JPH11220169A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH11220169A JPH11220169A JP3662098A JP3662098A JPH11220169A JP H11220169 A JPH11220169 A JP H11220169A JP 3662098 A JP3662098 A JP 3662098A JP 3662098 A JP3662098 A JP 3662098A JP H11220169 A JPH11220169 A JP H11220169A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のダブルヘテロ型のＬＥＤは、ＧａＩｎＮ
活性層中のＩｎモル分率を減少させることにより発光波
長を紫外に近づけると発光出力が減少する。 【解決手段】ＧａＩｎＮ活性層よりも下に、ピットを持
つ歪み緩和層を設け、その層の上にＧａＩｎＮ活性層を
積層させることにした。これにより、ＧａＩｎＮ活性層
内に局所的に歪みの強弱ができるようになり、Ｉｎモル
分率が低いほど発生し易かったＧａＩｎＮ活性層内の歪
みが緩和されるようになった。このため、Ｉｎのモル分
率を減少させても、発光に直接寄与する電子の局在準位
が形成されにくくならず、発光出力が維持できるように
なった。また、歪み緩和層に不純物を添加することで歪
み緩和層に電気伝導性を付与して、ピットの先端に静電
気による高電界が形成されるのを防いだ。これにより、
活性層における絶縁破壊を防止し、ＬＥＤの寿命が維持
できるようにした。
活性層中のＩｎモル分率を減少させることにより発光波
長を紫外に近づけると発光出力が減少する。 【解決手段】ＧａＩｎＮ活性層よりも下に、ピットを持
つ歪み緩和層を設け、その層の上にＧａＩｎＮ活性層を
積層させることにした。これにより、ＧａＩｎＮ活性層
内に局所的に歪みの強弱ができるようになり、Ｉｎモル
分率が低いほど発生し易かったＧａＩｎＮ活性層内の歪
みが緩和されるようになった。このため、Ｉｎのモル分
率を減少させても、発光に直接寄与する電子の局在準位
が形成されにくくならず、発光出力が維持できるように
なった。また、歪み緩和層に不純物を添加することで歪
み緩和層に電気伝導性を付与して、ピットの先端に静電
気による高電界が形成されるのを防いだ。これにより、
活性層における絶縁破壊を防止し、ＬＥＤの寿命が維持
できるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に窒化ガリ
ウム系化合物半導体から成る層が積層された発光素子及
びその製造方法に関し、特にその発光出力を大きくする
構造を持つ発光素子及びその製造方法に関する。
ウム系化合物半導体から成る層が積層された発光素子及
びその製造方法に関し、特にその発光出力を大きくする
構造を持つ発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３に従来の技術により製造された窒化
ガリウム系化合物半導体から成る発光素子の断面図を示
す。本素子１００は、ダブルヘテロ型の青色ＬＥＤであ
り、有機金属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）
により製造されたものである。図３に示すように、本素
子１００は、サファイヤ基板１０、ＡｌＮバッファ層１
１、ｎ型ＧａＮクラッド層１２、ＧａＩｎＮ活性層１
３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１５、正電極１６Ａ、負電極１６Ｂ、電極パッド
１７より構成されている。
ガリウム系化合物半導体から成る発光素子の断面図を示
す。本素子１００は、ダブルヘテロ型の青色ＬＥＤであ
り、有機金属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）
により製造されたものである。図３に示すように、本素
子１００は、サファイヤ基板１０、ＡｌＮバッファ層１
１、ｎ型ＧａＮクラッド層１２、ＧａＩｎＮ活性層１
３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１５、正電極１６Ａ、負電極１６Ｂ、電極パッド
１７より構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、光を放出する
活性層がＧａＩｎＮにより形成されている従来のダブル
ヘテロ型のＬＥＤでは、図３のＧａＩｎＮ活性層１３の
Ｉｎモル分率を減少させることにより、発光波長を紫外
に近づけるにつれて、素子１００の発光出力が減少して
いた。これは、ＭＯＶＰＥによるダブルヘテロ型のＬＥ
Ｄ製造時には、ＧａＩｎＮ活性層１３内に発光出力を維
持する上で望ましくない応力が発生し易く、Ｉｎがこの
時の歪みを緩和しこの応力を抑制する役割を果たしてい
るためだと考えられる。即ち、素子１００は、この歪み
を緩和するＩｎの減少により、ＩｎＧａＮ活性層１３内
に存在する発光に直接寄与する電子の局在準位が形成さ
れにくくなるために、発光出力を維持することができな
いものと思われる。
活性層がＧａＩｎＮにより形成されている従来のダブル
ヘテロ型のＬＥＤでは、図３のＧａＩｎＮ活性層１３の
Ｉｎモル分率を減少させることにより、発光波長を紫外
に近づけるにつれて、素子１００の発光出力が減少して
いた。これは、ＭＯＶＰＥによるダブルヘテロ型のＬＥ
Ｄ製造時には、ＧａＩｎＮ活性層１３内に発光出力を維
持する上で望ましくない応力が発生し易く、Ｉｎがこの
時の歪みを緩和しこの応力を抑制する役割を果たしてい
るためだと考えられる。即ち、素子１００は、この歪み
を緩和するＩｎの減少により、ＩｎＧａＮ活性層１３内
に存在する発光に直接寄与する電子の局在準位が形成さ
れにくくなるために、発光出力を維持することができな
いものと思われる。
【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、発光波長を紫外に近づ
けても発光出力を維持することができる構造を持つ発光
素子を提供することである。
されたものであり、その目的は、発光波長を紫外に近づ
けても発光出力を維持することができる構造を持つ発光
素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の手段は、基板上に
窒化ガリウム系化合物半導体から成る層が積層された発
光素子において、光を放出する活性層を含む前記基板か
ら前記活性層までの少なくとも一つの層に、前記基板上
に成長する層の結晶構造上の歪みを緩和するためのピッ
トが形成された歪み緩和層を設けることである。また、
第２の手段は、第１の手段の歪み緩和層を不純物が添加
された層により構成することである。また、第３の手段
は、活性層をＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）で形成さ
れた層により構成することである。
窒化ガリウム系化合物半導体から成る層が積層された発
光素子において、光を放出する活性層を含む前記基板か
ら前記活性層までの少なくとも一つの層に、前記基板上
に成長する層の結晶構造上の歪みを緩和するためのピッ
トが形成された歪み緩和層を設けることである。また、
第２の手段は、第１の手段の歪み緩和層を不純物が添加
された層により構成することである。また、第３の手段
は、活性層をＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）で形成さ
れた層により構成することである。
【０００６】また、上記の構造を持つ窒化ガリウム系化
合物半導体素子の製造方法としては、以下の手段があ
る。即ち、第４の手段は、光を放出する活性層を含む前
記基板から前記活性層までの少なくとも一つの層とし
て、第１の所定の温度から第２の所定の温度にまで積層
温度を降下させることにより、ピットが形成された歪み
緩和層を積層させる方法である。また、第５の手段は、
第４の手段の歪み緩和層をケイ素をドーピングしたｎ型
の窒化ガリウムにより形成する方法である。また、第６
の手段は、上記の第１の所定の温度を１０００℃から１
１５０℃とする方法である。また、第７の手段は、上記
の第２の所定の温度を５００℃から９５０℃とする方法
である。更に、第８の手段は、第４乃至第７のいずれか
一つの手段において活性層の形成を歪み緩和層のピット
が埋まって平らに成る前までに完了させることにより、
活性層にもピットを形成する方法である。更に、第９の
手段は、第４乃至第８のいずれか一つの手段において活
性層をＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）を結晶成長させ
ることにより形成する方法である。以上の手段により、
上記の課題を解決することができる。
合物半導体素子の製造方法としては、以下の手段があ
る。即ち、第４の手段は、光を放出する活性層を含む前
記基板から前記活性層までの少なくとも一つの層とし
て、第１の所定の温度から第２の所定の温度にまで積層
温度を降下させることにより、ピットが形成された歪み
緩和層を積層させる方法である。また、第５の手段は、
第４の手段の歪み緩和層をケイ素をドーピングしたｎ型
の窒化ガリウムにより形成する方法である。また、第６
の手段は、上記の第１の所定の温度を１０００℃から１
１５０℃とする方法である。また、第７の手段は、上記
の第２の所定の温度を５００℃から９５０℃とする方法
である。更に、第８の手段は、第４乃至第７のいずれか
一つの手段において活性層の形成を歪み緩和層のピット
が埋まって平らに成る前までに完了させることにより、
活性層にもピットを形成する方法である。更に、第９の
手段は、第４乃至第８のいずれか一つの手段において活
性層をＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）を結晶成長させ
ることにより形成する方法である。以上の手段により、
上記の課題を解決することができる。
【０００７】
【作用および発明の効果】ヘテロ成長の場合には、成長
層に歪みが入りやすい。その歪みを活性層に至る前の層
で緩和する歪み緩和層を設けることにより、活性層の結
晶性を向上させることができる。この結果、発光素子の
光出力を向上させる事が出来る。例えば、図３に示す従
来のＭＯＶＰＥによるダブルヘテロ型のＬＥＤ素子１０
０は、ＧａＩｎＮ活性層１３内の発光出力を維持する上
で望ましくない結晶構造上の歪みを緩和する役割を果た
すＩｎのモル分率が減少すると、ＧａＩｎＮ活性層１３
内に存在する発光に直接寄与する電子の局在準位が形成
されにくくなるために、発光出力を維持できないものと
思われる。そこで、例えば、第１図に示すように活性層
２３よりも下に、ピットを持つ層を設け、その層の上に
活性層を積層させることにした。これにより、活性層内
に局所的に歪みの強弱ができるようになり、上記の歪み
が緩和されるようになった。以上の作用により、例え
ば、図１のＧａＩｎＮ活性層２３におけるＩｎのモル分
率を減少させても、発光に直接寄与する電子の局在準位
が形成されにくくならないため、発光出力が維持できる
ものと考えられる。上記のピットは、歪み緩和層を５０
０℃から９５０℃の低温領域で結晶成長させることによ
り、形成することができた。また、前記第３の手段は、
歪み緩和層に不純物を添加し電気伝導性を付与すること
により、ピットの先端に静電気による高電界が形成され
るのを防止するためのものであり、これにより歪み緩和
層における絶縁破壊が防止され、本発光素子の寿命が維
持できるようになる。
層に歪みが入りやすい。その歪みを活性層に至る前の層
で緩和する歪み緩和層を設けることにより、活性層の結
晶性を向上させることができる。この結果、発光素子の
光出力を向上させる事が出来る。例えば、図３に示す従
来のＭＯＶＰＥによるダブルヘテロ型のＬＥＤ素子１０
０は、ＧａＩｎＮ活性層１３内の発光出力を維持する上
で望ましくない結晶構造上の歪みを緩和する役割を果た
すＩｎのモル分率が減少すると、ＧａＩｎＮ活性層１３
内に存在する発光に直接寄与する電子の局在準位が形成
されにくくなるために、発光出力を維持できないものと
思われる。そこで、例えば、第１図に示すように活性層
２３よりも下に、ピットを持つ層を設け、その層の上に
活性層を積層させることにした。これにより、活性層内
に局所的に歪みの強弱ができるようになり、上記の歪み
が緩和されるようになった。以上の作用により、例え
ば、図１のＧａＩｎＮ活性層２３におけるＩｎのモル分
率を減少させても、発光に直接寄与する電子の局在準位
が形成されにくくならないため、発光出力が維持できる
ものと考えられる。上記のピットは、歪み緩和層を５０
０℃から９５０℃の低温領域で結晶成長させることによ
り、形成することができた。また、前記第３の手段は、
歪み緩和層に不純物を添加し電気伝導性を付与すること
により、ピットの先端に静電気による高電界が形成され
るのを防止するためのものであり、これにより歪み緩和
層における絶縁破壊が防止され、本発光素子の寿命が維
持できるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、サファイア基板２０上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子２０
０の模式的な断面構成図である。基板２０の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約２００Åのバッファ
層２１が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN
から成る膜厚約4.0 μｍの高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａ
が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａの
上にSiドープのｎ型GaN から成る膜厚約0.5 μｍのクラ
ッド層２２Ｂが形成されている。そして、クラッド層２
２Ｂの上に単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の中心となる膜
厚約５００Åの活性層２３が形成されている。活性層２
３の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る膜厚約６００Å
のクラッド層２４が形成されている。さらに、クラッド
層２４の上にはｐ型GaN から成る膜厚約１５００Åのコ
ンタクト層２５が形成されている。
基づいて説明する。図１は、サファイア基板２０上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子２０
０の模式的な断面構成図である。基板２０の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約２００Åのバッファ
層２１が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN
から成る膜厚約4.0 μｍの高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａ
が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａの
上にSiドープのｎ型GaN から成る膜厚約0.5 μｍのクラ
ッド層２２Ｂが形成されている。そして、クラッド層２
２Ｂの上に単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の中心となる膜
厚約５００Åの活性層２３が形成されている。活性層２
３の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る膜厚約６００Å
のクラッド層２４が形成されている。さらに、クラッド
層２４の上にはｐ型GaN から成る膜厚約１５００Åのコ
ンタクト層２５が形成されている。
【０００９】又、コンタクト層２５の上には金属蒸着に
よる透光性の電極２６Ａが、ｎ+ 層２２Ａ上には電極２
６Ｂが形成されている。透光性の電極２６Ａは、コンタ
クト層２５に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)と、Co
に接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。電
極２６Ｂは膜厚約 200Åのバナジウム(V) と、膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。電極２６Ａ上の一部には、CoもしくはNiとAu、Al、
又は、それらの合金から成る膜厚約1.5 μｍの電極パッ
ド２７が形成されている。
よる透光性の電極２６Ａが、ｎ+ 層２２Ａ上には電極２
６Ｂが形成されている。透光性の電極２６Ａは、コンタ
クト層２５に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)と、Co
に接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。電
極２６Ｂは膜厚約 200Åのバナジウム(V) と、膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。電極２６Ａ上の一部には、CoもしくはNiとAu、Al、
又は、それらの合金から成る膜厚約1.5 μｍの電極パッ
ド２７が形成されている。
【００１０】次に、この発光素子２００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子２００は、ＭＯＶＰＥによ
る気相成長により製造された。用いられたガスは、アン
モニア(NH3) 、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリ
ウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）、トリメチルア
ルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す）、トリメ
チルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シ
ラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5
H5)2) （以下「CP2Mg 」と記す）である。まず、有機洗
浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とした単結晶の
基板２０をMOVPE 装置の反応室に載置されたサセプタに
装着する。次に、常圧でH2を反応室に流しながら温度１
１５０℃で基板２０をベーキングした。次に、基板２０
の温度を400 ℃まで低下させて、H2、NH3 及びTMA を供
給してAlN のバッファ層２１を約２００Åの膜厚に形成
した。
いて説明する。上記発光素子２００は、ＭＯＶＰＥによ
る気相成長により製造された。用いられたガスは、アン
モニア(NH3) 、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリ
ウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記す）、トリメチルア
ルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す）、トリメ
チルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シ
ラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5
H5)2) （以下「CP2Mg 」と記す）である。まず、有機洗
浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とした単結晶の
基板２０をMOVPE 装置の反応室に載置されたサセプタに
装着する。次に、常圧でH2を反応室に流しながら温度１
１５０℃で基板２０をベーキングした。次に、基板２０
の温度を400 ℃まで低下させて、H2、NH3 及びTMA を供
給してAlN のバッファ層２１を約２００Åの膜厚に形成
した。
【００１１】次に、基板２０の温度を１１５０℃にまで
上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.0
μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドープ
のGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａを形成し
た。次に、ピットを持つ歪み緩和層を形成した。即ち、
基板２０の温度を９００℃にまで降下させ、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びシランを供給して、膜厚約０．５μｍ、
電子濃度１×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａ
Ｎから成る、多数のピットを持つクラッド層２２Ｂを形
成した。このクラッド層２２Ｂが歪み緩和層となる。上
記のクラッド層２２Ｂを形成した後、結晶温度を８５０
℃に降温し、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約５００ÅのGa0.8In0.2N から成る活性層２３
を形成した。本活性層２３は、上記のクラッド層２２Ｂ
が持つピットが埋まって、平らに成る前までに積層を完
了させた。これにより、図１に示すように、本活性層２
３自身の上部にもピットを形成することができた。
上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.0
μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドープ
のGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２２Ａを形成し
た。次に、ピットを持つ歪み緩和層を形成した。即ち、
基板２０の温度を９００℃にまで降下させ、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びシランを供給して、膜厚約０．５μｍ、
電子濃度１×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａ
Ｎから成る、多数のピットを持つクラッド層２２Ｂを形
成した。このクラッド層２２Ｂが歪み緩和層となる。上
記のクラッド層２２Ｂを形成した後、結晶温度を８５０
℃に降温し、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給し
て、膜厚約５００ÅのGa0.8In0.2N から成る活性層２３
を形成した。本活性層２３は、上記のクラッド層２２Ｂ
が持つピットが埋まって、平らに成る前までに積層を完
了させた。これにより、図１に示すように、本活性層２
３自身の上部にもピットを形成することができた。
【００１２】次に、基板２０の温度を１０００℃に昇温
し、N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給し
て、膜厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.15Ga0.85N から成るクラッド層２４を形成した。次
に、基板２０の温度を１０００℃に保持し、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、Mgを
ドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層２５を形成し
た。次に、コンタクト層２５の上にエッチングマスクを
形成し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われ
ていない部分のコンタクト層２５、クラッド層２４、活
性層２３、クラッド層２２Ｂ、ｎ+ 層２２Ａの一部を塩
素を含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッ
チングして、ｎ+ 層２２Ａの表面を露出させた。次に、
以下の手順で、ｎ+ 層２２Ａに対する電極２６Ｂと、コ
ンタクト層２５に対する透光性の電極２６Ａとを形成し
た。
し、N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給し
て、膜厚約50nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.15Ga0.85N から成るクラッド層２４を形成した。次
に、基板２０の温度を１０００℃に保持し、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、Mgを
ドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層２５を形成し
た。次に、コンタクト層２５の上にエッチングマスクを
形成し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われ
ていない部分のコンタクト層２５、クラッド層２４、活
性層２３、クラッド層２２Ｂ、ｎ+ 層２２Ａの一部を塩
素を含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッ
チングして、ｎ+ 層２２Ａの表面を露出させた。次に、
以下の手順で、ｎ+ 層２２Ａに対する電極２６Ｂと、コ
ンタクト層２５に対する透光性の電極２６Ａとを形成し
た。
【００１３】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりｎ+ 層２２Ａの露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μｍの
Alを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これ
によりｎ+ 層２２Ａの露出面上に電極２６Ｂが形成され
る。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、コンタクト層２５の上の電
極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成す
る。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコン
タクト層２５上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCo上に膜厚約60
ÅのAuを成膜する。
グラフィによりｎ+ 層２２Ａの露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μｍの
Alを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これ
によりｎ+ 層２２Ａの露出面上に電極２６Ｂが形成され
る。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、コンタクト層２５の上の電
極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成す
る。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたコン
タクト層２５上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCo上に膜厚約60
ÅのAuを成膜する。
【００１４】(4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、コンタクト層２５上に透光性の電極２６Ａを
形成する。 (5) 次に、透光性の電極２６Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２７を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２７の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、
Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着に
より成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法によ
り、フォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、A
l、又はそれらの合金から成る膜を除去して、電極パッ
ド２７を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、コンタクト層２５、ク
ラッド層２４をｐ型低抵抗化すると共にコンタクト層２
５と電極２６Ａとの合金化処理、ｎ+ 層２２Ａと電極２
６Ｂとの合金化処理を行った。このようにして、発光素
子２００を形成した。
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、コンタクト層２５上に透光性の電極２６Ａを
形成する。 (5) 次に、透光性の電極２６Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２７を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２７の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、
Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着に
より成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法によ
り、フォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、A
l、又はそれらの合金から成る膜を除去して、電極パッ
ド２７を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、コンタクト層２５、ク
ラッド層２４をｐ型低抵抗化すると共にコンタクト層２
５と電極２６Ａとの合金化処理、ｎ+ 層２２Ａと電極２
６Ｂとの合金化処理を行った。このようにして、発光素
子２００を形成した。
【００１５】図２に、窒化ガリウム系化合物半導体素子
の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を示した
測定図を示す。グラフＡは、本発明による発光素子２０
０の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を示し
た測定図であり、ピットが形成されたｎ型ＧａＮクラッ
ド層２２Ｂの厚さは６０００Å、成長温度は９００℃の
ものを測定した。また、グラフＢは、従来技術による発
光素子の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を
示した測定図である。本図より、本発明による窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子の発光強度が、従来のものより
も著しく増加していることが分かる。
の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を示した
測定図を示す。グラフＡは、本発明による発光素子２０
０の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を示し
た測定図であり、ピットが形成されたｎ型ＧａＮクラッ
ド層２２Ｂの厚さは６０００Å、成長温度は９００℃の
ものを測定した。また、グラフＢは、従来技術による発
光素子の活性層のフォトルミネセンス強度の波長特性を
示した測定図である。本図より、本発明による窒化ガリ
ウム系化合物半導体素子の発光強度が、従来のものより
も著しく増加していることが分かる。
【００１６】発光素子２００の活性層２３はＳＱＷ構造
としたが、活性層の構造は、ＭＱＷ構造でもよい。活性
層、クラッド層、コンタクト層、その他の層は、任意の
混晶比の４元、３元、２元系のAlx Gay In1-x-y N （０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）としても良い。又、ｐ型不純物
としてMgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族
元素を用いることができる。一般に、ピットを持つ歪み
緩和層を形成するには、その層の通常の結晶成長温度よ
りも低温でその層を成長させればよく、窒化ガリウム系
化合物半導体素子の場合、その低温領域は、５００℃か
ら９５０℃である。また、上記の実施例では、クラッド
層を歪み緩和層としたが、活性層２３を成長させる初期
段階でGa0.8In0.2N を低温成長させ、ピットを形成した
のちに通常の成長温度に昇温して、活性層を形成する方
法も考えられる。また、クラッド層よりも下の層に、一
般式Alx Gay In1-x-y N （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で
表される化合物を低温成長させてピットを形成して、歪
み緩和層としてもよい。ピット層の厚さは、約３０００
Åから６０００Å程度が、最も適当な範囲であり、これ
よりも薄いと、活性層の歪みが緩和され難くなり、これ
よりも厚いと、活性層の結晶度が劣化する傾向にある。
としたが、活性層の構造は、ＭＱＷ構造でもよい。活性
層、クラッド層、コンタクト層、その他の層は、任意の
混晶比の４元、３元、２元系のAlx Gay In1-x-y N （０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）としても良い。又、ｐ型不純物
としてMgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族
元素を用いることができる。一般に、ピットを持つ歪み
緩和層を形成するには、その層の通常の結晶成長温度よ
りも低温でその層を成長させればよく、窒化ガリウム系
化合物半導体素子の場合、その低温領域は、５００℃か
ら９５０℃である。また、上記の実施例では、クラッド
層を歪み緩和層としたが、活性層２３を成長させる初期
段階でGa0.8In0.2N を低温成長させ、ピットを形成した
のちに通常の成長温度に昇温して、活性層を形成する方
法も考えられる。また、クラッド層よりも下の層に、一
般式Alx Gay In1-x-y N （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で
表される化合物を低温成長させてピットを形成して、歪
み緩和層としてもよい。ピット層の厚さは、約３０００
Åから６０００Å程度が、最も適当な範囲であり、これ
よりも薄いと、活性層の歪みが緩和され難くなり、これ
よりも厚いと、活性層の結晶度が劣化する傾向にある。
【図１】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体素子
の断面図。
の断面図。
【図２】窒化ガリウム系化合物半導体素子の活性層のフ
ォトルミネセンス強度の波長特性を示した測定図。
ォトルミネセンス強度の波長特性を示した測定図。
【図３】従来技術による窒化ガリウム系化合物半導体素
子の断面図。
子の断面図。
１００，２００…ダブルヘテロ型ＬＥＤ発光素子 １０，２０…サファイヤ基板 １１，２１…ＡｌＮバッファ層 １２，２２Ａ…ｎ型ＧａＮクラッド層 ２２Ｂ…ピットが形成されたｎ型ＧａＮクラッド層 １３…ＧａＩｎＮ活性層 ２３…ピットが形成されたＧａＩｎＮ活性層 １４，２４…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １５，２５…ｐ型ＧａＮコンタクト層 １６Ａ，２６Ａ…正電極 １６Ｂ，２６Ｂ…負電極 １７，２７…電極パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 渡辺 大志 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子において、 光を放出する活性層を含む前記基板から前記活性層まで
の少なくとも一つの層に、前記基板上に成長する層の結
晶構造上の歪みを緩和するためのピットが形成された歪
み緩和層を設けたことを特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体素子。 - 【請求項２】 前記歪み緩和層に不純物が添加されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体素子。 - 【請求項３】 前記活性層は、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦
ｘ≦１）であることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。 - 【請求項４】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子の製造方法であって、 光を放出する活性層を含む前記基板から前記活性層まで
の少なくとも一つの層として、第１の所定の温度から第
２の所定の温度にまで成長温度を降下させることによ
り、ピットが形成された歪み緩和層を積層させることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方
法。 - 【請求項５】 前記歪み緩和層はケイ素をドーピングし
たｎ型の窒化ガリウムにより形成することを特徴とする
請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製
造方法。 - 【請求項６】 前記第１の所定の温度は１０００℃から
１１５０℃であることを特徴とする請求項４または請求
項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方
法。 - 【請求項７】 前記第２の所定の温度は５００℃から９
５０℃であることを特徴とする請求項４乃至請求項６の
いずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子
の製造方法。 - 【請求項８】 前記活性層よりも先に積層された前記歪
み緩和層のピットが埋まって平らになる前までに前記活
性層の積層を完了させることにより、前記活性層にもピ
ットを形成することを特徴とする請求項４乃至請求項７
のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素
子の製造方法。 - 【請求項９】 前記活性層は、Ｇａx Ｉｎ1-x Ｎ（０≦
ｘ≦１）を結晶成長させることにより形成することを特
徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。
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| JP3662098A JP3612985B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220169A true JPH11220169A (ja) | 1999-08-10 |
| JP3612985B2 JP3612985B2 (ja) | 2005-01-26 |
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| JP (1) | JP3612985B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002374002A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Seiwa Electric Mfg Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
| DE10260937A1 (de) * | 2002-12-20 | 2004-07-08 | Technische Universität Braunschweig | Strahlungssemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US6797416B2 (en) * | 2002-03-20 | 2004-09-28 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | GaN substrate formed under controlled growth condition over GaN layer having discretely formed pits |
| WO2005101534A1 (en) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting device and manufacturing method of the same |
| US6992334B1 (en) | 1999-12-22 | 2006-01-31 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Multi-layer highly reflective ohmic contacts for semiconductor devices |
| JP2007184619A (ja) * | 2006-01-05 | 2007-07-19 | Samsung Corning Co Ltd | 窒化物系発光素子及びその製造方法 |
| JP2007201424A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系発光ダイオードの製造方法 |
| JP2007214548A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-08-23 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系発光素子およびその製造方法 |
| US7679101B2 (en) * | 2000-12-28 | 2010-03-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light emitting device |
| JP2010514191A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-04-30 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 歪みが低減された発光層を備えるｉｉｉ−窒化物発光デバイス |
| JP2011061011A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Sony Corp | 半導体発光素子及びその製造方法、画像表示装置、並びに、電子機器 |
| WO2011079644A1 (en) * | 2009-12-30 | 2011-07-07 | Byd Company Limited | Light emitting diode and method for preparing the same |
| CN102637795A (zh) * | 2011-02-11 | 2012-08-15 | 丰田合成株式会社 | 第iii族氮化物半导体发光器件及其制造方法 |
| JP2013157648A (ja) * | 2006-01-12 | 2013-08-15 | Mitsubishi Chemicals Corp | ＧａＮ系発光素子およびその製造方法 |
| CN103618036A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种单片原位形成图形衬底的方法 |
| JP2016518711A (ja) * | 2013-04-10 | 2016-06-23 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | オプトエレクトロニクス部品およびオプトエレクトロニクス部品の製造方法 |
| TWI810610B (zh) * | 2020-07-16 | 2023-08-01 | 英商普利希半導體有限公司 | 應變鬆弛層 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2016047386A1 (ja) | 2014-09-22 | 2016-03-31 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| KR102335105B1 (ko) | 2014-11-14 | 2021-12-06 | 삼성전자 주식회사 | 발광 소자 및 그의 제조 방법 |
| US9680056B1 (en) * | 2016-07-08 | 2017-06-13 | Bolb Inc. | Ultraviolet light-emitting device with a heavily doped strain-management interlayer |
-
1998
- 1998-02-02 JP JP3662098A patent/JP3612985B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6992334B1 (en) | 1999-12-22 | 2006-01-31 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Multi-layer highly reflective ohmic contacts for semiconductor devices |
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| WO2005101534A1 (en) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting device and manufacturing method of the same |
| US8134167B2 (en) | 2004-04-13 | 2012-03-13 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting device and manufacturing method of the same |
| JP2007201424A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | ＧａＮ系発光ダイオードの製造方法 |
| JP2007184619A (ja) * | 2006-01-05 | 2007-07-19 | Samsung Corning Co Ltd | 窒化物系発光素子及びその製造方法 |
| US7910154B2 (en) | 2006-01-05 | 2011-03-22 | Samsung Corning Precision Materials Co., Ltd. | Nitride-based light emitting devices and methods of manufacturing the same |
| JP2013157648A (ja) * | 2006-01-12 | 2013-08-15 | Mitsubishi Chemicals Corp | ＧａＮ系発光素子およびその製造方法 |
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| JP2010514191A (ja) * | 2006-12-22 | 2010-04-30 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 歪みが低減された発光層を備えるｉｉｉ−窒化物発光デバイス |
| KR101484467B1 (ko) * | 2006-12-22 | 2015-01-20 | 필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨 | 감소된 변형 발광층을 갖는 ⅲ-질화물 발광 디바이스 |
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| US9620673B2 (en) | 2013-04-10 | 2017-04-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic component and method of producing an optoelectronic component |
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