JP3463736B2 - 半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法 - Google Patents
半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法Info
- Publication number
- JP3463736B2 JP3463736B2 JP27171798A JP27171798A JP3463736B2 JP 3463736 B2 JP3463736 B2 JP 3463736B2 JP 27171798 A JP27171798 A JP 27171798A JP 27171798 A JP27171798 A JP 27171798A JP 3463736 B2 JP3463736 B2 JP 3463736B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zno
- light emitting
- buffer layer
- emission intensity
- gan
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- -1 GaN Chemical class 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に関
し、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ｇ
ａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いた半導体発光素子、
およびその発光強度の調整方法に関する。
し、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ｇ
ａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等を用いた半導体発光素子、
およびその発光強度の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】黄色から紫外領域、特に青色を発生する
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）
等の半導体発光素子の材料としては、一般式ＩｎxＧａy
ＡｌｚＮ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、０≦ｚ≦１）で表される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、直接遷移系で
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
目を集めている。
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）
等の半導体発光素子の材料としては、一般式ＩｎxＧａy
ＡｌｚＮ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１、０≦ｚ≦１）で表される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、直接遷移系で
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
目を集めている。
【０００３】ところで、ＩｎｘＧａyＡｌzＮ（以下、Ｇ
ａＮと略す）はそのバルク結晶を形成することが極めて
困難であるため、その結晶膜の作製にあたっては異種材
料からなる基板上にＧａＮの結晶膜を成長させる、いわ
ゆるヘテロエピタキシャル成長法が用いられている。
ａＮと略す）はそのバルク結晶を形成することが極めて
困難であるため、その結晶膜の作製にあたっては異種材
料からなる基板上にＧａＮの結晶膜を成長させる、いわ
ゆるヘテロエピタキシャル成長法が用いられている。
【０００４】このＧａＮのヘテロエピタキシャル成長に
用いる下地基板としては、従来よりＣ面サファイア基板
が支配的に用いられている。この場合、まずＣ面サファ
イア基板上に低温成長ＧａＮ層やＡｌＮ層をバッファ層
として形成し、これらのバッファ層の上にＧａＮの結晶
膜を成長させることにより、結晶性の良好なＧａＮ層の
形成を行っている。
用いる下地基板としては、従来よりＣ面サファイア基板
が支配的に用いられている。この場合、まずＣ面サファ
イア基板上に低温成長ＧａＮ層やＡｌＮ層をバッファ層
として形成し、これらのバッファ層の上にＧａＮの結晶
膜を成長させることにより、結晶性の良好なＧａＮ層の
形成を行っている。
【０００５】しかしながら、これらのバッファ層を用い
た場合であっても、形成されるＧａＮ層中にはＣ面サフ
ァイア基板とＧａＮとの格子定数差（具体的には両者の
格子定数差は約１６．１％である）に起因する結晶欠陥
が多数存在するため、必ずしも満足のゆく結晶性を有す
る結晶膜が得られていない。このため、さらに結晶性の
良好なＧａＮ層の形成が求められている。また、下地基
板として用いられているＣ面サファイア基板は非常に高
価であるため、より安価な下地基板を用いてのＧａＮ層
の形成方法が求められている。
た場合であっても、形成されるＧａＮ層中にはＣ面サフ
ァイア基板とＧａＮとの格子定数差（具体的には両者の
格子定数差は約１６．１％である）に起因する結晶欠陥
が多数存在するため、必ずしも満足のゆく結晶性を有す
る結晶膜が得られていない。このため、さらに結晶性の
良好なＧａＮ層の形成が求められている。また、下地基
板として用いられているＣ面サファイア基板は非常に高
価であるため、より安価な下地基板を用いてのＧａＮ層
の形成方法が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの要求に応える
ために、ＧａＮ層を形成するためのバッファ層として多
結晶で形成されるＺｎＯ膜を用いる技術が、近年提案さ
れている。ｃ軸配向した多結晶で形成されるＺｎＯ膜は
ＧａＮとの格子定数が比較的近く（具体的には両者の格
子定数差は約２％である）、格子定数差に起因する結晶
欠陥を少なく抑えることが可能になる。また多結晶で形
成されるＺｎＯ膜は、Ｒ面サファイア等の一部の基板を
除いて、ほとんどの基板上に比較的容易にｃ軸配向膜を
形成することが可能である。従って、多結晶で形成され
るＺｎＯ膜をバッファ層として用いることにより、格子
定数差に起因するＧａＮの結晶欠陥を抑制できるととも
に、ＧａＮ層を形成する下地基板の選択の幅を広げるこ
とができる。すなわち、高価なＣ面サファイアを用いる
ことなく例えば比較的安価なシリコン基板、ガラス基板
等を下地基板に用いてＧａＮ層を形成することが可能と
なる。
ために、ＧａＮ層を形成するためのバッファ層として多
結晶で形成されるＺｎＯ膜を用いる技術が、近年提案さ
れている。ｃ軸配向した多結晶で形成されるＺｎＯ膜は
ＧａＮとの格子定数が比較的近く（具体的には両者の格
子定数差は約２％である）、格子定数差に起因する結晶
欠陥を少なく抑えることが可能になる。また多結晶で形
成されるＺｎＯ膜は、Ｒ面サファイア等の一部の基板を
除いて、ほとんどの基板上に比較的容易にｃ軸配向膜を
形成することが可能である。従って、多結晶で形成され
るＺｎＯ膜をバッファ層として用いることにより、格子
定数差に起因するＧａＮの結晶欠陥を抑制できるととも
に、ＧａＮ層を形成する下地基板の選択の幅を広げるこ
とができる。すなわち、高価なＣ面サファイアを用いる
ことなく例えば比較的安価なシリコン基板、ガラス基板
等を下地基板に用いてＧａＮ層を形成することが可能と
なる。
【０００７】しかしながら、ｃ軸配向した多結晶で形成
されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いる方法は未だ実
用化されていない。これは、ｃ軸配向した多結晶で形成
されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いた場合、十分に
満足のゆく発光強度を有するＧａＮ層が得られていなか
ったからである。
されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いる方法は未だ実
用化されていない。これは、ｃ軸配向した多結晶で形成
されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いた場合、十分に
満足のゆく発光強度を有するＧａＮ層が得られていなか
ったからである。
【０００８】従って本発明の目的は、ｃ軸配向した多結
晶で形成されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いたＧａ
Ｎ系半導体発光素子において、十分な発光強度を有する
半導体発光素子を提供することにある。
晶で形成されるＺｎＯ膜をバッファ層として用いたＧａ
Ｎ系半導体発光素子において、十分な発光強度を有する
半導体発光素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の従
来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、多結晶
で形成されるＺｎＯバッファ層を構成しているＺｎＯの
グレイン（結晶粒）の平均結晶粒径の値を適切に調整す
ることにより、満足のゆく発光強度を有するＧａＮ層を
形成しうるとの知見を得た。すなわち、Ｓｉ基板上にＺ
ｎＯバッファ層を、スパッタ装置を用いて多結晶で形成
し、ＺｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径
を０．４５μｍ以上、または０．１２μｍ以下に形成す
ることにより、十分な発光強度を有するＧａＮ層を形成
することができることを見出した。
来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、多結晶
で形成されるＺｎＯバッファ層を構成しているＺｎＯの
グレイン（結晶粒）の平均結晶粒径の値を適切に調整す
ることにより、満足のゆく発光強度を有するＧａＮ層を
形成しうるとの知見を得た。すなわち、Ｓｉ基板上にＺ
ｎＯバッファ層を、スパッタ装置を用いて多結晶で形成
し、ＺｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径
を０．４５μｍ以上、または０．１２μｍ以下に形成す
ることにより、十分な発光強度を有するＧａＮ層を形成
することができることを見出した。
【００１０】従来のＧａＮ層形成のための多結晶で形成
されるＺｎＯバッファ層は、例えばテレビチューナ用Ｓ
ＡＷフィルタ等、他の一般的な用途に用いられている多
結晶で形成されるＺｎＯ膜とほぼ同一の成膜条件に基づ
いて成膜を行っていた。より具体的には、下記の表１に
示すような成膜条件に基づいていた。この従来の成膜条
件に従った場合、成膜されるＺｎＯ膜のＺｎＯグレイン
の平均結晶粒径はほぼ０．２５μｍ前後（±０．０５μ
ｍ程度）となることが、分析の結果明らかとなった。
されるＺｎＯバッファ層は、例えばテレビチューナ用Ｓ
ＡＷフィルタ等、他の一般的な用途に用いられている多
結晶で形成されるＺｎＯ膜とほぼ同一の成膜条件に基づ
いて成膜を行っていた。より具体的には、下記の表１に
示すような成膜条件に基づいていた。この従来の成膜条
件に従った場合、成膜されるＺｎＯ膜のＺｎＯグレイン
の平均結晶粒径はほぼ０．２５μｍ前後（±０．０５μ
ｍ程度）となることが、分析の結果明らかとなった。
【００１１】
【表１】
【００１２】この点につき、例えば後述する各成膜条件
に基づいて、ＺｎＯ膜のＺｎＯグレインの平均結晶粒径
を０．４５μｍ以上または０．１２μｍ以下に形成する
ことにより、ＺｎＯバッファ層上に形成されるＧａＮ層
の発光強度を、従来のものと比べて飛躍的に向上させる
ことができる。このＺｎＯ膜のＺｎＯグレインの平均結
晶粒径の大きさと、ＧａＮ層の発光強度との因果関係に
ついては必ずしも明らかにされていないが、おそらく以
下の作用によるものではないかと考えられる。すなわ
ち、ＺｎＯグレインを０．４５μｍ以上と大きく形成す
ることにより、ＺｎＯグレイン上に成長するＧａＮもよ
り大きな結晶粒径となり、ＧａＮの結晶粒径が大型化す
ることによりＧａＮの発光強度が向上するものと考えら
れる。一方、ＺｎＯグレインを０．１２μｍ以下と小さ
く形成することにより、個々のＧａＮの結晶粒径自体は
小さくなるものの、それぞれの結晶粒が空隙なく非常に
緻密に存在し、結晶粒間の非結晶化領域が非常に少なく
なり、その結果ＧａＮの発光強度が向上するものと考え
られる。
に基づいて、ＺｎＯ膜のＺｎＯグレインの平均結晶粒径
を０．４５μｍ以上または０．１２μｍ以下に形成する
ことにより、ＺｎＯバッファ層上に形成されるＧａＮ層
の発光強度を、従来のものと比べて飛躍的に向上させる
ことができる。このＺｎＯ膜のＺｎＯグレインの平均結
晶粒径の大きさと、ＧａＮ層の発光強度との因果関係に
ついては必ずしも明らかにされていないが、おそらく以
下の作用によるものではないかと考えられる。すなわ
ち、ＺｎＯグレインを０．４５μｍ以上と大きく形成す
ることにより、ＺｎＯグレイン上に成長するＧａＮもよ
り大きな結晶粒径となり、ＧａＮの結晶粒径が大型化す
ることによりＧａＮの発光強度が向上するものと考えら
れる。一方、ＺｎＯグレインを０．１２μｍ以下と小さ
く形成することにより、個々のＧａＮの結晶粒径自体は
小さくなるものの、それぞれの結晶粒が空隙なく非常に
緻密に存在し、結晶粒間の非結晶化領域が非常に少なく
なり、その結果ＧａＮの発光強度が向上するものと考え
られる。
【００１３】なお、本発明で言うＺｎＯグレインの結晶
粒径とは、ｃ軸配向している個々の結晶粒をｃ軸方向か
ら見たときの結晶粒の直径のことを意味する。また、結
晶粒径の平均値は、種々の平均値算定の手法を用いれば
良いが、本発明者らは形成したＺｎＯバッファ層の任意
の数ヶ所の地点を選択した上で、当該選択地点に含まれ
るＺｎＯグレインの粒径を計測し、それらの平均値を計
算した。
粒径とは、ｃ軸配向している個々の結晶粒をｃ軸方向か
ら見たときの結晶粒の直径のことを意味する。また、結
晶粒径の平均値は、種々の平均値算定の手法を用いれば
良いが、本発明者らは形成したＺｎＯバッファ層の任意
の数ヶ所の地点を選択した上で、当該選択地点に含まれ
るＺｎＯグレインの粒径を計測し、それらの平均値を計
算した。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】本発明の半導体発光素子を示す断面図を、
図１に示す。図１において、１は下地基板となるシリコ
ン基板、２はＧａＮ層形成のためのＺｎＯバッファ層、
３は半導体発光層にあたるＧａＮ層をそれぞれ示してい
る。なお、図示していないが、ＺｎＯバッファ層２を構
成しているＺｎＯのグレイン（結晶粒）は、その平均結
晶粒径が０．４５μｍ以上あるいは０．１２μｍ以下と
なるように形成されている。このＺｎＯのグレインの平
均結晶粒径は、成膜装置、基板温度、ガス厚、投入パワ
ー等の成膜条件を変えることにより、適宜変化させるこ
とができる。この半導体発光素子４は、素子外部からレ
ーザ光等の励起エネルギが加えられると、バンド端付近
（３６５ｎｍ）での発光スペクトルを示す発光素子であ
る。
図１に示す。図１において、１は下地基板となるシリコ
ン基板、２はＧａＮ層形成のためのＺｎＯバッファ層、
３は半導体発光層にあたるＧａＮ層をそれぞれ示してい
る。なお、図示していないが、ＺｎＯバッファ層２を構
成しているＺｎＯのグレイン（結晶粒）は、その平均結
晶粒径が０．４５μｍ以上あるいは０．１２μｍ以下と
なるように形成されている。このＺｎＯのグレインの平
均結晶粒径は、成膜装置、基板温度、ガス厚、投入パワ
ー等の成膜条件を変えることにより、適宜変化させるこ
とができる。この半導体発光素子４は、素子外部からレ
ーザ光等の励起エネルギが加えられると、バンド端付近
（３６５ｎｍ）での発光スペクトルを示す発光素子であ
る。
【００１６】ここで、この半導体発光素子４の作製手順
について説明する。
について説明する。
【００１７】まず、ＧａＮ層を形成するための下地基板
として厚さ０．３８ｍｍ、直径３インチのシリコン基板
１を用意する。このシリコン基板１上に、以下の表２に
まとめた各成膜条件に従って、Ａ〜Ｇまでの各種のＺｎ
Ｏバッファ層２を形成する。このように成膜条件を調整
することにより、様々なグレインの平均結晶粒径を有す
るＡ〜ＧのＺｎＯバッファ層２を形成することができ
る。
として厚さ０．３８ｍｍ、直径３インチのシリコン基板
１を用意する。このシリコン基板１上に、以下の表２に
まとめた各成膜条件に従って、Ａ〜Ｇまでの各種のＺｎ
Ｏバッファ層２を形成する。このように成膜条件を調整
することにより、様々なグレインの平均結晶粒径を有す
るＡ〜ＧのＺｎＯバッファ層２を形成することができ
る。
【００１８】
【表２】
【００１９】次に、上述の各成膜条件に従って成膜した
Ａ〜ＧのそれぞれのＺｎＯバッファ層上に、発光層とな
るＧａＮ層をＥＣＲ−ＭＢＥ装置を用いて形成し、図１
に示した膜構造を有する半導体発光素子４を得る。な
お、このＥＣＲ−ＭＢＥ装置を用いてのＧａＮ層の成膜
方法の詳細については、既に本出願人が出願済みである
特願平９−３３１８８４に開示された手法等を用いれば
よい。
Ａ〜ＧのそれぞれのＺｎＯバッファ層上に、発光層とな
るＧａＮ層をＥＣＲ−ＭＢＥ装置を用いて形成し、図１
に示した膜構造を有する半導体発光素子４を得る。な
お、このＥＣＲ−ＭＢＥ装置を用いてのＧａＮ層の成膜
方法の詳細については、既に本出願人が出願済みである
特願平９−３３１８８４に開示された手法等を用いれば
よい。
【００２０】最後に、以上の作製手順により得られた、
Ａ〜ＧのＺｎＯバッファ層を有する各発光素子の光学的
特性について検討する。光学的特性の評価法として、Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザを励起光源とするフォトルミネッセンス
スペクトルの測定を室温環境下で行う。測定結果を図２
に示す。図２において横軸は発光波長λを、縦軸は発光
強度（単位ａ．ｕ．）を示している。なお、図を見やす
くするために、図２（ａ）、（ｂ）の２枚に分けてい
る。
Ａ〜ＧのＺｎＯバッファ層を有する各発光素子の光学的
特性について検討する。光学的特性の評価法として、Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザを励起光源とするフォトルミネッセンス
スペクトルの測定を室温環境下で行う。測定結果を図２
に示す。図２において横軸は発光波長λを、縦軸は発光
強度（単位ａ．ｕ．）を示している。なお、図を見やす
くするために、図２（ａ）、（ｂ）の２枚に分けてい
る。
【００２１】図２から読みとれるように、多結晶で形成
されるＺｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒
径が０．１２μｍ以下に形成された素子Ａ、Ｂ、および
０．４５μｍ以上に形成された素子Ｆ、Ｇの発光強度
が、素子Ｃ、Ｄ、Ｅと比べて飛躍的に強い発光強度を有
することがわかる。
されるＺｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒
径が０．１２μｍ以下に形成された素子Ａ、Ｂ、および
０．４５μｍ以上に形成された素子Ｆ、Ｇの発光強度
が、素子Ｃ、Ｄ、Ｅと比べて飛躍的に強い発光強度を有
することがわかる。
【００２２】ここで、上述のＡ〜Ｇの各素子の、バンド
端付近（３６５ｎｍ）における発光強度を抽出して作成
したグラフを図３に示す。本グラフからも明らかなよう
に、多結晶で形成されるＺｎＯグレインの平均結晶粒径
が０．４５μｍ以上および０．１２μｍ以下に調整して
形成することによって、従来よりも強い発光強度を有す
る半導体発光素子を得られる。また、用途に応じて発光
素子の発光強度の調整を行いたい場合は、図３に示した
グラフに従ってＺｎＯグレインの平均結晶粒径を適当に
選択すればよい。
端付近（３６５ｎｍ）における発光強度を抽出して作成
したグラフを図３に示す。本グラフからも明らかなよう
に、多結晶で形成されるＺｎＯグレインの平均結晶粒径
が０．４５μｍ以上および０．１２μｍ以下に調整して
形成することによって、従来よりも強い発光強度を有す
る半導体発光素子を得られる。また、用途に応じて発光
素子の発光強度の調整を行いたい場合は、図３に示した
グラフに従ってＺｎＯグレインの平均結晶粒径を適当に
選択すればよい。
【００２３】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れることなく、その他種々の変更を施すことが可能であ
る。
れることなく、その他種々の変更を施すことが可能であ
る。
【００２４】例えば、本実施形態においては下地基板と
してシリコン基板を使用したが、必ずしもシリコン基板
に限定する必要はない。これは、従来技術の欄でも説明
したように、バッファ層として多結晶で形成されるＺｎ
Ｏ膜を使用することにより、ほとんどの基板上に容易に
ｃ軸配向膜を形成することができるからであり、シリコ
ン基板以外の基板を使用しても、同様にｃ軸配向した多
結晶で形成されるＺｎＯバッファ層を形成することがで
きるからである。
してシリコン基板を使用したが、必ずしもシリコン基板
に限定する必要はない。これは、従来技術の欄でも説明
したように、バッファ層として多結晶で形成されるＺｎ
Ｏ膜を使用することにより、ほとんどの基板上に容易に
ｃ軸配向膜を形成することができるからであり、シリコ
ン基板以外の基板を使用しても、同様にｃ軸配向した多
結晶で形成されるＺｎＯバッファ層を形成することがで
きるからである。
【００２５】また、本実施形態においてはＧａＮ層をＥ
ＣＲ−ＭＢＥ装置を用いて形成したが、必ずしもこの手
法による必要はない。例えば、ＲＦ−ＭＢＥ装置でも良
いし、より一般的に行われているようにＭＯＣＶＤ装置
を用いてＧａＮ層を形成してもかまわない。
ＣＲ−ＭＢＥ装置を用いて形成したが、必ずしもこの手
法による必要はない。例えば、ＲＦ−ＭＢＥ装置でも良
いし、より一般的に行われているようにＭＯＣＶＤ装置
を用いてＧａＮ層を形成してもかまわない。
【００２６】さらに、本実施形態においてはシリコン基
板上にはＺｎＯバッファ層、ＧａＮ層の２層のみが形成
されているが、必ずしもこの積層構造に限定されない。
例えば、シリコン基板とＺｎＯバッファ層との間に別途
ＳｉＯ2膜を介在させて形成してもよいし、ＧａＮ層の
構造をヘテロ構造とすることも可能である。
板上にはＺｎＯバッファ層、ＧａＮ層の２層のみが形成
されているが、必ずしもこの積層構造に限定されない。
例えば、シリコン基板とＺｎＯバッファ層との間に別途
ＳｉＯ2膜を介在させて形成してもよいし、ＧａＮ層の
構造をヘテロ構造とすることも可能である。
【００２７】すなわち本発明は、多結晶で形成されるＺ
ｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径を調整
することによってＧａＮ層の発光強度を調整すること、
さらに具体的に言えば、多結晶で形成されるＺｎＯグレ
インの平均結晶粒径を０．４５μｍ以上あるいは０．１
２μｍ以下に調整して形成することにより、従来よりも
飛躍的に発光強度の強い半導体発光素子を作製したこと
が特徴であり、下地基板の種類やＧａＮ層の成膜方法等
は本質的な特徴ではない。
ｎＯバッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径を調整
することによってＧａＮ層の発光強度を調整すること、
さらに具体的に言えば、多結晶で形成されるＺｎＯグレ
インの平均結晶粒径を０．４５μｍ以上あるいは０．１
２μｍ以下に調整して形成することにより、従来よりも
飛躍的に発光強度の強い半導体発光素子を作製したこと
が特徴であり、下地基板の種類やＧａＮ層の成膜方法等
は本質的な特徴ではない。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体発光素子によれば、多結晶で形成されるＺｎＯ
バッファ層を構成しているＺｎＯのグレイン（結晶粒）
の平均結晶粒径の値を適切に調整することにより、従来
に比べて飛躍的に強い発光強度を有するＧａＮ層を形成
しうる。より具体的には、多結晶で形成されるＺｎＯバ
ッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径を０．４５μ
ｍ以上、または０．１２μｍ以下に形成することによ
り、十分な発光強度を有するＧａＮ層を形成することが
できる。
の半導体発光素子によれば、多結晶で形成されるＺｎＯ
バッファ層を構成しているＺｎＯのグレイン（結晶粒）
の平均結晶粒径の値を適切に調整することにより、従来
に比べて飛躍的に強い発光強度を有するＧａＮ層を形成
しうる。より具体的には、多結晶で形成されるＺｎＯバ
ッファ層のＺｎＯグレインの平均結晶粒径を０．４５μ
ｍ以上、または０．１２μｍ以下に形成することによ
り、十分な発光強度を有するＧａＮ層を形成することが
できる。
【図１】 本発明の半導体発光素子を示す断面図であ
る。
る。
【図２】（ａ）（ｂ） Ａ〜Ｇの各素子の、フォトルミ
ネッセンススペクトルの測定結果を示すグラフである。
ネッセンススペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図３】 Ａ〜Ｇの各素子の、バンド端付近（３６５ｎ
ｍ）における発光強度を抽出して作成したグラフであ
る。
ｍ）における発光強度を抽出して作成したグラフであ
る。
１ ・・・ シリコン基板
２ ・・・ ＺｎＯバッファ層
３ ・・・ ＧａＮ層
４ ・・・ 半導体発光素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−45960（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263809（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−256673（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−172199（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−10280（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−21862（ＪＰ，Ａ)
Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒｓ，1997 ＩＥＥＥ Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉ
ｕｍ Ｏｎ（1997）Ｐ．11−14
Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ
204（1991）Ｐ．349−364
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に多結晶で形
成されるＺｎＯバッファ層と、ＺｎＯバッファ層上に形
成されるＧａＮ系発光層とを有してなる半導体発光素子
であって、 前記ＺｎＯバッファ層は、ＺｎＯグレインの平均結晶粒
径が０．４５μｍ以上、または０．１２μｍ以下である
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に多結晶で形
成されるＺｎＯバッファ層と、ＺｎＯバッファ層上に形
成されるＧａＮ系発光層とを有してなる半導体発光素子
の発光強度の調整方法であって、前記ＺｎＯバッファ層を、スパッタ装置を用いて多結晶
で形成し、 前記ＺｎＯバッファ層の平均結晶粒径を０．４５μｍ以
上、または０．１２μｍ以下に変えることによって、Ｚ
ｎＯバッファ層上に形成されるＧａＮ系発光層の発光強
度を調整することを特徴とする半導体発光素子の発光強
度の調整方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27171798A JP3463736B2 (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法 |
| US09/396,822 US6593596B1 (en) | 1998-09-25 | 1999-09-14 | Semiconductor light emitting device and method for adjusting the luminous intensity thereof |
| EP99118478A EP0989617A3 (en) | 1998-09-25 | 1999-09-17 | Semiconductor light emitting device and method for adjusting the luminous intensity thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27171798A JP3463736B2 (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101137A JP2000101137A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3463736B2 true JP3463736B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=17503868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27171798A Expired - Lifetime JP3463736B2 (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6593596B1 (ja) |
| EP (1) | EP0989617A3 (ja) |
| JP (1) | JP3463736B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020084749A1 (en) * | 2000-12-28 | 2002-07-04 | Ayala Raul E. | UV reflecting materials for LED lamps using UV-emitting diodes |
| US7008814B2 (en) * | 2002-08-23 | 2006-03-07 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for increasing digital color imaging utilizing tandem RGB photodiodes |
| US7837669B2 (en) * | 2002-11-01 | 2010-11-23 | Valentx, Inc. | Devices and methods for endolumenal gastrointestinal bypass |
| US9060844B2 (en) * | 2002-11-01 | 2015-06-23 | Valentx, Inc. | Apparatus and methods for treatment of morbid obesity |
| US7037344B2 (en) * | 2002-11-01 | 2006-05-02 | Valentx, Inc. | Apparatus and methods for treatment of morbid obesity |
| US20090149871A9 (en) * | 2002-11-01 | 2009-06-11 | Jonathan Kagan | Devices and methods for treating morbid obesity |
| WO2005110280A2 (en) * | 2004-05-07 | 2005-11-24 | Valentx, Inc. | Devices and methods for attaching an endolumenal gastrointestinal implant |
| JP5023318B2 (ja) * | 2005-05-19 | 2012-09-12 | 国立大学法人三重大学 | ３−５族窒化物半導体積層基板、３−５族窒化物半導体自立基板の製造方法、及び半導体素子 |
| US20180097073A1 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-05 | Flosfia Inc. | Semiconductor device and semiconductor system including semiconductor device |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4082889A (en) * | 1976-01-28 | 1978-04-04 | International Business Machines Corporation | Luminescent material, luminescent thin film therefrom, and optical display device therewith |
| JPH07263809A (ja) | 1994-03-23 | 1995-10-13 | Hitachi Ltd | 結晶製造方法 |
| JPH08139361A (ja) | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Toshiba Corp | 化合物半導体発光素子 |
| US5670798A (en) * | 1995-03-29 | 1997-09-23 | North Carolina State University | Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same |
| 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 |
| US6057561A (en) * | 1997-03-07 | 2000-05-02 | Japan Science And Technology Corporation | Optical semiconductor element |
| JP2996928B2 (ja) | 1997-03-07 | 2000-01-11 | 科学技術振興事業団 | 光半導体素子及びその製造方法 |
| JP3813740B2 (ja) * | 1997-07-11 | 2006-08-23 | Ｔｄｋ株式会社 | 電子デバイス用基板 |
-
1998
- 1998-09-25 JP JP27171798A patent/JP3463736B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-09-14 US US09/396,822 patent/US6593596B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-17 EP EP99118478A patent/EP0989617A3/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，１９９７ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｏｎ（１９９７）Ｐ．１１−１４ |
| Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ２０４（１９９１）Ｐ．３４９−３６４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0989617A2 (en) | 2000-03-29 |
| JP2000101137A (ja) | 2000-04-07 |
| US6593596B1 (en) | 2003-07-15 |
| EP0989617A3 (en) | 2000-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2795226B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP3184717B2 (ja) | ＧａＮ単結晶およびその製造方法 | |
| US7847313B2 (en) | Group III-V nitride-based semiconductor substrate and group III-V nitride-based light emitting device | |
| JP2003282602A (ja) | 結晶成長用基板およびＺｎＯ系化合物半導体デバイス | |
| JPH04199752A (ja) | 化合物半導体発光素子とその製造方法 | |
| JP3289683B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2010536181A (ja) | ミスカット基板上に成長した平面型非極性ｍ平面ｉｉｉ族窒化物薄膜 | |
| JP2685377B2 (ja) | 化合物半導体発光素子 | |
| JPH05110139A (ja) | 窒化ガリウムアルミニウム半導体の結晶成長方法。 | |
| JP4525309B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体基板の評価方法 | |
| US20050224824A1 (en) | Gallium nitride-based semiconductor light-emitting device | |
| JP3463736B2 (ja) | 半導体発光素子、およびその発光強度の調整方法 | |
| JPH07273048A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法、該化合物半導体の単結晶および単結晶基板の製造方法 | |
| US7718468B2 (en) | Manufacture method for ZnO-containing compound semiconductor layer | |
| JP3289682B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH07267796A (ja) | ＧａＮ単結晶の製造方法 | |
| JP2012507875A (ja) | ｐ型ＧａＮが薄く、かつＡｌＧａＮ電子遮断層を含まない窒化ガリウムベースの発光ダイオード | |
| US20050076828A1 (en) | Process for fabrication of III nitride-based compound semiconductors | |
| JP2000114599A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3064891B2 (ja) | ３−５族化合物半導体とその製造方法および発光素子 | |
| JPH05110138A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法およびその素子。 | |
| JP3779766B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置 | |
| JP2007251027A (ja) | ＺｎＯ系化合物半導体、それを用いた発光素子及びそれらの製造方法 | |
| JP3749454B2 (ja) | ＧａＮ単結晶の製造方法 | |
| JP2000012979A (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080822 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080822 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090822 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090822 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100822 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100822 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110822 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120822 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120822 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130822 Year of fee payment: 10 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |