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。
【目的】 結晶性に優れたｐ−ｎ接合窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を得る。
【構成】 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層と、その上に積層された少なくとも一つの層に薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層が交互に成長された多層膜層とを成長させることにより、ＧａＮの格子欠陥を多層膜層で止める。
【構成】 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層と、その上に積層された少なくとも一つの層に薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層が交互に成長された多層膜層とを成長させることにより、ＧａＮの格子欠陥を多層膜層で止める。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオード、青色発光レーザーダイオード等に用いることのできる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法および素子に関し、特に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させることができる結晶成長方法およびその方法により得られた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光デバイスは、II-VI族のＺｎＳｅ、IV-IV族のＳｉＣ、III-V族のＧａＮ等を用いて研究が進められ、最近、その中でも窒化ガリウム系化合物半導体［ＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）］が、常温で、比較的優れた発光を示すことが発表され注目されている。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる方法として、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（以下ＭＢＥ法という。）等の気相成長法がよく知られている。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いた方法について簡単に説明すると、この方法は、サファイア基板を設置した反応容器内に反応ガスとして有機金属化合物ガス（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア等）を供給し、結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高温に保持して、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を成長させ、必要に応じて他の反応ガスを供給しながら窒化ガリウム系化合物半導体をｎ型、ｐ型（ｐ型は未だ実現していない。）に積層する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法のように窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる場合において最も重要なことは、如何に優れた結晶性を有する化合物半導体の結晶を積層するかということである。
【０００５】例えばＧａＮの場合、高温でサファイア基板上に直接エピタキシャル成長を行うと、結晶層の表面状態、結晶性が著しく悪くなるため、高温でエピタキシャル成長を行う前に、まず６００℃前後の低温でＡｌＮよりなるバッファ層を形成し、続いてバッファ層の上に、高温でエピタキシャル成長を行うことによりＧａＮの結晶性が格段に向上することが明らかにされている（特開平２−２２９４７６号公報）。また本発明者は先に特願平３−８９８４０号において、ＡｌＮをバッファ層とする従来の方法よりもＧａＮをバッファ層とする方が優れた結晶性の窒化ガリウム系化合物半導体が積層できることを示した。
【０００６】このように、バッファ層を形成することによって窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性は非常に良くなっているが、例えば、高出力の青色発光ダイオード、青色レーザー等のように極めて優れた結晶性を要求される発光デバイスを実用化するには未だ不十分である。それは、結晶性に優れた層同士のｐ−ｎ接合が実現できないからである。
【０００７】本発明はこのような事情を鑑み成されたものであり、その目的とするところは高出力青色発光ダイオード、青色発光レーザー等を実用化するために、結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を得ることができるその成長方法およびその方法により得られる素子を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長方法は一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を基板上に積層する結晶成長方法であって、基板上にまず一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層を成長させる工程と、薄膜のＡｌＮ層と薄膜のＧａＮ層とを交互に成長させた多層膜層を成長させる工程とを含むことを特徴とするものである。基板にはサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等があるが一般的にはサファイアを用いる。
【０００９】本発明の結晶成長方法を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板のＣ面にＧａＮの結晶を成長させる場合について説明する。まず、予め洗浄されたサファイア基板を反応容器内のサセプターに設置し、還元雰囲気中、高周波加熱等でサセプターを１０００℃以上に加熱して基板上の酸化物を除去する。加熱後、徐冷し、サセプターの温度を６００℃前後にまで下げた後、反応容器内に反応ガスを供給し、まず基板上にＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）のバッファ層を成長させる。反応ガスはＧａ源として、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属化合物ガス、Ｎ源としてアンモニアガスを用いる。バッファ層を成長させた後、サセプターの温度を９００℃以上の高温にし、１０５０℃に保持して、ＴＭＧガスとアンモニアガスを流しながらＧａＮの結晶を成長させる。ｎ型のＧａＮ層を得る場合には、通常、それらのガスと共にシランガスを流しＧａＮ結晶中にＳｉをドープする。ここで、本発明の多層膜層をｎ型層中に入れる場合には、そのｎ型ＧａＮ層の成長途中にＴＭＧガス、ＴＭＡガスを交互に流しながらＧａＮとＡｌＮの薄膜を積層することによって形成することができる。なお、この多層膜層の成長途中、シランガスは特に流さなくてもよいが、流した方がより結晶性の高いｎ型層が得られる。多層膜層形成後、再びＴＭＧガス、ＴＭＡガス、シランガスを流しｎ型ＧａＮ層を形成する。次にｎ型ＧａＮ層の上にｐ型ＧａＮ層を形成する場合には、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスに加えてジエチルジンク（ＤＥＺ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）ガス等を流してＧａＮ層にＺｎまたはＭｇをドープする。なお多層膜層はこのｐ型層の成長中に入れてもよい。
【００１０】本発明の結晶成長方法において、まず基板の上に成長させるバッファ層は、これから成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させるために必ず必要である。その一般式はＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表すことができるものであるが、以前本発明者が明らかにしたようにＡｌＮをバッファ層とするよりも、ＧａＡｌＮをバッファ層とする方が結晶性が好ましく、最も好ましいのはＧａＮのバッファ層である。バッファ層の成長温度は通常２００℃〜９００℃の低温である。例えばＭＯＣＶＤ法においては６００℃前後であるが、ＭＢＥ法ではそれ以下の温度で成長させることができる。
【００１１】多層膜層はそれぞれＧａＮ結晶膜とＡｌＮ結晶膜とを積層したものである。これ以外の材料では結晶性良く成長できない。成長温度は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させる際の温度と同一温度で形成できる。また、ＧａＮ層およびＡｌＮ層はそれぞれ１０〜３０００オングストロームの膜厚で２層以上積層し、通常は２０〜５００オングストローム前後の膜厚で１０〜１００層積層する。多層膜の総膜厚が２０オングストロームより薄いと、後に述べる格子欠陥を止めることが困難であり、また、それぞれの膜厚が３０００オングストロームより大きいと、その多層膜層の結晶性が悪くなる傾向にある。それぞれの層の厚さは同一であっても異なっていてもよい。さらに多層膜層は前述したように、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる途中であればどの層中に形成してもよく、例えば、バッファ層の上、ｎ型層の中、ｎ型層の上、ｐ型層の中等に形成することができる。
【００１２】
【作用】本発明の多層膜層の作用について説明する。サファイア基板（Ｃ面）と例えばＧａＮとは格子定数が約１６％もずれている。ＡｌＮに至ってはそのズレがさらに大きい。この格子定数の違いによりサファイア基板とＧａＮ層との間に大きな歪が発生する。さらにこの歪によりＧａＮ層中に格子欠陥ができ、この欠陥がＧａＮ成長中最後まで連続して走っていく。このためこの連続してできる欠陥を、途中に異なる薄膜材料を積層することにより、ここで止めることができる作用を有するのが本発明の多層膜層である。
【００１３】また、図１に本発明の結晶成長方法の一実施例によって得られる素子の断面図を示す。この図はサファイア基板上にＧａＮ層、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ層、ＳｉをドープしながらＡｌＮとＧａＮの薄膜を積層したｎ型多層膜層、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層を順に積層したもので、この多層膜層によって前記格子欠陥をｎ型ＧａＮ層で止めることができ、結晶性に優れたｐ型ＧａＮ層が得られるため、優れた特性のｐ−ｎ接合が実現できる。
【００１４】
【実施例】以下実施例で本発明の結晶成長方法を詳説する。
［実施例１］
■ まず良く洗浄したサファイア基板を反応容器内のサセプターに設置する。容器内を真空排気した後、水素ガスを流しながら基板を１０５０℃で、２０分間加熱し、表面の酸化物を除去した。その後、温度を５００℃にまで冷却し、５００℃においてＧａ源としてＴＭＧガス、Ｎ源としてアンモニアガス、キャリアガスとして水素ガスを流しながら、ＧａＮバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長した。
【００１５】■ 次にＴＭＧガスのみを止め、温度を１０３０℃にまで上昇させた後、再びＴＭＧガス、ＳｉＨ4（モノシラン）ガスを流し、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層を４μｍの膜厚で成長した。
【００１６】■ 次に、ＴＭＧガスを止め、Ａｌ源としてＴＭＡガスを流しＡｌＮ層を１００オングストローム成長させた後、ＴＭＡガスを止め、再びＴＭＧガスを流しＧａＮ層を同じく１００オングストローム成長させた。この操作を交互に１５回繰り返し、ＡｌＮ層１５層とＧａＮ層１５層とからなるＳｉドープの多層膜層を成長した。
【００１７】■ ＳｉＨ4ガス、ＡｌＮガスを止め、新たにＣｐ2Ｍｇガスを流しながら、引き続き多層膜層の上にＭｇドープｐ型ＧａＮ層を０．５μｍの厚さで成長させ、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。
【００１８】［比較例１］■において多層膜層を成長しない他は実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。
【００１９】このようにして得られた実施例１と比較例１との素子の、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の結晶性を評価するため以下の試験を行った。
【００２０】まず、ｐ型層にＨｅ−Ｃｄレーザーを照射して、フォトルミネッセンス測定を行い、その結果を図２R>２に示す。この図に示すように、実施例１で得られた素子の方が明らかにその４５０ｎｍにおける青色発光強度が大きく、ｐ型層のＧａＮの結晶性が優れていることが分かる。
【００２１】次に、ｐ型層のダブルクリスタルＸ線ロッキングカーブを測定し、その半値幅（ＦＷＨＭ：full width at half-maximum）を求めた。ＦＷＨＭは小さいほどその結晶性が優れていると見なすことができる。その結果、実施例１の素子は３分であったのに対し、比較例のそれは５分であった。
【００２２】さらに、得られた素子をダイシングにより０．５ｍｍ角のチップにした後、常法に従って、ｐ型層とｎ型層から電極を取り出しリードフレームにセットして樹脂モールドを施すことにより、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製し、発光させた。その結果、順方向電流２０ｍＡにおいて、実施例１の素子より得られたＬＥＤの発光出力は７０μＷであったのに対し、比較例１のそれは３５μＡにしかすぎなかった。また順方向電圧も実施例１のＬＥＤは４Ｖであったのに対し、比較例のそれは２０Ｖであった。
【００２３】［実施例２］■の工程において、ＡｌＮ層、およびＧａＮ層をそれぞれ２００オングストロームの膜厚で２０層ずつ積層する他は、実施例１と同様にして、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。
【００２４】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２５】［実施例３］■の工程において、ＡｌＮ層、およびＧａＮ層をそれぞれ５０オングストロームの膜厚で１０層ずつ積層する他は、実施例１と同様にして、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。
【００２６】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２７】［実施例４］■の工程の後、ＴＭＧガスを止め、温度を１０３０℃まで上昇させ、引き続き同様にして、■の工程を行い、バッファ層の上に多層膜層を■と同様に形成する他は実施例１と同様にして、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。（■−■−■−■の順）
【００２８】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２９】［実施例５］■において、ＧａＮバッファ層に代えて、バッファ層にＡｌＮバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長する他は、実施例１と同様にして、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を有する素子を得た。
【００３０】この素子も、同様にして結晶性の評価を行ったところ、フォトルミネッセンス強度は実施例１で得られたものより１０％低下、ＦＷＨＭは３．８分、青色発光ダイオードの発光出力６３μＷ、順方向電圧６Ｖと実施例１で得られたものよりも若干悪かった。
【００３１】
【発明の効果】本発明の製造方法は、まずバッファ層により、その上に成長する窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を整え、さらに格子定数のズレにより発生するその結晶の格子欠陥を、多層膜層で止めることができるため、積層した結晶の結晶性を格段に向上させることができる。
【００３２】以上説明したように、本発明の製造方法によると窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性が格段に向上する。そのため、本発明の方法によって得られた素子は、今まで実用化できなかった青色発光ダイオード、青色発光レーザー等の青色発光デバイス等の実用化に向けて、産業上のメリットは多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の結晶成長方法の一実施例による素子の断面を表す模式図。
【図２】 本発明の結晶成長方法の一実施例による素子と従来法による素子とのフォトルミネッセンス測定による発光強度を比較して示す図。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオード、青色発光レーザーダイオード等に用いることのできる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法および素子に関し、特に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させることができる結晶成長方法およびその方法により得られた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光デバイスは、II-VI族のＺｎＳｅ、IV-IV族のＳｉＣ、III-V族のＧａＮ等を用いて研究が進められ、最近、その中でも窒化ガリウム系化合物半導体［ＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）］が、常温で、比較的優れた発光を示すことが発表され注目されている。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる方法として、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（以下ＭＢＥ法という。）等の気相成長法がよく知られている。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いた方法について簡単に説明すると、この方法は、サファイア基板を設置した反応容器内に反応ガスとして有機金属化合物ガス（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア等）を供給し、結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高温に保持して、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層を成長させ、必要に応じて他の反応ガスを供給しながら窒化ガリウム系化合物半導体をｎ型、ｐ型（ｐ型は未だ実現していない。）に積層する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法のように窒化ガリウム系化合物半導体を気相成長させる場合において最も重要なことは、如何に優れた結晶性を有する化合物半導体の結晶を積層するかということである。
【０００５】例えばＧａＮの場合、高温でサファイア基板上に直接エピタキシャル成長を行うと、結晶層の表面状態、結晶性が著しく悪くなるため、高温でエピタキシャル成長を行う前に、まず６００℃前後の低温でＡｌＮよりなるバッファ層を形成し、続いてバッファ層の上に、高温でエピタキシャル成長を行うことによりＧａＮの結晶性が格段に向上することが明らかにされている（特開平２−２２９４７６号公報）。また本発明者は先に特願平３−８９８４０号において、ＡｌＮをバッファ層とする従来の方法よりもＧａＮをバッファ層とする方が優れた結晶性の窒化ガリウム系化合物半導体が積層できることを示した。
【０００６】このように、バッファ層を形成することによって窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性は非常に良くなっているが、例えば、高出力の青色発光ダイオード、青色レーザー等のように極めて優れた結晶性を要求される発光デバイスを実用化するには未だ不十分である。それは、結晶性に優れた層同士のｐ−ｎ接合が実現できないからである。
【０００７】本発明はこのような事情を鑑み成されたものであり、その目的とするところは高出力青色発光ダイオード、青色発光レーザー等を実用化するために、結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を得ることができるその成長方法およびその方法により得られる素子を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶成長方法は一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を基板上に積層する結晶成長方法であって、基板上にまず一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層を成長させる工程と、薄膜のＡｌＮ層と薄膜のＧａＮ層とを交互に成長させた多層膜層を成長させる工程とを含むことを特徴とするものである。基板にはサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等があるが一般的にはサファイアを用いる。
【０００９】本発明の結晶成長方法を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板のＣ面にＧａＮの結晶を成長させる場合について説明する。まず、予め洗浄されたサファイア基板を反応容器内のサセプターに設置し、還元雰囲気中、高周波加熱等でサセプターを１０００℃以上に加熱して基板上の酸化物を除去する。加熱後、徐冷し、サセプターの温度を６００℃前後にまで下げた後、反応容器内に反応ガスを供給し、まず基板上にＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）のバッファ層を成長させる。反応ガスはＧａ源として、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属化合物ガス、Ｎ源としてアンモニアガスを用いる。バッファ層を成長させた後、サセプターの温度を９００℃以上の高温にし、１０５０℃に保持して、ＴＭＧガスとアンモニアガスを流しながらＧａＮの結晶を成長させる。ｎ型のＧａＮ層を得る場合には、通常、それらのガスと共にシランガスを流しＧａＮ結晶中にＳｉをドープする。ここで、本発明の多層膜層をｎ型層中に入れる場合には、そのｎ型ＧａＮ層の成長途中にＴＭＧガス、ＴＭＡガスを交互に流しながらＧａＮとＡｌＮの薄膜を積層することによって形成することができる。なお、この多層膜層の成長途中、シランガスは特に流さなくてもよいが、流した方がより結晶性の高いｎ型層が得られる。多層膜層形成後、再びＴＭＧガス、ＴＭＡガス、シランガスを流しｎ型ＧａＮ層を形成する。次にｎ型ＧａＮ層の上にｐ型ＧａＮ層を形成する場合には、ＴＭＧガス、ＴＭＡガスに加えてジエチルジンク（ＤＥＺ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）ガス等を流してＧａＮ層にＺｎまたはＭｇをドープする。なお多層膜層はこのｐ型層の成長中に入れてもよい。
【００１０】本発明の結晶成長方法において、まず基板の上に成長させるバッファ層は、これから成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させるために必ず必要である。その一般式はＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表すことができるものであるが、以前本発明者が明らかにしたようにＡｌＮをバッファ層とするよりも、ＧａＡｌＮをバッファ層とする方が結晶性が好ましく、最も好ましいのはＧａＮのバッファ層である。バッファ層の成長温度は通常２００℃〜９００℃の低温である。例えばＭＯＣＶＤ法においては６００℃前後であるが、ＭＢＥ法ではそれ以下の温度で成長させることができる。
【００１１】多層膜層はそれぞれＧａＮ結晶膜とＡｌＮ結晶膜とを積層したものである。これ以外の材料では結晶性良く成長できない。成長温度は、窒化ガリウム系化合物半導体結晶を成長させる際の温度と同一温度で形成できる。また、ＧａＮ層およびＡｌＮ層はそれぞれ１０〜３０００オングストロームの膜厚で２層以上積層し、通常は２０〜５００オングストローム前後の膜厚で１０〜１００層積層する。多層膜の総膜厚が２０オングストロームより薄いと、後に述べる格子欠陥を止めることが困難であり、また、それぞれの膜厚が３０００オングストロームより大きいと、その多層膜層の結晶性が悪くなる傾向にある。それぞれの層の厚さは同一であっても異なっていてもよい。さらに多層膜層は前述したように、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる途中であればどの層中に形成してもよく、例えば、バッファ層の上、ｎ型層の中、ｎ型層の上、ｐ型層の中等に形成することができる。
【００１２】
【作用】本発明の多層膜層の作用について説明する。サファイア基板（Ｃ面）と例えばＧａＮとは格子定数が約１６％もずれている。ＡｌＮに至ってはそのズレがさらに大きい。この格子定数の違いによりサファイア基板とＧａＮ層との間に大きな歪が発生する。さらにこの歪によりＧａＮ層中に格子欠陥ができ、この欠陥がＧａＮ成長中最後まで連続して走っていく。このためこの連続してできる欠陥を、途中に異なる薄膜材料を積層することにより、ここで止めることができる作用を有するのが本発明の多層膜層である。
【００１３】また、図１に本発明の結晶成長方法の一実施例によって得られる素子の断面図を示す。この図はサファイア基板上にＧａＮ層、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ層、ＳｉをドープしながらＡｌＮとＧａＮの薄膜を積層したｎ型多層膜層、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層を順に積層したもので、この多層膜層によって前記格子欠陥をｎ型ＧａＮ層で止めることができ、結晶性に優れたｐ型ＧａＮ層が得られるため、優れた特性のｐ−ｎ接合が実現できる。
【００１４】
【実施例】以下実施例で本発明の結晶成長方法を詳説する。
［実施例１］
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】［比較例１］
【００１９】このようにして得られた実施例１と比較例１との素子の、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の結晶性を評価するため以下の試験を行った。
【００２０】まず、ｐ型層にＨｅ−Ｃｄレーザーを照射して、フォトルミネッセンス測定を行い、その結果を図２R>２に示す。この図に示すように、実施例１で得られた素子の方が明らかにその４５０ｎｍにおける青色発光強度が大きく、ｐ型層のＧａＮの結晶性が優れていることが分かる。
【００２１】次に、ｐ型層のダブルクリスタルＸ線ロッキングカーブを測定し、その半値幅（ＦＷＨＭ：full width at half-maximum）を求めた。ＦＷＨＭは小さいほどその結晶性が優れていると見なすことができる。その結果、実施例１の素子は３分であったのに対し、比較例のそれは５分であった。
【００２２】さらに、得られた素子をダイシングにより０．５ｍｍ角のチップにした後、常法に従って、ｐ型層とｎ型層から電極を取り出しリードフレームにセットして樹脂モールドを施すことにより、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製し、発光させた。その結果、順方向電流２０ｍＡにおいて、実施例１の素子より得られたＬＥＤの発光出力は７０μＷであったのに対し、比較例１のそれは３５μＡにしかすぎなかった。また順方向電圧も実施例１のＬＥＤは４Ｖであったのに対し、比較例のそれは２０Ｖであった。
【００２３】［実施例２］
【００２４】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２５】［実施例３］
【００２６】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２７】［実施例４］
【００２８】この素子も、フォトルミネッセンス測定、ＦＷＨＭ測定、青色発光ダイオードと同様にして結晶性の評価を行ったところ、実施例１で得られた素子とほぼ同一の結果が得られた。
【００２９】［実施例５］
【００３０】この素子も、同様にして結晶性の評価を行ったところ、フォトルミネッセンス強度は実施例１で得られたものより１０％低下、ＦＷＨＭは３．８分、青色発光ダイオードの発光出力６３μＷ、順方向電圧６Ｖと実施例１で得られたものよりも若干悪かった。
【００３１】
【発明の効果】本発明の製造方法は、まずバッファ層により、その上に成長する窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を整え、さらに格子定数のズレにより発生するその結晶の格子欠陥を、多層膜層で止めることができるため、積層した結晶の結晶性を格段に向上させることができる。
【００３２】以上説明したように、本発明の製造方法によると窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性が格段に向上する。そのため、本発明の方法によって得られた素子は、今まで実用化できなかった青色発光ダイオード、青色発光レーザー等の青色発光デバイス等の実用化に向けて、産業上のメリットは多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の結晶成長方法の一実施例による素子の断面を表す模式図。
【図２】 本発明の結晶成長方法の一実施例による素子と従来法による素子とのフォトルミネッセンス測定による発光強度を比較して示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を基板上に積層する結晶成長方法であって、(a) 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層を成長させる工程と、(b) 薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に成長させた多層膜層を成長させる工程とを含むことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項２】 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体が積層された素子であって、前記基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層と、その上に積層された少なくとも一つの層に薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層が交互に成長された多層膜層を有することを特徴とする素子。
【請求項１】 一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を基板上に積層する結晶成長方法であって、(a) 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層を成長させる工程と、(b) 薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に成長させた多層膜層を成長させる工程とを含むことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項２】 基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体が積層された素子であって、前記基板上に一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（０≦X≦１）で表されるバッファ層と、その上に積層された少なくとも一つの層に薄膜のＡｌＮ層とＧａＮ層が交互に成長された多層膜層を有することを特徴とする素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開平５−１１０１３８
【公開日】平成５年（１９９３）４月３０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−２９２３０３
【出願日】平成３年（１９９１）１０月１２日
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【公開日】平成５年（１９９３）４月３０日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１０月１２日
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
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