JP2000261035A - ＧａＮ系の半導体素子 - Google Patents
ＧａＮ系の半導体素子Info
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/815—Bodies having stress relaxation structures, e.g. buffer layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶性の高いＩｎＧａＮ層を有する新規な構
成のＧａＮ系の半導体素子を提供することを目的とす
る。 【構成】 ＩｎＧａＮ層を同じ組成の下地層の上に形成
する。下地層の組成を連続的又は段階的に変化させても
よい。
成のＧａＮ系の半導体素子を提供することを目的とす
る。 【構成】 ＩｎＧａＮ層を同じ組成の下地層の上に形成
する。下地層の組成を連続的又は段階的に変化させても
よい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＮ系の半導体素子
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系の半導体は、例えば青色発光素
子として利用できることが知られている。従来、ＧａＮ
系の半導体素子の製造方法として、サファイア基板の上
に、ＡｌＮ又はＧａＮからなるバッファ層を成長させ、
その上にＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる層（以下、下地
層とする。）を数μｍ成長させた後、ＩｎＧａＮからな
る層（以下、ＩｎＧａＮ層とする。）を成長させる方法
が提案されている（特許公報第２７５１９６３号を参
照。）。
子として利用できることが知られている。従来、ＧａＮ
系の半導体素子の製造方法として、サファイア基板の上
に、ＡｌＮ又はＧａＮからなるバッファ層を成長させ、
その上にＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる層（以下、下地
層とする。）を数μｍ成長させた後、ＩｎＧａＮからな
る層（以下、ＩｎＧａＮ層とする。）を成長させる方法
が提案されている（特許公報第２７５１９６３号を参
照。）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法では
ＩｎＧａＮ層と下地層（ＡｌＧａＮ又はＧａＮ）ではそ
の組成が異なるため、前者は後者の上にヘテロエピタキ
シャル成長した構成となる。更には、両者を有機金属化
合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という。）で形成
しようとするとき、下地層（ＡｌＧａＮ又はＧａＮ）の
成長温度は通常、約１０００℃であるのに対し、ＩｎＧ
ａＮ層の成長温度は７００〜９００℃である。このよう
に、ヘテロエピタキシャル成長や成長温度の相違の問題
があるので、下地層の上に形成されるＩｎＧａＮ層の結
晶性の向上には限界があった。そこで、本発明は、より
結晶性の高いＩｎＧａＮ層を有する新規な構成のＧａＮ
系の半導体素子を提供することを目的とする。ＩｎＧａ
Ｎの結晶性を向上させることにより、これを発光素子に
利用した場合には発光光度の向上が図れる。
ＩｎＧａＮ層と下地層（ＡｌＧａＮ又はＧａＮ）ではそ
の組成が異なるため、前者は後者の上にヘテロエピタキ
シャル成長した構成となる。更には、両者を有機金属化
合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という。）で形成
しようとするとき、下地層（ＡｌＧａＮ又はＧａＮ）の
成長温度は通常、約１０００℃であるのに対し、ＩｎＧ
ａＮ層の成長温度は７００〜９００℃である。このよう
に、ヘテロエピタキシャル成長や成長温度の相違の問題
があるので、下地層の上に形成されるＩｎＧａＮ層の結
晶性の向上には限界があった。そこで、本発明は、より
結晶性の高いＩｎＧａＮ層を有する新規な構成のＧａＮ
系の半導体素子を提供することを目的とする。ＩｎＧａ
Ｎの結晶性を向上させることにより、これを発光素子に
利用した場合には発光光度の向上が図れる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべくなされたものである。この発明の第１の局面の構
成は以下の通りである。即ち、基板と、バッファ層と、
ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなる第１の層
と、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ≠Ｘ）からな
る第２の層と、が順次積層された構造を備えてなるＧａ
Ｎ系の半導体素子である。
すべくなされたものである。この発明の第１の局面の構
成は以下の通りである。即ち、基板と、バッファ層と、
ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなる第１の層
と、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ≠Ｘ）からな
る第２の層と、が順次積層された構造を備えてなるＧａ
Ｎ系の半導体素子である。
【０００５】このように構成された半導体素子によれ
ば、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ≠Ｘ）からな
る第２の層とその下地となるＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜
Ｘ＜１）からなる第１の層とが同じ組成物で形成されて
いる。したがって、第２の層は第１の層の上にホモエピ
タキシャル的に成長させることができ、かつ両者をほぼ
同じ成長温度で成長させることができる。その結果、結
晶性の高い第２の層を得ることができる。
ば、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ≠Ｘ）からな
る第２の層とその下地となるＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜
Ｘ＜１）からなる第１の層とが同じ組成物で形成されて
いる。したがって、第２の層は第１の層の上にホモエピ
タキシャル的に成長させることができ、かつ両者をほぼ
同じ成長温度で成長させることができる。その結果、結
晶性の高い第２の層を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各構成要素につい
て説明する。ＧａＮ系の半導体とはIII族窒化物半導体
であって、一般的にはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される。
かかるＧａＮ系の半導体層は周知のＭＯＣＶＤ法により
成長される。また、周知の分子線結晶成長法（以下、Ｍ
ＢＥ法とする。）等によっても成長させることができ
る。
て説明する。ＧａＮ系の半導体とはIII族窒化物半導体
であって、一般的にはＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される。
かかるＧａＮ系の半導体層は周知のＭＯＣＶＤ法により
成長される。また、周知の分子線結晶成長法（以下、Ｍ
ＢＥ法とする。）等によっても成長させることができ
る。
【０００７】本発明に用いられる基板は任意である。好
適にはサファイア基板が用いられる。その他、Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ等の基板を用いることができる。
適にはサファイア基板が用いられる。その他、Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ等の基板を用いることができる。
【０００８】サファイア基板を用いた場合には、バッフ
ァ層としてＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）を用い
る。バッファ層はＧａＮ系の半導体層の形成を容易にす
るために用いられる。バッファ層の厚さは特に限定はさ
れない。また、バッファ層は単層であっても、複数のバ
ッファ層を積層してもよい。他の基板材料を用いたとき
にも、当該基板材料に適した材料製のバッファ層を用い
る。例えば、Ｓｉ（１１１）基板を採用するときには、
基板側からＡｌ／ＴｉＮ／Ｔｉなる構成のバッファ層を
用いる。
ァ層としてＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）を用い
る。バッファ層はＧａＮ系の半導体層の形成を容易にす
るために用いられる。バッファ層の厚さは特に限定はさ
れない。また、バッファ層は単層であっても、複数のバ
ッファ層を積層してもよい。他の基板材料を用いたとき
にも、当該基板材料に適した材料製のバッファ層を用い
る。例えば、Ｓｉ（１１１）基板を採用するときには、
基板側からＡｌ／ＴｉＮ／Ｔｉなる構成のバッファ層を
用いる。
【０００９】第１の層はＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜
１）からなり、例えば発光素子のクラッド層として用い
られるときには、この第１の層は所望の導電型を得るた
めにアクセプター又はドナーがドープされる。
１）からなり、例えば発光素子のクラッド層として用い
られるときには、この第１の層は所望の導電型を得るた
めにアクセプター又はドナーがドープされる。
【００１０】ここで、バッファ層にＡｌＺＧａ１−ＺＮ
（０≦Ｚ≦０）を用いた場合には、バッファ層の格子定
数が第１の層の格子定数よりも小さい。また、第１の層
のＩｎの組成比が小さいほど両者の格子定数の差も小さ
くなる。そこで、バッファ層と接する面においてはバッ
ファ層とより格子整合し、第２の層と接する面において
は第２の層の組成とほぼ等しくなるように、第１の層に
おけるＩｎの組成比をバッファ層側から第２の層側に向
かって連続的又は断続的に大きくさせることが好まし
い。これにより、バッファ層と接する面においてはバッ
ファ層とより格子整合し、かつ第２の層と接する面にお
いて第２の層と格子整合した第１の層が得られる。その
結果、第１の層の結晶性が向上し、その結晶性の高い第
１の層の上に形成される第２の層はより高品質のものと
なる。 第１の層の組成を連続的又は断続的に変化させる
には、ＭＯＣＶＤ法を例にとれば、第１の層を成長させ
るにしたがって原料ガスの組成比を連続的又は断続的に
変化させればよい。
（０≦Ｚ≦０）を用いた場合には、バッファ層の格子定
数が第１の層の格子定数よりも小さい。また、第１の層
のＩｎの組成比が小さいほど両者の格子定数の差も小さ
くなる。そこで、バッファ層と接する面においてはバッ
ファ層とより格子整合し、第２の層と接する面において
は第２の層の組成とほぼ等しくなるように、第１の層に
おけるＩｎの組成比をバッファ層側から第２の層側に向
かって連続的又は断続的に大きくさせることが好まし
い。これにより、バッファ層と接する面においてはバッ
ファ層とより格子整合し、かつ第２の層と接する面にお
いて第２の層と格子整合した第１の層が得られる。その
結果、第１の層の結晶性が向上し、その結晶性の高い第
１の層の上に形成される第２の層はより高品質のものと
なる。 第１の層の組成を連続的又は断続的に変化させる
には、ＭＯＣＶＤ法を例にとれば、第１の層を成長させ
るにしたがって原料ガスの組成比を連続的又は断続的に
変化させればよい。
【００１１】第２の層はＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜
１、Ｙ≠Ｘ）からなり、例えば発光素子ではこの層が発
光層となる。発光素子としては周知のダブルヘテロ構
造、超格子構造などが用いられる。さらには、第２の層
をＦＥＴ構造に代表される電子デバイスに利用すること
もできる。
１、Ｙ≠Ｘ）からなり、例えば発光素子ではこの層が発
光層となる。発光素子としては周知のダブルヘテロ構
造、超格子構造などが用いられる。さらには、第２の層
をＦＥＴ構造に代表される電子デバイスに利用すること
もできる。
【００１２】第２の層の上には、発光素子を例にとれ
ば、クラッド層が周知の方法で形成され、サファイア等
の絶縁性基板を用いた場合には必要なエッチング工程を
経た後、ｎ電極及びｐ電極が形成される。
ば、クラッド層が周知の方法で形成され、サファイア等
の絶縁性基板を用いた場合には必要なエッチング工程を
経た後、ｎ電極及びｐ電極が形成される。
【００１３】次に、本発明の第２の局面における構成に
ついて説明する。この局面の発明では、第１の局面の発
明における第１の層をＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＮ
（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＜１）とした。Ａｌ
をその組成に加えることにより第１の層のバンドキャッ
プを第１の局面の場合より更に広くできるからである。
これにより、例えば発光素子では第２の層を発光層とし
た時、より優れたクラッド層としての役割を第１の層に
与えることができる。
ついて説明する。この局面の発明では、第１の局面の発
明における第１の層をＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＮ
（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＜１）とした。Ａｌ
をその組成に加えることにより第１の層のバンドキャッ
プを第１の局面の場合より更に広くできるからである。
これにより、例えば発光素子では第２の層を発光層とし
た時、より優れたクラッド層としての役割を第１の層に
与えることができる。
【００１４】第１の層におけるＡｌ及びＩｎの組成比は
任意であるが、この上に形成される第２の層との格子整
合をとるため、第２の層の格子定数とほぼ等しくなるよ
うな組成とすることが望ましい。
任意であるが、この上に形成される第２の層との格子整
合をとるため、第２の層の格子定数とほぼ等しくなるよ
うな組成とすることが望ましい。
【００１５】第１の局面の場合と同様、第１の層のＡｌ
及びＩｎの組成比をバッファ層側から第２の層側に向か
って連続的又は断続的に変化させることもできる。これ
により、バッファ層と接する面においてはバッファ層と
より格子整合し、かつ第２の層と接する面において第２
の層と格子整合した第１の層が得られる。その結果、第
１の層の結晶性が向上し、その結晶性の高い第１の層の
上に形成される第２の層はより高品質のものとなる。第
１の層のＡｌ及びＩｎの組成比を変化させる場合には、
第２の層と接する面において第１の層のバンドキャップ
が第２の層のバンドキャップよりも広くなるようにＡｌ
及びＩｎの組成比を変化させることが望ましい。 このよ
うな第１の層は第１の局面のそれと同様の方法で形成さ
れる。
及びＩｎの組成比をバッファ層側から第２の層側に向か
って連続的又は断続的に変化させることもできる。これ
により、バッファ層と接する面においてはバッファ層と
より格子整合し、かつ第２の層と接する面において第２
の層と格子整合した第１の層が得られる。その結果、第
１の層の結晶性が向上し、その結晶性の高い第１の層の
上に形成される第２の層はより高品質のものとなる。第
１の層のＡｌ及びＩｎの組成比を変化させる場合には、
第２の層と接する面において第１の層のバンドキャップ
が第２の層のバンドキャップよりも広くなるようにＡｌ
及びＩｎの組成比を変化させることが望ましい。 このよ
うな第１の層は第１の局面のそれと同様の方法で形成さ
れる。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の第１の局面における実施例
を図を参照しながら説明する。 （第１実施例）図１はこの発明の実施例の発光ダイオー
ド１である。各半導体層のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） ｐクラッド層６ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ （0.3μm） 第２の層：発光層５ ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3. 5nm） 第１の層：ｎクラッド層４ ： ｎ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ：Ｓｉ （4 μm） バッファ層３ ： ＡｌＮ （50nm） 基板２ ： サファイア （300μm）
を図を参照しながら説明する。 （第１実施例）図１はこの発明の実施例の発光ダイオー
ド１である。各半導体層のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） ｐクラッド層６ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ （0.3μm） 第２の層：発光層５ ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3. 5nm） 第１の層：ｎクラッド層４ ： ｎ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ：Ｓｉ （4 μm） バッファ層３ ： ＡｌＮ （50nm） 基板２ ： サファイア （300μm）
【００１７】バッファ層３はＭＯＣＶＤ法により基板１
の上に積層される。
の上に積層される。
【００１８】第１の層であるｎクラッド層４は発光層５
側の低電子濃度ｎ−層とバッファ層３側の高電子濃度ｎ
＋層とからなる２層構造とすることができる。第２の層
である発光層５は実施例に限定されず、多重量子井戸構
造等を用いることができる。発光層５とｐクラッド層６
との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバン
ドキャップの広いＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦
Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）層を介在させること
ができる。これは発光層５の中に注入された電子がｐク
ラッド層６に拡散するのを防止するためである。ｐクラ
ッド層６を発光層５側の低ホール濃度ｐ−層と電極７側
の高ホール濃度ｐ＋側とからなる２層構造とすることが
できる。
側の低電子濃度ｎ−層とバッファ層３側の高電子濃度ｎ
＋層とからなる２層構造とすることができる。第２の層
である発光層５は実施例に限定されず、多重量子井戸構
造等を用いることができる。発光層５とｐクラッド層６
との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバン
ドキャップの広いＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦
Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）層を介在させること
ができる。これは発光層５の中に注入された電子がｐク
ラッド層６に拡散するのを防止するためである。ｐクラ
ッド層６を発光層５側の低ホール濃度ｐ−層と電極７側
の高ホール濃度ｐ＋側とからなる２層構造とすることが
できる。
【００１９】バッファ層３の上の各半導体層は周知のＭ
ＯＣＶＤ法により形成される。この成長法においては、
アンモニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例
えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）と
を適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応
させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
ＯＣＶＤ法により形成される。この成長法においては、
アンモニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例
えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）と
を適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応
させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
【００２０】ｐクラッド層６を形成した後、ｐクラッド
層６、発光層５及びｎクラッド層４の一部をエッチング
する。その後、ｎ電極９をｎクラッド層４の上に蒸着に
より形成する。
層６、発光層５及びｎクラッド層４の一部をエッチング
する。その後、ｎ電極９をｎクラッド層４の上に蒸着に
より形成する。
【００２１】透光性電極７は金を含む薄膜であり、ｐク
ラッド層６の上面の実質的な全面を覆って積層される。
ｐ電極８も金を含む材料で構成されており、蒸着により
透光性電極７の上に形成される。又、ｐ電極８を厚膜と
すれば、発生した光を反射し、透明なサファイア基板２
から光を取り出すタイプの発光素子とすることもでき
る。
ラッド層６の上面の実質的な全面を覆って積層される。
ｐ電極８も金を含む材料で構成されており、蒸着により
透光性電極７の上に形成される。又、ｐ電極８を厚膜と
すれば、発生した光を反射し、透明なサファイア基板２
から光を取り出すタイプの発光素子とすることもでき
る。
【００２２】（第２実施例）図２に本発明の他の実施例
である発光ダイオード１０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
である発光ダイオード１０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
【００２３】発光ダイオード１０ではｎクラッド層１４
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ｉｎ
０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉドープ） 〜 ｎ−Ｉｎ
０． １５Ｇａ０．８５Ｎ（Ｓｉドープ）へと連続的に変
化している。発光ダイオード１０ではｎ−クラッド層の
バッファ層３側のＩｎの組成比が小さくなるため、バッ
ファ層３との格子定数の差も小さくなり、ｎクラッド層
１４の結晶性が向上する。そして、発光層５側において
ｎクラッド層１４のＩｎの組成比が発光層５のそれと実
質的に等しくなるのでｎクラッド層１４と発光層５との
格子定数が実質的に等しくなる。よって、発光層５の結
晶性も向上する。
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ｉｎ
０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉドープ） 〜 ｎ−Ｉｎ
０． １５Ｇａ０．８５Ｎ（Ｓｉドープ）へと連続的に変
化している。発光ダイオード１０ではｎ−クラッド層の
バッファ層３側のＩｎの組成比が小さくなるため、バッ
ファ層３との格子定数の差も小さくなり、ｎクラッド層
１４の結晶性が向上する。そして、発光層５側において
ｎクラッド層１４のＩｎの組成比が発光層５のそれと実
質的に等しくなるのでｎクラッド層１４と発光層５との
格子定数が実質的に等しくなる。よって、発光層５の結
晶性も向上する。
【００２４】ｎクラッド層１４の形成は、ＭＯＣＶＤ法
を行うとき、原料ガスの組成比を連続的に変化させる。
これにより、バッファ層３側から発光層５側に向かって
連続的に組成の変化するｎクラッド層１４を得る。
を行うとき、原料ガスの組成比を連続的に変化させる。
これにより、バッファ層３側から発光層５側に向かって
連続的に組成の変化するｎクラッド層１４を得る。
【００２５】（第３実施例）図３に本発明の他の実施例
である発光ダイオード２０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
である発光ダイオード２０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
【００２６】発光ダイオード２０ではｎクラッド層２４
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ｉｎ
０．０２Ｇａ０．９８Ｎ（Ｓｉドープ）、ｎ−Ｉｎ
０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（Ｓｉドープ）、ｎ−Ｉｎ
０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（Ｓｉドープ）へと３段階に変
化している。発光ダイオード２０ではｎクラッド層２４
のバッファ層３側のＩｎの組成比が小さくなるため、バ
ッファ層３との格子定数の差も小さくなり、ｎクラッド
層２４の結晶性が向上する。そして、発光層５側におい
てｎクラッド層２４のＩｎの組成比が発光層５のそれと
実質的に等しくなるのでｎクラッド層１４と発光層５と
の格子定数が実質的に等しくなる。よって、発光層５の
結晶性も向上する。
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ｉｎ
０．０２Ｇａ０．９８Ｎ（Ｓｉドープ）、ｎ−Ｉｎ
０．０８Ｇａ０．９２Ｎ（Ｓｉドープ）、ｎ−Ｉｎ
０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（Ｓｉドープ）へと３段階に変
化している。発光ダイオード２０ではｎクラッド層２４
のバッファ層３側のＩｎの組成比が小さくなるため、バ
ッファ層３との格子定数の差も小さくなり、ｎクラッド
層２４の結晶性が向上する。そして、発光層５側におい
てｎクラッド層２４のＩｎの組成比が発光層５のそれと
実質的に等しくなるのでｎクラッド層１４と発光層５と
の格子定数が実質的に等しくなる。よって、発光層５の
結晶性も向上する。
【００２７】ｎクラッド層２４の形成は、ＭＯＣＶＤ法
を行うとき、原料ガスの組成比を段階的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って段階的に組成の変化するｎクラッド層２４を得る。
本実施例ではｎクラッド層２４の組成を３段階に変化さ
せたが、本発明は３段階の変化に限定されるわけではな
い。
を行うとき、原料ガスの組成比を段階的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って段階的に組成の変化するｎクラッド層２４を得る。
本実施例ではｎクラッド層２４の組成を３段階に変化さ
せたが、本発明は３段階の変化に限定されるわけではな
い。
【００２８】以下、この発明の第２の局面における実施
例を図を参照しながら説明する。 （第４実施例）図４はこの発明の実施例の発光ダイオー
ド３０である。なお、第１実施例の発光ダイオード１と
同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略す
る。
例を図を参照しながら説明する。 （第４実施例）図４はこの発明の実施例の発光ダイオー
ド３０である。なお、第１実施例の発光ダイオード１と
同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略す
る。
【００２９】発光ダイオード３０ではｎクラッド層３４
をｎ−Ａｌ０．１１Ｇａ０．６１Ｉｎ０．２８Ｎ（Ｓｉ
ドープ）とした。膜厚は４μｍである。Ａｌをその組成
に加えることによりｎクラッド層３４のバンドキャップ
を広くでき、よって、ｎクラッド層３４は発光層５で生
ずるホールのバリア層としての役割を持つ。
をｎ−Ａｌ０．１１Ｇａ０．６１Ｉｎ０．２８Ｎ（Ｓｉ
ドープ）とした。膜厚は４μｍである。Ａｌをその組成
に加えることによりｎクラッド層３４のバンドキャップ
を広くでき、よって、ｎクラッド層３４は発光層５で生
ずるホールのバリア層としての役割を持つ。
【００３０】（第５実施例）図５に本発明の他の実施例
である発光ダイオード４０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
である発光ダイオード４０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
【００３１】発光ダイオード４０ではｎクラッド層４４
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ａｌ
０．３４Ｇａ０．３３Ｉｎ０．３３Ｎ（Ｓｉドープ）〜
ｎ−Ａｌ０．１１Ｇａ０．６１Ｉｎ０．２８Ｎ（Ｓｉド
ープ）へと連続的に変化している。このように組成を変
化させることにより、バッファ層３と接する面において
はバッファ層３と格子整合し、発光層５と接する面にお
いては発光層５と格子整合したｎクラッド層４４が得ら
れる。その結果、ｎクラッド層４４及び発光層５はそれ
ぞれ格子整合した下地の上に形成されることとなり、相
乗的に発光層５の結晶性が向上する。また、発光層５と
接する面においては、ｎクラッド層４４のバンドキャッ
プは発光層５のバンドキャップよりも広く、ｎクラッド
層４４は発光層５で生ずるホールのバリア層の役割をも
つ。
の組成がバッファ層３から発光層５に向かってｎ−Ａｌ
０．３４Ｇａ０．３３Ｉｎ０．３３Ｎ（Ｓｉドープ）〜
ｎ−Ａｌ０．１１Ｇａ０．６１Ｉｎ０．２８Ｎ（Ｓｉド
ープ）へと連続的に変化している。このように組成を変
化させることにより、バッファ層３と接する面において
はバッファ層３と格子整合し、発光層５と接する面にお
いては発光層５と格子整合したｎクラッド層４４が得ら
れる。その結果、ｎクラッド層４４及び発光層５はそれ
ぞれ格子整合した下地の上に形成されることとなり、相
乗的に発光層５の結晶性が向上する。また、発光層５と
接する面においては、ｎクラッド層４４のバンドキャッ
プは発光層５のバンドキャップよりも広く、ｎクラッド
層４４は発光層５で生ずるホールのバリア層の役割をも
つ。
【００３２】ｎクラッド層４４の形成は、ＭＯＣＶＤ法
を行うとき、原料ガスの組成比を連続的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って連続的に組成の変化するｎクラッド層４４を得る。
を行うとき、原料ガスの組成比を連続的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って連続的に組成の変化するｎクラッド層４４を得る。
【００３３】（第６実施例）図６に本発明の他の実施例
である発光ダイオード５０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
である発光ダイオード５０の要部拡大図を示す。なお、
第１実施例の発光ダイオード１と同一の部材には同一の
符号を付してその説明を省略する。
【００３４】発光ダイオード５０ではｎクラッド層５４
の組成がバッファ層３側から発光層５側に向かってｎ−
Ａｌ０．３４Ｇａ０．３３Ｉｎ０．３３Ｎ（Ｓｉドー
プ）、ｎ−Ａｌ０．２２Ｇａ０．４８Ｉｎ０．３０Ｎ
（Ｓｉドープ）、ｎ−Ａｌ０．１ １Ｇａ０．６１Ｉｎ
０．２８Ｎ（Ｓｉドープ）へと３段階に変化している。
このように組成を変化させることにより、バッファ層３
と接する面においてはバッファ層３と格子整合し、発光
層５と接する面においては発光層５と格子整合したｎク
ラッド層５４を得ることができる。その結果、ｎクラッ
ド層５４及び発光層５はそれぞれ格子整合した下地の上
に形成されることとなり、相乗的に発光層５の結晶性が
向上する。また、発光層５と接する面においては、ｎク
ラッド層５４のバンドキャップは発光層５のバンドキャ
ップよりも広く、ｎクラッド層５４は発光層５で生ずる
ホールのバリア層の役割を持つ。
の組成がバッファ層３側から発光層５側に向かってｎ−
Ａｌ０．３４Ｇａ０．３３Ｉｎ０．３３Ｎ（Ｓｉドー
プ）、ｎ−Ａｌ０．２２Ｇａ０．４８Ｉｎ０．３０Ｎ
（Ｓｉドープ）、ｎ−Ａｌ０．１ １Ｇａ０．６１Ｉｎ
０．２８Ｎ（Ｓｉドープ）へと３段階に変化している。
このように組成を変化させることにより、バッファ層３
と接する面においてはバッファ層３と格子整合し、発光
層５と接する面においては発光層５と格子整合したｎク
ラッド層５４を得ることができる。その結果、ｎクラッ
ド層５４及び発光層５はそれぞれ格子整合した下地の上
に形成されることとなり、相乗的に発光層５の結晶性が
向上する。また、発光層５と接する面においては、ｎク
ラッド層５４のバンドキャップは発光層５のバンドキャ
ップよりも広く、ｎクラッド層５４は発光層５で生ずる
ホールのバリア層の役割を持つ。
【００３５】ｎクラッド層５４の形成は、ＭＯＣＶＤ法
を行うとき、原料ガスの組成比を段階的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って段階的に組成の変化するｎクラッド層５４を得る。
本実施例ではｎクラッド層の組成を３段階に変化させた
が、本発明は３段階の変化に限定されるわけではない。
を行うとき、原料ガスの組成比を段階的に変化させる。
このようにして、バッファ層３側から発光層５側に向か
って段階的に組成の変化するｎクラッド層５４を得る。
本実施例ではｎクラッド層の組成を３段階に変化させた
が、本発明は３段階の変化に限定されるわけではない。
【００３６】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００３７】以下、次の事項を開示する。 （１０） 基板と、バッファ層と、ドープされたＩｎＸ
Ｇａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなる第１の層と、ドー
プされていないＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）から
なる第２の層と、が順次積層された構造を備えてなるＧ
ａＮ系の半導体素子。 （１１） 前記第２の層と接する面において前記第１の
層の組成が前記第２層の組成とほぼ等しくなるように、
前記第１の層におけるＩｎの組成比を前記バッファ層側
から前記第２の層側に向かって連続的又は断続的に変化
させる、ことを特徴とする（１０）に記載の半導体素
子。
Ｇａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなる第１の層と、ドー
プされていないＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）から
なる第２の層と、が順次積層された構造を備えてなるＧ
ａＮ系の半導体素子。 （１１） 前記第２の層と接する面において前記第１の
層の組成が前記第２層の組成とほぼ等しくなるように、
前記第１の層におけるＩｎの組成比を前記バッファ層側
から前記第２の層側に向かって連続的又は断続的に変化
させる、ことを特徴とする（１０）に記載の半導体素
子。
【図１】本発明の実施例である発光ダイオード１を示す
図である
図である
【図２】同じく他の実施例の発光ダイオード１０の要部
拡大図である。
拡大図である。
【図３】同じく他の実施例の発光ダイオード２０の要部
拡大図である。
拡大図である。
【図４】同じく他の実施例の発光ダイオード３０を示す
図である。
図である。
【図５】同じく他の実施例の発光ダイオード４０の要部
拡大図である。
拡大図である。
【図６】同じく他の実施例の発光ダイオード５０の要部
拡大図である。
拡大図である。
１、１０、２０、３０、４０、５０ 発光ダイオード ２ サファイア基板 ３ バッファ層 ４、１４、２４、３４、４４、５４ ｎクラッド層 ５ 発光層 ６ ｐクラッド層 ７ 透光性電極 ８ ｐ電極 ９ ｎ電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、 バッファ層と、 ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなる第１の層
と、 ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ≠Ｘ）からなる第
２の層と、が順次積層された構造を備えてなるＧａＮ系
の半導体素子。 - 【請求項２】 前記第２の層と接する面において前記第
１の層の組成が前記第２の層の組成とほぼ等しくなるよ
うに、前記第１の層におけるＩｎの組成比を前記バッフ
ァ層側から前記第２の層側に向かって連続的又は断続的
に変化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導
体素子。 - 【請求項３】 基板と、 バッファ層と、 ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜
１、ａ＋ｂ＜１）からなる第１の層と、 ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）からなる第２の層
と、が順次積層された構造を備えてなるＧａＮ系の半導
体素子。 - 【請求項４】 前記第２の層と接する面において前記第
１の層の格子定数が前記第２の層の格子定数とほぼ等し
くなるように、前記第１の層におけるＡｌ及びＩｎの組
成比を前記バッファ層側から前記第２の層側に向かって
連続的又は断続的に変化させる、ことを特徴とする請求
項３に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記第２の層と接する面において前記第
１の層のバンドキャップが前記第２の層のバンドキャッ
プよりも広くなるように、前記第１の層におけるＡｌ及
びＩｎの組成比を前記バッファ層側から前記第２の層側
に向かって連続的又は断続的に変化させる、ことを特徴
とする請求項３又は４に記載の半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6588099A JP2000261035A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ＧａＮ系の半導体素子 |
| US09/493,819 US6921923B1 (en) | 1999-03-12 | 2000-01-28 | Group III nitride compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6588099A JP2000261035A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ＧａＮ系の半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261035A true JP2000261035A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13299746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6588099A Pending JP2000261035A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | ＧａＮ系の半導体素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6921923B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000261035A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004530289A (ja) * | 2001-02-23 | 2004-09-30 | ニトロネックス・コーポレーション | バックサイドビアを含む窒化ガリウム材料デバイスおよび方法 |
| JP2007096330A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | Ｉｉｉ−ｖ族発光デバイス |
| JP2008226930A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
| JP2010056434A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Kanazawa Inst Of Technology | 発光素子用基板および発光素子 |
| JP2012500489A (ja) * | 2008-08-20 | 2012-01-05 | ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド | 変調ドーピング層を有する発光ダイオード |
| JP2012532437A (ja) * | 2009-06-30 | 2012-12-13 | 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 | Ｉｉｉ族窒化物デバイスにおける制御ピット形成 |
| US9620677B2 (en) | 2001-10-26 | 2017-04-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US10700023B2 (en) | 2016-05-18 | 2020-06-30 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High-power amplifier package |
| DE10213358B4 (de) * | 2001-03-29 | 2021-05-27 | Lumileds Holding B.V. | Licht emittierende III-Nitrid-Anordnung und Verfahren zu deren Herstellung |
| US11367674B2 (en) | 2016-08-10 | 2022-06-21 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High power transistors |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011049271A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5656832A (en) * | 1994-03-09 | 1997-08-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor heterojunction device with ALN buffer layer of 3nm-10nm average film thickness |
| US5523589A (en) * | 1994-09-20 | 1996-06-04 | Cree Research, Inc. | Vertical geometry light emitting diode with group III nitride active layer and extended lifetime |
| US5670798A (en) * | 1995-03-29 | 1997-09-23 | North Carolina State University | Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same |
| GB2310083B (en) * | 1995-08-31 | 1999-07-28 | Toshiba Kk | Blue light emitting element and method of manufacturing same |
| GB2327145A (en) * | 1997-07-10 | 1999-01-13 | Sharp Kk | Graded layers in an optoelectronic semiconductor device |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP6588099A patent/JP2000261035A/ja active Pending
-
2000
- 2000-01-28 US US09/493,819 patent/US6921923B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004530289A (ja) * | 2001-02-23 | 2004-09-30 | ニトロネックス・コーポレーション | バックサイドビアを含む窒化ガリウム材料デバイスおよび方法 |
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| DE10213358B4 (de) * | 2001-03-29 | 2021-05-27 | Lumileds Holding B.V. | Licht emittierende III-Nitrid-Anordnung und Verfahren zu deren Herstellung |
| US10326055B2 (en) | 2001-10-26 | 2019-06-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US9620677B2 (en) | 2001-10-26 | 2017-04-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US10032959B2 (en) | 2001-10-26 | 2018-07-24 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
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| JP2008226930A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
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| JP2010056434A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Kanazawa Inst Of Technology | 発光素子用基板および発光素子 |
| JP2012532437A (ja) * | 2009-06-30 | 2012-12-13 | 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 | Ｉｉｉ族窒化物デバイスにおける制御ピット形成 |
| US10700023B2 (en) | 2016-05-18 | 2020-06-30 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High-power amplifier package |
| US11367674B2 (en) | 2016-08-10 | 2022-06-21 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High power transistors |
| US11862536B2 (en) | 2016-08-10 | 2024-01-02 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | High power transistors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6921923B1 (en) | 2005-07-26 |
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