JPH11145513A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH11145513A JPH11145513A JP10256249A JP25624998A JPH11145513A JP H11145513 A JPH11145513 A JP H11145513A JP 10256249 A JP10256249 A JP 10256249A JP 25624998 A JP25624998 A JP 25624998A JP H11145513 A JPH11145513 A JP H11145513A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多色発光可能で、かつ、高輝度、高精細のフ
ラットパネルディスプレイを作製し得る半導体発光素子
の製造方法を提供する。 【解決手段】 上記の課題を解決する本発明の半導体発
光素子の製造方法は、基板上にＩｎＧａＮ系材料からな
る半導体層を積層した半導体発光素子の製造方法であっ
て、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体
層上に、前記第１半導体層よりも低い温度で成長させた
ＡｌＮあるいはＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなる
第２半導体層を形成させ、前記第２半導体層上に、前記
第２半導体層よりも高い温度で成長させたＩｎzＧａ1-z
Ｎ（０≦ｚ≦１）からなる第３半導体層を形成させるこ
とを特徴とする。
ラットパネルディスプレイを作製し得る半導体発光素子
の製造方法を提供する。 【解決手段】 上記の課題を解決する本発明の半導体発
光素子の製造方法は、基板上にＩｎＧａＮ系材料からな
る半導体層を積層した半導体発光素子の製造方法であっ
て、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体
層上に、前記第１半導体層よりも低い温度で成長させた
ＡｌＮあるいはＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなる
第２半導体層を形成させ、前記第２半導体層上に、前記
第２半導体層よりも高い温度で成長させたＩｎzＧａ1-z
Ｎ（０≦ｚ≦１）からなる第３半導体層を形成させるこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度、高精細の
半導体発光素子の製造方法に関する。
半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）は、明るいと
ころでも見やすく、各種表示ランプなどのディスプレイ
装置に広く用いられている。緑、黄緑のＬＥＤとしては
発光部にＮをドープしたＧａＰを用いた素子、黄色のＬ
ＥＤとしては発光部にＮをドープしたＧａＡｓＰを用い
た素子、赤のＬＥＤとしては発光部にＺｎ−Ｏをドープ
したＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓを用いた素子があ
り、それぞれ製品化されている。
ころでも見やすく、各種表示ランプなどのディスプレイ
装置に広く用いられている。緑、黄緑のＬＥＤとしては
発光部にＮをドープしたＧａＰを用いた素子、黄色のＬ
ＥＤとしては発光部にＮをドープしたＧａＡｓＰを用い
た素子、赤のＬＥＤとしては発光部にＺｎ−Ｏをドープ
したＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓを用いた素子があ
り、それぞれ製品化されている。
【０００３】しかし、上記ＬＥＤは、以下のような欠点
を有する。すなわち、ＧａＰ，ＧａＡｓＰは間接遷移型
の半導体であり、不純物を添加して発光中心を形成して
いるため、この発光中心の濃度が低くなる。従って、電
流を増加すると発光出力がすぐに飽和してしまい、高輝
度が得られない。また、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦
１）は、ストップランプなどの高輝度ＬＥＤとして使用
されているが、Ａｌ組成比ｘが０．４５より大きくなる
と間接遷移となる。よって、Ａｌ組成比が増大するほ
ど、すなわち発光波長が短くなるほど効率が低下する。
さらに、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ系の半導体
では、青色発光が得られない。
を有する。すなわち、ＧａＰ，ＧａＡｓＰは間接遷移型
の半導体であり、不純物を添加して発光中心を形成して
いるため、この発光中心の濃度が低くなる。従って、電
流を増加すると発光出力がすぐに飽和してしまい、高輝
度が得られない。また、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦
１）は、ストップランプなどの高輝度ＬＥＤとして使用
されているが、Ａｌ組成比ｘが０．４５より大きくなる
と間接遷移となる。よって、Ａｌ組成比が増大するほ
ど、すなわち発光波長が短くなるほど効率が低下する。
さらに、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ系の半導体
では、青色発光が得られない。
【０００４】全波長領域で直接遷移型である半導体材料
として、ＩｎＧａＮ系材料の研究が進められている。Ｉ
ｎＧａＮでは、図７に示すようにＩＩＩ族の組成を変え
ることにより赤から紫外の発光を得ることができる。特
に、サファイア基板とＧａＮを用いてなる素子の研究が
進められている。例えば、Appl.Phys.Lett.48(1986)p.3
53に示されるように、サファイア基板とＧａＮの間にＡ
ｌＮからなるバッファ層を導入することにより、良好な
ＧａＮの結晶が得られる。また、Jpn.J.Appl.Phys.30(1
991)L1705に示されるように、サファイア基板とＧａＮ
との間に低温成長のＧａＮからなるバッファ層を導入す
ることにより良好なＧａＮの結晶が得られる。さらに、
Jpn.J.Appl.Phys.28(1989)L2112に示されるように、Ｍ
ｇドープＧａＮに電子線を照射することにより、ｐ型Ｇ
ａＮが得られ、高輝度の青色ＬＥＤが得られている。
として、ＩｎＧａＮ系材料の研究が進められている。Ｉ
ｎＧａＮでは、図７に示すようにＩＩＩ族の組成を変え
ることにより赤から紫外の発光を得ることができる。特
に、サファイア基板とＧａＮを用いてなる素子の研究が
進められている。例えば、Appl.Phys.Lett.48(1986)p.3
53に示されるように、サファイア基板とＧａＮの間にＡ
ｌＮからなるバッファ層を導入することにより、良好な
ＧａＮの結晶が得られる。また、Jpn.J.Appl.Phys.30(1
991)L1705に示されるように、サファイア基板とＧａＮ
との間に低温成長のＧａＮからなるバッファ層を導入す
ることにより良好なＧａＮの結晶が得られる。さらに、
Jpn.J.Appl.Phys.28(1989)L2112に示されるように、Ｍ
ｇドープＧａＮに電子線を照射することにより、ｐ型Ｇ
ａＮが得られ、高輝度の青色ＬＥＤが得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような直接遷移型のＩｎＧａＮを用いた発光素子を実現
するためには、複数の化合物半導体層を連続成長させる
必要がある。複数のＩＩＩ族の組成の異なる半導体層を
連続成長させていくと、生じた格子歪が格子欠陥を誘発
し、ピット（穴）、クラック（ひび割れ）により発光効
率が低下する。特に、窒化物系化合物半導体層の場合に
は、原子間の結合力が強いので、積層すればするほど格
子歪みによる格子欠陥が多くなる問題があった。
ような直接遷移型のＩｎＧａＮを用いた発光素子を実現
するためには、複数の化合物半導体層を連続成長させる
必要がある。複数のＩＩＩ族の組成の異なる半導体層を
連続成長させていくと、生じた格子歪が格子欠陥を誘発
し、ピット（穴）、クラック（ひび割れ）により発光効
率が低下する。特に、窒化物系化合物半導体層の場合に
は、原子間の結合力が強いので、積層すればするほど格
子歪みによる格子欠陥が多くなる問題があった。
【０００６】本発明は、上記問題点を解決しようとする
ものであり、化合物半導体層を連続成長させる時の格子
歪を緩和して積層させ、高輝度、高精細の半導体発光素
子の製造方法を提供することを目的とする。
ものであり、化合物半導体層を連続成長させる時の格子
歪を緩和して積層させ、高輝度、高精細の半導体発光素
子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体発光
素子の製造方法では、基板上にＩｎＧａＮ系材料からな
る半導体層を積層した半導体発光素子の製造方法であっ
て、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体
層上に、前記第１半導体層よりも低い温度で成長させた
ＡｌＮあるいはＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなる
第２半導体層を形成させ、前記第２半導体層上に、前記
第２半導体層よりも高い温度で成長させたＩｎzＧａ1-z
Ｎ（０≦ｚ≦１）からなる第３半導体層を形成させるこ
とを特徴とする。
素子の製造方法では、基板上にＩｎＧａＮ系材料からな
る半導体層を積層した半導体発光素子の製造方法であっ
て、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体
層上に、前記第１半導体層よりも低い温度で成長させた
ＡｌＮあるいはＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなる
第２半導体層を形成させ、前記第２半導体層上に、前記
第２半導体層よりも高い温度で成長させたＩｎzＧａ1-z
Ｎ（０≦ｚ≦１）からなる第３半導体層を形成させるこ
とを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【０００９】（実施例１）図３は本発明の実施例１の半
導体発光素子を示す断面図である。この半導体素子は、
サファイア基板１の（０００１）面上に、ＡｌＮまたは
ＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧ
ａ1-xＮ層３、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４、
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープ
ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ
1-xＮ層６、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層
２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７およびＭｇドー
プ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８が積層形成されている。該
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープ
ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ
1-xＮ層６、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層
２、Ｓｉドープｎ−ＩｎＮ層７およびＭｇドープ高抵抗
ＩｎＮ層８は、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４お
よびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６が露出するよ
うに部分的に除去されている。Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ層８の一部、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-x
Ｎ層４およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６の露
出部分は、ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａとして形成され、
ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａの上には、ｐ型Ａｌ電極１
０、１１、１２が設けられ、半導体を露出させなかった
方の側面には、ｎ型Ａｌ電極９が設けられている。
導体発光素子を示す断面図である。この半導体素子は、
サファイア基板１の（０００１）面上に、ＡｌＮまたは
ＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧ
ａ1-xＮ層３、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４、
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープ
ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ
1-xＮ層６、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層
２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７およびＭｇドー
プ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８が積層形成されている。該
ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープ
ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ
1-xＮ層６、ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層
２、Ｓｉドープｎ−ＩｎＮ層７およびＭｇドープ高抵抗
ＩｎＮ層８は、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４お
よびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６が露出するよ
うに部分的に除去されている。Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ層８の一部、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-x
Ｎ層４およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６の露
出部分は、ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａとして形成され、
ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａの上には、ｐ型Ａｌ電極１
０、１１、１２が設けられ、半導体を露出させなかった
方の側面には、ｎ型Ａｌ電極９が設けられている。
【００１０】実施例１の半導体素子を図１から３を参照
して説明する。まず、図１に示すように、サファイア基
板１を基板温度１１５０℃でサーマルクリーニングし
た。その後、基板温度を６００℃に下げ、サファイア基
板１の（０００１）面上に、ＡｌＮまたはＧａＮからな
るバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度を８００
℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層３およびＭ
ｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４を成長させた。次
に、基板温度を６００℃に下げ、ＡｌＮまたはＧａＮか
らなるバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度を８
００℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５およ
びＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６を成長させた。
さらに、基板温度を６００℃に下げ、ＡｌＮまたはＧａ
Ｎからなるバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度
を８００℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７
およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８を成長させ
た。
して説明する。まず、図１に示すように、サファイア基
板１を基板温度１１５０℃でサーマルクリーニングし
た。その後、基板温度を６００℃に下げ、サファイア基
板１の（０００１）面上に、ＡｌＮまたはＧａＮからな
るバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度を８００
℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層３およびＭ
ｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４を成長させた。次
に、基板温度を６００℃に下げ、ＡｌＮまたはＧａＮか
らなるバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度を８
００℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５およ
びＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６を成長させた。
さらに、基板温度を６００℃に下げ、ＡｌＮまたはＧａ
Ｎからなるバッファ層２を成長させ、続いて、基板温度
を８００℃に上げ、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７
およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８を成長させ
た。
【００１１】上記各半導体層の成長方法としては、ＭＯ
ＣＶＤ法（有機金属化合物気相成長法）、ガスソースＭ
ＢＥ法（分子線エピタキシー法）が好ましい。上記各半
導体層を形成する原子のソースおよびドーパント材料と
しては、以下の化合物を用いることができる。
ＣＶＤ法（有機金属化合物気相成長法）、ガスソースＭ
ＢＥ法（分子線エピタキシー法）が好ましい。上記各半
導体層を形成する原子のソースおよびドーパント材料と
しては、以下の化合物を用いることができる。
【００１２】Ｇａソース：トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）など、Ａｌソ
ース：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエ
チルアルミニウム（ＴＥＡ）など、Ｉｎソース：トリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム
（ＴＥＩ）など、Ｎソース：アンモニア（ＮＨ3）な
ど、ドーパント材料：シラン（ＳｉＨ4）（ｎ型ドーパ
ント用）およびビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）（ｐ型ドーパント用）など。
Ｇ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）など、Ａｌソ
ース：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエ
チルアルミニウム（ＴＥＡ）など、Ｉｎソース：トリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム
（ＴＥＩ）など、Ｎソース：アンモニア（ＮＨ3）な
ど、ドーパント材料：シラン（ＳｉＨ4）（ｎ型ドーパ
ント用）およびビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）（ｐ型ドーパント用）など。
【００１３】次に、図２に示すようにドライエッチング
または選択エッチングにより、ＡｌＮまたはＧａＮから
なるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層
５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６、ＡｌＮまた
はＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ層７およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ
層８を、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４およびＭ
ｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６が露出するように部
分的に除去した。
または選択エッチングにより、ＡｌＮまたはＧａＮから
なるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層
５、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６、ＡｌＮまた
はＧａＮからなるバッファ層２、Ｓｉドープｎ−Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ層７およびＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ
層８を、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４およびＭ
ｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６が露出するように部
分的に除去した。
【００１４】さらに、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ
層８の一部、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４およ
びＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６の露出部分に、
電子の到達深さが０．５μｍ程度になるように電子線を
照射し、ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａを形成した。
層８の一部、Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４およ
びＭｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６の露出部分に、
電子の到達深さが０．５μｍ程度になるように電子線を
照射し、ｐ型領域４ａ、６ａ、８ａを形成した。
【００１５】続いて、図３に示すように、ｐ型領域４
ａ、６ａ、８ａの上に、５００μｍφのｐ型Ａｌ電極１
０、１１、１２を、また、半導体層を露出させなかった
方の側面に、ｎ型Ａｌ電極９を蒸着する。各Ａｌ電極形
成後、ダイシングによりチップに分割し、半導体発光素
子とした。
ａ、６ａ、８ａの上に、５００μｍφのｐ型Ａｌ電極１
０、１１、１２を、また、半導体層を露出させなかった
方の側面に、ｎ型Ａｌ電極９を蒸着する。各Ａｌ電極形
成後、ダイシングによりチップに分割し、半導体発光素
子とした。
【００１６】上記のような直接遷移型のＩｎＧａＮを用
いて多波長発光素子を実現するためには、ＩＩＩ族の組
成が異なる半導体層を連続成長させる必要がある。しか
し、図７に示すように、格子定数に違いがあるため、連
続成長させた場合には格子歪が生じる。格子歪は格子欠
陥を誘発し、ピット（穴）、クラック（ひび割れ）によ
り発光効率が低下する。そこで、本発明の半導体素子は
各半導体層の間にＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ
層を介装している。そのバッファ層により、上記格子歪
を緩和することができる。
いて多波長発光素子を実現するためには、ＩＩＩ族の組
成が異なる半導体層を連続成長させる必要がある。しか
し、図７に示すように、格子定数に違いがあるため、連
続成長させた場合には格子歪が生じる。格子歪は格子欠
陥を誘発し、ピット（穴）、クラック（ひび割れ）によ
り発光効率が低下する。そこで、本発明の半導体素子は
各半導体層の間にＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ
層を介装している。そのバッファ層により、上記格子歪
を緩和することができる。
【００１７】また、各半導体層を連続成長させた場合、
各層の発光を分離、制御するための素子構造が必要であ
る。そこで、本発明の半導体発光素子の製造方法では、
上方の半導体層の一部を欠落させて下方の半導体層を露
出させるエッチング工程と、露出された部分に荷電粒子
を照射する工程とを含む。このため、各半導体層の発光
部が分離独立して形成され、よって、発光を分離制御す
ることができる。
各層の発光を分離、制御するための素子構造が必要であ
る。そこで、本発明の半導体発光素子の製造方法では、
上方の半導体層の一部を欠落させて下方の半導体層を露
出させるエッチング工程と、露出された部分に荷電粒子
を照射する工程とを含む。このため、各半導体層の発光
部が分離独立して形成され、よって、発光を分離制御す
ることができる。
【００１８】各半導体層バッファ層の詳細は以下の通り
とした。
とした。
【００１９】ＡｌＮバッファ層２：厚み５００オングス
トローム Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層３：Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ、厚み２μｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４：Ｉｎ0.3Ｇａ0.7
Ｎ、厚み０．５μｍ Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５：Ｉｎ0.7Ｇａ
0.3Ｎ、厚み１μｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６：Ｉｎ0.7Ｇａ0.3
Ｎ、厚み０．５μｍ Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７：ＩｎＮ、厚み１μ
ｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８：ＩｎＮ、厚み
０．５μｍ 各半導体層は、ピット、クラックなどの格子欠陥が見ら
れなかった。
トローム Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層３：Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ、厚み２μｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層４：Ｉｎ0.3Ｇａ0.7
Ｎ、厚み０．５μｍ Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層５：Ｉｎ0.7Ｇａ
0.3Ｎ、厚み１μｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層６：Ｉｎ0.7Ｇａ0.3
Ｎ、厚み０．５μｍ Ｓｉドープｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ層７：ＩｎＮ、厚み１μ
ｍ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎxＧａ1-xＮ層８：ＩｎＮ、厚み
０．５μｍ 各半導体層は、ピット、クラックなどの格子欠陥が見ら
れなかった。
【００２０】本実施例の半導体発光素子においては、
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
【００２１】（実施例２）図４（ａ）は本発明の実施例
２の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図４（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
２の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図４（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
【００２２】実施例２の半導体発光素子のバッファ層４
０ａ、４０ｂ、４０ｃは、２０オングストロームのＡｌ
Ｎ層４１と２０オングストロームのＩｎyＧａ1-yＮ（０
≦ｙ≦１）層４２とを交互に積層してなる多層体であ
る。
０ａ、４０ｂ、４０ｃは、２０オングストロームのＡｌ
Ｎ層４１と２０オングストロームのＩｎyＧａ1-yＮ（０
≦ｙ≦１）層４２とを交互に積層してなる多層体であ
る。
【００２３】この実施例では、ｙの値は、バッファ層４
０ａでは０．３、バッファ層４０ｂでは０．７、バッフ
ァ層４０ｃでは１．０としてある。
０ａでは０．３、バッファ層４０ｂでは０．７、バッフ
ァ層４０ｃでは１．０としてある。
【００２４】この半導体発光素子は、バッファ層とし
て、ＡｌＮバッファ層４１とＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）バッファ層４２とを交互に積層させた以外は、実施
例１と同様の構成とし、同様の成長方法で作成した。
て、ＡｌＮバッファ層４１とＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）バッファ層４２とを交互に積層させた以外は、実施
例１と同様の構成とし、同様の成長方法で作成した。
【００２５】各半導体層は、ピット、クラックなどの格
子欠陥が見られなかった。
子欠陥が見られなかった。
【００２６】このバッファ層は超格子構造になっている
ため、実施例１のバッファ層より、さらに格子歪の緩和
効果が高く、また、サーマルクリーニングなどによって
除去されない不純物などが基板上に残留していても、そ
の不純物は超格子にトラップされるので、その悪影響を
除くことができる。
ため、実施例１のバッファ層より、さらに格子歪の緩和
効果が高く、また、サーマルクリーニングなどによって
除去されない不純物などが基板上に残留していても、そ
の不純物は超格子にトラップされるので、その悪影響を
除くことができる。
【００２７】本実施例の半導体発光素子においては、
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
【００２８】（実施例３）図５（ａ）は本発明の実施例
３の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図５（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
３の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図５（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
【００２９】実施例３の半導体発光素子のバッファ層５
０ａ、５０ｂ、５０ｃは、ＩｎＧａＮ層の厚みを変えた
以外は実施例２の半導体発光素子のバッファ層４０ａ、
４０ｂ、４０ｃと同様の構成である。具体的には、以下
のような構成となっている。ＡｌＮ層５１の上のＩｎy
Ｇａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５２は２０オングストロー
ムであり、その上のＡｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１）層５３は３０オングストロームであり、
その上のＡｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）層５４は４０オングストロームであり、その上のＡ
ｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５５
は９０オングストロームであり、その上のＡｌＮ層５１
の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５６は１００オ
ングストロームというように、ＡｌＮ層５１とＩｎyＧ
ａ1-yＮ層（０≦ｙ≦１）とを積層してなる。
０ａ、５０ｂ、５０ｃは、ＩｎＧａＮ層の厚みを変えた
以外は実施例２の半導体発光素子のバッファ層４０ａ、
４０ｂ、４０ｃと同様の構成である。具体的には、以下
のような構成となっている。ＡｌＮ層５１の上のＩｎy
Ｇａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５２は２０オングストロー
ムであり、その上のＡｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１）層５３は３０オングストロームであり、
その上のＡｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）層５４は４０オングストロームであり、その上のＡ
ｌＮ層５１の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５５
は９０オングストロームであり、その上のＡｌＮ層５１
の上のＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５６は１００オ
ングストロームというように、ＡｌＮ層５１とＩｎyＧ
ａ1-yＮ層（０≦ｙ≦１）とを積層してなる。
【００３０】この半導体発光素子は、バッファ層とし
て、ＡｌＮ層５１とＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５
２、５３、５４・・・５５、５６とを交互に積層させた
以外は、実施例１と同様にして作成した。
て、ＡｌＮ層５１とＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層５
２、５３、５４・・・５５、５６とを交互に積層させた
以外は、実施例１と同様にして作成した。
【００３１】各半導体層は、ピット、クラックなどの格
子欠陥が見られなかった。このバッファ層は実施例２と
同様に、超格子構造になっているため、実施例１のバッ
ファ層より、さらに格子歪の緩和効果が高い。本実施例
の半導体発光素子においては、赤、緑、青の高効率、高
輝度な発光が得られた。
子欠陥が見られなかった。このバッファ層は実施例２と
同様に、超格子構造になっているため、実施例１のバッ
ファ層より、さらに格子歪の緩和効果が高い。本実施例
の半導体発光素子においては、赤、緑、青の高効率、高
輝度な発光が得られた。
【００３２】（実施例４）図６（ａ）は本発明の実施例
４の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図６（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
４の半導体発光素子の露出部分を形成する前の状態を示
す断面図であり、図６（ｂ）はその半導体発光素子のバ
ッファ層を示す断面図である。
【００３３】実施例４の半導体発光素子のバッファ層６
０ａ、６０ｂ、６０ｃは、ＡｌＮまたはＧａＮからなる
層６１とＡｌＮ層６２およびＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）層６３とを積層してなる。この実施例では、ｙの値
は、バッファ層４０ａでは０．３、バッファ層４０ｂで
は０．７、バッファ層４０ｃでは１．０としてある。
０ａ、６０ｂ、６０ｃは、ＡｌＮまたはＧａＮからなる
層６１とＡｌＮ層６２およびＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦
１）層６３とを積層してなる。この実施例では、ｙの値
は、バッファ層４０ａでは０．３、バッファ層４０ｂで
は０．７、バッファ層４０ｃでは１．０としてある。
【００３４】この半導体発光素子は、バッファ層とし
て、ＡｌＮ層６１と、ＡｌＮ層６２およびＩｎyＧａ1-y
Ｎ（０≦ｙ≦１）層６３とを交互に積層させた以外は、
実施例１と同様にして作成した。
て、ＡｌＮ層６１と、ＡｌＮ層６２およびＩｎyＧａ1-y
Ｎ（０≦ｙ≦１）層６３とを交互に積層させた以外は、
実施例１と同様にして作成した。
【００３５】各半導体層は、ピット、クラックなどの格
子欠陥が見られなかった。
子欠陥が見られなかった。
【００３６】このバッファ層は実施例２と同様に、超格
子構造になっているため、実施例１のバッファ層より、
さらに格子歪の緩和効果が高い。
子構造になっているため、実施例１のバッファ層より、
さらに格子歪の緩和効果が高い。
【００３７】本実施例の半導体発光素子においては、
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
赤、緑、青の高効率、高輝度な発光が得られた。
【００３８】なお、上記実施例では、赤、緑、青の三原
色の半導体発光素子について述べたが、半導体層のＩＩ
Ｉ族元素の組成を変えることにより、赤から紫外領域ま
での発光が得られる。例えば、ｘ＝０．７５ならば、黄
色の半導体発光素子が、ｘ＝０．９ならば、オレンジ色
の半導体発光素子が、ｘ＝０ならば、紫外域の半導体発
光素子が得られる。
色の半導体発光素子について述べたが、半導体層のＩＩ
Ｉ族元素の組成を変えることにより、赤から紫外領域ま
での発光が得られる。例えば、ｘ＝０．７５ならば、黄
色の半導体発光素子が、ｘ＝０．９ならば、オレンジ色
の半導体発光素子が、ｘ＝０ならば、紫外域の半導体発
光素子が得られる。
【００３９】また、基板としては、サファイア基板を用
いたが、それ以外に半絶縁性のＺｎＯ基板またはＳｉＣ
基板などを用いることができる。
いたが、それ以外に半絶縁性のＺｎＯ基板またはＳｉＣ
基板などを用いることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、直接遷移型のＩｎＧａＮを格子歪みを緩和して
積層できるので、高輝度、高効率の発光が得られる半導
体発光素子の製造方法を提供できる。
よれば、直接遷移型のＩｎＧａＮを格子歪みを緩和して
積層できるので、高輝度、高効率の発光が得られる半導
体発光素子の製造方法を提供できる。
【図１】本発明の実施例１の半導体発光素子の製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の半導体発光素子の製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の半導体発光素子を示す断面
図である。
図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施例２の半導体発光素子の
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例２の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例２の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施例３の半導体発光素子の
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例３の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例３の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施例４の半導体発光素子の
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例４の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
露出部分を形成する前の状態を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施例４の半導体発光素子のバッファ
層を示す断面図である。
【図７】ＩｎxＧａ1-xＮのＩＩＩ族元素の組成と格子定
数との関係およびエネルギーギャップとの関係を表す図
である。
数との関係およびエネルギーギャップとの関係を表す図
である。
１ サファイア基板 ２ ＡｌＮまたはＧａＮからなるバッファ層 ３ Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ層 ４ Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ層 ５ Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ｎ層 ６ Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ0.7Ｇａ0.3Ｎ層 ７ Ｓｉドープｎ−ＩｎＮ層 ８ Ｍｇドープ高抵抗ＩｎＮ層 ４ａ、６ａ、８ａ ｐ型領域 １０、１１、１２ ｐ型Ａｌ電極 ９ ｎ型Ａｌ電極 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ ＡｌＮ層／ＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１）層の周期的多層体からなるバッファ層 ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ ＡｌＮ層／ＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１）層の不規則多層体からなるバッファ層 ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ ＡｌＮまたはＧａＮからなる
層とＡｌＮ層／ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層の周期
的多層体とからなるバッファ層 ４１、５１、６１、６３ ＡｌＮバッファ層 ４２、５２、５３、５４、５５、５６、６２ ＩｎyＧ
ａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）バッファ層
（０≦ｙ≦１）層の周期的多層体からなるバッファ層 ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ ＡｌＮ層／ＩｎyＧａ1-yＮ
（０≦ｙ≦１）層の不規則多層体からなるバッファ層 ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ ＡｌＮまたはＧａＮからなる
層とＡｌＮ層／ＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）層の周期
的多層体とからなるバッファ層 ４１、５１、６１、６３ ＡｌＮバッファ層 ４２、５２、５３、５４、５５、５６、６２ ＩｎyＧ
ａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）バッファ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細羽 弘之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 大林 健 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 須山 尚宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上にＩｎＧａＮ系材料からなる半導
体層を積層した半導体発光素子の製造方法であって、 ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体層上
に、前記第１半導体層よりも低い温度で成長させたＡｌ
ＮあるいはＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）からなる第２
半導体層を形成させ、 前記第２半導体層上に、前記第２半導体層よりも高い温
度で成長させたＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）からなる
第３半導体層を形成させる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 |
|---|---|---|---|
| JP25624998A JP3122644B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25624998A JP3122644B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 半導体発光素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20402792A Division JP2875437B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145513A true JPH11145513A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3122644B2 JP3122644B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=17290020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25624998A Expired - Lifetime JP3122644B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3122644B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-09-10 JP JP25624998A patent/JP3122644B2/ja not_active Expired - Lifetime
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