JPH0629574A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
発光素子およびその製造方法Info
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- JPH0629574A JPH0629574A JP4824393A JP4824393A JPH0629574A JP H0629574 A JPH0629574 A JP H0629574A JP 4824393 A JP4824393 A JP 4824393A JP 4824393 A JP4824393 A JP 4824393A JP H0629574 A JPH0629574 A JP H0629574A
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- JP
- Japan
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- gallium nitride
- based semiconductor
- axis
- light emitting
- thin film
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—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
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/00011—Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
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- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01006—Carbon [C]
Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光素子として好適な窒化ガリウム系半導体
積層構造を得ること。 【構成】 オフ角が０．８度以下のサファイアＲ面基板
上にｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体積層構造を設け
た半導体発光素子。 【効果】 オフ角が０．８度以下のサファイア基板上
に、表面が平坦で結晶性の良好な窒化ガリウム系半導体
薄膜が積層した構造の半導体積層薄膜を得ることができ
る。可視光から紫外領域の発光素子として応用が可能で
あり、とくに青色発光素子として好適なものである。
積層構造を得ること。 【構成】 オフ角が０．８度以下のサファイアＲ面基板
上にｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体積層構造を設け
た半導体発光素子。 【効果】 オフ角が０．８度以下のサファイア基板上
に、表面が平坦で結晶性の良好な窒化ガリウム系半導体
薄膜が積層した構造の半導体積層薄膜を得ることができ
る。可視光から紫外領域の発光素子として応用が可能で
あり、とくに青色発光素子として好適なものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にディスプレー、光
通信やＯＡ機器の光源等に最適な紫外域〜青色発光ダイ
オードおよびレーザーダーオード等に用いることができ
る半導体発光素子に関するものである。
通信やＯＡ機器の光源等に最適な紫外域〜青色発光ダイ
オードおよびレーザーダーオード等に用いることができ
る半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は広い分野において表示素子
や種々の光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。レーザーダイオードは光ディスクやコンパクトディ
スクの光源として、記録密度を１０倍以上大きくするこ
とができるということで期待されているもののまだ実用
化されていない。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレ
ーザーダイオードとしては、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ
やＳｉＣなどの化合物半導体を用いることが考えられて
いる。
や種々の光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。レーザーダイオードは光ディスクやコンパクトディ
スクの光源として、記録密度を１０倍以上大きくするこ
とができるということで期待されているもののまだ実用
化されていない。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレ
ーザーダイオードとしては、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ
やＳｉＣなどの化合物半導体を用いることが考えられて
いる。
【０００３】しかし、一般的にこれらの広いバンドギャ
ップを有する化合物半導体薄膜の作製は難しく、発光素
子に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されていな
い。例えば、青色発光素子として有望視されている窒化
ガリウム（ＧａＮ）は、これまではサファイアＣ面上に
ＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成膜されている
［ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）５
６（１９８４）２３６７−２３６８］が、良好な結晶を
得るためには反応温度を高くする必要があり、製造が著
しく困難であった。さらに、高温度での成長であるため
窒素が不足し欠陥となり、キャリア密度が極めて大きく
なるので良好な半導体特性がいまだ得られていない。し
たがって、それを克服するためにサファイアＣ面上に窒
化アルミニウムのバッファー層を設け、その上に比較的
膜厚の大きいＧａＮ薄膜を作製して半導体発光素子を作
製している。
ップを有する化合物半導体薄膜の作製は難しく、発光素
子に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されていな
い。例えば、青色発光素子として有望視されている窒化
ガリウム（ＧａＮ）は、これまではサファイアＣ面上に
ＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成膜されている
［ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）５
６（１９８４）２３６７−２３６８］が、良好な結晶を
得るためには反応温度を高くする必要があり、製造が著
しく困難であった。さらに、高温度での成長であるため
窒素が不足し欠陥となり、キャリア密度が極めて大きく
なるので良好な半導体特性がいまだ得られていない。し
たがって、それを克服するためにサファイアＣ面上に窒
化アルミニウムのバッファー層を設け、その上に比較的
膜厚の大きいＧａＮ薄膜を作製して半導体発光素子を作
製している。
【０００４】また、低温成膜を実現する試みでは、供給
する窒素ガスに電子シャワーを照射して活性化する方法
が行われている［ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジクス（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．）、２０、Ｌ５４５（１９８１）］が、この方法に
よっても発光にいたる良質の膜質は得られていない。ま
た、窒素の不足を起こさないように活性の高い窒素源を
用いて成膜を行うことが試みられている。活性の高い窒
素を得るためにプラズマを利用する方法が行われている
［ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド
テクノロジー（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．）、Ａ７、７０１（１９８９）］が成功していない
のが現状である。
する窒素ガスに電子シャワーを照射して活性化する方法
が行われている［ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジクス（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．）、２０、Ｌ５４５（１９８１）］が、この方法に
よっても発光にいたる良質の膜質は得られていない。ま
た、窒素の不足を起こさないように活性の高い窒素源を
用いて成膜を行うことが試みられている。活性の高い窒
素を得るためにプラズマを利用する方法が行われている
［ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド
テクノロジー（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．）、Ａ７、７０１（１９８９）］が成功していない
のが現状である。
【０００５】本発明者らは、サファイアＲ面上に窒化ガ
リウム系半導体薄膜を成長させる検討を行ってきたが、
まだ発光素子グレード高品質の窒化ガリウム系半導体薄
膜を得ることはできなかった。［応用物理学会第５１回
秋季年会発表ＳＺ１０００］この様に、発光素子を作製
できる良質の窒化ガリウム系半導体薄膜からなる発光層
を得ることは極めて困難であり、青色発光素子製作にお
ける大きな問題点であった。
リウム系半導体薄膜を成長させる検討を行ってきたが、
まだ発光素子グレード高品質の窒化ガリウム系半導体薄
膜を得ることはできなかった。［応用物理学会第５１回
秋季年会発表ＳＺ１０００］この様に、発光素子を作製
できる良質の窒化ガリウム系半導体薄膜からなる発光層
を得ることは極めて困難であり、青色発光素子製作にお
ける大きな問題点であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題点
を解決して半導体発光素子として良好な特性を有する発
光素子構造を提供しようとするものである。
を解決して半導体発光素子として良好な特性を有する発
光素子構造を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ｃ軸方向に配向
した窒化ガリウム系半導体層上に少なくとも一つの単結
晶窒化ガリウム系半導体からなる発光層、および所望の
部位に電極を設けることにより優れた特性の半導体発光
素子を得ることができるようになったものである。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ｃ軸方向に配向
した窒化ガリウム系半導体層上に少なくとも一つの単結
晶窒化ガリウム系半導体からなる発光層、および所望の
部位に電極を設けることにより優れた特性の半導体発光
素子を得ることができるようになったものである。
【０００８】すなわち、本発明はオフ角０．８度以下の
サファイアＲ面基板上に直接に形成されたｃ軸方向に配
向した窒化ガリウム系半導体層を有し、かつｎ型の単結
晶窒化ガリウム系半導体層とｐ型あるいはｉ型からなる
単結晶窒化ガリウム系半導体層からなる発光層を少なく
とも一つ有し、その発光層に電圧を印加するために所望
の部位に電極を有することを特徴とする窒化ガリウム系
半導体発光素子、およびＭＢＥ法において、窒素を含有
するガス状化合物を供給するガスソースとＩＩＩ族元素
を供給する固体ソースを有する結晶成長装置を用い、サ
ファイアＲ面を基板面として、窒素を含有するガス状化
合物とＩＩＩ族元素を供給することにより０．１〜３０
オングストローム／ｓｅｃの成長速度でｃ軸に配向した
窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を含有
するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給することにより
ｎ型の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工
程、窒素を含有するガス状化合物、ＩＩＩ族元素および
ｐ型ドーパントを供給することによりｐ型あるいはｉ型
の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程を少
なくとも含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方
法である。
サファイアＲ面基板上に直接に形成されたｃ軸方向に配
向した窒化ガリウム系半導体層を有し、かつｎ型の単結
晶窒化ガリウム系半導体層とｐ型あるいはｉ型からなる
単結晶窒化ガリウム系半導体層からなる発光層を少なく
とも一つ有し、その発光層に電圧を印加するために所望
の部位に電極を有することを特徴とする窒化ガリウム系
半導体発光素子、およびＭＢＥ法において、窒素を含有
するガス状化合物を供給するガスソースとＩＩＩ族元素
を供給する固体ソースを有する結晶成長装置を用い、サ
ファイアＲ面を基板面として、窒素を含有するガス状化
合物とＩＩＩ族元素を供給することにより０．１〜３０
オングストローム／ｓｅｃの成長速度でｃ軸に配向した
窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を含有
するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給することにより
ｎ型の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工
程、窒素を含有するガス状化合物、ＩＩＩ族元素および
ｐ型ドーパントを供給することによりｐ型あるいはｉ型
の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程を少
なくとも含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方
法である。
【０００９】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明におけるオフ角０．８度以下のサファイアＲ
面基板とは、単結晶サファイア（αーＡｌ2Ｏ3）のＲ面
［１、−１、０、２］がプラスマイナス０．８度以下の
精度で基板面となっている研磨表面のことである。この
オフ角はＣｕ−Ｋα線を用いるＸ線回折法によるＸ線ロ
ッキングカーブから測定することができる。オフ角が
０．８度以上になると平坦な表面を有する単結晶窒化ガ
リウム系半導体薄膜が得られなくなってしまう。したが
って、オフ角は０．８度以下であることが必要であり、
好ましくは０．５度以下さらに好ましくは０．３度以下
である。さらに、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折装
置）によりストリークパターンが観測できる基板表面で
あることが必要である。
る。本発明におけるオフ角０．８度以下のサファイアＲ
面基板とは、単結晶サファイア（αーＡｌ2Ｏ3）のＲ面
［１、−１、０、２］がプラスマイナス０．８度以下の
精度で基板面となっている研磨表面のことである。この
オフ角はＣｕ−Ｋα線を用いるＸ線回折法によるＸ線ロ
ッキングカーブから測定することができる。オフ角が
０．８度以上になると平坦な表面を有する単結晶窒化ガ
リウム系半導体薄膜が得られなくなってしまう。したが
って、オフ角は０．８度以下であることが必要であり、
好ましくは０．５度以下さらに好ましくは０．３度以下
である。さらに、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折装
置）によりストリークパターンが観測できる基板表面で
あることが必要である。
【００１０】本発明におけるｃ軸方向に配向した窒化ガ
リウム系半導体層とは、Ｇａ単体からなる、あるいはＧ
ａを主としてＡｌ、あるいはＩｎから選ばれてなる少な
くとも一種類のＩＩＩ族元素を含んでなる窒化ガリウム
系半導体である。さらに、本発明においては、ｃ軸方向
に配向した窒化ガリウム系半導体層にドーピングするこ
とによりｎ型キャリアーを多く生成せしめて、抵抗を小
さくすることも好ましいものとなる。ドーピングする元
素としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に用いる通常のｎ
型ドーパントを用いることができるが、とくにＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等が好ましいものであ
る。
リウム系半導体層とは、Ｇａ単体からなる、あるいはＧ
ａを主としてＡｌ、あるいはＩｎから選ばれてなる少な
くとも一種類のＩＩＩ族元素を含んでなる窒化ガリウム
系半導体である。さらに、本発明においては、ｃ軸方向
に配向した窒化ガリウム系半導体層にドーピングするこ
とによりｎ型キャリアーを多く生成せしめて、抵抗を小
さくすることも好ましいものとなる。ドーピングする元
素としてはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に用いる通常のｎ
型ドーパントを用いることができるが、とくにＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等が好ましいものであ
る。
【００１１】本発明においては、オフ角０．８度以下の
サファイアＲ面基板上にｃ軸配向した窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成せしめるが、その膜厚は１００〜５００
０オングストロームとすることが好ましい。サファイア
Ｒ面基板上に形成する窒化ガリウム系薄膜の厚さとして
は、１００オングストローム以下ではその上に単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を作製することができないし、
５０００オングストローム以上の膜厚になると窒化ガリ
ウムの３次元成長が起こるため表面平坦性が悪くなると
いう問題点がある。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半
導体層は該サファイアＲ面基板と窒化ガリウムの格子定
数のミスマッチを緩和して、その上には単結晶窒化ガリ
ウム系半導体薄膜が成長するための格子整合面を形成す
る役割をする。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を発光素子の電極として使用する場合に、さらにシー
ト抵抗を低くする方法として該窒化ガリウム系半導体に
ｎ型のヘビードーピングを行うことも好ましいものとな
る。窒化ガリウム系半導体はサファイアＲ面基板上にＧ
ａＮ〔１，１，−２，０〕面が基板面に平行な状態でｃ
軸配向して成長している。このことは電子線をサファイ
アＲ面基板面に対して１〜２度の角度でしかもサファイ
アｃ軸のサファイアＲ面射映軸に垂直な方向から入射し
た場合、窒化ガリウムがｃ軸方向にそろった構造を示す
ストリークパターンが観察でき、一方、電子線をサファ
イアｃ軸のサファイアＲ面射影軸に平行な方向から入射
した場合には、窒化ガリウムのａ軸方向が配向せずにゆ
らいでいる構造を示す横に広がったラインパターンにな
ることから確認することができる。
サファイアＲ面基板上にｃ軸配向した窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成せしめるが、その膜厚は１００〜５００
０オングストロームとすることが好ましい。サファイア
Ｒ面基板上に形成する窒化ガリウム系薄膜の厚さとして
は、１００オングストローム以下ではその上に単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を作製することができないし、
５０００オングストローム以上の膜厚になると窒化ガリ
ウムの３次元成長が起こるため表面平坦性が悪くなると
いう問題点がある。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半
導体層は該サファイアＲ面基板と窒化ガリウムの格子定
数のミスマッチを緩和して、その上には単結晶窒化ガリ
ウム系半導体薄膜が成長するための格子整合面を形成す
る役割をする。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を発光素子の電極として使用する場合に、さらにシー
ト抵抗を低くする方法として該窒化ガリウム系半導体に
ｎ型のヘビードーピングを行うことも好ましいものとな
る。窒化ガリウム系半導体はサファイアＲ面基板上にＧ
ａＮ〔１，１，−２，０〕面が基板面に平行な状態でｃ
軸配向して成長している。このことは電子線をサファイ
アＲ面基板面に対して１〜２度の角度でしかもサファイ
アｃ軸のサファイアＲ面射映軸に垂直な方向から入射し
た場合、窒化ガリウムがｃ軸方向にそろった構造を示す
ストリークパターンが観察でき、一方、電子線をサファ
イアｃ軸のサファイアＲ面射影軸に平行な方向から入射
した場合には、窒化ガリウムのａ軸方向が配向せずにゆ
らいでいる構造を示す横に広がったラインパターンにな
ることから確認することができる。
【００１２】さらに、本発明によれば薄い膜厚で結晶性
の良好な窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることができる
ため、発光素子作製用の薄膜作製時間が短くてすんだ
り、発光素子を作製するうえでドライエッチング法を使
用することができる等の特長がある。窒化ガリウム系半
導体発光素子全体の膜厚としては３μｍ以下であること
が好ましく、さらに２μｍ以下であることが好ましく、
１μｍ以下にすることはより好ましいものとなる。
の良好な窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることができる
ため、発光素子作製用の薄膜作製時間が短くてすんだ
り、発光素子を作製するうえでドライエッチング法を使
用することができる等の特長がある。窒化ガリウム系半
導体発光素子全体の膜厚としては３μｍ以下であること
が好ましく、さらに２μｍ以下であることが好ましく、
１μｍ以下にすることはより好ましいものとなる。
【００１３】本発明の発光素子における発光層は、ｎ
型、ｐ型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウム系半
導体からなり、たとえばｎ／ｉ、ｎ／ｐ、ｎ／ｉ／ｐ、
ｎ+／ｎ／ｐ、ｎ+／ｎ／ｉ、ｎ／ｐ／ｐ+等のような構
造を有し、さらにそれぞれの層は組成の異なる単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を用いることも可能である。ま
た、単結晶窒化ガリウム系半導体からなる量子井戸構造
を形成せしめて、発光効率を高めたり、発光波長を制御
することも可能である。本発明でいう窒化ガリウム系半
導体薄膜とは、Ａｌ、ＧａあるいはＩｎから選ばれた少
なくとも一種類のＩＩＩ族元素からなり、必要に応じて
混晶を用いることができる。本発明における発光層が結
晶が極めてよいことはＲＨＥＥＤパターンにおいて、窒
化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射してもｃ軸方向
から入射してもストリークパターンとなることから確認
することができる。
型、ｐ型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウム系半
導体からなり、たとえばｎ／ｉ、ｎ／ｐ、ｎ／ｉ／ｐ、
ｎ+／ｎ／ｐ、ｎ+／ｎ／ｉ、ｎ／ｐ／ｐ+等のような構
造を有し、さらにそれぞれの層は組成の異なる単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を用いることも可能である。ま
た、単結晶窒化ガリウム系半導体からなる量子井戸構造
を形成せしめて、発光効率を高めたり、発光波長を制御
することも可能である。本発明でいう窒化ガリウム系半
導体薄膜とは、Ａｌ、ＧａあるいはＩｎから選ばれた少
なくとも一種類のＩＩＩ族元素からなり、必要に応じて
混晶を用いることができる。本発明における発光層が結
晶が極めてよいことはＲＨＥＥＤパターンにおいて、窒
化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射してもｃ軸方向
から入射してもストリークパターンとなることから確認
することができる。
【００１４】本発明において、ｃ軸配向した窒化ガリウ
ム系半導体層（ｃ軸ＧａＮ）の上に形成される発光層を
有する発光素子構造の例としては、図３に示すｃ軸Ｇａ
Ｎ／ｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮ、図６に示すｃ軸ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ、図７に示すｃ軸Ｇａ
Ｎ／ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、図８に示すｃ軸ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ、図９に示すｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ≧ｙ）、図１０
に示すｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−
Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）のよう
な構造の他に、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎx
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦
ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｉ−
Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）、ｃ軸
Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＩ
ｎ yＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ
≦ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ
−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ＜ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ
−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-y
ＩｎyＮ（ｘ＞ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-x
ＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ
（ｘ＞ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｎ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧
ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌ xＮ／ｐ−
Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸
Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＡ
ｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ 1-xＡｌxＮ（ｘ
≧ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｉ
−Ｇａ1- yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ
軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-y
ＡｌyＮ（ｘ＜ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-x
ＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ
（ｘ≦ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌ xＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ
1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌx
Ｎ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ、ｃ軸ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡ
ｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸ＧａＮ／
ｎ−Ｇａ1-aＩｎaＮ／ｐ−Ｇａ1-bＩｎbＮ／ｎ−Ａｌ
1-xＧａxＮ／ｎ−Ａｌ1-yＧａyＮ／ｐ−Ａｌ 1-xＧａxＮ
（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）などがあるが、とくにこれに限定さ
れるものではない。このような構造の発光素子とするこ
とにより、発光効率を上げたり、発光波長を変えたりす
ることが可能となる。また、上記の構造の種々の組合せ
を用いて、さらに発光効率を上げたり発光素子の多色化
を行うことも可能である。
ム系半導体層（ｃ軸ＧａＮ）の上に形成される発光層を
有する発光素子構造の例としては、図３に示すｃ軸Ｇａ
Ｎ／ｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮ、図６に示すｃ軸ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ、図７に示すｃ軸Ｇａ
Ｎ／ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、図８に示すｃ軸ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ、図９に示すｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ≧ｙ）、図１０
に示すｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−
Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）のよう
な構造の他に、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎx
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦
ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｉ−
Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）、ｃ軸
Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＩ
ｎ yＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ（ｘ
≦ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ
−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ＜ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ
−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ−Ｇａ1-y
ＩｎyＮ（ｘ＞ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-x
ＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ
（ｘ＞ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｎ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧
ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌ xＮ／ｐ−
Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸
Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＡ
ｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ 1-xＡｌxＮ（ｘ
≧ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｉ
−Ｇａ1- yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ
軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-y
ＡｌyＮ（ｘ＜ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-x
ＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ
（ｘ≦ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌ xＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸Ｇａ1-xＡｌxＮ
／ｎ−Ｇａ1-xＡｌxＮ／ｎ−Ｇａ1-yＡｌyＮ／ｐ−Ｇａ
1-xＡｌxＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡｌx
Ｎ／ｐ−Ｇａ1-xＡｌxＮ、ｃ軸ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-xＡ
ｌxＮ／ｐ−Ｇａ1-yＡｌyＮ（ｘ≧ｙ）、ｃ軸ＧａＮ／
ｎ−Ｇａ1-aＩｎaＮ／ｐ−Ｇａ1-bＩｎbＮ／ｎ−Ａｌ
1-xＧａxＮ／ｎ−Ａｌ1-yＧａyＮ／ｐ−Ａｌ 1-xＧａxＮ
（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）などがあるが、とくにこれに限定さ
れるものではない。このような構造の発光素子とするこ
とにより、発光効率を上げたり、発光波長を変えたりす
ることが可能となる。また、上記の構造の種々の組合せ
を用いて、さらに発光効率を上げたり発光素子の多色化
を行うことも可能である。
【００１５】本発明の発光素子には、発光層に電圧を印
加するために所望の部位に電極を形成することが必要で
ある。電極として使用する材料としては、ＡｌやＩｎの
単体、あるいはＡｌとＩｎの合金や、ＡｌやＩｎを主体
とする合金、あるいは酸化スズ、酸化インジウム、酸化
スズ−酸化インジウム、酸化亜鉛、縮退したＺｎＳｅ等
がある。また、これらの電極上にＡｕ、Ｎｉ、Ｇｅ等の
金属層を設けることにより耐熱性を上げることもでき
る。電極の形状は発光素子の用途や必要とする性能に応
じて設計することができる。
加するために所望の部位に電極を形成することが必要で
ある。電極として使用する材料としては、ＡｌやＩｎの
単体、あるいはＡｌとＩｎの合金や、ＡｌやＩｎを主体
とする合金、あるいは酸化スズ、酸化インジウム、酸化
スズ−酸化インジウム、酸化亜鉛、縮退したＺｎＳｅ等
がある。また、これらの電極上にＡｕ、Ｎｉ、Ｇｅ等の
金属層を設けることにより耐熱性を上げることもでき
る。電極の形状は発光素子の用途や必要とする性能に応
じて設計することができる。
【００１６】つぎに本発明の窒化ガリウム半導体発光素
子の製造方法について説明する。本発明におけるＭＢＥ
法において、窒素を含有するガス状化合物を供給するガ
スソースとＩＩＩ族元素を供給する固体ソースを有する
結晶成長装置を用い、サファイアＲ面を基板面として、
窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給する
ことにより０．１〜２０オングストローム／ｓｅｃの成
長速度でｃ軸に配向した窒化ガリウム系半導体薄膜を形
成する工程、窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元
素を供給することによりｎ型の単結晶窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成する工程、窒素を含有するガス状化合
物、ＩＩＩ族元素およびｐ型ドーパントを供給すること
によりｐ型あるいはｉ型の単結晶窒化ガリウム系半導体
薄膜を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法である。
子の製造方法について説明する。本発明におけるＭＢＥ
法において、窒素を含有するガス状化合物を供給するガ
スソースとＩＩＩ族元素を供給する固体ソースを有する
結晶成長装置を用い、サファイアＲ面を基板面として、
窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給する
ことにより０．１〜２０オングストローム／ｓｅｃの成
長速度でｃ軸に配向した窒化ガリウム系半導体薄膜を形
成する工程、窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元
素を供給することによりｎ型の単結晶窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成する工程、窒素を含有するガス状化合
物、ＩＩＩ族元素およびｐ型ドーパントを供給すること
によりｐ型あるいはｉ型の単結晶窒化ガリウム系半導体
薄膜を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】ここで、ガス状化合物とは基板上に所望の
化合物半導体薄膜の結晶を成長させるために該薄膜の構
成元素を含み基板上に供給されるものを言う。ガス状化
合物としては、アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジン
あるいはジメチルヒドラジンを単独で、またはそれらを
主体とする混合ガスを用いることができる。また、アン
モニア、三フッ化窒素、ヒドラジンあるいはジメチルヒ
ドラジンは窒素、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスで
希釈してを使用することができる。これらのガスの供給
方法としては該セルに至る配管の途中にバルブや流量制
御装置、圧力制御装置を接続することによりこれらのガ
スの混合比や供給量の制御、供給の開始・停止を行うこ
とをできるようにしたものを用いることが好ましい。こ
れらのガスを基板面に供給するためにはガスセルを使用
するこができ、さらに良質な窒化ガリウム系半導体薄膜
を作製するために該ガスセルを所定の温度に加熱して窒
素を含有する化合物を加熱して基板表面に供給すること
がより好ましいものとなる。該ガスセルには加熱を効率
的に行うために、アルミナ、シリカ、ボロンナイトライ
ド、炭化ケイ素等の耐食性の優れた材料を繊維状、フレ
ーク状、破砕状、粒状としたものををガスセルに充填し
たり、さらにはそれらを多孔質状にして該ガスセルに設
置してガス状化合物との接触面積を大きくすることによ
り加熱効率を上げることが好ましいものとなる。また、
窒素をプラズマガスセルを用いて活性化して基板面に供
給することも可能である。ガス状化合物の基板面への供
給量は固体ソースより大きくする必要があり、ガス状化
合物の供給量が固体ソースの供給量より小さくなると生
成する半導体薄膜からのガス状化合物から供給される元
素の抜けが大きくなるため、良好な半導体薄膜を得るこ
とが困難になる。したがって、該ガス状化合物の供給量
は固体ソースより１０倍以上、好ましくは１００倍以
上、さらに好ましくは１０００倍以上にすることであ
る。
化合物半導体薄膜の結晶を成長させるために該薄膜の構
成元素を含み基板上に供給されるものを言う。ガス状化
合物としては、アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジン
あるいはジメチルヒドラジンを単独で、またはそれらを
主体とする混合ガスを用いることができる。また、アン
モニア、三フッ化窒素、ヒドラジンあるいはジメチルヒ
ドラジンは窒素、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスで
希釈してを使用することができる。これらのガスの供給
方法としては該セルに至る配管の途中にバルブや流量制
御装置、圧力制御装置を接続することによりこれらのガ
スの混合比や供給量の制御、供給の開始・停止を行うこ
とをできるようにしたものを用いることが好ましい。こ
れらのガスを基板面に供給するためにはガスセルを使用
するこができ、さらに良質な窒化ガリウム系半導体薄膜
を作製するために該ガスセルを所定の温度に加熱して窒
素を含有する化合物を加熱して基板表面に供給すること
がより好ましいものとなる。該ガスセルには加熱を効率
的に行うために、アルミナ、シリカ、ボロンナイトライ
ド、炭化ケイ素等の耐食性の優れた材料を繊維状、フレ
ーク状、破砕状、粒状としたものををガスセルに充填し
たり、さらにはそれらを多孔質状にして該ガスセルに設
置してガス状化合物との接触面積を大きくすることによ
り加熱効率を上げることが好ましいものとなる。また、
窒素をプラズマガスセルを用いて活性化して基板面に供
給することも可能である。ガス状化合物の基板面への供
給量は固体ソースより大きくする必要があり、ガス状化
合物の供給量が固体ソースの供給量より小さくなると生
成する半導体薄膜からのガス状化合物から供給される元
素の抜けが大きくなるため、良好な半導体薄膜を得るこ
とが困難になる。したがって、該ガス状化合物の供給量
は固体ソースより１０倍以上、好ましくは１００倍以
上、さらに好ましくは１０００倍以上にすることであ
る。
【００１８】本発明において、窒化ガリウム系半導体薄
膜の成長速度は０．１〜２０オングストローム／ｓｅｃ
であることが必要となる。成長速度が０．１オングスト
ローム／ｓｅｃ未満では、成長雰囲気からの膜への汚染
が大きくなるので良質な窒化ガリウム系半導体薄膜が作
製できなくなるし、２０オングストローム／ｓｅｃを越
えると島状成長となるため良質な窒化ガリウム系半導体
薄膜を得ることができなくなる。
膜の成長速度は０．１〜２０オングストローム／ｓｅｃ
であることが必要となる。成長速度が０．１オングスト
ローム／ｓｅｃ未満では、成長雰囲気からの膜への汚染
が大きくなるので良質な窒化ガリウム系半導体薄膜が作
製できなくなるし、２０オングストローム／ｓｅｃを越
えると島状成長となるため良質な窒化ガリウム系半導体
薄膜を得ることができなくなる。
【００１９】本発明の固体ソースとは、ＩＩＩ族元素と
してはＩＩＩ族元素の金属の単体や合金、あるいは金属
塩を用いることができる。ＩＩＩ族元素とは、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも一種類の元素のことで
ある。また、本発明の窒化ガリウム系半導体薄膜を作製
するときに不純物をドーピングして、キャリア密度制
御、ｐ型、ｉ型あるいはｎ型の導電型制御を行うことも
できる。ｐ型またはｉ型の窒化ガリウム系半導体薄膜を
得るためにドーピングする不純物の例としてはＭｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＨｇやＬｉ等があり、ｎ
型窒化ガリウム系半導体薄膜を得るためにドーピングす
る不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ等がある。これらのドーパントの種類とドーピング量
を変えることによってキャリアーの種類やキャリアー密
度を変えることができる。この場合、膜厚の方向により
ドーピングする濃度を変えたり、特定の層のみにドーピ
ングするδ−ドーピングの方法を用いることもできる。
さらに、ドーピング時に電子線や紫外線を照射して導電
型の制御を促進することも可能である。
してはＩＩＩ族元素の金属の単体や合金、あるいは金属
塩を用いることができる。ＩＩＩ族元素とは、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも一種類の元素のことで
ある。また、本発明の窒化ガリウム系半導体薄膜を作製
するときに不純物をドーピングして、キャリア密度制
御、ｐ型、ｉ型あるいはｎ型の導電型制御を行うことも
できる。ｐ型またはｉ型の窒化ガリウム系半導体薄膜を
得るためにドーピングする不純物の例としてはＭｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＨｇやＬｉ等があり、ｎ
型窒化ガリウム系半導体薄膜を得るためにドーピングす
る不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ等がある。これらのドーパントの種類とドーピング量
を変えることによってキャリアーの種類やキャリアー密
度を変えることができる。この場合、膜厚の方向により
ドーピングする濃度を変えたり、特定の層のみにドーピ
ングするδ−ドーピングの方法を用いることもできる。
さらに、ドーピング時に電子線や紫外線を照射して導電
型の制御を促進することも可能である。
【００２０】本発明におけるＭＢＥ法による窒化ガリウ
ム系半導体薄膜を作製する上で、ＩＩＩ族元素と窒素を
含有する化合物を同時に基板面に供給したり、ＩＩＩ族
元素と窒素を含有する化合物を交互に基板面に供給した
り、あるいは該薄膜成長時に成長中断して該薄膜の結晶
化を促進したりする方法を行うこともできる。とくに、
ＲＨＥＥＤパターンを観察してストリークが見えること
を確認しながら膜成長を行うことは好ましいものであ
る。
ム系半導体薄膜を作製する上で、ＩＩＩ族元素と窒素を
含有する化合物を同時に基板面に供給したり、ＩＩＩ族
元素と窒素を含有する化合物を交互に基板面に供給した
り、あるいは該薄膜成長時に成長中断して該薄膜の結晶
化を促進したりする方法を行うこともできる。とくに、
ＲＨＥＥＤパターンを観察してストリークが見えること
を確認しながら膜成長を行うことは好ましいものであ
る。
【００２１】以下、一例としてアンモニアを使用するＭ
ＢＥ法により作製された窒化ガリウ系半導体積層構造を
用いた窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法につい
て説明するが、とくにこれに限定されるものではない。
装置としては、図１に示すような真空容器１内に、蒸発
用ルツボ（クヌードセンセル）２、３、４および５、ガ
スセル６、基板加熱ホルダー７を備えた結晶成長装置を
使用した。
ＢＥ法により作製された窒化ガリウ系半導体積層構造を
用いた窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法につい
て説明するが、とくにこれに限定されるものではない。
装置としては、図１に示すような真空容器１内に、蒸発
用ルツボ（クヌードセンセル）２、３、４および５、ガ
スセル６、基板加熱ホルダー７を備えた結晶成長装置を
使用した。
【００２２】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、基板
面において１０13〜１０19／ｃｍ2・ｓｅｃcになる温度
に加熱した。アンモニアの導入にはガスセル６を用い、
基板８に直接吹き付けるようにした。導入量は基板表面
において１０16〜１０20／ｃｍ2・ｓｅｃになるように
供給した。蒸発用ルツボ３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ
等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体になるよ
うに温度および時間を制御して成膜を行なう。蒸発用ル
ツボ４にはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｈｇ
やＬｉ等を、蒸発ルツボ５にはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を入れ、所定の供給量になるように温
度および供給時間を制御することによりドーピングを行
なう。
面において１０13〜１０19／ｃｍ2・ｓｅｃcになる温度
に加熱した。アンモニアの導入にはガスセル６を用い、
基板８に直接吹き付けるようにした。導入量は基板表面
において１０16〜１０20／ｃｍ2・ｓｅｃになるように
供給した。蒸発用ルツボ３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ
等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体になるよ
うに温度および時間を制御して成膜を行なう。蒸発用ル
ツボ４にはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｈｇ
やＬｉ等を、蒸発ルツボ５にはＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を入れ、所定の供給量になるように温
度および供給時間を制御することによりドーピングを行
なう。
【００２３】基板８としとては、オフ角が０．８度以下
のサファイアＲ面を用い、２００〜９００℃に加熱し
た。まず、基板８を真空容器１内で９００℃で加熱した
後、所定の成長温度に設定し、蒸発ルツボ５から所定量
のｎ型ドーパントを供給しながら０．１〜２０オングス
トローム／ｓｅｃの成長速度で１００〜５０００オング
ストロームの厚みのｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を作製する。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層には蒸発ルツボ５を用いてｎ型ドーピングして導電性
を上げることもできる。さらに、該ｃ軸配向した窒化ガ
リウム系半導体層の上に０．１〜５オングストローム／
ｓｅｃの成長速度で０．０５〜２μｍの厚みのｎ型単結
晶窒化ガリウム系半導体層を作製した。続いて、該ｎ型
単結晶窒化ガリウム系半導体層の上にＧａのシャッター
と同時に蒸発ルツボ４のシャッターを開けて、１００〜
１００００オングストロームのｐ型あるいはｉ型となる
ドーパントをドーピングした窒化ガリウム系半導体層を
形成し、窒化ガリウム系半導体積層構造を作製した。
のサファイアＲ面を用い、２００〜９００℃に加熱し
た。まず、基板８を真空容器１内で９００℃で加熱した
後、所定の成長温度に設定し、蒸発ルツボ５から所定量
のｎ型ドーパントを供給しながら０．１〜２０オングス
トローム／ｓｅｃの成長速度で１００〜５０００オング
ストロームの厚みのｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を作製する。このｃ軸配向した窒化ガリウム系半導体
層には蒸発ルツボ５を用いてｎ型ドーピングして導電性
を上げることもできる。さらに、該ｃ軸配向した窒化ガ
リウム系半導体層の上に０．１〜５オングストローム／
ｓｅｃの成長速度で０．０５〜２μｍの厚みのｎ型単結
晶窒化ガリウム系半導体層を作製した。続いて、該ｎ型
単結晶窒化ガリウム系半導体層の上にＧａのシャッター
と同時に蒸発ルツボ４のシャッターを開けて、１００〜
１００００オングストロームのｐ型あるいはｉ型となる
ドーパントをドーピングした窒化ガリウム系半導体層を
形成し、窒化ガリウム系半導体積層構造を作製した。
【００２４】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、素子の形状を設定するとともに
電流を注入するための電極を設ける。リソグラフィープ
ロセスは通常のフォトレジスト材料を用いるプロセスで
行うことができ、エッチング法としてはドライエッチン
グ法を行うことができる。ドライエッチング法として
は、通常の方法を用いることができ、イオンミリング、
ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビ
ームアシストエッチング、集束イオンビームエッチング
を用いることができる。とくに本発明においては窒化ガ
リウム系半導体積層薄膜の全体膜厚が小さいために、こ
れらのドライエッチング法が効率的に適用できるのも特
長の一つである。電流を注入するための電極としては、
ＡｌやＩｎの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ス
ズ−酸化インジウム、酸化亜鉛、縮退したＺｎＳｅ等を
用いることができ、これらの電極層はＭＢＥ法、真空蒸
着法、電子ビーム蒸着法やスパッタ法等により作製する
ことができる。
セスを行うことにより、素子の形状を設定するとともに
電流を注入するための電極を設ける。リソグラフィープ
ロセスは通常のフォトレジスト材料を用いるプロセスで
行うことができ、エッチング法としてはドライエッチン
グ法を行うことができる。ドライエッチング法として
は、通常の方法を用いることができ、イオンミリング、
ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビ
ームアシストエッチング、集束イオンビームエッチング
を用いることができる。とくに本発明においては窒化ガ
リウム系半導体積層薄膜の全体膜厚が小さいために、こ
れらのドライエッチング法が効率的に適用できるのも特
長の一つである。電流を注入するための電極としては、
ＡｌやＩｎの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ス
ズ−酸化インジウム、酸化亜鉛、縮退したＺｎＳｅ等を
用いることができ、これらの電極層はＭＢＥ法、真空蒸
着法、電子ビーム蒸着法やスパッタ法等により作製する
ことができる。
【００２５】この方法で得られた素子をダイシングソー
等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線
を行い素子を作製した。この素子の電極に７Ｖの電圧を
印加して１５ｍＡの電流を注入することにより、４０ｍ
ｃｄの青色発光が観測された。
等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線
を行い素子を作製した。この素子の電極に７Ｖの電圧を
印加して１５ｍＡの電流を注入することにより、４０ｍ
ｃｄの青色発光が観測された。
【００２６】
【実施例】以下，実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２７】
【実施例１】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
【００２８】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンミニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンミニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
【００２９】基板８としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、
１．５オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚２０
００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚
さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電
流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した例を示す。図
２にはそのＲＨＥＥＤパターンを示したが、窒化ガリウ
ムのａ軸方向から電子線を入射するとストリークパター
ンが観察でき、ｃ軸方向から入射すると横に広がったラ
インパターンとなることから窒化ガリウム系半導体薄膜
がｃ軸配向していることを確認することができる。続い
て、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に３００
０オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガリウム半導体層
を作製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時にＭ
ｇのシャッターを開けて、２００オングストロームのＭ
ｇをドーピングしたｉ型窒化ガリウム半導体層を形成す
ることによって窒化ガリウム半導体積層構造を作製し
た。ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロセスを行
うことにより、電流を注入するための電極を設ける。リ
ソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト材料を用
いるプロセスで行うことができ、エッチング法として、
イオンミリングを行うことによって、電流を注入する電
極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ３０００
オングストロームのＡｌ電極を真空蒸着法によって形成
した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、
１．５オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚２０
００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚
さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電
流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した例を示す。図
２にはそのＲＨＥＥＤパターンを示したが、窒化ガリウ
ムのａ軸方向から電子線を入射するとストリークパター
ンが観察でき、ｃ軸方向から入射すると横に広がったラ
インパターンとなることから窒化ガリウム系半導体薄膜
がｃ軸配向していることを確認することができる。続い
て、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に３００
０オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガリウム半導体層
を作製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時にＭ
ｇのシャッターを開けて、２００オングストロームのＭ
ｇをドーピングしたｉ型窒化ガリウム半導体層を形成す
ることによって窒化ガリウム半導体積層構造を作製し
た。ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロセスを行
うことにより、電流を注入するための電極を設ける。リ
ソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト材料を用
いるプロセスで行うことができ、エッチング法として、
イオンミリングを行うことによって、電流を注入する電
極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ３０００
オングストロームのＡｌ電極を真空蒸着法によって形成
した。
【００３０】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。本発明の素子構造を図３に、ダイオード特性を
測定した結果を図４に示す。この素子の電極に７Ｖの電
圧を印加して１５ｍＡの電流を注入すると、４０ｍｃｄ
の青色発光が観測された。発光スペクトルは図５に示
す。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。本発明の素子構造を図３に、ダイオード特性を
測定した結果を図４に示す。この素子の電極に７Ｖの電
圧を印加して１５ｍＡの電流を注入すると、４０ｍｃｄ
の青色発光が観測された。発光スペクトルは図５に示
す。
【００３１】
【実施例２】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
【００３２】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発用ルツボ５にはＳｉを入れて１
１００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用
し、ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填し
たガスセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発用ルツボ５にはＳｉを入れて１
１００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用
し、ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填し
たガスセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
【００３３】基板８としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板８を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供給
しながらＧａ、ＩｎおよびＳｉのルツボのシャッターを
開けて行い、１．５オングストローム／secの成膜速度
でＧａＮの組成で膜厚１５００オングストロームのＳｉ
をドーピングしたｃ軸配向したｎ+型窒化ガリウム系半
導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中
（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋ
Ｖ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結果、
窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとストリ
ークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると横に
広がったラインパターンとなることから窒化ガリウム系
半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認することがで
きる。続いて、該窒化ガリウム系半導体層の上に５００
０オングストロームの厚さのｎ型単結晶窒化ガリウム半
導体層を作製し、さらにその上にＧａおよびＩｎのシャ
ッターと同時にＭｇのシャッターを開けて、３００オン
グストロームのＭｇをドーピングしたＧａ1-xＩｎxＮ
（ｘ＝０．１２）の組成のｐ型窒化ガリウム系半導体層
を形成することによって図６に示すような窒化ガリウム
系半導体積層構造を作製した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板８を９
００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保持
し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供給
しながらＧａ、ＩｎおよびＳｉのルツボのシャッターを
開けて行い、１．５オングストローム／secの成膜速度
でＧａＮの組成で膜厚１５００オングストロームのＳｉ
をドーピングしたｃ軸配向したｎ+型窒化ガリウム系半
導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中
（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋ
Ｖ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結果、
窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとストリ
ークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると横に
広がったラインパターンとなることから窒化ガリウム系
半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認することがで
きる。続いて、該窒化ガリウム系半導体層の上に５００
０オングストロームの厚さのｎ型単結晶窒化ガリウム半
導体層を作製し、さらにその上にＧａおよびＩｎのシャ
ッターと同時にＭｇのシャッターを開けて、３００オン
グストロームのＭｇをドーピングしたＧａ1-xＩｎxＮ
（ｘ＝０．１２）の組成のｐ型窒化ガリウム系半導体層
を形成することによって図６に示すような窒化ガリウム
系半導体積層構造を作製した。
【００３４】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌ電極を真空蒸着法によ
って形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌ電極を真空蒸着法によ
って形成した。
【００３５】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に１０Ｖの電圧を印加して２０
ｍＡの電流を注入すると，３７ｍｃｄの緑色発光が観測
された。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に１０Ｖの電圧を印加して２０
ｍＡの電流を注入すると，３７ｍｃｄの緑色発光が観測
された。
【００３６】
【実施例３】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
【００３７】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
【００３８】基板８としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、
１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚２０
００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚
さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電
流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結果、窒化ガ
リウムのａ軸方向から電子線を入射するとストリークパ
ターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると横に広がっ
たラインパターンとなることから窒化ガリウム系半導体
薄膜がｃ軸配向していることを確認することができる。
続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に３
０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガリウム半導
体層を作製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時
にＺｎのシャッターを開けて、５００オングストローム
のＺｎをドーピングしたｐ型窒化ガリウム半導体層を形
成することによって図７に示すような窒化ガリウム半導
体積層構造を作製した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、
１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚２０
００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚
さ１０００オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電
流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結果、窒化ガ
リウムのａ軸方向から電子線を入射するとストリークパ
ターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると横に広がっ
たラインパターンとなることから窒化ガリウム系半導体
薄膜がｃ軸配向していることを確認することができる。
続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に３
０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガリウム半導
体層を作製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時
にＺｎのシャッターを開けて、５００オングストローム
のＺｎをドーピングしたｐ型窒化ガリウム半導体層を形
成することによって図７に示すような窒化ガリウム半導
体積層構造を作製した。
【００３９】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
【００４０】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に９Ｖの電圧を印加して１５ｍ
Ａの電流を注入すると、６０ｍｃｄの青緑色発光が観測
された。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に９Ｖの電圧を印加して１５ｍ
Ａの電流を注入すると、６０ｍｃｄの青緑色発光が観測
された。
【００４１】
【実施例４】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
【００４２】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
【００４３】基板８としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａおよびＳｉのルツボのシャッターを開け
て行い、１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で
膜厚４０００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０
ｋＶ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結
果、窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に２０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にＧａのシャッ
ターと同時にＺｎのシャッターを開けて、１０００オン
グストロームのＺｎをドーピングしたｐ型窒化ガリウム
半導体層を形成することによって図７に示すような窒化
ガリウム半導体積層構造を作製した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａおよびＳｉのルツボのシャッターを開け
て行い、１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で
膜厚４０００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０
ｋＶ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結
果、窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に２０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にＧａのシャッ
ターと同時にＺｎのシャッターを開けて、１０００オン
グストロームのＺｎをドーピングしたｐ型窒化ガリウム
半導体層を形成することによって図７に示すような窒化
ガリウム半導体積層構造を作製した。
【００４４】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
【００４５】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に９Ｖの電圧を印加して１５ｍ
Ａの電流を注入すると、１００ｍｃｄの青緑色発光が観
測された。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に９Ｖの電圧を印加して１５ｍ
Ａの電流を注入すると、１００ｍｃｄの青緑色発光が観
測された。
【００４６】
【実施例５】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３、４および５、ガスセル６、および基板加熱ホル
ダー７を備えた結晶成長装置を用いた。
【００４７】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃に加熱し、蒸発ルツボ５にはＳｉを入れて１１
００℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
ガスの導入には内部にアルミナファイバーを充填したガ
スセル６を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基
板８に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給した。
【００４８】基板８としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａおよびＳｉのルツボのシャッターを開け
て行い、１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で
膜厚４０００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０
ｋＶ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結
果、窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に１０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にＧａおよびＩ
ｎのシャッターと同時にＺｎのシャッターを開けて、１
０００オングストロームのＺｎをドーピングしたＧａ1-
xＩｎxＮ（ｘ＝０．２０）の組成のｐ型窒化ガリウム半
導体層を形成し、さらにその上にＧａのシャッターと同
時にＺｎのシャッターを開けて１０００オングストロー
ムの単結晶ｐ型窒化ガリウム半導体層を形成することに
よって図１０に示すような窒化ガリウム系半導体積層構
造を作製した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒrであった。まず、基板８を
９００℃で３０分間加熱し、ついで７５０℃の温度に保
持し成膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル６から供
給しながらＧａおよびＳｉのルツボのシャッターを開け
て行い、１．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で
膜厚４０００オングストロームのｃ軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中（厚さ１０００オングストローム）に加速電圧３０
ｋＶ、電流７５μＡにおいてＲＨＥＥＤを観察した結
果、窒化ガリウムのａ軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、ｃ軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がｃ軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該ｃ軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に１０００オングストロームの単結晶ｎ型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にＧａおよびＩ
ｎのシャッターと同時にＺｎのシャッターを開けて、１
０００オングストロームのＺｎをドーピングしたＧａ1-
xＩｎxＮ（ｘ＝０．２０）の組成のｐ型窒化ガリウム半
導体層を形成し、さらにその上にＧａのシャッターと同
時にＺｎのシャッターを開けて１０００オングストロー
ムの単結晶ｐ型窒化ガリウム半導体層を形成することに
よって図１０に示すような窒化ガリウム系半導体積層構
造を作製した。
【００４９】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、厚さ
３０００オングストロームのＡｌーＩｎ電極を真空蒸着
法によって形成した。
【００５０】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。７７Ｋにおいてこの素子の電極にパルス上の電
流を注入すると、注入電流密度２００Ａ／ｃｍ2以上に
おいてレーザー発振が確認された。発光波長は４３０ｎ
ｍであった。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。７７Ｋにおいてこの素子の電極にパルス上の電
流を注入すると、注入電流密度２００Ａ／ｃｍ2以上に
おいてレーザー発振が確認された。発光波長は４３０ｎ
ｍであった。
【００５１】
【比較例】実施例に於て、Ｇａ蒸発用ルツボ２の温度を
１０６０℃としてアンモニアの導入量を２０ｃｃ／ｍｉ
ｎとし、２５オングストローム／ｓｅｃの成長速度とし
た以外は同様の方法で窒化ガリウム系半導体薄膜を成長
させた。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚さ１００
０オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電流７５μ
ＡにおいてＲＨＥＥＤ観察を行った。その結果、ランダ
ムなスポットパターンが得られ、島状成長しているもの
と考えられた。
１０６０℃としてアンモニアの導入量を２０ｃｃ／ｍｉ
ｎとし、２５オングストローム／ｓｅｃの成長速度とし
た以外は同様の方法で窒化ガリウム系半導体薄膜を成長
させた。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中（厚さ１００
０オングストローム）に加速電圧３０ｋＶ、電流７５μ
ＡにおいてＲＨＥＥＤ観察を行った。その結果、ランダ
ムなスポットパターンが得られ、島状成長しているもの
と考えられた。
【００５２】
【発明の効果】本発明による窒化ガリウム系半導体発光
素子は，サファイアＲ面基板上に１μｍ以下という窒化
ガリウム系半導体の膜厚で電流注入により青色発光する
素子を作製することができた。また，膜厚が小さいため
発光素子を作製するプロセスが容易で信頼性の高いもの
になり，かつ光の取り出し効率を高くすることができる
という特徴がある。
素子は，サファイアＲ面基板上に１μｍ以下という窒化
ガリウム系半導体の膜厚で電流注入により青色発光する
素子を作製することができた。また，膜厚が小さいため
発光素子を作製するプロセスが容易で信頼性の高いもの
になり，かつ光の取り出し効率を高くすることができる
という特徴がある。
【図１】薄膜作製に用いた結晶成長装置の概略図であ
る。
る。
【図２】窒化ガリウム系半導体薄膜の結晶の構造を示す
ＲＨＥＥＤパターン写真である。
ＲＨＥＥＤパターン写真である。
【図３】実施例１で作製したＧａＮ発光素子の断面構造
を示した図である。
を示した図である。
【図４】実施例１で作製したＧａＮ発光素子のダイオー
ド特性を示した図である。
ド特性を示した図である。
【図５】実施例１で作製したＧａＮ発光素子の発光スペ
クトルを示した図である。
クトルを示した図である。
【図６】実施例２で作製したＧａ1-xＩｎxＮ系発光素子
の断面構造を示した図である。
の断面構造を示した図である。
【図７】実施例３で作製したＧａＮ発光素子の断面構造
を示した図である。
を示した図である。
【図８】ｃ軸ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇ
ａ1-xＩｎxＮ／ｐ −Ｇａ1-xＩｎxＮからなる発光素子
構造を示した図である。
ａ1-xＩｎxＮ／ｐ −Ｇａ1-xＩｎxＮからなる発光素子
構造を示した図である。
【図９】ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｐ
−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ ≧ｙ）からなる発光素子構造を
示した図である。
−Ｇａ1-yＩｎyＮ（ｘ ≧ｙ）からなる発光素子構造を
示した図である。
【図１０】ｃ軸Ｇａ1-xＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ／
ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1- xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）か
らなる発光素子構造を示した図である。
ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ／ｐ−Ｇａ1- xＩｎxＮ（ｘ≦ｙ）か
らなる発光素子構造を示した図である。
１ 真空容器 ２ 蒸発用ルツボ ３ 蒸発用ルツボ ４ 蒸発用ルツボ ５ 蒸発用ルツボ ６ ガスセル ７ 基板加熱ホルダー ８ 基板 ９ クライオパネル １０ バルブ １１ コールドトラップ １２ 油拡散ポンプ １３ 油回転ポンプ １４ シャッター １５ シャッター １６ シャッター １７ シャッター １８ サファイアＲ面基板 １９ ｃ軸配向ＧａＮ層 ２０ 単結晶ｎ−ＧａＮ層 ２１ 単結晶ｉ−ＧａＮ層 ２２ Ａｌ電極 ２３ 単結晶ｎ−Ｇａ1-xＩｎxＮ層 ２４ 単結晶ｐ−Ｇａ1-xＩｎxＮ層 ２５ 単結晶ｐ−ＧａＮ層 ２６ ｃ軸配向Ｇａ1-xＩｎxＮ層 ２７ 単結晶ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ層（ｘ≧ｙ） ２８ 単結晶ｐ−Ｇａ1-yＩｎyＮ層（ｘ＜ｙ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 邦男 静岡県富士市鮫島２番地の１ 旭化成工業 株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 オフ角０．８度以下のサファイアＲ面基
板上に直接に形成されたｃ軸方向に配向した窒化ガリウ
ム系半導体層を有し、かつｎ型の単結晶窒化ガリウム系
半導体層とｐ型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウ
ム系半導体層からなる発光層を少なくとも一つ有し、そ
の発光層に電圧を印加するために所望の部位に電極を有
することを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項２】 ＭＢＥ法において、窒素を含有するガス
状化合物を供給するガスソースとＩＩＩ族元素を供給す
る固体ソースを有する結晶成長装置を用い、サファイア
Ｒ面を基板面として、窒素を含有するガス状化合物とＩ
ＩＩ族元素を供給することにより０．１〜２０オングス
トローム／ｓｅｃの成長速度でｃ軸に配向した窒化ガリ
ウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を含有するガス
状化合物とＩＩＩ族元素を供給することによりｎ型の単
結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を
含有するガス状化合物、ＩＩＩ族元素およびｐ型ドーパ
ントを供給することによりｐ型あるいはｉ型の単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程を少なくとも含
むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4824393A JPH0629574A (ja) | 1992-03-10 | 1993-03-09 | 発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5180292 | 1992-03-10 | ||
| JP4-51802 | 1992-03-10 | ||
| JP4824393A JPH0629574A (ja) | 1992-03-10 | 1993-03-09 | 発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629574A true JPH0629574A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=26388477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4824393A Withdrawn JPH0629574A (ja) | 1992-03-10 | 1993-03-09 | 発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629574A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6861672B2 (en) | 1995-01-19 | 2005-03-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same |
| US7352008B2 (en) * | 2000-06-02 | 2008-04-01 | Microgan Gmbh | Heterostructure with rear-face donor doping |
| US8242513B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-08-14 | Sony Corporation | Method for growing semiconductor layer, method for producing semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element, and electronic device |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP4824393A patent/JPH0629574A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US6861672B2 (en) | 1995-01-19 | 2005-03-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same |
| US7368766B2 (en) | 1995-01-19 | 2008-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting element and method for fabricating the same |
| US7352008B2 (en) * | 2000-06-02 | 2008-04-01 | Microgan Gmbh | Heterostructure with rear-face donor doping |
| US8242513B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-08-14 | Sony Corporation | Method for growing semiconductor layer, method for producing semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element, and electronic device |
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