第3～5族化合物半导体和发光二极管制造技术

一种第３～５族化合物半导体，按顺序包括两个晶格失配层的一个界面，薄膜厚度为２５纳米或者更厚的一个中间层，以及一个量子井层。这种化合物半导体具有很高的结晶度和很高的质量，适合用于发光二极管。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及一种氮基第3～5族化合物半导体，具体而言，涉及用通式InxGayAlzN(其中x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的一种氮基第3～5族化合物半导体。在半导体发光二极管中，当发光层是由多层构成的时候，除非这些层具有完全相同的结构，发光光谱将是这些层不同光谱的重叠，结果是发光光谱被展宽了。也就是说，发射光的色纯度下降了。另一方面，采用单个发光层的时候，能够避免这个问题。此外，对于激光应用，当发光层包括多层的时候，发光层的整个厚度增加了，因而使得发光层本身的光吸收增大。因此，可以用单层发光层结构来降低激光振荡所需要的最小电流。另一方面，在氮基化合物半导体中，无法获得质量如此之高，面积如此之大从而能够用于晶体生长的晶体。因此，通常在不同的基底上进行所谓的异体外延生长。也就是说，首先利用晶格常数接近蓝宝石SiC之类的基底上生长出叫做缓冲层的一个非晶体或者细晶体薄膜，在这个薄膜上再生成这种化合物半导体晶体。但是，在这样获得的晶体中，存在大约108cm-2的非常高的密度错位。因此，很难从这种化合物半导体上形成高均匀度的薄膜，从而使得利用单层发光层很难获得很高的发光效率。因此，当前情况下在采用氮基化合物的发光二极管中是利用有多层发光层的所谓的多个量子井来提高发光效率的。因此，本专利技术的目的是利用具有很高结晶度和很高质量的氮基第3～5族化合物半导体，提供一种单量子井和利用它制作的发光二极光。专利技术简述本专利技术提供(1)一种第3～5族化合物半导体，按照以下顺序，它至少包括两个晶格失配层的一个界面，薄膜厚度为25nm或者更厚的一个中间层，以及一个量子井层。此外，本专利技术还提供(2)一种发光二极管，它是利用上述化合物半导体获得的。图2是实例1中生成的本专利技术的发光二极管的一个示意图。图中编号表示的含义如下。1基底2缓冲层3GaN层4InGaN层5中间层6井层7AlGaN隔离层8Si掺杂n-GaN层9未掺杂GaN层10Si掺杂n-GaN层专利技术详述本专利技术的氮基第3～5族化合物半导体在基底上按顺序具有两个晶格失配层的界面，一个中间层和一个单量子井结构。量子井层指的是用通式InxGayAlzN(其中x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的一层，它的厚度在5埃到90埃之间，夹在两层之间，跟这两层接触，这两层用通式Inx’Gay’Alz’N(其中x’+y’+z’＝1，0≤x’≤1，0≤y’≤1，0≤z’≤1)表示，比量子井层具有更大的带隙。以后在一些情形中，将夹住这个量子井的这两个夹层叫做隔离层，而将量子井层就叫做井层。此外，在一些情形中将量子井层和隔离层一起叫做量子井结构。在表示两个隔离层的通式中，x’、y’和z’可以互相相同或者互不相同。隔离层和井层的带隙差最好是0.1eV或者更大。当这个带隙差小于0.1eV的时候，将载流子限制在井层中是不够的，用作发光二极管的时候发光效率会下降。它最好是0.3eV以上。但是，当隔离层的带隙大于5eV的时候，电荷注入所需要的电压增高，因此，隔离层的带隙最好是5eV或者更小。本专利技术中中间层的特征在于它夹在井层和具有晶格失配的界面里跟井层最接近的界面之间，可以包括多层，总的薄膜厚度为25纳米或者更大。这个薄膜厚度最好是30纳米或者更大。当中间层的厚度小于25纳米的时候，在有些情况下，本专利技术的作用不明显。这样一个中间层可以跟一个井层接触，在这种情况下，它成为隔离层。这个中间层可以跟具有晶格失配的另一层形成一个界面，在这种情况下，它成为形成这个界面的两层中井层一侧的那一层。此外，中间层还可以跟井层接触，跟具有晶格失配的另一层形成一个界面，在这种情况下，中间层成为一个隔离层，以及形成界面的两层中井层一侧的那一层。在本专利技术中，至少必须存在具有晶格失配的两层的一个界面。在这里，“具有晶格失配”指的是沿着界面方向，这两层具有不同的晶格常数，在具有晶格失配的两层相互连接的情况下，产生晶格应变，使得晶格常数在界面方向上跟另一层的相同。总的来说，由于晶体受到了应力，晶体的晶格常数不同于原始晶格常数。当晶格失配的两层互相接触，并且这两层沿着界面方向分别具有原始晶格常数的时候，就不会出现晶格应变，晶格应变被完全松弛。当晶格失配的两层在界面方向具有相同晶格常数的时候，根本不存在晶格应变松弛。当晶格失配的两层互相连接，晶格应变被部分松弛的时候，虽然两层沿着连接的表面方向具有不同的晶格常数，但是存在完全松弛和完全没有松弛这两种情况之间的中间晶格常数，不同于没有任何晶格应变的情形。考虑本专利技术中晶格失配的最佳程度，它的绝对值是0.01％或者更大以及5％或者更小。在这里，在基底一侧的那一层沿着界面方向晶格常数的基础之上，通过基底一侧那一层晶格常数跟基底一侧那一层上叠上去的一层沿着界面方向的晶格常数的差，除以基底一侧那一层的晶格常数，计算出晶格失配的大小。当晶格失配的绝对值小于0.01％或者大于5％的时候，本专利技术的作用不明显。考虑上述化合物半导体中包括除了Ga以外的第3族元素的混合晶体，特别是包括In的那些，一般都很难生成高质量的厚膜。因此，在本专利技术中，最好是构成具有晶格失配的那些层的界面的层中的至少一层是一种跟GaN或者GaN具有晶格一致的混合晶体。此外，在本专利技术中形成具有晶格失配的界面的那些层中，通过晶格失配施加压缩应变比施加拉伸应变的效果更加明显。在形成具有晶格失配的界面的那些层的一层是用GaN做成的，另一层的晶格常数大于GaN的晶格常数这种叠层结构情况下，本专利技术的效果特别好。考虑形成晶格失配界面的那些层，最好是它的带隙大于井层的带隙，因为不能防止电荷注入井层。具体而言，将InGaN量子井层作为光发射层的时候，形成界面的那些层的晶格失配需要由AlGaN、GaN、InGaN构成，它们的InN混合晶体比小于光发射层的，并且InGaAlN的带隙大于光发射层的带隙。为了生长这些层，可以控制原料的馈送，还可以控制生长温度。特别是对于InGaN，可以提高生长温度来控制InN混合晶体比较小的层的生长，例如，InN混合晶体比强烈地依赖于生长温度。在附图说明图1中说明本专利技术中第3～5族化合物半导体的一个结构实例。在图1所示的实例中，缓冲层2、GaN层3、InGaN层4、GaN层5、InGaN层6和GaAlN层7按照这个顺序在基底1上分层。GaN层3和InGaN层4之间的界面以及InGaN层4和GaN层5之间的界面是本专利技术中两个晶格失配层的界面，InGaN层6是一个井层，GaN层5和AlGaN层7是隔离层。GaN层5构成两个晶格失配层中的一层，同时作为中间层和隔离层。GaN层5，中间层，的薄膜厚度是30纳米或者更厚。InGaN层6，井层，的薄膜厚度是5埃或者更大，以及90埃或者更小。虽然图1所示的实例描述了一种简单结构，用以简单地说明本专利技术的内容，但是，还可以采用更加复杂的结构而不会偏离本专利技术的范围。例如，虽然每一层中构成元素的数量是2，比如GaN，或者3，比如GaAlN和InGaN，但是也可以采用用InGaAlN表示的混合晶体。此外，在这个实例中，是中间层的GaN层5以及是井层的InGaN层6直接接触，但是也可以在它们之间再加上一层或者多层。在这个实例中，两个晶格失配层的界面以及是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种第３～５族氮基化合物半导体，按顺序至少包括两个晶格失配层的一个界面、薄膜厚度为２５纳米或者更大的一个中间层以及一个单量子井结构。

【技术特征摘要】
JP 2001-6-7 172262/011.一种第3～5族氮基化合物半导体，按顺序至少包括两个晶格失配层的一个界面、薄膜厚度为25纳米或者更大的一个中间层以及一个单量子井结构。2.权利要求1的第3～5族化合物半导体，其中单量子井结构中的量子井层用通式InxGayAlzN(其中x+y+z＝1，0＜x≤1，0≤y＜1，0≤z＜1)表示。3.权利要求1的第3～5族化合物半导体，其中的晶格失配被部分地松弛或者一点也没有松弛。4.权利要求1～3中任意一个的第3～5族化合物半导体，其中晶格失配的两层具有叠层结构，由GaN的晶格匹配层和GaN的晶格失配层构成。5.权利要求1～3中任意一个的第3～5族化合物半导体，其中晶格失配的两层具有叠层结构，包括GaN的晶格...

【专利技术属性】
技术研发人员：家近泰，土田良彦，小野善伸，清水诚也，
申请(专利权)人：住友化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]