JPH0281484A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH0281484A JPH0281484A JP63232887A JP23288788A JPH0281484A JP H0281484 A JPH0281484 A JP H0281484A JP 63232887 A JP63232887 A JP 63232887A JP 23288788 A JP23288788 A JP 23288788A JP H0281484 A JPH0281484 A JP H0281484A
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- Japan
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- layer
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- compound semiconductor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に関する。
子に関する。
従来、青色の発光ダイオードとしてＧａＮ系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのＧａＮ系の化合
物半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと
、光の３原色の１つである青色を発光色とすること等か
ら注目されている。 このようなＧａＮ系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に、Ｎ導電型のＧａＮ系の化
合物半導体から成るＮＦ３を成長させ、そのＮ層の上に
１導電型のＧａＮ系の化合物半導体から成る１層を成長
させた構造をとっている。そして、その成長方法には有
機全屈化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）とハライド気相
成長法とが採用されている。
導体を用いたものが知られている。そのＧａＮ系の化合
物半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと
、光の３原色の１つである青色を発光色とすること等か
ら注目されている。 このようなＧａＮ系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に、Ｎ導電型のＧａＮ系の化
合物半導体から成るＮＦ３を成長させ、そのＮ層の上に
１導電型のＧａＮ系の化合物半導体から成る１層を成長
させた構造をとっている。そして、その成長方法には有
機全屈化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）とハライド気相
成長法とが採用されている。
ところで、上記の発光ダイオードの発光輝度を向上させ
るためには、発光に寄与するキャリア数を多くするため
に、Ｎ層の厚さはできるだけ厚い方が望ましい。又、良
質な１層の結晶を得るためにもＮ層の厚さは厚い方が望
ましい。 一方、動作電圧を均一にするためには、１層の膜厚は薄
く均一に精度良く制御される必要がある。 ところが、従来のＭＯＶＰＥ法だけで結晶成長させると
、結晶成長速度が遅く、厚いＮ層を形成するのに時間が
かかるという間順がある。 一方、サファイア基板上に直接、順次Ｎ型ＧａＮ、Ｉ型
ＧａＮをハライド気相成長法で成長させるという方法も
あるが、ハライド気相成長法では成長速度が速く１層の
膜厚を薄く均一にすることが困難であった。又、結晶性
の良い厚いＮＩ・Δを得ることもできなかった。 本発明者らはＧａＮの結晶成長について研究を重ねてき
た結果、サファイア基板上に窒化アルミニウム（Ａｊ！
Ｎ）から成るバッファ層を形成した上で、Ｎ層をハライ
ド気相成長法で成長させるとＮ層の結晶性が向上するこ
とを見出した。 本発明は、係る結論に基づいてなされたものであり、そ
の目的は、発光素子の製造速度及び発光特性を向上させ
ることである。
るためには、発光に寄与するキャリア数を多くするため
に、Ｎ層の厚さはできるだけ厚い方が望ましい。又、良
質な１層の結晶を得るためにもＮ層の厚さは厚い方が望
ましい。 一方、動作電圧を均一にするためには、１層の膜厚は薄
く均一に精度良く制御される必要がある。 ところが、従来のＭＯＶＰＥ法だけで結晶成長させると
、結晶成長速度が遅く、厚いＮ層を形成するのに時間が
かかるという間順がある。 一方、サファイア基板上に直接、順次Ｎ型ＧａＮ、Ｉ型
ＧａＮをハライド気相成長法で成長させるという方法も
あるが、ハライド気相成長法では成長速度が速く１層の
膜厚を薄く均一にすることが困難であった。又、結晶性
の良い厚いＮＩ・Δを得ることもできなかった。 本発明者らはＧａＮの結晶成長について研究を重ねてき
た結果、サファイア基板上に窒化アルミニウム（Ａｊ！
Ｎ）から成るバッファ層を形成した上で、Ｎ層をハライ
ド気相成長法で成長させるとＮ層の結晶性が向上するこ
とを見出した。 本発明は、係る結論に基づいてなされたものであり、そ
の目的は、発光素子の製造速度及び発光特性を向上させ
ることである。
上記課題を解決するための発明の構成は、サファイア基
板と、Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａ １ ｘ
Ｇ ａ １−ＸＮ ； Ｘ＝０を含む）からなるＮ層
と、Ｎ層上に成長した■型の窒化ガリウム系化合物半導
体（Ａ Ｉ２ Ｘ Ｇ ａ １−ＸＮ ； Ｘ＝０を含
む）からなる１層とを有し、 サファイア基板とＮ層間に窒化アルミニウム（Ａ４７Ｎ
）から成るバッファ層を成長させ、そのバッファ層上に
Ｎ層をハライド気相成長法により成長させたことを特徴
とする。
板と、Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａ １ ｘ
Ｇ ａ １−ＸＮ ； Ｘ＝０を含む）からなるＮ層
と、Ｎ層上に成長した■型の窒化ガリウム系化合物半導
体（Ａ Ｉ２ Ｘ Ｇ ａ １−ＸＮ ； Ｘ＝０を含
む）からなる１層とを有し、 サファイア基板とＮ層間に窒化アルミニウム（Ａ４７Ｎ
）から成るバッファ層を成長させ、そのバッファ層上に
Ｎ層をハライド気相成長法により成長させたことを特徴
とする。
サファイア基板上に窒化アルミニウムから成るバッファ
層を形成し、そのバッファ層の上にＮ型の窒化ガリウム
系化合物半導体から成るＮＺをハライド気相成長法で形
成したので、厚い結晶性の良いＮ層が高速度で得られた
。 このため、発光素子の製造時間が短縮されると共に結晶
性の良い厚いＮ層を作成できたので発光灯度を向上させ
ることができた。又、Ｎ層の結晶性が良いため１層の結
晶性も向上させることができた。
層を形成し、そのバッファ層の上にＮ型の窒化ガリウム
系化合物半導体から成るＮＺをハライド気相成長法で形
成したので、厚い結晶性の良いＮ層が高速度で得られた
。 このため、発光素子の製造時間が短縮されると共に結晶
性の良い厚いＮ層を作成できたので発光灯度を向上させ
ることができた。又、Ｎ層の結晶性が良いため１層の結
晶性も向上させることができた。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
第１実施例
図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオード１
の構成を示した断面図である。 主面を０面（（０００１）面）とするサファイア基板２
を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。 そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて軟岩させた後、
そのサファイア基板２をＭＯＶＰＥ装置のサセプタに取
り付けた。その後、サファイア基板２を６００℃に加熱
して、キャリアガスとしてＨ２を２１！／分、Ｎ Ｈｓ
を１．５１７分、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を
１５献／分の割合で６分間供給し、ＡＩＮから成るバッ
ファ層３を厚さ約０１４に形成した。 その後、そのサファイア基板２をＭＯＶＰＥ装置から取
り出し、ハライド気相成長装置のサセプタに取り付けた
。その後、反応室の温度を９００℃として、ガス流の上
流側に載置された金属ＧａにＨＣＡ’ガスを流し、両者
の反応生成物として得られたＧａＣＡ’と、ＮＨ３と、
キャリアガスＮ、を１０００℃に加熱されたサファイア
基板２に向かって流した。流速はＧａＣ１が１０ｒｎＩ
！／分、ＮＨ，が１．０１／分、Ｎ、が２．０１／分と
した。サファイア基板２上に成長したＮ型のＧａＮから
成る第１Ｎ層４の厚さは２層ｍであり、その成長速度は
約１即／分であった。 次に、第１Ｎ層４が成長したサファイア基板２をハライ
ド気相成長装置から取り出し、ＭＯＶＰＥ装置の反応室
のサセプタに載置した。そして、そして、サファイア基
板２を１０００℃に加熱して、キャリアガスとしてＨｌ
を２．５１１／分、ＮＨ，を１．５１／分、トリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）を１５ｄ／分の割合で１２分間供給
し、膜厚的２７ａのＮ型のＧａＮから成る第２Ｎ層８を
形成した。 次に、サファイア基板２を９００℃にして、Ｈ２を２．
５１１／分、ＮＨ，を１．５Ｉ！／分、ＴＭＧを１５ｄ
／分、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を１０−’ｍｆｆ１／分
の割合で５分間供給して、■型のＧａＮから戊るＩ層５
を膜厚１． ｏＡａに形成した。 次に、第１Ｎ層４及び第２Ｎ層８の側壁と１層５の上面
にアルミニウム電極６．７を蒸着して、発光ダイオード
を形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１の第１Ｎａｔ
４． 第２Ｎａ１８及び１１１５（ＦＩＦｉ面（７３Ｓ
ｆｌｌｆｉ鏡写真、高エネルギー電子線による反射回折
法（ＲＩＩ［！ＥＤ）により、それぞれ、良好な結晶性
が得られていることが分かった。 特に、バッファ層３上に第１Ｎ層４をハライド気相成長
法で成長させたので、結晶性の良い厚いＮ層を高速度で
得ることができた。 尚、上記実施例では、ＭＯＶＰＥ法で成長された薄い第
２Ｎ層を設けているが、１層５の結晶性を多少犠牲にし
ても良い場合には、この第２Ｎ層は必ずしも必要ではな
い。 しかしながら、ＷＩＮ層４の上に、ＭＯＶＰＥ法で精密
に成長させた第２Ｎ層８を形成すると、１層５の結晶性
は、Ｎ層をハライド気相成長法だけで成長させたものに
比べて更に良くなった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０市ｃｄ
であった。 第２実施例 本実施例は、第１実施例において、図のバッファ層３を
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）により作成したもので
ある。 第１実施例と同様にして、主面を０面（（０００１）而
）とするサファイア基板２を洗浄した後、そのサファイ
ア基板２をＭＢＥ装置のサセプタに取り付けた。その後
、サファイア基板２を５００℃に加熱して、窒素ガスプ
ラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、サファイア基
板２の主面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成るバ
ッファＮ３を約５００人の厚さに形成した。 その後の第１Ｎ層４．第２Ｎ層８．Ｉ層５．電極６．７
の作成方法は、第１実施例と同様である。 このようにして得られた発光ダイオードの第１Ｎ層４．
第２Ｎ層８及び１層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギ
ー電子線による反射回折法（ＲＩＩＥＩＥＤ）により、
良好な結晶性が得られていることが分かった。 又、この発光ダイオードｌの発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０市ｃｄ
であった。 尚、本発明者らの考察によれば、ＭＢＥで形成されたバ
ッファ層３では、第１Ｎ層４のＧａＮの成長の核が、バ
ッファ層３をＭＯＶＰＥで成長させたものと比べて、均
一に分散し、そのために、’ＪＩＮ層４、第２Ｎ層８及
び１層５の単結晶性が良くなったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を５００℃にし
てＭＢＥで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させた
方が単結晶で成長させた方よりも、第１Ｎ層４、第２Ｎ
層８及び１層５の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもＭＢＥでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜５００℃
が望ましい。 又、′ＭＩＮ層４、第２Ｎ層８及び１層５の単結晶性を
良くするためには、バッファ層３の厚さは１００〜１０
００人が望ましい。 尚、上記実施例では、第１Ｎ層４、第２Ｎ層８及びＩＦ
ｊＩ５をＧａＮで形成したが、Ａ ｌ ｘ Ｇ ａＮで
形成しても良い。
の構成を示した断面図である。 主面を０面（（０００１）面）とするサファイア基板２
を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。 そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて軟岩させた後、
そのサファイア基板２をＭＯＶＰＥ装置のサセプタに取
り付けた。その後、サファイア基板２を６００℃に加熱
して、キャリアガスとしてＨ２を２１！／分、Ｎ Ｈｓ
を１．５１７分、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を
１５献／分の割合で６分間供給し、ＡＩＮから成るバッ
ファ層３を厚さ約０１４に形成した。 その後、そのサファイア基板２をＭＯＶＰＥ装置から取
り出し、ハライド気相成長装置のサセプタに取り付けた
。その後、反応室の温度を９００℃として、ガス流の上
流側に載置された金属ＧａにＨＣＡ’ガスを流し、両者
の反応生成物として得られたＧａＣＡ’と、ＮＨ３と、
キャリアガスＮ、を１０００℃に加熱されたサファイア
基板２に向かって流した。流速はＧａＣ１が１０ｒｎＩ
！／分、ＮＨ，が１．０１／分、Ｎ、が２．０１／分と
した。サファイア基板２上に成長したＮ型のＧａＮから
成る第１Ｎ層４の厚さは２層ｍであり、その成長速度は
約１即／分であった。 次に、第１Ｎ層４が成長したサファイア基板２をハライ
ド気相成長装置から取り出し、ＭＯＶＰＥ装置の反応室
のサセプタに載置した。そして、そして、サファイア基
板２を１０００℃に加熱して、キャリアガスとしてＨｌ
を２．５１１／分、ＮＨ，を１．５１／分、トリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）を１５ｄ／分の割合で１２分間供給
し、膜厚的２７ａのＮ型のＧａＮから成る第２Ｎ層８を
形成した。 次に、サファイア基板２を９００℃にして、Ｈ２を２．
５１１／分、ＮＨ，を１．５Ｉ！／分、ＴＭＧを１５ｄ
／分、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を１０−’ｍｆｆ１／分
の割合で５分間供給して、■型のＧａＮから戊るＩ層５
を膜厚１． ｏＡａに形成した。 次に、第１Ｎ層４及び第２Ｎ層８の側壁と１層５の上面
にアルミニウム電極６．７を蒸着して、発光ダイオード
を形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１の第１Ｎａｔ
４． 第２Ｎａ１８及び１１１５（ＦＩＦｉ面（７３Ｓ
ｆｌｌｆｉ鏡写真、高エネルギー電子線による反射回折
法（ＲＩＩ［！ＥＤ）により、それぞれ、良好な結晶性
が得られていることが分かった。 特に、バッファ層３上に第１Ｎ層４をハライド気相成長
法で成長させたので、結晶性の良い厚いＮ層を高速度で
得ることができた。 尚、上記実施例では、ＭＯＶＰＥ法で成長された薄い第
２Ｎ層を設けているが、１層５の結晶性を多少犠牲にし
ても良い場合には、この第２Ｎ層は必ずしも必要ではな
い。 しかしながら、ＷＩＮ層４の上に、ＭＯＶＰＥ法で精密
に成長させた第２Ｎ層８を形成すると、１層５の結晶性
は、Ｎ層をハライド気相成長法だけで成長させたものに
比べて更に良くなった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０市ｃｄ
であった。 第２実施例 本実施例は、第１実施例において、図のバッファ層３を
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）により作成したもので
ある。 第１実施例と同様にして、主面を０面（（０００１）而
）とするサファイア基板２を洗浄した後、そのサファイ
ア基板２をＭＢＥ装置のサセプタに取り付けた。その後
、サファイア基板２を５００℃に加熱して、窒素ガスプ
ラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、サファイア基
板２の主面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成るバ
ッファＮ３を約５００人の厚さに形成した。 その後の第１Ｎ層４．第２Ｎ層８．Ｉ層５．電極６．７
の作成方法は、第１実施例と同様である。 このようにして得られた発光ダイオードの第１Ｎ層４．
第２Ｎ層８及び１層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギ
ー電子線による反射回折法（ＲＩＩＥＩＥＤ）により、
良好な結晶性が得られていることが分かった。 又、この発光ダイオードｌの発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０市ｃｄ
であった。 尚、本発明者らの考察によれば、ＭＢＥで形成されたバ
ッファ層３では、第１Ｎ層４のＧａＮの成長の核が、バ
ッファ層３をＭＯＶＰＥで成長させたものと比べて、均
一に分散し、そのために、’ＪＩＮ層４、第２Ｎ層８及
び１層５の単結晶性が良くなったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を５００℃にし
てＭＢＥで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させた
方が単結晶で成長させた方よりも、第１Ｎ層４、第２Ｎ
層８及び１層５の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもＭＢＥでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜５００℃
が望ましい。 又、′ＭＩＮ層４、第２Ｎ層８及び１層５の単結晶性を
良くするためには、バッファ層３の厚さは１００〜１０
００人が望ましい。 尚、上記実施例では、第１Ｎ層４、第２Ｎ層８及びＩＦ
ｊＩ５をＧａＮで形成したが、Ａ ｌ ｘ Ｇ ａＮで
形成しても良い。
図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオードの
構成を示した構成図である。 発光ダイオード ２ ・サファイア基板バッファＮ ４
第１Ｎ層 ８−第２Ｎ層５・１層 特許出願人 豊田合成株式会社 同 名古屋大学長 同 新技術開発事業団
構成を示した構成図である。 発光ダイオード ２ ・サファイア基板バッファＮ ４
第１Ｎ層 ８−第２Ｎ層５・１層 特許出願人 豊田合成株式会社 同 名古屋大学長 同 新技術開発事業団
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 サファイア基板と、 Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ＿ｘＧａ＿１
＿−＿ｘＮ；Ｘ＝０を含む）からなるＮ層と、前記Ｎ層
上に成長したＩ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ
＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＮ；Ｘ＝０を含む）からなるＩ層
とを有し、 前記サファイア基板と前記Ｎ層間に窒化アルミニウム（
ＡｌＮ）から成るバッファ層を成長させ、そのバッファ
層上に前記Ｎ層をハライド気相成長法により成長させた
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232887A JPH0281484A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232887A JPH0281484A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281484A true JPH0281484A (ja) | 1990-03-22 |
Family
ID=16946397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63232887A Pending JPH0281484A (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0281484A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1988
- 1988-09-16 JP JP63232887A patent/JPH0281484A/ja active Pending
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