[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2009021361A - 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法 - Google Patents

窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009021361A
JP2009021361A JP2007182435A JP2007182435A JP2009021361A JP 2009021361 A JP2009021361 A JP 2009021361A JP 2007182435 A JP2007182435 A JP 2007182435A JP 2007182435 A JP2007182435 A JP 2007182435A JP 2009021361 A JP2009021361 A JP 2009021361A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
based semiconductor
substrate
gallium nitride
region
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007182435A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsushi Akita
勝史 秋田
Takashi Kyono
孝史 京野
Keiji Ishibashi
恵二 石橋
Hitoshi Kasai
仁 笠井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2007182435A priority Critical patent/JP2009021361A/ja
Priority to CN2008800007766A priority patent/CN101548400B/zh
Priority to US12/440,643 priority patent/US7973322B2/en
Priority to PCT/JP2008/057488 priority patent/WO2009008202A1/ja
Priority to EP08740558A priority patent/EP2056367A1/en
Priority to KR1020097004685A priority patent/KR20100031492A/ko
Priority to TW097115123A priority patent/TW200903864A/zh
Publication of JP2009021361A publication Critical patent/JP2009021361A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0202—Cleaving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/32025—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth non-polar orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

【課題】ａ面に関連した非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子を提供する。
【解決手段】活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長の光を発生するように設けられる。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、所定の軸Ａｘの方向に配列されている。活性層１７は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、インジウム組成Ｘは歪み組成で表されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸Ａｘの方向に向いている。井戸層の厚さは２．５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下である。井戸層の厚みを２．５ｎｍ以上にすることによって、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子を作製することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法に関する。
非特許文献１には、ＩｎＧａＮ系発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードは、横方向成長により作製したａ面ＧａＮテンプレート上に形成されている。発光ダイオードの発光層は、多重量子井戸構造を有しており、５周期のＩｎ０．１７Ｇａ０．８３Ｎ井戸層（４ｎｍ）／ＳｉドープＧａＮ障壁層（１６ｎｍ）からなる。ウエハにおける特性測定では、発光ダイオードは、電流２５０ｍＡで、発光波長４１３．５ｎｍであり、光出力１．５ｍＷであり、外部量子効率０．２％であった。
特許文献１には、ＧａＮ（１−１００）基板上に設けられたＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ活性層を有する半導体レーザが記載されている。また、高比抵抗ＳｉＣ（１１−２０）基板上に設けられたＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層およびＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ障壁層を有する面発光半導体レーザが記載されている。さらに、（１−１００）面または（１１−２０）面の高比抵抗ＳｉＣ基板上に設けられた４ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層および４ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ障壁層を有する面発光半導体レーザが記載されている。
Applied Physics Letter Vol. 85, No.22 (2004) p.5143. 特開平１０−１３５５７６号公報
窒化ガリウム系半導体からなる活性層を有する半導体発光素子では、いわゆるｃ面ＧａＮ基板を用いているので、ピエゾ効果に起因する影響が活性層にも現れる。一方、ＧａＮであってもａ面は非極性を示し、このため、活性層がピエゾ効果に起因する影響を受けないことが期待される。非特許文献１には、ａ面ＧａＮテンプレート上に作製されたＩｎＧａＮ系量子井戸構造の発光ダイオードが示されている。特許文献１では、いくつかのインジウム組成を有するＩｎＧａＮ活性層およびＩｎＧａＮ井戸層が記載されているけれども、発光波長や発光強度に関する具体的な記載はほとんどない。
非特許文献１の発光ダイオードのピーク波長よりも長い発光波長の発光ダイオードが求められている。ところが、発明者の実験によれば、ｃ面ＧａＮ上に量子井戸構造を形成するための成膜条件を用いてａ面ＧａＮ上に量子井戸構造を形成すると、所望のフォトルミネッセンス波長が得られない。また、様々な実験の結果、フォトルミネッセンス波長だけでなく発光強度の点でも、ａ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系活性層の発光素子はｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系活性層の発光素子と異なる傾向を示す。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ａ面に関連した非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子を提供することを目的とし、また窒化物系半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、窒化物系半導体発光素子は、（ａ）第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と、（ｂ）第２導電型窒化ガリウム系半導体領域と、（ｃ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられており、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層とを備え、前記活性層は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、インジウム組成Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、前記井戸層の厚さＤは２．５ｎｍより大きく、前記井戸層の厚さＤは１０ｎｍ以下であり、前記インジウム組成Ｘと厚さＤは、Ｘ≧−０．１×Ｄ＋０．６の関係にあり、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、所定の軸の方向に配列されており、前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面は、前記所定の軸の方向に向いている。
この窒化物系半導体発光素子によれば、井戸層の六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸の方向に向いているので、活性層は実質的な非極性を示す。また、井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなる。ａ面に関連した非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は、ｃ面用成膜条件を用いて形成した窒化物系半導体発光素子の非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成に比べて大きい。これ故に、このｃ面用成膜条件による窒化物系半導体発光素子に比べて、本件の窒化物系半導体発光素子の発光強度が良好になる。さらに、井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなるとと共に、井戸層の厚さは２．５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下であるので、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を発生するような量子井戸構造が提供される。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層は、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなる障壁層を含むことができる。
この窒化物系半導体発光素子によれば、活性層は量子井戸構造を有することができ、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）は非極性ＩｎＧａＮ障壁層のためのインジウム組成に好適である。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を更に含むことができる。前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の主面上に搭載されている。
この窒化物系半導体発光素子によれば、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、活性層および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成できるので、これらの結晶性が良好になる。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板の前記主面は、ａ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしていることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、極性の実質的な影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板の貫通転位は、ｃ軸方向に伸びている。この窒化物系半導体発光素子によれば、貫通転位はｃ軸方向に走るので、これらの貫通転位は、基板の主面と実質的に平行に伸びる。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板のｃ面を横切る貫通転位の平均密度は１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この窒化物系半導体発光素子によれば、ｃ面を横切る貫通転位の密度が低いので、ａ面主面上への成長の際に引き継がれる貫通転位の密度も小さくなる。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい第２の領域とを含み、前記基板の前記主面には前記第２の領域が現れている。この窒化物系半導体発光素子によれば、ａ面主面に現れる第２の領域上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満であることが好ましい。この窒化物系半導体発光素子によれば、１×１０７ｃｍ−２未満である第２の領域がａ面主面に現れるので、この上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
本発明の別の側面は、窒化物系半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する工程と、（ｂ）第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を前記基板の主面上に形成する工程と、（ｃ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する工程と、（ｄ）前記活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程とを備え、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、前記基板の主面上において所定の軸の方向に配列されており、前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の第１の半導体層を第１の温度で成長し、前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の第２の半導体層を第２の温度で成長し、前記第１のガリウム組成は前記第２のガリウム組成よりも低く、前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く、前記第１の温度と前記第２の温度との差は１０５度以上であり、前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面は、前記所定の軸の方向に向いている。
この方法によれば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が上記所定の軸の方向に向いている活性層の作製において、第１のガリウム組成は第２のガリウム組成よりも低い２種類の窒化ガリウム系半導体の成長温度の差が１０５度以上であるので、第１の半導体層のインジウム組成を高めて井戸層として適用できる。
本発明に係る方法では、前記基板は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からａ軸（ａ面に直交する軸）に交差するように切り出されており、前記基板の前記主面は、研磨処理されていると共にａ軸に交差する平面に沿って延びる。
この方法では、結晶成長がｃ軸方向に進行するので、貫通転位もｃ軸方向に伸びていく。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体結晶から半導体板をａ軸に交差するように切り出せば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸の方向に向いた活性層を作製するために好適な基板が提供される。
本発明に係る方法では、前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい複数の第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい複数の第２の領域とを含み、前記第１および第２の領域は交互に配置されており、前記基板の前記主面には前記第２の領域が現れていることができる。
この方法によれば、ａ面主面に現れる第２の領域上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。
本発明に係る方法では、前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満であることが好ましい。この方法によれば、転位の影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、ａ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしていることができる。この方法によれば、極性の実質的な影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
本発明に係る方法では、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながら前記基板を熱処理する工程を更に備えることができる。
この方法では、窒化ガリウム系半導体の成長前に基板をアンモニアと水素を含むガス中で熱処理するので、平坦な基板表面が得られやすく、さらに良好な発光特性を持つ半導体発光素子が得られる。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明によれば、ａ面に関連した非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子が提供される。また、本発明によれば、窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供され、この方法によれば、非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。窒化物系半導体発光素子としては、例えば発光ダイオード、半導体レーザ等がある。窒化物系半導体発光素子１１は、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３と、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５と、活性層１７とを備える。活性層１７は、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３と第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５との間に設けられている。活性層１７は、単一のＩｎＧａＮ半導体井戸層からなることができ、或いは、また量子井戸構造１９を有することができる。活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上の波長の光を発生するように設けられている。また、活性層１７は、５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられている。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、所定の軸Ａｘの方向に配列されている。活性層１７は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮからなる井戸層を含み、インジウム組成Ｘは歪み組成で表されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸Ａｘの方向に向いている。活性層１７の井戸層には、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５から提供されたキャリアが閉じ込めされる。この井戸層のバンドギャップに比べて、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５のバンドギャップは大きい。
井戸層の厚みを２．５ｎｍ以上にすることによって、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子を作製することができる。井戸層の厚みが１０ｎｍを超えるとＩｎＧａＮの結晶品質が悪化し、発光特性が悪化する。
図１に示される座標系から理解されるように、ｃ軸とこのｃ軸の直交する３つの軸ａ１、ａ２、ａ３とを用いて、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮが表される。３つの軸ａ１、ａ２、ａ３は互いに１２０度の角度（γ１、γ２、γ３）を成す。六方晶系のｃ軸は直交座標系ＳのＺ軸に向いており、軸ａ１は直交座標系ＳのY軸の方向に向いている。図１には、代表的なａ面が示されている。
この六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸Ａｘの方向に向いた窒化物系半導体発光素子１１では、インジウム組成Ｘは０．１６以上であれば、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子のための活性層として好適である。また、インジウム組成Ｘは０．３５を越えると、ＩｎＧａＮの結晶品質が悪化し、発光特性が悪化する。
この理由は以下のようなものである。ａ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のインジウム組成がｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のインジウム組成と同じ場合でも、ａ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のフォトルミネッセンス波長は、ｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のフォトルミネッセンス波長に比べて短い。このため、ａ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子において、所望のフォトルミネッセンス波長を得るためには、より大きなインジウム組成のＩｎＧａＮを成長しなくてはならない。また、非特許文献１の発光ダイオードにおける発光波長よりも長波長化するためには、インジウム組成をさらに高めることが必要である。
以上説明したように、窒化物系半導体発光素子１１によれば、井戸層の六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸の方向に向くので、活性層１７は非極性を示す。また、活性層１７の井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなる。この非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は、ｃ面用成膜条件を用いて形成した窒化物系半導体発光素子の非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成に比べて大きい値に設定されたので、ｃ面用成膜条件による窒化物系半導体発光素子に比べて、本件の窒化物系半導体発光素子の発光強度が良好になる。さらに、活性層１７の井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなると共に、井戸層の厚さは２．５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下であるので、活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長の光を発生するように設けられる。波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の発光波長の光を発する発光素子においては、電流密度の増加に伴う発光波長の短波長化（ブルーシフト）が顕著であるが、非極性面を用いることによってブルーシフトが小さくなるので、ａ面ＧａＮ基板を用いる効果が特に大きい。
第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３は、例えば、活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化ガリウム系半導体からなるクラッド層２１を含むことができ、窒化ガリウム系半導体は例えばｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌＧａＮ等である。必要な場合には、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３は、ｎ型ＡｌＧａＮ窒化ガリウム半導体からなる半導体層２３を含むことができる。
第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、例えば、活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化ガリウム系半導体からなる電子ブロック層２５を含むことができ、この窒化ガリウム系半導体は例えばｐ型ＡｌＧａＮ等である。第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、例えば、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層２７を含むことができ、この窒化ガリウム系半導体は例えばｐ型ＧａＮ等である。
一実施例の窒化物系半導体発光素子１１では、活性層１７は、量子井戸構造１９を含む。量子井戸構造１９は井戸層２９ａおよび障壁層２９ｂを含むことができる。井戸層２９ａおよび障壁層２９ｂは交互に配置されている。窒化物系半導体発光素子１１では、井戸層２９ａは、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなることができる。また、活性層１７の障壁層２９ｂは、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなることができる。六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮは非極性ＩｎＧａＮ障壁層のためのインジウム組成に好適である。六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮのインジウム組成が０以上であることができる（インジウム組成が０のとき障壁層はＧａＮからなる）。また、井戸層との間に十分なエネルギー障壁が得られるので、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮのガリウム組成が０．０５以下であることができる。このガリウム組成は歪み組成で表される。障壁層２９ｂの膜厚は、５ｎｍ以上であることができる。この理由は井戸層に十分にキャリアを閉じ込めることができるからである。また、障壁層２９ｂの膜厚は、２０ｎｍ以下であることができる。この理由は十分に低い素子抵抗が得られるからである。障壁層２９ｂは、例えばＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる。
窒化物系半導体発光素子１１は、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板３１を更に含むことができる。基板３１は導電性を示すことが好ましい。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板３１の主面３１ａ上に搭載されている。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５を形成できるので、これらの結晶性が良好になる。基板３１の材料として、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。好ましくは、基板３１の材料はｎ型のＧａＮである。基板３１の裏面３１ｂ上には、電極３２ａ（例えばカソード）が設けられており、コンタクト層２７上には別の電極３２ｂ（例えばアノード）が設けられている。
基板３１の主面３１ａは、ａ面に平行であることができるが、ａ面からあるオフ角でオフしていることができる。オフ角ＡｎｇｌｅＯＦＦは、基板３１の主面３１ａの法線とａ面の法線との成す角により規定される。オフ角ＡｎｇｌｅＯＦＦは、例えばｃ軸方向に−２°≦θ≦＋２°の角度範囲であることができ、またｍ軸方向に−２°≦θ≦＋２°の角度範囲であることができる。この基板３１によれば、極性の影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
窒化物系半導体発光素子１１では、基板３１の貫通転位はｃ軸方向に伸びている。貫通転位はｃ軸方向に走るので、これらの貫通転位は、基板３１の主面３１ａと実質的に平行に伸びる。また、基板３１のｃ面を横切る貫通転位の平均密度は１×１０７ｃｍ−２（例えば、ランダムに分布する貫通転位の密度）以下であることが好ましい。この基板３１によれば、ｃ面を横切る貫通転位の密度が低いので、ａ面主面上への成長の際に引き継がれる貫通転位の密度も小さくなる。このような基板３１は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からａ軸に交差するように切り出されており、主面３１ａは、研磨処理されていると共にａ軸に交差する平面に沿って延びる。基板３１のための半導体結晶の成長がｃ軸方向に進行するので、貫通転位もｃ軸方向に伸びていく。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体結晶から半導体板をａ軸に交差するように切り出せば、この基板３１は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が所定の軸Ａｘの方向に向いた活性層を作製するために好適である。
図２は、窒化物系半導体発光素子１１のための窒化ガリウム基板の一例を示す図面である。図２にも、図１と同じく六方晶系のための座標系が示されている。図２には、参照符号「Ｃ」によりｃ面が示されており、参照符号「Ａ」および「Ｍ」によって、それぞれａ面およびｍ面が示されている。一例の窒化ガリウム基板３３の第１の面３３ａは、比較的大きい貫通転位密度を有する第１の領域（高転位領域）３３ｃが現れることなく、比較的小さい貫通転位密度を有する第２の領域（低転位領域）３３ｄが現れたエリアからなる。第１の領域３３ｃおよび第２の領域３３ｄは交互に配列されており、ｃ面およびｍ面において、第１のエリアはストライプ形状を有する。第１の面３３ａは、ａ軸に交差する平面に沿って延びる。貫通転位の大部分はｃ軸方向に走っている。ａ面主面に現れる第２の領域３３ｄ上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。なお、既に説明したように、窒化ガリウム基板３３の第１の面３３ａは、ａ面を基準にしてある角度で傾斜していることもできる。
ｃ面において第２の領域３３ｄの貫通転位密度は、例えばは１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。１×１０７ｃｍ−２以下である第２の領域３３ｄがａ面主面に現れるので、第２の領域３３ｄ上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
図３は、窒化物系半導体発光素子１１のための窒化ガリウム基板の別の例を示す図面である。図３にも、図１と同じく六方晶系のための座標系が示されている。図３には、参照符号「Ｃ」によりｃ面が示されており、参照符号「Ａ」および「Ｍ」によって、それぞれ、ａ面およびｍ面が示されている。一例の窒化ガリウム基板３５の第１の面３５ａは、比較的大きい貫通転位密度を有する第１の領域（高転位領域）３５ｃが現れることなく、比較的小さい貫通転位密度を有する第２の領域（低転位領域）３５ｄが現れたエリアからなる。第１の領域３５ｃは第２の領域３５ｄ内に配置されている。このため、ｃ面において、第１のエリアは、第２のエリア内にドット状に配列されている。貫通転位の多くはｃ軸方向に走っている。ａ面主面に現れる第２の領域３５ｄ上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。なお、既に説明したように、窒化ガリウム基板３５の第１の面３５ａは、ａ面を基準にしてある角度で傾斜していることもできる。ｃ面において第２の領域３５ｄの貫通転位密度は、例えば１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。第１の面３５ａに第１の領域（高転位領域）３５ｃが現れないように、ａ面を切り出すことによって、第１の面３５ａに第２の領域（低転位領域）３５ｄのみが現れた基板を作製できる。１×１０７ｃｍ−２以下である第２の領域３５ｄがａ面主面に現れるので、第２の領域３５ｄ上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
引き続き、実施例を説明する。以下の通り、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層を含む発光素子を作製できる。同本実施例では、有機金属気相成長法により青色発光素子を作製した。有機金属気相成長法の原料にはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。図４は、発光ダイオードや半導体レーザといった発光素子を作製する主要な工程のフロー１００を示す図面である。
図４に示されるように、工程Ｓ１０１において、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する。この実施例では、ｃ面における貫通転位密度１×１０６ｃｍ−２未満の低欠陥領域とストライプ状に分布する欠陥集中領域を有しており（０００１）方向に成長したｎ型ＧａＮ結晶をスライスしてＧａＮ自立体を形成した後に、このＧａＮ自立体を研磨してａ面ＧａＮ（１１−２０）基板を作製した。
工程Ｓ１０３において、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながらａ面ＧａＮ基板を熱処理する。このために、ｎ型ａ面ＧａＮ基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を３０ｋＰａに制御すると共に炉内にアンモニアと水素を供給して、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間のクリーニングを行った。この熱処理により、平坦な基板表面が得られやすく、さらに良好な発光特性を持つ半導体発光素子が得られる。
工程Ｓ１０５において、その後、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を基板の主面上に形成する。本実施例では、摂氏１１００度の基板温度に上昇させた後、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（４．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。ＡｌＧａＮ膜厚は例えば５０ｎｍである。
次に、成長を一旦中断して、摂氏１１５０度に基板温度を上昇させた後、ｎ型ＧａＮ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３３ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。ＧａＮ膜の膜厚は例えば２μｍである。
次に、工程Ｓ１０７において、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する。このために、成長を一旦中断して、摂氏８８０度に基板温度を低下させた後、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層を成長した。この障壁層の厚さは例えば１５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１．６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）を供給した。ＩｎＧａＮ障壁層を成長した後、摂氏７５０度に基板温度を低下させた後に、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ井戸層を成長した。この井戸層の膜厚は例えば５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素として、トリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（２４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３６ｍｏｌ／分）を供給した。アンドープ障壁層およびアンドープ井戸層の成長を繰り返すことによって、例えば６周期の量子井戸層を形成した。
次に、工程Ｓ１０９において、活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する。このために、再度成長を中断し、基板温度を摂氏１０５０度に上昇した後に、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ電子ブロック層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。電子ブロック層の膜厚は例えば２０ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層を成長した後に、ｐ型ＧａＮ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。このＧａＮ層の厚さは、例えば２５ｎｍである。
ｐ型ＧａＮ層を成長した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さは例えば２５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（６７μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。
これらの工程によって、この発光ダイオード（ＬＥＤ）のためのエピタキシャル基板が作製された。エピタキシャル基板の各窒化ガリウム系半導体膜のａ面は、ＧａＮ基板の主面に沿って延びる平面と実質的に平行である。その後、ＧａＮ基板を炉内から取り出し、（１１−２０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）を行った。図５（ａ）は、明瞭なサテライトピークを示すＸ線角度分布の測定結果を示す図面である。この測定によれば、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は約３０％であった。このエピタキシャル基板のｐ型ＧａＮ層上に適切な金属材料で４００μｍ角（電極面積として、例えば１．６×１０−３ｃｍ２）の半透明ｐ電極を形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成した。これによってＬＥＤ素子が作製された。
図６は、電流−光出力特性および電流−外部量子効率特性を示す図面である。図７は、このベアチップのＬＥＤに室温における印加電流とピーク発光波長との関係を示す。ピーク発光波長は４５３ｎｍであり、純青色である。電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が０．７０ｍＷであり、外部量子効率が１．３％であった。電流値２００ｍＡ（電流密度１２５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が５．８ｍＷであり、外部量子効率が１．１％であった。このチップを、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤランプを作製した。モールド封止後の測定では、電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、ピーク波長が４５３ｎｍであり、光出力が２．１ｍＷであり外部量子効率が３．９％であった。印加電流を１ｍＡから５０ｍＡに増加したとき、発光波長の短波長へのシフト（ブルーシフト）は４ｎｍと小さい。
このＬＥＤにおいて、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、活性層および第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、ＧａＮ基板の主面上に搭載されており、また所定の軸の方向に順に配置されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の井戸用の半導体層を第１の温度ＴＷで成長すると共に、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の障壁用の半導体層を第２の温度ＴＢで成長した。第１のガリウム組成は第２のガリウム組成よりも低く、第１の温度ＴＷは第２の温度ＴＢよりも低く、第１の温度ＴＷと第２の温度ＴＢとの差は１０５度以上である。この方法によれば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面が上記所定の軸の方向に向いている活性層の作製において、互いに異なる第１および第２のガリウム組成の２種類の窒化ガリウム系半導体の成長温度の差が１０５度以上であるので、第１の半導体層のインジウム組成を高めて井戸層として適用可能である。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度の範囲は、摂氏７００度以上であり、摂氏８００度以下であることが好ましい。また、障壁層の成長温度の範囲は、摂氏８００度以上であり、摂氏９００度以下であることが好ましい。なお、第１の温度ＴＷと第２の温度ＴＢとの差は１５０度以下であることが好ましい。
図８は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成、井戸層の厚さの関係を示す図面である。縦軸はインジウム組成を示し、横軸は井戸層の厚みを示す。領域「Ａ１」内の活性層は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生できる。領域「Ａ２」では、インジウム組成が低すぎて、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ３」では、井戸層が薄すぎて、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ４」では、インジウム組成および井戸層厚の関係から、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ５」では、インジウム組成が高すぎて、良質のＩｎＧａＮ結晶が得られない。図８において
ラインＬ１：Ｘ＝０．３５
ラインＬ２：Ｘ＝０．１６
ラインＬ３：Ｄ＝２．５
ラインＬ４：Ｘ≧−０．１×Ｄ＋０．６
ラインＬ５：Ｄ＝１０
であり、測定結果の一部であるポイントＰ１〜Ｐ５は、それぞれ、発光波長４４１ｎｍ、４５７ｎｍ、４４６ｎｍ、４９０ｎｍ、５０２ｎｍの測定点を示す。ラインＬ１〜Ｌ５によって囲まれる領域（境界を含む）が、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成および井戸層の厚さの関係に関して好適である。ポイントＰ５〜Ｐ８では、ＩｎＧａＮの黒色化が生じたので、発光波長は測定できなかった。
図８から理解されるように、インジウム増加は容易なことではない。ＩｎＧａＮ井戸層の成長を摂氏７３０度の基板温度で行って、他の条件は先の実施例１と同様にして、ＬＥＤ用のエピタキシャル基板を作製した。このエピタキシャル基板の外観は、黒色化しており、量子井戸発光層からのフォトルミネッセンススペクトルは観測されなかった。図５（ｂ）は、このエピタキシャル基板の（１１−２０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果を示す図面である。量子井戸発光層のサテライトピークが全く観測されていない。故に、量子井戸構造が形成されていない。インジウム組成は３５％を越えていると推測される。このように、ＩｎＧａＮの成長においてインジウム組成を増加させると、結晶品質は極端に悪くなる。
また、ＩｎＧａＮ井戸層の成長をトリメチルインジウムの供給量を５８μｍｏｌ／分に設定して、他の条件は先の実施例１と同様にして、ＬＥＤ用のエピタキシャル基板を作製した。このエピタキシャル基板の外観は、黒色化しており、量子井戸発光層からのフォトルミネッセンススペクトルは観測されなかった。（１１−２０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果において、量子井戸発光層のサテライトピークが全く観測されなかった。故に、量子井戸構造が形成されていない。インジウム組成は３５％を越えていると推測される。これらからも、ＩｎＧａＮ組成を増加させると、結晶品質は極端に悪くなることが理解される。
したがって、ａ面を用いた発光素子を作製するためには、井戸層の厚さ、井戸層のインジウム組成を制御すると共に、井戸層と障壁層との成長温度差を大きくすることが重要である。
（井戸層の厚さ）
別の実施例を説明する。実施例１と同様の成長条件を用いて、ＩｎＧａＮ井戸層の厚みを３ｎｍ、５ｎｍ、８ｎｍと変えて、ＬＥＤ構造のエピタキシャル基板を作製した。図９は、井戸層の厚みとＰＬスペクトルＷ３、Ｗ５、Ｗ８との関係を示している。井戸層が厚くなるにつれて、ＰＬ波長は長くなる。図９を参照すると、井戸幅３ｎｍで４４１ｎｍのＰＬ波長であり、井戸幅５ｎｍで４５７ｎｍのＰＬ波長であり、井戸幅８ｎｍで４９０ｎｍのＰＬ波長である。
エピタキシャル基板を用いて実施例１と同様にして、井戸幅８ｎｍを有するＬＥＤを作製した。例えばベアチップにおける測定において、ピーク発光波長は４８９ｎｍであった。電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が０．５ｍＷであり、外部量子効率が０．７８％であった。このチップを、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤランプを作製した。モールド封止後の測定では、電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、ピーク波長４８９ｎｍであり、光出力が１．５ｍＷであり外部量子効率が２．８％であった。
（半導体レーザ）
更なる別の実施例を説明する。以下の通り、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層を含む半導体レーザを作製した。ａ面主面を有する六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備した。この実施例では、ｃ面における貫通転位密度１×１０６ｃｍ−２未満の低欠陥領域とストライプ状に分布する欠陥集中領域を有しており（０００１）方向に成長したｎ型ＧａＮ結晶をスライスしてＧａＮ自立体を形成した後に、このＧａＮ自立体を研磨してａ面ＧａＮ（１１−２０）基板を作製した。
第１導電型窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル成長に先立って、ＬＥＤの作製と同様に、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながらａ面ＧａＮ基板を熱処理する。この熱処理により、平坦な基板表面が得られやすく、さらに良好な発光特性を持つ半導体発光素子が得られる。
ＧａＮ基板のａ面主面上に、第１のｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ膜を成長した。このＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎのための基板温度は、摂氏１１５０度であり、ＡｌＧａＮ膜厚は例えば２μｍである。成長炉に、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（４６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。続けて、第１のｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ膜上に、第２のｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ膜を成長した。ＡｌＧａＮ膜厚は例えば６００ｎｍである。成長炉に、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（３７μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（３．０μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。
次に、成長を一旦中断して、摂氏１１５０度の基板温度のまま、ｎ型ＧａＮ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。ＧａＮ膜の膜厚は例えば３ｎｍである。
次に、ｎ型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する。このために、成長を一旦中断して、摂氏８８０度に基板温度を低下させた後、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層を成長した。この障壁層の厚さは例えば１５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１．６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）を供給した。ＩｎＧａＮ障壁層を成長した後、摂氏７５０度に基板温度を低下させた後に、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ井戸層を成長した。この井戸層の膜厚は例えば８ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素として、トリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（２４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３６ｍｏｌ／分）を供給した。アンドープ障壁層およびアンドープ井戸層の成長を繰り返すことによって、例えば３周期の量子井戸層を形成した。
次に、活性層上に窒化ガリウム系半導体膜を形成した。まず、アンドープＧａＮ光ガイド層を成長した。このＧａＮのための基板温度は、摂氏１１００度であり、ＧａＮ膜厚は例えば１００ｎｍである。成長炉に、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）を供給した。
光ガイド層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成した。このために、再度成長を中断し、基板温度を摂氏１０５０度に上昇させた後に、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ電子ブロック層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（１７μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．８μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。電子ブロック層の膜厚は例えば２０ｎｍである。
電子ブロック層を成長した後に、ｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層を成長した。この成長は、摂氏１０５０度の基板温度で行われた。この成長のために、キャリアガスを主に水素として用い、トリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．０μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。ｐ型クラッド層の膜厚は例えば４００ｎｍである。
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長した後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（６７μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。このＧａＮ層の厚さは、例えば５０ｎｍである。
これらの工程によって、この半導体レーザ（ＬＤ）のためのエピタキシャル基板が作製された。エピタキシャル基板の各窒化ガリウム系半導体膜のａ面は、ＧａＮ基板の主面に沿って延びる平面と実質的に平行であり、活性層のａ面は基板の主面に直交する軸に交差する。
その後、エピタキシャル基板を炉内から取り出す。ｐ型コンタクト層上に絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）を形成した後に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、幅１０μｍの窓を形成し、例えばＮｉ／Ａｕといったｐ型電極を形成した。研削等によりＧａＮ基板の膜厚を薄くした後に、基板の裏面ｎ電極を形成した。ｍ面における劈開により長さ８００μｍのレーザバーを作製した。劈開面は、端面ミラーとなる。図１０に示される構造のＬＤ素子が作製された。このＬＤ素子に室温で、パルス電流を印加したとき、波長４９０ｎｍでレーザ発振が観測された。
（ＧａＮ基板と異なる基板）
ＧａＮ基板と異なる基板を用いてＬＥＤを作製した。実施例１と同様な条件を用いて、ｎ型ａ面ＧａＮ（１１−２０）基板に代わりに４Ｈ−ＳｉＣ（１１−２０）基板やｒ面サファイア基板上にＬＥＤ用エピタキシャル構造を成長してＬＥＤを作製した。積層欠陥が多く発生し、非常に弱い出力しか得られなかった。
（ｃ面ＧａＮ基板）
また、ｃ面ＧａＮ基板を用いてＬＥＤを作製した。以下の通り有機金属気相成長法により青色発光素子を作製した。原料にはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。ｃ面ＧａＮ基板は貫通転位密度１×１０６ｃｍ−２未満の低欠陥領域と線状に分布する欠陥集中領域を有する（０００１）方向に成長したｎ型ＧａＮをスライス、研磨することによって作製した。
ｎ型ｃ面ＧａＮ（０００１）基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を３０ｋＰａにコントロールしながら炉内にアンモニアと水素を導入し、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行った。その後、基板温度を摂氏１１００度に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（４．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、モノシランを導入し、膜厚５０ｎｍのｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層を成長した。次に、成長を一旦中断し、基板温度を摂氏１１５０度に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３３ｍｏｌ／分）、モノシランを導入し、膜厚２μｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。
次に、成長を一旦中断し、摂氏８８０度に基板温度を低下させた後、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１．６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）を導入し、厚さ１５ｎｍのＩｎＧａＮ障壁層（Ｉｎ組成１％）を成長した後、基板温度を摂氏８００度に低下させ、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（１６μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３６ｍｏｌ／分）を導入し膜厚３ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を成長した。この工程を繰り返すことによって６周期の量子井戸発光層を形成した。
次に、再度成長を中断し、基板温度を摂氏１０５０度に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（１７μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．８μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、膜厚２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ電子ブロック層を成長した。この後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、厚さ２５ｎｍのｐ型ＧａＮ層を成長した。次に、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（６７μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、厚さ２５ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。
その後、ＧａＮ基板を炉内から取り出し、Ｘ線回折測定（ω−２θ測定）を行ったところ、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は約１０％であった。このＬＥＤエピタキシャルウエハに、適当な金属材料でｐ型ＧａＮ層上に４００μｍ角（電極面積１．６×１０−３ｃｍ２）の半透明ｐ電極、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成し、ＬＥＤ素子を作製した。このベアチップのＬＥＤに室温でパルス電流印加を行ったところ、波長４６０ｎｍの純青色で、高い発光効率が得られたが、図１１（ａ）に示す通り、電流増加に伴う発光波長のブルーシフトが観察された。一方、実施例１のＬＥＤでは電流増加に伴う発光波長のブルーシフトが観察されなかった。
さらに、実施例１では、摂氏８８０度でＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層を成長すると共に、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ井戸層（厚さ：５ｎｍ）を摂氏７５０度の基板温度で成長した。一方、摂氏８８０度でＩｎＧａＮ障壁層を成長すると共に、７５０度よりも高い摂氏７８０度（温度差１００度）の基板温度でＩｎＧａＮ井戸層（厚さ：５ｎｍ）の成長を行うと、図１１（ｂ）に示す通り、ＰＬスペクトルに波長３８５ｎｍと４２５ｎｍに２つのピーク（参照符号「Ｗ５７８０」）が観測された。参照符号Ｗ５７８０で示されるＰＬスペクトルのピーク値は、参照符号Ｗ５７５０で示されるＰＬスペクトルのピーク値に比べて低い。（１１−２０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）によれば、摂氏７８０度の基板温度で成長されたＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は７％であった。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、発光ダイオードや半導体レーザといった発光素子を説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、本実施の形態では、ａ面ＧａＮ基板上の発光素子について例示的に説明しているけれども、ａ面ＡｌＧａＮ基板上の発光素子とすることもできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。 図２は、窒化物系半導体発光素子のための窒化ガリウム基板の一例を示す図面である。 図３は、窒化物系半導体発光素子のための窒化ガリウム基板の別の例を示す図面である。 図４は、発光素子を作製する主要な工程を示す図面である。 図５は（１１−２０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果を示す図面である。 図６は、電流−光出力特性および電流−外部量子効率特性を示す図面である。 図７は、ベアチップのＬＥＤに室温における印加電流とピーク発光波長との関係を示す。 図８は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成、井戸層の厚さの関係を示す図面である。 図９は、井戸層の厚みとＰＬスペクトルとの関係を示す図面である。 図１０は、実施例に係る窒化物系半導体レーザを概略的に示す図面である。 図１１（ａ）は、ｃ面基板上に作製されたＬＥＤにおける電流増加に伴う発光波長のブルーシフトを示す図面である。図１１（ｂ）は、高温でａ面ＧａＮ上に形成された活性層のＰＬスペクトルを示す図面である。
符号の説明
Ａｘ…所定の軸、１１…窒化物系半導体発光素子、１３…第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、１５…第２導電型窒化ガリウム系半導体領域、１７…活性層、１９…量子井戸構造、２１…クラッド層、２３…半導体層、２５…電子ブロック層、２７…コンタクト層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、３１…基板、３２ａ、３２ｂ…電極、３３、３５…基板、３３ｃ、３５ｃ…第１の領域（高転位領域）、３３ｄ、３５ｄ…第２の領域（低転位領域）

Claims (13)

  1. 第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と、
    第２導電型窒化ガリウム系半導体領域と、
    前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられており、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層とを備え、
    前記活性層は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、インジウム組成Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、
    前記井戸層の厚さＤは２．５ｎｍより大きく、
    前記井戸層の厚さＤは１０ｎｍ以下であり、
    前記インジウム組成Ｘと厚さＤは、Ｘ≧−０．１×Ｄ＋０．６の関係にあり、
    前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、所定の軸の方向に配列されており、
    前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面は、前記所定の軸の方向に向いている、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
  2. 前記活性層は、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなる障壁層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物系半導体発光素子。
  3. 六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を更に含み、
    前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の主面上に搭載されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
  4. 前記基板の前記主面は、ａ面からあるオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしている、ことを特徴とする請求項３に記載された窒化物系半導体発光素子。
  5. 前記基板の貫通転位は、ｃ軸方向に伸びており、
    前記基板のｃ面を横切る貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２以下である、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された窒化物系半導体発光素子。
  6. 前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい第２の領域とを含み、
    前記基板の前記主面には前記第２の領域が現れている、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された窒化物系半導体発光素子。
  7. 前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項６に記載された窒化物系半導体発光素子。
  8. 窒化物系半導体発光素子を作製する方法であって、
    六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する工程と、
    第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を前記基板の主面上に形成する工程と、
    前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する工程と、
    前記活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程と
    を備え、
    前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、前記基板の前記主面上において所定の軸の方向に配列されており、
    前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．３５、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の第１の半導体層を第１の温度で成長し、
    前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の第２の半導体層を第２の温度で成長し、
    前記第１のガリウム組成は前記第２のガリウム組成よりも低く、
    前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く、
    前記第１の温度と前記第２の温度との差は１０５度以上であり、
    前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのａ面は、前記所定の軸の方向に向いている、ことを特徴とする方法。
  9. 前記基板は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からａ軸に交差するように切り出されており、前記基板の前記主面は、研磨処理されていると共にａ軸に交差する平面に沿って延びる、ことを特徴とする請求項８に記載された方法。
  10. 前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい複数の第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい複数の第２の領域とを含み、
    前記第１および第２の領域は交互に配置されており、
    前記基板の前記主面には前記第２の領域が現れている、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載された方法。
  11. 前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１０に記載された方法。
  12. 前記基板の前記主面は、ａ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしている、ことを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載された方法。
  13. 前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながら前記基板を熱処理する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれか一項に記載された方法。
JP2007182435A 2007-07-11 2007-07-11 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法 Pending JP2009021361A (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007182435A JP2009021361A (ja) 2007-07-11 2007-07-11 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
CN2008800007766A CN101548400B (zh) 2007-07-11 2008-04-17 氮化物半导体发光元件和其形成方法
US12/440,643 US7973322B2 (en) 2007-07-11 2008-04-17 Nitride semiconductor light emitting device and method for forming the same
PCT/JP2008/057488 WO2009008202A1 (ja) 2007-07-11 2008-04-17 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
EP08740558A EP2056367A1 (en) 2007-07-11 2008-04-17 Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor light emitting element
KR1020097004685A KR20100031492A (ko) 2007-07-11 2008-04-17 질화물계 반도체 발광 소자 및 질화물계 반도체 발광 소자를 제작하는 방법
TW097115123A TW200903864A (en) 2007-07-11 2008-04-24 Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007182435A JP2009021361A (ja) 2007-07-11 2007-07-11 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009021361A true JP2009021361A (ja) 2009-01-29

Family

ID=40228387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007182435A Pending JP2009021361A (ja) 2007-07-11 2007-07-11 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7973322B2 (ja)
EP (1) EP2056367A1 (ja)
JP (1) JP2009021361A (ja)
KR (1) KR20100031492A (ja)
CN (1) CN101548400B (ja)
TW (1) TW200903864A (ja)
WO (1) WO2009008202A1 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205835A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体光素子、窒化ガリウム系半導体光素子を製造する方法、及びエピタキシャルウエハ
JP2010212651A (ja) * 2009-09-08 2010-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
WO2011007777A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板
JP2011211076A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
CN103972340A (zh) * 2013-01-25 2014-08-06 新世纪光电股份有限公司 氮化物半导体结构及半导体发光元件
US9640712B2 (en) 2012-11-19 2017-05-02 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
US9685586B2 (en) 2012-11-19 2017-06-20 Genesis Photonics Inc. Semiconductor structure
US9780255B2 (en) 2012-11-19 2017-10-03 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
JP2019083221A (ja) * 2017-10-27 2019-05-30 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010118647A (ja) * 2008-10-17 2010-05-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及び発光装置
JP2011023537A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
JP4905514B2 (ja) * 2009-07-15 2012-03-28 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体発光素子
JP5515575B2 (ja) * 2009-09-30 2014-06-11 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体光素子を作製する方法
KR100993072B1 (ko) * 2010-01-11 2010-11-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
JP2011146650A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
JP5349420B2 (ja) * 2010-08-04 2013-11-20 株式会社東芝 半導体発光素子の製造方法
JP5361925B2 (ja) * 2011-03-08 2013-12-04 株式会社東芝 半導体発光素子およびその製造方法
JP2016513880A (ja) * 2013-03-15 2016-05-16 ソイテックＳｏｉｔｅｃ ＩｎＧａＮを含んでいる活性領域を有している発光ダイオード半導体構造
TWI593135B (zh) 2013-03-15 2017-07-21 索泰克公司 具有含氮化銦鎵之主動區域之半導體結構，形成此等半導體結構之方法，以及應用此等半導體結構形成之發光元件
FR3003397B1 (fr) * 2013-03-15 2016-07-22 Soitec Silicon On Insulator Structures semi-conductrices dotées de régions actives comprenant de l'INGAN
CN104121497A (zh) * 2013-04-26 2014-10-29 光明半导体（天津）有限公司 照明装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160656A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Sharp Corp 窒化物系化合物半導体装置
JP2007103774A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3816176B2 (ja) 1996-02-23 2006-08-30 富士通株式会社 半導体発光素子及び光半導体装置
JP3642199B2 (ja) 1998-09-22 2005-04-27 松下電器産業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
JP2000133883A (ja) 1998-10-22 2000-05-12 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP2001203384A (ja) 2000-01-18 2001-07-27 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
JP3968968B2 (ja) * 2000-07-10 2007-08-29 住友電気工業株式会社 単結晶ＧａＮ基板の製造方法
JP4389723B2 (ja) * 2004-02-17 2009-12-24 住友電気工業株式会社 半導体素子を形成する方法
US7727873B2 (en) 2005-07-29 2010-06-01 Showa Denko K.K. Production method of gallium nitride-based compound semiconductor multilayer structure
JP2007036113A (ja) 2005-07-29 2007-02-08 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体積層物の製造方法
US7951617B2 (en) 2005-10-06 2011-05-31 Showa Denko K.K. Group III nitride semiconductor stacked structure and production method thereof
JP5113330B2 (ja) 2005-11-30 2013-01-09 ローム株式会社 窒化ガリウム半導体発光素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160656A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Sharp Corp 窒化物系化合物半導体装置
JP2007103774A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205835A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体光素子、窒化ガリウム系半導体光素子を製造する方法、及びエピタキシャルウエハ
US8304793B2 (en) 2009-07-15 2012-11-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. III-nitride semiconductor optical device and epitaxial substrate
WO2011007777A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板
JP2011023541A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板
CN102474076A (zh) * 2009-07-15 2012-05-23 住友电气工业株式会社 Iii族氮化物半导体光元件、外延衬底
JP2010212651A (ja) * 2009-09-08 2010-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
JP2011211076A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
US9640712B2 (en) 2012-11-19 2017-05-02 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
US9685586B2 (en) 2012-11-19 2017-06-20 Genesis Photonics Inc. Semiconductor structure
US9780255B2 (en) 2012-11-19 2017-10-03 Genesis Photonics Inc. Nitride semiconductor structure and semiconductor light emitting device including the same
CN103972340A (zh) * 2013-01-25 2014-08-06 新世纪光电股份有限公司 氮化物半导体结构及半导体发光元件
CN103972340B (zh) * 2013-01-25 2018-06-08 新世纪光电股份有限公司 氮化物半导体结构及半导体发光元件
JP2019083221A (ja) * 2017-10-27 2019-05-30 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101548400A (zh) 2009-09-30
WO2009008202A1 (ja) 2009-01-15
EP2056367A1 (en) 2009-05-06
US7973322B2 (en) 2011-07-05
TW200903864A (en) 2009-01-16
US20100059759A1 (en) 2010-03-11
KR20100031492A (ko) 2010-03-22
CN101548400B (zh) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009021361A (ja) 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP2008258503A (ja) 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
CN101515700B (zh) Iii族氮化物发光器件及制造iii族氮化物基半导体发光器件的方法
KR101164349B1 (ko) ＧａＮ계 반도체 광소자, ＧａＮ계 반도체 광소자를 제작하는 방법, 에피택셜 웨이퍼 및 ＧａＮ계 반도체막을 성장시키는 방법
JP2001160627A5 (ja)
KR20100099066A (ko) 질화갈륨계 반도체 광소자, 질화갈륨계 반도체 광소자를 제조하는 방법 및 에피택셜 웨이퍼
JP5048236B2 (ja) 半導体発光素子、および半導体発光素子を作製する方法
JP2007103774A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体積層構造体およびその製造方法
JP2008118049A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
JP5392885B2 (ja) ＺｎＯ系半導体素子
KR100841269B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체 다층구조물
JP4924498B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子、エピタキシャルウエハ、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP4900336B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物発光素子を製造する方法、及びｉｉｉ族窒化物発光素子
JP2009231609A (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2008118048A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
JP2009266963A (ja) 窒化物系発光素子、及び半導体発光素子を製造する方法
JP2012015556A (ja) ＧａＮ系半導体光素子、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法、エピタキシャルウエハ及びＧａＮ系半導体膜を成長する方法
JP5375392B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体光素子、及び窒化ガリウム系半導体光素子を作製する方法
JP2009224602A (ja) 窒化物半導体レーザ、窒化物半導体レーザを作製する方法、及び窒化物半導体レーザのためのエピタキシャルウエハ
JP2007324421A (ja) 窒化物半導体素子
JP2007134742A (ja) 窒化物半導体構造とその製造方法および発光素子
JP2021002574A (ja) 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、および構造体の製造方法
JP2009026956A (ja) 発光素子、発光素子のための基板生産物、および発光素子を作製する方法
JP2012109624A (ja) Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP2009277932A (ja) 窒化物半導体発光ダイオード構造

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110829

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120508