JPH07283436A - Iii-v compound semiconductor and light-emitting element - Google Patents
Iii-v compound semiconductor and light-emitting elementInfo
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- JPH07283436A JPH07283436A JP7062194A JP7062194A JPH07283436A JP H07283436 A JPH07283436 A JP H07283436A JP 7062194 A JP7062194 A JP 7062194A JP 7062194 A JP7062194 A JP 7062194A JP H07283436 A JPH07283436 A JP H07283436A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、３−５族化合物半導体
及びこれを用いた発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a 3-5 group compound semiconductor and a light emitting device using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式中、０
＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で表される３−５族化合物半導体は、３族元素の組成に
よって制御できるバンドギャップを有しているので、可
視光領域から紫外線領域の発光を生じる発光素子に用い
ることができる。さらに、該３−５族化合物半導体は直
接遷移型のバンド構造を有するので、これを用いて高い
発光効率の発光素子が得られることが期待される。ま
た、該３−５族化合物半導体は、組成により格子定数も
制御することができる。つまり、同じ格子定数を持ちな
がら異なるバンドギャップを有する２種類以上の組成の
半導体を作製できる。バンドギャップの異なる半導体の
接合はいわゆるヘテロ接合と呼ばれるものであって、高
輝度の半導体発光素子の実現に非常に有効と考えられ
る。2. Description of the Related Art The general formula In x Ga y Al z N (wherein 0
<X ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1)
The 3-5 group compound semiconductor represented by the formula (3) has a bandgap that can be controlled by the composition of the 3 group element, and thus can be used for a light emitting element that emits light in the visible region to the ultraviolet region. Further, since the Group 3-5 compound semiconductor has a direct transition type band structure, it is expected that a light emitting device having high luminous efficiency can be obtained by using this. The lattice constant of the Group 3-5 compound semiconductor can also be controlled by the composition. That is, it is possible to fabricate semiconductors having two or more kinds of compositions having the same lattice constant but different band gaps. Junctions of semiconductors having different band gaps are so-called heterojunctions, and are considered to be very effective for realizing a high-luminance semiconductor light emitting device.
【０００３】該３−５族化合物半導体結晶を成長させる
基板としては、酸化亜鉛が、その結晶系が同じウルツァ
イト構造であること、および格子定数が比較的近いこと
などから好適であると考えられている。しかし現状で
は、酸化亜鉛については、半導体結晶を工業的に製造す
るための基板として用いることができるほどの大きさ及
び品質を有する結晶を製造する方法が開発されていな
い。また、酸化亜鉛の薄膜を基板上に成膜して、そのう
えに該化合物半導体を製造する方法も報告されている
が、良質の３−５族化合物半導体結晶は未だ得られてい
ない。Zinc oxide is considered to be suitable as a substrate for growing the Group 3-5 compound semiconductor crystal because it has the same wurtzite structure in its crystal system and has a relatively close lattice constant. There is. However, at present, with respect to zinc oxide, a method for producing a crystal having a size and quality that can be used as a substrate for industrially producing a semiconductor crystal has not been developed. Further, a method of forming a thin film of zinc oxide on a substrate and manufacturing the compound semiconductor on the thin film has been reported, but a good quality Group 3-5 compound semiconductor crystal has not been obtained yet.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｉｎ
を含む高品質で大面積の３−５族化合物半導体及びこれ
を用いた高い発光効率を有する発光素子を提供すること
にある。The object of the present invention is to provide In
It is intended to provide a high-quality and large-area 3-5 group compound semiconductor containing, and a light-emitting device using the same and having high luminous efficiency.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
状況をみて鋭意検討の結果、酸化亜鉛をサファイアの特
定の結晶面上に成膜し、その上に３−５族化合物半導体
を成長することにより、高品質で大面積の３−５族化合
物半導体が得られることを見出し本発明に至った。すな
わち、本発明は、次に記す発明である。 （１）発光層と電荷注入層とを有する層と、基板との間
に、バッファ層を有し、発光層が一般式Ｉｎx Ｇａy Ａ
ｌz Ｎ（式中、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される３−５族化合物半導体であ
って、電荷注入層が一般式Ｉｎx'Ｇａy'Ａｌz'Ｎ（式中
０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１、０≦ｚ’＜１、ｘ’＋
ｙ’＋ｚ’＝１）で表され、発光層よりも大きなバンド
ギャップを有する３−５族化合物半導体であって、バッ
ファ層が酸化亜鉛の薄膜であって、基板面がサファイア
の、Ａ面、Ｍ面又はＲ面のいずれかであることを特徴と
する３−５族化合物半導体。 （２）前記（１）記載の３−５族化合物半導体を用いた
発光素子。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies in view of such a situation, and as a result, formed zinc oxide into a film on a specific crystal plane of sapphire, and formed a Group 3-5 compound semiconductor on the film. It has been found that high-quality and large-area 3-5 group compound semiconductors can be obtained by growth, and the present invention has been completed. That is, the present invention is the invention described below. (1) a light-emitting layer and a layer having a charge injection layer, between the substrate, a buffer layer, In the light emitting layer is the formula x Ga y A
l z N (wherein 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1,
x + y + z = 1) in a 3-5 group compound semiconductor represented, the charge injection layer is the general formula In x 'Ga y' Al z 'N ( where 0 <x' ≦ 1,0 ≦ y '<1 , 0 ≦ z ′ <1, x ′ +
y ′ + z ′ = 1), which is a Group 3-5 compound semiconductor having a bandgap larger than that of the light emitting layer, the buffer layer is a thin film of zinc oxide, the substrate surface is sapphire, the A surface, A 3-5 group compound semiconductor, which is either M-plane or R-plane. (2) A light emitting device using the Group 3-5 compound semiconductor according to (1) above.
【０００６】次に本発明を詳細に説明する。本発明の３
−５族化合物半導体は、発光層と電荷注入層とを有する
層と、基板との間に、バッファ層を有する。発光層は、
一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式中、０＜ｘ≦１、０≦
ｙ＜１、０≦ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される３−
５族化合物半導体である。電荷注入層は、一般式Ｉｎx'
Ｇａy'Ａｌz'Ｎ（式中、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１、
０≦ｚ’＜１、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’＝１）で表され、発光
層よりも大きなバンドギャップを有する３−５族化合物
半導体である。バッファ層は、酸化亜鉛の薄膜である。Next, the present invention will be described in detail. 3 of the present invention
The -5 group compound semiconductor has a buffer layer between a layer having a light emitting layer and a charge injection layer and the substrate. The light emitting layer is
In the general formula In x Ga y Al z N (wherein, 0 <x ≦ 1,0 ≦
y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1) 3−
It is a Group 5 compound semiconductor. The charge injection layer has the general formula In x ′.
Ga y ′ Al z ′ N (wherein 0 <x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ <1,
0 ≦ z ′ <1, x ′ + y ′ + z ′ = 1), which is a Group 3-5 compound semiconductor having a bandgap larger than that of the light emitting layer. The buffer layer is a thin film of zinc oxide.
【０００７】特に、発光層の一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz
Ｎで表される３−５族化合物半導体において、Ｉｎの組
成が１０〜８０モル％（０．１≦ｘ≦０．８）の場合に
は、発光波長を紫色及びそれより長波長の可視領域にす
ることができるので、発光素子用途に好ましい。具体的
には、発光波長を紫色、青色、緑色、黄色、橙色にする
ことができる。特に、青色、緑色の発光素子用として重
要である。In particular, the general formula of the light-emitting layer is In x Ga y Al z
In the 3-5 group compound semiconductor represented by N, when the composition of In is 10 to 80 mol% (0.1 ≦ x ≦ 0.8), the emission wavelength is in the violet and visible wavelength region longer than that. Therefore, it is preferable for light emitting device applications. Specifically, the emission wavelength can be purple, blue, green, yellow, or orange. In particular, it is important for blue and green light emitting devices.
【０００８】電荷注入層と発光層とのバンドギャップの
差は、０．１電子ボルト（以下「ｅＶ」と記す。）以上
１ｅＶ以下であることが、電荷の閉じ込め構造を作るた
めには好ましい。さらに好ましくは０．３ｅＶ以上０．
６ｅＶ以下であることが好ましい。また、発光層の一方
の面だけでなく、両方の面を電荷注入層で接合させる、
いわゆるダブルヘテロ接合構造とすることで、さらに電
荷の閉じ込めを効率的に行なうことができ、発光効率を
高めることができる。この場合も、発光層に対する電荷
注入層のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上１ｅＶ以
下、さらに好ましくは０．３ｅＶ以上０．６ｅＶ以下で
あることが好ましい。The difference in bandgap between the charge injection layer and the light emitting layer is preferably 0.1 eV or more and 1 eV or less for forming a charge confining structure. More preferably, it is 0.3 eV or more.
It is preferably 6 eV or less. Further, not only one surface of the light emitting layer but also both surfaces are joined by the charge injection layer,
By adopting a so-called double heterojunction structure, it is possible to further efficiently confine charges and improve light emission efficiency. Also in this case, the difference in band gap between the charge injection layer and the light emitting layer is preferably 0.1 eV or more and 1 eV or less, and more preferably 0.3 eV or more and 0.6 eV or less.
【０００９】酸化亜鉛の成膜方法としてはスパッタリン
グ、真空蒸着、原料化合物の熱分解による気相成長法
（以下「ＣＶＤ法」と記すことがある。）などを用いる
ことができる。スパッタリング法およびＣＶＤ法では酸
化亜鉛はサファイア基板上にエピタキシャル成長するた
め本発明には好適である。特にスパッタリング法は比較
的簡便に酸化亜鉛の薄膜が作製でき、密着性、均一性に
優れているため好適である。特にマグネトロンスパッタ
リングは成膜速度が大きく、特に好適である。スパッタ
リングによる成膜の場合、成膜中に基板を１００℃以上
９００℃以下に加熱することが結晶性の良い薄膜が得ら
れるため好ましい。マグネトロンスパッタリングの場
合、さらに好ましい温度範囲は１５０℃以上４００℃以
下である。高周波スパッタリングの場合、ターゲットと
しては酸化亜鉛あるいは亜鉛ターゲットを用いることが
できる。亜鉛をターゲットとする場合には酸素を含むア
ルゴン等の雰囲気中でスパッタリングする。酸化亜鉛を
ターゲットする場合にも酸素を含む雰囲気中でスパッタ
リングすることで結晶性が向上する。スパッタリングの
雰囲気は０．４パスカル以上４パスカル以下が再現性よ
く良質の膜を得るためには好ましい。また酸素分圧は１
０％以上９０％以下であることがやはり再現性よく良質
の膜を得るためには好ましい。酸化亜鉛の膜厚は２０Å
以上５μｍ以下が好ましい。膜厚が２０Åより薄い場
合、本発明による効果が充分に得られない。また膜厚が
５μｍより大きくなると成膜時間が長くなり実用的でな
い。さらに、５００Å以上２μｍ以下が好適である。用
いるサファイア基板の面方位は、Ａ面〔（２−１−１
０）面〕、Ｍ面〔（０１−１０）面〕又はＲ面〔（０１
−１２）面〕の内のいずれかである。本発明の面方位か
らある程度ずれていても問題ないが、あまり大きくずれ
る場合には本発明の効果が充分でない。面方位のずれは
８°以内、さらに好ましくは４°以内であることが好ま
しい。酸化亜鉛の薄膜とこれと接する半導体結晶、ある
いは界面を形成する２つの半導体結晶の間で成長面内方
向の格子定数が異なる場合には、半導体結晶の内部に欠
陥が生じやすく、発光効率を低下させる。このため、こ
れらの結晶の格子定数の差は１％以内、さらに好ましく
は０．１％以内であることが好ましい。As a film forming method of zinc oxide, sputtering, vacuum deposition, vapor phase growth method by thermal decomposition of raw material compounds (hereinafter sometimes referred to as "CVD method") and the like can be used. Zinc oxide is suitable for the present invention because zinc oxide is epitaxially grown on a sapphire substrate by the sputtering method and the CVD method. In particular, the sputtering method is suitable because a zinc oxide thin film can be prepared relatively easily and excellent in adhesion and uniformity. In particular, magnetron sputtering has a high film forming rate and is particularly suitable. In the case of film formation by sputtering, it is preferable to heat the substrate to 100 ° C. or higher and 900 ° C. or lower during film formation because a thin film with good crystallinity can be obtained. In the case of magnetron sputtering, a more preferable temperature range is 150 ° C or higher and 400 ° C or lower. In the case of high frequency sputtering, zinc oxide or a zinc target can be used as the target. When using zinc as a target, sputtering is performed in an atmosphere containing argon or the like containing oxygen. Even when zinc oxide is targeted, the crystallinity is improved by sputtering in an atmosphere containing oxygen. The sputtering atmosphere is preferably 0.4 Pascal or more and 4 Pascal or less in order to obtain a good quality film with good reproducibility. The oxygen partial pressure is 1
It is also preferable that the content is 0% or more and 90% or less in order to obtain a good quality film with good reproducibility. The film thickness of zinc oxide is 20Å
It is preferably 5 μm or more. If the film thickness is less than 20Å, the effect of the present invention cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the film thickness is larger than 5 μm, the film formation time becomes long, which is not practical. Further, it is preferably 500 Å or more and 2 μm or less. The plane orientation of the sapphire substrate used is A plane [(2-1-1
0 plane], M plane [(01-10) plane] or R plane [(01
-12) surface]. There is no problem if it deviates to some extent from the plane orientation of the present invention, but if it deviates too much, the effect of the present invention is not sufficient. The deviation of the plane orientation is preferably within 8 °, more preferably within 4 °. When the thin film of zinc oxide and the semiconductor crystal in contact with it or the two semiconductor crystals forming an interface have different lattice constants in the in-plane direction of growth, defects are likely to occur inside the semiconductor crystal, resulting in reduced luminous efficiency. Let Therefore, the difference in lattice constant between these crystals is preferably within 1%, more preferably within 0.1%.
【００１０】本発明の３−５族化合物半導体の製造方法
としては、分子線エピタキシー（以下、「ＭＢＥ」と記
すことがある。）法、有機金属気相成長（以下、「ＭＯ
ＶＰＥ」と記すことがある。）法などが挙げられる。Ｍ
ＢＥ法を用いる場合、窒素原料としては、窒素、アンモ
ニア、およびその他の窒素化合物を気体状態で供給する
方法である気体ソース分子線エピタキシー（以下、「Ｇ
ＳＭＢＥ」と記すことがある。）法が一般的に用いられ
ている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素
原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合
には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性
状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を挙げ
ることができる。As the method for producing the 3-5 group compound semiconductor of the present invention, a molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as "MBE") method, a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as "MOE").
Sometimes referred to as "VPE". ) Law and the like. M
When the BE method is used, gas source molecular beam epitaxy (hereinafter, referred to as “G”) is a method of supplying nitrogen, ammonia, and other nitrogen compounds in a gaseous state as nitrogen raw materials.
Sometimes referred to as "SMBE". ) Method is commonly used. In this case, the nitrogen raw material is chemically inactive, and the nitrogen atom may be difficult to be taken into the crystal. In that case, by energizing the nitrogen raw material by microwaves or the like to supply it in an activated state, the nitrogen uptake efficiency can be improved.
【００１１】ＭＯＶＰＥ法を用いて本発明の３−５族化
合物半導体を製造する場合には、以下のような原料を用
いることができる。すなわち、３族原料としては、トリ
メチルガリウム〔Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＧ」と
記す。〕、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 〕
等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ
3 はアルキル基）で表されるトリアルキルガリウム；ト
リメチルアルミニウム〔Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭ
Ａ」と記す。〕、トリエチルアルミニウム〔Ａｌ（Ｃ2
Ｈ5 ）3 〕、トリイソブチルアルミニウム〔Ａｌ（ｉ−
Ｃ4 Ｈ9 ）3 〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 はアルキル基）で表されるトリアルキ
ルアルミニウム；トリメチルアミンアラン〔ＡｌＨ3 Ｎ
（ＣＨ3）3 〕；トリメチルインジウム〔Ｉｎ（Ｃ
Ｈ3 ）3 、以下「ＴＭＩ」と記す。〕トリエチルインジ
ウム〔Ｉｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉ
ｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 はアルキル基）で表され
るトリアルキルインジウム等が挙げられる。これらは単
独または混合して用いられる。When the 3-5 group compound semiconductor of the present invention is manufactured by using the MOVPE method, the following raw materials can be used. That is, as a Group 3 raw material, trimethylgallium [Ga (CH 3 ) 3 , hereinafter referred to as “TMG”. ], Triethylgallium [Ga (C 2 H 5 ) 3 ]
Such as R 1 R 2 R 3 Ga (wherein R 1 , R 2 , R
Trialkylgallium represented by the formula ( 3 is an alkyl group); trimethylaluminum [Al (CH 3 ) 3 ;
A ". ], Triethylaluminum [Al (C 2
H 5) 3], triisobutylaluminum [Al (i-
C 4 H 9 ) 3 ] and other general formulas R 1 R 2 R 3 Al (where
Trialkylaluminum represented by R 1 , R 2 and R 3 are alkyl groups; trimethylamine alane [AlH 3 N
(CH 3 ) 3 ]; Trimethylindium [In (C
H 3 ) 3 , hereinafter referred to as “TMI”. ] Triethylindium [In (C 2 H 5 ) 3 ] and other general formulas R 1 R 2 R 3 I
Examples include trialkylindium represented by n (wherein R 1 , R 2 , and R 3 are alkyl groups). These may be used alone or as a mixture.
【００１２】次に５族元素としては、アンモニア、ヒド
ラジン、メチルヒドラジン、１、１−ジメチルヒドラジ
ン、１、２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、
エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独また
は混合して用いられる。ｎ型ドーパントとしては、Ｓ
ｉ、Ｇｅ等の４族元素、Ｓ、Ｓｅ等の６族元素を用いる
ことができる。ｐ−型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどを用いることができる。Next, as group 5 elements, ammonia, hydrazine, methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine,
Examples thereof include ethylenediamine. These may be used alone or as a mixture. As the n-type dopant, S
Group IV elements such as i and Ge and group VI elements such as S and Se can be used. As the p-type dopant, Be, M
g, Zn, Cd, Hg or the like can be used.
【００１３】ＭＯＶＰＥ法の場合、Ｓｉ原料としてはシ
ラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ 2 Ｈ6 ）等、Ｇｅ原
料としてはゲラン（ＧｅＨ4 ）等、Ｓ原料としては、硫
化水素（Ｈ2 Ｓ）、ジメチル硫黄〔（ＣＨ3 ）2 Ｓ〕、
ジエチル硫黄〔（Ｃ2 Ｈ5 ） 2 Ｓ〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2
Ｓ（ただしＲ1 、Ｒ2 はアルキル基）で表されるジアル
キル硫黄、Ｓｅ原料としては、セレン化化水素（Ｈ2 Ｓ
ｅ）、ジメチルセレン〔（ＣＨ3 ）2 Ｓｅ〕、ジエチル
セレン〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｓｅ〕、等の一般式Ｒ 1 Ｒ2 Ｓ
ｅ（ただしＲ1 、Ｒ2 はアルキル基）で表されるジアル
キルセレン等が挙げられる。In the case of MOVPE method, Si raw material is
Run (SiHFour), Disilane (Si 2H6) Etc., Ge Hara
As a fee, Gelan (GeHFour) Etc.
Hydrogen fluoride (H2S), dimethyl sulfur [(CH3)2S],
Diethyl sulfur [(C2HFive) 2General formula R such as S]1R2
S (however R1, R2Is an alkyl group)
As a raw material for kill sulfur and Se, hydrogen selenide (H2S
e), dimethyl selenium [(CH3)2Se], diethyl
Selenium [(C2HFive)2Se], etc. 1R2S
e (however R1, R2Is an alkyl group)
Kirselenium etc. are mentioned.
【００１４】Ｚｎ原料としては、ジメチル亜鉛〔（ＣＨ
3 ）2 Ｚｎ〕、ジエチル亜鉛〔（Ｃ 2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ〕等
の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｚｎ（Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基）で表
されるアルキル亜鉛などが挙げられる。Ｍｇ原料として
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ
5 ）2Ｍｇ〕、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2Ｍｇ、以下ＭＣｐ2 Ｍｇ
と記すことがある。〕、ビスイソプロピルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム〔（ｉ−Ｃ3 Ｈ7 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍ
ｇ〕などが挙げられる。Ｃｄ用原料としては、ジメチル
カドミウム〔（ＣＨ3 ）2 Ｃｄ〕等の一般式Ｒ 1 Ｒ2 Ｃ
ｄ（Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基）で表されるアルキルカド
ミウムなどが挙げられる。Ｂｅ用原料としては、ジエチ
ルベリリウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｂｅ〕、ビスメチルシク
ロペンタジエニルベリリウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｂ
ｅ〕などが挙げられる。Ｈｇ用原料としては、ジメチル
水銀〔（ＣＨ3 ）2 Ｈｇ〕、ジエチル水銀〔（Ｃ
2 Ｈ5 ）2 Ｈｇ〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｈｇ（Ｒ1 、Ｒ2
はアルキル基）で表されるアルキル水銀などが挙げられ
る。As a Zn raw material, dimethyl zinc [(CH
3)2Zn], diethyl zinc [(C 2HFive)2Zn] etc.
The general formula R1R2Zn (R1, R2Is an alkyl group)
Alkyl zinc and the like are included. As a Mg raw material
Is biscyclopentadienyl magnesium [(CFiveH
Five)2Mg], bismethylcyclopentadienyl magne
Cium [(CH3CFiveHFour)2Mg, below MCp2Mg
May be written. ], Bisisopropylcyclopenta
Dienyl magnesium [(i-C3H7CFiveHFour)2M
g] and the like. As the raw material for Cd, dimethyl
Cadmium [(CH3)2General formula R such as Cd] 1R2C
d (R1, R2Is an alkyl group represented by
Mium and the like. As a raw material for Be,
Ruberylium [(C2HFive)2Be], bismethylsik
Lopentadienyl beryllium [(CH3CFiveHFour)2B
e] and the like. As a raw material for Hg, dimethyl
Mercury [(CH3)2Hg], diethyl mercury [(C
2HFive)2General formula R such as Hg]1R2Hg (R1, R2
Is an alkyl group, etc.
It
【００１５】前記の揮発性原料は、その状態の性状に応
じて適当な供給手段を用いることができる。すなわち液
体、昇華性固体の物質では、充分に精製された水素や窒
素などをキャリアガスとしてこれら原料中を通過させ、
これらの原料の蒸気を含んだキャリアガスを反応炉に導
くことができる。また原料が気体の場合には、原料を圧
縮した状態でボンベ中に保持し、ボンベからの圧力で反
応炉に導くことができる。また濃度を調整するために、
充分精製された水素、窒素等のガスに希釈したものを用
いることもできる。ドープされた該化合物半導体は、必
要に応じて電子線照射や熱アニール処理などを施して、
より低抵抗にすることができる。本発明の発光素子は、
前記の本発明の３−５族化合物半導体を用いたものであ
り、公知の方法で作製することができる。具体的な例を
図２に示す。ここでは、基板２２の上に、順に酸化亜鉛
バッファ層２４、ｎ型不純物をドープしたＩｎＧａＡｌ
Ｎの第１の電荷注入層２５、ＩｎＧａＮ発光層２６、ｐ
型不純物をドープしたＩｎＧａＡｌＮの第２の電荷注入
層２７を成長させる。次に、第１の電荷注入層２５の上
にｎ電極２８を形成し、第２の電荷注入層２７の上にｐ
電極２９を形成する。For the volatile raw material, an appropriate supply means can be used depending on the nature of the state. That is, in the case of a liquid or sublimable solid substance, hydrogen or nitrogen, which is sufficiently purified, is passed through these raw materials as a carrier gas,
A carrier gas containing the vapor of these raw materials can be introduced into the reaction furnace. When the raw material is gas, the raw material can be held in a compressed state in a cylinder and introduced into the reaction furnace by the pressure from the cylinder. Also, to adjust the concentration,
It is also possible to use the one diluted with a sufficiently purified gas such as hydrogen or nitrogen. The doped compound semiconductor is subjected to electron beam irradiation or thermal annealing treatment, if necessary,
It can have a lower resistance. The light emitting device of the present invention is
The compound semiconductor of Group 3-5 of the present invention is used and can be manufactured by a known method. A specific example is shown in FIG. Here, a zinc oxide buffer layer 24 and an InGaAl layer doped with an n-type impurity are sequentially formed on the substrate 22.
N first charge injection layer 25, InGaN light emitting layer 26, p
A second charge injection layer 27 of InGaAlN doped with a type impurity is grown. Next, an n electrode 28 is formed on the first charge injection layer 25, and ap is formed on the second charge injection layer 27.
The electrode 29 is formed.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。なお、実施例は一つの例示であって、本発
明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良
を行いうることは言うまでもない。 実施例１ ここで用いたＭＯＶＰＥ装置の概略を図１に示す。用い
た原料はアンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩであり、
またＳｉドープのために水素で１ｐｐｍに希釈したシラ
ンガスを、ＭｇドープのためにＭＣｐ2 Ｍｇを用いた。
まず、有機洗浄により洗浄したＲ面を主面とする単結晶
のサファイア基板を高周波マグネトロンスパッタリング
装置に設置し、亜鉛ターゲットを用いて酸化亜鉛の薄膜
を約１μｍの厚さに形成した。Ａ面、Ｍ面を主面とする
半結晶のサファイア基板についても、それぞれ同様の処
理を行った。成膜の条件は、基板温度：２００℃、高周
波電力：４５０Ｗ、真空度：１．９パスカルであった。
スパッタ用ガスとして、アルゴンガスと酸素を各々１５
および５０ｓｃｃｍずつ供給した。ここでｓｃｃｍとは
気体の流量の単位で、１ｓｃｃｍは１分あたり、０℃１
気圧で１ｃｃを占める重量のガスが流れていることを示
す。こうして得た酸化亜鉛の薄膜を肉眼で観察したとこ
ろいずれも無色透明であった。また触針式段差系で表面
粗さを測定したところ、平均粗さはいずれも２０Å以下
であった。次に、酸化亜鉛薄膜を成膜したＲ面サファイ
ア基板２２をＭＯＶＰＥ装置の反応室１９に載置された
サセプタ２１に装着した。次に、常圧で窒素を反応室に
流しながら高周波加熱によりサセプタを８００℃に加熱
した。温度が安定したのち、ＳｉをドープしたＩｎ0.28
Ｇａ0.39Ａｌ0.33Ｎの第１の電荷注入層を約１μm 、Ｓ
ｉをドープしたＩｎ0.24Ｇａ0.76Ｎの発光層を約１００
０Å、ＭｇをドープしたＩｎ0.28Ｇａ0.39Ａｌ0.33Ｎの
第２の電荷注入層を約１０００Å、順次成膜した。The present invention will be described in more detail based on the following examples. Needless to say, the embodiment is merely an example, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention. Example 1 An outline of the MOVPE apparatus used here is shown in FIG. The raw materials used were ammonia, TMG, TMA, TMI,
Further, silane gas diluted to 1 ppm with hydrogen was used for Si doping, and MCp 2 Mg was used for Mg doping.
First, a single crystal sapphire substrate having an R-plane as a main surface washed by organic washing was set in a high frequency magnetron sputtering apparatus, and a zinc oxide thin film was formed to a thickness of about 1 μm using a zinc target. The same treatment was performed on the semi-crystalline sapphire substrate having the A-plane and the M-plane as the principal planes. The film forming conditions were a substrate temperature: 200 ° C., a high frequency power: 450 W, and a vacuum degree: 1.9 Pascal.
Argon gas and oxygen are used as the sputtering gas at 15 times each.
And 50 sccm each. Here, sccm is a unit of gas flow rate, and 1 sccm is 0 ° C. per minute.
It shows that a weight of gas occupying 1 cc at atmospheric pressure is flowing. When the thin films of zinc oxide thus obtained were observed with the naked eye, they were all colorless and transparent. Further, when the surface roughness was measured by a stylus type step system, the average roughness was 20 Å or less in all cases. Next, the R-plane sapphire substrate 22 on which the zinc oxide thin film was formed was mounted on the susceptor 21 placed in the reaction chamber 19 of the MOVPE apparatus. Next, the susceptor was heated to 800 ° C. by high frequency heating while flowing nitrogen into the reaction chamber at normal pressure. After the temperature was stabilized, Si-doped In 0.28
The first charge injection layer of Ga 0.39 Al 0.33 N has a thickness of about 1 μm and S
A light emitting layer of In 0.24 Ga 0.76 N doped with i
A second charge injection layer of 0 Å and In 0.28 Ga 0.39 Al 0.33 N doped with Mg was sequentially formed to a thickness of about 1000 Å.
【００１７】こうして得た半導体結晶を常圧で窒素中、
６００℃で２０分処理したのち、通常の半導体プロセス
によりｎ電極とｐ電極を成膜した。電極構造を図３に示
す。ｎ電極としてはＡｌ、ｐ電極としてＭｇとＡｕの合
金を用いた。この素子に電流を２０ｍＡ流したところい
ずれの場合も青い発光を示した。基板面から発光強度を
測定したところ１００ｃｄ／ｍ2 であった。Ａ面および
Ｍ面のサファイア基板を用いた場合も同様の効果を示
す。The semiconductor crystal thus obtained is subjected to atmospheric pressure in nitrogen,
After treatment at 600 ° C. for 20 minutes, an n electrode and a p electrode were formed by a normal semiconductor process. The electrode structure is shown in FIG. Al was used as the n-electrode, and an alloy of Mg and Au was used as the p-electrode. When a current of 20 mA was applied to this device, blue light was emitted in all cases. The emission intensity measured from the substrate surface was 100 cd / m 2 . Similar effects are exhibited when the A-plane and M-plane sapphire substrates are used.
【００１８】比較例１ サファイアＣ面〔（０００１）面〕をサファイアＲ面の
かわりに用いたことを除いては実施例１と同様にして酸
化亜鉛の薄膜を作製したところ、この酸化亜鉛の薄膜は
白濁していた。表面粗さは２００Å以上であった。さら
に、実施例１と同様にして発光素子を作製した。この素
子に電流を２０ｍＡ流したところやはり青い発光が得ら
れたが、基板側から測定した輝度は１０ｃｄ／ｍ2 であ
った。Comparative Example 1 A zinc oxide thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sapphire C plane [(0001) plane] was used instead of the sapphire R plane. Was cloudy. The surface roughness was 200 Å or more. Further, a light emitting device was produced in the same manner as in Example 1. When a current of 20 mA was applied to this device, blue light emission was also obtained, but the brightness measured from the substrate side was 10 cd / m 2 .
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明の３−５族化合物半導体は、Ｉｎ
を含む高品質で大面積の３−５族化合物半導体であり、
これを用いた発光素子は高い発光効率を有する。特に、
本発明の発光素子は、３−５族化合物半導体におけるＩ
ｎの組成が１０〜８０モル％の場合には、発光波長を紫
色及びそれより長波長の可視領域すなわち青色、緑色、
黄色、橙色などにすることができる。特に、本発明の発
光素子は、青色、緑色用として工業的に重要である。INDUSTRIAL APPLICABILITY The 3-5 group compound semiconductor of the present invention is In
It is a high-quality and large-area 3-5 group compound semiconductor containing
A light emitting device using this has high luminous efficiency. In particular,
The light emitting device of the present invention is a compound of Group 3-5 compound semiconductor
When the composition of n is 10 to 80 mol%, the emission wavelength is violet and visible region of longer wavelength, that is, blue, green,
It can be yellow, orange, etc. In particular, the light emitting device of the present invention is industrially important for blue and green.
【図１】本発明の半導体発光素子で用いる３−５族化合
物半導体の製造装置の概略図。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for producing a 3-5 group compound semiconductor used in a semiconductor light emitting device of the present invention.
【図２】実施例１で作製した発光素子の構造の概略図。2 is a schematic diagram of a structure of a light emitting element manufactured in Example 1. FIG.
【図３】実施例１で作製した電極のパターンを示す図。FIG. 3 is a view showing a pattern of electrodes manufactured in Example 1.
１・・・マスフローコントローラー ２・・・恒温層 ３・・・ＴＭＧバブラー ４・・・マスフローコントローラー ５・・・恒温層 ６・・・ＴＭＡバブラー ７・・・マスフローコントローラー ８・・・恒温層 ９・・・ＴＭＩバブラー １０・・・マスフローコントローラー １１・・・恒温層 １２・・・ＭＣｐ2 Ｍｇバブラー １３・・・シランボンベ １４・・・調圧弁 １５・・・マスフローコントローラー １６・・・アンモニアボンベ １７・・・調圧弁 １８・・・マスフローコントローラー １９・・・反応炉 ２０・・・高周波コイル ２１・・・サセプター ２２・・・基板 ２３・・・排気孔 ２４・・・ＺｎＯバッファ層 ２５・・・第１の電荷注入層（ＩｎＧａＡｌＮ） ２６・・・発光層（ＩｎＧａＮ） ２７・・・第２の電荷注入層（ＩｎＧａＡｌＮ） ２８・・・ｎ電極 ２９・・・ｐ電極1 ... Mass flow controller 2 ... Constant temperature layer 3 ... TMG bubbler 4 ... Mass flow controller 5 ... Constant temperature layer 6 ... TMA bubbler 7 ... Mass flow controller 8 ... Constant temperature layer 9 ... ..TMI bubbler 10 ... mass flow controller 11 ... constant temperature layer 12 ... MCp 2 Mg bubbler 13 ... silane cylinder 14 ... pressure regulating valve 15 ... mass flow controller 16 ... ammonia cylinder 17 ...・ Pressure regulator 18 ・ ・ ・ Mass flow controller 19 ・ ・ ・ Reactor 20 ・ ・ ・ High-frequency coil 21 ・ ・ ・ Susceptor 22 ・ ・ ・ Substrate 23 ・ ・ ・ Exhaust hole 24 ・ ・ ・ ZnO buffer layer 25 ・ ・ ・ First Charge injection layer (InGaAlN) 26 ... Emission layer (InGaN) 27 ... Second charge injection layer ( nGaAlN) 28 ··· n electrode 29 ··· p electrode
Claims (2)
との間に、バッファ層を有し、発光層が一般式Ｉｎx Ｇ
ａy Ａｌz Ｎ（式中、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ
＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される３−５族化合物半導
体であり、電荷注入層が一般式Ｉｎx'Ｇａy'Ａｌz'Ｎ
（式中０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１、０≦ｚ’＜１、
ｘ’＋ｙ’＋ｚ’＝１）で表され、発光層よりも大きな
バンドギャップを有する３−５族化合物半導体におい
て、バッファ層が酸化亜鉛の薄膜であって、基板面がサ
ファイアの、Ａ面、Ｍ面又はＲ面のいずれかであること
を特徴とする３−５族化合物半導体。1. A buffer layer is provided between a layer having a light emitting layer and a charge injection layer and a substrate, the light emitting layer having the general formula In x G 2.
a y Al z N (wherein 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z
<1, x + y + z = 1) is a 3-5 group compound semiconductor represented by the charge injection layer is the general formula In x 'Ga y' Al z 'N
(Where 0 <x'≤1, 0≤y '<1, 0≤z'<1,
x ′ + y ′ + z ′ = 1), and in the Group 3-5 compound semiconductor having a bandgap larger than that of the light emitting layer, the buffer layer is a thin film of zinc oxide, the substrate surface is sapphire, the A surface, A 3-5 group compound semiconductor, which is either M-plane or R-plane.
いた発光素子。2. A light emitting device using the Group 3-5 compound semiconductor according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7062194A JPH07283436A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Iii-v compound semiconductor and light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7062194A JPH07283436A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Iii-v compound semiconductor and light-emitting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283436A true JPH07283436A (en) | 1995-10-27 |
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ID=13436876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7062194A Pending JPH07283436A (en) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | Iii-v compound semiconductor and light-emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07283436A (en) |
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- 1994-04-08 JP JP7062194A patent/JPH07283436A/en active Pending
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