(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
該シリコン基板の上にＡｌバッファ層を介して形成された金属窒化物層を含む下地層であって、その膜厚が０．１〜１０μｍである下地層と、
該下地層の上に連続して形成されたＧａＮ系の半導体からなる発光層と、を備えてなるＧａＮ系の半導体発光素子。
【請求項２】
前記下地層の前記発光層に接する面は前記金属窒化物からなる、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】
前記下地層は金属窒化物からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＧａＮ系の半導体発光素子に関する。更に詳しくは、ＧａＮ系の半導体層の下地層の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−２３７９３８号公報には、良好な結晶のＧａＮ系の半導体層を得るために、下地層として岩塩構造をとる金属窒化物の（１１１）面を基板として用いることが開示されている。すなわち、この公報では、岩塩構造をとる金属窒化物を基板として、その（１１１）面上にＧａＮ系の半導体層を成長させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子の基板には、素子の機能を維持するための特性（剛性、耐衝撃性など）が要求される。基板を金属窒化物で形成したとき、当該特性を維持するには１００μｍ以上の厚さが望ましい。
しかし、そのような厚さを有する金属窒化物は工業製品の原材料として提供されていない。
そこで、上記公報に記載の発明を実施する場合には、金属窒化物性の基板を自作（スパッタ等と考えられる）することになるが、それには大変手間がかかる。
【０００４】
そこで、この発明は、工業的に容易に入手可能な原材料を用いて良好な結晶構造のＧａＮ系の半導体層を形成できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その構成は次の通りである。
即ち、基板と、
該基板の上に形成された金属窒化物からなる下地層と、
該下地層の上に連続して形成されたＧａＮ系の半導体からなる発光層と、を備えてなるＧａＮ系の半導体発光素子。
【０００６】
上記のように構成された本発明の半導体発光素子によれば、基板の上に形成された金属窒化物からなる下地層の上にＧａＮ系の発光層を形成する。金属窒化物の組成を調整することにより下地層とその上に形成する発光層との格子不整を極めて小さくできるので、良質な結晶のＧａＮ系の発光層を当該下地層の上に成長させることができる。一方、素子の機能を保持するために必要な厚さは基板が備え得るので、この下地層を薄くすることができる。よって、下地層を簡易かつ安価に形成することができる。基板にはサファイア等の汎用的なものを採用すれば、素子は全体として安価に製造できるものとなる。
さらに、本発明の構成では、発光層の直下に金属窒化物からなる反射層が設けられる。反射層は金属色の光沢を有し、可視域の光を反射するため、発光層で生じた基板方向の光は反射層で反射されることとなる。また、反射層は発光層の直下に存在するため基板側に向かった光の実質的に全部が反射されることとなる。その結果、発光層で生じた基板方向の光の実質的に全部を有効に利用でき、発光素子の輝度の向上が図れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各構成要素について説明する。
ＧａＮ系の半導体とはＩＩＩ族窒化物半導体であって、一般的にはＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。かかるＧａＮ系の半導体層は周知の有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法とする。）により成長される。また、周知の分子線結晶成長法（以下、ＭＢＥ法とする。）等によっても成長させることができる。
【０００８】
基板にはサファイアやＳｉＣ等の六方晶材料、ＳｉやＧａＰ等の立方晶材料を用いることができる。六方晶材料の場合にはそのａ面若しくはｃ面を利用しその上に下地層を成長させる。立方晶材料の場合にはそのｃ面が利用される。
基板としてＳｉＣ、Ｓｉ又はＧａＰを用いた場合、当該基板並びに金属窒化物にはそれぞれ導電性がある。その結果、半導体発光素子の両端に電極を形成することができ、基板へアースをとることによりチャージアップの問題も容易に解決される。
この基板には素子の機能を保持するための特性（剛性、耐衝撃性など）が要求される。そのため、その厚さはほぼ１００μｍ以上とされる。
【０００９】
下地層は金属窒化物からなる。金属窒化物の種類は特に限定はされないが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ若しくはＴａの窒化物を好適に用いることができる。その他、ＮｂＮ、ＶＮ、ＹＮ、ＣｒＮ等を採用できる。
これらの金属窒化物は単独では、例えばＴｉＮはＧａＮに対して６％、ＡｌＮに対して３．５％の格子不整合があり、ＺｒＮでは同様にＧａＮに対して１．５％、ＡｌＮに対して３．９％の格子不整合がある。そこで、金属窒化物からなる下地層と発光層とが格子整合するようにこれら金属の合金の窒化物を用いることが好ましい。
下地層の成長方法は特に限定はされないが、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ、リアクティブスパッタ、レーザーアブレーション、イオンプレーティング、蒸着等の（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を利用できる。
下地層の厚さは０．１〜１０μｍとすることが好ましい。
【００１０】
下地層を適当なバッファ層介して基板の上に成長させてもよい。バッファ層は単層であっても、複数のバッファ層を積層してもよい。
また、既述の金属窒化物の上へＴｉ等の金属層を積層し、Ｔｉ／金属窒化物の積層体を下地層とすることもできる。
更には、下地層を金属窒化物とＴｉ等の金属層との積層体を繰り返した構成とすることもできる。この場合、最上層は金属窒化物とすることが好ましい。
【００１１】
発光層は下地層に連続して形成される。即ち、発光層の直下に金属窒化物からなる下地層が存在することとなる。これにより、発光層で生じ基板側に向かった光の実質的に全部が下地層で反射されることとなる。その結果、発光層で生じた基板方向の光を有効に利用でき、発光素子の輝度の向上が図れる。
【００１２】
発光層の上には、クラッド層が周知の方法で形成され、必要なエッチング工程を経た後、ｎ電極及びｐ電極が形成される。
【００１３】
【実施例】
以下、この発明の１の実施例を図を参照しながら説明する。
図１はこの実施例の発光ダイオード１である。各半導体層のスペックは次の通りである。
0003567780.tif 000002
【００１４】
バッファ層３はＭＯＶＰＥ法により基板１の上に積層される。
反射層４はリアクティブスパッタ法で形成される。
発光層５は超格子構造のものに限定されず、シングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いることができる。
【００１５】
発光層５とｐクラッド層６との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドキャップの広いＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）層を介在させることができる。これは発光層６の中に注入された電子がｐクラッド層６に拡散するのを防止するためである。
ｐクラッド層６を発光層５側の低ホール濃度ｐ−層とｐ電極８側の高ホール濃度ｐ＋側とからなる２層構造とすることができる。
【００１６】
各半導体層は周知のＭＯＣＶＤ法により形成される。この成長法においては、アンモニアガスとＩＩＩ族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
【００１７】
透光性電極７は金を含む薄膜であり、ｐクラッド層６の上面の実質的な全面を覆って積層される。ｐ電極８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極７の上に形成される。
なお、Ｓｉ基板層２がｎ電極となる。そしてその所望の位置にワイヤーがボンディングされる。
【００１８】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００１９】
（１０）  前記基板は六方晶材料又は立方晶材料であり、六方晶の材料の基板上に前記下地層が形成され、又は立方晶材料の（１１１）面に前記下地層が形成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
（２０）  前記六方晶材料はサファイア若しくは炭化シリコンであり、前記立方晶材料はシリコン若しくはリン化ガリウムである、ことを特徴とする請求項１乃至３及び（１０）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（３０）  前記金属窒化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ若しくはＴａの窒化物、又はこれら金属の合金の窒化物の中から選ばれる１又は２以上の金属窒化物である、ことを特徴とする請求項１乃至３、（１０）及び（２０）のいずれかに記載の半導体発光素子。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の発光ダイオード１を示す図である。
【符号の説明】
１  発光ダイオード
２  基板
３  バッファ層
４  反射層
５  発光層
６  ｐクラッド層
７  透光性電極
８  ｐ電極
【図１】
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