(57)【要約】【課題】窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法の提供。【解決手段】本発明は一種の転位密度の少ない窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法に関わるもので、おもに基板表面において、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇおよびＮＨ3による表面処理を行った後、窒化ガリウム系緩衝層を該基板に形成し、基板と緩衝層との間に境界層または境界区域構造を形成する。この構造は後工程において、窒化ガリウム系緩衝層の上に形成する窒化ガリウムエピタキシー層の転位密度を減少することにより、高品質なエピタキシー層を獲得し、転位密度の均一性を向上する。【選択図】図１
2007300050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手順ａ．基板を設け、
手順ｂ．Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質を用いて、基板の表面処理を行い、
手順ｃ．該基板の上に、低温窒化ガリウム系緩衝層を形成し、
手順ｄ．該低温窒化ガリウム系緩衝層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する、以上の手順を含まれる、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項２】
手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度と第２温度は同様であることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項３】
手順ｂは第１温度において行われ、手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度は該第２温度より高いことを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項４】
該Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質により、該基板表面に対する表面処理のときに、窒化マグネシウム層を形成することを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項５】
該高温窒化ガリウム系緩衝層は、Ｎ型窒化ガリウム系接触層、発光層、Ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、Ｐ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成することを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項６】
該発光層は少なくとも、窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムインジウムガリウムより構成する多重量子井戸構造を特徴とする請求項５記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項７】
手順ａ．基板を設け、
手順ｂ．Ｃｐ2ＭｇとＮＨ３反応前駆物質を用いて、基板の表面処理を行い、
手順ｃ．該基板上に複数の低温窒化ガリウム系緩衝層より堆積し積層を構成し、二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝積層の間に、表面処理を施した窒化ガリウム系緩衝積層を形成し、
手順ｄ．該低温窒化ガリウム系緩衝積層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する、以上の手順を含まれる、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項８】
該手順のうち、表面処理は該手順ｂのプロセスパラメータを用いて、該低温窒化ガリウム系緩衝層の表面処理を施すことを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項９】
手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度と第２温度は同様であることを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１０】
手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度は第２温度より高いことを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１１】
該Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質により、該基板表面に対する表面処理のときに、窒化マグネシウム層を形成することを特徴とする請求項１０記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１２】
引き続き、該高温窒化ガリウム系緩衝層は、Ｎ型窒化ガリウム系接触層、発光層、Ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、Ｐ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成することを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１３】
該発光層は少なくとも、窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムインジウムガリウムより構成する多重量子井戸構造を特徴とする請求項１２記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１４】
手順ｄに入いる前に、該低温窒化ガリウム系緩衝積層上に厚みが大きい、第２低温窒化ガリウム系緩衝層を形成することを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１５】
基板、窒化ガリウム系緩衝層及び境界層または境界区域を含まれ、
境界層または境界区域を該基板と該窒化ガリウム系緩衝層との間に設け、該境界層または境界区域はＣｐ2Ｍｇ及ＮＨ3反応前駆物質を用いて基板の表面処理により形成する、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造。
【請求項１６】
該窒化ガリウム系緩衝層は低温窒化ガリウム系緩衝層及び高温窒化ガリウム系緩衝層を含まれることを特徴とする請求項１２記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１７】
該窒化ガリウム系緩衝積層は積層及び高温窒化ガリウム系緩衝層を含まれることを特徴とする請求項１５記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１８】
該積層は複数の低温窒化ガリウム系緩衝層より堆積され、二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝積層の間に、Ｃｐ2ＭｇおよびＮＨ3反応前駆物質によって、処理されることを特徴とする請求項１７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【請求項１９】
該積層は複数の窒化ガリウム系緩衝層と窒化マグネシウム層を交叉して堆積されることを特徴とする請求項１７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法、特に一種結晶の完備性が高く、かつ、挿入転位を大幅に軽減できる窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の発光素子のうち、窒化ガリウム系材質は非常に重要な広バンドギャップ （ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｇａｐ）半導体材料で、緑光、青光から紫外光までの発光素子に幅広く使用している。しかしながら、バルク（ｂｕｌｋ）を形成する窒化ガリウムは、いままでに克服できない技術ネックでした。一方、サファイア（ｓａｐｈｉｒｅ）または炭化珪素（ＳｉＣ）をそのまま基板に窒化ガリウム層を成長させる工程が見られる。この種の生産プロセスによる窒化ガリウム層の転位密度欠陥はかなり高いため、発光効率と電子搬送速度の低下により、発光効率の高い発光ダイオードを作ることができない。
【０００３】
このため、特許文献１は、サファイア基板を２００℃〜９００℃の温度により、厚みは０．００１〜０．５μｍの低温窒化アルミニウムガリウム緩衝層を形成した後に、９００℃〜１１５０℃の温度において、高温窒化アルミニウムガリウムを形成することを開示している。この方法は、窒化ガリウム系の結晶密度を向上できるが、窒化アルミニウムガリウム層全体の転位密度は、なお１０9１０10 ｃｍ-2の高い値にある。もう一つの特許文献２には、横方向エピタキシー成長法 （ＥＬＯＧ）を用いて、後工程のエピタキシー成長による窒化ガリウム層の転位密度を軽減することを開示されている。この種の方法は転位密度を軽減できる。ただし、その厚みを約１０μｍに成長しなければ、転位密度１Ｘ１０8 ｃｍ-2に抑えることができない。さらに、生産プロセスにマスク生産プロセスと選択による成長を加わるなどの複雑な制御手段を必要とする。このため、生産コスト高となった。一方、特許文献３において、一種の窒化珪素（ＳｉＮ）のマイクロマスク（ｍｉｃｒｏ  ｍａｓｋ）による横方向エピタキシー成長法が開示されている。しかしながら、該特許で開示された技術の欠点は、窒化珪素マイクロマスク幕の均一性と密度制御が難しいため、良品率の管理が困難である。さらに、特許文献４において、一種の珪素（Ｓｉ）を反界面活性剤（ａｎｔｉ  ｓｕｆａｃｔａｎｔ）とした表面処理技術が開示されている。反応前駆物質ＳｉＨ4の反応時間により、後工程におけるより良いエピタキシー膜を実現する。その欠点は、均一性と密度制御が難しい。均一性が劣るとエピタキシー層の応力分布の不均衡を引き起し、良品率の制御が困難である。
【０００４】
本発明は前記した問題点を鑑みて、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法を考案し、既存技術の欠点を確実に解決できる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５２９０３９３号明細書
【特許文献２】米国特許第６２５２２６１号明細書
【特許文献３】米国特許第６４７５８８２号明細書
【特許文献４】米国特許第６７００１７９号明細書
【特許文献５】台湾特許第Ｉ２３６１６０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
挿入転位を大幅に軽減できる高品質なエピタキシー層を実現する、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法を提供することを本発明の主な目的とする。
【０００７】
発光素子の発光効率と使用寿命を確実に向上する、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法を提供することを本発明のもう一つの目的とする。
【０００８】
前良品率を確実に向上することにより、製品無効によるコスト浪費を軽減し、製品の市場競争力を向上する、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法を提供することを本発明のさらなる一つの目的とする。
【０００９】
本発明は一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造に関わるもので、主に基板、窒化ガリウム系緩衝層、および基板と窒化ガリウム系緩衝層の間に備える境界層または境界区域より構成する。本発明はＣｐ2ＭｇおよびＮＨ3反応前駆物質を用いて、基板表面に表面処理することにより形成する。
【００１０】
本発明もう一つの実施態様は、前記の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層の製造方法に関わるもので、主に基板を設け、Ｃｐ2ＭｇおよびＮＨ3の反応前駆物質を用いて、基板表面に表面処理を行った後、基板上に低温窒化ガリウム系緩衝層を形成し、該低温窒化ガリウム系緩衝層上に、高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。
【００１１】
本発明によるさらなる一つの実施態様は、前記の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層の提供に関わるもので、主に基板を設け、Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質を用いて、基板表面に表面処理を行った後、基板上に複数の低温窒化ガリウム系緩衝層を積み上げて構成し、二つの隣り合う窒化ガリウム系緩衝層は表面処理を施した低温窒化ガリウム系緩衝積層を設け、低温窒化ガリウム系緩衝積層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。
【００１２】
本発明によるさらなる一つの実施態様は、一種の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関わるもので、主に基板を設け、Ｃｐ2ＭｇおよびＮＨ3反応前駆物質を用いて基板の表面処理を行った後、基板上にＮ型窒化ガリウム系接触層、発光層、Ｐ型窒化ガリウム系クラッド層およびＰ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、手順ａ．基板を設け、
手順ｂ．Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質を用いて、基板の表面処理を行い、
手順ｃ．該基板の上に、低温窒化ガリウム系緩衝層を形成し、
手順ｄ．該低温窒化ガリウム系緩衝層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する、以上の手順を含まれる、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項２の発明は、手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度と第２温度は同様であることを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項３の発明は、手順ｂは第１温度において行われ、手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度は該第２温度より高いことを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている
請求項４の発明は、該Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質により、該基板表面に対する表面処理のときに、窒化マグネシウム層を形成することを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項５の発明は、該高温窒化ガリウム系緩衝層は、Ｎ型窒化ガリウム系接触層、発光層、Ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、Ｐ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成することを特徴とする請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項６の発明は、該発光層は少なくとも、窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムインジウムガリウムより構成する多重量子井戸構造を特徴とする請求項５記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項７の発明は、手順ａ．基板を設け、
手順ｂ．Ｃｐ2ＭｇとＮＨ３反応前駆物質を用いて、基板の表面処理を行い、
手順ｃ．該基板上に複数の低温窒化ガリウム系緩衝層より堆積し積層を構成し、二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝積層の間に、表面処理を施した窒化ガリウム系緩衝積層を形成し、
手順ｄ．該低温窒化ガリウム系緩衝積層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する、以上の手順を含まれる、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項８の発明は、該手順のうち、表面処理は該手順ｂのプロセスパラメータを用いて、該低温窒化ガリウム系緩衝層の表面処理を施すことを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項９の発明は、手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度と第２温度は同様であることを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１０の発明は、手順ｂは第１温度において行われ、該手順ｃは第２温度において行われ、該第１温度は第２温度より高いことを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１１の発明は、該Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3反応前駆物質により、該基板表面に対する表面処理のときに、窒化マグネシウム層を形成することを特徴とする請求項１０記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１２の発明は、引き続き、該高温窒化ガリウム系緩衝層は、Ｎ型窒化ガリウム系接触層、発光層、Ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、Ｐ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成することを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１３の発明は、該発光層は少なくとも、窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムインジウムガリウムより構成する多重量子井戸構造を特徴とする請求項１２記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている
請求項１４の発明は、手順ｄに入いる前に、該低温窒化ガリウム系緩衝積層上に厚みが大きい、第２低温窒化ガリウム系緩衝層を形成することを特徴とする請求項７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１５の発明は、基板、窒化ガリウム系緩衝層及び境界層または境界区域を含まれ、
境界層または境界区域を該基板と該窒化ガリウム系緩衝層との間に設け、該境界層または境界区域はＣｐ2Ｍｇ及ＮＨ3反応前駆物質を用いて基板の表面処理により形成する、一種の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造としている。
請求項１６の発明は、該窒化ガリウム系緩衝層は低温窒化ガリウム系緩衝層及び高温窒化ガリウム系緩衝層を含まれることを特徴とする請求項１２記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１７の発明は、該窒化ガリウム系緩衝積層は積層及び高温窒化ガリウム系緩衝層を含まれることを特徴とする請求項１５記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１８の発明は、該積層は複数の低温窒化ガリウム系緩衝層より堆積され、二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝積層の間に、Ｃｐ2ＭｇおよびＮＨ3反応前駆物質によって、処理されることを特徴とする請求項１７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
請求項１９の発明は、該積層は複数の窒化ガリウム系緩衝層と窒化マグネシウム層を交叉して堆積されることを特徴とする請求項１７記載の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層形成の製造方法としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法は、一種の反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて、基板の表面処理を行い、基板表面のエネルギーを改変するほか、多層上の低温、高温窒化ガリウム系緩衝層と合せて、発光素子区域に接触する窒化インジウムガリウム層の転位密度を最小に軽減により、発光効率と良品率を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明による窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造とその製造方法は、主に反応前駆物質Ｂｉｓ （シクロペンタジエニル） マグネシウム （Ｃｐ2Ｍｇ）およびＮＨ3を用いて基板の表面処理を行い、基板表面のエネルギー状態を改変し、その後基板に形成する窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層に、綺麗な結晶格子構造および転位密度を軽減する製造方法と基板エピタキシー構造を実現する。そのうち、該窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層の材料は、以下の物質より構成するグループのいずれである。ＢXＡ１yＩｎzＧａ1-X-y-zＮpＡｓq （０≦Ｘ≦１, ０≦ｙ≦１, ０≦ｚ≦１, ０≦ｐ≦１, ０≦ｑ≦１、かつ、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１, ｐ＋ｑ＝１）およびＰ−ＢXＡ１yＩｎzＧａ1-X-y-zＮpＰq 層（０≦Ｘ≦１, ０≦ｙ≦１, ０≦ｚ≦１, ０≦ｐ≦１, ０≦ｑ≦１、かつ、Ｘ＋ｙ＋ｚ＝１およびｐ＋ｑ＝１）。基板の材質はサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＺｒＢ2または珪素（Ｓｉ）のいずれを使用する。
【００１６】
図１に示すものは、本発明による窒化ガリウム系化合物半導体エピタキシー層構造の表示図である。本発明は主に、基板１を設け、基板１上に設ける窒化ガリウム系緩衝層２、および基板と窒化ガリウム系緩衝層の間に境界層または境界区域３を設ける。これらは反応前駆物質ＣＰ2ＭｇとＮＨ3を用いて基板の表面処理を施して形成する。そのうち、該窒化ガリウム系緩衝層は図１に示すとおり、低温窒化ガリウム系緩衝層２２と高温窒化ガリウム系緩衝層２４を設けても良い。
【００１７】
または該窒化ガリウム系緩衝層２に積層２６と高温窒化ガリウム系緩衝層２４を設け、積層２６は複数の境界に表面処理を施した低温窒化ガリウム系緩衝層の堆積により構成する（図２）。
【００１８】
前記のエピタキシー層の製造方法は、以下の手順による、
図３に示すものは、本発明の実施例１による手順フロー図である。手順Ｓ１において、基板を設けた後、手順Ｓ２に示すとおり、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて基板の表面処理を施す。手順Ｓ３において、第１温度により、表面処理を施した後の基板表面に低温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。引き続きに、手順Ｓ４において、第２温度により、低温窒化ガリウム系緩衝層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。
【００１９】
図４に示すものは、本発明の実施例２による手順フロー図である。手順Ｓ５において、基板を設けた後、手順Ｓ６において、第１温度により、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて基板の表面処理を施す。手順Ｓ７において、第１温度により、表面処理を施した基板表面に低温窒化ガリウム系緩衝積層を形成する。該低温窒化ガリウム系緩衝積層は、低温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着した後、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて、蒸着された窒化ガリウム系緩衝層に対する表面処理を行う。引き続いて、表面処理を施した低温窒化ガリウム系緩衝層はさらに、高温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着する。このように、数回繰り返した後に得られた二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝層の境界に表面処理を施した蒸着層を形成する。最後にＳ８において、第２温度により、低温窒化ガリウム系緩衝積層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着する。そのうち、該第２温度は第１温度より高い。
【００２０】
図５に示すものは、本発明さらに一つの実施例による手順表示図である。手順Ｓ９において、基板を設けた後、手順Ｓ１０に示すとおり、第１温度により、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて基板の表面処理を施す。手順Ｓ１１において、第２温度により、表面処理を施した後の基板表面に低温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。引き続きに、手順Ｓ１２において、第３温度により、低温窒化ガリウム系緩衝層上に高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。そのうち、該第３温度は第１温度より高い、第１温度は第２温度より高い。
【００２１】
図６に示すものは、本発明によるもう一つの実施例である。手順Ｓ１３において、基板を設けた後、手順Ｓ１４に示すとおり、第１温度により、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて基板の表面処理を施す。手順Ｓ１５において、第２温度により、表面処理を施した後の基板表面に複数層の低温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着した積層を形成する。その手順は、まず低温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着した後に、手順Ｓ１４の生産プロセスのパラメータ条件により、反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて、形成された低温窒化ガリウム系緩衝層に処理を行った後、もう１層の低温窒化ガリウム系緩衝層を表面処理済みの低温窒化ガリウム系緩衝層に蒸着する。最後はＳ１６において、第３温度により、一番低温窒化ガリウム系緩衝層に高温窒化ガリウム系緩衝層を蒸着する。そのうち、該第３温度は第１温度より高い、第１温度は第２温度より高い。
【００２２】
前述した実施例は、窒化ガリウム系緩衝層を形成後に生産プロセスを終了しない。一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ）の生産プロセスにおいて、引き続いて窒化ガリウム系化合物ＬＥＤ発光素子区域（従来のいずれのｐ／ｎ接触面、またはｎ／ｐ接触面の発光構造とし、材質は窒化ガリウム系化合物であっても良い。）、および適切な位置に電極を設けるなどの生産手順を施す。本説明は本発明による技術内容は基板とＬＥＤ発光素子が長期間に存在した緩衝層結晶格子の不適切な組み合わせ問題の解決に止まる。
【００２３】
以下に四つの生産プロセスのパラメータを含まれた実施例により、本発明を説明する。この主の技術に詳しい者による温度、反応前駆物質濃度、または基板材質などのプロセスパラメータの改変ができるものとする。ただし、それらの改変はなお本発明の精神および範疇に含まれるものとする。
【実施例１】
【００２４】
図７に示すものは、以下の手順のフローにおける時間対温度のカーブ図である。サファイア基板の清掃を行う。サファイア基板を有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）により反応チャンバのグラファイト・キャリアプレートに乗せて、清浄化された水素を通過させ、反応温度を１０４０℃〜１１００℃に升温し、本実施例において、１０６０℃により５分を維持し、基板表面に対する熱的浄化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）を行う。
【００２５】
引き続き、基板の表面処理を行う。チャンバ内部温度を４００℃〜７００℃に引き下げて、本実施例において、５３５℃を例示する。この温度を第１温度とし、１５ ｓｌｍのＮＨ3と０．１８ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2Ｍｇ反応前駆物質を通過させ、５ｓｅｃ〜１８０ｓｅｃを維持し、本実施例において、１分間とする。
【００２６】
最後に、窒化ガリウム系緩衝層の成長を行う。このプロセスを入いる前に、Ｃｐ2Ｍｇ反応前駆物質の供給を中止し、その代わりに１００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）反応前駆物質を通過させ、５ｓｅｃ〜１８０ｓｅｃを維持する。本実施例において、２分を維持する。表面処理を施した厚み５５Å〜４００Åの間、一例として２５０Åの低温窒化ガリウム系緩衝層を形成した後、ＴＭＧａ反応前駆物質の供給を中止し、チャンバ内部温度を第２温度９００℃〜１０３０℃、一例として１０２５℃に上昇し、２００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａおよび１２ ｓｌｍのＮＨ3反応前駆物質を注入し、約０．２〜６ｕｍの高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。この方法より得られた高温窒化ガリウム系緩衝層の転位密度 （ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）約８Ｘ１０8ｃｍ-2である。
【実施例２】
【００２７】
図８に示すものは、以下の手順のフローにおける時間対温度のカーブ図である。サファイア基板の清掃を行う。サファイア基板を有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）により反応チャンバのグラファイト・キャリアプレートに乗せて、清浄化された水素を通過させ、反応温度を１０４０℃〜１１００℃に升温し、本実施例において、１０６０℃により５分を維持し、基板表面に対する熱的浄化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）を行う。
【００２８】
引き続き、基板１の表面処理を行う。チャンバ内部温度を１０２５℃に引き下げて、この温度を第１温度とし、１５ ｓｌｍのＮＨ3と０．１８ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2Ｍｇ反応前駆物質を通過させ、１分を維持し、基板表面に厚み約３０の窒化マグネシウム化合物層を形成する。
【００２９】
最後に、窒化ガリウム系緩衝層の成長を行う。このプロセスを入いる前に、Ｃｐ2Ｍｇ反応前駆物質の供給を中止し、温度を５３５oＣに引き下げて、その代わりに１００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）反応前駆物質を通過させ、２を維持し、窒化ガリウム化合物層の表面に厚み約２２０Åの低温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。その後，反応温度を１０２５℃に升温した後、２００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａと１２ ｓｌｍのＮＨ3反応前駆物質を注入し、この低温窒化ガリウム系緩衝層に厚み約０．２〜６ｕｍの高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。この方法より得られた高温窒化ガリウム系緩衝層の転位密度 （ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）約５Ｘ１０8ｃｍ-2である。
【実施例３】
【００３０】
図９に示すものは、以下の手順のフローにおける時間対温度のカーブ図である。サファイア基板の清掃を行う。サファイア基板を有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）により反応チャンバのグラファイト・キャリアプレートに乗せて、清浄化された水素を通過させ、反応温度を１０４０℃〜１１００℃に升温し、本実施例において、１０６０℃により５分を維持し、基板１表面に対する熱的浄化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）を行う。
【００３１】
引き続き、基板１の表面処理を行う。チャンバ内部温度を５３５℃に引き下げて、この温度を第１温度とし、１５ ｓｌｍのＮＨ3と０．１８ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2Ｍｇ反応前駆物質を通過させ、１２分を維持する。
【００３２】
低温窒化ガリウム系緩衝積層の成長を行う。この生産プロセスに入いる前に、Ｃｐ2Ｍｇ反応前駆物質の供給を中止し、その代わりに、２０ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）反応前駆物質を通過させ、２０分を維持し、表面処理を施した基板表面に厚み約４０Åの低温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。引き続き、前述した基板処理のプロセスパラメータにより、該低温窒化ガリウム系緩衝層の表面処理を行う。このように、低温窒化ガリウム系緩衝層と低温窒化ガリウム系緩衝層表面処理を数回繰り返すことにより、二つの隣り合う低温窒化ガリウム系緩衝層の間にＣｐ2Ｍｇ反応前駆物質による表面処理を施した境界区域の低温窒化ガリウム系緩衝積層を形成する。
【００３３】
このほか、低温窒化ガリウム系緩衝積層先端の低温窒化ガリウム系緩衝層の厚みをやや増加しても良い。本実施例において、５０Åとする。
【００３４】
その後、Ｃｐ2ＭｇとＴＭＧａ反応前駆物質の供給を中止し、温度を第２温度１０２５℃に升温し、２００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａと１２ ｓｌｍのＮＨ3反応前駆物質を通過させ、該低温窒化ガリウム系緩衝積層上に厚み約０．２〜６ｕｍの高温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。この方法より得られた高温窒化ガリウム系緩衝層の転位密度 （ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）約１．５Ｘ１０8ｃｍ-2である。
【実施例４】
【００３５】
図１０に示すものは、以下の手順のフローにおける時間対温度のカーブ図である。サファイア基板の清掃を行う。サファイア基板を有機金属ＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）により反応チャンバのグラファイト・キャリアプレートに乗せて、清浄化された水素を通過させ、反応温度を１０４０℃〜１１００℃に升温し、本実施例において、１０６０℃により５分を維持し、基板表面に対する熱的浄化（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）を行う。
【００３６】
引き続き、基板１２の表面処理を行う。チャンバ内部温度を１０２５℃に引き下げて、この温度を第１温度とし、１５ ｓｌｍのＮＨ3と０．１８ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2Ｍｇ反応前駆物質を通過させ、１分を維持し、基板表面に厚み約６Åの窒化マグネシウム（ＭｇＮｘ）化合物層を形成する。
【００３７】
その後、Ｃｐ2Ｍｇ反応前駆物質の供給を中止し、２０ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）反応前駆物質を通過させ、４０秒間を維持することにより、高温窒化マグネシウム化合物層表面に厚み約６Åの第１窒化ガリウム系緩衝層を形成し、前記した窒化マグネシウム化合物層と第１窒化ガリウム系緩衝層は複数回を繰り返すことにより、窒化マグネシウム化合物層と第１窒化ガリウム系緩衝層を交互に堆積した積層を形成する。
【００３８】
引き続き、前述した第１窒化ガリウム系緩衝層のプロセスパラメータを用いて、該積層上に厚み約２０Åの第２窒化ガリウム系緩衝層を形成する。
【００３９】
その後、ＴＭＧａ反応前駆物質の供給を中止し、チャンバ内部温度を第２温度５３５℃にひき下げて、２０ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａ反応前駆物質を注入し、８５秒間を維持することにより、厚み約１７０Åの低温窒化ガリウム系緩衝層を形成する。
【００４０】
その後、ＴＭＧａ反応前駆物質の供給を中止し、温度を第３温度１０２５℃に升温し、２００ ｕｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧａと１２ ｓｌｍのＮＨ3反応前駆物質を通過させ、約０．２〜６ｕｍの高温窒化ガリウム系緩衝層を低温窒化ガリウム系緩衝層に形成する。この方法より得られた高温窒化ガリウム系緩衝層の転位密度 （ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｙ）約３．５Ｘ１０8ｃｍ-2である。
【実施例５】
【００４１】
サファイアを基板とし、実施例３に記述した緩衝層の形成方法により、該低温窒化ガリウム系緩衝層上に、厚み約１〜２ｕｍの高温窒化ガリウム系緩衝層を形成した後、この高温窒化ガリウム系緩衝層上に厚み約２〜３ｕｍのｎ型窒化ガリウム系接触層、窒化ガリウム系発光層、ｐ型窒化ガリウム系クラッド層、厚み０．２〜０．８ｕｍのｐ型窒化ガリウム系接触層を順番に形成する。そのうち、窒化ガリウム系発光層は少なくとも、窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムインジウムガリウム層より形成する多重量子井戸構造を含まれている。引き続きに、公知技術のダイス製造方法により、横向き電極構造を形成し、ＩＴＯを光透過導電層とし、ダイスの寸法は３８０Ｘ３２０（uｍ）とする。本実施例による波長４５５ｎｍの青色発光ダイオードに、２０ｍＡの稼働電流を入力した後、その光出力パワーは最大１２ｍＷ、かつ、稼働電圧は３．３ Ｖｏｌｔｓを下回る。さらに、特許文献５に開示された表面織り形状のエピタキシー構造において、光出力パワーは１４．５ｍＷまでに引き上げられる。本実施例による光透過導電層は、ＩＴＯのほか、公知技術のＩＺＯ、ＧＺＯ、ＴＣＯ、ＩＭＯ、ＡＺＯ、ＭＺＯとＩＣｅＯを含まれている。
【００４２】
以上に説明したとおり、本発明は一種の反応前駆物質Ｃｐ2ＭｇとＮＨ3を用いて、基板の表面処理を行い、基板表面のエネルギーを改変するほか、多層上の低温、高温窒化ガリウム系緩衝層と合せて、発光素子区域に接触する窒化インジウムガリウム層の転位密度を最小に軽減により、発光効率と良品率を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による一つの構造表示図である。
【図２】本発明によるもう一つの構造表示図である。
【図３】本発明の好ましい実施例による手順フロー図である。
【図４】本発明もう一つの好ましい実施例による手順フロー図である。
【図５】本発明さらに一つの好ましい実施例による手順フロー図である。
【図６】本発明もう一つの好ましい実施例による手順フロー図である。
【図７】本発明の好ましい実施例による、手順フローにおける時間対温度のカーブ図である。
【図８】本発明実施例２の手順フローにおける時間対温度のカーブ図である。
【図９】本発明実施例３の手順フローにおける時間対温度のカーブ図である。
【図１０】本発明実施例４の手順フローにおける時間対温度のカーブ図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  基板
２  窒化ガリウム系緩衝層
２２  低温窒化ガリウム系緩衝層
２４  高温窒化ガリウム系緩衝層
２６  積層
３  境界層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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