DE19603782A1

DE19603782A1 - III-V Halbleiterstruktur, Verfahren zu ihrer Herstellung und lichtemittierendes Element

Info

Publication number: DE19603782A1
Application number: DE19603782A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Iyechika; Tomoyuki Takada; Yoshinobu Ono
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1996-08-08
Also published as: US20020053680A1; TW351020B; US6346720B1; US6472298B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine III-V Halb leiterstruktur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein lichtemittierendes Element.

III-V Halbleiter, die durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 x < 1, 0 < y 1, 0 z < 1) wiedergegeben werden, sind als Material für ein lichtemittierendes Element, wie eine lichtemittierende Di ode, die ultraviolettes Licht oder blaues Licht emittiert, und eine Laserdiode, die ultraviolettes Licht oder blaues Licht emittiert, bekannt. Nachstehend werden x, y und z in der vorstehend erwähnten allgemeinen Formel als In-Konzen tration, Ga-Konzentration bzw. Al-Konzentration bezeichnet. Jene, bei denen die In-Konzentration 10% oder mehr beträgt, sind insbesondere für eine Anzeige wichtig, da eine Emis sionswellenlänge im sichtbaren Bereich gemäß der In-Konzen tration eingestellt werden kann.

Nachstehend beschriebene Probleme erschweren jedoch Be mühungen zur Entwicklung praktisch verwendbarer lichtemit tierender Elemente, in denen III-V Halbleiter verwendet werden. Genauer wurde erstens kein geeignetes Substrat ge funden, das zum Züchten eines Kristalls eines III-V Halb leiters verwendet werden kann, und zweitens ist die thermi sche Stabilität eines III-V Halbleiters nicht ausgezeich net. Im folgenden werden diese Punkte detailliert beschrie ben.

Zur Beschreibung des ersten Problems: Trotz der Versu che einen III-V Halbleiter auf verschiedenen Substraten, wie ein Saphirsubstrat, ein GaAs-Substrat und ein ZnO-Sub strat, zu züchten, wurde, da diese Substrate stark verschie dene Gitterkonstanten und chemische Eigenschaften zu einem III-V Halbleiter haben, ein Kristall mit ausreichend hoher Qualität noch nicht hergestellt. Um damit umzugehen, wurde eine Lösung vorgeschlagen, die zuerst das Züchten eines GaN- Kristalls, der ähnliche Gitterkonstante und chemische Eigen schaften wie ein III-V Halbleiter aufweist, und an schließend das Züchten eines III-V Halbleiters auf dem GaN-Kristall erfordert, um so einen ausgezeichneten Kristall zu erhalten (japanische nicht geprüfte Patentveröffentli chung Nr. 55-3834). Jedoch ist bekannt, daß ein Unterschied in der Gitterkonstante zwischen dem III-V Halbleiter und GaN größer wird, wenn die In-Konzentration steigt, so daß so gar bei dieser Lösung sich die Kristallperfektion (Kristall qualität) verschlechtert und die Zahl der Defekte steigt. So ist es schwierig, einen III-V Halbleiter herzustellen, der hohe Qualität und hohe In-Konzentration aufweist.

Zweitens ist bekannt, daß solche Halbleiter, die In enthalten, wesentlich geringere Zersetzungstemperaturen auf weisen als solche Halbleiter, die kein In enthalten. Zum Beispiel beträgt, während GaN, AlN und gemischte Kristalle der zwei bei einer Temperatur von 1000°C oder höher relativ stabil sind, die thermische Zersetzungstemperatur von InN etwa 600°C. Obwohl es von der In-Konzentration abhängt, be wirken die Halbleiter, die In enthalten, eine Kristallzer setzung bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur und er zeugen allgemein eine erhöhte Zahl von Defekten.

Andererseits ist es erforderlich, eine Strominjek tionsschicht des p-Typs und eine Strominjektionsschicht des n-Typs auf beiden Seiten einer aktiven Schicht anzuordnen, um ein lichtemittierendes Element herzustellen, das bei ge ringer Spannung betrieben wird. Wie auf dem Fachgebiet be kannt, ist, während ein Halbleiter des n-Typs sehr leicht hergestellt wird, ein Halbleiter des p-Typs sehr schwierig herzustellen.

Ferner ist für eine Realisierung hoher Leitfähigkeit des p-Typs es manchmal wirksam, eine Nachbehandlung, wie Tempern bzw. Ausheilen oder Elektronenbestrahlung, auf einer Schicht durchzuführen, die mit Verunreinigungen des Akzep tortyps dotiert ist. Im allgemeinen ist eine solche Behand lung wahrscheinlich sehr wirksam, wenn die Schicht, die mit Verunreinigungen des Akzeptortyps dotiert ist, an einer Oberfläche freiliegt. Daher wird bevorzugt, die Strominjek tionsschicht des p-Typs nach dem Erzeugen der aktiven Schicht zu züchten. Zusätzlich ist bekannt, daß Halbleiter, die kein In enthalten, leichter eine Leitfähigkeit des p- Typs zeigen als Halbleiter, die In enthalten.

Aus diesem Grund wird Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x" 1, 0 y′′ < 1), das kein In enthält, als Strominjektions schicht des p-Typs verwendet. Jedoch ist zum Erhalt von Ga_x′′Al_y′′N, das ausgezeichnete Leitfähigkeit des p-Typs zeigt, erforderlich, Ga_x′′Al_y′′N bei einer 1000°C übersteigen den Temperatur zu züchten. Daher wird, während Ga_x′′Al_y′′N des p-Typs bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur gezüchtet wird, die aktive Schicht, die In enthält, verschlechtert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine III- V Halbleiterstruktur, die hohe Qualität und weniger Defekte aufweist, ein Verfahren zu ihrer Herstellung, bei dem nach Züchten einer In enthaltenden Schicht mit Verunreinigungen des p-Typs dotiertes GaAIN bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur ohne Verschlechterung der In enthaltenden Schicht gezüchtet wird, so daß ein entstehender III-V Halbleiter ausgezeichnete Emissionseigenschaft zeigt, und ferner ein lichtemittierendes Element unter Verwendung einer solchen III-V Halbleiterstruktur bereitzustellen, das ausgezeichnete Emissionseigenschaft zeigt.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem überraschenden Befund, daß ein III-V Halbleiterkristall, der hohe Qualität und weniger Defekte aufweist, erhalten wird, wenn ein III-V Halbleiter eine bestimmte laminierte Struktur aufweist, und wenn ein III-V Halbleiter, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine bestimmte dünne Schicht ist, und daß die thermische Stabilität der Halbleiter verbessert wird, wenn eine GaAlN-Schicht bei einer relativ geringen Temperatur als Schutzschicht nach Züchten einer In enthaltenden Schicht gezüchtet wird.

Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft [1] eine III-V Halbleiterstruktur, bei der eine erste Schicht 1, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihen folge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch [2] eine III- V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch [3] eine III- V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als die fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_a′Al_b′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch [4] eine III- V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als die fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_a′Al_b′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch eine all gemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Be reich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch [5] ein Verfah ren zur Herstellung einer III-V Halbleiterstruktur, wobei nach dem Züchten einer ersten Schicht, die durch einen III- V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine dritte Schicht, die durch einen III- V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine For mel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wieder gegeben wird, bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur ge züchtet wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halb leiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergege ben wird, bei 1000°c oder einer geringeren Temperatur nach dem Züchten der ersten Schicht aber vor dem Züchten der dritten Schicht gezüchtet wird.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung [6] eine III- V Halbleiterstruktur, die in [1], [4] und [5] beschrieben ist, in der die Konzentration an Mg in der zweiten Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, 10¹⁹/cm³ oder kleiner ist.

Noch weiter betrifft die vorliegende Erfindung [7] ein lichtemittierendes Element, das eine solche III-V Halblei terstruktur verwendet.

Die erfindungsgemäßen III-V Halbleiterstrukturen wei sen hohe Qualität und wenig Defekte auf. Unter Verwendung dieser III-V Halbleiterstruktur ist es möglich, ein licht emittierendes Element bereitzustellen, das hohen Lumines zenzwirkungsgrad und ausgezeichnete Emissionseigenschaft aufweist.

Zusätzlich verschlechtert sich gemäß dem erfindungsge mäßen Verfahren der Herstellung einer III-V Halbleiter struktur, sogar wenn GaAlN, das mit Verunreinigungen des p- Typs dotiert ist, bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur nach den Züchten einer In enthaltenden Schicht gezüchtet wird, die In enthaltende Schicht nicht, so daß ein III-V Halbleiter erhalten wird, der hohe Qualität und wenig De fekte aufweist.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Struktur eines erfin dungsgemäßen lichtemittierenden Elements (d. h. die Struktur eines lichtemittierenden Elements, das gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt wird) zeigt;

Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Struktur eines erfin dungsgemäßen lichtemittierenden Elements zeigt; und

Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Struktur eines erfin dungsgemäßen lichtemittierenden Elements (d. h. die Struktur eines lichtemittierenden Elements, das gemäß der ersten Aus führungsform hergestellt wird) zeigt;

Fig. 4 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der externen Quantenausbeute der in den ersten und dritten Aus führungsformen hergestellten LED bei 20 mA und der Dicke der ersten Schicht zeigt.

Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Struktur der in den vierten, fünften und sechsten Ausführungsformen hergestell ten III-V Halbleiter zeigt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben. Der III-V Halbleiter ist dadurch gekennzeich net, daß er eine Struktur aufweist, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihen folge übereinander angeordnet sind, und daß die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Wenn die Dicke der ersten Schicht geringer als 5 Å oder größer als 90 Å ist, wird der Lumineszenzwirkungsgrad eines lichtemittierenden Elements, das den III-V Halbleiter ver wendet, schlecht, was nicht erwünscht ist.

Wenn die erste Schicht mit Verunreinigungen dotiert ist, weist das emittierte Licht eine Wellenlänge auf, die vom Bandabstand der ersten Schicht verschieden ist. Da das Licht von den Verunreinigungen emittiert wird, wird dieses durch Verunreinigungen aktivierte Emission genannt. Bei einer durch Verunreinigungen aktivierten Emission wird die Emissionswellenlänge durch die Zusammensetzung der Elemente der Gruppe III und die Verunreinigungselemente in der ersten Schicht bestimmt. In diesem Fall beträgt für die Anwendung einer Anzeige die In-Konzentration in der ersten Schicht vorzugsweise 5% oder mehr. Wenn die In-Konzentration gerin ger als 5% ist, ist das meiste emittierte Licht ultravio lette Strahlung, die unvorteilhafterweise nicht hell genug ist, um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Die Emissionswellenlänge wird länger, wenn die In-Konzentration größer wird, so daß die Emissionswellenlänge von violett zu blau und blau zu grün geändert wird.

Vorzugsweise werden Elemente der Gruppe II als Verun reinigungen verwendet, die für eine durch Verunreinigungen aktivierte Emission geeignet sind. Unter den Elementen der Gruppe II ist, wenn Mg, Zn oder Cd dotiert werden, der Lumi neszenzwirkungsgrad vorteilhaft hoch. Insbesondere bevorzugt wird Zn verwendet. Die Konzentration dieser Elemente beträgt vorzugsweise 10¹⁸-10²²/cm³. Zusätzlich zu diesen Elemen ten der Gruppe II kann in die erste Schicht Si oder Ge gleichzeitig dotiert werden. Die Konzentration an Si und Ge beträgt vorzugsweise 10¹⁸-10²²/cm³.

Das Emissionsspektrum einer durch Verunreinigungen ak tivierten Emission ist im allgemeinen breit. Daher wird wenn eine hohe Farbreinheit gefordert wird, oder wenn es er forderlich ist, die Emissionsleistung auf einen engen Wel lenlängenbereich zu konzentrieren, eine Bandenkantenemission verwendet. Um ein lichtemittierendes Element unter Verwen dung einer Bandenkantenemission zu realisieren, muß die Menge der Verunreinigungen, die in der ersten Schicht ent halten sind, klein gehalten werden. Genauer ist die Konzen tration eines der Elemente Si, Ge, Zn, Cd und Mg vorzugs weise 10¹⁹/cm³ oder kleiner, stärker bevorzugt 10¹⁸/cm³ oder kleiner.

Im Fall der Bandenkantenemission wird die Wellenlänge des emittierten Lichts durch eine Zusammensetzung der Ele mente der Gruppe III in der ersten Schicht bestimmt. Wenn die Emission im sichtbaren Bereich zu erzeugen ist, ist die In-Konzentration vorzugsweise 10% oder größer. Wenn die In- Konzentration kleiner als 10% ist, ist das meiste emit tierte Licht ultraviolette Strahlung, die unvorteilhafter weise nicht hell genug ist, um durch das menschliche Auge wahrgenommen zu werden. Die Emissionswellenlänge wird län ger, wenn die In-Konzentration größer wird, so daß die Emis sionswellenlänge von violett zu blau und blau zu grün geän dert wird.

Obwohl die vorstehend beschriebene erste Schicht gute Kristallperfektion aufweist, kann die thermische Stabilität der ersten Schicht in einigen Fällen unzureichend sein. Wenn eine Schichtstruktur, wie nachstehend beschrieben, verwendet wird, ist es daher möglich, nachfolgende Schichten ohne thermische Verschlechterung der ersten Schicht zu züchten, und daher ein lichtemittierendes Element herzustellen, das besseren Lumineszenzwirkungsgrad aufweist.

Das heißt, ein erfindungsgemäßer III-V Halbleiter weist eine Struktur auf, bei der eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ 1) wiedergegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, und der III-V Halbleiter dadurch gekenn zeichnet ist, daß die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist. Die Dicke der ersten Schicht liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 Å und 80 Å.

Die Dicke der zweiten Schicht liegt vorzugsweise im Be reich zwischen 50 Å und 1 µm. Vorzugsweise liegt die Dicke der zweiten Schicht im Bereich zwischen 70 Å und 5000 Å. Wenn die Dicke der zweiten Schicht geringer als 50 Å ist, wird die thermische Stabilität der ersten Schicht unzurei chend, so daß die erste Schicht sich während des Wachstums der dritten Schicht verschlechtert. Wenn die Dicke der zwei ten Schicht größer als 1 µm ist, weist ein Element, das schließlich erhalten wird, keine ausreichend große Emissi onsintensität auf, was nicht erwünscht ist.

In bezug auf die thermische Stabilität der aktiven Schicht beträgt die Konzentration (x′′) von Al in der zweiten Schicht vorzugsweise 0.05 x′′. Da jedoch der elektrische Widerstand zur Erhöhung neigt, wenn die Al-Konzentration größer wird, wird die Al-Konzentration vorzugsweise festge legt, daß sie x′′ 0.5 erfüllt, so daß der elektrische Wider stand des Elements nicht besonders hoch wird. Stärker bevor zugt wird die Al-Konzentration im Bereich 0.1 x′′ 0.45 festgelegt.

In bezug auf die elektrischen Eigenschaften weist die zweite Schicht vorzugsweise den p-Typ auf. Es ist erforder lich, die Schicht stark mit Verunreinigungen des Akzeptor typs zu dotieren, um eine zweite Schicht des p-Typs zu er zeugen. Genauer werden Elemente der Gruppe II als Verunrei nigungen des Akzeptortyps verwendet. Von den Elementen der Gruppe II sind die Verunreinigungen des Akzeptortyps vor zugsweise Mg oder Zn, stärker bevorzugt Mg. Während bevor zugt wird, daß die zweite Schicht mit Verunreinigungen des Akzeptortyps mit einer Konzentration von 10²⁰/cm³ oder hö her dotiert wird, wobei die zweite Schicht des p-Typs gebil det wird, kann sich die Kristallperfektion in einigen Fällen verschlechtern, wenn die zweite Schicht Verunreinigungen ho her Konzentration enthält, wobei schließlich die Eigenschaf ten des Elements verschlechtert werden. Um damit umzugehen, muß die Verunreinigungskonzentration erniedrigt werden. Der Bereich der Verunreinigungskonzentration, der die Kristall perfektion nicht verschlechtert, beträgt vorzugsweise 10¹⁹/cm³ oder weniger, stärker bevorzugt 10¹⁸/cm³ oder weniger.

Eine Schicht des p-Typs auf dem oberen Teil kann nach dem Züchten getempert werden, um so den Widerstand der Schicht des p-Typs weiter zu verringern. Eine Schicht des n- Typs wird durch lokales Ätzen der dritten Schicht des p- Typs, der zweiten Schicht und der ersten Schicht freigelegt und eine n-Elektrode wird im freigelegten Teil erzeugt, wäh rend eine p-Elektrode direkt auf der dritten Schicht des p- Typs erzeugt wird, wobei ein lichtemittierendes Element ge bildet wird. Wenn Strom in Durchlaßrichtung durch diese Elektroden geleitet wird, wird die erwünschte Emission er zeugt.

Die erste Schicht einer III-V Halbleiterschicht ist wie bereits beschrieben.

Fig. 1 und 2 zeigen Beispiele der Struktur eines licht emittierenden Elements, das den erfindungsgemäßen III-V Halbleiter verwendet. Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die erste Schicht auf der fünften Schicht erzeugt wird, die zweite Schicht, die einen größeren Bandabstand als die erste Schicht aufweist, auf der ersten Schicht erzeugt wird und die dritte Schicht, die eine von der fünften Schicht ver schiedene Leitfähigkeit aufweist, dann erzeugt wird. Elek troden werden in der fünften Schicht und in der dritten Schicht erzeugt. Wenn eine Spannung an die zwei Elektroden angelegt wird, fließt ein Strom und die erste Schicht emit tiert Licht.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die zweite Schicht eine zur fünften Schicht verschiedene Leitfähigkeit auf weist. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel wird Licht emittiert, wenn eine Spannung angelegt wird. Im allgemeinen ist die fünfte Schicht vom n-Typ, während die dritte Schicht vom p-Typ ist, was das Kristallwachstum erleichtert. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel, das die dritte Schicht nicht einschließt, ist die zweite Schicht vom p-Typ.

Stark mit Verunreinigungen dotiert kann die fünfte Schicht vom n-Typ in einigen Fällen verschlechterte Kri stallperfektion aufweisen. In einem solchen Fall können sich, wenn die fünfte Schicht vom n-Typ und die erste Schicht in direktem Kontakt sind, der Lumineszenzwirkungs grad und die elektrischen Eigenschaften verschlechtern. Das Problem kann in einigen Fällen durch Erzeugen einer vierten Schicht, die eine geringere Verunreinigungskonzentration aufweist, zwischen der fünften Schicht vom n-Typ und der ersten Schicht abgeschwächt werden. Fig. 3 zeigt ein solches Beispiel.

Das heißt ein erfindungsgemäßer III-V Halbleiter weist eine Struktur auf, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als die fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind und der III-V Halbleiter dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Wenn Si als Verunreinigungen des n-Typs verwendet wird, ist in der vierten Schicht, die eine geringe Si-Konzentra tion aufweist, die Konzentration an Si vorzugsweise 10¹⁸/cm³, oder stärker bevorzugt 10¹⁷/cm³ oder kleiner.

Zusätzlich liegt die Dicke der Schicht im Bereich zwi schen 10 Å und 1 µm oder stärker bevorzugt im Bereich zwi schen 20 Å und 5000 Å. Wenn die Dicke der Schicht kleiner als 10 Å ist, ist die erzeugte Wirkung nicht ausreichend. Wenn die Dicke der Schicht größer als 1 µm ist, verschlech tern sich die elektrischen Eigenschaften unvorteilhafter weise.

Wenn die laminierten Strukturen der III-V Halbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung wie vorstehend beschrieben miteinander kombiniert werden, wird ein III-V Halbleiter erhalten, der ein lichtemittierendes Element verwirklicht, das noch besseren Lumineszenzwirkungsgrad aufweist.

Das heißt, ein erfindungsgemäßer III-V Halbleiter weist eine Struktur auf, in der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als die fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei der III-V Halbleiter dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å aufweist.

Unter Verwendung eines solchen III-V Halbleiters, der durch mindestens fünf Schichten gebildet wird, ist es mög lich, ein lichtemittierendes Element zu erhalten, das ausge zeichneten Lumineszenzwirkungsgrad aufweist.

Fig. 3 zeit ein Beispiel der laminierten Struktur des lichtemittierenden Elements.

Um die Ladungsträger auf die erste Schicht zu begren zen, beträgt der Bandabstand der zwei Schichten, die die erste Schicht einschließen, vorzugsweise 0.1 eV oder mehr als der Bandabstand der ersten Schicht. Stärker bevorzugt beträgt der Bandabstand 0.3 eV oder mehr als der der ersten Schicht.

Obwohl die Beispiele der erfindungsgemäßen, in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten lichtemittierenden Elemente eine licht emittierende Schicht aufweisen, die aus einer einzelnen Schicht besteht, kann eine lichtemittierende Funktion auch durch eine laminierte Struktur von zwei oder mehr Schichten erreicht werden. Als Beispiel der laminierten Struktur von zwei oder mehr Schichten, die eine lichtemittierende Funk tion aufweist, kann die Laminierung von zwei oder mehr akti ven Schichten, die durch Schichten mit größeren Bandabstän den als die aktiven Schichten eingeschlossen werden, eine sogenannte Mehrfachquantenmuldenstruktur, verwendet werden.

Als Substrat der erfindungsgemäßen III-V Halbleiter können Si, SiC, Saphir usw. verwendet werden. Die erfin dungsgemäßen III-V Halbleiter von hoher Qualität können auf einer Pufferschicht aus dünnem AlN, GaN, III-V Halb leitern, die durch die allgemeine Formel Ga_sAl_tN (s + t = 1, 0 < s < 1, 0 < t < 1) wiedergegeben werden, oder einem Laminat dieser Schichten, das auf dem vorstehend erwähnten Substrat gezüchtet wurde, gezüchtet werden.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen III- V Halbleiter kann Molekularstrahlepitaxie (nachstehend in einigen Fällen als "MBE" abgekürzt), metallorganische Dampf phasenepitaxie (nachstehend in einigen Fällen als "MOVPE" abgekürzt), Hydriddampfphasenepitaxie (nachstehend in eini gen Fällen als "HVPE" abgekürzt) usw. sein. Ein Verfahren, das allgemein als MBE-Verfahren verwendet wird, ist Moleku larstrahlepitaxie mit einer Gasquelle (nachstehend in eini gen Fällen als "GSMBE" abgekürzt), bei der stickstoffhaltige Substanzen, wie Stickstoffgas, Ammoniak oder andere stick stoffhaltige Verbindungen, in der Dampfphase zugeführt wer den. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, sind stickstoff haltige Substanzen in einigen Fällen chemisch inaktiv, was es weniger leicht macht, daß Stickstoffatome in den Kristall eingebaut werden. In einem solchen Fall können unter Verwen dung von Mikrowellen oder dgl. die stickstoffhaltigen Sub stanzen aktiviert und wie sie sind in einem aktiven Zustand zugeführt werden, so daß der Wirkungsgrad des Einbaus von Stickstoff verbessert wird.

Bei dem MOVPE-Verfahren können folgende Substanzen ver wendet werden.

Die Substanzen der Elemente der Gruppe III schließen ein: Trialkylgallium, das durch die allgemeine Formel R₁R₂R₃Ga wiedergegeben wird (wobei R₁, R₂ und R₃ Niederal kylreste bezeichnen), wie Trimethylgallium [(CH₃)₃Ga, nach stehend in einigen Fällen als "TMG" abgekürzt] und Triethyl gallium [(C₂H₅)₃Ga, nachstehend in einigen Fällen als "TEG" abgekürzt], Trimethylaluminium [(CH₃)₃Al], Triethylaluminium [(C₂H₅)₃Al, nachstehend in einigen Fällen als "TEA" abge kürzt], Triisobutylaluminium [i-(C₄H₉)₃Al] und dgl., die durch die allgemeine Formel R₁R₂R₃Al wiedergegeben werden (die Definitionen der Symbole R₁, R₂ und R₃ weisen die vor stehend angegebene Bedeutung auf), und Trialkylindium, das durch die allgemeine Formel R₁R₂R₃In wiedergegeben wird (die Definitionen der Symbole R₁, R₂ und R₃ weisen die vorstehend angegebene Bedeutung auf), wie Trimethylindium [(CH₃)₃In, nachstehend in einigen Fällen als "TMI" abgekürzt] und Triethylindium [(C₂H₅)₃In].

Als nächstes schließen die Substanzen der Elemente der Gruppe V Ammoniak, Hydrazin, Methylhydrazin, 1,1-Dimethylhy drazin, 1,2-Dimethylhydrazin, tert-Butylamin, Ethylendiamin ein. Diese Substanzen werden einzeln wie sie sind oder als Gemisch verwendet. Von diesen Substanzen sind, da Ammoniak und Hydrazin keine Kohlenstoffatome in den Molekülen enthal ten, Ammoniak und Hydrazin geeignete Substanzen, die in einem Halbleiter weniger Verunreinigung mit Kohlenstoff er zeugen.

Bei dem MOVPE-Verfahren liegt der bevorzugte Wachstums druck (verwendeter Druck beim Züchten) für die III-V Halb leiter im Bereich von 1-0.001 atm. Wenn der Wachstumsdruck größer als 1 atm ist, sind sowohl der Wirkungsgrad der für das Züchten verwendeten Ausgangssubstanzen als auch die Gleichförmigkeit der Dicke des gezüchteten Films gering. Im allgemeinen wird, obwohl mit abnehmendem Wachstumsdruck die Gleichförmigkeit hoch wird, wenn der Bereich des Wachstums drucks geringer als 0.001 atm ist, fast keine höhere Gleich förmigkeit erhalten, und manchmal können nur Kristalle schlechter Qualität erhalten werden. Stärker bevorzugt liegt der Wachstumsdruck im Bereich von 1-0.01 atm.

Jetzt wird insbesondere ein Verfahren des Züchtens eines III-V Halbleiters beschrieben, das das Züchten einer dritten Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur nach dem Züchten einer ersten Schicht erfordert, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird.

Das Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen III- V Halbleiters ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, bei 1000°C oder einer geringeren Temperatur nach dem Züchten der ersten Schicht aber vor dem Züchten der dritten Schicht gezüchtet wird.

Wenn die Filme mit dem MOVPE-Verfahren gezüchtet wer den, wird die zweite Schicht und die dritte Schicht vorzugs weise in einer Atmosphäre gezüchtet, die keinen Wasserstoff enthält. Bei Züchten in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre verschlechtert sich die erste Schicht, wobei die Herstellung eines Elements, das ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, unmöglich gemacht wird.

Die zweite Schicht wird bei 1000°C oder einer geringe ren Temperatur gezüchtet. Vorzugsweise wird die zweite Schicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 400°C und 1000°C gezüchtet. Stärker bevorzugt beträgt der Temperatur bereich zwischen 500°C und 900°C. Wenn der Film bei einer zu hohen Temperatur gezüchtet wird, weist, da die erste Schicht oder die aktive Schicht sich während des Züchtens der zwei ten Schicht verschlechtert, ein schließlich hergestelltes lichtemittierendes Element Probleme, wie das Nichtemittieren gemäß der Zusammensetzung der Elemente, die in der aktiven Schicht enthalten sind, erwarteten Farbe und unzureichende Emissionsintensität auf. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Film bei einer zu geringen Temperatur gezüchtet wird, die Filmwachstumsgeschwindigkeit unpraktisch langsam.

Bei dem Herstellungsverfahren eines III-V Halbleiters liegt die Filmdicke der ersten Schicht vorzugsweise im Be reich zwischen 5 Å und 500 Å. Wenn die erwartete Verwendung ein lichtemitterendes Element ist, das große Emissionsin tensität aufweist, liegt insbesondere die Filmdicke der er sten Schicht vorzugsweise im Bereich zwischen 5 Å und 90 Å. Wenn die Filmdicke dünner als 5 Å oder dicker als 500 Å ist, ist, wenn der Halbleiter zur Erzeugung eines lichtemittie renden Elements verwendet wird, der Lumineszenzwirkungsgrad unzureichend, was nicht erwünscht ist.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im einzel nen in bezug auf die Ausführungsformen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Ein lichtemittierendes Element mit der in Fig. 3 ge zeigten Struktur wurde hergestellt. Im folgenden wird eine Beschreibung über das lichtemittierende Element in bezug auf Fig. 3 gegeben. Wie nachstehend beschrieben wurden die III- V Halbleiterschichten mit dem MOVPE-Verfahren hergestellt.

Mit Stickstoff verdünntes Silan (SiH₄) wurde als Dotie rungsquelle des n-Typs zur Dotierung von Si verwendet, wäh rend Biscyclopentadienylmagnesium [(C₅H₅)₂Mg, nachstehend in einigen Fällen als "Cp₂Mg" abgekürzt] als Dotierungsquelle des p-Typs zur Dotierung von Mg verwendet wurde.

Als Substrat wurde eine C-Fläche von Saphir verwendet, die hochglanzpoliert und durch organische Reinigung gerei nigt wurde. Zuerst wurde unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas Chlorwasserstoff bei einer Temperatur von 1100°C eingeleitet, um den Reaktionsofen und das Substrat zu reinigen. Nach der Reinigung wurden TMG und Ammoniak bei einer Substrattemperatur von 550°C eingeleitet, wobei eine Pufferschicht 8 aus GaN mit einer Filmdicke von 500 Å gebil det wurde.

Als nächstes wurde die Substrattemperatur auf 1100°C erhöht. TMG, Ammoniak und Silangas wurden eingeleitet, um eine Schicht 5 von Si-dotiertem GaN mit einer Trägerkonzen tration des n-Typs von 1 × 10¹⁹/cm³ und einer Filmdicke von etwa 3 µm zu züchten. Ferner wurde bei der gleichen Tempera tur eine nicht dotierte GaN-Schicht 4 mit 1500 Å gezüchtet. Die Filmwachstumsgeschwindigkeiten des Züchtens der mit Si dotierten Schicht und der nicht dotierten Schicht betrugen 1000 Å/Min. bzw. 200 Å/Min.

Als nächstes wurde die Substrattemperatur auf 785°C er niedrigt, das Trägergas auf Stickstoff umgestellt, und 0.04 sccm TEG, 0.08 sccm TMI und 4 slm Ammoniak wurden eingelei tet, um eine In_0.3Ga_0.7N-Schicht 1, d. h. eine lichtemittie rende Schicht, siebzig Sekunden zu züchten. Nach dem Züchten der lichtemittierenden Schicht wurden 5 Minuten nur das Trä gergas und Ammoniak eingeleitet.

Weiter wurden bei der gleichen Temperatur 0.032 sccm TEG, 0.008 sccm TEA und 4 slm Ammoniak eingeleitet, um eine Ga_0.8Al_0.2N-Schicht 2, d. h. eine Schutzschicht, während zehn Minuten zu züchten.

Die Einheiten "slm" und "sccm" sind Einheiten des Gas flusses. Wenn der Wert 1 slm ist, bedeutet das, daß das Gas, das pro Minute fließt ein solches Gewicht aufweist, das 1 l im Kubikvolumen im normalen Zustand mißt. Die Menge 1000 sccm entspricht der Menge 1 slm.

Die Wachstumsgeschwindigkeiten des Züchtens dieser zwei Schichten, die aus den Dicken von äquivalenten Schichten be rechnet wurden, die für einen längeren Zeitraum unter den gleichen Bedingungen gezüchtet wurden, betragen 43 Å/Min. bzw. 30 Å/Min. Daher werden aus den vorstehenden Wachstums geschwindigkeiten die Dicken dieser zwei Schichten als 50 Å bzw. 300 Å berechnet.

Als nächstes wurden nach Erhöhen der Substrattemperatur auf 1100°C und nach Einleiten von Cp₂Mg und Ammoniak für vierzig Sekunden TMG, Cp₂Mg und Ammoniak eingeleitet, um eine mit Mg dotierte GaN-Schicht 3 mit einer Dicke von 5000 Å zu züchten.

Nach Herausnehmen der auf diese Weise hergestellten III- V Halbleiterprobe= aus dem Reaktionsofen wurde die Probe zwanzig Minuten bei 800°C in einer Stickstoffatmosphäre ge tempert, wobei die Mg-dotierte GaN-Schicht eine Schicht vom p-Typ wurde, die geringen Widerstand aufweist. Elektroden wurden in der auf diese Weise hergestellten Probe mit einem bekannten Verfahren gebildet, wobei eine LED vervollständigt wurde. Die Elektrode des p-Typs ist aus Ni-Au-Legierung her gestellt und die Elektrode des n-Typs aus Al. Bei Anlegen eines Stroms emittierte die LED helles blaues Licht mit einer Emissionswellenlänge von 4750 Å. Die Leuchtdichte be trug 1200 mcd mit 20 mA.

Zweite Ausführungsform

Ein lichtemittierendes Element mit der in Fig. 1 ge zeigten Struktur wurde hergestellt. Im folgenden wird ein lichtemittierendes Element in bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Der Galliumnitrid-Halbleiter wurde mit dem MOVPE-Ver fahren hergestellt.

Als Substrat wurde eine C-Fläche von Saphir verwendet, die hochglanzpoliert und durch organische Reinigung gerei nigt wurde. Um die Struktur aufzubauen, wurde zuerst das Substrat in Wasserstoff auf 1100°C erhitzt und mit HCl-Gas in einem Reaktionsofen in diesem Zustand umgesetzt, und ein Sekundärzylinder und das Substrat wurden dann durch Dampf phasenätzen geätzt. Nach Abbrechen der Zufuhr des HCl-Gases, wurde das Substrat in Wasserstoff bei 1100°C gereinigt.

Als nächstes wurde nach Züchten von GaN als Puffer schicht, die eine Dicke von 500 Å aufweist, bei 600°C unter Verwendung von TMG und Ammoniak die Si-dotierte GaN-Schicht 5 mit einer Dicke von 3 µm bei 1100°C unter Verwendung von Silan (SiH₄) als Dotierungsmittel zusätzlich zu TMG und Am moniak gezüchtet.

Nach Verringerung der Temperatur auf 800°C wurde das Trägergas auf Stickstoff umgestellt, um die In_0.17Ga_0.83N- Schicht 1 mit einer Dicke von 60 Å und die Ga_0.8Al_0.2N- Schicht 2 mit einer Dicke von 300 Å unter Verwendung von TEG, TMI und TEA zu-züchten. Anschließend wurde nach Erhöhen der Temperatur auf 1100°c unter Verwendung von Bismethyl cyclopentadienylmagnesium [(CH₃C₅H₄)₂Mg, nachstehend in einigen Fällen als "MCp₂Mg" abgekürzt] als Dotierungsmittel zusätzlich zu TMG und Ammoniak die Mg-dotierte GaN-Schicht 3 mit 5000 Å gezüchtet. Das Substrat wurde nach Züchten der Schicht 3 herausgenommen und bei 800°C in Stickstoff ther misch behandelt.

Elektroden wurden in der Probe, die auf diese Weise hergestellt wurde, mit einem bekannten Verfahren gebildet, wobei eine LED vervollständigt wurde. Die Elektrode vom p- Typ ist aus Ni-Au-Legierung und die Elektrode vom n-Typ aus Al hergestellt. Bei Anlegen eines Stroms von 20 mA emit tierte die LED helles blaues Licht. Die Leuchtdichte betrug 120 mcd.

Erstes Vergleichsbeispiel

Eine LED wurde genauso wie bei der zweiten Ausführungs form hergestellt, außer daß die InGaN-Schicht mit einer Dicke von 100 Å erzeugt wurde, und genauso wie bei der zwei ten Ausführungsform bewertet. Die Leuchtkraft der LED aus fast dem ganzen Wafer war geringer als 10 mcd, obwohl eine LED aus einem Stück ziemlich nahe der Ecke des Wafers helle blaue Emission zeigte.

Dritte Ausführungsform

Proben von III-V Halbleitern wurden genauso wie bei Ausführungsform 1 hergestellt, außer daß die Dicken der ersten Schicht 21, 32 und 86 Å betrugen. Ebenfalls genauso wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wurden LED aus diesen Proben durch Bilden von Elektroden hergestellt und untersucht. Alle LED zeigten helle blaue Lichtemission mit mehr als 20 mcd bei einem Durchlaßstrom von 20 mA.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der ersten Schicht und der typischen externen Quantenausbeute der LED bei 20 mA.

Zweites Vergleichsbeispiel

Eine Probe eines III-V Halbleiters wurde genauso wie bei Ausführungsform 1 hergestellt, außer daß die Dicke der ersten Schicht 150 Å betrug. Ebenfalls genauso wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wurde eine LED aus der Probe durch Bilden von Elektroden hergestellt und unter sucht. Die LED zeigte nur schwache blaue Emission bei einem Durchlaßstrom von 20 mA. Die Leuchtkraft bei 20 mA war weni ger als 1/10000 der LED in der ersten Ausführungsform.

Vierte, fünfte und sechste Ausführungsform

Proben der in Fig. 5 gezeigten Struktur wurden wie folgt hergestellt. Zuerst wurde eine fünfte Schicht von nicht dotiertem 3 µm dickem GaN bei 1100°C gezüchtet, dann eine erste Schicht von 50 Å dickem nicht dotiertem InGaN im Temperaturbereich von 785-825°C gezüchtet. Eine zweite Schicht von nicht dotiertem GaAlN wurde weiter bei der glei chen Temperatur wie die erste Schicht gezüchtet. Nach dem Züchten wurde die thermische Stabilität der ersten Schicht dieser Proben durch Bewerten der Intensitätsänderung des Photolumineszenz (nachstehend zur Vereinfachung als PL abge kürzt)-Spektrums aus der ersten Schicht vor und nach der thermischen Behandlung untersucht. Detaillierte Wachstumsbe dingungen, thermische Behandlungsbedingungen und die Inten sitätsänderung sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Wie deut lich aus Tabelle 1 zu sehen ist, zeigen alle Proben in Ta belle 1 fast keine Änderung in der PL-Intensität und ist die zweite Schicht der vorliegenden Erfindung ziemlich wirksam zur Verbesserung der thermischen Stabilität der ersten Schicht.

Tabelle 1

Drittes Vergleichsbeispiel

Eine Probe wurde genauso wie bei der vierten Ausfüh rungsform hergestellt, außer daß nach dem Züchten der ersten Schicht aus InGaN die Zufuhr von TEG und TMI abgebrochen wurde und dann 15 Å dick GaN bei 1100°c gezüchtet wurde. Es gab keinen Peak aus der InGaN ersten Schicht im PL-Spektrum dieser Probe, was zeigt, daß die erste Schicht nach dem Züchten der ersten Schicht beeinträchtigt wurde.

Claims

1. III-V Halbleiterstruktur, bei der eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wieder gegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich 5 Å bis 90 Å aufweist.

2. III-V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter ge bildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich 5 Å bis 90 Å aufweist.

3. III-V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskon zentration als die fünfte Schicht, die durch einen III- V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_a′Al_b′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich 5 Å bis 90 Å aufweist.

4. III-V Halbleiterstruktur, bei der eine fünfte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_aAl_bN (a + b = 1, 0 a 1, 0 b 1) wiedergegeben wird, eine vierte Schicht mit einer geringeren Verunreinigungskon zentration als die fünfte Schicht, die durch einen III- V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_a′Al_b′N (a′ + b′ = 1, 0 a′ 1, 0 b′ 1) wiedergegeben wird, und eine erste Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, und eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wieder gegeben wird, in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, wobei die erste Schicht eine Dicke im Bereich 5 Å bis 90 Å aufweist.

5. III-V Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 4, wo bei die Dicke der zweiten Schicht, die durch einen III- V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, im Bereich 50 Å bis 1 µm liegt.

6. III-V Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Konzentration jedes der Elemente Si, Ge, Zn, Cd und Mg, die in der ersten Schicht enthalten sind, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, 1 × 10¹⁹/cm³ oder kleiner ist.

7. III-V Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, 4, 5 oder 6, wobei die Konzentration an Mg in der zweiten Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, 1 × 10¹⁹/cm³ oder kleiner ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer III-V Halbleiter struktur, wobei eine dritte Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′′Al_y′′N (x′′ + y′′ = 1, 0 < x′′ 1, 0 y′′ < 1) wiedergegeben wird, bei einer 1000°C übersteigenden Temperatur nach dem Züchten einer ersten Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel In_xGa_yAl_zN (x + y + z = 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 z < 1) wiedergegeben wird, gezüchtet wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine zweite Schicht, die durch einen III-V Halbleiter gebildet wird, der durch die allgemeine Formel Ga_x′Al_y′N (x′ + y′ = 1, 0 < x′ 1, 0 y′ < 1) wiedergegeben wird, bei 1000°c oder einer geringeren Temperatur nach dem Züchten der ersten Schicht aber vor dem Züchten der dritten Schicht gezüchtet wird.

9. Lichtemittierendes Element dadurch gekennzeichnet, daß eine III-V Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 verwendet wird.