JP2000091630A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の発光強
度を向上させること。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１０
０において、AlX Ga1-XN (0≦X ≦0.06) より形成され
たｎクラッド層１４Ｂを設ける。ｎクラッド層１４Ｂの
Al組成比X 及び膜厚を調整することにより、発光強度が
向上する。
度を向上させること。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１０
０において、AlX Ga1-XN (0≦X ≦0.06) より形成され
たｎクラッド層１４Ｂを設ける。ｎクラッド層１４Ｂの
Al組成比X 及び膜厚を調整することにより、発光強度が
向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光の効率を向上
させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
本発明は特に紫外線発光の窒化ガリウム系化合物半導体
素子に有効である。
させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
本発明は特に紫外線発光の窒化ガリウム系化合物半導体
素子に有効である。
【０００２】
【従来の技術】基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子の代表的なものとして
は、次のようなものがある。即ち、サファイヤを基板と
し、その上から、窒化アルミニウム(AlN) より成るバッ
ファ層、ｎ型層であるシリコン(Si)ドープのGaN から成
る高キャリア濃度のｎクラッド及びｎコンタクト層、In
GaN から成る発光層、ｐ型層であるマグネシウム(Mg)ド
ープのAlGaN から成るｐクラッド層、及び、ｐ型層であ
るマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成るｐコンタクト
層が順次積層されたものが知られている。発光層として
はGaN から成るバリア層とInGaN から成る井戸層とが交
互に積層された多重量子井戸(MQW) 構造の発光層も有用
である。また、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた紫
外線発光素子は、発光層にInGaN 又はAlGaN を用いたも
のが知られている。発光層にInGaN を用いた場合には、
Inの組成比が 5.5％以下の時、バンド間発光で波長 380
nm以下の紫外線が得られている。また、発光層にAlGaN
を用いた場合には、Alの組成比が16％程度で、亜鉛(Zn)
とシリコン(Si)とを添加して、ドナー・アクセプタ対発
光により、波長 380nmの紫外線が得られている。
ら成る層が積層された発光素子の代表的なものとして
は、次のようなものがある。即ち、サファイヤを基板と
し、その上から、窒化アルミニウム(AlN) より成るバッ
ファ層、ｎ型層であるシリコン(Si)ドープのGaN から成
る高キャリア濃度のｎクラッド及びｎコンタクト層、In
GaN から成る発光層、ｐ型層であるマグネシウム(Mg)ド
ープのAlGaN から成るｐクラッド層、及び、ｐ型層であ
るマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成るｐコンタクト
層が順次積層されたものが知られている。発光層として
はGaN から成るバリア層とInGaN から成る井戸層とが交
互に積層された多重量子井戸(MQW) 構造の発光層も有用
である。また、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた紫
外線発光素子は、発光層にInGaN 又はAlGaN を用いたも
のが知られている。発光層にInGaN を用いた場合には、
Inの組成比が 5.5％以下の時、バンド間発光で波長 380
nm以下の紫外線が得られている。また、発光層にAlGaN
を用いた場合には、Alの組成比が16％程度で、亜鉛(Zn)
とシリコン(Si)とを添加して、ドナー・アクセプタ対発
光により、波長 380nmの紫外線が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、報告されてい
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、必ずしも最
適化されておらず、発光効率がまだ低いという問題があ
る。
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、必ずしも最
適化されておらず、発光効率がまだ低いという問題があ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために成されたものであり、その目的は、窒化ガ
リウム系化合物半導体素子の発光効率を向上させること
である。
決するために成されたものであり、その目的は、窒化ガ
リウム系化合物半導体素子の発光効率を向上させること
である。
【０００５】上記の課題を解決するための第１の手段
は、ｐ型層（ｐクラッド層）とｎ型層（ｎクラッド層）
とで発光層を挟んだダブルヘテロ接合の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子において、ｎクラッド層を不純物
でドープされたAlX Ga1-X N (0≦X ≦0.06) より形成す
ることである。また、第２の手段は、上記の手段におい
て、ｎクラッド層から見て前記発光層とは逆側に、ｎク
ラッド層に接合するInY Ga1-Y N (0.02 ≦Y ≦0.04) か
ら成る歪み緩和層を設けたことである。また、第３の手
段は、上記の手段において、発光層を多重量子井戸構造
で構成することである。また、第４の手段は、上記の手
段において、ｎクラッド層の膜厚を 50nm以上300nm以
下とすることである。また、第５の手段は、上記の手段
において、ｎクラッド層の膜厚を 150nm以上250nm以下
とすることである。更に、第６の手段としては、発光波
長が紫外線領域であるよう設計することである。これら
の手段により、上記の課題を解決することができる。
は、ｐ型層（ｐクラッド層）とｎ型層（ｎクラッド層）
とで発光層を挟んだダブルヘテロ接合の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子において、ｎクラッド層を不純物
でドープされたAlX Ga1-X N (0≦X ≦0.06) より形成す
ることである。また、第２の手段は、上記の手段におい
て、ｎクラッド層から見て前記発光層とは逆側に、ｎク
ラッド層に接合するInY Ga1-Y N (0.02 ≦Y ≦0.04) か
ら成る歪み緩和層を設けたことである。また、第３の手
段は、上記の手段において、発光層を多重量子井戸構造
で構成することである。また、第４の手段は、上記の手
段において、ｎクラッド層の膜厚を 50nm以上300nm以
下とすることである。また、第５の手段は、上記の手段
において、ｎクラッド層の膜厚を 150nm以上250nm以下
とすることである。更に、第６の手段としては、発光波
長が紫外線領域であるよう設計することである。これら
の手段により、上記の課題を解決することができる。
【０００６】
【作用及び発明の効果】本発明により、発光層に接合す
るｎクラッド層をAlX Ga1-X N (0≦X ≦0.06)としたこ
とで、発光層から正孔がｎクラッド層を越えて下層のｎ
層側に漏れることを抑えることができる。また、ｎクラ
ッド層上に成長する発光層の格子不整を緩和させること
ができ、発光層の結晶性を向上させることができる。こ
れにより発光効率が向上するこの発光素子の発光強度
は、AlX Ga1-X N より成るｎクラッド層のアルミニウム
(Al)組成比X と強い相関を持つ。AlX Ga1-X N より成る
ｎクラッド層のアルミニウム(Al)組成比X の異なる試料
を多数作成し、そのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
による発光強度を測定した結果を示すグラフを図２に示
す。この図から判るように、上記の発光素子の発光強度
は、アルミニウム(Al)の存在により強くなり、組成比X
が0.05の近辺でピークを持っており、特に0.03≦X ≦0.
06の範囲において高光度を示す。アルミニウム(Al)組成
比X が0.03よりも小さいと、ｎクラッド層の無い発光素
子に近く、正孔がｎクラッド層を越えて下層のｎ層側に
漏れる。また、アルミニウム(Al)組成比X が0.06よりも
大きくなるとアルミニウム(Al)が多過ぎ、発光層の結晶
性が低下するため、発光強度が落ちると考えられる。ま
た、AlX Ga1-X N より成るｎクラッド層の膜厚の異なる
試料を多数作成し、そのＥＬによる発光強度を測定した
結果を示すグラフを図３に示す。この図からも判るよう
に、発光強度に対するｎクラッド層の作用効果は、ｎク
ラッド層の厚さが 200nmの近辺でピークを持っており、
50nm以上 300nm以下の範囲において大きく、 150nm以上
250nm以下の範囲において特に大きい。
るｎクラッド層をAlX Ga1-X N (0≦X ≦0.06)としたこ
とで、発光層から正孔がｎクラッド層を越えて下層のｎ
層側に漏れることを抑えることができる。また、ｎクラ
ッド層上に成長する発光層の格子不整を緩和させること
ができ、発光層の結晶性を向上させることができる。こ
れにより発光効率が向上するこの発光素子の発光強度
は、AlX Ga1-X N より成るｎクラッド層のアルミニウム
(Al)組成比X と強い相関を持つ。AlX Ga1-X N より成る
ｎクラッド層のアルミニウム(Al)組成比X の異なる試料
を多数作成し、そのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
による発光強度を測定した結果を示すグラフを図２に示
す。この図から判るように、上記の発光素子の発光強度
は、アルミニウム(Al)の存在により強くなり、組成比X
が0.05の近辺でピークを持っており、特に0.03≦X ≦0.
06の範囲において高光度を示す。アルミニウム(Al)組成
比X が0.03よりも小さいと、ｎクラッド層の無い発光素
子に近く、正孔がｎクラッド層を越えて下層のｎ層側に
漏れる。また、アルミニウム(Al)組成比X が0.06よりも
大きくなるとアルミニウム(Al)が多過ぎ、発光層の結晶
性が低下するため、発光強度が落ちると考えられる。ま
た、AlX Ga1-X N より成るｎクラッド層の膜厚の異なる
試料を多数作成し、そのＥＬによる発光強度を測定した
結果を示すグラフを図３に示す。この図からも判るよう
に、発光強度に対するｎクラッド層の作用効果は、ｎク
ラッド層の厚さが 200nmの近辺でピークを持っており、
50nm以上 300nm以下の範囲において大きく、 150nm以上
250nm以下の範囲において特に大きい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１１上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子１０
０の模式的な断面構成図である。基板１１の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層１
２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から
成る膜厚約3000nmのｎコンタクト層１３が形成されてい
る。このｎコンタクト層１３の上にノンドープのIn0.03
Ga0.97N から成る膜厚約 180nmの歪み緩和層１４Ａが形
成されている。この歪み緩和層１４Ａは、サファイア基
板１１と発光層１５との熱膨張係数の違いにより生じる
発光層１５に掛かる応力を緩和するためのものである。
そして、歪み緩和層１４Ａの上に、シリコン(Si)ドープ
のAl0.05Ga0.95N から成る膜厚約 200nmのｎクラッド層
１４Ｂが形成されている。
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１１上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子１０
０の模式的な断面構成図である。基板１１の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層１
２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から
成る膜厚約3000nmのｎコンタクト層１３が形成されてい
る。このｎコンタクト層１３の上にノンドープのIn0.03
Ga0.97N から成る膜厚約 180nmの歪み緩和層１４Ａが形
成されている。この歪み緩和層１４Ａは、サファイア基
板１１と発光層１５との熱膨張係数の違いにより生じる
発光層１５に掛かる応力を緩和するためのものである。
そして、歪み緩和層１４Ａの上に、シリコン(Si)ドープ
のAl0.05Ga0.95N から成る膜厚約 200nmのｎクラッド層
１４Ｂが形成されている。
【０００８】そしてｎクラッド層１４Ｂの上に膜厚約
3.5nmのAl0.13Ga0.87N から成るバリア層１５１と膜厚
約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る井戸層１５２とが交互
に積層された多重量子井戸構造(MQW) の発光層１５が形
成されている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は
５層である。発光層１５の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N か
ら成る膜厚約25nmのｐクラッド層１６が形成されてい
る。更に、ｐクラッド層１６の上にはｐ型GaN から成る
膜厚約 100nmのｐコンタクト層１７が形成されている。
3.5nmのAl0.13Ga0.87N から成るバリア層１５１と膜厚
約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る井戸層１５２とが交互
に積層された多重量子井戸構造(MQW) の発光層１５が形
成されている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は
５層である。発光層１５の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N か
ら成る膜厚約25nmのｐクラッド層１６が形成されてい
る。更に、ｐクラッド層１６の上にはｐ型GaN から成る
膜厚約 100nmのｐコンタクト層１７が形成されている。
【０００９】また、ｐコンタクト層１７の上には金属蒸
着による透光性の電極１８Ａが、ｎコンタクト層１３上
には電極１８Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａ
は、ｐコンタクト層１７に接合する膜厚約 1.5nmのコバ
ルト(Co)と、Coに接合する膜厚約 6nmの金(Au)とで構成
されている。電極１８Ｂは膜厚約20nmのバナジウム(V)
と、膜厚約1800nmのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成
されている。電極１８Ａ上の一部には、Co若しくはNi又
はV とAu、Al、又は、それらの合金から成る膜厚約1500
nmの電極パッド２０が形成されている。
着による透光性の電極１８Ａが、ｎコンタクト層１３上
には電極１８Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａ
は、ｐコンタクト層１７に接合する膜厚約 1.5nmのコバ
ルト(Co)と、Coに接合する膜厚約 6nmの金(Au)とで構成
されている。電極１８Ｂは膜厚約20nmのバナジウム(V)
と、膜厚約1800nmのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成
されている。電極１８Ａ上の一部には、Co若しくはNi又
はV とAu、Al、又は、それらの合金から成る膜厚約1500
nmの電極パッド２０が形成されている。
【００１０】次に、この発光素子１００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（以下「MOVPE 」と略す）による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以
下「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)
3)（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In
(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP
2Mg 」と記す）である。まず、有機洗浄及び熱処理によ
り洗浄したａ面を主面とした単結晶の基板１１をMOVPE
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板１１を
ベーキングした。次に、基板１１の温度を 400℃まで低
下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッファ
層１２を約25nmの膜厚に形成した。
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（以下「MOVPE 」と略す）による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以
下「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)
3)（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In
(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP
2Mg 」と記す）である。まず、有機洗浄及び熱処理によ
り洗浄したａ面を主面とした単結晶の基板１１をMOVPE
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板１１を
ベーキングした。次に、基板１１の温度を 400℃まで低
下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッファ
層１２を約25nmの膜厚に形成した。
【００１１】次に、基板１１の温度を1150℃に保持し、
H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約3000nm、電
子濃度 2×1018/cm3のGaN から成るｎコンタクト層１３
を形成した。次に、基板１１の温度を 850℃にまで低下
させて、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜
厚約 180nmのノンドープのIn0.03Ga0.97 Nから成る歪み
緩和層１４Ａを形成した。上記の歪み緩和層１４Ａを形
成した後、再び基板１１の温度を1150℃にまで昇温し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びシランを供給して、電
子濃度 8×1017/cm3のAl0.05Ga0.95N から成る膜厚 200
nmのｎクラッド層１４Ｂを形成した。
H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約3000nm、電
子濃度 2×1018/cm3のGaN から成るｎコンタクト層１３
を形成した。次に、基板１１の温度を 850℃にまで低下
させて、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜
厚約 180nmのノンドープのIn0.03Ga0.97 Nから成る歪み
緩和層１４Ａを形成した。上記の歪み緩和層１４Ａを形
成した後、再び基板１１の温度を1150℃にまで昇温し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びシランを供給して、電
子濃度 8×1017/cm3のAl0.05Ga0.95N から成る膜厚 200
nmのｎクラッド層１４Ｂを形成した。
【００１２】次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMA を供
給して、膜厚約 3.5nmのAl0.13Ga0. 87N から成るバリア
層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及び
TMIを供給して、膜厚約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る
井戸層１５２を形成した。更に、バリア層１５１と井戸
層１５２を同一条件で４周期形成し、その上にAl0.13Ga
0.87N から成るバリア層１５１を形成した。このように
してMQW 構造の発光層１５を形成した。
給して、膜厚約 3.5nmのAl0.13Ga0. 87N から成るバリア
層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及び
TMIを供給して、膜厚約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る
井戸層１５２を形成した。更に、バリア層１５１と井戸
層１５２を同一条件で４周期形成し、その上にAl0.13Ga
0.87N から成るバリア層１５１を形成した。このように
してMQW 構造の発光層１５を形成した。
【００１３】次に、基板１１の温度を1150℃に保持し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給して、膜
厚約25nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るｐクラッド層１６を形成した。次に、基
板１１の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3 、TMG
及びCP2Mg を供給して、膜厚約 100nm、Mgをドープした
ｐ型GaN から成るｐコンタクト層１７を形成した。次
に、ｐコンタクト層１７の上にエッチングマスクを形成
し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われてい
ない部分のｐコンタクト層１７、ｐクラッド層１６、発
光層１５、歪み緩和層１４、ｎコンタクト層１３の一部
を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングにより
エッチングして、ｎコンタクト層１３の表面を露出させ
た。次に、以下の手順で、ｎコンタクト層１３に対する
電極１８Ｂと、ｐコンタクト層１７に対する透光性の電
極１８Ａとを形成した。
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給して、膜
厚約25nm、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るｐクラッド層１６を形成した。次に、基
板１１の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3 、TMG
及びCP2Mg を供給して、膜厚約 100nm、Mgをドープした
ｐ型GaN から成るｐコンタクト層１７を形成した。次
に、ｐコンタクト層１７の上にエッチングマスクを形成
し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われてい
ない部分のｐコンタクト層１７、ｐクラッド層１６、発
光層１５、歪み緩和層１４、ｎコンタクト層１３の一部
を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングにより
エッチングして、ｎコンタクト層１３の表面を露出させ
た。次に、以下の手順で、ｎコンタクト層１３に対する
電極１８Ｂと、ｐコンタクト層１７に対する透光性の電
極１８Ａとを形成した。
【００１４】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりｎコンタクト層１３の露出面上の所定領
域に窓を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約20nmのバナジウム(V) と膜厚約1800nmの
Alを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これ
によりｎコンタクト層１３の露出面上に電極１８Ｂが形
成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐコンタクト層１７の上の
電極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成
する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたｐコ
ンタクト層１７上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約 1.5nmのCoを成膜し、このCo上に膜厚
約 6nmのAuを成膜する。
グラフィによりｎコンタクト層１３の露出面上の所定領
域に窓を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約20nmのバナジウム(V) と膜厚約1800nmの
Alを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これ
によりｎコンタクト層１３の露出面上に電極１８Ｂが形
成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐコンタクト層１７の上の
電極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成
する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたｐコ
ンタクト層１７上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約 1.5nmのCoを成膜し、このCo上に膜厚
約 6nmのAuを成膜する。
【００１５】(4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、ｐコンタクト層１７上に透光性の電極１８Ａ
を形成する。 (5) 次に、透光性の電極１８Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、Co若しくはNi又はV
とAu、Al、又は、それらの合金を膜厚1500nm程度に、蒸
着により成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法
により、フォトレジスト上に堆積したCo若しくはNi又は
V とAu、Al、又はそれらの合金から成る膜を除去して、
電極パッド２０を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、ｐコンタクト層１７、
ｐクラッド層１６をｐ型低抵抗化すると共にｐコンタク
ト層１７と電極１８Ａとの合金化処理、ｎコンタクト層
１３と電極１８Ｂとの合金化処理を行った。このように
して、発光素子１００を形成した。
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、ｐコンタクト層１７上に透光性の電極１８Ａ
を形成する。 (5) 次に、透光性の電極１８Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、Co若しくはNi又はV
とAu、Al、又は、それらの合金を膜厚1500nm程度に、蒸
着により成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法
により、フォトレジスト上に堆積したCo若しくはNi又は
V とAu、Al、又はそれらの合金から成る膜を除去して、
電極パッド２０を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、ｐコンタクト層１７、
ｐクラッド層１６をｐ型低抵抗化すると共にｐコンタク
ト層１７と電極１８Ａとの合金化処理、ｎコンタクト層
１３と電極１８Ｂとの合金化処理を行った。このように
して、発光素子１００を形成した。
【００１６】次に、上記と同様にして、AlX Ga1-X N よ
り成るｎクラッド層のアルミニウム(Al)組成比X の異な
る試料を多数作成し、そのＥＬによる発光強度を測定し
た結果を示すグラフを図２に示す。この図から判るよう
に、発光素子１００の発光強度は、ｎクラッド層のアル
ミニウム(Al)の存在により強くなり、組成比X が0.03≦
X ≦0.06の範囲において特に高光度を示し、更に望まし
くは0.04≦X ≦0.055である。また、AlX Ga1-X N より
成るｎクラッド層の厚さの異なる試料を多数作成し、そ
のＥＬによる発光強度を測定した結果を示すグラフを図
３に示す。この図から判るように、AlX Ga1-X N より成
るｎクラッド層の厚さは、50nm以上 300nm以下、より好
ましくは 150nm以上 250nm以下であればよい。
り成るｎクラッド層のアルミニウム(Al)組成比X の異な
る試料を多数作成し、そのＥＬによる発光強度を測定し
た結果を示すグラフを図２に示す。この図から判るよう
に、発光素子１００の発光強度は、ｎクラッド層のアル
ミニウム(Al)の存在により強くなり、組成比X が0.03≦
X ≦0.06の範囲において特に高光度を示し、更に望まし
くは0.04≦X ≦0.055である。また、AlX Ga1-X N より
成るｎクラッド層の厚さの異なる試料を多数作成し、そ
のＥＬによる発光強度を測定した結果を示すグラフを図
３に示す。この図から判るように、AlX Ga1-X N より成
るｎクラッド層の厚さは、50nm以上 300nm以下、より好
ましくは 150nm以上 250nm以下であればよい。
【００１７】なお、上記の実施例では、発光素子１００
の発光層１５は多重量子井戸構造としたが、発光層の構
造は、単一量子井戸構造でもよい。また、ｎクラッド層
と歪み緩和層以外の層である、バリア層、井戸層、ｐク
ラッド層、ｎ及びｐコンタクト層は、任意の混晶比の４
元、３元、２元系のAlX Ga1-X-Y InY N （０≦X ≦１，
０≦Y ≦１）としても良い。また、歪み緩和層が無いと
効果が低減するが、無くとも従来の発光素子よりは出力
は大きくなる。また、ｐ型不純物としてMgを用いたがベ
リリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いることがで
きる。また、本発明は発光素子のみならず受光素子にも
利用することができる。
の発光層１５は多重量子井戸構造としたが、発光層の構
造は、単一量子井戸構造でもよい。また、ｎクラッド層
と歪み緩和層以外の層である、バリア層、井戸層、ｐク
ラッド層、ｎ及びｐコンタクト層は、任意の混晶比の４
元、３元、２元系のAlX Ga1-X-Y InY N （０≦X ≦１，
０≦Y ≦１）としても良い。また、歪み緩和層が無いと
効果が低減するが、無くとも従来の発光素子よりは出力
は大きくなる。また、ｐ型不純物としてMgを用いたがベ
リリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いることがで
きる。また、本発明は発光素子のみならず受光素子にも
利用することができる。
【図１】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体発光素子１００の構造を示した模式的断面図。
半導体発光素子１００の構造を示した模式的断面図。
【図２】ｎクラッド層１４Ｂ（AlX Ga1-X N ）のアルミ
ニウム(Al)組成比X と発光強度との相関を示すグラフ。
ニウム(Al)組成比X と発光強度との相関を示すグラフ。
【図３】ｎクラッド層１４Ｂ（AlX Ga1-X N ）の膜厚と
発光強度との相関を示すグラフ。
発光強度との相関を示すグラフ。
１１ サファイア基板 １２ バッファ層 １３ ｎコンタクト層 １４Ａ 歪み緩和層 １４Ｂ ｎクラッド層 １５ 発光層 １６ ｐクラッド層 １７ ｐコンタクト層 １８Ａ ｐ電極 １８Ｂ ｎ電極 ２０ 電極パッド １００ 発光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA05 CA12 CA34 CA65 CA74 CA82
Claims (6)
- 【請求項１】 ｐ型層とｎ型層とで発光層を挟んだダブ
ルヘテロ接合の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、 ｎ型層が、不純物がドープされたAlX Ga1-X N (0≦X ≦
0.06) より形成されることを特徴とする窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型層から見て前記発光層とは逆側
に、InY Ga1-Y N (0.02 ≦Y ≦0.04) より形成される歪
み緩和層を有する、請求項１に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記発光層は多重量子井戸構造で構成さ
れたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 ｎ型層の膜厚は 50nm以上 300nm以下で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】 ｎ型層の膜厚は 150nm以上 250nm以下で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】 発光波長が紫外線領域である、請求項１
乃至請求項５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP27645498A JP3712870B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| US09/394,527 US6423984B1 (en) | 1998-09-10 | 1999-09-10 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US10/166,371 US6853009B2 (en) | 1998-09-10 | 2002-06-11 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US10/634,836 US7045809B2 (en) | 1998-09-10 | 2003-08-06 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27645498A JP3712870B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3712870B2 JP3712870B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=17569672
Family Applications (1)
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| JP27645498A Expired - Fee Related JP3712870B2 (ja) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3712870B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002005399A1 (en) * | 2000-07-07 | 2002-01-17 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| WO2002089220A1 (fr) | 2001-04-25 | 2002-11-07 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element luminescent a semi-conducteurs contenant un compose de nitrure du groupe iii |
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| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| CN102064254A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 高质量氮化镓系发光二极管 |
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-
1998
- 1998-09-10 JP JP27645498A patent/JP3712870B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR100803100B1 (ko) * | 2000-07-07 | 2008-02-13 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자 |
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| EP1313187A4 (en) * | 2000-07-07 | 2005-12-21 | Nichia Corp | nitride semiconductor |
| US7119378B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
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| KR100803101B1 (ko) * | 2000-07-07 | 2008-02-13 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자 |
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| US8309948B2 (en) | 2000-07-07 | 2012-11-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| EP2262068A3 (en) * | 2000-07-07 | 2012-04-25 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
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| WO2002089220A1 (fr) | 2001-04-25 | 2002-11-07 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element luminescent a semi-conducteurs contenant un compose de nitrure du groupe iii |
| EP1383176A4 (en) * | 2001-04-25 | 2007-05-23 | Toyoda Gosei Kk | SEMICONDUCTOR LUMINESCENT ELEMENT CONTAINING GROUP III NITRIDE COMPOUND |
| EP1383176A1 (en) * | 2001-04-25 | 2004-01-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Iii group nitride compound semiconductor luminescent element |
| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| CN102064254A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 高质量氮化镓系发光二极管 |
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