JP3289683B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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- 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
する。特に、III−Ｖ族化合物のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、
ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いた半導体発光素子
に関する。
する。特に、III−Ｖ族化合物のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、
ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いた半導体発光素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色光ないし紫外線を発生する発光ダイ
オード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の半
導体発光素子の材料としては、一般式ＩｎxＧａyＡｌz
Ｎ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｚ≦１）で表わされるIII−Ｖ族化合物半導体が知
られている。この化合物半導体は、直接遷移型であるこ
とから発光効率が高く、また、Ｉｎ濃度によって発光波
長を制御できることから、発光素子用材料として注目さ
れている。
オード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の半
導体発光素子の材料としては、一般式ＩｎxＧａyＡｌz
Ｎ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｚ≦１）で表わされるIII−Ｖ族化合物半導体が知
られている。この化合物半導体は、直接遷移型であるこ
とから発光効率が高く、また、Ｉｎ濃度によって発光波
長を制御できることから、発光素子用材料として注目さ
れている。
【０００３】このＩｎxＧａyＡｌzＮは大型の単結晶を
作製することが困難であるため、その結晶膜の製作にあ
たっては、異なる材料の基板上に成長させる、いわゆる
ヘテロエピタキシャル成長法が用いられており、一般に
はＣ面サファイア基板やＳｉ基板の上で成長させられて
いる。
作製することが困難であるため、その結晶膜の製作にあ
たっては、異なる材料の基板上に成長させる、いわゆる
ヘテロエピタキシャル成長法が用いられており、一般に
はＣ面サファイア基板やＳｉ基板の上で成長させられて
いる。
【０００４】しかし、Ｃ面サファイア基板やＳｉ基板と
ＩｎxＧａyＡｌzＮとには格子不整合があり、例えばＣ
面サファイア基板の上に成長した結晶中には転移密度１
０8／ｃｍ2〜１０11／ｃｍ2という多数の結晶欠陥が生
じてしまい、結晶性に優れた良質の結晶膜を得ることが
できないという問題があった。
ＩｎxＧａyＡｌzＮとには格子不整合があり、例えばＣ
面サファイア基板の上に成長した結晶中には転移密度１
０8／ｃｍ2〜１０11／ｃｍ2という多数の結晶欠陥が生
じてしまい、結晶性に優れた良質の結晶膜を得ることが
できないという問題があった。
【０００５】そこで、Ｃ面サファイア基板やＳｉ基板の
上にバッファ層としてＺｎＯ膜を設けることが提案され
ている。ところが、Ｃ面サファイア基板の上にＺｎＯ膜
を介してＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成した発光素子で
は、良好なＺｎＯ配向膜が得られるが、基板コストが高
くつくという問題がある。また、Ｓｉ基板上にＺｎＯ膜
を介してＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成した発光素子で
は、基板は安価であるが、良好なＺｎＯ配向膜を得るこ
とができないという欠点があった。
上にバッファ層としてＺｎＯ膜を設けることが提案され
ている。ところが、Ｃ面サファイア基板の上にＺｎＯ膜
を介してＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成した発光素子で
は、良好なＺｎＯ配向膜が得られるが、基板コストが高
くつくという問題がある。また、Ｓｉ基板上にＺｎＯ膜
を介してＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成した発光素子で
は、基板は安価であるが、良好なＺｎＯ配向膜を得るこ
とができないという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的には、
青色〜紫外線領域の半導体発光素子を安価に提供するこ
とが望まれているので、Ｓｉ基板上に結晶性の良好なＺ
ｎＯ膜を設け、その上にＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成す
ることが要求されている。
青色〜紫外線領域の半導体発光素子を安価に提供するこ
とが望まれているので、Ｓｉ基板上に結晶性の良好なＺ
ｎＯ膜を設け、その上にＩｎxＧａyＡｌzＮ層を形成す
ることが要求されている。
【０００７】本発明は上述の技術的問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、安
価なＳｉ基板を用いてその上に良質なＺｎＯ膜を配向さ
せることにある。
めになされたものであり、その目的とするところは、安
価なＳｉ基板を用いてその上に良質なＺｎＯ膜を配向さ
せることにある。
【０００８】
【発明の開示】請求項１に記載の半導体発光素子は、膜
厚が少なくとも３００Å以上のＳｉＯ2膜を介してＳｉ
基板上にｃ軸配向性のＺｎＯ膜を成膜させることによっ
て下地基板を形成し、この下地基板の上にＩｎxＧａyＡ
ｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、０≦ｚ≦１）で表わされる化合物半導体層を形成
したことを特徴としている。
厚が少なくとも３００Å以上のＳｉＯ2膜を介してＳｉ
基板上にｃ軸配向性のＺｎＯ膜を成膜させることによっ
て下地基板を形成し、この下地基板の上にＩｎxＧａyＡ
ｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、０≦ｚ≦１）で表わされる化合物半導体層を形成
したことを特徴としている。
【０００９】本発明の発明者の実験によれば、Ｓｉ基板
の上にＳｉＯ2膜を形成し、その上にＺｎＯ膜を形成し
たところ結晶性の良好なＺｎＯ膜を得ることができた。
特に、Ｓｉ基板の表面を軽く熱酸化させ、Ｓｉ基板の上
に膜厚が１００Å以上のＳｉＯ2膜（熱酸化膜）を形成
したところ、結晶性の良好なＺｎＯ膜を得ることができ
た。また、Ｓｉ基板の表面にスパッタ等の物理的蒸着法
によってＳｉＯ2膜を形成した場合にも、結晶性の良好
なＺｎＯ膜を得ることができた。
の上にＳｉＯ2膜を形成し、その上にＺｎＯ膜を形成し
たところ結晶性の良好なＺｎＯ膜を得ることができた。
特に、Ｓｉ基板の表面を軽く熱酸化させ、Ｓｉ基板の上
に膜厚が１００Å以上のＳｉＯ2膜（熱酸化膜）を形成
したところ、結晶性の良好なＺｎＯ膜を得ることができ
た。また、Ｓｉ基板の表面にスパッタ等の物理的蒸着法
によってＳｉＯ2膜を形成した場合にも、結晶性の良好
なＺｎＯ膜を得ることができた。
【００１０】従って、本発明によれば、安価なＳｉ基板
の上に結晶性の良好なＺｎＯ膜を成長させることがで
き、そのＺｎＯ膜をバッファ層としてその上にＩｎxＧ
ａyＡｌzＮを結晶成長させることができる。よって、青
色〜紫外線領域の光を発光させることができるＩｎxＧ
ａyＡｌzＮ系の半導体発光素子を安価に製造することが
可能になる。
の上に結晶性の良好なＺｎＯ膜を成長させることがで
き、そのＺｎＯ膜をバッファ層としてその上にＩｎxＧ
ａyＡｌzＮを結晶成長させることができる。よって、青
色〜紫外線領域の光を発光させることができるＩｎxＧ
ａyＡｌzＮ系の半導体発光素子を安価に製造することが
可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態による
半導体発光素子１を示す断面図であって、ＩｎＧａＮ層
７を発光層とする発光ダイオードや面発光型レーザーダ
イオード等を表わしている。この半導体発光素子１にあ
っては、Ｓｉ基板２の表面に熱酸化によってＳｉＯ2膜
３を約１０００Åの膜厚に形成し、その上に比抵抗の小
さなＺｎＯ膜４を３５００Åの膜厚に形成している。つ
いで、ＺｎＯ膜４をバッファ層としてその上に順次ｎ型
ＧａＮ層５、ｎ型ＡｌＧａＮ層６、ＩｎＧａＮ層（発光
層）７、ｐ型ＡｌＧａＮ層８、ｐ型ＧａＮ層９をエピタ
キシャル成長させ、ｎ型ＧａＮ層５、ｎ型ＡｌＧａＮ層
６、ＩｎＧａＮ層７、ｐ型ＡｌＧａＮ層８及びｐ型Ｇａ
Ｎ層９によってダブルへテロ接合構造を構成している。
さらに、Ｓｉ基板２の下面全面には下部電極１０を設
け、ｐ型ＧａＮ層９の上面に部分的に上部電極１１を形
成する。しかして、上部電極１１と下部電極１０の間に
電圧を印加すると、上部電極１１からＩｎＧａＮ層７に
電流が注入されて発光し、ＩｎＧａＮ層７から出た光は
ｐ型ＧａＮ層９の上面の上部電極１１が設けられていな
い領域から外部へ出射される。
半導体発光素子１を示す断面図であって、ＩｎＧａＮ層
７を発光層とする発光ダイオードや面発光型レーザーダ
イオード等を表わしている。この半導体発光素子１にあ
っては、Ｓｉ基板２の表面に熱酸化によってＳｉＯ2膜
３を約１０００Åの膜厚に形成し、その上に比抵抗の小
さなＺｎＯ膜４を３５００Åの膜厚に形成している。つ
いで、ＺｎＯ膜４をバッファ層としてその上に順次ｎ型
ＧａＮ層５、ｎ型ＡｌＧａＮ層６、ＩｎＧａＮ層（発光
層）７、ｐ型ＡｌＧａＮ層８、ｐ型ＧａＮ層９をエピタ
キシャル成長させ、ｎ型ＧａＮ層５、ｎ型ＡｌＧａＮ層
６、ＩｎＧａＮ層７、ｐ型ＡｌＧａＮ層８及びｐ型Ｇａ
Ｎ層９によってダブルへテロ接合構造を構成している。
さらに、Ｓｉ基板２の下面全面には下部電極１０を設
け、ｐ型ＧａＮ層９の上面に部分的に上部電極１１を形
成する。しかして、上部電極１１と下部電極１０の間に
電圧を印加すると、上部電極１１からＩｎＧａＮ層７に
電流が注入されて発光し、ＩｎＧａＮ層７から出た光は
ｐ型ＧａＮ層９の上面の上部電極１１が設けられていな
い領域から外部へ出射される。
【００１２】このようにしてＳｉ基板２の表面に熱酸化
によってＳｉＯ2膜３を形成し、その上にＺｎＯ膜４を
形成したところ、ｃ軸配向性の良好なＺｎＯ膜４を得る
ことができた。そして、その上にｎ型ＧａＮ層５等から
なるダブルヘテロ構造の結晶層をエピタキシャル成長さ
せることができた。
によってＳｉＯ2膜３を形成し、その上にＺｎＯ膜４を
形成したところ、ｃ軸配向性の良好なＺｎＯ膜４を得る
ことができた。そして、その上にｎ型ＧａＮ層５等から
なるダブルヘテロ構造の結晶層をエピタキシャル成長さ
せることができた。
【００１３】また、ＳｉＯ2膜３を熱酸化でなく、スパ
ッタによってＳｉ基板２上に成膜し、その上にＺｎＯ膜
４を形成した場合にも、良好な結晶性のＺｎＯ膜４を得
ることができた。
ッタによってＳｉ基板２上に成膜し、その上にＺｎＯ膜
４を形成した場合にも、良好な結晶性のＺｎＯ膜４を得
ることができた。
【００１４】そこで、Ｓｉ基板２上のＳｉＯ2膜３の有
無とＺｎＯ膜４の結晶性との関係を調べるため、種々の
サンプルを作製し、ＺｎＯ膜４の結晶性の良否をＺｎＯ
膜４のロッキングカーブ半値幅によって評価した。
無とＺｎＯ膜４の結晶性との関係を調べるため、種々の
サンプルを作製し、ＺｎＯ膜４の結晶性の良否をＺｎＯ
膜４のロッキングカーブ半値幅によって評価した。
【００１５】（第１のサンプル）まず、本発明のサンプ
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ａのもとで膜厚２
００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５００
ÅのＺｎＯ膜４を形成した。 条件Ａ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２００℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝４.６４０゜
であったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝３.７
４゜であった。
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ａのもとで膜厚２
００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５００
ÅのＺｎＯ膜４を形成した。 条件Ａ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２００℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝４.６４０゜
であったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝３.７
４゜であった。
【００１６】（第２のサンプル）また、本発明のサンプ
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ｂのもとで膜厚５
００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５００
ÅのＺｎＯ膜を形成した。 条件Ｂ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２３０℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝４.３１゜で
あったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝３.１１
゜であった。
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ｂのもとで膜厚５
００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５００
ÅのＺｎＯ膜を形成した。 条件Ｂ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２３０℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝４.３１゜で
あったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝３.１１
゜であった。
【００１７】（第３のサンプル）また、本発明のサンプ
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ｃのもとで膜厚１
０００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５０
０ÅのＺｎＯ膜を形成した。 条件Ｃ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２６０℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝３.８４゜で
あったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝２.６６
１゜であった。
ルとしては、Ｓｉ基板の上に下記条件Ｃのもとで膜厚１
０００ÅのＳｉＯ2膜３を形成し、その上に膜厚３５０
０ÅのＺｎＯ膜を形成した。 条件Ｃ：ガス流量 ２０ｓｃｃｍ ガス分圧比 Ａｒ／Ｏ2＝７０／３０ 基板加熱温度 ２６０℃ ＲＦ電力 ３５０Ｗ 圧力 １×１０-2Ｔｏｒｒ 次に、従来例のサンプルとして、Ｓｉ基板の上に直接に
膜厚３５００ÅのＺｎＯ膜を形成した。そして、本発明
のサンプルと従来例のサンプルについて、ＺｎＯ膜のロ
ッキングカーブ半値幅Ｗを測定したところ、従来例のサ
ンプルでは、ロッキングカーブ半値幅Ｗ＝３.８４゜で
あったのに対し、本発明のサンプルでは、Ｗ＝２.６６
１゜であった。
【００１８】これらのサンプルとロッキングカーブ半値
幅の測定結果を次の表１にまとめて示す。
幅の測定結果を次の表１にまとめて示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】ここで、ｃ軸配向性の評価に用いたロッキ
ングカーブ半値幅Ｗについて説明する。図２に示すよう
に、基板の上にＺｎＯ膜を成長させるとき、はじめの結
晶層は基板との格子不整合により結晶軸の方向（矢印で
示す）はランダムにばらつくが、結晶層を積み重ねるに
従って結晶軸方向が揃っていく。薄膜や結晶における、
このような結晶軸方向のランダム度合いの評価には、Ｘ
線回折装置を用いてロッキングカーブを測定する。すな
わち、測定基板にＸ線を投射し、測定基板に対して相対
的に入射角を変化させながら、その反射光を検出器で検
出する。
ングカーブ半値幅Ｗについて説明する。図２に示すよう
に、基板の上にＺｎＯ膜を成長させるとき、はじめの結
晶層は基板との格子不整合により結晶軸の方向（矢印で
示す）はランダムにばらつくが、結晶層を積み重ねるに
従って結晶軸方向が揃っていく。薄膜や結晶における、
このような結晶軸方向のランダム度合いの評価には、Ｘ
線回折装置を用いてロッキングカーブを測定する。すな
わち、測定基板にＸ線を投射し、測定基板に対して相対
的に入射角を変化させながら、その反射光を検出器で検
出する。
【００２１】具体的にいうと、Ｘ線の位置は固定したま
まで、測定基板の垂線が方向を変えるように測定基板と
平行な回転軸の回りに測定基板を回転させ、同時に測定
基板で正反射した反射光を受光するよう測定基板の回転
に合せて検出器の位置も回転させる。このようにして測
定基板の角度を変化させながら反射光強度を検出する。
その際、検出器出力がピークとなるときの入射光と反射
光の間の角度を２θPと呼び、ｃ軸配向したＺｎＯでは
２θPが３４.４゜でピークとなる。つぎに、Ｘ線の位置
を固定すると共に検出器をそのピーク位置に固定し、測
定基板のみをその近傍で回転させてＸ線強度を測定す
る。
まで、測定基板の垂線が方向を変えるように測定基板と
平行な回転軸の回りに測定基板を回転させ、同時に測定
基板で正反射した反射光を受光するよう測定基板の回転
に合せて検出器の位置も回転させる。このようにして測
定基板の角度を変化させながら反射光強度を検出する。
その際、検出器出力がピークとなるときの入射光と反射
光の間の角度を２θPと呼び、ｃ軸配向したＺｎＯでは
２θPが３４.４゜でピークとなる。つぎに、Ｘ線の位置
を固定すると共に検出器をそのピーク位置に固定し、測
定基板のみをその近傍で回転させてＸ線強度を測定す
る。
【００２２】こうして得たＸ線強度の分布がロッキング
カーブであり、検出器を固定した位置がθP＝１７.２゜
である。ここで測定されたロッキングカーブのピークと
１７.２゜とのずれがＺｎＯ膜のｃ軸の傾きとなる。こ
のピーク位置（１７.２゜）を０゜に置き換えた相対的
な角度を用いて表わしたＸ線強度の分布が、図３のよう
なロッキングカーブ１３である。図３においては、横軸
がｃ軸の角度（傾き）で、縦軸が強度を表わしている。
基板１２の上に積み重ねられた結晶配向性の良否は、こ
のロッキングカーブ１３の半値幅によって評価すること
ができる。すなわち、結晶軸方向のばらつきが大きい場
合には、図３に実線で示すように、ロッキングカーブ１
３は緩やかに変化し、その半値幅Ｋ２が広くなる。これ
に対し、結晶軸方向が揃っている場合には、図３に破線
で示すように、ロッキングカーブ１３の変化は急峻とな
り、その半値幅Ｋ１は狭くなる。
カーブであり、検出器を固定した位置がθP＝１７.２゜
である。ここで測定されたロッキングカーブのピークと
１７.２゜とのずれがＺｎＯ膜のｃ軸の傾きとなる。こ
のピーク位置（１７.２゜）を０゜に置き換えた相対的
な角度を用いて表わしたＸ線強度の分布が、図３のよう
なロッキングカーブ１３である。図３においては、横軸
がｃ軸の角度（傾き）で、縦軸が強度を表わしている。
基板１２の上に積み重ねられた結晶配向性の良否は、こ
のロッキングカーブ１３の半値幅によって評価すること
ができる。すなわち、結晶軸方向のばらつきが大きい場
合には、図３に実線で示すように、ロッキングカーブ１
３は緩やかに変化し、その半値幅Ｋ２が広くなる。これ
に対し、結晶軸方向が揃っている場合には、図３に破線
で示すように、ロッキングカーブ１３の変化は急峻とな
り、その半値幅Ｋ１は狭くなる。
【００２３】従って、表１にまとめた測定結果によれ
ば、Ｓｉ基板の上にＳｉＯ2膜３を設けておき、その上
にＺｎＯ膜を形成することにより、ｃ軸配向性の良好な
ＺｎＯ膜を得ることができることが裏付けられた。
ば、Ｓｉ基板の上にＳｉＯ2膜３を設けておき、その上
にＺｎＯ膜を形成することにより、ｃ軸配向性の良好な
ＺｎＯ膜を得ることができることが裏付けられた。
【００２４】次に、Ｓｉ基板の上に形成するＳｉＯ2膜
３の膜厚とｃ軸配向膜との関係を調べた。ＳｉＯ2膜３
の膜厚を０〜１５００Åと変化させ、その上に膜厚がそ
れぞれ３５００Å、１００００Å、２００００ÅのＺｎ
Ｏ膜を形成した場合のＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値
幅を測定した結果を図４に示す。この測定結果によれ
ば、ＺｎＯ膜の膜厚によらず（特に、膜厚３５００Å〜
２００００Åで）、ＳｉＯ2膜３の膜厚を厚くするに従
ってＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値幅が小さくなり、
ＺｎＯ膜のｃ軸配向性が良好になることが分かる。しか
も、ＺｎＯ膜の膜厚がいずれの場合においても、ＳｉＯ
2膜３の膜厚が１００Åを超えるとロッキングカーブ半
値幅が急激に小さくなる。従って、ＳｉＯ2膜３の膜厚
を１００Å以上にすることによってｃ軸配向性の良好な
ＺｎＯ膜を得ることができる。さらに、ＺｎＯ膜の膜厚
がいずれの場合においても、ＳｉＯ2膜３の膜厚が３０
０Åを超えるとＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値幅がほ
ぼ飽和して安定する。従って、ＳｉＯ2膜３の膜厚を３
００Å以上にすることにより、ｃ軸配向性の良好なＺｎ
Ｏ膜を得ることができると共に均一な特性を得ることが
できる。よって、ＳｉＯ2膜３の膜厚は、１００Å以上
にすることが好ましく、特に３００Å以上が望ましい。
３の膜厚とｃ軸配向膜との関係を調べた。ＳｉＯ2膜３
の膜厚を０〜１５００Åと変化させ、その上に膜厚がそ
れぞれ３５００Å、１００００Å、２００００ÅのＺｎ
Ｏ膜を形成した場合のＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値
幅を測定した結果を図４に示す。この測定結果によれ
ば、ＺｎＯ膜の膜厚によらず（特に、膜厚３５００Å〜
２００００Åで）、ＳｉＯ2膜３の膜厚を厚くするに従
ってＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値幅が小さくなり、
ＺｎＯ膜のｃ軸配向性が良好になることが分かる。しか
も、ＺｎＯ膜の膜厚がいずれの場合においても、ＳｉＯ
2膜３の膜厚が１００Åを超えるとロッキングカーブ半
値幅が急激に小さくなる。従って、ＳｉＯ2膜３の膜厚
を１００Å以上にすることによってｃ軸配向性の良好な
ＺｎＯ膜を得ることができる。さらに、ＺｎＯ膜の膜厚
がいずれの場合においても、ＳｉＯ2膜３の膜厚が３０
０Åを超えるとＺｎＯ膜のロッキングカーブ半値幅がほ
ぼ飽和して安定する。従って、ＳｉＯ2膜３の膜厚を３
００Å以上にすることにより、ｃ軸配向性の良好なＺｎ
Ｏ膜を得ることができると共に均一な特性を得ることが
できる。よって、ＳｉＯ2膜３の膜厚は、１００Å以上
にすることが好ましく、特に３００Å以上が望ましい。
【００２５】なお、上記実施形態では、面発光型の発光
素子の場合について説明したが、レーザーダイオードや
端面出射型の発光ダイオード等の端面出射型の半導体発
光素子であってもよいことはいうまでもない。
素子の場合について説明したが、レーザーダイオードや
端面出射型の発光ダイオード等の端面出射型の半導体発
光素子であってもよいことはいうまでもない。
【図１】本発明の一実施形態による半導体発光素子を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】基板上で成長する結晶の結晶軸方向の変化を説
明する図である。
明する図である。
【図３】ロッキングカーブの説明図である。
【図４】ＳｉＯ2膜の膜厚とＺｎＯ膜のロッキングカー
ブ半値幅との関係を示す測定データである。
ブ半値幅との関係を示す測定データである。
２ Ｓｉ基板 ３ ＳｉＯ2膜 ４ ＺｎＯ膜 ５ ｎ型ＧａＮ層 ６ ｎ型ＡｌＧａＮ層 ７ ＩｎＧａＮ層 ８ ｐ型ＡｌＧａＮ層 ９ ｐ型ＧａＮ層 １０ 下部電極 １１ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−83928（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−75940（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−45960（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−51106（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−53492（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−173228（ＪＰ，Ａ) Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏ ｓｉｕｍ，1994，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｓ．，1994 ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．１ｐ. 403 −406，ｐ．403 −406 Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ, Ｖｏｌ．259，ｐ．１−４ 電子情報通信学会技術研究報告，98 ［386］，ｐ．13−18 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 膜厚が少なくとも３００Å以上のＳｉＯ
2膜を介してＳｉ基板上にｃ軸配向性のＺｎＯ膜を成膜
させることによって下地基板を形成し、この下地基板の
上にＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表わされる化合
物半導体層を形成した半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ＳｉＯ2膜は熱酸化膜であることを
特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ＳｉＯ2膜はスパッタ等の物理的蒸
着法によって成膜されたものであることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
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| JP25163998A JP3289683B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 半導体発光素子 |
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| DE19941875A DE19941875C2 (de) | 1998-09-04 | 1999-09-02 | Optoelektronische Halbleitervorrichtung |
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|---|---|---|---|
| JP25163998A JP3289683B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 半導体発光素子 |
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|---|---|---|---|
| JP25163998A Expired - Fee Related JP3289683B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 半導体発光素子 |
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| US6693033B2 (en) | 2000-02-10 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Method of removing an amorphous oxide from a monocrystalline surface |
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| US6638838B1 (en) | 2000-10-02 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a partially annealed layer and method of forming the same |
| JP4867064B2 (ja) * | 2000-11-17 | 2012-02-01 | 住友化学株式会社 | 発光素子用３−５族化合物半導体およびその製造方法 |
| US6673646B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Growth of compound semiconductor structures on patterned oxide films and process for fabricating same |
| US6709989B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-03-23 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface with silicon |
| US6646293B2 (en) | 2001-07-18 | 2003-11-11 | Motorola, Inc. | Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates |
| US6693298B2 (en) | 2001-07-20 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating epitaxial semiconductor on insulator (SOI) structures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form same |
| US6667196B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-12-23 | Motorola, Inc. | Method for real-time monitoring and controlling perovskite oxide film growth and semiconductor structure formed using the method |
| US6639249B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabrication for a solid-state lighting device |
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| US6673667B2 (en) | 2001-08-15 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Method for manufacturing a substantially integral monolithic apparatus including a plurality of semiconductor materials |
| US20030071327A1 (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-17 | Motorola, Inc. | Method and apparatus utilizing monocrystalline insulator |
| US6759688B2 (en) * | 2001-11-21 | 2004-07-06 | Microsemi Microwave Products, Inc. | Monolithic surface mount optoelectronic device and method for fabricating the device |
| GB2392170A (en) * | 2002-08-23 | 2004-02-25 | Sharp Kk | MBE growth of a semiconductor layer structure |
| KR101319512B1 (ko) | 2005-05-02 | 2013-10-21 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물계 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| JP2011513932A (ja) * | 2008-03-07 | 2011-04-28 | オークランド・ユニサーヴィシズ・リミテッド | 光電子発光構造 |
| US9012253B2 (en) | 2009-12-16 | 2015-04-21 | Micron Technology, Inc. | Gallium nitride wafer substrate for solid state lighting devices, and associated systems and methods |
| US9595805B2 (en) | 2014-09-22 | 2017-03-14 | International Business Machines Corporation | III-V photonic integrated circuits on silicon substrate |
| US9395489B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-07-19 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxially formed material |
| US9344200B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-05-17 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxial semiconductor material formed using lateral overgrowth |
| CN109148657B (zh) * | 2018-07-12 | 2020-09-15 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0875940A (ja) | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光導波路の作製方法 |
| JPH0883928A (ja) | 1994-09-13 | 1996-03-26 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子およびその製法 |
| JPH08139361A (ja) | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Toshiba Corp | 化合物半導体発光素子 |
| JP2795226B2 (ja) | 1995-07-27 | 1998-09-10 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP3257442B2 (ja) * | 1997-04-09 | 2002-02-18 | 松下電器産業株式会社 | 窒化ガリウム結晶の製造方法 |
| JP3813740B2 (ja) * | 1997-07-11 | 2006-08-23 | Ｔｄｋ株式会社 | 電子デバイス用基板 |
| US6015979A (en) * | 1997-08-29 | 2000-01-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride-based semiconductor element and method for manufacturing the same |
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1998
- 1998-09-04 JP JP25163998A patent/JP3289683B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-30 US US09/385,808 patent/US6326645B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-09-02 DE DE19941875A patent/DE19941875C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
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|---|
| Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．２５９，ｐ．１−４ |
| Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９４，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．，１９９４ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．１ｐ．４０３ −４０６，ｐ．４０３ −４０６ |
| 電子情報通信学会技術研究報告，９８［３８６］，ｐ．１３−１８ |
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| DE19941875C2 (de) | 2002-03-21 |
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