JP2010010571A - Light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 高効率な紫外線発生源として用いられ得るとともに、導電性基板を採用することにより、プロセスコストも顕著に低減可能である発光素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を窒化処理し、該酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化ガリウム結晶を形成してなることを特徴とする発光素子。Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を、温度８５０〜１０００℃、アンモニア（ＮＨ3）流量８０〜１２０ｓｃｃｍ、時間５０分〜１００分の条件で窒化処理し、該酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化ガリウム結晶を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element which can be used as a highly efficient ultraviolet ray generation source and which can significantly reduce process costs by employing a conductive substrate, and a method for manufacturing the same.
A gallium oxide single crystal substrate containing at least one element selected from Si, Ge, Sn and Al is nitrided, and a gallium nitride crystal is formed on the surface of the gallium oxide single crystal substrate. A light emitting device characterized. A gallium oxide single crystal substrate containing at least one element selected from Si, Ge, Sn, and Al is subjected to a temperature of 850 to 1000 ° C., an ammonia (NH 3 ) flow rate of 80 to 120 sccm, and a time of 50 to 100 minutes. A method for manufacturing a light-emitting element, characterized by performing nitriding treatment and forming a gallium nitride crystal on the surface of the gallium oxide single crystal substrate.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発光素子およびその製造方法に関するものであり、詳しくは紫外線発生源として用いられ得る発光素子およびその製造方法に関するものである。本発明の発光素子は、LSIプロセス用光源、紫外線加工用光源、紫外線硬化材料用光源、光触媒用光源、メディカルまたはバイオ応用光源、光ディスク用光源などに幅広いニーズがある半導体製小型ランプとして利用可能である。 The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a light emitting device that can be used as an ultraviolet light source and a method for manufacturing the same. The light-emitting element of the present invention can be used as a small semiconductor lamp having a wide range of needs such as a light source for LSI process, a light source for ultraviolet processing, a light source for ultraviolet curing material, a light source for photocatalyst, a light source for medical or bio application, and a light source for optical disk. is there.
紫外線には、LSIプロセス用光源、紫外線加工用光源、紫外線硬化材料用光源、光触媒用光源、メディカルまたはバイオ応用光源、光ディスク用光源など、幅広いニーズがある。しかしながら、従来の紫外線ランプは水銀、重水素などが用いられ、大型・低効率・短寿命・危険という欠点などがあり、このため固体半導体発光素子を用いた紫外線光源の開発が重要な課題となっている。 Ultraviolet rays have a wide range of needs, such as light sources for LSI processes, light sources for ultraviolet processing, light sources for ultraviolet curable materials, light sources for photocatalysts, light sources for medical or bio applications, and light sources for optical disks. However, conventional ultraviolet lamps use mercury, deuterium, etc., and have the disadvantages of large size, low efficiency, short life, and danger. Therefore, the development of ultraviolet light sources using solid-state semiconductor light-emitting elements is an important issue. ing.
上記半導体発光素子を用いた紫外線光源としては、従来から窒化ガリウム（GaN）系半導体薄膜を用いたデバイスが検討されている。窒化ガリウム系半導体薄膜を成長させる基板としては、サファイアやSiC基板が用いられているが、異種基板であるため、膜中に欠陥や転位が多く含まれ、そのため充分な発光効率が得られていないのが現状である。これに対し、成長させる半導体薄膜を柱状にすると、結晶の転位密度が劇的に減少し、そのため非常に高効率の発光が期待できる。さらに、薄膜では光取り出し損失が大きいのに対し、柱状構造にすると多重反射により基板に対して垂直方向への光放出が大きくなり、結果として高効率発光の実現が期待できる。実際、柱状の窒化ガリウム結晶からは電子線励起により薄膜に比べ高強度の発光が観察され、紫外線光源としての応用が示唆されている（例えば特許文献１および非特許文献１参照）。
しかしながら、上記の特許文献１および非特許文献１に開示された技術で製造された窒化ガリウム系半導体発光素子は、Si基板を用いているため、光を透過しないほか、抵抗も高く、デバイス構造の作製が困難となり、発光効率の低下も予想される。一方、透明なサファイアや石英基板を用いて窒化ガリウム系半導体発光素子を作製することも可能であるが、この場合、基板は絶縁体であり、透明電極が必要になり、プロセスコストがかかるといった問題点があった。 However, since the gallium nitride based semiconductor light-emitting device manufactured by the technique disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above uses a Si substrate, it does not transmit light, has high resistance, and has a device structure. Production becomes difficult, and a decrease in luminous efficiency is also expected. On the other hand, it is possible to produce a gallium nitride based semiconductor light-emitting device using a transparent sapphire or quartz substrate. However, in this case, the substrate is an insulator, and a transparent electrode is required. There was a point.
本発明は、上記従来の課題を解決し、高効率な紫外線発生源として用いられ得るとともに、導電性基板を採用することにより、プロセスコストも顕著に低減可能である発光素子およびその製造方法を提供することにある。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a light-emitting element that can be used as a highly efficient ultraviolet light source and that can significantly reduce process costs by employing a conductive substrate, and a method for manufacturing the same. There is to do.
本発明は、以下のとおりである。
１．Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を窒化処理し、該酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化ガリウム結晶を形成してなることを特徴とする発光素子。
２．前記酸化ガリウム単結晶基板中に、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素が０．１〜２０モル％の割合で存在することを特徴とする前記１に記載の発光素子。
３．前記窒化ガリウム結晶の径が、１〜２μｍであることを特徴とする前記１または２に記載の発光素子。
４．光励起により波長３６０〜３７０ｎｍの紫外線を発光することを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の発光素子。
５．Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を、温度８５０〜１０００℃、アンモニア（ＮＨ3）流量８０〜１２０ｓｃｃｍ、時間５０分〜１００分の条件で窒化処理し、該酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化ガリウム結晶を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
６．前記酸化ガリウム単結晶基板中に、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素が０．１〜２０モル％の割合で存在することを特徴とする前記５に記載の発光素子の製造方法。
The present invention is as follows.
1. Light emission characterized by nitriding a gallium oxide single crystal substrate containing at least one element selected from Si, Ge, Sn and Al, and forming a gallium nitride crystal on the surface of the gallium oxide single crystal substrate element.
2. 2. The light emitting device according to 1 above, wherein at least one element selected from Si, Ge, Sn and Al is present in the gallium oxide single crystal substrate at a ratio of 0.1 to 20 mol%.
3. 3. The light emitting device according to 1 or 2 above, wherein the gallium nitride crystal has a diameter of 1 to 2 μm.
4). 4. The light emitting device according to any one of 1 to 3, which emits ultraviolet light having a wavelength of 360 to 370 nm by photoexcitation.
5). A gallium oxide single crystal substrate containing at least one element selected from Si, Ge, Sn, and Al is subjected to a temperature of 850 to 1000 ° C., an ammonia (NH 3 ) flow rate of 80 to 120 sccm, and a time of 50 to 100 minutes. A method for manufacturing a light-emitting element, characterized by performing nitriding treatment and forming a gallium nitride crystal on the surface of the gallium oxide single crystal substrate.
6). 6. The light emitting device according to 5 above, wherein at least one element selected from Si, Ge, Sn, and Al is present in the gallium oxide single crystal substrate in a proportion of 0.1 to 20 mol%. Production method.
酸化ガリウム単結晶基板は導電性を有するために、発光デバイスを作製する際に透明電極等を必要とせず、プロセスコストがかかるという従来の課題を解決することができる。また酸化ガリウム単結晶基板は透明であるために、窒化ガリウム結晶から発生した光を基板背面から高効率で取り出すことができる。そこで本出願人は、酸化ガリウム単結晶基板上に、窒化ガリウム柱状結晶を形成してなる発光素子を提案している（特願２００７−２２７５７２号）。しかしながら、窒化ガリウム結晶を作製する場合に使用するアンモニア（ＮＨ3）は基板温度が９００℃と高温になると、ＮＨ3から分解した水素が酸化ガリウム単結晶基板表面を還元、分解することがあり、そのため窒化ガリウム結晶が基板から剥離することがある。そこで、その対策の１つとして酸化ガリウム単結晶基板表面が水素にさらされないように、例えば酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層をブロック層としてコーティングすることで、窒化ガリウム結晶の剥離を抑制することが望ましい。しかしながら、本方法では、基板の側面へのコーティングが不十分なため、側面から水素にアタックされる問題があること、またプロセス工程が増加するため、それらを解決する技術が必要となっていた。
そこで本発明では、酸化ガリウム単結晶基板を直接窒化処理に施し、該基板表面上に窒化ガリウム結晶を形成してなるものである。窒化ガリウム結晶は、基板を構成する酸化ガリウム単結晶をガリウム源とし、基板中に直接作製されたものなので、剥離することがない。また、上記の水素による酸化ガリウム単結晶基板表面の分解の問題点は、該基板にＳｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素を含有せしめることにより解決することができ、窒化アルミニウム層等のブロック層を設ける必要がなく、プロセスコストを低減することができる。
したがって本発明によれば、高効率な紫外線発生源として用いられ得るとともに、導電性基板を採用することにより、プロセスコストも顕著に低減可能である発光素子およびその製造方法を提供することができる。
Since the gallium oxide single crystal substrate has conductivity, it does not require a transparent electrode or the like when manufacturing a light emitting device, and can solve the conventional problem that the process cost is high. Further, since the gallium oxide single crystal substrate is transparent, light generated from the gallium nitride crystal can be extracted from the back surface of the substrate with high efficiency. Therefore, the present applicant has proposed a light-emitting element in which a gallium nitride columnar crystal is formed on a gallium oxide single crystal substrate (Japanese Patent Application No. 2007-227572). However, when ammonia (NH 3 ) used for producing a gallium nitride crystal has a substrate temperature as high as 900 ° C., hydrogen decomposed from NH 3 may reduce and decompose the surface of the gallium oxide single crystal substrate. Therefore, the gallium nitride crystal may peel from the substrate. Therefore, as one of the countermeasures, for example, an aluminum nitride (AlN) layer is coated on the surface of the gallium oxide single crystal substrate as a block layer so that the surface of the gallium oxide single crystal substrate is not exposed to hydrogen. It is desirable to suppress this. However, in this method, since the coating on the side surface of the substrate is insufficient, there is a problem of being attacked by hydrogen from the side surface, and the number of process steps is increased, and thus a technique for solving them is required.
Therefore, in the present invention, a gallium oxide single crystal substrate is directly subjected to nitriding, and a gallium nitride crystal is formed on the surface of the substrate. Since the gallium nitride crystal is produced directly in the substrate using a gallium oxide single crystal constituting the substrate as a gallium source, the gallium nitride crystal does not peel off. In addition, the above-mentioned problem of decomposition of the surface of the gallium oxide single crystal substrate by hydrogen can be solved by including at least one element selected from Si, Ge, Sn and Al in the substrate. There is no need to provide a block layer such as a layer, and the process cost can be reduced.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a light emitting device that can be used as a highly efficient ultraviolet ray generation source and that can significantly reduce process costs by employing a conductive substrate, and a method for manufacturing the same.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
（酸化ガリウム単結晶基板）
本発明における基板は、酸化ガリウム(β-Ｇａ2Ｏ3)単結晶基板である。
Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＡｌから選択された少なくとも一種の元素（以下、添加元素という）を酸化ガリウム単結晶基板に含有せしめるには、例えばＳｉＯ2、ＧｅＯ2、ＳｎＯ2および／またはＡｌ2Ｏ3粉末を酸化ガリウム粉末に混合する方法が挙げられる。なお、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3粉末の添加量から導き出した酸化ガリウム単結晶基板中に存在する添加元素量と、実際に作製された酸化ガリウム単結晶基板中の添加元素の存在量とは異なる場合があるので、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3粉末の添加量と実際に作製された酸化ガリウム単結晶基板中の添加元素の存在量との関係を予め予備実験等で確認しておくことが望ましい。
(Gallium oxide single crystal substrate)
The substrate in the present invention is a gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ) single crystal substrate.
In order to contain at least one element selected from Si, Ge, Sn and Al (hereinafter referred to as additive element) in the gallium oxide single crystal substrate, for example, SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 and / or Al 2 O 3. The method of mixing powder with a gallium oxide powder is mentioned. It should be noted that the additive element amount present in the gallium oxide single crystal substrate derived from the additive amount of the SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 , and Al 2 O 3 powders and the additive element in the gallium oxide single crystal substrate actually produced. The amount of SiO 2 , GeO 2 , SnO 2 , Al 2 O 3 powder added and the amount of additive elements present in the actually produced gallium oxide single crystal substrate It is desirable to confirm in advance by a preliminary experiment or the like.
本発明において、添加元素は、酸化ガリウム単結晶基板中に０．１〜２０モル％の割合で存在することが好ましい。さらに好ましくは０．５〜１０モル％である。
添加元素の存在割合が０．１モル％以上であると、ＮＨ3から分解した水素による酸化ガリウム単結晶基板へのダメージの軽減効果が高まる。なお２０モル％を超えて添加すると、酸化ガリウム単結晶の結晶性が劣化するため好ましくない。
In this invention, it is preferable that an additional element exists in the ratio of 0.1-20 mol% in a gallium oxide single crystal substrate. More preferably, it is 0.5-10 mol%.
When the additive element content is 0.1 mol% or more, the effect of reducing damage to the gallium oxide single crystal substrate by hydrogen decomposed from NH 3 is enhanced. Note that addition exceeding 20 mol% is not preferable because the crystallinity of the gallium oxide single crystal deteriorates.
添加元素を含有する酸化ガリウム単結晶は、フローティングゾーン(ＦＺ法)や引上げ(ＣＺ法)などで作製されるが、るつぼを用いないＦＺ法で作製する方法が高品質の単結晶が得られるので好ましい。
ＦＺ法で得られた単結晶を切断、研磨して表面を鏡面にし、例えば厚さ０．４ｍｍほどのウエハとする。このときの結晶方位は研磨が容易で製造しやすい（１００）面とするのがよい。ＦＺ法で作製した本発明の酸化ガリウム単結晶基板は、無色透明であり、光学的透過率はおよそ８０％ほどであり、光吸収端はおよそ２６０ｎｍである。
Gallium oxide single crystals containing additive elements are produced in the floating zone (FZ method) and pulling up (CZ method), but the method produced by the FZ method without using a crucible provides a high quality single crystal. preferable.
A single crystal obtained by the FZ method is cut and polished to give a mirror surface, for example, a wafer having a thickness of about 0.4 mm. The crystal orientation at this time is preferably a (100) plane that is easy to polish and easy to manufacture. The gallium oxide single crystal substrate of the present invention produced by the FZ method is colorless and transparent, has an optical transmittance of about 80%, and has a light absorption edge of about 260 nm.
（本発明の発光素子の製造）
本発明の発光素子は、添加元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を、温度８５０〜１０００℃、アンモニア（ＮＨ3）流量８０〜１２０ｓｃｃｍ、時間５０分〜１００分の条件で窒化処理し、酸化ガリウム単結晶基板表面に窒化ガリウム結晶を形成する工程を経て製造することができる。
温度が８５０℃未満であると窒化が不十分となり、逆に１０００℃を超えると酸化ガリウム単結晶基板の水素による分解が激しくなるので、この温度範囲であることが好ましい。
アンモニア（ＮＨ3）流量が８０ｓｃｃｍ未満であると、窒化が不十分であり、逆に１２０ｓｃｃｍを超えると、アンモニア分解による水素の発生が多くなる。
時間は５０分に満たないと十分な窒化が行われず、逆に１００分を超えて窒化処理を行っても効果が飽和するため、上記処理時間の範囲が好ましい。
さらに好ましい窒化処理条件は、温度８８０〜９２０℃、時間６０分〜９０分、アンモニア（ＮＨ3）流量９０〜１００ｓｃｃｍである。
(Production of light-emitting device of the present invention)
In the light-emitting element of the present invention, a gallium oxide single crystal substrate containing an additive element is nitrided under conditions of a temperature of 850 to 1000 ° C., an ammonia (NH 3 ) flow rate of 80 to 120 sccm, and a time of 50 to 100 minutes. It can be manufactured through a step of forming a gallium nitride crystal on the surface of the single crystal substrate.
When the temperature is lower than 850 ° C., nitriding becomes insufficient. Conversely, when the temperature is higher than 1000 ° C., decomposition of the gallium oxide single crystal substrate with hydrogen becomes severe. Therefore, this temperature range is preferable.
If the ammonia (NH 3 ) flow rate is less than 80 sccm, nitridation is insufficient, and conversely if it exceeds 120 sccm, the generation of hydrogen due to ammonia decomposition increases.
If the time is less than 50 minutes, sufficient nitridation is not performed, and conversely, the effect is saturated even if nitriding is performed for more than 100 minutes, so the above processing time range is preferable.
Further preferable nitriding conditions are a temperature of 880 to 920 ° C., a time of 60 minutes to 90 minutes, and an ammonia (NH 3 ) flow rate of 90 to 100 sccm.
このようにして、添加元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を直接窒化処理に施し、該基板表面上に窒化ガリウム結晶を形成することができる。窒化ガリウム結晶は、基板を構成する酸化ガリウム単結晶をガリウム源とし、基板中に直接作製されたものなので、剥離することもなく、かつ窒化ガリウムのバンド端に対応した発光を示す。また、本発明における添加元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板は、水素によるダメージが軽減されているため、窒化アルミニウム層等のブロック層を設ける必要もなく、プロセスコストを低減することができる。 In this manner, a gallium oxide single crystal substrate containing an additive element can be directly subjected to nitriding treatment, and a gallium nitride crystal can be formed on the substrate surface. Since the gallium nitride crystal is produced directly in the substrate using a gallium oxide single crystal constituting the substrate as a gallium source, the gallium nitride crystal does not peel off and emits light corresponding to the band edge of gallium nitride. In addition, since the gallium oxide single crystal substrate containing the additive element in the present invention is less damaged by hydrogen, it is not necessary to provide a block layer such as an aluminum nitride layer, and the process cost can be reduced.
また本発明において、窒化ガリウム結晶の径が、１〜２μｍであることが好ましい。この範囲において、光の取り出し効率が向上するという効果を奏する。なお窒化ガリウム結晶の径とは、窒化ガリウム結晶の成長方向に直交する断面の最大寸法をいう。また、窒化ガリウム結晶の径の制御は、例えば窒化時間の制御等により行なうことができる。なお、径が上記範囲以外の窒化ガリウム結晶も当然生じる。本発明においては径が１〜２μｍの範囲の窒化ガリウム結晶が、形成される窒化ガリウム結晶のうち、９０％以上であることが望ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the diameter of a gallium nitride crystal is 1-2 micrometers. Within this range, there is an effect that the light extraction efficiency is improved. The diameter of the gallium nitride crystal means the maximum dimension of a cross section perpendicular to the growth direction of the gallium nitride crystal. The diameter of the gallium nitride crystal can be controlled, for example, by controlling the nitriding time. Naturally, a gallium nitride crystal having a diameter outside the above range is also generated. In the present invention, the gallium nitride crystal having a diameter in the range of 1 to 2 μm is desirably 90% or more of the formed gallium nitride crystal.
本発明の発光素子は、光励起により波長３６０〜３７０ｎｍの紫外線を発光することが可能であり、LSIプロセス用光源、紫外線加工用光源、紫外線硬化材料用光源、光触媒用光源、メディカルまたはバイオ応用光源、光ディスク用光源などに幅広いニーズがある半導体製小型ランプとして利用可能である。 The light emitting device of the present invention can emit ultraviolet light having a wavelength of 360 to 370 nm by photoexcitation, and is a light source for LSI process, a light source for ultraviolet processing, a light source for ultraviolet curable material, a light source for photocatalyst, a light source for medical or bio application, It can be used as a small semiconductor lamp having a wide range of needs for light sources for optical disks.
以下、本発明を実施例によってさらに説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to the following example.
実施例１
以下のようにしてＳｎを含有する酸化ガリウム（β-Ｇａ2Ｏ3）単結晶を育成しウエハ状に加工し、本実施例に用いる基板とした。
酸化ガリウム単結晶基板中にＳｎの存在割合が５モル％となるように、酸化ガリウム粉末(純度４Ｎ)にＳｎＯ2(純度４Ｎ)を添加した。この粉末の混合物を原料として静水圧プレスで成形した成形体を大気中１６００℃、１０時間で焼結し、この焼結体を原料棒としてＦＺ装置を用いて単結晶育成を行った。成長速度は７．５ｍｍ/ｈとし、雰囲気ガスにはドライエアを用いた。装置としては、市販の光ＦＺ装置（キャノンマシナリー社製商品名ｉＡｃｅ）を用いた。作製した結晶を切断、ＣＭＰ(化学機械)研磨により厚さ０．４ｍｍのウエハ状に加工した。この場合の研磨面の結晶方位は(１００)面とした。得られた基板の透過率はおよそ８０％、抵抗率は1.43×10-1Ωcmである。
Example 1
A gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ) single crystal containing Sn was grown and processed into a wafer shape as follows to obtain a substrate used in this example.
SnO 2 (purity 4N) was added to the gallium oxide powder (purity 4N) so that the existing ratio of Sn was 5 mol% in the gallium oxide single crystal substrate. A compact formed by isostatic pressing using this powder mixture as a raw material was sintered in the atmosphere at 1600 ° C. for 10 hours, and a single crystal was grown using this sintered body as a raw material rod using an FZ apparatus. The growth rate was 7.5 mm / h, and dry air was used as the atmospheric gas. As a device, a commercially available optical FZ device (trade name iAce manufactured by Canon Machinery Co., Ltd.) was used. The produced crystal was cut and processed into a wafer having a thickness of 0.4 mm by CMP (chemical mechanical) polishing. In this case, the crystal orientation of the polished surface was the (100) plane. The obtained substrate has a transmittance of about 80% and a resistivity of 1.43 × 10 −1 Ωcm.
前記で得られた基板に対し、温度９００℃、アンモニア（ＮＨ3）流量１００ｓｃｃｍ、６０分の窒化処理を行い、本発明の発光素子を得た。図１は、基板上に形成された窒化ガリウム結晶のＳＥＭ写真である。径が１〜２μｍの範囲の窒化ガリウム結晶が、窒化ガリウム全体に対し、およそ９０％の割合で形成されていることが分かる。形状は不均一だが、六角形や四角形の結晶が形成されている。
このように、添加元素を含有する酸化ガリウム単結晶基板を直接窒化処理に施し、該基板表面上に窒化ガリウム結晶を形成できることが証明された。
The substrate obtained above was subjected to nitriding treatment at a temperature of 900 ° C., an ammonia (NH 3 ) flow rate of 100 sccm for 60 minutes, and the light emitting device of the present invention was obtained. FIG. 1 is an SEM photograph of a gallium nitride crystal formed on a substrate. It can be seen that gallium nitride crystals having a diameter in the range of 1 to 2 μm are formed at a ratio of approximately 90% with respect to the entire gallium nitride. Although the shape is not uniform, hexagonal and square crystals are formed.
As described above, it has been proved that a gallium oxide single crystal substrate containing an additive element can be directly subjected to nitriding to form a gallium nitride crystal on the substrate surface.
実施例２
実施例１で作製した発光素子に対して、光励起したフォトルミネッセンス（PL）測定を行った。その結果を図２に示す。
波長３６５ｎｍ付近から窒化ガリウムのバンド端発光に起因するシャープなスペクトルを確認した。
このことから、実施例１で作製した発光素子は、３６５ｎｍの波長の発光源として有効であることが分かった。
なお、添加元素としてＳｎ以外の、Ｇｅ、Ｓｎおよび／またはＡｌを用いた場合も同様の結果を得た。
Example 2
The photoluminescence (PL) measurement which photoexcited was performed with respect to the light emitting element produced in Example 1. FIG. The result is shown in FIG.
A sharp spectrum due to the band edge emission of gallium nitride was confirmed from around a wavelength of 365 nm.
From this, it was found that the light emitting device manufactured in Example 1 is effective as a light emitting source having a wavelength of 365 nm.
Similar results were obtained when Ge, Sn and / or Al other than Sn were used as the additive element.
実施例３
添加元素の存在割合と、水素耐性との関係を調べるため、示差熱−熱重量分析(ＴＧ−ＤＴＡ)を用いた評価を実施した。
実施例１と同様の方法において、発光素子を作製した。ただし、ＳｎＯ2の替わりにＡｌ2Ｏ3を用い、酸化ガリウム単結晶基板中にＡｌの存在割合が５モル％、１０モル％、２０モル％となるように、Ａｌ2Ｏ3の添加量を調整した。
図３のＴＧ曲線から、Ａｌ添加量が多くなるほど減量率が小さくなっていることがわかる。なお、測定雰囲気はＨ2：Ａｒ（１０：９０）である。また、測定時間と測定温度の関係をグラフ中に併せて示した。このことから、酸化ガリウム単結晶へのＡｌ添加は、水素耐性に対し効果があるといえる。
なお、添加元素のうちＡｌを使用した場合が、最も減量率が小さくなることが分かった。したがって、添加元素としてＡｌを使用することがより好ましい。
Example 3
Evaluation using differential thermal-thermogravimetric analysis (TG-DTA) was performed in order to investigate the relationship between the presence ratio of the additive element and hydrogen resistance.
A light emitting element was manufactured in the same manner as in Example 1. However, Al 2 O 3 is used instead of SnO 2 , and the amount of Al 2 O 3 added is adjusted so that the Al content in the gallium oxide single crystal substrate is 5 mol%, 10 mol%, and 20 mol%. It was adjusted.
From the TG curve of FIG. 3, it can be seen that the reduction rate decreases as the Al addition amount increases. The measurement atmosphere H 2: a Ar (10:90). The relationship between the measurement time and the measurement temperature is also shown in the graph. From this, it can be said that the addition of Al to the gallium oxide single crystal is effective for hydrogen resistance.
In addition, when Al was used among additive elements, it turned out that the weight loss rate becomes the smallest. Therefore, it is more preferable to use Al as the additive element.
本発明の発光素子は、LSIプロセス用光源、紫外線加工用光源、紫外線硬化材料用光源、光触媒用光源、メディカルまたはバイオ応用光源、光ディスク用光源などに幅広いニーズがある半導体製小型ランプとして利用可能である。 The light-emitting element of the present invention can be used as a small semiconductor lamp having a wide range of needs such as a light source for LSI process, a light source for ultraviolet processing, a light source for ultraviolet curing material, a light source for photocatalyst, a light source for medical or bio application, and a light source for optical disk. is there.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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