JP4900336B2 - Iii族窒化物発光素子を製造する方法、及びiii族窒化物発光素子 - Google Patents
Iii族窒化物発光素子を製造する方法、及びiii族窒化物発光素子 Download PDFInfo
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また、InGaNからなる障壁層25の成膜条件として以下のものがある:
成長温度TB:摂氏720度以上摂氏900度以下
炉内圧力:40kPa以上101kPa以下
インジウム気相比:0.1以下
成長速度:0.1マイクロメートル/時以上0.8マイクロメートル/時以下
また、AlGaNからなる障壁層25の成膜条件として以下のものがある:
成長温度TB:摂氏880度以上摂氏950度以下
炉内圧力:20kPa以上101kPa以下
アルミニウム気相比:0.1以下
成長速度:0.1マイクロメートル/時以上0.8マイクロメートル/時以下
TMAの流量:0.005リットル/分
NH3の流量:10リットル/分
成膜温度TAlN:摂氏700度
成膜速度:0.05マイクロメートル/時
厚み:0.5モノレイヤ
成長時間:10秒
炉内圧力:20kPa。
また、アルミニウム窒化物領域27の形成に以下の成膜条件を適用できる:
成長温度TAlN:摂氏900度以上摂氏1100度以下
炉内圧力:20kPa以上60kPa以下
成膜速度:0.01マイクロメートル/時以上0.1マイクロメートル/時以下
成長温度TW:摂氏730度以上摂氏770度以下
炉内圧力:60kPa以上100kPa以下
インジウム気相比:0.5以上0.8以下
成膜速度:0.1マイクロメートル/時以上0.8マイクロメートル/時以下
格子不整合度fは以下のように規定される:
f=100×((エピタキシャル層の格子定数)−(基板の格子定数))/基板の格子定数
GaNのa軸方向の格子定数:0.3189ナノメートル
In組成0.18のInGaNのa軸格子定数:0.3252ナノメートル
InGaN成長を進めると、障壁層25の主面25a及びアルミニウム窒化物領域27の表面の全体に平坦に成長されたInGaN29dが形成される。この成長により、500nmよりも長波長の光を発生する高インジウム組成InGaN層が成長される。
以下の通り有機金属気相成長法により、単一量子井戸(SQW)構造を作製した。発光波長は約510nmである。原料には、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルインジウム(TMIn)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3)、シラン(SiH4)を用いた。基板には、以下の2インチのn型自立GaN基板を用いた:
[11−20]方向オフ角、[1−100]方向オフ角、転位密度(cm−2)
16.3〜16.8度、 0.20〜0.35度、 5×10+5〜7×10+6
以下に手順により成長を行った。まず、炉内圧力を101kPaに制御しながら炉内にNH3とH2を供給して、摂氏1050度の基板温度で10分間のクリーニングを行った。その後、TMG、NH3、SiH4を成長炉に供給しながら、厚さ2000nmのn型GaNバッファ層を成長した。次いで、NH3以外の原料の供給を停止すると共に摂氏750度まで降温した後に、厚さ50nmのIn0.04Ga0.96N緩衝層を成長した。
発光ダイオード(LED)を以下の通り有機金属気相成長法によりを作製した。基板には、以下の2インチの自立GaN基板を用いた:
[11−20]方向オフ角、[1−100]方向オフ角、転位密度(cm−2)
16.2〜16.5度、 0.15〜0.32度、 5×10+5〜6×10+6
AlN層有り 0.9mW
AlN層無し 0.4mW。
このことから、AlN層有りのもので、出力が向上することがわかった。
37…p型コンタクト層
Claims (18)
- 500nmよりも長波長の光を発生するIII族窒化物発光素子を作製する方法であって、
窒化ガリウム半導体基板の主面上に、窒化ガリウム系半導体からなり活性層のための障壁層を成長する工程と、
前記障壁層の主面を部分的に覆うアルミニウム窒化物領域を形成する工程と、
前記障壁層の主面及び前記アルミニウム窒化物領域を覆うようにInGaN井戸層を成長する工程と
を備え、
前記窒化ガリウム半導体基板は、1×10+7cm−2以下の貫通転位密度の領域を有しており、
前記障壁層の主面を覆う前記アルミニウム窒化物領域の被覆率は、0.1以上であり、0.9以下であり、
前記アルミニウム窒化物領域の平均膜厚が1モノレイヤよりも薄い、ことを特徴とする方法。 - 前記井戸層及び障壁層の成長は有機金属気相成長法で行われる、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。
- 前記アルミニウム窒化物領域を形成する工程では、インジウム原料及びガリウム原料を成長炉に供給すること無くアルミニウム原料及び窒素原料を成長炉に供給して、前記アルミニウム窒化物領域が成長される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された方法。
- 前記障壁層を成長した後に、前記アルミニウム窒化物領域を成長するに先立って、前記障壁層の成長における第1の成長温度から前記井戸層の成長における第2の成長温度に基板温度を変更する工程を更に備え、
前記アルミニウム窒化物領域の成長は、前記基板温度を変更した後に行われ、
前記第2の成長温度は前記第1の成長温度よりも低い、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。 - 前記基板温度を変更する前記工程では、前記障壁層の成長における第1の圧力から前記井戸層の成長における第2の圧力に成長炉の圧力が変更される、ことを特徴とする請求項4に記載された方法。
- 前記障壁層を成長した後に、前記アルミニウム窒化物領域を成長するに先立って、前記障壁層の成長における第1の圧力から前記井戸層の成長における第2の圧力に成長炉の圧力を変更する工程を更に備え、
前記第2の圧力は前記第1の圧力よりも低い、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。 - 前記井戸層の厚さは20nm以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された方法。
- 前記InGaN井戸層のInXGa1−XNにおけるインジウム組成Xは、0.18以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム半導体基板の前記主面は半極性面であり、
前記窒化ガリウム半導体基板の前記主面は、前記窒化ガリウム半導体基板の六方晶窒化ガリウムのc面から90度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム半導体基板の前記主面は非極性面である、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム半導体基板の前記主面は極性面である、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。
- 500nmよりも長波長の光を発生するIII族窒化物発光素子であって、
1×10+7cm−2以下の貫通転位密度の領域を有する窒化ガリウム支持基体と、
前記窒化ガリウム支持基体上に設けられ活性層と
を備え、
前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなる障壁層と、前記障壁層の主面を部分的に覆うアルミニウム窒化物領域と、前記障壁層の主面及び前記アルミニウム窒化物領域を覆うInGaN井戸層とを含み、
前記アルミニウム窒化物領域の平均膜厚が1モノレイヤよりも薄く、
前記障壁層の前記主面は、前記アルミニウム窒化物領域に覆われていない第1のエリアと前記アルミニウム窒化物領域に覆われた第2のエリアとを含み、
前記InGaN井戸層は、前記第1のエリアに設けられたエピタキシャル成長部と、該エピタキシャル成長部から前記アルミニウム窒化物領域の表面に沿って設けられた延在部とを含み、
前記障壁層の主面を覆う前記アルミニウム窒化物領域の被覆率は、0.1以上であり、0.9以下である、ことを特徴とするIII族窒化物発光素子。 - 前記井戸層の厚さは20nm以下である、ことを特徴とする請求項12に記載されたIII族窒化物発光素子。
- 前記InGaN井戸層のInXGa1−XNにおけるインジウム組成Xは0.18以上である、ことを特徴とする請求項12又は請求項13に記載されたIII族窒化物発光素子。
- 前記インジウム組成Xは0.30以下である、ことを特徴とする請求項14に記載されたIII族窒化物発光素子。
- 前記窒化ガリウム支持基体と前記活性層との間に設けられたInGaN緩衝層を更に備え、
前記InGaN緩衝層のInYGa1−YNにおけるインジウム組成Yは、前記InGaN井戸層のインジウム組成よりも小さい、ことを特徴とする請求項12〜請求項15のいずれか一項に記載されたIII族窒化物発光素子。 - 前記窒化ガリウム支持基体の前記主面は、前記窒化ガリウム支持基体の六方晶窒化ガリウムのc面から90度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項12〜請求項16のいずれか一項に記載されたIII族窒化物発光素子。
- 前記窒化ガリウム支持基体の前記主面は極性面である、ことを特徴とする請求項12〜請求項16のいずれか一項に記載されたIII族窒化物発光素子。
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