３−５族化合物半導体とその製造方法および発光素子
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３−５族化合物半導体とその製造方法および発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外もしくは青色の発光ダイオードまたは紫外もしくは青色のレーザダイオード等の発光素子の材料として一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体が知られている。以下、上記一般式中のｘ、ｙおよびｚをそれぞれＩｎ濃度、Ｇａ濃度およびＡｌ濃度と記すことがある。該３−５族化合物半導体でＩｎ濃度が１０％以上のものはＩｎ濃度に応じて可視領域での発光波長を調整できるため、表示用途に重要である。ところで、該３−５族化合物半導体には、これを用いた発光素子の実用化に際して、次のような大きな問題があった。すなわち、第１に該３−５族化合物半導体の結晶成長に用いることができる適切な基板がないこと、第２に該３−５族化合物半導体の熱安定性の問題である。以下この点について詳しく説明する。まず、第１の問題は、該３−５族化合物半導体は、サファイア、ＧａＡｓ、ＺｎＯ等の種々の基板の上に成膜することが試みられているが、格子定数や化学的性質が該３−５族化合物半導体と大きく異なるため、充分高品質の結晶が得られていないことである。このため、該３−５族化合物半導体と格子定数や化学的性質がよく似ているＧａＮの結晶をまず成長し、この上に該３−５族化合物半導体を成長することで優れた結晶を得ることが試みられている（特公昭５５−３８３４号公報）。しかし、この場合でもＩｎ濃度が増加するにつれて該３−５族化合物半導体とＧａＮの格子定数のずれが大きくなり、結晶性が低下し、欠陥が多くなることが知られている。したがって、高品質で高いＩｎＮ混晶比の該３−５族化合物半導体を製造することが難しかった。
【０００３】第２に、該化合物半導体のうちＩｎを含むものは、Ｉｎを含まないものに比べて分解温度がかなり低いことが知られている。例えば、ＧａＮ、ＡｌＮおよびその混晶は１０００℃以上でも比較的安定であるが、ＩｎＮの熱分解温度は約６００℃である。このため、Ｉｎを含む化合物半導体はＩｎ組成にもよるが、一般的に１０００℃を超える温度で結晶の劣化が生じ、欠陥が多くなる。
【０００４】ところで、低電圧で駆動できる発光素子作製のためには、ｐ型およびｎ型の電流注入層で活性層をはさむことが必要である。該化合物半導体ではｎ型のものを作製することは容易であるのに対して、ｐ型のものを作製するのは非常に難しいことが知られている。
【０００５】また、高いｐ型伝導を得るためには、アクセプタ型不純物をドープした層に熱アニール処理や電子線照射処理などの後処理が効果がある場合がある。これらの処理は一般にアクセプタ型不純物をドープした層が表面に露出している場合に高い効果が期待できる。このため、ｐ型の電流注入層は活性層より後に成長することが好ましい。更に、該化合物半導体ではＩｎを含むものに対してＩｎを含まないものの方が、容易にｐ型伝導を示すものが得られることが知られている。そこで、ｐ型の電流注入層にはＩｎを含まないＧａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）が用いられている。ところが、良好なｐ型伝導を示す該Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎを得るためには１０００℃を超える温度で成長させることが必要である。このため、ｐ型の該Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎを１０００℃を超える温度で成長させる間にＩｎを含む活性層が劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、欠陥の少ない高品質の３−５族化合物半導体、およびＩｎを含む層を成長させた後、ｐ型不純物をドープしたＧａＡｌＮを１０００℃を超える温度で成長させてもＩｎを含む層を劣化させず、良好な発光特性を示す３−５族化合物半導体の製造方法、さらに該３−５族化合物半導体を用いた良好な発光特性を示す発光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、３−５族化合物半導体について種々検討の結果、特定の積層構造を有し、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる層を特定の薄い層とすることにより、欠陥の少ない高品質の３−５族半導体結晶が得られること、またＩｎを含む層を成長し、つぎに比較的低温で保護層としてＧａＡｌＮ層を成長させることで、該化合物半導体層の耐熱性が向上することを見出し、本発明に至った。
【０００８】すなわち本発明は、［１］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【０００９】また、本発明は、［２］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。また、本発明は、［３］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層の上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１０】さらに、本発明は、［４］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。また、本発明は、［５］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層の上に、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層を積層し、さらにその上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。さらに、本発明は、［６］一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。さらに、本発明は、［７］一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１１】本発明は、［８］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１２】本発明は、また［９］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法において、該第１の層を成長した後、該第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させる３−５族化合物半導体の製造方法に係るものである。。また、本発明は、［１０］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させ、次に一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させることにより得られる３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１３】そして、本発明は、［１１］このような３−５族化合物半導体を用いる発光素子に係るものである。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。該第１の層の厚みが５Åより小さいかまたは９０Åより大きいと、該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
【００１５】第１の層に不純物をドープすることで、第１の層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることができる。これは不純物からの発光であるため、不純物発光とよばれる。不純物発光の場合、発光波長は第１の層の３族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、表示用発光素子では第１の層のＩｎ濃度は５％以上が好ましい。Ｉｎ濃度が５％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、肉眼に充分な明るさを感じることができないので好ましくない。Ｉｎ濃度を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。不純物発光に適した不純物としては、２族元素が好ましい。２族元素のなかでは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄをドープした場合、発光効率が高いので好適である。特にＺｎが好ましい。これらの元素の濃度は、１０18〜１０22／ｃｍ3 が好ましい。第１の層はこれらの２族元素とともにＳｉまたはＧｅを同時にドープしてもよい。Ｓｉ、Ｇｅの好ましい濃度範囲は１０18〜１０22／ｃｍ3 である。
【００１６】不純物発光の場合、一般に発光スペクトルがブロードになる。このため、高い色純度が要求される場合、または狭い波長範囲に発光パワーを集中させることが必要な場合にはバンド端発光を利用する。バンド端発光による発光素子を実現するためには、第１の層に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、ＣｄおよびＭｇの各元素の濃度がいずれも１０19／ｃｍ3 以下が好ましく、さらに好ましくは１０18／ｃｍ3 以下である
【００１７】バンド端発光の場合、発光波長は第１の層の３族元素の組成で決まる。可視部で発光させる場合、Ｉｎ濃度は１０％以上が好ましい。Ｉｎ濃度が１０％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、肉眼に充分な明るさを感じることができない。Ｉｎ濃度を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
【００１８】上述の構造の第１の層は高品質の結晶性を有するが、熱的な安定性が充分でない場合がある。以下に述べる層構造により、第１の層が熱的な劣化を受けることなく次の層以降の成長を行なうことができ、更に高い発光効率の発光素子が製造できる。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。該第１の層の厚みは、１０Å以上８０Å以下が好ましい。
【００１９】第２の層の厚みは５０Å以上１μｍ以下が好ましい。さらに好ましくは７０Å以上５０００Å以下である。層厚が５０Åより小さい場合、第１の層の耐熱性が充分でなく、第３の層の成膜中に劣化を起こし、１μｍより大きい場合には最終的に素子化した場合、充分な発光強度が得られないので好ましくはない。
【００２０】第２の層のＡｌの濃度（ｘ''）は活性層の熱安定性という点では０．０５≦ｘ''が好ましい。ただし、Ａｌ濃度が高くなるにつれて電気抵抗が増す傾向があり、素子の電気抵抗が特に高くならない範囲としてはｘ''≦０．５が好ましい。さらに好ましいＡｌ濃度の範囲は、０．１≦ｘ''≦０．４５である。第２の層はｐ型であることが電気的特性の観点からは好ましい。第２の層がｐ型を示すためには、アクセプタ不純物を高濃度にドープする必要がある。アクセプタ型不純物としては、具体的には２族元素が挙げられる。これらのうちでは、Ｍｇ、Ｚｎが好ましく、Ｍｇがさらに好ましい。ただし、第２の層がｐ型伝導を示すためには、第２の層には１０20／ｃｍ3 程度以上の高濃度のアクセプタ型不純物がドープされていることが好ましいが、第２の層が高濃度に不純物を含む場合、結晶性が低下し、かえって素子としての特性を悪化させる場合がある。このような場合には、不純物濃度を低くする必要がある。結晶性を低下させない不純物濃度の範囲としては、好ましくは１０19／ｃｍ3 以下、さらに好ましくは１０18／ｃｍ3 以下である。
【００２１】最上部に設けたｐ型層は、成長後にアニール処理によりさらに低抵抗化してもよい。このｐ型の第３の層、第２の層、および第１の層を部分的にエッチングにより取り除いてｎ型層を露出させ、露出した部分にｎ電極を設け、またｐ型の第３の層に直接ｐ電極を設けて発光素子とし、これらの電極を通じて順方向に電流を流すことで、目的とする発光を得ることができる。第１の３−５族化合物半導体の層については、前記と同様である。
【００２２】本発明の３−５族化合物半導体を用いた発光素子の構造の例を図１と図２に示す。図１は、第５の層の上に、第１の層を成長し、第１の層の上に、第１の層よりも大きなバンドギャップを持つ第２の層を成長し、さらに第５の層とは異なる伝導性の第３の層を成長した例である。電極は第５の層と第３の層に形成されており、２つの電極に電圧を加えることで電流が流れ、第１の層で発光する。図２は第２の層に第５の層とは異なる伝導性を持たせたものである。図１の例と同様に、電圧を加えることで発光する。結晶成長の容易さから、図１R>１の例では第５の層はｎ型、第３の層はｐ型とするのが一般的である。第３の層がない図２の例では、第２の層がｐ型である。
【００２３】ここで、ｎ型の第５の層は不純物が高濃度にドープされているため結晶性が低下している場合がある。このような場合には、ｎ型の第５の層と第１の層が直接接していると、発光効率や電気的特性が低下することがある。そこで、ｎ型の第５の層と第１の層の間に不純物濃度の低い第４の層を設けることで、このような問題を低減できることがある。この例を図３に示す。
【００２４】すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、該第５の層より不純物濃度が小さい一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とするｎ型不純物としてＳｉを用いる場合、この不純物濃度が低い第４の層における好ましいＳｉの濃度は１０18／ｃｍ3 、さらに好ましくは１０17／ｃｍ3 以下である。また、好ましい層厚の範囲は１０Å以上１μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０Å以上５０００Å以下である。層厚が１０Åより小さい場合、その効果は充分でなく、また１μｍより大きい場合、電気的特性を低下させるので好ましくない。
【００２５】これまでに述べた本発明の３−５族化合物半導体の積層構造を組み合わせて、さらに高い発光効率を有する発光素子を提供できる３−５族化合物半導体が挙げられる。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、該第５の層より不純物濃度が小さい一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。この少なくとも５層からなる３−５族化合物半導体を用いることにより、優れた発光効率を有する発光素子が得られる。図３に該発光素子の積層構造の例を示す。なお、図１、図２および図３に示した発光素子の例では、発光層は１つの層であるが、発光層として機能する層は複数の層の積層構造であってもよい。発光層として機能する具体的な積層構造としては、複数の発光層がこれよりバンドギャップの大きい層と積層されたいわゆる多重量子井戸構造が挙げられる。本発明の３−５族化合物半導体用基板としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア等を用いることができる。これらの基板を用いる場合、基板上にまず低温でＡｌＮ、ＧａＮ、または一般式Ｇａs Ａｌt Ｎ（ただし、ｓ＋ｔ＝１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１）で表される化合物半導体、またはこれらの積層構造をバッファ層として成長し、つぎに本発明の３−５族化合物半導体を成長することで結晶性の高い該化合物半導体を成長できる。なお、本発明の半導体において、効率よく第１の層に電荷を閉じ込めるためには、第１の層に接する２つの層のバンドギャップが第１の層より０．１ｅＶ以上大きいことが好ましい。さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。
【００２６】本発明の３−５族化合物半導体の製造方法としては、分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、有機金属気相成長（以下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、ハイドライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがある。）法などが挙げられる。なお、ＭＢＥ法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、アンモニア、及びその他の窒素化合物を気体状態で供給する方法である気体ソース分子線エピタキシー（以下、ＧＳＭＢＥと記すことがある。）法が一般的に用いられている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げることができる。
【００２７】ＭＯＶＰＥ法の場合、以下のような原料を用いることができる。３族元素の原料として、トリメチルガリウム〔（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがある。〕、トリエチルガリウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以下ＴＥＧと記すことがある。〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリエチルアルミニウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがある。〕、トリイソブチルアルミニウム〔ｉ−（Ｃ4 Ｈ9 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがある。〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記と同じ定義である。）、トリメチルインジウム〔（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、以下ＴＭＩと記すことがある。〕、トリエチルインジウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3Ｉｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記と同じ定義である。）で表されるトリアルキルインジウム等が挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。
【００２８】次に、５族原料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１、１−ジメチルヒドラジン、１、２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン等が挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。ＭＯＶＰＥ法で本発明の３−５族化合物半導体を成長する場合、成長圧力は１気圧以下０．００１気圧以上が好ましい。成長圧力が１気圧より高い場合、原料の使用効率が低く、また成長膜の膜厚の均一性が低下する場合がある。成長圧力が低くなるにつれて、膜厚の均一性が向上するが、０．００１気圧より小さくても均一性の向上にはあまり効果がなく、かえって結晶性が低下する場合がある。更に好ましい成長圧力の範囲は１気圧以下０．０１気圧以上である。
【００２９】以下特に、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法について説明する。本発明の３−５族化合物半導体の製造方法は、第１の層を成長した後、第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させることを特徴とする。ＭＯＶＰＥ法で成膜する場合、第２及び第３の層の成長は水素を含まない雰囲気で行なうことが好ましい。水素を含んだ雰囲気で成長させた場合、第１の層が劣化し、良好な特性の素子を作製することができない。
【００３０】ここで、前記の第２の層の成長温度は、１０００℃以下であり、４００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは５００℃以上９００℃以下である。成膜温度が高すぎる場合、活性層である第１の層が第２の層の成膜中に劣化を起こし、最終的に発光素子とした場合、活性層中の各元素の組成から期待される発光色を示さなかったり、発光強度が充分でないなどの問題が生じる。また、成膜温度が低すぎる場合、成膜速度が小さくなり、実用的でない。
【００３１】この３−５族化合物半導体の製造方法の場合、第１の層の膜厚は５Å以上５００Å以下であることが好ましい。特に発光強度が大きい発光素子として用いる場合には、５Å以上９０Å以下であることが好ましい。膜厚が５Åより小さいかまたは５００Åより大きいと、該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１図３に示す構造の発光素子を作製した。以下、図３に基づいて説明する。ここで、３−５族化合物半導体層は、有機金属気相成長法により作製した。なお、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープするために、窒素で希釈したシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしてＭｇをドープするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ、以下Ｃｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いた。基板としてサファイヤのＣ面を鏡面研磨したもの９を有機洗浄して用いた。まず、水素をキャリアガスとし、１１００℃で塩化水素ガスを供給して、反応炉および基板のクリーニングを行なった。クリーニング終了後、基板温度５５０℃で、ＴＭＧとアンモニアを供給して膜厚５００ÅのＧａＮのバッファ層８を形成した。次に基板温度を１１００℃まで上げ、ＴＭＧ、アンモニア、及びシランガスを供給して、Ｓｉをドープしたｎ型キャリア濃度１×１０19／ｃｍ3 、膜厚約３μｍのＧａＮ層５を成長し、さらに同じ温度にてノンドープのＧａＮ層４を１５００Å成長した。Ｓｉドープ層およびノンドープ層の成膜速度は、各々１０００Å／分、２００Å／分であった。
【００３３】次に基板温度を７８５℃まで下げ、キャリアガスを窒素に換え、ＴＥＧ、ＴＭＩ及びアンモニアをそれぞれ０．０４ｓｃｃｍ、０．０８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、発光層であるＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１を７０秒間成長した。さらに、同じ温度にてＴＥＧ、ＴＥＡ及びアンモニアをそれぞれ０．０３２ｓｃｃｍ、０．００８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、保護層であるＧａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎ層２を１０分間成長した。ただし、ｓｌｍおよびｓｃｃｍとは気体の流量の単位で、１ｓｌｍは１分当たり、標準状態で１リットルの体積を占める重量のガスが流れていることを示し、１０００ｓｃｃｍは１ｓｌｍに相当する。なお、この２層の層厚に関しては、同一の条件でより長い時間成長した層の厚さから求めた成長速度が４３Å／分、３０Å／分であるので、上記成長時間から求められる層厚はそれぞれ５０Å、３００Åと計算できる。
【００３４】次に、基板温度を１１００℃まで上げ、Ｃｐ2 Ｍｇ、およびアンモニアを供給して４０秒間の空流し工程を行ったのち、ＴＭＧ、Ｃｐ2 Ｍｇおよびアンモニアを供給してＭｇをドープしたＧａＮ層３を５０００Å成長した。以上により作製した３−５族化合物半導体試料を反応炉から取り出したのち、窒素中で８００℃、２０分アニール処理を施し、ＭｇをドープしたＧａＮ層を低抵抗のｐ型層にした。こうして得た試料に常法により電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順方向に電流を流したところ、発光波長４５７０Åの明瞭な青色発光を示した。２０ｍＡでの輝度１２００ｍｃｄであった。
【００３５】実施例２図１に示す構造の発光素子を作製した。以下、図１に基づいて説明する。窒化ガリウム系半導体は、ＭＯＶＰＥ法による気相成長により作製された。基板はサファイアＣ面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。成長は、まず水素中で基板を１１００℃に加熱し、この状態でＨＣｌガスにより反応炉、サセプタおよび基板を気相エッチングした。ＨＣｌガスを止めた後、さらに水素中、１１００℃で基板のクリーニングを行なった。次に、バッファ層として６００℃でＴＭＧとアンモニアによりＧａＮを５００Å成膜した後、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとしてシラン（ＳｉＨ4 ）を用いて１１００℃でＳｉをドープしたＧａＮ層５を３μｍの厚みで成膜した。
【００３６】８００℃まで降温した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＴＥＡを用いて、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ層１を６０Å、Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎの層２を３００Å成長した。次に、温度を１１００℃に昇温し、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとしてビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ、以下、ＭＣｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いてＭｇをドープしたＧａＮの層３を５０００Å成長した。成長終了後、基板を取り出し、窒素中８００℃で熱処理を行なった。このようにして得られた試料を常法に従い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光を示し、輝度は１２０ｍｃｄであった。
【００３７】比較例１ＩｎＧａＮ層の厚みを１００Åとしたことを除いては実施例２と同様にしてＬＥＤを作製し、実施例２と同様の評価を行なったところ、試料のごく一部で青色発光を示したものの、ほとんどの部分で輝度は１０ｍｃｄ以下であっった。
【００３８】実施例３発光層である第１の層の層厚を２１Å、３２Å、８６Åとしたことを除いては、実施例１と同様にして３−５族化合物半導体試料を作製した。実施例１と同様にして電極を形成してＬＥＤとし、順方向電流を流したところいずれの試料も明瞭な青色発光を示し、２０ｍＡでの輝度は２０ｍｃｄ以上であった。第１の層の層厚と２０ｍＡでの外部量子効率の関係を図４に示す。
【００３９】比較例２発光層である第１の層の層厚を１５０Åとしたことを除いては、実施例１と同様にして３−５族化合物半導体試料を作製した。実施例１と同様にして電極を形成しＬＥＤとして順方向電流を流したところ、わずかに青白く発光するのみであった。２０ｍＡでの輝度は実施例１の１万分の１以下であった。
【００４０】実施例４、５、６図５に示す試料を、以下述べる方法に従い作製した。まず、１１００℃で第５の層であるノンドープのＧａＮ層５を３μｍ、７８５℃から８２５℃の範囲で第１の層であるノンドープのＩｎＧａＮ層１を５０Å成長した後、第１の層と同じ温度で第２の層であるノンドープのＧａＡｌＮ層２を成長した。成長後、第１の層であるＩｎＧａＮ層１の熱的安定性を確認するために熱処理を行ない、熱処理前後でのＩｎＧａＮ層１からのフォトルミネッセンススペクトル（以下、ＰＬスペクトルと記すことがある。）を測定した。
【００４１】表１に、本実施例で作製した試料の成長条件、熱処理条件、およびＰＬスペクトルのピーク強度の熱処理前後の変化をまとめる。表１から、いずれの試料も熱処理によりＰＬスペクトルの強度がほとんど変化しておらず、本発明の第２の層が第１の層の熱的安定性に重要であることが分かる。
【００４２】
【表１】
１）熱処理条件：チッ素とアンモニア同体積の混合ガス雰囲気中、１１００℃、１０分。
２）熱処理後のＰＬスペクトル強度の熱処理前に対する減少の割合
【００４３】
【発明の効果】本発明の３−５族化合物半導体は、欠陥が少なく高品質であり、これを用いることにより発光効率の高い良好な発光特性を示す発光素子を提供することができる。また、本発明の３−５族化合物半導体の製造方法により、Ｉｎを含む層を成長させた後、ｐ型ＧａＡｌＮを１０００℃を超える温度で成長させても活性層を劣化させず、欠陥の少ない高品質の３−５族化合物半導体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の構成を示す図（実施例２で作製した発光素子の構成を示す図）。
【図２】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図３】本発明の発光素子の構成を示す図（実施例１で作製した発光素子の構成を示す図）。
【図４】実施例で作製したＬＥＤでの、第１の層の層厚と２０ｍＡでの外部量子効率の関係を示す図（ただし、第１の層の層厚が５０Åのものは実施例１に相当し、それ以外のものは実施例３に相当する。）。
【図５】実施例４、５、６で作製した３−５族化合物半導体の構成を示す図。
【符号の説明】
１．．．一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層
２．．．一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層
３．．．一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層
４．．．一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層
５．．．一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
６．．．ｐ電極
７．．．ｎ電極
８．．．バッファ層
９．．．サファイア基板
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３−５族化合物半導体とその製造方法および発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外もしくは青色の発光ダイオードまたは紫外もしくは青色のレーザダイオード等の発光素子の材料として一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体が知られている。以下、上記一般式中のｘ、ｙおよびｚをそれぞれＩｎ濃度、Ｇａ濃度およびＡｌ濃度と記すことがある。該３−５族化合物半導体でＩｎ濃度が１０％以上のものはＩｎ濃度に応じて可視領域での発光波長を調整できるため、表示用途に重要である。ところで、該３−５族化合物半導体には、これを用いた発光素子の実用化に際して、次のような大きな問題があった。すなわち、第１に該３−５族化合物半導体の結晶成長に用いることができる適切な基板がないこと、第２に該３−５族化合物半導体の熱安定性の問題である。以下この点について詳しく説明する。まず、第１の問題は、該３−５族化合物半導体は、サファイア、ＧａＡｓ、ＺｎＯ等の種々の基板の上に成膜することが試みられているが、格子定数や化学的性質が該３−５族化合物半導体と大きく異なるため、充分高品質の結晶が得られていないことである。このため、該３−５族化合物半導体と格子定数や化学的性質がよく似ているＧａＮの結晶をまず成長し、この上に該３−５族化合物半導体を成長することで優れた結晶を得ることが試みられている（特公昭５５−３８３４号公報）。しかし、この場合でもＩｎ濃度が増加するにつれて該３−５族化合物半導体とＧａＮの格子定数のずれが大きくなり、結晶性が低下し、欠陥が多くなることが知られている。したがって、高品質で高いＩｎＮ混晶比の該３−５族化合物半導体を製造することが難しかった。
【０００３】第２に、該化合物半導体のうちＩｎを含むものは、Ｉｎを含まないものに比べて分解温度がかなり低いことが知られている。例えば、ＧａＮ、ＡｌＮおよびその混晶は１０００℃以上でも比較的安定であるが、ＩｎＮの熱分解温度は約６００℃である。このため、Ｉｎを含む化合物半導体はＩｎ組成にもよるが、一般的に１０００℃を超える温度で結晶の劣化が生じ、欠陥が多くなる。
【０００４】ところで、低電圧で駆動できる発光素子作製のためには、ｐ型およびｎ型の電流注入層で活性層をはさむことが必要である。該化合物半導体ではｎ型のものを作製することは容易であるのに対して、ｐ型のものを作製するのは非常に難しいことが知られている。
【０００５】また、高いｐ型伝導を得るためには、アクセプタ型不純物をドープした層に熱アニール処理や電子線照射処理などの後処理が効果がある場合がある。これらの処理は一般にアクセプタ型不純物をドープした層が表面に露出している場合に高い効果が期待できる。このため、ｐ型の電流注入層は活性層より後に成長することが好ましい。更に、該化合物半導体ではＩｎを含むものに対してＩｎを含まないものの方が、容易にｐ型伝導を示すものが得られることが知られている。そこで、ｐ型の電流注入層にはＩｎを含まないＧａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）が用いられている。ところが、良好なｐ型伝導を示す該Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎを得るためには１０００℃を超える温度で成長させることが必要である。このため、ｐ型の該Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎを１０００℃を超える温度で成長させる間にＩｎを含む活性層が劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、欠陥の少ない高品質の３−５族化合物半導体、およびＩｎを含む層を成長させた後、ｐ型不純物をドープしたＧａＡｌＮを１０００℃を超える温度で成長させてもＩｎを含む層を劣化させず、良好な発光特性を示す３−５族化合物半導体の製造方法、さらに該３−５族化合物半導体を用いた良好な発光特性を示す発光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、３−５族化合物半導体について種々検討の結果、特定の積層構造を有し、かつ一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる層を特定の薄い層とすることにより、欠陥の少ない高品質の３−５族半導体結晶が得られること、またＩｎを含む層を成長し、つぎに比較的低温で保護層としてＧａＡｌＮ層を成長させることで、該化合物半導体層の耐熱性が向上することを見出し、本発明に至った。
【０００８】すなわち本発明は、［１］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【０００９】また、本発明は、［２］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。また、本発明は、［３］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層の上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１０】さらに、本発明は、［４］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。また、本発明は、［５］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層の上に、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層を積層し、さらにその上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。さらに、本発明は、［６］一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。さらに、本発明は、［７］一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１１】本発明は、［８］一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下である３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１２】本発明は、また［９］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法において、該第１の層を成長した後、該第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させる３−５族化合物半導体の製造方法に係るものである。。また、本発明は、［１０］一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させ、次に一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させることにより得られる３−５族化合物半導体に係るものである。
【００１３】そして、本発明は、［１１］このような３−５族化合物半導体を用いる発光素子に係るものである。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。該第１の層の厚みが５Åより小さいかまたは９０Åより大きいと、該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
【００１５】第１の層に不純物をドープすることで、第１の層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることができる。これは不純物からの発光であるため、不純物発光とよばれる。不純物発光の場合、発光波長は第１の層の３族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、表示用発光素子では第１の層のＩｎ濃度は５％以上が好ましい。Ｉｎ濃度が５％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、肉眼に充分な明るさを感じることができないので好ましくない。Ｉｎ濃度を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。不純物発光に適した不純物としては、２族元素が好ましい。２族元素のなかでは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄをドープした場合、発光効率が高いので好適である。特にＺｎが好ましい。これらの元素の濃度は、１０18〜１０22／ｃｍ3 が好ましい。第１の層はこれらの２族元素とともにＳｉまたはＧｅを同時にドープしてもよい。Ｓｉ、Ｇｅの好ましい濃度範囲は１０18〜１０22／ｃｍ3 である。
【００１６】不純物発光の場合、一般に発光スペクトルがブロードになる。このため、高い色純度が要求される場合、または狭い波長範囲に発光パワーを集中させることが必要な場合にはバンド端発光を利用する。バンド端発光による発光素子を実現するためには、第１の層に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、ＣｄおよびＭｇの各元素の濃度がいずれも１０19／ｃｍ3 以下が好ましく、さらに好ましくは１０18／ｃｍ3 以下である
【００１７】バンド端発光の場合、発光波長は第１の層の３族元素の組成で決まる。可視部で発光させる場合、Ｉｎ濃度は１０％以上が好ましい。Ｉｎ濃度が１０％より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、肉眼に充分な明るさを感じることができない。Ｉｎ濃度を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
【００１８】上述の構造の第１の層は高品質の結晶性を有するが、熱的な安定性が充分でない場合がある。以下に述べる層構造により、第１の層が熱的な劣化を受けることなく次の層以降の成長を行なうことができ、更に高い発光効率の発光素子が製造できる。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。該第１の層の厚みは、１０Å以上８０Å以下が好ましい。
【００１９】第２の層の厚みは５０Å以上１μｍ以下が好ましい。さらに好ましくは７０Å以上５０００Å以下である。層厚が５０Åより小さい場合、第１の層の耐熱性が充分でなく、第３の層の成膜中に劣化を起こし、１μｍより大きい場合には最終的に素子化した場合、充分な発光強度が得られないので好ましくはない。
【００２０】第２の層のＡｌの濃度（ｘ''）は活性層の熱安定性という点では０．０５≦ｘ''が好ましい。ただし、Ａｌ濃度が高くなるにつれて電気抵抗が増す傾向があり、素子の電気抵抗が特に高くならない範囲としてはｘ''≦０．５が好ましい。さらに好ましいＡｌ濃度の範囲は、０．１≦ｘ''≦０．４５である。第２の層はｐ型であることが電気的特性の観点からは好ましい。第２の層がｐ型を示すためには、アクセプタ不純物を高濃度にドープする必要がある。アクセプタ型不純物としては、具体的には２族元素が挙げられる。これらのうちでは、Ｍｇ、Ｚｎが好ましく、Ｍｇがさらに好ましい。ただし、第２の層がｐ型伝導を示すためには、第２の層には１０20／ｃｍ3 程度以上の高濃度のアクセプタ型不純物がドープされていることが好ましいが、第２の層が高濃度に不純物を含む場合、結晶性が低下し、かえって素子としての特性を悪化させる場合がある。このような場合には、不純物濃度を低くする必要がある。結晶性を低下させない不純物濃度の範囲としては、好ましくは１０19／ｃｍ3 以下、さらに好ましくは１０18／ｃｍ3 以下である。
【００２１】最上部に設けたｐ型層は、成長後にアニール処理によりさらに低抵抗化してもよい。このｐ型の第３の層、第２の層、および第１の層を部分的にエッチングにより取り除いてｎ型層を露出させ、露出した部分にｎ電極を設け、またｐ型の第３の層に直接ｐ電極を設けて発光素子とし、これらの電極を通じて順方向に電流を流すことで、目的とする発光を得ることができる。第１の３−５族化合物半導体の層については、前記と同様である。
【００２２】本発明の３−５族化合物半導体を用いた発光素子の構造の例を図１と図２に示す。図１は、第５の層の上に、第１の層を成長し、第１の層の上に、第１の層よりも大きなバンドギャップを持つ第２の層を成長し、さらに第５の層とは異なる伝導性の第３の層を成長した例である。電極は第５の層と第３の層に形成されており、２つの電極に電圧を加えることで電流が流れ、第１の層で発光する。図２は第２の層に第５の層とは異なる伝導性を持たせたものである。図１の例と同様に、電圧を加えることで発光する。結晶成長の容易さから、図１R>１の例では第５の層はｎ型、第３の層はｐ型とするのが一般的である。第３の層がない図２の例では、第２の層がｐ型である。
【００２３】ここで、ｎ型の第５の層は不純物が高濃度にドープされているため結晶性が低下している場合がある。このような場合には、ｎ型の第５の層と第１の層が直接接していると、発光効率や電気的特性が低下することがある。そこで、ｎ型の第５の層と第１の層の間に不純物濃度の低い第４の層を設けることで、このような問題を低減できることがある。この例を図３に示す。
【００２４】すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、該第５の層より不純物濃度が小さい一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とするｎ型不純物としてＳｉを用いる場合、この不純物濃度が低い第４の層における好ましいＳｉの濃度は１０18／ｃｍ3 、さらに好ましくは１０17／ｃｍ3 以下である。また、好ましい層厚の範囲は１０Å以上１μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０Å以上５０００Å以下である。層厚が１０Åより小さい場合、その効果は充分でなく、また１μｍより大きい場合、電気的特性を低下させるので好ましくない。
【００２５】これまでに述べた本発明の３−５族化合物半導体の積層構造を組み合わせて、さらに高い発光効率を有する発光素子を提供できる３−５族化合物半導体が挙げられる。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体は、一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、該第５の層より不純物濃度が小さい一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする。この少なくとも５層からなる３−５族化合物半導体を用いることにより、優れた発光効率を有する発光素子が得られる。図３に該発光素子の積層構造の例を示す。なお、図１、図２および図３に示した発光素子の例では、発光層は１つの層であるが、発光層として機能する層は複数の層の積層構造であってもよい。発光層として機能する具体的な積層構造としては、複数の発光層がこれよりバンドギャップの大きい層と積層されたいわゆる多重量子井戸構造が挙げられる。本発明の３−５族化合物半導体用基板としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア等を用いることができる。これらの基板を用いる場合、基板上にまず低温でＡｌＮ、ＧａＮ、または一般式Ｇａs Ａｌt Ｎ（ただし、ｓ＋ｔ＝１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１）で表される化合物半導体、またはこれらの積層構造をバッファ層として成長し、つぎに本発明の３−５族化合物半導体を成長することで結晶性の高い該化合物半導体を成長できる。なお、本発明の半導体において、効率よく第１の層に電荷を閉じ込めるためには、第１の層に接する２つの層のバンドギャップが第１の層より０．１ｅＶ以上大きいことが好ましい。さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。
【００２６】本発明の３−５族化合物半導体の製造方法としては、分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、有機金属気相成長（以下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、ハイドライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがある。）法などが挙げられる。なお、ＭＢＥ法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、アンモニア、及びその他の窒素化合物を気体状態で供給する方法である気体ソース分子線エピタキシー（以下、ＧＳＭＢＥと記すことがある。）法が一般的に用いられている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げることができる。
【００２７】ＭＯＶＰＥ法の場合、以下のような原料を用いることができる。３族元素の原料として、トリメチルガリウム〔（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがある。〕、トリエチルガリウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以下ＴＥＧと記すことがある。〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリエチルアルミニウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがある。〕、トリイソブチルアルミニウム〔ｉ−（Ｃ4 Ｈ9 ）3 Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことがある。〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記と同じ定義である。）、トリメチルインジウム〔（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、以下ＴＭＩと記すことがある。〕、トリエチルインジウム〔（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3Ｉｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 は前記と同じ定義である。）で表されるトリアルキルインジウム等が挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。
【００２８】次に、５族原料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１、１−ジメチルヒドラジン、１、２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン等が挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。ＭＯＶＰＥ法で本発明の３−５族化合物半導体を成長する場合、成長圧力は１気圧以下０．００１気圧以上が好ましい。成長圧力が１気圧より高い場合、原料の使用効率が低く、また成長膜の膜厚の均一性が低下する場合がある。成長圧力が低くなるにつれて、膜厚の均一性が向上するが、０．００１気圧より小さくても均一性の向上にはあまり効果がなく、かえって結晶性が低下する場合がある。更に好ましい成長圧力の範囲は１気圧以下０．０１気圧以上である。
【００２９】以下特に、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法について説明する。本発明の３−５族化合物半導体の製造方法は、第１の層を成長した後、第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させることを特徴とする。ＭＯＶＰＥ法で成膜する場合、第２及び第３の層の成長は水素を含まない雰囲気で行なうことが好ましい。水素を含んだ雰囲気で成長させた場合、第１の層が劣化し、良好な特性の素子を作製することができない。
【００３０】ここで、前記の第２の層の成長温度は、１０００℃以下であり、４００℃以上１０００℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは５００℃以上９００℃以下である。成膜温度が高すぎる場合、活性層である第１の層が第２の層の成膜中に劣化を起こし、最終的に発光素子とした場合、活性層中の各元素の組成から期待される発光色を示さなかったり、発光強度が充分でないなどの問題が生じる。また、成膜温度が低すぎる場合、成膜速度が小さくなり、実用的でない。
【００３１】この３−５族化合物半導体の製造方法の場合、第１の層の膜厚は５Å以上５００Å以下であることが好ましい。特に発光強度が大きい発光素子として用いる場合には、５Å以上９０Å以下であることが好ましい。膜厚が５Åより小さいかまたは５００Åより大きいと、該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１図３に示す構造の発光素子を作製した。以下、図３に基づいて説明する。ここで、３−５族化合物半導体層は、有機金属気相成長法により作製した。なお、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープするために、窒素で希釈したシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしてＭｇをドープするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ、以下Ｃｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いた。基板としてサファイヤのＣ面を鏡面研磨したもの９を有機洗浄して用いた。まず、水素をキャリアガスとし、１１００℃で塩化水素ガスを供給して、反応炉および基板のクリーニングを行なった。クリーニング終了後、基板温度５５０℃で、ＴＭＧとアンモニアを供給して膜厚５００ÅのＧａＮのバッファ層８を形成した。次に基板温度を１１００℃まで上げ、ＴＭＧ、アンモニア、及びシランガスを供給して、Ｓｉをドープしたｎ型キャリア濃度１×１０19／ｃｍ3 、膜厚約３μｍのＧａＮ層５を成長し、さらに同じ温度にてノンドープのＧａＮ層４を１５００Å成長した。Ｓｉドープ層およびノンドープ層の成膜速度は、各々１０００Å／分、２００Å／分であった。
【００３３】次に基板温度を７８５℃まで下げ、キャリアガスを窒素に換え、ＴＥＧ、ＴＭＩ及びアンモニアをそれぞれ０．０４ｓｃｃｍ、０．０８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、発光層であるＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層１を７０秒間成長した。さらに、同じ温度にてＴＥＧ、ＴＥＡ及びアンモニアをそれぞれ０．０３２ｓｃｃｍ、０．００８ｓｃｃｍ、４ｓｌｍ供給して、保護層であるＧａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎ層２を１０分間成長した。ただし、ｓｌｍおよびｓｃｃｍとは気体の流量の単位で、１ｓｌｍは１分当たり、標準状態で１リットルの体積を占める重量のガスが流れていることを示し、１０００ｓｃｃｍは１ｓｌｍに相当する。なお、この２層の層厚に関しては、同一の条件でより長い時間成長した層の厚さから求めた成長速度が４３Å／分、３０Å／分であるので、上記成長時間から求められる層厚はそれぞれ５０Å、３００Åと計算できる。
【００３４】次に、基板温度を１１００℃まで上げ、Ｃｐ2 Ｍｇ、およびアンモニアを供給して４０秒間の空流し工程を行ったのち、ＴＭＧ、Ｃｐ2 Ｍｇおよびアンモニアを供給してＭｇをドープしたＧａＮ層３を５０００Å成長した。以上により作製した３−５族化合物半導体試料を反応炉から取り出したのち、窒素中で８００℃、２０分アニール処理を施し、ＭｇをドープしたＧａＮ層を低抵抗のｐ型層にした。こうして得た試料に常法により電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順方向に電流を流したところ、発光波長４５７０Åの明瞭な青色発光を示した。２０ｍＡでの輝度１２００ｍｃｄであった。
【００３５】実施例２図１に示す構造の発光素子を作製した。以下、図１に基づいて説明する。窒化ガリウム系半導体は、ＭＯＶＰＥ法による気相成長により作製された。基板はサファイアＣ面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。成長は、まず水素中で基板を１１００℃に加熱し、この状態でＨＣｌガスにより反応炉、サセプタおよび基板を気相エッチングした。ＨＣｌガスを止めた後、さらに水素中、１１００℃で基板のクリーニングを行なった。次に、バッファ層として６００℃でＴＭＧとアンモニアによりＧａＮを５００Å成膜した後、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとしてシラン（ＳｉＨ4 ）を用いて１１００℃でＳｉをドープしたＧａＮ層５を３μｍの厚みで成膜した。
【００３６】８００℃まで降温した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＴＥＡを用いて、Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ層１を６０Å、Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎの層２を３００Å成長した。次に、温度を１１００℃に昇温し、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとしてビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ、以下、ＭＣｐ2 Ｍｇと記すことがある。〕を用いてＭｇをドープしたＧａＮの層３を５０００Å成長した。成長終了後、基板を取り出し、窒素中８００℃で熱処理を行なった。このようにして得られた試料を常法に従い、電極を形成し、ＬＥＤとした。ｐ電極としてＮｉ−Ａｕ合金、ｎ電極としてＡｌを用いた。このＬＥＤに順方向に２０ｍＡの電流を流したところ、明瞭な青色発光を示し、輝度は１２０ｍｃｄであった。
【００３７】比較例１ＩｎＧａＮ層の厚みを１００Åとしたことを除いては実施例２と同様にしてＬＥＤを作製し、実施例２と同様の評価を行なったところ、試料のごく一部で青色発光を示したものの、ほとんどの部分で輝度は１０ｍｃｄ以下であっった。
【００３８】実施例３発光層である第１の層の層厚を２１Å、３２Å、８６Åとしたことを除いては、実施例１と同様にして３−５族化合物半導体試料を作製した。実施例１と同様にして電極を形成してＬＥＤとし、順方向電流を流したところいずれの試料も明瞭な青色発光を示し、２０ｍＡでの輝度は２０ｍｃｄ以上であった。第１の層の層厚と２０ｍＡでの外部量子効率の関係を図４に示す。
【００３９】比較例２発光層である第１の層の層厚を１５０Åとしたことを除いては、実施例１と同様にして３−５族化合物半導体試料を作製した。実施例１と同様にして電極を形成しＬＥＤとして順方向電流を流したところ、わずかに青白く発光するのみであった。２０ｍＡでの輝度は実施例１の１万分の１以下であった。
【００４０】実施例４、５、６図５に示す試料を、以下述べる方法に従い作製した。まず、１１００℃で第５の層であるノンドープのＧａＮ層５を３μｍ、７８５℃から８２５℃の範囲で第１の層であるノンドープのＩｎＧａＮ層１を５０Å成長した後、第１の層と同じ温度で第２の層であるノンドープのＧａＡｌＮ層２を成長した。成長後、第１の層であるＩｎＧａＮ層１の熱的安定性を確認するために熱処理を行ない、熱処理前後でのＩｎＧａＮ層１からのフォトルミネッセンススペクトル（以下、ＰＬスペクトルと記すことがある。）を測定した。
【００４１】表１に、本実施例で作製した試料の成長条件、熱処理条件、およびＰＬスペクトルのピーク強度の熱処理前後の変化をまとめる。表１から、いずれの試料も熱処理によりＰＬスペクトルの強度がほとんど変化しておらず、本発明の第２の層が第１の層の熱的安定性に重要であることが分かる。
【００４２】
【表１】
１）熱処理条件：チッ素とアンモニア同体積の混合ガス雰囲気中、１１００℃、１０分。
２）熱処理後のＰＬスペクトル強度の熱処理前に対する減少の割合
【００４３】
【発明の効果】本発明の３−５族化合物半導体は、欠陥が少なく高品質であり、これを用いることにより発光効率の高い良好な発光特性を示す発光素子を提供することができる。また、本発明の３−５族化合物半導体の製造方法により、Ｉｎを含む層を成長させた後、ｐ型ＧａＡｌＮを１０００℃を超える温度で成長させても活性層を劣化させず、欠陥の少ない高品質の３−５族化合物半導体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子の構成を示す図（実施例２で作製した発光素子の構成を示す図）。
【図２】本発明の発光素子の構成を示す図。
【図３】本発明の発光素子の構成を示す図（実施例１で作製した発光素子の構成を示す図）。
【図４】実施例で作製したＬＥＤでの、第１の層の層厚と２０ｍＡでの外部量子効率の関係を示す図（ただし、第１の層の層厚が５０Åのものは実施例１に相当し、それ以外のものは実施例３に相当する。）。
【図５】実施例４、５、６で作製した３−５族化合物半導体の構成を示す図。
【符号の説明】
１．．．一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層
２．．．一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層
３．．．一般式Ｇａx'' Ａｌy'' Ｎ（ただし、ｘ''＋ｙ''＝１、０＜ｘ''≦１、０≦ｙ''＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層
４．．．一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ' ＋ｂ' ＝１、０≦ａ' ≦１、０≦ｂ' ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層
５．．．一般式Ｇａa Ａｌb Ｎ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
６．．．ｐ電極
７．．．ｎ電極
８．．．バッファ層
９．．．サファイア基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項２】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項３】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層の上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項４】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項５】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層の上に、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層を積層し、さらにその上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項６】一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項７】一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項８】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項９】一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層の膜厚が５０Å以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１、６、７または８記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１０】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層に含まれるＳｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、ＣｄおよびＭｇの各元素の濃度がいずれも１×１０19／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１１】一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層に含まれるＭｇの濃度が１０19／ｃｍ3 以下であることを特徴とする請求項１、６、７または８記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１２】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法において、該第１の層を成長した後、該第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させることを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法。
【請求項１３】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させ、次に一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させることにより得られることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項１４】請求項１〜１１のいずれか、または１３に記載の３−５族化合物半導体を用いたことを特徴とする発光素子。
【請求項１】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項２】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項３】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層の上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項４】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層（ただし、ｐ型を除く）と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項５】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層の上に、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層を積層し、さらにその上に、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を積層することにより得られる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項６】一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項７】一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項８】一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第５の層と、一般式Ｇａa'Ａｌb'Ｎ（ただし、ａ’＋ｂ’＝１、０≦ａ’≦１、０≦ｂ’≦１）で表される３−５族化合物半導体からなる第４の層と、一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層と、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層と、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層とが、この順に積層してなる構造を有し、該第１の層の厚みが５Å以上９０Å以下であることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項９】一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層の膜厚が５０Å以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１、６、７または８記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１０】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層に含まれるＳｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、ＣｄおよびＭｇの各元素の濃度がいずれも１×１０19／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１１】一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層に含まれるＭｇの濃度が１０19／ｃｍ3 以下であることを特徴とする請求項１、６、７または８記載の３−５族化合物半導体。
【請求項１２】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させる３−５族化合物半導体の成長方法において、該第１の層を成長した後、該第３の層を成長させる前に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させることを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法。
【請求項１３】一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第１の層を成長させた後に、一般式Ｇａx'Ａｌy'Ｎ（ただし、ｘ’＋ｙ’＝１、０＜ｘ’≦１、０≦ｙ’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第２の層を、１０００℃以下の温度で成長させ、次に一般式Ｇａx''Ａｌy''Ｎ（ただし、ｘ’’＋ｙ’’＝１、０＜ｘ’’≦１、０≦ｙ’’＜１）で表される３−５族化合物半導体からなる第３の層を１０００℃を超える温度で成長させることにより得られることを特徴とする３−５族化合物半導体。
【請求項１４】請求項１〜１１のいずれか、または１３に記載の３−５族化合物半導体を用いたことを特徴とする発光素子。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【特許番号】特許第３０６４８９１号（Ｐ３０６４８９１）
【登録日】平成１２年５月１２日（２０００．５．１２）
【発行日】平成１２年７月１２日（２０００．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１５２２８
【出願日】平成８年１月３１日（１９９６．１．３１）
【公開番号】特開平９−１１６１３０
【公開日】平成９年５月２日（１９９７．５．２）
【審査請求日】平成１１年３月１８日（１９９９．３．１８）
【早期審査対象出願】早期審査対象出願
【出願人】（０００００２０９３）住友化学工業株式会社 (8,981)
【参考文献】
【文献】特開 平８−３１６５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−７８６７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２０５９５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１５２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−３０２７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２４９７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２１５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２６０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２６８２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．７Ａ（１９９５−Ｊｕｌｙ），ｐｐ．Ｌ７９７−７９９
【文献】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１０Ｂ（１９９５−Ｏｃｔｏｂｅｒ），ｐｐ．Ｌ１３３２−１３３５
【文献】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．１３（１９９５−Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ），ｐｐ．１８６８−１８７０
【登録日】平成１２年５月１２日（２０００．５．１２）
【発行日】平成１２年７月１２日（２０００．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成８年１月３１日（１９９６．１．３１）
【公開番号】特開平９−１１６１３０
【公開日】平成９年５月２日（１９９７．５．２）
【審査請求日】平成１１年３月１８日（１９９９．３．１８）
【早期審査対象出願】早期審査対象出願
【出願人】（０００００２０９３）住友化学工業株式会社 (8,981)
【参考文献】
【文献】特開 平８−３１６５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−７８６７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２０５９５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平８−１５２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−３０２７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２４９７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２１５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２６０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−２６８２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．７Ａ（１９９５−Ｊｕｌｙ），ｐｐ．Ｌ７９７−７９９
【文献】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１０Ｂ（１９９５−Ｏｃｔｏｂｅｒ），ｐｐ．Ｌ１３３２−１３３５
【文献】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．１３（１９９５−Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ），ｐｐ．１８６８−１８７０
[ Back to top ]