０17〜１０18ｃｍ-3であっ
た。また、Ｘ線回折分析に依れば、上記の方法で形成し
た酸化物層は、α−Ｇａ2Ｏ3を７５重量％以上含むもの
であった。
よる薄膜の成長に用いる一般的なＭＯＣＶＤ反応炉内に
載置した後、９５体積％のアルゴン（Ａｒ）と５体積％
の酸素（Ｏ2）との混合ガスからなる雰囲気中で６５０
℃に加熱した。その後、８×１０-5ｍｏｌ／分に相当す
る量のトリメトキシガリウム（（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａ）の蒸
気を随伴する水素ガスを反応炉内に導入して、層厚を約
１０ｎｍとするα型三酸化ガリウム（α−Ｇａ2Ｏ3）か
らなる酸化物緩衝層１０２をＳｉ単結晶基板１０１上に
接して堆積した。このエピタキシャルウェハの作製とは
別に、（Ｈ3ＣＯ）3Ｇａの供給量を同一に設定し、上記
と同一の条件で高抵抗のＳｉ基板上に約０．８μｍと厚
く形成したα−Ｇａ2Ｏ3からなる酸化物層は、通常のホ
ール（Ｈａｌｌ）効果測定法に依ればｎ形の導電性を有
し、そのキャリア濃度は約１０17〜１０18ｃｍ-3であっ
た。また、Ｘ線回折分析に依れば、上記の方法で形成し
た酸化物層は、α−Ｇａ2Ｏ3を７５重量％以上含むもの
であった。
【００２６】酸化物緩衝層１０２の形成終了後、雰囲気
を上記のアルゴンと酸素の混合ガスとし、直ちに基板１
０１の温度を１０５０℃に昇温した。昇温速度は約８０
℃／分に設定した。昇温後、トリメチルガリウムをＧａ
原料とし、アンモニア（ＮＨ3）を窒素原料として、通
常の常圧ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉをドープしたｎ形の
ＧａＮからなる下部クラッド層１０３を成長した。下部
クラッド層１０３の層厚は約３μｍとし、キャリア濃度
は約３×１０18ｃｍ-3とした。酸化物緩衝層１０２上に
成長した下部クラッド層１０３の表面は平坦で連続性に
優れるものとなった。
を上記のアルゴンと酸素の混合ガスとし、直ちに基板１
０１の温度を１０５０℃に昇温した。昇温速度は約８０
℃／分に設定した。昇温後、トリメチルガリウムをＧａ
原料とし、アンモニア（ＮＨ3）を窒素原料として、通
常の常圧ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉをドープしたｎ形の
ＧａＮからなる下部クラッド層１０３を成長した。下部
クラッド層１０３の層厚は約３μｍとし、キャリア濃度
は約３×１０18ｃｍ-3とした。酸化物緩衝層１０２上に
成長した下部クラッド層１０３の表面は平坦で連続性に
優れるものとなった。
【００２７】下部クラッド層１０３の成長後、基板１０
１の温度を８８０℃に下げ、下部クラッド層１０３上に
平均的なインジウム（Ｉｎ）組成比を０．１７とするｎ
形Ｇａ 0.83Ｉｎ0.17Ｎ層を発光層１０４として常圧ＭＯ
ＣＶＤ法で積層した。発光層１０４はｎ形でキャリア濃
度は約７×１０18ｃｍ-3に設定し、層厚を約９ｎｍとし
た。発光層１０４は、特に、主体相（ｍａｔｒｉｘ ｐ
ｈａｓｅ）と主体相とはインジウム組成比を相違する従
属相（ｓｕｂ−ｐｈａｓｅ）から成る多相構造の結晶層
から構成した。従属相は、主に、略球状の微結晶体から
成っており、主体相内に散在する従属相（微結晶体）の
中には、外周囲に歪層（歪領域）を有するものも認めら
れた。発光層１０４の成長後、基板１０１の温度を１０
５０℃に戻し、発光層１０４との接合界面１０４ａでの
アルミニウム（Ａｌ）組成比（Ｘ）が０．２０であり、
表面でのＡｌ組成比が０である、層厚を１００ｎｍとす
るマグネシウム（Ｍｇ）ドープのｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ層
を、発光層１０４上にコンタクト層を兼ねる上部クラッ
ド層１０５として積層した。上記のようにして、上記の
ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多相構造の発光層１
０４、及び上部クラッド層１０５よりなるｐｎ接合型の
ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の発光部を備えたＬＥＤ
用のエピタキシャルウェハを作製した。
１の温度を８８０℃に下げ、下部クラッド層１０３上に
平均的なインジウム（Ｉｎ）組成比を０．１７とするｎ
形Ｇａ 0.83Ｉｎ0.17Ｎ層を発光層１０４として常圧ＭＯ
ＣＶＤ法で積層した。発光層１０４はｎ形でキャリア濃
度は約７×１０18ｃｍ-3に設定し、層厚を約９ｎｍとし
た。発光層１０４は、特に、主体相（ｍａｔｒｉｘ ｐ
ｈａｓｅ）と主体相とはインジウム組成比を相違する従
属相（ｓｕｂ−ｐｈａｓｅ）から成る多相構造の結晶層
から構成した。従属相は、主に、略球状の微結晶体から
成っており、主体相内に散在する従属相（微結晶体）の
中には、外周囲に歪層（歪領域）を有するものも認めら
れた。発光層１０４の成長後、基板１０１の温度を１０
５０℃に戻し、発光層１０４との接合界面１０４ａでの
アルミニウム（Ａｌ）組成比（Ｘ）が０．２０であり、
表面でのＡｌ組成比が０である、層厚を１００ｎｍとす
るマグネシウム（Ｍｇ）ドープのｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ層
を、発光層１０４上にコンタクト層を兼ねる上部クラッ
ド層１０５として積層した。上記のようにして、上記の
ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多相構造の発光層１
０４、及び上部クラッド層１０５よりなるｐｎ接合型の
ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の発光部を備えたＬＥＤ
用のエピタキシャルウェハを作製した。
【００２８】発光部を構成する積層構造１０６の各構成
層１０３、１０４、１０５は、何れも表面状態に優れ且
つ平坦性のある結晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶
から作製することが出来た。特に、酸化物緩衝層１０２
と下部クラッド層１０３との間には、空隙などは認めら
れず、密着性に優れる積層構造１０６が作製できた。
層１０３、１０４、１０５は、何れも表面状態に優れ且
つ平坦性のある結晶性の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶
から作製することが出来た。特に、酸化物緩衝層１０２
と下部クラッド層１０３との間には、空隙などは認めら
れず、密着性に優れる積層構造１０６が作製できた。
【００２９】ＬＥＤは、上記のようにして作製したエピ
タキシャルウェハのＳｉ単結晶基板１０１の裏面とＡｌ
組成の勾配を有するＡｌXＧａ1-XＮからなる上部クラッ
ド層１０５の表面に、それぞれｎ形オーミック電極１０
８およびｐ形オーミック電極１０７を形成し、その後素
子に分離して作製した。ｐ形およびｎ形オーミック電極
１０７、１０８は、ともにＡｌから構成した。
タキシャルウェハのＳｉ単結晶基板１０１の裏面とＡｌ
組成の勾配を有するＡｌXＧａ1-XＮからなる上部クラッ
ド層１０５の表面に、それぞれｎ形オーミック電極１０
８およびｐ形オーミック電極１０７を形成し、その後素
子に分離して作製した。ｐ形およびｎ形オーミック電極
１０７、１０８は、ともにＡｌから構成した。
【００３０】上記のようにして得られたＬＥＤのｐ形お
よびｎ形オーミック電極１０７、１０８の間に順方向に
２０ｍＡの動作電流を流して、ＬＥＤを発光させた。Ｌ
ＥＤからは、ピーク波長を約４７０ｎｍとし、半値幅を
約１５ｎｍとするスペクトルを有する青緑色の発光が観
察された。一般的な積分球を利用して測定される発光の
強度は約１５μＷであった。このように、本実施例１で
は高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
よびｎ形オーミック電極１０７、１０８の間に順方向に
２０ｍＡの動作電流を流して、ＬＥＤを発光させた。Ｌ
ＥＤからは、ピーク波長を約４７０ｎｍとし、半値幅を
約１５ｎｍとするスペクトルを有する青緑色の発光が観
察された。一般的な積分球を利用して測定される発光の
強度は約１５μＷであった。このように、本実施例１で
は高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
【００３１】（実施例２）本実施例２では、酸化物緩衝
層と該酸化物緩衝層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導
体からなる第２の緩衝層とからなる緩衝層を具備したＬ
ＥＤを作製する場合を例にして、本発明を具体的に説明
する。図２は本実施例２に係わるＬＥＤの構造を示す断
面模式図である。
層と該酸化物緩衝層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導
体からなる第２の緩衝層とからなる緩衝層を具備したＬ
ＥＤを作製する場合を例にして、本発明を具体的に説明
する。図２は本実施例２に係わるＬＥＤの構造を示す断
面模式図である。
【００３２】本実施例２に係わるＬＥＤ用のエピタキシ
ャルウェハの作製は、以下のようにして行った。まず、
リン（Ｐ）をドープしたｎ形の（００１）面を有するＳ
ｉ単結晶基板１０１上に、４８０℃で主に多結晶から成
る酸化物緩衝層１０２を堆積した。酸化物緩衝層１０２
は、三酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の粉状混合物を蒸着源
とする一般的な真空蒸着法で形成した。Ｘ線回折分析の
結果に依れば、酸化物緩衝層１０２の主たる構成要素は
γ−Ｇａ2Ｏ3であり、その構成比率は重量比率にして約
８０％であった。酸化物緩衝層１０２内には、その他α
−Ｇａ2Ｏ3やδ−Ｇａ 2Ｏ3の存在が認められた。酸化物
緩衝層１０２の層厚は、約１８ｎｍとした。また、酸化
物緩衝層１０２はｎ形の導電性を示した。
ャルウェハの作製は、以下のようにして行った。まず、
リン（Ｐ）をドープしたｎ形の（００１）面を有するＳ
ｉ単結晶基板１０１上に、４８０℃で主に多結晶から成
る酸化物緩衝層１０２を堆積した。酸化物緩衝層１０２
は、三酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）の粉状混合物を蒸着源
とする一般的な真空蒸着法で形成した。Ｘ線回折分析の
結果に依れば、酸化物緩衝層１０２の主たる構成要素は
γ−Ｇａ2Ｏ3であり、その構成比率は重量比率にして約
８０％であった。酸化物緩衝層１０２内には、その他α
−Ｇａ2Ｏ3やδ−Ｇａ 2Ｏ3の存在が認められた。酸化物
緩衝層１０２の層厚は、約１８ｎｍとした。また、酸化
物緩衝層１０２はｎ形の導電性を示した。
【００３３】酸化物緩衝層１０２上には、同じく４８０
℃で、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）、トリメ
チルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）及びアンモニア
（ＮＨ3）を原料とする一般的な常圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、アルミニウム組成比を０．１とする窒化アルミニウ
ム・ガリウム（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）からなる第２の緩衝
層１０９を積層させた。第２の緩衝層１０９は、多結晶
と非晶質からなる構造を有し、層厚は約１５ｎｍであっ
た。
℃で、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）、トリメ
チルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）及びアンモニア
（ＮＨ3）を原料とする一般的な常圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、アルミニウム組成比を０．１とする窒化アルミニウ
ム・ガリウム（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ）からなる第２の緩衝
層１０９を積層させた。第２の緩衝層１０９は、多結晶
と非晶質からなる構造を有し、層厚は約１５ｎｍであっ
た。
【００３４】第２の緩衝層１０９上には、実施例１と同
様の手順により、ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多
相構造の発光層１０４、及び上部クラッド層１０５から
なる積層構造１０６を形成した。このようにして、実施
例１と同じｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多相構造
の発光層１０４、及び上部クラッド層１０５からなる発
光部を有するＬＥＤ用のエピタキシャルウェハが作製さ
れた。さらに、実施例１と同じ方法により、上記エピタ
キシャルウェハにｐ形およびｎ形オーミック電極１０
７、１０８を形成し、素子に分離してＬＥＤを作製し
た。上記のようにして作製したＬＥＤに２０ｍＡの順方
向電流を流した際の発光のピーク波長は約４７０ｎｍで
あった。また一般的な積分球を利用して測定されたＬＥ
Ｄの発光強度は、約１８μＷであった。すなわち本実施
例２では、実施例１のＬＥＤに比べてさらに発光強度の
高いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
様の手順により、ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多
相構造の発光層１０４、及び上部クラッド層１０５から
なる積層構造１０６を形成した。このようにして、実施
例１と同じｎ形下部クラッド層１０３、ｎ形の多相構造
の発光層１０４、及び上部クラッド層１０５からなる発
光部を有するＬＥＤ用のエピタキシャルウェハが作製さ
れた。さらに、実施例１と同じ方法により、上記エピタ
キシャルウェハにｐ形およびｎ形オーミック電極１０
７、１０８を形成し、素子に分離してＬＥＤを作製し
た。上記のようにして作製したＬＥＤに２０ｍＡの順方
向電流を流した際の発光のピーク波長は約４７０ｎｍで
あった。また一般的な積分球を利用して測定されたＬＥ
Ｄの発光強度は、約１８μＷであった。すなわち本実施
例２では、実施例１のＬＥＤに比べてさらに発光強度の
高いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
【００３５】（実施例３）本実施例３では、β−Ｇａ2
Ｏ3を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層を含む緩衝
層上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形
成してＬＥＤを作製する場合を例にして本発明を具体的
に説明する。本実施例３に係わるＬＥＤの構造は、図２
に示すＬＥＤと同一とした。
Ｏ3を５０重量％より多く含む酸化物緩衝層を含む緩衝
層上にＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形
成してＬＥＤを作製する場合を例にして本発明を具体的
に説明する。本実施例３に係わるＬＥＤの構造は、図２
に示すＬＥＤと同一とした。
【００３６】本実施例３に係わるＬＥＤは、以下の手順
で作製した。Ｓｂをドープしたｎ形の（００１）面を有
するＳｉ単結晶基板１０１の表面上に、ガリウム酸化物
粉末を高圧プレス法で成型してなしたタ−ゲット材料を
使用して、一般的な高周波スパッタリング法により、４
００℃でα−Ｇａ2Ｏ3を主体とする酸化物層を堆積し
た。該酸化物層の層厚は約１００ｎｍとした。
で作製した。Ｓｂをドープしたｎ形の（００１）面を有
するＳｉ単結晶基板１０１の表面上に、ガリウム酸化物
粉末を高圧プレス法で成型してなしたタ−ゲット材料を
使用して、一般的な高周波スパッタリング法により、４
００℃でα−Ｇａ2Ｏ3を主体とする酸化物層を堆積し
た。該酸化物層の層厚は約１００ｎｍとした。
【００３７】然る後、上記の酸化物層を形成した基板
を、アルゴン（Ａｒ）気流中で１１００℃で２０分間加
熱した。これより、酸化物層を構成するα−Ｇａ2Ｏ3を
β−Ｇａ 2Ｏ3に変換して、本発明に係わる酸化物緩衝層
１０２を形成した。酸化物緩衝層１０２中のβ−Ｇａ2
Ｏ3の重量構成比率は約９８％程度となった。その他
は、α−Ｇａ2Ｏ3がほとんどであった。α−Ｇａ2Ｏ3を
加熱してβ−Ｇａ2Ｏ3に変態させて、β−Ｇａ2Ｏ3を５
０重量％より多く含む酸化物緩衝層１０２を構成した
後、この酸化物緩衝層上に、実施例２と同様にしてＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎからなる第２の緩衝層１０９を積層させ
た。
を、アルゴン（Ａｒ）気流中で１１００℃で２０分間加
熱した。これより、酸化物層を構成するα−Ｇａ2Ｏ3を
β−Ｇａ 2Ｏ3に変換して、本発明に係わる酸化物緩衝層
１０２を形成した。酸化物緩衝層１０２中のβ−Ｇａ2
Ｏ3の重量構成比率は約９８％程度となった。その他
は、α−Ｇａ2Ｏ3がほとんどであった。α−Ｇａ2Ｏ3を
加熱してβ−Ｇａ2Ｏ3に変態させて、β−Ｇａ2Ｏ3を５
０重量％より多く含む酸化物緩衝層１０２を構成した
後、この酸化物緩衝層上に、実施例２と同様にしてＡｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎからなる第２の緩衝層１０９を積層させ
た。
【００３８】その後、上記の第２の緩衝層１０９上に、
実施例１と同様にして、ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ
形の多相構造の発光層１０４、及び上部クラッド層１０
５からなる積層構造１０６を形成した。この積層構造１
０６の構成層１０３、１０４、１０５は何れも表面の平
坦性に優れるものとなった。
実施例１と同様にして、ｎ形下部クラッド層１０３、ｎ
形の多相構造の発光層１０４、及び上部クラッド層１０
５からなる積層構造１０６を形成した。この積層構造１
０６の構成層１０３、１０４、１０５は何れも表面の平
坦性に優れるものとなった。
【００３９】続いて、上記の方法で得られたエピタキシ
ャルウェハを用いて、実施例１と同様の方法により、Ｌ
ＥＤを作製した。本実施例３で作製したＬＥＤに、２０
ｍＡの順方向電流を流した際の発光のピーク波長は約４
７２ｎｍとなった。また発光強度は、２３μＷとなっ
た。このように発光強度の強いＬＥＤが得られたのは、
酸化物緩衝層がほぼβ−Ｇａ 2Ｏ3の単体から構成されて
いること、及び酸化物緩衝層上にＩＩＩ族窒化物半導体
からなる第２の緩衝層を積層したことにより、積層構造
を構成する各構成層の結晶性が優れたものとなったこと
によると考えられる。このように本実施例３では、発光
強度の強いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる結
果となった。
ャルウェハを用いて、実施例１と同様の方法により、Ｌ
ＥＤを作製した。本実施例３で作製したＬＥＤに、２０
ｍＡの順方向電流を流した際の発光のピーク波長は約４
７２ｎｍとなった。また発光強度は、２３μＷとなっ
た。このように発光強度の強いＬＥＤが得られたのは、
酸化物緩衝層がほぼβ−Ｇａ 2Ｏ3の単体から構成されて
いること、及び酸化物緩衝層上にＩＩＩ族窒化物半導体
からなる第２の緩衝層を積層したことにより、積層構造
を構成する各構成層の結晶性が優れたものとなったこと
によると考えられる。このように本実施例３では、発光
強度の強いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる結
果となった。
【００４０】
【発明の効果】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
によれば、Ｓｉ単結晶結晶基板上に表面の平坦な結晶性
の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形
成することができるため、発光強度の強いＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子を作製することが出来る。なお、上記
の実施例では、ＬＥＤを作製する場合について説明した
が、本発明はＬＤを作製する場合にも用いることができ
る。
によれば、Ｓｉ単結晶結晶基板上に表面の平坦な結晶性
の良いＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形
成することができるため、発光強度の強いＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子を作製することが出来る。なお、上記
の実施例では、ＬＥＤを作製する場合について説明した
が、本発明はＬＤを作製する場合にも用いることができ
る。
【図１】実施例１に係わるＬＥＤの構造を示す断面模式
図。
図。
【図２】実施例２、３に係わるＬＥＤの構造を示す断面
模式図。
模式図。
１０１ Ｓｉ単結晶基板 １０２ 酸化物緩衝層 １０３ 下部クラッド層 １０４ 発光層 １０４ａ 発光層と上部クラッド層との接合界面 １０５ 上部クラッド層 １０６ 積層構造 １０７ ｐ形オーミック電極 １０８ ｎ形オーミック電極 １０９ 第２の緩衝層
Claims (3)
- 【請求項１】ｎ形の導電性を有する珪素（Ｓｉ）単結晶
基板と、該基板上に形成された緩衝層と、該緩衝層上に
形成されたＩＩＩ族窒化物半導体結晶からなる積層構造
とを具備するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、
前記緩衝層が、前記Ｓｉ単結晶基板に接して形成され
た、ガリウム（Ｇａ）の酸化物を５０重量％より多く含
む、ｎ形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを
特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記緩衝層が、前記酸化物緩衝層上に形成
されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２の緩衝層を有
することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子。 - 【請求項３】前記酸化物緩衝層が、ベータ（β）結晶型
の三酸化ガリウム（β−Ｇａ2Ｏ3）を５０重量％より多
く含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP15758899A JP4174913B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15758899A JP4174913B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000349336A true JP2000349336A (ja) | 2000-12-15 |
| JP4174913B2 JP4174913B2 (ja) | 2008-11-05 |
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| JP15758899A Expired - Fee Related JP4174913B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| KR100774359B1 (ko) | 2006-10-23 | 2007-11-08 | 부산대학교 산학협력단 | 갈륨나이트라이드 박막 위에 에피탁셜 성장된 갈륨옥사이드투명 전계효과 트랜지스터 제조방법 및 그 트랜지스터 |
| CN100405618C (zh) * | 2002-05-31 | 2008-07-23 | 株式会社光波 | 发光元件及其制造方法 |
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| WO2015005202A1 (ja) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | 株式会社Flosfia | 半導体装置及びその製造方法、並びに結晶及びその製造方法 |
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| WO2023182312A1 (ja) * | 2022-03-25 | 2023-09-28 | 国立大学法人東海国立大学機構 | β型酸化ガリウム膜付き基板及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-06-04 JP JP15758899A patent/JP4174913B2/ja not_active Expired - Fee Related
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