JP3091593B2 - 窒化物半導体発光デバイス用積層体 - Google Patents
窒化物半導体発光デバイス用積層体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は紫外、青色発光ダイオー
ド、レーザーダイオード等の発光デバイスに利用される
窒化物半導体単結晶層の成長方法に係り、特に、四元混
晶の窒化インジウムアルミニウムガリウム（以下ＩｎＡ
ｌＧａＮという）単結晶層の成長方法に関する。
ド、レーザーダイオード等の発光デバイスに利用される
窒化物半導体単結晶層の成長方法に係り、特に、四元混
晶の窒化インジウムアルミニウムガリウム（以下ＩｎＡ
ｌＧａＮという）単結晶層の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体、特に四元混晶のＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮはXおよび、Yの組成比によってバンドギ
ャップエネルギーが約２ｅＶ〜６ｅＶ、ａ軸の格子定数
が約３．１オングストローム〜３．５オングストローム
まで変わり、しかも直接遷移であるために、紫外、青色
ダイオード、レーザーダイオード等の発光素子の材料と
して注目されている。しかしながら、現在のところ、Ｉ
ｎＡｌＧａＮの高品質な単結晶層が成長できていないた
め、この材料を使った発光デバイスは実用化されていな
い。
ｌYＧａ1-X-YＮはXおよび、Yの組成比によってバンドギ
ャップエネルギーが約２ｅＶ〜６ｅＶ、ａ軸の格子定数
が約３．１オングストローム〜３．５オングストローム
まで変わり、しかも直接遷移であるために、紫外、青色
ダイオード、レーザーダイオード等の発光素子の材料と
して注目されている。しかしながら、現在のところ、Ｉ
ｎＡｌＧａＮの高品質な単結晶層が成長できていないた
め、この材料を使った発光デバイスは実用化されていな
い。
【０００３】ＩｎＡｌＧａＮは、有機金属化合物気相成
長法、分子線エピタキシー法等の気相成長法によって成
長することができる。これらの方法によると、従来、基
板上に成長されたＩｎＡｌＧａＮは単結晶ではなく、多
結晶の状態となっていた。そのため、このＩｎＡｌＧａ
Ｎ多結晶の上に他の種類の窒化物半導体、例えば二元混
晶のＧａＮ、ＡｌＮ、三元混晶のＩｎＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ等を積層してヘテロ構造
とした場合、基板上に形成されたＩｎＡｌＧａＮの結晶
性が悪いために、その上に結晶性に優れた二元混晶、三
元混晶、四元混晶の窒化物半導体層を形成することがで
きなかった。なぜなら、従来、基板には通常サファイア
が用いられており、このサファイア基板とＩｎＡｌＧａ
Ｎとの格子定数不整が１１％以上もあるため、結晶性に
優れたＩｎＡｌＧａＮ層が得られなかったのである。
長法、分子線エピタキシー法等の気相成長法によって成
長することができる。これらの方法によると、従来、基
板上に成長されたＩｎＡｌＧａＮは単結晶ではなく、多
結晶の状態となっていた。そのため、このＩｎＡｌＧａ
Ｎ多結晶の上に他の種類の窒化物半導体、例えば二元混
晶のＧａＮ、ＡｌＮ、三元混晶のＩｎＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ等を積層してヘテロ構造
とした場合、基板上に形成されたＩｎＡｌＧａＮの結晶
性が悪いために、その上に結晶性に優れた二元混晶、三
元混晶、四元混晶の窒化物半導体層を形成することがで
きなかった。なぜなら、従来、基板には通常サファイア
が用いられており、このサファイア基板とＩｎＡｌＧａ
Ｎとの格子定数不整が１１％以上もあるため、結晶性に
優れたＩｎＡｌＧａＮ層が得られなかったのである。
【０００４】基板上に成長させる窒化物半導体の結晶性
を向上させるため、従来数々の方法が提案されている。
例えば特公昭５９−４８７９４号公報ではサファイア基
板の上にＡｌＮより成るバッファ層を設ける方法が開示
されている。また特開平２−２１６２０号公報ではサフ
ァイア基板のＭ面に成長する方法が開示され、特開平３
−３２３３号公報ではサファイア基板のＲ面に成長する
方法が開示されている。また、特開平４−２０９５７７
号公報では基板にＺｎＯを使用する方法が開示されてい
る。これらの方法はいずれも基板と窒化物半導体との格
子定数不整を緩和するために提案されたものであるが、
いずれの方法もＧａＮ、ＡｌＮ等の二元混晶までしか結
晶性に優れた窒化物半導体が得られないのが実状であ
る。そのため窒化物半導体を利用した発光デバイスで、
唯一実用化されているものは、基板の上にｎ型ＧａＮ層
と、その上にｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型
ＧａＮ層とを積層した、いわゆるホモ接合のＭＩＳ構造
ＧａＮ発光ダイオードしか知られていない。
を向上させるため、従来数々の方法が提案されている。
例えば特公昭５９−４８７９４号公報ではサファイア基
板の上にＡｌＮより成るバッファ層を設ける方法が開示
されている。また特開平２−２１６２０号公報ではサフ
ァイア基板のＭ面に成長する方法が開示され、特開平３
−３２３３号公報ではサファイア基板のＲ面に成長する
方法が開示されている。また、特開平４−２０９５７７
号公報では基板にＺｎＯを使用する方法が開示されてい
る。これらの方法はいずれも基板と窒化物半導体との格
子定数不整を緩和するために提案されたものであるが、
いずれの方法もＧａＮ、ＡｌＮ等の二元混晶までしか結
晶性に優れた窒化物半導体が得られないのが実状であ
る。そのため窒化物半導体を利用した発光デバイスで、
唯一実用化されているものは、基板の上にｎ型ＧａＮ層
と、その上にｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型
ＧａＮ層とを積層した、いわゆるホモ接合のＭＩＳ構造
ＧａＮ発光ダイオードしか知られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】基板上に、まず結晶性
に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮを成長させることが
できれば、その上に二元混晶、三元混晶、四元混晶の窒
化物半導体を成長することは、窒化物半導体の格子定数
不整が極めて小さくなるため容易となり、従来極めて困
難であったダブルヘテロ構造の発光デバイスを実現する
ことができる。従って、本発明はこのような事情を鑑み
て成されたものであり、窒化物半導体を利用した発光素
子をダブルヘテロ構造とするため、基板上にまず結晶性
に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ単結晶層を成長する
方法を提供し、これによって、ダブルヘテロ構造の発光
デバイスを形成することができる窒化物半導体発光デバ
イス用積層体を提供することを目的とする。
に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮを成長させることが
できれば、その上に二元混晶、三元混晶、四元混晶の窒
化物半導体を成長することは、窒化物半導体の格子定数
不整が極めて小さくなるため容易となり、従来極めて困
難であったダブルヘテロ構造の発光デバイスを実現する
ことができる。従って、本発明はこのような事情を鑑み
て成されたものであり、窒化物半導体を利用した発光素
子をダブルヘテロ構造とするため、基板上にまず結晶性
に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ単結晶層を成長する
方法を提供し、これによって、ダブルヘテロ構造の発光
デバイスを形成することができる窒化物半導体発光デバ
イス用積層体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】四元混晶ＩｎＡｌＧａＮ
の単結晶層を成長させるにあたり、本発明者は、結晶性
に優れたＧａＮを有する基板の上に成長させることによ
り、上記課題が解決できることを見いだした。すなわ
ち、本発明に係る窒化物半導体発光デバイス用積層体
は、サファイア基板上に、ＧａZＡｌ1-ZＮ(０≦Z≦１)
からなるバッファ層を介して成長されたＧａＮ単結晶層
と、該ＧａＮ単結晶層上に成長された四元混晶の窒化物
半導体であって一般式ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（但し、
０＜X＜１，０＜Y＜１）で表される単結晶層とを備えた
ことを特徴とする。また、本発明に係る窒化物半導体発
光デバイス用積層体においては、前記ＧａＮ単結晶層
は、Ｘ線二結晶法によるＸ線回折測定において、（００
０２）面の回折ピークの半値幅が１５分以下であること
が好ましい。また、本発明に係る窒化物半導体発光デバ
イス用積層体における一般式ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（但し、０＜X＜１、０＜Y＜１）で表される窒化物半導
体単結晶層の成長方法（以下、単に本発明の成長方法と
いう。）は、気相成長法により、前記基板に、サファイ
アの上にＧａZＡｌ1-ZＮ（０≦Z≦１）よりなるバッフ
ァ層と、該バッファ層の上にＧａＮよりなる単結晶層と
を形成した基板を使用し、該ＧａＮ単結晶層の上に前記
窒化物半導体単結晶層を成長させることを特徴とする。
の単結晶層を成長させるにあたり、本発明者は、結晶性
に優れたＧａＮを有する基板の上に成長させることによ
り、上記課題が解決できることを見いだした。すなわ
ち、本発明に係る窒化物半導体発光デバイス用積層体
は、サファイア基板上に、ＧａZＡｌ1-ZＮ(０≦Z≦１)
からなるバッファ層を介して成長されたＧａＮ単結晶層
と、該ＧａＮ単結晶層上に成長された四元混晶の窒化物
半導体であって一般式ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（但し、
０＜X＜１，０＜Y＜１）で表される単結晶層とを備えた
ことを特徴とする。また、本発明に係る窒化物半導体発
光デバイス用積層体においては、前記ＧａＮ単結晶層
は、Ｘ線二結晶法によるＸ線回折測定において、（００
０２）面の回折ピークの半値幅が１５分以下であること
が好ましい。また、本発明に係る窒化物半導体発光デバ
イス用積層体における一般式ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ
（但し、０＜X＜１、０＜Y＜１）で表される窒化物半導
体単結晶層の成長方法（以下、単に本発明の成長方法と
いう。）は、気相成長法により、前記基板に、サファイ
アの上にＧａZＡｌ1-ZＮ（０≦Z≦１）よりなるバッフ
ァ層と、該バッファ層の上にＧａＮよりなる単結晶層と
を形成した基板を使用し、該ＧａＮ単結晶層の上に前記
窒化物半導体単結晶層を成長させることを特徴とする。
【０００７】本発明の成長方法において、気相成長法に
は、前記したように有機金属化合物気相成長法（以下、
ＭＯＣＶＤ法という。）、分子線エピタキシー法を好ま
しく用いることができ、例えばＭＯＣＶＤ法を用いる方
法では金属元素源として、トリメチルガリウム、トリメ
チルインジウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属
化合物ガスと、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン等
のガスを、反応容器内の加熱された基板上に供給するこ
とによってＩｎＡｌＧａＮを成長することができる。成
長温度は７００℃〜１１００℃の範囲が好ましく、７０
０℃以下であるとＩｎＡｌＧａＮが多結晶になりやす
く、１１００℃以上であると同じくＩｎＮが分解してし
まうため、四元混晶のＩｎＡｌＧａＮができにくい傾向
にある。
は、前記したように有機金属化合物気相成長法（以下、
ＭＯＣＶＤ法という。）、分子線エピタキシー法を好ま
しく用いることができ、例えばＭＯＣＶＤ法を用いる方
法では金属元素源として、トリメチルガリウム、トリメ
チルインジウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属
化合物ガスと、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン等
のガスを、反応容器内の加熱された基板上に供給するこ
とによってＩｎＡｌＧａＮを成長することができる。成
長温度は７００℃〜１１００℃の範囲が好ましく、７０
０℃以下であるとＩｎＡｌＧａＮが多結晶になりやす
く、１１００℃以上であると同じくＩｎＮが分解してし
まうため、四元混晶のＩｎＡｌＧａＮができにくい傾向
にある。
【０００８】バッファ層ＧａZＡｌ1-ZＮ（０≦Z≦１）
は、バッファ層の上に成長するＧａＮ単結晶の結晶性を
向上させるために必要である。このバッファ層について
は特公昭５９−４８７９４号公報、また特開平４−２９
７０２３号公報に開示されたバッファ層と特に変わるも
のではないが、好ましくはZ＝０のＡｌＮバッファ層よ
りも、Z＝１のＧａＮバッファ層を選択する方が結晶性
に優れたＧａＮ単結晶層を得ることができる。
は、バッファ層の上に成長するＧａＮ単結晶の結晶性を
向上させるために必要である。このバッファ層について
は特公昭５９−４８７９４号公報、また特開平４−２９
７０２３号公報に開示されたバッファ層と特に変わるも
のではないが、好ましくはZ＝０のＡｌＮバッファ層よ
りも、Z＝１のＧａＮバッファ層を選択する方が結晶性
に優れたＧａＮ単結晶層を得ることができる。
【０００９】バッファ層の上に形成する単結晶層はＧａ
Ｎとする必要がある。特に、そのＧａＮの結晶性は優れ
たものでなければならず、結晶性を評価する手段とし
て、Ｘ線二結晶法によるＸ線回折測定（以下、Ｘ線ロッ
キングカーブ測定という。）において、（０００２）面
の回折ピークの半値幅が１５分以下、さらに好ましくは
１０分以下であることが好ましい。その半値幅が１５分
より大きくても、ＧａＮ単結晶の上にＩｎＡｌＧａＮ単
結晶層を成長させることができるが、１５分以下のＧａ
Ｎ単結晶層を選択することによりさらに優れたＩｎＡｌ
ＧａＮ単結晶層を成長させることができる。しかし、従
来のように、このＧａＮ単結晶層のＧａの一部をＡｌ、
Ｉｎ等で置換することはＧａＮ単結晶層の結晶性が悪く
なるので好ましくない。
Ｎとする必要がある。特に、そのＧａＮの結晶性は優れ
たものでなければならず、結晶性を評価する手段とし
て、Ｘ線二結晶法によるＸ線回折測定（以下、Ｘ線ロッ
キングカーブ測定という。）において、（０００２）面
の回折ピークの半値幅が１５分以下、さらに好ましくは
１０分以下であることが好ましい。その半値幅が１５分
より大きくても、ＧａＮ単結晶の上にＩｎＡｌＧａＮ単
結晶層を成長させることができるが、１５分以下のＧａ
Ｎ単結晶層を選択することによりさらに優れたＩｎＡｌ
ＧａＮ単結晶層を成長させることができる。しかし、従
来のように、このＧａＮ単結晶層のＧａの一部をＡｌ、
Ｉｎ等で置換することはＧａＮ単結晶層の結晶性が悪く
なるので好ましくない。
【００１０】
【作用】従来の方法では、サファイア基板上に、サファ
イアと窒化物半導体との格子定数不整を緩和するための
ＡｌＮバッファ層を形成し、その上に直接、四元混晶の
ＩｎＡｌＧａＮを形成するか、または基板を窒化物半導
体と格子定数の近い基板に変えて、その基板の上に同じ
く直接ＩｎＡｌＧａＮを成長しようとするために多結晶
のＩｎＡｌＧａＮしか得られなかった。
イアと窒化物半導体との格子定数不整を緩和するための
ＡｌＮバッファ層を形成し、その上に直接、四元混晶の
ＩｎＡｌＧａＮを形成するか、または基板を窒化物半導
体と格子定数の近い基板に変えて、その基板の上に同じ
く直接ＩｎＡｌＧａＮを成長しようとするために多結晶
のＩｎＡｌＧａＮしか得られなかった。
【００１１】一方、本発明では、サファイアの上にバッ
ファ層を形成し、そのバッファ層の上に、まず第一に結
晶性に優れたＧａＮの単結晶層を形成する点が、従来と
異なるところである。次に、サファイアとバッファ層と
ＧａＮ単結晶層とを一つの基板と考え、この基板上で最
も結晶性に優れたＧａＮ単結晶面に、格子定数不整が小
さく、ＧａＮと同じ窒化物半導体からなる四元混晶のＩ
ｎＡｌＧａＮを成長させることにより、初めてその成長
に成功することができた。これは結晶性の優れた窒化物
半導体上に、同一の窒化物半導体を積層するために可能
になったことであると推察される。
ファ層を形成し、そのバッファ層の上に、まず第一に結
晶性に優れたＧａＮの単結晶層を形成する点が、従来と
異なるところである。次に、サファイアとバッファ層と
ＧａＮ単結晶層とを一つの基板と考え、この基板上で最
も結晶性に優れたＧａＮ単結晶面に、格子定数不整が小
さく、ＧａＮと同じ窒化物半導体からなる四元混晶のＩ
ｎＡｌＧａＮを成長させることにより、初めてその成長
に成功することができた。これは結晶性の優れた窒化物
半導体上に、同一の窒化物半導体を積層するために可能
になったことであると推察される。
【００１２】
【実施例】以下、図面を元に実施例で本発明の成長方法
を詳説する。図１は本発明の成長方法に使用したＭＯＣ
ＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。１は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、２は基板を載置するサセプター、３はサセプタ
ーを加熱するヒーター、４はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、５は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、６は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、７は基板である。ＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）等の有機金属
化合物ソースは微量のバブリングガスによって気化さ
れ、メインガスであるキャリアガスによって反応容器内
に供給される。なお、特に図示していないが、各原料ガ
ス、キャリアガスの流量は、各ガスラインに設置された
マスフローコントローラ（ＭＦＣ）によって制御されて
いる。
を詳説する。図１は本発明の成長方法に使用したＭＯＣ
ＶＤ装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。１は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、２は基板を載置するサセプター、３はサセプタ
ーを加熱するヒーター、４はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、５は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、６は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、７は基板である。ＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）等の有機金属
化合物ソースは微量のバブリングガスによって気化さ
れ、メインガスであるキャリアガスによって反応容器内
に供給される。なお、特に図示していないが、各原料ガ
ス、キャリアガスの流量は、各ガスラインに設置された
マスフローコントローラ（ＭＦＣ）によって制御されて
いる。
【００１３】［実施例１］まず、よく洗浄したサファイ
ア板７をサセプター２にセットし、反応容器内を真空排
気した後、水素を供給して反応容器内を水素で十分置換
する。次に、石英ノズル５から水素を流しながらヒータ
ー３で温度を１０５０℃まで上昇させ、２０分間保持し
てサファイア板７のクリーニングを行う。
ア板７をサセプター２にセットし、反応容器内を真空排
気した後、水素を供給して反応容器内を水素で十分置換
する。次に、石英ノズル５から水素を流しながらヒータ
ー３で温度を１０５０℃まで上昇させ、２０分間保持し
てサファイア板７のクリーニングを行う。
【００１４】続いて、温度を５１０℃まで下げ、石英ノ
ズル５からアンモニア（ＮＨ3）４リットル／分と、Ｔ
ＭＧを２７×１０ー6モル／分と、キャリアガスとして水
素を２リットル／分とで流しながら、１分間保持してＧ
ａＮバッファー層を約２００オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ７からは水素を１０
リットル／分と、窒素を１０リットル／分とで流し続
け、サセプター２をゆっくりと回転させる。
ズル５からアンモニア（ＮＨ3）４リットル／分と、Ｔ
ＭＧを２７×１０ー6モル／分と、キャリアガスとして水
素を２リットル／分とで流しながら、１分間保持してＧ
ａＮバッファー層を約２００オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ７からは水素を１０
リットル／分と、窒素を１０リットル／分とで流し続
け、サセプター２をゆっくりと回転させる。
【００１５】ＧａＮバッファ層成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０２０℃まで上昇させる。温度が１０２０
℃になったら、同じく水素をキャリアガスとしてＴＭＧ
を６０×１０ー6モル／分で流して３０分間成長させ、Ｇ
ａＮ単結晶層を約２μｍ成長させる。ＧａＮ単結晶層成
長後、装置を冷却し、基板を反応容器から取り出しＧａ
Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカーブ測定を行うとその半
値幅は５分であり、結晶性に優れていることを確認し
た。
て、温度を１０２０℃まで上昇させる。温度が１０２０
℃になったら、同じく水素をキャリアガスとしてＴＭＧ
を６０×１０ー6モル／分で流して３０分間成長させ、Ｇ
ａＮ単結晶層を約２μｍ成長させる。ＧａＮ単結晶層成
長後、装置を冷却し、基板を反応容器から取り出しＧａ
Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカーブ測定を行うとその半
値幅は５分であり、結晶性に優れていることを確認し
た。
【００１６】Ｘ線ロッキングカーブ測定後、基板を再度
反応容器内のサセプターに設置し、サセプター内を真空
排気し、窒素で置換した後、アンモニアガスを流しなが
ら温度を８００℃まで上昇させる。８００℃になった
ら、窒素を２リットル／分、ＴＭＧを２×１０-6モル／
分と、ＴＭＩを１×１０-5モル／分と、ＴＭＡを２×１
０-7モル／分と、アンモニアを４リットル／分とで流し
ながら、ＩｎＡｌＧａＮ層を６０分間成長させる。
反応容器内のサセプターに設置し、サセプター内を真空
排気し、窒素で置換した後、アンモニアガスを流しなが
ら温度を８００℃まで上昇させる。８００℃になった
ら、窒素を２リットル／分、ＴＭＧを２×１０-6モル／
分と、ＴＭＩを１×１０-5モル／分と、ＴＭＡを２×１
０-7モル／分と、アンモニアを４リットル／分とで流し
ながら、ＩｎＡｌＧａＮ層を６０分間成長させる。
【００１７】成長後、反応容器からウエハーを取り出
し、得られたＩｎＡｌＧａＮ単結晶層のＸ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎの組成
を示すところにピークを有しており、そのピークの半値
幅は６分であった。これより、このＩｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ
0.7Ｎの結晶性が非常に優れていることを示している。
またＩｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ層に、常温でＨｅ−Ｃｄ
レーザーを照射して、フォトルミネッセンススペクトル
を測定すると、３６０ｎｍ付近にピークを有する強い紫
外発光を示した。
し、得られたＩｎＡｌＧａＮ単結晶層のＸ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎの組成
を示すところにピークを有しており、そのピークの半値
幅は６分であった。これより、このＩｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ
0.7Ｎの結晶性が非常に優れていることを示している。
またＩｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ層に、常温でＨｅ−Ｃｄ
レーザーを照射して、フォトルミネッセンススペクトル
を測定すると、３６０ｎｍ付近にピークを有する強い紫
外発光を示した。
【００１８】［実施例２］実施例１において、ＧａＮ単
結晶層の半値幅が１０分である基板を使用する他は実施
例１と同様にして、ＧａＮ単結晶層の上にＩｎ0.2Ａｌ
0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層を成長させたところ、得られたＩ
ｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅は８分であり、優れた結晶性を示した。
結晶層の半値幅が１０分である基板を使用する他は実施
例１と同様にして、ＧａＮ単結晶層の上にＩｎ0.2Ａｌ
0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層を成長させたところ、得られたＩ
ｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅は８分であり、優れた結晶性を示した。
【００１９】［実施例３］実施例１において、ＧａＮ単
結晶層の半値幅が１５分である基板を使用する他は実施
例１と同様にして、ＧａＮ単結晶層の上にＩｎ0.2Ａｌ
0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層を成長させたところ、得られたＩ
ｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅は１０分であり、同じく優れた結晶性を示し
た。
結晶層の半値幅が１５分である基板を使用する他は実施
例１と同様にして、ＧａＮ単結晶層の上にＩｎ0.2Ａｌ
0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層を成長させたところ、得られたＩ
ｎ0.2Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｎ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅は１０分であり、同じく優れた結晶性を示し
た。
【００２０】［実施例４］実施例１においてＧａＮ単結
晶層成長後、基板を反応容器から取り出さず、連続して
温度を８００℃まで下げる。８００℃になったら、ＴＭ
Ａの流量を４×１０-7モル／分で流す他は、実施例１と
同様にしてＩｎＡｌＧａＮ層を６０分間成長させる。
晶層成長後、基板を反応容器から取り出さず、連続して
温度を８００℃まで下げる。８００℃になったら、ＴＭ
Ａの流量を４×１０-7モル／分で流す他は、実施例１と
同様にしてＩｎＡｌＧａＮ層を６０分間成長させる。
【００２１】成長後、反応容器からウエハーを取り出
し、得られたＩｎＡｌＧａＮ単結晶層のＸ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.2Ａｌ0.2Ｇａ0.6Ｎの組成
を示すところにピークを有しており、そのピークの半値
幅は１０分であり、同じく結晶性に優れたＩｎ0.2Ａｌ
0.2Ｇａ0.6Ｎが得られたことを示した。
し、得られたＩｎＡｌＧａＮ単結晶層のＸ線ロッキング
カーブを測定すると、Ｉｎ0.2Ａｌ0.2Ｇａ0.6Ｎの組成
を示すところにピークを有しており、そのピークの半値
幅は１０分であり、同じく結晶性に優れたＩｎ0.2Ａｌ
0.2Ｇａ0.6Ｎが得られたことを示した。
【００２２】［比較例］実施例１において、ＧａＮバッ
ファ層を成長させた後、そのＧａＮバッファ層の上に、
実施例１と同様の条件で直接ＩｎＡｌＧａＮを成長させ
る。
ファ層を成長させた後、そのＧａＮバッファ層の上に、
実施例１と同様の条件で直接ＩｎＡｌＧａＮを成長させ
る。
【００２３】成長後、得られたＩｎＡｌＧａＮ層のＸ線
ロッキングカーブを測定すると、ブロードなピークしか
検出されず、また、実施例１と同様にしてフォトルミネ
ッセンス測定を行っても、ＩｎＡｌＧａＮ層からは何の
発光も観測されなかった。これより得られたＩｎＡｌＧ
ａＮはアモルファス状になって成長されていることが判
明した。
ロッキングカーブを測定すると、ブロードなピークしか
検出されず、また、実施例１と同様にしてフォトルミネ
ッセンス測定を行っても、ＩｎＡｌＧａＮ層からは何の
発光も観測されなかった。これより得られたＩｎＡｌＧ
ａＮはアモルファス状になって成長されていることが判
明した。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成長方法
によると、結晶性に優れたＧａＮ単結晶層を有する基板
上に成長させることにより、従来では困難であった結晶
性に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ単結晶層を得るこ
とができる。そのためこのＩｎＡｌＧａＮの上に二元混
晶、三元混晶、四元混晶の窒化物半導体を容易に積層す
ることができ、ダブルへテロ構造の窒化物半導体の発光
素子を得ることができ、その産業上の利用価値は大き
い。
によると、結晶性に優れたＧａＮ単結晶層を有する基板
上に成長させることにより、従来では困難であった結晶
性に優れた四元混晶のＩｎＡｌＧａＮ単結晶層を得るこ
とができる。そのためこのＩｎＡｌＧａＮの上に二元混
晶、三元混晶、四元混晶の窒化物半導体を容易に積層す
ることができ、ダブルへテロ構造の窒化物半導体の発光
素子を得ることができ、その産業上の利用価値は大き
い。
【図１】 本発明の一実施例に使用したＭＯＣＶＤ装置
の主要部の構成を示す概略断面図。
の主要部の構成を示す概略断面図。
１・・・・・・・・反応容器 ２・・・・・・・・サセプター ３・・・・・・・・ヒーター ４・・・・・・・・制御軸 ５・・・・・・・・石英ノズル ６・・・・・・・・コニカル石英
チューブ ７・・・・・・・・サファイア板
チューブ ７・・・・・・・・サファイア板
Claims (2)
- 【請求項１】 サファイア基板上に、ＧａZＡｌ1-ZＮ
(０≦Z≦１)からなるバッファ層を介して成長されたＧ
ａＮ単結晶層と、該ＧａＮ単結晶層上に成長された四元
混晶の窒化物半導体であって一般式ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（但し、０＜X＜１，０＜Y＜１）で表される単
結晶層とを備えたことを特徴とする窒化物半導体発光デ
バイス用積層体。 - 【請求項２】 前記ＧａＮ単結晶層は、Ｘ線二結晶法に
よるＸ線回折測定において、（０００２）面の回折ピー
クの半値幅が１５分以下である請求項１記載の窒化物半
導体発光デバイス用積層体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2208593A JP3091593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 窒化物半導体発光デバイス用積層体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2208593A JP3091593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 窒化物半導体発光デバイス用積層体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216409A JPH06216409A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3091593B2 true JP3091593B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=12073047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2208593A Expired - Fee Related JP3091593B2 (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 窒化物半導体発光デバイス用積層体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3091593B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6864158B2 (en) | 2001-01-29 | 2005-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing nitride semiconductor substrate |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US6346720B1 (en) * | 1995-02-03 | 2002-02-12 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Layered group III-V compound semiconductor, method of manufacturing the same, and light emitting element |
| JP3448450B2 (ja) | 1996-04-26 | 2003-09-22 | 三洋電機株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
| US6030848A (en) * | 1996-06-28 | 2000-02-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a GaN-based compound semiconductor light emitting device |
| WO1998024129A1 (fr) * | 1996-11-27 | 1998-06-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Dispositifs a semiconducteur au nitrure iii-v et leur procede de fabrication |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP2208593A patent/JP3091593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6864158B2 (en) | 2001-01-29 | 2005-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing nitride semiconductor substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06216409A (ja) | 1994-08-05 |
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