JP3473595B2 - 発光デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は青色発光ダイオー
ド、青色レーザーダイオード等に使用される窒化インジ
ウムガリウム半導体およびその成長方法に関するもので
ある。
ド、青色レーザーダイオード等に使用される窒化インジ
ウムガリウム半導体およびその成長方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】青色ダイオード、青色レーザーダイオー
ド等に使用される実用的な半導体材料として窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等の窒
化ガリウム系化合物半導体が注目されており、その中で
もＩｎＧａＮはバンドギャップが２ｅＶ〜３．４ｅＶま
であるため非常に有望視されている。
ド等に使用される実用的な半導体材料として窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等の窒
化ガリウム系化合物半導体が注目されており、その中で
もＩｎＧａＮはバンドギャップが２ｅＶ〜３．４ｅＶま
であるため非常に有望視されている。
【０００３】従来、有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶ
Ｄ法という。）によりＩｎＧａＮを成長させる場合、成
長温度５００℃〜６００℃の低温で、サファイア基板上
に成長されていた。なぜなら、ＩｎＮの融点はおよそ５
００℃、ＧａＮの融点はおよそ１０００℃であるため、
６００℃以上の高温でＩｎＧａＮを成長させると、Ｉｎ
ＧａＮ中のＩｎＮの分解圧がおよそ１０気圧以上とな
り、ＩｎＧａＮがほとんど分解してしまい、形成される
ものはＧａのメタルとＩｎのメタルの堆積物のみとなっ
てしまうからである。従って、ＩｎＧａＮを成長させよ
うとする場合は成長温度を低温に保持しなければならな
かった。
Ｄ法という。）によりＩｎＧａＮを成長させる場合、成
長温度５００℃〜６００℃の低温で、サファイア基板上
に成長されていた。なぜなら、ＩｎＮの融点はおよそ５
００℃、ＧａＮの融点はおよそ１０００℃であるため、
６００℃以上の高温でＩｎＧａＮを成長させると、Ｉｎ
ＧａＮ中のＩｎＮの分解圧がおよそ１０気圧以上とな
り、ＩｎＧａＮがほとんど分解してしまい、形成される
ものはＧａのメタルとＩｎのメタルの堆積物のみとなっ
てしまうからである。従って、ＩｎＧａＮを成長させよ
うとする場合は成長温度を低温に保持しなければならな
かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような条件の下で
成長されたＩｎＧａＮの結晶性は非常に悪く、例えば室
温でフォトルミネッセンス測定を行っても、バンド間発
光はほとんど見られず、深い準位からの発光がわずかに
観測されるのみであり、青色発光が観測されたことはな
かった。しかも、Ｘ線回折でＩｎＧａＮのピークを検出
しようとしてもほとんどピークは検出されず、その結晶
性は、単結晶というよりも、アモルファス状結晶に近い
のが実状であった。
成長されたＩｎＧａＮの結晶性は非常に悪く、例えば室
温でフォトルミネッセンス測定を行っても、バンド間発
光はほとんど見られず、深い準位からの発光がわずかに
観測されるのみであり、青色発光が観測されたことはな
かった。しかも、Ｘ線回折でＩｎＧａＮのピークを検出
しようとしてもほとんどピークは検出されず、その結晶
性は、単結晶というよりも、アモルファス状結晶に近い
のが実状であった。
【０００５】青色発光ダイオード、青色レーザーダイオ
ード等の青色発光デバイスを実現するためには、高品質
で、かつ優れた結晶性を有するＩｎＧａＮの実現が強く
望まれている。よって、本発明はこの問題を解決するべ
くなされたものであり、その目的とするところは、高品
質で結晶性に優れたＩｎＧａＮ、およびその成長方法を
提供することにより、優れた発光デバイスを提供するこ
とである。
ード等の青色発光デバイスを実現するためには、高品質
で、かつ優れた結晶性を有するＩｎＧａＮの実現が強く
望まれている。よって、本発明はこの問題を解決するべ
くなされたものであり、その目的とするところは、高品
質で結晶性に優れたＩｎＧａＮ、およびその成長方法を
提供することにより、優れた発光デバイスを提供するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る発光デバイスは、基板と、その基板
上に設けられたバッファ層と、そのバッファ層上に設け
られたＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層と、そのＧａＮ層又は
ＡｌＧａＮ層上に設けられた窒化インジウムガリウム半
導体（ＩｎXＧａ1-XＮ、０＜Ｘ＜０．５）からなる発光
層とを備えたダブルへテロ構造の発光デバイスにおい
て、前記窒化インジウムガリウム半導体はＳｉ若しくは
Ｇｅを１０18〜１０20／ｃｍ3の範囲で含むことを特徴
とする。また、本発明に係る発光デバイスは、前記発光
層がフォトルミネッセンス測定においてバンド間発光が
観測されるものである。また、本発明に係る発光デバイ
スでは、前記バッファ層は、ＧａＮからなるコとが好ま
しい。さらに、本発明に係る発光デバイスでは、前記発
光層は、Ｘ線ロッキングカーブにおけるピークの半値幅
を６分以下である。すなわち、本発明は、ＩｎＧａＮを
ＭＯＣＶＤ法で成長するにあたり、原料ガスのキャリア
ガスとして窒素を用い、さらに従来のようにサファイア
の上でなくＧａＮまたはＧａＡｌＮの上に成長させるこ
とにより、６００℃より高い温度でも、優れた結晶性で
成長でき、しかも、特定の元素をドープしながら成長さ
せることにより、その結晶性、特性が格段に向上するこ
とを新たに見いだし完成されたものである。
めに、本発明に係る発光デバイスは、基板と、その基板
上に設けられたバッファ層と、そのバッファ層上に設け
られたＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層と、そのＧａＮ層又は
ＡｌＧａＮ層上に設けられた窒化インジウムガリウム半
導体（ＩｎXＧａ1-XＮ、０＜Ｘ＜０．５）からなる発光
層とを備えたダブルへテロ構造の発光デバイスにおい
て、前記窒化インジウムガリウム半導体はＳｉ若しくは
Ｇｅを１０18〜１０20／ｃｍ3の範囲で含むことを特徴
とする。また、本発明に係る発光デバイスは、前記発光
層がフォトルミネッセンス測定においてバンド間発光が
観測されるものである。また、本発明に係る発光デバイ
スでは、前記バッファ層は、ＧａＮからなるコとが好ま
しい。さらに、本発明に係る発光デバイスでは、前記発
光層は、Ｘ線ロッキングカーブにおけるピークの半値幅
を６分以下である。すなわち、本発明は、ＩｎＧａＮを
ＭＯＣＶＤ法で成長するにあたり、原料ガスのキャリア
ガスとして窒素を用い、さらに従来のようにサファイア
の上でなくＧａＮまたはＧａＡｌＮの上に成長させるこ
とにより、６００℃より高い温度でも、優れた結晶性で
成長でき、しかも、特定の元素をドープしながら成長さ
せることにより、その結晶性、特性が格段に向上するこ
とを新たに見いだし完成されたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の成長方法は、ＭＯＣＶＤ
法による窒化インジウムガリウム化合物半導体の成長方
法であって、原料ガスとしてガリウム源のガスと、イン
ジウム源のガスと、窒素源のガスと、ケイ素源のガスま
たはゲルマニウム源のガスとを用い、さらに前記原料ガ
スのキャリアガスを窒素として、６００℃より高い成長
温度で、窒化ガリウム層の上に、ＳｉまたはＧｅをドー
プした一般式ＩｎXＧａ1-XＮ（但しXは０＜X＜０．５）
で表される窒化インジウムガリウム半導体を成長させる
ことを特徴とする。
法による窒化インジウムガリウム化合物半導体の成長方
法であって、原料ガスとしてガリウム源のガスと、イン
ジウム源のガスと、窒素源のガスと、ケイ素源のガスま
たはゲルマニウム源のガスとを用い、さらに前記原料ガ
スのキャリアガスを窒素として、６００℃より高い成長
温度で、窒化ガリウム層の上に、ＳｉまたはＧｅをドー
プした一般式ＩｎXＧａ1-XＮ（但しXは０＜X＜０．５）
で表される窒化インジウムガリウム半導体を成長させる
ことを特徴とする。
【０００８】ＭＯＣＶＤ法による本発明の成長方法にお
いて、原料ガスには、例えばＧａ源としてトリメチルガ
リウム｛Ｇａ（ＣＨ3）3：ＴＭＧ｝、トリエチルガリウ
ム｛Ｇａ（Ｃ2Ｈ5）3：ＴＥＧ｝、窒素源としてアンモ
ニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、インジウム源
としてトリメチルインジウム｛Ｉｎ（ＣＨ3）3：ＴＭ
Ｉ｝、トリエチルインジウム｛Ｉｎ（Ｃ2Ｈ5）3：ＴＥ
Ｉ｝、ケイ素源としてシラン（ＳｉＨ4）、ゲルマニウ
ム源としてゲルマン（ＧｅＨ4）等を好ましく用いるこ
とができる。
いて、原料ガスには、例えばＧａ源としてトリメチルガ
リウム｛Ｇａ（ＣＨ3）3：ＴＭＧ｝、トリエチルガリウ
ム｛Ｇａ（Ｃ2Ｈ5）3：ＴＥＧ｝、窒素源としてアンモ
ニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、インジウム源
としてトリメチルインジウム｛Ｉｎ（ＣＨ3）3：ＴＭ
Ｉ｝、トリエチルインジウム｛Ｉｎ（Ｃ2Ｈ5）3：ＴＥ
Ｉ｝、ケイ素源としてシラン（ＳｉＨ4）、ゲルマニウ
ム源としてゲルマン（ＧｅＨ4）等を好ましく用いるこ
とができる。
【０００９】さらに、前記原料ガスのキャリアガスとし
て窒素を使用することにより、６００℃より高い成長温
度でも、ＩｎＧａＮ中のＩｎＮが分解して結晶格子中か
ら出ていくのを抑制することができる。
て窒素を使用することにより、６００℃より高い成長温
度でも、ＩｎＧａＮ中のＩｎＮが分解して結晶格子中か
ら出ていくのを抑制することができる。
【００１０】成長中に供給する原料ガス中のインジウム
源のガスのインジウムのモル比は、ガリウム１に対し、
好ましくは０．１以上、さらに好ましくは１．０以上に
調整する。インジウムのモル比が０．１より少ないと、
ＩｎＧａＮの混晶が得にくく、また結晶性が悪くなる傾
向にある。なぜなら、本発明の成長方法は６００℃より
高い温度でＩｎＧａＮを成長させるため、多少なりとも
ＩｎＮの分解が発生する。従ってＩｎＮがＧａＮ結晶中
に入りにくくなるため、好ましくその分解分よりもイン
ジウムを多く供給することによって、ＩｎＮをＧａＮの
結晶中に入れることができる。従って、インジウムのモ
ル比は高温で成長するほど多くする方が好ましく、例え
ば、９００℃前後の成長温度では、インジウムをガリウ
ムの１０〜５０倍程度供給することにより、X値を０．
５未満とするＩｎXＧａ1-XＮを得ることができる。
源のガスのインジウムのモル比は、ガリウム１に対し、
好ましくは０．１以上、さらに好ましくは１．０以上に
調整する。インジウムのモル比が０．１より少ないと、
ＩｎＧａＮの混晶が得にくく、また結晶性が悪くなる傾
向にある。なぜなら、本発明の成長方法は６００℃より
高い温度でＩｎＧａＮを成長させるため、多少なりとも
ＩｎＮの分解が発生する。従ってＩｎＮがＧａＮ結晶中
に入りにくくなるため、好ましくその分解分よりもイン
ジウムを多く供給することによって、ＩｎＮをＧａＮの
結晶中に入れることができる。従って、インジウムのモ
ル比は高温で成長するほど多くする方が好ましく、例え
ば、９００℃前後の成長温度では、インジウムをガリウ
ムの１０〜５０倍程度供給することにより、X値を０．
５未満とするＩｎXＧａ1-XＮを得ることができる。
【００１１】成長温度は６００℃より高い温度であれば
よく、好ましくは７００℃以上、９００℃以下の範囲に
調整する。６００℃以下であると、ＧａＮの結晶が成長
しにくいため、ＩｎＧａＮの結晶ができにくく、できた
としても従来のように結晶性の悪いＩｎＧａＮとなる。
また、９００℃より高い温度であるとＩｎＮが分解しや
すくなるため、ＩｎＧａＮがＧａＮになりやすい傾向に
ある。
よく、好ましくは７００℃以上、９００℃以下の範囲に
調整する。６００℃以下であると、ＧａＮの結晶が成長
しにくいため、ＩｎＧａＮの結晶ができにくく、できた
としても従来のように結晶性の悪いＩｎＧａＮとなる。
また、９００℃より高い温度であるとＩｎＮが分解しや
すくなるため、ＩｎＧａＮがＧａＮになりやすい傾向に
ある。
【００１２】供給するインジウムガスのモル比、成長温
度は目的とするＩｎXＧａ1-XＮのX値０＜X＜０．５の範
囲において、適宜変更できる。例えばＩｎを多くしよう
とすれば６５０℃前後の低温で成長させるか、または原
料ガス中のＩｎのモル比を多くすればよい。Ｇａを多く
しようとするならば９００℃前後の高温で成長させれば
よい。しかしながら、６００℃より高い温度でX値を
０．５以上とするＩｎXＧａＮ1-XＮを成長させることは
非常に困難であり、またX値を０．５以上とするＩｎXＧ
ａ1-XＮを発光ダイオード等の発光デバイスに使用した
場合、その発光波長は黄色の領域にあり、青色、紫外と
して使用し得るものではないため、X値は０．５未満を
限定理由とした。
度は目的とするＩｎXＧａ1-XＮのX値０＜X＜０．５の範
囲において、適宜変更できる。例えばＩｎを多くしよう
とすれば６５０℃前後の低温で成長させるか、または原
料ガス中のＩｎのモル比を多くすればよい。Ｇａを多く
しようとするならば９００℃前後の高温で成長させれば
よい。しかしながら、６００℃より高い温度でX値を
０．５以上とするＩｎXＧａＮ1-XＮを成長させることは
非常に困難であり、またX値を０．５以上とするＩｎXＧ
ａ1-XＮを発光ダイオード等の発光デバイスに使用した
場合、その発光波長は黄色の領域にあり、青色、紫外と
して使用し得るものではないため、X値は０．５未満を
限定理由とした。
【００１３】図２は、本発明の成長方法において、供給
したＳｉと、得られたＳｉドープＩｎＧａＮのフォトル
ミネッセンス強度の関係を示す図である。これは、キャ
リアガスとして窒素を２リットル／分、原料ガスとして
ＴＭＧを２×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モ
ル／分、ＮＨ3を４リットル／分で供給し、さらにＳｉ
をドープするため、シランガスの供給量を変えて、Ｇａ
Ｎ層上にＳｉをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎを成長さ
せ、成長後、得られたＳｉドープＩｎ0.25Ｇａ 0.75Ｎ層
に、１０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザーを照射し、その４５
０ｎｍにおけるフォトルミネッセンス強度を測定したも
のである。なお、この図は、ＧａＮ層上に形成したＳｉ
をドープしないＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層のフォトルミネッ
センス強度を１とした場合の相対強度で示している。こ
のＳｉをドープしないＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォトルミ
ネッセンスのスペクトルを図４に示す。これとは別に、
本発明のＳｉをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォト
ルミネッセンスのスペクトルを図５に示す。
したＳｉと、得られたＳｉドープＩｎＧａＮのフォトル
ミネッセンス強度の関係を示す図である。これは、キャ
リアガスとして窒素を２リットル／分、原料ガスとして
ＴＭＧを２×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モ
ル／分、ＮＨ3を４リットル／分で供給し、さらにＳｉ
をドープするため、シランガスの供給量を変えて、Ｇａ
Ｎ層上にＳｉをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎを成長さ
せ、成長後、得られたＳｉドープＩｎ0.25Ｇａ 0.75Ｎ層
に、１０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザーを照射し、その４５
０ｎｍにおけるフォトルミネッセンス強度を測定したも
のである。なお、この図は、ＧａＮ層上に形成したＳｉ
をドープしないＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層のフォトルミネッ
センス強度を１とした場合の相対強度で示している。こ
のＳｉをドープしないＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォトルミ
ネッセンスのスペクトルを図４に示す。これとは別に、
本発明のＳｉをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォト
ルミネッセンスのスペクトルを図５に示す。
【００１４】図２に示すように、Ｓｉをドープするに従
ってＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス強度が飛躍的に
増大する。原料ガス中のケイ素のモル比をガリウム１に
対し、１×１０-5〜０．０５の範囲に調整することによ
り、その強度はＳｉをドープしないものに比較して、５
倍以上に達し、最大では６０〜７０倍にも向上する。
ってＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス強度が飛躍的に
増大する。原料ガス中のケイ素のモル比をガリウム１に
対し、１×１０-5〜０．０５の範囲に調整することによ
り、その強度はＳｉをドープしないものに比較して、５
倍以上に達し、最大では６０〜７０倍にも向上する。
【００１５】図３も同じく、供給したＧｅと、得られた
ＧｅドープＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図である。これも、キャリアガスとし
て窒素を２リットル／分、原料ガスとしてＴＭＧを２×
１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モル／分、ＮＨ
3を４リットル／分と先ほどと同条件で供給し、さらに
Ｇｅをドープするためゲルマンガスの供給量を変えて、
ＧａＮ層上にＧｅをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎを成
長させ、成長後、得られたＧｅドープＩｎ0.25Ｇａ0.75
Ｎ層の４５０ｎｍにおけるフォトルミネッセンス強度を
測定したものである。なお、この図も、ＧａＮ層上に形
成した何もドープしないＩｎ0.25Ｇａ0. 75Ｎ層のフォト
ルミネッセンス強度を１とした場合の相対強度で示して
いる。
ＧｅドープＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図である。これも、キャリアガスとし
て窒素を２リットル／分、原料ガスとしてＴＭＧを２×
１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モル／分、ＮＨ
3を４リットル／分と先ほどと同条件で供給し、さらに
Ｇｅをドープするためゲルマンガスの供給量を変えて、
ＧａＮ層上にＧｅをドープしたＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎを成
長させ、成長後、得られたＧｅドープＩｎ0.25Ｇａ0.75
Ｎ層の４５０ｎｍにおけるフォトルミネッセンス強度を
測定したものである。なお、この図も、ＧａＮ層上に形
成した何もドープしないＩｎ0.25Ｇａ0. 75Ｎ層のフォト
ルミネッセンス強度を１とした場合の相対強度で示して
いる。
【００１６】図３も図２と同様に、Ｇｅをドープするに
従ってＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス強度が飛躍的
に増大し、原料ガス中のゲルマニウムのモル比をガリウ
ム１に対し、１×１０-4〜０．５に調整することによ
り、その強度はＳｉをドープしないものに比較して、５
倍以上に達し、最大では、同じく６０〜７０倍にも向上
することが分かる。
従ってＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス強度が飛躍的
に増大し、原料ガス中のゲルマニウムのモル比をガリウ
ム１に対し、１×１０-4〜０．５に調整することによ
り、その強度はＳｉをドープしないものに比較して、５
倍以上に達し、最大では、同じく６０〜７０倍にも向上
することが分かる。
【００１７】以上のようにしてＩｎＧａＮを成長させる
ことにより、ＩｎＧａＮ中にＳｉまたはＧｅを１０16／
cm3〜１０22／cm3でドープすることができる。フォトル
ミネッセンスの結果より、その最適値は１０18〜１０20
／cm3である。
ことにより、ＩｎＧａＮ中にＳｉまたはＧｅを１０16／
cm3〜１０22／cm3でドープすることができる。フォトル
ミネッセンスの結果より、その最適値は１０18〜１０20
／cm3である。
【００１８】本発明の成長方法は、原料ガスのキャリア
ガスを窒素とすることにより、６００℃より高い成長温
度において、ＩｎＧａＮの分解を抑制することができ、
またＩｎＮが多少分解しても、原料ガス中のインジウム
を多く供給することにより高品質なＩｎＧａＮを得るこ
とができる。
ガスを窒素とすることにより、６００℃より高い成長温
度において、ＩｎＧａＮの分解を抑制することができ、
またＩｎＮが多少分解しても、原料ガス中のインジウム
を多く供給することにより高品質なＩｎＧａＮを得るこ
とができる。
【００１９】さらに、従来ではサファイア基板の上にＩ
ｎＧａＮ層を成長させていたが、サファイアとＩｎＧａ
Ｎとでは格子定数不整がおよそ１５％以上もあるため、
得られた結晶の結晶性が悪くなると考えられる。一方、
本発明ではＧａＮまたはＧａＡｌＮ層の上に成長させる
ことにより、その格子定数不整を５％以下と小さくする
ことができるため、結晶性に優れたＩｎＧａＮを形成す
ることができる。図４はＧａＮ層の上に成長したＩｎＧ
ａＮであるが、それを顕著に表しており、従来法では、
ＩｎＧａＮのフォトルミネッセンスのスペクトルは全く
測定できなかったが、本発明では明らかに結晶性が向上
しているために４５０ｎｍの青色領域に発光ピークが現
れている。また、本発明の成長方法において、このＧａ
ＮのＧａの一部をＡｌで置換してもよく、技術範囲内で
ある。
ｎＧａＮ層を成長させていたが、サファイアとＩｎＧａ
Ｎとでは格子定数不整がおよそ１５％以上もあるため、
得られた結晶の結晶性が悪くなると考えられる。一方、
本発明ではＧａＮまたはＧａＡｌＮ層の上に成長させる
ことにより、その格子定数不整を５％以下と小さくする
ことができるため、結晶性に優れたＩｎＧａＮを形成す
ることができる。図４はＧａＮ層の上に成長したＩｎＧ
ａＮであるが、それを顕著に表しており、従来法では、
ＩｎＧａＮのフォトルミネッセンスのスペクトルは全く
測定できなかったが、本発明では明らかに結晶性が向上
しているために４５０ｎｍの青色領域に発光ピークが現
れている。また、本発明の成長方法において、このＧａ
ＮのＧａの一部をＡｌで置換してもよく、技術範囲内で
ある。
【００２０】さらにまた、Ｓｉ、Ｇｅをドープすること
により、ドープしないものに比較して、フォトルミネッ
センス強度を５〜７０倍と飛躍的に増大させることがで
きる。これは、Ｓｉ、Ｇｅの効果によりさらに結晶性、
品質が向上していることを顕著に示すものである。図５
はそれを示す図であり、図４の１／５０のレンジでスペ
クトルを測定したものであり、格段に発光強度が増大し
ていることが分かる。
により、ドープしないものに比較して、フォトルミネッ
センス強度を５〜７０倍と飛躍的に増大させることがで
きる。これは、Ｓｉ、Ｇｅの効果によりさらに結晶性、
品質が向上していることを顕著に示すものである。図５
はそれを示す図であり、図４の１／５０のレンジでスペ
クトルを測定したものであり、格段に発光強度が増大し
ていることが分かる。
【００２１】
【実施例】以下、図面を元に実施例で本発明の成長方法
を詳説する。図１は本発明の成長方法に使用したＭＯＣ
ＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。１は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、２は基板を載置するサセプター、３はサセプタ
ーを加熱するヒーター、４はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、５は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、６は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、７は基板である。ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ等の有機金属化合物ソースは微量のバブリングガス
によって気化され、シラン、ゲルマン等のドーピングガ
スと共にメインガスであるキャリアガスによって反応容
器内に供給される。
を詳説する。図１は本発明の成長方法に使用したＭＯＣ
ＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。１は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、２は基板を載置するサセプター、３はサセプタ
ーを加熱するヒーター、４はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、５は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、６は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、７は基板である。ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ等の有機金属化合物ソースは微量のバブリングガス
によって気化され、シラン、ゲルマン等のドーピングガ
スと共にメインガスであるキャリアガスによって反応容
器内に供給される。
【００２２】［実施例１］まず、よく洗浄したサファイ
ア基板７をサセプター２にセットし、反応容器内を水素
で十分置換する。
ア基板７をサセプター２にセットし、反応容器内を水素
で十分置換する。
【００２３】次に、石英ノズル５から水素を流しながら
ヒーター３で温度を１０５０℃まで上昇させ、２０分間
保持しサファイア基板７のクリーニングを行う。
ヒーター３で温度を１０５０℃まで上昇させ、２０分間
保持しサファイア基板７のクリーニングを行う。
【００２４】続いて、温度を５１０℃まで下げ、石英ノ
ズル５からアンモニア（ＮＨ3）４リットル／分と、キ
ャリアガスとして水素を２リットル／分で流しながら、
ＴＭＧを２７×１０−6モル／分流して１分間保持して
ＧａＮバッファー層を約２００オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ７からは水素を１０
リットル／分と、窒素を１０リットル／分とで流し続
け、サセプター２をゆっくりと回転させる。
ズル５からアンモニア（ＮＨ3）４リットル／分と、キ
ャリアガスとして水素を２リットル／分で流しながら、
ＴＭＧを２７×１０−6モル／分流して１分間保持して
ＧａＮバッファー層を約２００オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ７からは水素を１０
リットル／分と、窒素を１０リットル／分とで流し続
け、サセプター２をゆっくりと回転させる。
【００２５】バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温
度を１０３０℃まで上昇させる。温度が１０３０℃にな
ったら、同じく水素をキャリアガスとしてＴＭＧを５４
×１０−6モル／分で流して３０分間成長させ、ＧａＮ
層を２μｍ成長させる。
度を１０３０℃まで上昇させる。温度が１０３０℃にな
ったら、同じく水素をキャリアガスとしてＴＭＧを５４
×１０−6モル／分で流して３０分間成長させ、ＧａＮ
層を２μｍ成長させる。
【００２６】ＧａＮ層成長後、温度を８００℃にして、
キャリアガスを窒素に切り替え、窒素を２リットル／
分、ＴＭＧを２×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０
-6モル／分、シランガスを２×１０-9モル／分、アンモ
ニアを４リットル／分で流しながら、ＳｉドープＩｎＧ
ａＮ層を６０分間成長させる。なお、この間、コニカル
石英チューブ７から供給するガスも窒素のみとし、２０
リットル／分で流し続ける。
キャリアガスを窒素に切り替え、窒素を２リットル／
分、ＴＭＧを２×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０
-6モル／分、シランガスを２×１０-9モル／分、アンモ
ニアを４リットル／分で流しながら、ＳｉドープＩｎＧ
ａＮ層を６０分間成長させる。なお、この間、コニカル
石英チューブ７から供給するガスも窒素のみとし、２０
リットル／分で流し続ける。
【００２７】以上のようにして得られたＩｎＧａＮ層の
Ｘ線ロッキングカーブを取ると、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの
組成を示すところにピークを有しており、その半値幅は
６分であった。この６分という値は従来報告されている
中では最小値であり、本発明の方法によるＩｎＧａＮの
結晶性が非常に優れていることを示している。また、Ｓ
ＩＭＳにより、ＩｎＧａＮ中のＳｉを測定したところ、
２×１０19／cm3であった。
Ｘ線ロッキングカーブを取ると、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの
組成を示すところにピークを有しており、その半値幅は
６分であった。この６分という値は従来報告されている
中では最小値であり、本発明の方法によるＩｎＧａＮの
結晶性が非常に優れていることを示している。また、Ｓ
ＩＭＳにより、ＩｎＧａＮ中のＳｉを測定したところ、
２×１０19／cm3であった。
【００２８】［実施例２］ＧａＮ層成長後、ＴＭＧを２
×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モル／分、ゲ
ルマンガスを２×１０-8モル／分で流す他は実施例１と
同様にして、ＧｅドープＩｎＧａＮ層を成長させた。
×１０-6モル／分、ＴＭＩを２０×１０-6モル／分、ゲ
ルマンガスを２×１０-8モル／分で流す他は実施例１と
同様にして、ＧｅドープＩｎＧａＮ層を成長させた。
【００２９】得られたＩｎＧａＮ層にＨｅ−Ｃｄレーザ
ーを照射してそのフォトルミネッセンスを測定すると、
４５０ｎｍに発光ピークを有しており、Ｘ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの組成を示す
ところにピークを有しており、その半値幅は同じく６分
であった。また、ＩｎＧａＮ中のＧｅ濃度はおよそ１×
１０19／cm3であった。
ーを照射してそのフォトルミネッセンスを測定すると、
４５０ｎｍに発光ピークを有しており、Ｘ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの組成を示す
ところにピークを有しており、その半値幅は同じく６分
であった。また、ＩｎＧａＮ中のＧｅ濃度はおよそ１×
１０19／cm3であった。
【００３０】［実施例３］ＧａＮ層成長後、ＴＭＩを２
×１０-7モル／分で流す他は実施例１と同様にして、Ｓ
ｉドープＩｎＧａＮ層を成長させた。
×１０-7モル／分で流す他は実施例１と同様にして、Ｓ
ｉドープＩｎＧａＮ層を成長させた。
【００３１】得られたＩｎＧａＮ層のＸ線ロッキングカ
ーブを測定すると、Ｉｎ0.08Ｇａ0. 92Ｎの組成を示すと
ころにピークを有しており、その半値幅は６分であっ
た。またＨｅ−Ｃｄレーザーを照射してそのフォトルミ
ネッセンスを測定すると、３９０ｎｍに強い紫色のＩｎ
ＧａＮのバンド間発光が見られた。
ーブを測定すると、Ｉｎ0.08Ｇａ0. 92Ｎの組成を示すと
ころにピークを有しており、その半値幅は６分であっ
た。またＨｅ−Ｃｄレーザーを照射してそのフォトルミ
ネッセンスを測定すると、３９０ｎｍに強い紫色のＩｎ
ＧａＮのバンド間発光が見られた。
【００３２】［実施例４］実施例１のバッファ層成長
後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０３０℃まで上昇させ
る。温度が１０３０℃になったら、同じく水素をキャリ
アガスとしてＴＭＧを５４×１０−6モル／分、ＴＭＡ
を６×１０-6モル／分で流して３０分間成長させ、Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎ層を２μｍ成長させる他は実施例１と同様
にしてＧａ0. 9Ａｌ0.1Ｎ層の上にＳｉドープＩｎＧａＮ
層を成長させた。その結果、得られたＩｎＧａＮ層のＸ
線ロッキングカーブは、同じくＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの組
成を示すところにピークを有しており、その半値幅は６
分であった。またＳｉ濃度も２×１０19／cm3と同一で
あった。
後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０３０℃まで上昇させ
る。温度が１０３０℃になったら、同じく水素をキャリ
アガスとしてＴＭＧを５４×１０−6モル／分、ＴＭＡ
を６×１０-6モル／分で流して３０分間成長させ、Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎ層を２μｍ成長させる他は実施例１と同様
にしてＧａ0. 9Ａｌ0.1Ｎ層の上にＳｉドープＩｎＧａＮ
層を成長させた。その結果、得られたＩｎＧａＮ層のＸ
線ロッキングカーブは、同じくＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎの組
成を示すところにピークを有しており、その半値幅は６
分であった。またＳｉ濃度も２×１０19／cm3と同一で
あった。
【００３３】
【発明の効果】本発明の成長方法によると、従来では不
可能であったＩｎＧａＮ層の単結晶を成長させることが
でき、またＳｉ、Ｇｅをドープして成長させることによ
り、その結晶性、品質をさらに向上させることができ
る。従って本発明により実用的なＩｎＧａＮが得られる
ため、将来開発される青色発光デバイスに積層される半
導体材料をダブルへテロ構造にでき、青色レーザーダイ
オードが実現可能となり、その産業上の利用価値は大き
い。
可能であったＩｎＧａＮ層の単結晶を成長させることが
でき、またＳｉ、Ｇｅをドープして成長させることによ
り、その結晶性、品質をさらに向上させることができ
る。従って本発明により実用的なＩｎＧａＮが得られる
ため、将来開発される青色発光デバイスに積層される半
導体材料をダブルへテロ構造にでき、青色レーザーダイ
オードが実現可能となり、その産業上の利用価値は大き
い。
【図１】 本発明の成長方法の一実施例に使用したＭＯ
ＣＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図。
ＣＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図。
【図２】 本発明の成長方法による、供給したＳｉと、
得られたＳｉドープＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
得られたＳｉドープＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
【図３】 本発明の成長方法による、供給したＧｅと、
得られたＧｅドープＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
得られたＧｅドープＩｎＧａＮのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。
【図４】 本発明の一実施例の工程で得られるＩｎＧａ
Ｎのフォトルミネッセンス測定によるスペクトルを示す
図。
Ｎのフォトルミネッセンス測定によるスペクトルを示す
図。
【図５】 本発明の一実施例によるＩｎＧａＮのフォト
ルミネッセンス測定によるスペクトルを示す図。
ルミネッセンス測定によるスペクトルを示す図。
１・・・反応容器、
２・・・サセプター、
３・・・ヒーター、
４・・・制御軸、
５・・・石英ノズル、
６・・・コニカル石英チューブ、
７・・・基板。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−68579（ＪＰ，Ａ)
Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎ
ｄ Ｔａｋａｓｈｉ ｍｕｋａｉ，Ｈｉ
ｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ ＩｎＧａＮ Ｆ
ｉｌｍｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｇａｎ
Ｆｉｌｍｓ，Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ，1992年10月15日，Ｖｏ
ｌ．31，1457−1459
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 基板と、その基板上に設けられたバッフ
ァ層と、そのバッファ層上に設けられたＧａＮ層又はＡ
ｌＧａＮ層と、そのＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層上に設け
られた窒化インジウムガリウム半導体（ＩｎXＧａ
1-XＮ、０＜Ｘ＜０．５）からなる発光層とを備えたダ
ブルへテロ構造の発光デバイスにおいて、 前記窒化インジウムガリウム半導体はＳｉ若しくはＧｅ
を１０18〜１０20／ｃｍ3の範囲で含むことを特徴とす
る発光デバイス。 - 【請求項２】 前記発光層は、フォトルミネッセンス測
定においてバンド間発光が観測される請求項１記載の発
光デバイス。 - 【請求項３】 前記バッファ層は、ＧａＮからなる請求
項１又は２記載の発光デバイス。 - 【請求項４】 前記発光層は、Ｘ線ロッキングカーブに
おけるピークの半値幅が６分以下である請求項１〜３の
うちのいずれか１つに記載の発光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001171341A JP3473595B2 (ja) | 1992-07-03 | 2001-06-06 | 発光デバイス |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20053192 | 1992-07-03 | ||
| JP4-321183 | 1992-11-04 | ||
| JP4-200531 | 1992-11-04 | ||
| JP32118392 | 1992-11-04 | ||
| JP2001171341A JP3473595B2 (ja) | 1992-07-03 | 2001-06-06 | 発光デバイス |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10655493A Division JP3203282B2 (ja) | 1992-07-03 | 1993-05-07 | 発光デバイス用窒化インジウムガリウム半導体 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003080001A Division JP2003257880A (ja) | 1992-07-03 | 2003-03-24 | 発光デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002057369A JP2002057369A (ja) | 2002-02-22 |
| JP3473595B2 true JP3473595B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=27327831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001171341A Expired - Lifetime JP3473595B2 (ja) | 1992-07-03 | 2001-06-06 | 発光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473595B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4316454B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2009-08-19 | 株式会社東芝 | 半導体基板、半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| JP5355158B2 (ja) * | 2009-03-13 | 2013-11-27 | 株式会社東芝 | 半導体基板及び半導体素子 |
-
2001
- 2001-06-06 JP JP2001171341A patent/JP3473595B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎｄ Ｔａｋａｓｈｉ ｍｕｋａｉ，Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ ＩｎＧａＮ Ｆｉｌｍｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｇａｎ Ｆｉｌｍｓ，Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，１９９２年１０月１５日，Ｖｏｌ．３１，１４５７−１４５９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002057369A (ja) | 2002-02-22 |
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