JPH0529653A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH0529653A JPH0529653A JP3179198A JP17919891A JPH0529653A JP H0529653 A JPH0529653 A JP H0529653A JP 3179198 A JP3179198 A JP 3179198A JP 17919891 A JP17919891 A JP 17919891A JP H0529653 A JPH0529653 A JP H0529653A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
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- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は低欠陥で伝導型の制御が可能なＧａ
Ｎ、ＧａxＡｌ1-x-yＩｎyＮを成長することにより、高
輝度短波長発光素子を得ることを目的とする。 【構成】 格子整合させるために、格子型が等しいこと
を要せず、格子間距離が必要であるとする。これにより
格子不整合により発生する転位や歪が飛躍的に減少し、
低欠陥の結晶の成長を可能にする。
Ｎ、ＧａxＡｌ1-x-yＩｎyＮを成長することにより、高
輝度短波長発光素子を得ることを目的とする。 【構成】 格子整合させるために、格子型が等しいこと
を要せず、格子間距離が必要であるとする。これにより
格子不整合により発生する転位や歪が飛躍的に減少し、
低欠陥の結晶の成長を可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、短波長域の発光素子
（以下ＬＥＤと略称）や、半導体レーザ等の半導体素子
に関する。
（以下ＬＥＤと略称）や、半導体レーザ等の半導体素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体の一
つであるＧａＮはバンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長発光素子用材料とし
て期待されているが、短波長発光素子を構成するのに格
子整合する良質な基板が無いことが最大の問題であっ
た。そこで、格子不整合の影響を低減するために様々な
方法が試みられてきた。結晶成長法として気相エピタキ
シャル成長法（ＶＰＥ法）が用いられる場合には、比較
的成長速度が速いので、１００μｍ程度の厚膜成長をさ
せることで基板との界面の歪みを緩和することが試みら
れたが、ひび割れを生ずるために、良質な結晶を成長さ
せることはできなかった。また、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）の場合には成長速度が遅く、厚膜成長
により欠陥を緩和することは不可能であった。便宜上、
格子不整合が１５％程度と大きいサファイア基板上に成
長することが多いが、良質な結晶が得られず、バックグ
ラウンドのキャリア濃度が１０19ｃｍ-3以上と非常に高
い値を示してしまう。そこで、サファイア基板上に成長
する際には、一旦アモルファス状のＡｌＮを成長してか
らＧａＮを成長させたり、あらかじめ基板表面をＮＨ3
により窒化してから成長を行うといった方法が採られ
た。ＡｌＮバッファ層を成長させることにより、バッフ
ァ層を用いない場合に比べ、アンドープの際のキャリア
濃度を１０17ｃｍ-3程度まで低下させることができてい
る。しかし、実用的な素子の実現のためには末だ不十分
な値であり、電子線照射を行なうことによりｐ型層を得
たという報告はあるが極めて高抵抗であり、また、基板
に絶縁体であるサファイアを用いているため電極作成プ
ロセス、適用範囲などの点で限界がある。
つであるＧａＮはバンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長発光素子用材料とし
て期待されているが、短波長発光素子を構成するのに格
子整合する良質な基板が無いことが最大の問題であっ
た。そこで、格子不整合の影響を低減するために様々な
方法が試みられてきた。結晶成長法として気相エピタキ
シャル成長法（ＶＰＥ法）が用いられる場合には、比較
的成長速度が速いので、１００μｍ程度の厚膜成長をさ
せることで基板との界面の歪みを緩和することが試みら
れたが、ひび割れを生ずるために、良質な結晶を成長さ
せることはできなかった。また、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）の場合には成長速度が遅く、厚膜成長
により欠陥を緩和することは不可能であった。便宜上、
格子不整合が１５％程度と大きいサファイア基板上に成
長することが多いが、良質な結晶が得られず、バックグ
ラウンドのキャリア濃度が１０19ｃｍ-3以上と非常に高
い値を示してしまう。そこで、サファイア基板上に成長
する際には、一旦アモルファス状のＡｌＮを成長してか
らＧａＮを成長させたり、あらかじめ基板表面をＮＨ3
により窒化してから成長を行うといった方法が採られ
た。ＡｌＮバッファ層を成長させることにより、バッフ
ァ層を用いない場合に比べ、アンドープの際のキャリア
濃度を１０17ｃｍ-3程度まで低下させることができてい
る。しかし、実用的な素子の実現のためには末だ不十分
な値であり、電子線照射を行なうことによりｐ型層を得
たという報告はあるが極めて高抵抗であり、また、基板
に絶縁体であるサファイアを用いているため電極作成プ
ロセス、適用範囲などの点で限界がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】叙上の如く、ＧａＮを
成長形成させるにあたって、これと格子整合をする基板
がないために格子欠陥が生じること、また、伝導型の制
御が不十分であること等の問題がある。
成長形成させるにあたって、これと格子整合をする基板
がないために格子欠陥が生じること、また、伝導型の制
御が不十分であること等の問題がある。
【０００４】本発明は低欠陥で伝導型の制御が可能なＧ
ａＮを成長することにより、高輝度短波長発光素子を得
ることを目的とする。
ａＮを成長することにより、高輝度短波長発光素子を得
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】完全に格子整合させるた
めには格子定数を合わせるだけではなく格子型が等しい
ことが重要であると考えられていた。しかし、本発明者
らの研究によれば、格子整合させるためには格子型が同
一である必要はなく、格子間の距離が同一であることが
重要であることが判明した。また、成長層は基板による
影響を受け、本来六方晶の結晶であっても、立方晶を採
ることによって基板と格子整合する場合には立方晶を採
ることが判明した。
めには格子定数を合わせるだけではなく格子型が等しい
ことが重要であると考えられていた。しかし、本発明者
らの研究によれば、格子整合させるためには格子型が同
一である必要はなく、格子間の距離が同一であることが
重要であることが判明した。また、成長層は基板による
影響を受け、本来六方晶の結晶であっても、立方晶を採
ることによって基板と格子整合する場合には立方晶を採
ることが判明した。
【０００６】まず、六方晶であるＧａＮを立方晶上、あ
るいは立方晶を適当な方向にカットした一例のＭｎＯ基
板の上に成長することにより格子整合させることが可能
になる例について以下に説明する。ＭｎＯは、立方晶系
ＮａＣｌ構造で格子定数が４．４４５である。（１１
１）上での２次元格子の格子間距離は３．１４３であ
り、これはＧａＮの格子定数である３．１６と非常に近
い。そこで、ＭｎＯ基板の（１１１）面上にＧａＮを成
長させることにより、基板と成長層との間の格子不整合
の影響を緩和することが可能となる。さらに、ＡｌＮは
格子定数が３．１０４であるので、ＧａＮにＡｌを添加
することによって格子定数を小さくし、ＭｎＯ基板の
（１１１）面に格子整合させることも可能になる。格子
整合が可能になれば、格子不整合により発生する転位
や、歪みが飛躍的に減少し低欠陥のＧａＮ結晶の成長が
可能となる。低欠陥結晶の成長が可能になると欠陥まわ
りに集中し有効に働かなかったドーパントの活性化率を
高め、ドーピングを施すことにより低抵抗のｐ型結晶を
得ることが可能となる。また、ＡｌＮはＧａＮより格子
定数は小さくバンドギャップは広く、ＩｎＮはＧａＮよ
り格子定数は大きくバンドギャップは狭いので、ＧａＮ
中にＡｌとＩｎを適量添加することにより、格子定数を
保ったままバンドキャップを変化させることが可能にな
り、所望の発光波長の素子を得ることが可能になる。さ
らに、従来使われていたサファイア基板が絶縁体であっ
たために問題であった電極作製プロセスでも半導体であ
るＭｎＯは有効である。
るいは立方晶を適当な方向にカットした一例のＭｎＯ基
板の上に成長することにより格子整合させることが可能
になる例について以下に説明する。ＭｎＯは、立方晶系
ＮａＣｌ構造で格子定数が４．４４５である。（１１
１）上での２次元格子の格子間距離は３．１４３であ
り、これはＧａＮの格子定数である３．１６と非常に近
い。そこで、ＭｎＯ基板の（１１１）面上にＧａＮを成
長させることにより、基板と成長層との間の格子不整合
の影響を緩和することが可能となる。さらに、ＡｌＮは
格子定数が３．１０４であるので、ＧａＮにＡｌを添加
することによって格子定数を小さくし、ＭｎＯ基板の
（１１１）面に格子整合させることも可能になる。格子
整合が可能になれば、格子不整合により発生する転位
や、歪みが飛躍的に減少し低欠陥のＧａＮ結晶の成長が
可能となる。低欠陥結晶の成長が可能になると欠陥まわ
りに集中し有効に働かなかったドーパントの活性化率を
高め、ドーピングを施すことにより低抵抗のｐ型結晶を
得ることが可能となる。また、ＡｌＮはＧａＮより格子
定数は小さくバンドギャップは広く、ＩｎＮはＧａＮよ
り格子定数は大きくバンドギャップは狭いので、ＧａＮ
中にＡｌとＩｎを適量添加することにより、格子定数を
保ったままバンドキャップを変化させることが可能にな
り、所望の発光波長の素子を得ることが可能になる。さ
らに、従来使われていたサファイア基板が絶縁体であっ
たために問題であった電極作製プロセスでも半導体であ
るＭｎＯは有効である。
【０００７】そこで、本来は六方晶であるＧａＮを、立
方晶を採ることによって基板と格子整合するような正方
晶であるＭｇＦ2の上、またはこれを適当な方向にカッ
トした面に成長させることにより安定に成長させること
が可能になる。
方晶を採ることによって基板と格子整合するような正方
晶であるＭｇＦ2の上、またはこれを適当な方向にカッ
トした面に成長させることにより安定に成長させること
が可能になる。
【０００８】格子整合が可能になれば、格子不整合によ
り発生する転位や、歪みが飛躍的に減少し低欠陥のＧａ
Ｎ結晶の成長が可能となる。低欠陥結晶に成長が可能に
なると欠陥まわりに集中し有効に働かなかったドーパン
トの活性化率を高め、ドーピングをすることにより低抵
抗のｐ型結晶を得ることが可能となる。また、ＡｌＮは
ＧａＮより格子定数は小さくバンドギャップは広く、Ｉ
ｎＮはＧａＮより格子定数は大きくバンドギャップは狭
いので、ＧａＮ中にＡｌとＩｎを適量添加することによ
り、格子定数を保ったままバンドギャップを変化させる
ことが可能になり、所望の発光波長の素子を得ることが
可能になる。また、ＭｇＦ2は高品質のバルクが安定し
て得られるため比較的安価であり、組成のばらつきもな
い。さらに、成長前の基板表面をいかにして清浄化する
かが通常問題となるが、この点に関しても、Ｍｇ−Ｆ間
の結合が強いためＭｇ、Ｆが表面からそれぞれ単独に蒸
発して組成の変化を生ずることはなく、熱処理すること
により清浄な表面を得ることができる。
り発生する転位や、歪みが飛躍的に減少し低欠陥のＧａ
Ｎ結晶の成長が可能となる。低欠陥結晶に成長が可能に
なると欠陥まわりに集中し有効に働かなかったドーパン
トの活性化率を高め、ドーピングをすることにより低抵
抗のｐ型結晶を得ることが可能となる。また、ＡｌＮは
ＧａＮより格子定数は小さくバンドギャップは広く、Ｉ
ｎＮはＧａＮより格子定数は大きくバンドギャップは狭
いので、ＧａＮ中にＡｌとＩｎを適量添加することによ
り、格子定数を保ったままバンドギャップを変化させる
ことが可能になり、所望の発光波長の素子を得ることが
可能になる。また、ＭｇＦ2は高品質のバルクが安定し
て得られるため比較的安価であり、組成のばらつきもな
い。さらに、成長前の基板表面をいかにして清浄化する
かが通常問題となるが、この点に関しても、Ｍｇ−Ｆ間
の結合が強いためＭｇ、Ｆが表面からそれぞれ単独に蒸
発して組成の変化を生ずることはなく、熱処理すること
により清浄な表面を得ることができる。
【０００９】
【作用】例えば閃亜鉛鉱型のＧａxＡｌ1-x-yＩｎyＮ層
をＭｇＦ2または立方晶系ＮａＣｌ構造結晶の基板上に
成長することにより、格子不整合により発生する転位や
歪みが飛躍的に減少し、低欠陥のＧａxＡｌ1-x-yＩｎy
Ｎ結晶に成長が可能となり、高輝度短波長発光素子の実
現が可能となる。
をＭｇＦ2または立方晶系ＮａＣｌ構造結晶の基板上に
成長することにより、格子不整合により発生する転位や
歪みが飛躍的に減少し、低欠陥のＧａxＡｌ1-x-yＩｎy
Ｎ結晶に成長が可能となり、高輝度短波長発光素子の実
現が可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１１】（実施例１）まず、半導体素子の気相成長
層を形成する基板にＭｎＯを用いる実施例につき説明す
る。
層を形成する基板にＭｎＯを用いる実施例につき説明す
る。
【００１２】図１は、本発明の一実施例であるＬＥＤの
概略の構成を示す断面図である。ＭｎＯ基板１１上にｎ
−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２（アンドープあるいはＳｉドー
プ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17
ｃｍ-3）が３μｍ厚に形成され、その上にｐ−Ｇａ07Ａ
ｌ03Ｎ層１３（Ｍｇドープ、１×１０16〜１×１０19ｃ
ｍ-3たとえば１×１０17ｃｍ-3）が２μｍ厚に形成され
ている。なお、図中の１４、１５はいずれも金属電極で
ある。
概略の構成を示す断面図である。ＭｎＯ基板１１上にｎ
−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２（アンドープあるいはＳｉドー
プ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17
ｃｍ-3）が３μｍ厚に形成され、その上にｐ−Ｇａ07Ａ
ｌ03Ｎ層１３（Ｍｇドープ、１×１０16〜１×１０19ｃ
ｍ-3たとえば１×１０17ｃｍ-3）が２μｍ厚に形成され
ている。なお、図中の１４、１５はいずれも金属電極で
ある。
【００１３】次に、結晶成長方法について説明する。
【００１４】図２は、本発明の実施例にＬＥＤの製造に
使用した成長装置についてその概略の構成を示す断面図
である。図２１は石英製の反応管（反応炉）であり、こ
の反応管２１内にはガス導入口２２から原料混合ガスが
導入される。そして、反応管２１内のガスはガス排気口
２３から排気されるものとなっている。反応管２１内に
は、カーボン製のサセプタ２４が配置されており、試料
基板１１はこのサセプタ２４上に載置される。またサセ
プタ２４は高周波コイル２５により誘導加熱されるもの
となっている。なお、基板１１の温度は図示の熱電対２
６によって測定され、別の装置（図示省略）によりコン
トロールされる。
使用した成長装置についてその概略の構成を示す断面図
である。図２１は石英製の反応管（反応炉）であり、こ
の反応管２１内にはガス導入口２２から原料混合ガスが
導入される。そして、反応管２１内のガスはガス排気口
２３から排気されるものとなっている。反応管２１内に
は、カーボン製のサセプタ２４が配置されており、試料
基板１１はこのサセプタ２４上に載置される。またサセ
プタ２４は高周波コイル２５により誘導加熱されるもの
となっている。なお、基板１１の温度は図示の熱電対２
６によって測定され、別の装置（図示省略）によりコン
トロールされる。
【００１５】まず、ＭｎＯ基板１１を前記サセプタ２４
上に載置する。ガス導入管２２から高純度水素を毎分
２．５ｌ導入し、反応管２１内の大気を置換する。次い
で、ガス排気口２３を真空ポンプ（ロータリーポンプ）
に接続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２０〜
３００ｔｏｒｒの範囲に設定する。その後ガス導入口２
２からＨ2ガスを導入し、高周波コイル２５によりサセ
プタ及び基板１１を加熱し基板温度５００〜１０００℃
で３０分間保持して基板の清浄化を行う。
上に載置する。ガス導入管２２から高純度水素を毎分
２．５ｌ導入し、反応管２１内の大気を置換する。次い
で、ガス排気口２３を真空ポンプ（ロータリーポンプ）
に接続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２０〜
３００ｔｏｒｒの範囲に設定する。その後ガス導入口２
２からＨ2ガスを導入し、高周波コイル２５によりサセ
プタ及び基板１１を加熱し基板温度５００〜１０００℃
で３０分間保持して基板の清浄化を行う。
【００１６】次いで、基板温度を４５０〜９００℃に低
下させた後、Ｈ2ガスをＮＨ3ガス、Ｎ2Ｈ4ガスあるいは
Ｎを含む有機化合物たとえば（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2に切り替
えると共に、有機金属Ｇａ化合物たとえばＧａ（Ｃ
Ｈ3）3あるいはＧａ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して成長を行
う。同時に有機金属Ａｌ化合物たとえばＡｌ（ＣＨ3）3
あるいはＡｌ（Ｃ2Ｈ5）3、有機金属Ｉｎ化合物たとえ
ばＩｎ（ＣＨ3）3あるいはＩｎ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して
Ａｌ、Ｉｎの添加を行う。ドーピングを行う場合にはド
ーピング用原料も同時に導入する。ドーピング用原料と
してはｎ型用としてＳｉ水素化物たとえばＳｉＨ4ある
いは有機金属Ｓｉ化合物たとえばＳｉ（ＣＨ3）4、Ｓｅ
水素化物たとえばＨ2Ｓｅあるいは有機金属Ｓｅ化合物
Ｓｅ（ＣＨ3）2、ｐ型用として有機金属Ｍｇ化合物たと
えばＣｐ2Ｍｇあるいは有機金属Ｚｎ化合物たとえばＺ
ｎ（ＣＨ3）2等を使用する。
下させた後、Ｈ2ガスをＮＨ3ガス、Ｎ2Ｈ4ガスあるいは
Ｎを含む有機化合物たとえば（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2に切り替
えると共に、有機金属Ｇａ化合物たとえばＧａ（Ｃ
Ｈ3）3あるいはＧａ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して成長を行
う。同時に有機金属Ａｌ化合物たとえばＡｌ（ＣＨ3）3
あるいはＡｌ（Ｃ2Ｈ5）3、有機金属Ｉｎ化合物たとえ
ばＩｎ（ＣＨ3）3あるいはＩｎ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して
Ａｌ、Ｉｎの添加を行う。ドーピングを行う場合にはド
ーピング用原料も同時に導入する。ドーピング用原料と
してはｎ型用としてＳｉ水素化物たとえばＳｉＨ4ある
いは有機金属Ｓｉ化合物たとえばＳｉ（ＣＨ3）4、Ｓｅ
水素化物たとえばＨ2Ｓｅあるいは有機金属Ｓｅ化合物
Ｓｅ（ＣＨ3）2、ｐ型用として有機金属Ｍｇ化合物たと
えばＣｐ2Ｍｇあるいは有機金属Ｚｎ化合物たとえばＺ
ｎ（ＣＨ3）2等を使用する。
【００１７】具体的には、第１図に示されるＬＥＤ製造
には、原料としてＮＨ3を１×１０- 3ｍｏｌ／ｍｉｎ、
Ｇａ（Ｃ2Ｈ5）3を１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａｌ
（ＣＨ3）3を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して成長を
行った。基板温度は１１５０℃、圧力２２０ｔｏｒｒ、
原料ガスの総流量は１ｌ／ｍｉｎとした。ドーパントに
は、ｎ型にＳｉ、ｐ型にＭｇを用いた。Ｓｉはシラン
（ＳｉＨ4）を、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2Ｍｇ）をそれぞれ原料ガスに混入すること
によりドープした。
には、原料としてＮＨ3を１×１０- 3ｍｏｌ／ｍｉｎ、
Ｇａ（Ｃ2Ｈ5）3を１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａｌ
（ＣＨ3）3を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して成長を
行った。基板温度は１１５０℃、圧力２２０ｔｏｒｒ、
原料ガスの総流量は１ｌ／ｍｉｎとした。ドーパントに
は、ｎ型にＳｉ、ｐ型にＭｇを用いた。Ｓｉはシラン
（ＳｉＨ4）を、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（Ｃｐ2Ｍｇ）をそれぞれ原料ガスに混入すること
によりドープした。
【００１８】（実施例２）図３はこの実施例によるＬＥ
Ｄチップ３１をレンズを兼ねた樹脂ケース３２に埋めこ
んだ状態を示す。３３は内部リード、３４は外部リード
である。
Ｄチップ３１をレンズを兼ねた樹脂ケース３２に埋めこ
んだ状態を示す。３３は内部リード、３４は外部リード
である。
【００１９】この実施例によるＬＥＤは、樹脂ケースに
埋め込んで約５ｍｃｄの青色発光が確認された。この効
果は基板との格子整合のずれが±０．５％の範囲で顕著
な変化は認められなかった。また、（１１１）基板の面
方位のずれが±０．５％の範囲で顕著な変化は認められ
なかった。
埋め込んで約５ｍｃｄの青色発光が確認された。この効
果は基板との格子整合のずれが±０．５％の範囲で顕著
な変化は認められなかった。また、（１１１）基板の面
方位のずれが±０．５％の範囲で顕著な変化は認められ
なかった。
【００２０】なお、本実施例においては、ｎ型基板を用
いた例について示したが、ｐ型基板を用いても同様に実
施できる。また、ＧａＡｌＮにＩｎを添加して格子定数
を保ったままバンドギャップを変化させることも可能で
ある。
いた例について示したが、ｐ型基板を用いても同様に実
施できる。また、ＧａＡｌＮにＩｎを添加して格子定数
を保ったままバンドギャップを変化させることも可能で
ある。
【００２１】（実施例３）図４は本発明の他の実施例で
あるＭＩＳ型のＬＥＤの概略の構成を示す図である。Ｍ
ｎＯ基板１１上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層４２（アンドー
プあるいはＳｉドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3
たとえば１×１０17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その一
部に高抵抗部４３が形成されている。図中４４、４５は
金属電極である。
あるＭＩＳ型のＬＥＤの概略の構成を示す図である。Ｍ
ｎＯ基板１１上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層４２（アンドー
プあるいはＳｉドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3
たとえば１×１０17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その一
部に高抵抗部４３が形成されている。図中４４、４５は
金属電極である。
【００２２】（実施例４）図５は本発明の他の実施例で
ある半導体レーザ装置の概略構成図である。ＭｎＯ基板
１１上にｎ−ＧａＡｌＮバッファ層５２、ｎ−ＧａＡｌ
Ｎクラッド層５３、アンドープＧａＡｌＮ活性層５４、
ｐ−クラッド層５５が形成され、その上にｎ−ＧａＡｌ
Ｎ電流阻止層５６、ｐ−ＧａＡｌＮコンタクト層５７が
形成されている。図中の５８、５９はいずれも金属電極
である。
ある半導体レーザ装置の概略構成図である。ＭｎＯ基板
１１上にｎ−ＧａＡｌＮバッファ層５２、ｎ−ＧａＡｌ
Ｎクラッド層５３、アンドープＧａＡｌＮ活性層５４、
ｐ−クラッド層５５が形成され、その上にｎ−ＧａＡｌ
Ｎ電流阻止層５６、ｐ−ＧａＡｌＮコンタクト層５７が
形成されている。図中の５８、５９はいずれも金属電極
である。
【００２３】（実施例５）図６は本発明の他の実施例で
あるバイポーラトランジスタの概略の構成を示す図であ
る。ＭｎＯ基板１１上にアンドープＧａＡｌＮバッファ
層６２、ｎ−ＧａＡｌＮコレクタ層６３、ｐ−ＧａＡｌ
Ｎベース層６４、ｎ−ＧａＡｌＮエミッタ層６５、ｎ−
ＧａＡｌＮエミッタコンタクト層６６が形成されてい
る。図中の６７、６８、６９はいずれも電極である。
あるバイポーラトランジスタの概略の構成を示す図であ
る。ＭｎＯ基板１１上にアンドープＧａＡｌＮバッファ
層６２、ｎ−ＧａＡｌＮコレクタ層６３、ｐ−ＧａＡｌ
Ｎベース層６４、ｎ−ＧａＡｌＮエミッタ層６５、ｎ−
ＧａＡｌＮエミッタコンタクト層６６が形成されてい
る。図中の６７、６８、６９はいずれも電極である。
【００２４】以下、本発明に係る半導体素子の気相成長
層を形成する基板にＭｇＦ2を用いる実施例につき説明
する。
層を形成する基板にＭｇＦ2を用いる実施例につき説明
する。
【００２５】（実施例６）図７は、本発明の一実施例で
あるＬＥＤの概略構成図である。ＭｇＦ2基板７１上に
ｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層７２（アンドープあるいはＳｉド
ープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０
17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その上にｐ−Ｇａ07Ａｌ
03Ｎ７３（Ｍｇドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3
たとえば１×１０17ｃｍ-3）が２μｍ形成されている。
なお、図中７４、７５はいずれも金属電極である。
あるＬＥＤの概略構成図である。ＭｇＦ2基板７１上に
ｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層７２（アンドープあるいはＳｉド
ープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０
17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その上にｐ−Ｇａ07Ａｌ
03Ｎ７３（Ｍｇドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3
たとえば１×１０17ｃｍ-3）が２μｍ形成されている。
なお、図中７４、７５はいずれも金属電極である。
【００２６】次に、上記における結晶成長方法について
説明する。
説明する。
【００２７】図８は、本発明の実施例方法に使用した成
長装置を示す概略構成図である。図中２１は石英製の反
応管（反応炉）であり、この反応管２１内にはガス導入
口２２から原料混合ガスが導入される。そして、反応管
２１内のガスはガス排気口２３から排気されるものとな
っている。反応管２１内には、カーボン製のサセプタ２
４が配置されており、試料基板７１はこのサセプタ２４
上に載置される。またサセプタ２４は高周波コイル２５
により誘導加熱されるものとなっている。なお、基板７
１の温度は図示の熱電対２６によって測定され、別の装
置（図示省略）によりコントロールされる。
長装置を示す概略構成図である。図中２１は石英製の反
応管（反応炉）であり、この反応管２１内にはガス導入
口２２から原料混合ガスが導入される。そして、反応管
２１内のガスはガス排気口２３から排気されるものとな
っている。反応管２１内には、カーボン製のサセプタ２
４が配置されており、試料基板７１はこのサセプタ２４
上に載置される。またサセプタ２４は高周波コイル２５
により誘導加熱されるものとなっている。なお、基板７
１の温度は図示の熱電対２６によって測定され、別の装
置（図示省略）によりコントロールされる。
【００２８】まず、ＭｇＦ2基板７１を前記サセプタ２
４上に載置する。ガス導入管２２から高純度水素を毎分
２．５ｌ導入し、反応管２１内の大気を置換する。次い
で、ガラス排気口２３を機械（ロータリー）ポンプに接
続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２０〜３０
０ｔｏｒｒの範囲に設定する。その後ガス導入口２２か
らＨ2ガスを導入し、高周波コイル２５によりサセプタ
２４及び基板７１を加熱し基板温度５００〜１０００℃
で３０分間保持して基板の清浄化を行う。
４上に載置する。ガス導入管２２から高純度水素を毎分
２．５ｌ導入し、反応管２１内の大気を置換する。次い
で、ガラス排気口２３を機械（ロータリー）ポンプに接
続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２０〜３０
０ｔｏｒｒの範囲に設定する。その後ガス導入口２２か
らＨ2ガスを導入し、高周波コイル２５によりサセプタ
２４及び基板７１を加熱し基板温度５００〜１０００℃
で３０分間保持して基板の清浄化を行う。
【００２９】次いで、基板温度を４５０〜９００℃に低
下させた後、Ｈ2ガスをＮＨ3ガス、Ｎ2Ｈ4ガスあるいは
Ｎを含む有機化合物たとえば（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2に切り替
えると共に、有機金属Ｇａ化合物たとえばＧａ（Ｃ
Ｈ3）3あるいはＧａ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して成長を行
う。同時に有機金属Ａｌ化合物たとえばＡｌ（ＣＨ3）3
あるいはＡｌ（Ｃ2Ｈ5）3、有機金属Ｉｎ化合物たとえ
ばＩｎ（ＣＨ3）3あるいはＩｎ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して
Ａｌ、Ｉｎの添加を行う。ドーピングを行う場合にはド
ーピング用原料も同時に導入する。ドーピング用原料と
してはｎ型用としてＳｉ水素化物たとえばＳｉＨ4ある
いは有機金属Ｓｉ化合物たとえばＳｉ（ＣＨ3）4、Ｓｅ
水素化物たとえばＨ2Ｓｅあるいは有機金属Ｓｅ（Ｃ
Ｈ3）2、ｐ型用として有機金属Ｍｇ化合物たとえばＣｐ
2Ｍｇあるいは有機金属Ｚｎ化合物たとえばＺｎ（Ｃ
Ｈ3）2等を使用する。
下させた後、Ｈ2ガスをＮＨ3ガス、Ｎ2Ｈ4ガスあるいは
Ｎを含む有機化合物たとえば（ＣＨ3）2Ｎ2Ｈ2に切り替
えると共に、有機金属Ｇａ化合物たとえばＧａ（Ｃ
Ｈ3）3あるいはＧａ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して成長を行
う。同時に有機金属Ａｌ化合物たとえばＡｌ（ＣＨ3）3
あるいはＡｌ（Ｃ2Ｈ5）3、有機金属Ｉｎ化合物たとえ
ばＩｎ（ＣＨ3）3あるいはＩｎ（Ｃ2Ｈ5）3を導入して
Ａｌ、Ｉｎの添加を行う。ドーピングを行う場合にはド
ーピング用原料も同時に導入する。ドーピング用原料と
してはｎ型用としてＳｉ水素化物たとえばＳｉＨ4ある
いは有機金属Ｓｉ化合物たとえばＳｉ（ＣＨ3）4、Ｓｅ
水素化物たとえばＨ2Ｓｅあるいは有機金属Ｓｅ（Ｃ
Ｈ3）2、ｐ型用として有機金属Ｍｇ化合物たとえばＣｐ
2Ｍｇあるいは有機金属Ｚｎ化合物たとえばＺｎ（Ｃ
Ｈ3）2等を使用する。
【００３０】具体的には、第１図のＬＥＤ製造には、原
料としてＮＨ3を１×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｇａ（Ｃ2
Ｈ5）3を１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａｌ（ＣＨ3）3を
１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して成長を行った。基板
温度は１１５０℃、圧力２２０ｔｏｒｒ、原料ガスの総
流量は、１ｌ／ｍｉｎとした。ドーパントには、ｎ型に
Ｓｉ、ｐ型にＭｇを用いた。Ｓｉはシラン（ＳｉＨ4）
を、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2
Ｍｇ）をそれぞれ原料ガスに混入することによりドープ
した。
料としてＮＨ3を１×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｇａ（Ｃ2
Ｈ5）3を１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａｌ（ＣＨ3）3を
１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して成長を行った。基板
温度は１１５０℃、圧力２２０ｔｏｒｒ、原料ガスの総
流量は、１ｌ／ｍｉｎとした。ドーパントには、ｎ型に
Ｓｉ、ｐ型にＭｇを用いた。Ｓｉはシラン（ＳｉＨ4）
を、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2
Ｍｇ）をそれぞれ原料ガスに混入することによりドープ
した。
【００３１】（実施例７）図９はこの実施例によるＬＥ
Ｄチップ８１をレンズを兼ねた樹脂ケース８２に埋めこ
んだ状態を示す。８３は内部リード、８４は外部リード
である。
Ｄチップ８１をレンズを兼ねた樹脂ケース８２に埋めこ
んだ状態を示す。８３は内部リード、８４は外部リード
である。
【００３２】この実施例によるＬＥＤは、樹脂ケースに
埋め込んで約５ｍｃｄの青色発光が確認された。この効
果は基板との格子整合のずれが±０．５％の範囲で顕著
な変化は認められなかった。また、基板の面方位のずれ
が±５％の範囲で顕著な変化は認められなかった。
埋め込んで約５ｍｃｄの青色発光が確認された。この効
果は基板との格子整合のずれが±０．５％の範囲で顕著
な変化は認められなかった。また、基板の面方位のずれ
が±５％の範囲で顕著な変化は認められなかった。
【００３３】なお、ＧａＡｌＮにＩｎを添加して格子定
数を保ったままバンドギャップを変化させることも可能
である。
数を保ったままバンドギャップを変化させることも可能
である。
【００３４】（実施例８）図１０は本発明の他の実施例
であるＭＩＳ型のＬＥＤの概略構成図である。ＭｇＦ2
基板７１上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層９２（アンドープあ
るいはＳｉドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たと
えば１×１０17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その一部に
高抵抗部９３が形成されている。なお、図中における９
４、９５はいずれも金属電極である。
であるＭＩＳ型のＬＥＤの概略構成図である。ＭｇＦ2
基板７１上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層９２（アンドープあ
るいはＳｉドープ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たと
えば１×１０17ｃｍ-3）が３μｍ形成され、その一部に
高抵抗部９３が形成されている。なお、図中における９
４、９５はいずれも金属電極である。
【００３５】（実施例９）図１１は本発明の他の実施例
である半導体レーザ装置の概略の構成を示す断面であ
る。ＭｇＦ2基板７１上にｎ−ＧａＡｌＮバッファ層１
０２、ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層１０３、アンドープＧ
ａＡｌＮ活性層１０４、ｐ−クラッド層１０５が形成さ
れ、その上にｎ−ＧａＡｌＮ電流阻止層１０６、ｐ−Ｇ
ａＡｌＮコンタクト層１０７が形成されている。なお、
図中の１０８、１０９はいずれも金属電極である。
である半導体レーザ装置の概略の構成を示す断面であ
る。ＭｇＦ2基板７１上にｎ−ＧａＡｌＮバッファ層１
０２、ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層１０３、アンドープＧ
ａＡｌＮ活性層１０４、ｐ−クラッド層１０５が形成さ
れ、その上にｎ−ＧａＡｌＮ電流阻止層１０６、ｐ−Ｇ
ａＡｌＮコンタクト層１０７が形成されている。なお、
図中の１０８、１０９はいずれも金属電極である。
【００３６】（実施例１０）図１２は本発明の他の実施
例であるバイポーラトランジスタの概略の構成を示す断
面図である。ＭｇＦ2基板７１上にアンドープＧａＡｌ
Ｎバッファ層１１２、ｎ−ＧａＡｌＮコレクタ層１１
３、ｐ−ＧａＡｌＮベース層１１４、ｎ−ＧａＡｌＮエ
ミッタ層１１５、ｎ−ＧａＡｌＮエミッタコンタクト層
１１６が形成されている。なお、図中の１１７、１１８
はいずれも電極である。
例であるバイポーラトランジスタの概略の構成を示す断
面図である。ＭｇＦ2基板７１上にアンドープＧａＡｌ
Ｎバッファ層１１２、ｎ−ＧａＡｌＮコレクタ層１１
３、ｐ−ＧａＡｌＮベース層１１４、ｎ−ＧａＡｌＮエ
ミッタ層１１５、ｎ−ＧａＡｌＮエミッタコンタクト層
１１６が形成されている。なお、図中の１１７、１１８
はいずれも電極である。
【００３７】（実施例１１）図１３は本発明の他の実施
例であるＬＥＤの概略の構成を示す断面図である。図示
されてないＭｇＦ2基板上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２
１（アンドープあるいはＳｉドープ、１×１０16〜１×
１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17ｃｍ-3）を３μｍ形成
し、その上にｐ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２２（Ｍｇドー
プ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17
ｃｍ-3）を２μｍ形成した後に、基板であるＭｇＦ2を
エッチングすることにより取り除いたものである。Ｍｇ
Ｆ2は水によりエッチングすることが可能であり、基板
を取り除くことにより、より高効率の素子を得ることが
可能となる。
例であるＬＥＤの概略の構成を示す断面図である。図示
されてないＭｇＦ2基板上にｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２
１（アンドープあるいはＳｉドープ、１×１０16〜１×
１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17ｃｍ-3）を３μｍ形成
し、その上にｐ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ層１２２（Ｍｇドー
プ、１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3たとえば１×１０17
ｃｍ-3）を２μｍ形成した後に、基板であるＭｇＦ2を
エッチングすることにより取り除いたものである。Ｍｇ
Ｆ2は水によりエッチングすることが可能であり、基板
を取り除くことにより、より高効率の素子を得ることが
可能となる。
【００３８】また、耐環境素子用材料として期待されて
いるＢＰも閃亜鉛鉱型であり格子定数がＭｇＦ2に正方
形面の一辺の長さと近いことにより、ＭｇＦ2をＢＰ用
の基板として用いることも有効である。このときには、
少量のＡｓを混入させて格子整合をはかるとより効果的
である。
いるＢＰも閃亜鉛鉱型であり格子定数がＭｇＦ2に正方
形面の一辺の長さと近いことにより、ＭｇＦ2をＢＰ用
の基板として用いることも有効である。このときには、
少量のＡｓを混入させて格子整合をはかるとより効果的
である。
【００３９】その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。
囲で種々変形して実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】従来、完全に格子整合させるためには格
子定数を合わせるだけでなく格子型が等しいことが重要
であると考えられていたのに対し、格子整合させるため
には格子型が同一である必要はなく、格子間の距離が同
一であることが重要である。また、成長層は基板による
影響を受け、本来六方晶の結晶であっても、立方晶を採
ることによって基板と格子整合する場合には立方晶を採
る場合があることを解明した。叙上により、格子不整合
により発生する転位や歪みが飛躍的に減少し、低欠陥の
ＧａxＡｌ1-x-yＩｎyＮ結晶の成長を可能とし、高輝度
短波長発光素子の実現を可能とするなどの顕著な効果が
ある。
子定数を合わせるだけでなく格子型が等しいことが重要
であると考えられていたのに対し、格子整合させるため
には格子型が同一である必要はなく、格子間の距離が同
一であることが重要である。また、成長層は基板による
影響を受け、本来六方晶の結晶であっても、立方晶を採
ることによって基板と格子整合する場合には立方晶を採
る場合があることを解明した。叙上により、格子不整合
により発生する転位や歪みが飛躍的に減少し、低欠陥の
ＧａxＡｌ1-x-yＩｎyＮ結晶の成長を可能とし、高輝度
短波長発光素子の実現を可能とするなどの顕著な効果が
ある。
【図１】本発明に係る実施例のＬＥＤの概略の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図２】本発明に係る実施例の成長装置の概略の構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図３】本発明に係る実施例のＬＥＤチップを樹脂ケー
スに埋めたＬＥＤの断面図。
スに埋めたＬＥＤの断面図。
【図４】本発明に係る実施例のＬＥＤの概略の構成図を
示す断面図。
示す断面図。
【図５】本発明に係る実施例の半導体レーザの概略の構
成図を示す断面図。
成図を示す断面図。
【図６】本発明に係る実施例のバイポーラトランジスタ
の概略の構成図を示す断面図。
の概略の構成図を示す断面図。
【図７】本発明に係る実施例のＬＥＤの概略の構成図を
示す断面図。
示す断面図。
【図８】本発明に係る実施例の成長装置の概略の構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図９】本発明に係る実施例のＬＥＤチップを樹脂ケー
スに埋めたＬＥＤの断面図。
スに埋めたＬＥＤの断面図。
【図１０】本発明に係る実施例のＬＥＤの概略の構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図１１】本発明に係る実施例の半導体レーザの概略の
構成図を示す断面図。
構成図を示す断面図。
【図１２】本発明に係る実施例のバイポーラトランジス
タの概略の構成図を示す断面図。
タの概略の構成図を示す断面図。
【図１３】本発明に係る実施例のＬＥＤの概略の構成図
を示す断面図。
を示す断面図。
１１…ＭｎＯ基板
１２、４２…ｎ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ
１３…ｐ−Ｇａ07Ａｌ03Ｎ
２１…反応管
２４…サセプタ
３１、８１…ＬＥＤチップ
３２、８２…樹脂ケース
３３、８３…内部リード
３４、８４…外部リード
４３…高抵抗ＧａＡｌＮ
７１…ＭｇＦ2基板
Claims (2)
- 【請求項１】 III族元素以外の立方晶系の基板と、前
記基板上に形成され結晶の格子間距離のみ前記基板と略
相等ならしめて整合されたIII−Ｖ族化合物半導体層を
具備した半導体素子。 - 【請求項２】 基板がＭｇＦ2、立方晶系ＮａＣｌ構造
結晶のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載
の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179198A JPH0529653A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3179198A JPH0529653A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9046202A Division JPH09219541A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529653A true JPH0529653A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16061648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3179198A Pending JPH0529653A (ja) | 1991-07-19 | 1991-07-19 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0529653A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06268259A (ja) † | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH0945963A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Eiko Eng:Kk | ＧａＮ系半導体装置 |
| US6043514A (en) * | 1997-02-27 | 2000-03-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Group III-V type nitride semiconductor device |
| JP2001237455A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Inst Of Physical & Chemical Res | 紫外域の短波長域において発光するＩｎＡｌＧａＮおよびその製造方法ならびにそれを用いた紫外発光素子 |
-
1991
- 1991-07-19 JP JP3179198A patent/JPH0529653A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06268259A (ja) † | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH0945963A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Eiko Eng:Kk | ＧａＮ系半導体装置 |
| US6043514A (en) * | 1997-02-27 | 2000-03-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Group III-V type nitride semiconductor device |
| JP2001237455A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Inst Of Physical & Chemical Res | 紫外域の短波長域において発光するＩｎＡｌＧａＮおよびその製造方法ならびにそれを用いた紫外発光素子 |
| US7675069B2 (en) | 2000-02-23 | 2010-03-09 | Riken | InAlGaN emitting light in ultraviolet short-wavelength region and process for preparing the same as well as ultraviolet light-emitting device using the same |
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