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OPTICAL SEMICONDUCTOR ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF achieved

Patent code P08P006030
File No. 0705-05
Posted date Mar 13, 2009
Application number P2007-219890
Publication number P2009-054780A
Patent number P4538476
Date of filing Aug 27, 2007
Date of publication of application Mar 12, 2009
Date of registration Jun 25, 2010
Inventor
  • (In Japanese)平山 秀樹
  • (In Japanese)大橋 智昭
  • (In Japanese)鎌田 憲彦
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人理化学研究所
  • (In Japanese)国立大学法人埼玉大学
Title OPTICAL SEMICONDUCTOR ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the light emission intensity of a deep ultraviolet light LED by arranging a buffer layer having good lattice matching with an AlGaN-based material on a sapphire substrate.
SOLUTION: An AlN high-quality buffer on the sapphire substrate has an AlN nucleation layer 3, a pulse supply AlN layer 5, and a continuous growth AlN layer 7. On the continuous growth AlN layer 7, at least one pair of a pulse supply AlN layer 11 and a continuous growth AlN layer 15 are formed. The AlN layer 3 is grown in an initial nucleation mode as a first growth mode by using an NH3 pulse supply method. The pulse supply AlN layer 5 is formed in a low-speed growth mode wherein a grain size is expanded to reduce dislocation as a second growth mode by using NH3 pulse supply, and while dislocation is reduced, the nucleation layer 3 can be buried. The continuous growth AlN layer 7 is formed in a mode which is a high-speed longitudinal growth mode and wherein flatness is improved and cracking is suppressed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


近年、V族元素に窒素を含む窒化物半導体材料がpn接合を利用した発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子の分野で脚光を浴び、研究開発が行われている。AlN、GaN、InNをはじめとする窒化物半導体は直接遷移型の半導体であり、さらに、三元混晶や四元混晶では組成を適宜設定してバンドギャップを変化させることにより赤外から深紫外までの光を放射できるという特徴を有する。



さらに、AlGaInN四元混晶を発光層の材料として用い紫外領域の光を放射する半導体発光素子が注目されている(例えば、特許文献1参照)。AlGaInN層は、Inを含んでいるにもかかわらず、360nm以下の波長域に発光ピーク波長を設定することが可能であり、内部量子効率もInGaN層と同程度まで改善できることが報告されている。
【特許文献1】
特開平9-64477号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、光半導体素子及びその製造方法に関し、特に、III-V族化合物半導体を用いた深紫外発光素子技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
サファイア基板にIII族窒化物層を形成する工程であって、前記サファイア基板側から順番に、核形成層を形成する工程と、III族のソースを供給しながら窒素のソースを時間的にパルス状に供給するパルス供給により形成した窒素ソースパルス供給層形成工程と、III族と窒素とのソースを連続して供給することにより形成した連続供給層形成工程と、バッファ層を形成する工程と、を備え、
前記核形成層を形成する工程は、V-III比が低いAlリッチの条件にすることで、表面をIII族極性とする条件で、III族ソースを連続的に供給するとともに、窒素のソースを断続的に供給する処理を1サイクルとして、このサイクルを継続するステップであることを特徴とする半導体構の形成方法。

【請求項2】
 
前記窒素ソースパルス供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で、窒素ソースのパルス供給を用い第2の成長モードであるグレインサイズを拡張するステップであることを特徴とする請求項1に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項3】
 
前記連続供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項4】
 
サファイア基板にAlN層を形成する工程であって、前記サファイア基板側から順番に、核形成層を形成する工程と、アルミニウムのソースを供給しながら窒素のソースを時間的にパルス状に供給するパルス供給により形成した窒素ソースパルス供給層形成工程と、アルミニウムと窒素とのソースを連続して供給することにより形成した連続供給層形成工程と、バッファ層を形成する工程と、を備え、
前記核形成層を形成する工程は、V-III比が低いAlリッチの条件にすることで、表面をIII族極性とする条件で、アルミニウムソースを連続的に供給するとともに、窒素のソースを断続的に供給する処理を1サイクルとして、このサイクルを継続するステップであることを特徴とする半導体構造の形成方法。

【請求項5】
 
前記窒素ソースパルス供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりもV-III比が高い条件で、窒素ソースのパルス供給を用い第2の成長モードであるグレインサイズを拡張するステップであることを特徴とする請求項4に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項6】
 
前記連続供給層形成工程は、前記核形成層を形成する工程よりも窒素-アルミニウム比が高い条件で行われることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項7】
 
前記核形成層を形成する工程を、パルス供給により形成することを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項8】
 
前記パルス供給により形成する工程はNソースを断続的に供給する工程を有することを特徴とする請求項4から7までのいずれか1項に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項9】
 
Alソースを連続的に供給することを特徴とする請求項8に記載の半導体構造の形成方法。

【請求項10】
 
前記パルス供給層と前記連続供給層との組を複数組設ける工程を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体構造の形成方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007219890thum.jpg
State of application right Registered
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