JP2002094110A - 発光ダイオードの構造 - Google Patents
発光ダイオードの構造Info
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- JP2002094110A JP2002094110A JP2000277159A JP2000277159A JP2002094110A JP 2002094110 A JP2002094110 A JP 2002094110A JP 2000277159 A JP2000277159 A JP 2000277159A JP 2000277159 A JP2000277159 A JP 2000277159A JP 2002094110 A JP2002094110 A JP 2002094110A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属と半導体材料間に適度な抵抗値のｐ型オ
ーミック接触電極を形成させ、バンドギャップの大きい
発光ダイオードの性能が制限されないＧａＮ系の発光ダ
イオードを提供する。 【解決手段】 ｐ型ＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体上
に、マルチデジタルＧａＮ/ＧａＰ層である半導体堆積
層を、さらにその上にｐ型ＧａＮの接触層を成長させて
低抵抗のｐ型オーミック接触電極を形成させるか、又
は、ｐ型Ｇａ（ｎ、ｐ）の線形変調（Liner Gradual Co
mpositin）のバッファー層を成長させ、この上にｐ型Ｇ
ａＰを成長させるか、若しくは、ｐ型ＧａＰ接触層を直
接成長させることにより、AuBe、AuZnなどの金属と良好
なｐ型オーミック接触電極を形成させる。
ーミック接触電極を形成させ、バンドギャップの大きい
発光ダイオードの性能が制限されないＧａＮ系の発光ダ
イオードを提供する。 【解決手段】 ｐ型ＧａＮ系III−Ｖ族化合物半導体上
に、マルチデジタルＧａＮ/ＧａＰ層である半導体堆積
層を、さらにその上にｐ型ＧａＮの接触層を成長させて
低抵抗のｐ型オーミック接触電極を形成させるか、又
は、ｐ型Ｇａ（ｎ、ｐ）の線形変調（Liner Gradual Co
mpositin）のバッファー層を成長させ、この上にｐ型Ｇ
ａＰを成長させるか、若しくは、ｐ型ＧａＰ接触層を直
接成長させることにより、AuBe、AuZnなどの金属と良好
なｐ型オーミック接触電極を形成させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードの構造
に関し、詳しくは、バンドギャップの大きい発光ダイオ
ードが、ｐ型オーミック電極の作製において、金属電極
と半導体材料の間により適度な接触抵抗を得ることで、
その性能が高められるものである。
に関し、詳しくは、バンドギャップの大きい発光ダイオ
ードが、ｐ型オーミック電極の作製において、金属電極
と半導体材料の間により適度な接触抵抗を得ることで、
その性能が高められるものである。
【０００２】
【従来の技術】米国アメリカ合衆国特許第５，５６３，
４２２号は、ＧａＮ系のIII‐Ｖ族化合物半導体エレメ
ントの作製方法とオーミック電極の研究に関する一連の
発明である。これらの発明は、図１に示すように、ｐ型
電極１５とｎ型電極１４からなるＧａＮ系のIII‐Ｖ族
発光ダイオード１０の作製を開示している。これは、基
板１１と、該基板１１上に配置され、ｎ型ＧａＮ系のII
I‐Ｖ族化合物半導体１２と、ｐ型ＧａＮ系のIII‐Ｖ族
化合物半導体１３とからなる半導体堆積構造と、該ｎ型
半導体層と接触するｎ型電極（第１電極）１４と、該ｐ
型半導体層と接触するｐ型電極（第２電極）１５と、該
第２電極１５上の溶接プレート１６とから構成され、金
属材料を含むものである。
４２２号は、ＧａＮ系のIII‐Ｖ族化合物半導体エレメ
ントの作製方法とオーミック電極の研究に関する一連の
発明である。これらの発明は、図１に示すように、ｐ型
電極１５とｎ型電極１４からなるＧａＮ系のIII‐Ｖ族
発光ダイオード１０の作製を開示している。これは、基
板１１と、該基板１１上に配置され、ｎ型ＧａＮ系のII
I‐Ｖ族化合物半導体１２と、ｐ型ＧａＮ系のIII‐Ｖ族
化合物半導体１３とからなる半導体堆積構造と、該ｎ型
半導体層と接触するｎ型電極（第１電極）１４と、該ｐ
型半導体層と接触するｐ型電極（第２電極）１５と、該
第２電極１５上の溶接プレート１６とから構成され、金
属材料を含むものである。
【０００３】第２電極１５（ｐ型電極）は、先ず、ｐ型
半導体層と接触する金属層（Ni／Auなど）を形成し、こ
の金属材料を焼鈍して形成される。該ＧａＮ系のIII-Ｖ
族化合物半導体エレメントのうち、第１電極１４は、T
i、Al又はAuから、第２電極１５は金、ニッケル、白
金、アルミニウム、インジウム、クロム、チタンから適
当な金属を一つ、または二つ以上用いる。このうち、Ni
／Auが最も効果的である。
半導体層と接触する金属層（Ni／Auなど）を形成し、こ
の金属材料を焼鈍して形成される。該ＧａＮ系のIII-Ｖ
族化合物半導体エレメントのうち、第１電極１４は、T
i、Al又はAuから、第２電極１５は金、ニッケル、白
金、アルミニウム、インジウム、クロム、チタンから適
当な金属を一つ、または二つ以上用いる。このうち、Ni
／Auが最も効果的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記によって
得られる最適なｐ電極間の接触抵抗値は約１ＫΩもあ
り、従来の発光ダイオードオーミック電極の接触抵抗値
に比べてなお約１００倍も高く、さらに、ＧａＮ系の化
合物半導体中において、この現象はより深刻となる。発
光ダイオードの抵抗値を高くすると、その順電圧Ｖ
f（２０ｍＡの作業電圧）も増加し、結果として電力消
費量が増す。同時にＧａＮ系の化合物半導体と金属電極
の間にオーミック接触を形成させるには高度な技術を必
要とするため、ＧａＮ系の発光ダイオードの製造を困難
とし、不良率が高まる上、単価も高価になってしまうと
いう問題を有していた。
得られる最適なｐ電極間の接触抵抗値は約１ＫΩもあ
り、従来の発光ダイオードオーミック電極の接触抵抗値
に比べてなお約１００倍も高く、さらに、ＧａＮ系の化
合物半導体中において、この現象はより深刻となる。発
光ダイオードの抵抗値を高くすると、その順電圧Ｖ
f（２０ｍＡの作業電圧）も増加し、結果として電力消
費量が増す。同時にＧａＮ系の化合物半導体と金属電極
の間にオーミック接触を形成させるには高度な技術を必
要とするため、ＧａＮ系の発光ダイオードの製造を困難
とし、不良率が高まる上、単価も高価になってしまうと
いう問題を有していた。
【０００５】また、Ｎｉ／Ａuを第２電極１５としたと
しても、なお電極間の抵抗値は１KΩもあり、これは従
来のＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｓＰ（ガリウム
ヒ素リンＰ）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ
素）及びＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジ
ウムリンＰ）などといった発光ダイオードの抵抗値と比
べても約１００倍高く、このことはＧａＮ系のIII‐Ｖ
族化合物半導体の性能が大きく制限される。
しても、なお電極間の抵抗値は１KΩもあり、これは従
来のＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｓＰ（ガリウム
ヒ素リンＰ）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ
素）及びＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジ
ウムリンＰ）などといった発光ダイオードの抵抗値と比
べても約１００倍高く、このことはＧａＮ系のIII‐Ｖ
族化合物半導体の性能が大きく制限される。
【０００６】上記の問題点に鑑みて、本発明は、金属電
極と半導体材料の間に適当な抵抗値のｐ型オーミック接
触電極を形成させ、バンドギャップの大きい発光ダイオ
ードの性能が制限されないＧａＮ系III‐Ｖ族化合物な
どの半導体層からなる発光ダイオードの構造を提供する
ことを目的とする。
極と半導体材料の間に適当な抵抗値のｐ型オーミック接
触電極を形成させ、バンドギャップの大きい発光ダイオ
ードの性能が制限されないＧａＮ系III‐Ｖ族化合物な
どの半導体層からなる発光ダイオードの構造を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ＧａＮ系III−Ｖ族化合
物半導体層上に半導体堆積層成長させ、この堆積層は低
抵抗のｐ型オーミック接触電極を形成させるために用い
る、マルチデジタル（Multi-Digital）ＧａＮ／ＧａＰ
層であり、また、この上には、ｐ型ＧａＰ接触層を性成
長させる。ｐ型ＧａＰのオーミック接触電極の作製技術
は非常に成熟しているため、一般的に、ＡｕＢｅ、Ａｕ
Ｚｎ或いは其の他適当な金属と、容易に良好なｐ型オー
ミック接触電極が形成できる。電極間の抵抗値は約１０
〜２０Ωの間が最も適当である。
物半導体層上に半導体堆積層成長させ、この堆積層は低
抵抗のｐ型オーミック接触電極を形成させるために用い
る、マルチデジタル（Multi-Digital）ＧａＮ／ＧａＰ
層であり、また、この上には、ｐ型ＧａＰ接触層を性成
長させる。ｐ型ＧａＰのオーミック接触電極の作製技術
は非常に成熟しているため、一般的に、ＡｕＢｅ、Ａｕ
Ｚｎ或いは其の他適当な金属と、容易に良好なｐ型オー
ミック接触電極が形成できる。電極間の抵抗値は約１０
〜２０Ωの間が最も適当である。
【０００８】また、本発明は、ＧａＮ系III−Ｖ族化合
物半導体上に、ｐ型Ｇａ（Ｎ，Ｐ）の線形変調で構成さ
れたバッファー層を形成させ、さらに、このバッファー
層上にｐ型ＧａＮを成長させ、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ、或
いは其の他の金属とともに、ｐ型オーミック接触電極を
形成させるか、また、ｐ型ＧａＮ系のIII−Ｖ族化合物
半導体上にｐ型ＧａＰ接触層を直接を成長させ、ＡｕＢ
ｅ、ＡｕＺｎ、或いは其の他の金属と、ｐ型オーミック
接触電極を形成させる。
物半導体上に、ｐ型Ｇａ（Ｎ，Ｐ）の線形変調で構成さ
れたバッファー層を形成させ、さらに、このバッファー
層上にｐ型ＧａＮを成長させ、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ、或
いは其の他の金属とともに、ｐ型オーミック接触電極を
形成させるか、また、ｐ型ＧａＮ系のIII−Ｖ族化合物
半導体上にｐ型ＧａＰ接触層を直接を成長させ、ＡｕＢ
ｅ、ＡｕＺｎ、或いは其の他の金属と、ｐ型オーミック
接触電極を形成させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照にしながら、実施例に例示しつつ説明する。な
お、本発明における半導体層は、すべてMOCVD（Metalor
ganic Chemical Vapor Deposison）成長方法により
形成され、また、ＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体は三
価元素Ｇａの窒化物半導体を示す。
面を参照にしながら、実施例に例示しつつ説明する。な
お、本発明における半導体層は、すべてMOCVD（Metalor
ganic Chemical Vapor Deposison）成長方法により
形成され、また、ＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体は三
価元素Ｇａの窒化物半導体を示す。
【００１０】［実施例１］図２に示すように、本発明の
第１実施例においては、サファイア（sapphire）ウェハ
を基板１１とする。基板１１上にｎ型ＧａＮ層２２、ｐ
型ＧａＰ層２３、堆積層２４及びｐ型ＧａＰ接触層２５
をこの順で配置し、さらに、この成長した基板１１を焼
鈍する。焼鈍は、７５０℃、N２の環境の下、５から２
０分行う。堆積層２４は、ＧａＰ／ＧａＮが交互に成長
し、厚さが増減するマルチデジタル（Multi-Digital）
ＧａＰ／ＧａＮの層からなる。
第１実施例においては、サファイア（sapphire）ウェハ
を基板１１とする。基板１１上にｎ型ＧａＮ層２２、ｐ
型ＧａＰ層２３、堆積層２４及びｐ型ＧａＰ接触層２５
をこの順で配置し、さらに、この成長した基板１１を焼
鈍する。焼鈍は、７５０℃、N２の環境の下、５から２
０分行う。堆積層２４は、ＧａＰ／ＧａＮが交互に成長
し、厚さが増減するマルチデジタル（Multi-Digital）
ＧａＰ／ＧａＮの層からなる。
【００１１】本実施例では、ＧａＰの厚さは１０〜８０
Åへと逓増し、ＧａＮの厚さは８０〜１０Åへと逓減
し、計８通りの組合わせがある。図３において、２４１
はＧａＰ層を、２４２はＧａＮを示す。また、図４にお
いて、４０１は伝導帯、４０２は価電子帯、４０３はフ
ェルミレベル（Fermi level）を示す。RIE（反応性イ
オンエッチング）等のドライエッチングを用い、基板１
１にｎ型電極区２８を定義した後、それぞれｐ型電極２
７とｎ型電極１４を作成すれば、図２のようにＧａＮ発
光ダイオード２０が完成する。
Åへと逓増し、ＧａＮの厚さは８０〜１０Åへと逓減
し、計８通りの組合わせがある。図３において、２４１
はＧａＰ層を、２４２はＧａＮを示す。また、図４にお
いて、４０１は伝導帯、４０２は価電子帯、４０３はフ
ェルミレベル（Fermi level）を示す。RIE（反応性イ
オンエッチング）等のドライエッチングを用い、基板１
１にｎ型電極区２８を定義した後、それぞれｐ型電極２
７とｎ型電極１４を作成すれば、図２のようにＧａＮ発
光ダイオード２０が完成する。
【００１２】ｐ型ＧａＰのドーピング濃度はかなり高く
することができ（＞１Ｅ１９cm-3）、その伝導性はｐ型
ＧａＮより優れているため、良好な光電特性を得ること
ができる。しかし、青色光や紫外光は透過性を具さない
ため、厚すぎてはならない。
することができ（＞１Ｅ１９cm-3）、その伝導性はｐ型
ＧａＮより優れているため、良好な光電特性を得ること
ができる。しかし、青色光や紫外光は透過性を具さない
ため、厚すぎてはならない。
【００１３】本実施例における各層の適当な厚さは次の
ようである。ｎ型ＧａＮ層２２は約０．１〜５μmで、
約０．２〜１μmを最適とする。ｐ型ＧａＰ層２３は、
約０．１〜５μmで、約０．２〜２μmを最適とする。堆
積層２４は、約２０Å〜０．１μmとし、約６０Å〜３
６０Åを最適とする。また、ｐ型ＧａＰ接触層２５の厚
さは、約１０〜１０００Åで、約１００〜５００Åを最
適とする。
ようである。ｎ型ＧａＮ層２２は約０．１〜５μmで、
約０．２〜１μmを最適とする。ｐ型ＧａＰ層２３は、
約０．１〜５μmで、約０．２〜２μmを最適とする。堆
積層２４は、約２０Å〜０．１μmとし、約６０Å〜３
６０Åを最適とする。また、ｐ型ＧａＰ接触層２５の厚
さは、約１０〜１０００Åで、約１００〜５００Åを最
適とする。
【００１４】本実施例の基板は主に、サファイア（Sapp
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
【００１５】本実施例の第１半導体層と第２半導体層は
主にＧａＮ系びIII‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ
以外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎが含まれ、この
うちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実数で
ある。
主にＧａＮ系びIII‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ
以外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎが含まれ、この
うちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実数で
ある。
【００１６】本実施例の半導体堆積層は、ｐ型Ａｌ
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合と、ｐ型Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ
(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物との間に成長した層であり、このう
ち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合と、ｐ型Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ
(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物との間に成長した層であり、このう
ち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００１７】本実施例の半体堆積層は、ｐ型Ａｌ
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉ
ｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長した層としてもよ
く、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉ
ｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長した層としてもよ
く、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００１８】また、上記の半導体堆積層は、ｐ型Ａｌ
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｐ化合物と、ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉ
ｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長した層としてもよ
く、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｐ化合物と、ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉ
ｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長した層としてもよ
く、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００１９】本実施例における半導体接触層は主に、ｐ
型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物から
なり、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物から
なり、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００２０】本実施例中の発光ダイオードにおいて、第
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体堆積層の導電性は、
ｐ型とｐ型、ｎ型とｎ型、ｐ型とｉ型、ｎ型とｉ型が交
互して成長したものであり、さらに、半導体接触層の導
電性は、ｐ型とｎ型の互換可能なものとする。
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体堆積層の導電性は、
ｐ型とｐ型、ｎ型とｎ型、ｐ型とｉ型、ｎ型とｉ型が交
互して成長したものであり、さらに、半導体接触層の導
電性は、ｐ型とｎ型の互換可能なものとする。
【００２１】［実施例２］本発明の第２実施例では、図
５に示すように、第１実施例中のマルチデジタル（Mult
i-Digital）ＧａＰ／ＧａＮの堆積層２４を、線形変調
式のｐ型Ｇａ（ｎ、ｐ）のバッファー層５４に置き換え
る。また、図６に示すバンドギャップにおいて、６０１
は伝導帯、６０２は価電子帯、６０３はフェルミレベル
とする。この実施例の長所は、バンドギャップが発光効
率と電力の消耗に及ぼす悪影響を除去するところにあ
る。また、５０〜５００Åが最適の厚さである。
５に示すように、第１実施例中のマルチデジタル（Mult
i-Digital）ＧａＰ／ＧａＮの堆積層２４を、線形変調
式のｐ型Ｇａ（ｎ、ｐ）のバッファー層５４に置き換え
る。また、図６に示すバンドギャップにおいて、６０１
は伝導帯、６０２は価電子帯、６０３はフェルミレベル
とする。この実施例の長所は、バンドギャップが発光効
率と電力の消耗に及ぼす悪影響を除去するところにあ
る。また、５０〜５００Åが最適の厚さである。
【００２２】本実施例の基板は主に、サファイア（Sapp
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
【００２３】本実施例の第１半導体層と第２半導体層は
主にＧａＮ系びIII‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ
以外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物が含ま
れ、このうちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１
の実数である。
主にＧａＮ系びIII‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ
以外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物が含ま
れ、このうちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１
の実数である。
【００２４】本実施例の半導体バッファー層は主に、Ａ
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦，０≦ｚ≦１の実数である。
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦，０≦ｚ≦１の実数である。
【００２５】本実施例における半導体接触層は主に、Ａ
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００２６】本実施例中の発光ダイオードにおいて、第
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体バッファーと半導体
接触層の導電性は、ｐ型とｐ型、又はｎ型とｎ型の互換
可能なものとする。
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体バッファーと半導体
接触層の導電性は、ｐ型とｐ型、又はｎ型とｎ型の互換
可能なものとする。
【００２７】［実施例３］図７に示すように、本実施例
においては、実施例１中のｐ型ＧａＰ接触層２５を、直
接Ｐ型ＧａＰ層２３上に成長させる。これにより、ｐ型
ＧａＰ接触層２５が電極接触層となるため、ＧａＮ発光
ダイオードの発光性能を制限せず、故にその結晶の質は
問題とならない。
においては、実施例１中のｐ型ＧａＰ接触層２５を、直
接Ｐ型ＧａＰ層２３上に成長させる。これにより、ｐ型
ＧａＰ接触層２５が電極接触層となるため、ＧａＮ発光
ダイオードの発光性能を制限せず、故にその結晶の質は
問題とならない。
【００２８】本実施例の基板は主に、サファイア（Sapp
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
hire）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物から
なり、そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１の実数である。
【００２９】本実施例の第１半導体層と第２半導体層は
主にＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ以
外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎが含まれ、このう
ちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実数であ
る。
主にＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体からなり、これ以
外に、Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎが含まれ、このう
ちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実数であ
る。
【００３０】本実施例における半導体接触層は主に、Ａ
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
ｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1-z)化合物からな
り、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数である。
【００３１】本実施例中の発光ダイオードにおいて、第
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体接触層の導電性もｐ
型とｎ型の互換可能なものである。
１半導体層と第２半導体層の導電性は、ｐ型とｎ型の互
換可能なものであり、また、半導体接触層の導電性もｐ
型とｎ型の互換可能なものである。
【００３２】以上、本発明の発光ダイオードの構造の各
実施例について詳記したが、これらは例示に過ぎず、本
発明の技術において実施例１に記述したマルチデジタル
堆積層を、例えば、ＳＬＳ（Strained−Layer Superla
ttice）やMQW（Multi−quantum well）と置きかえるこ
ともできる。さらに、本発明は、MOCVD（Metalorganic
Chemical Vapor Deposison）によって成長を行なっ
ているが、MBE（Molecular Beam Epitaxy、分子線成
長法）やLPE（Liquid Phase Epitaxy、液相成長法）
等の成長方法を利用することもできる。
実施例について詳記したが、これらは例示に過ぎず、本
発明の技術において実施例１に記述したマルチデジタル
堆積層を、例えば、ＳＬＳ（Strained−Layer Superla
ttice）やMQW（Multi−quantum well）と置きかえるこ
ともできる。さらに、本発明は、MOCVD（Metalorganic
Chemical Vapor Deposison）によって成長を行なっ
ているが、MBE（Molecular Beam Epitaxy、分子線成
長法）やLPE（Liquid Phase Epitaxy、液相成長法）
等の成長方法を利用することもできる。
【００３３】故に、本発明に記載した以外の材料、厚さ
或いは類似の条件を用いても同様に本発明の効果を達成
することができる。
或いは類似の条件を用いても同様に本発明の効果を達成
することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体層上にマルチデジタル
層である半導体堆積層を成長させ、さらにその上に接触
層を成長したことにより、ｐ型オーミック電極の形成時
に、金属電極と半導体材料の間に適当な抵抗値が得られ
る。
ＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体層上にマルチデジタル
層である半導体堆積層を成長させ、さらにその上に接触
層を成長したことにより、ｐ型オーミック電極の形成時
に、金属電極と半導体材料の間に適当な抵抗値が得られ
る。
【００３５】また、本発明によれば、ＧａＮ系III−Ｖ
族化合物半導体上に、ｐ型Ｇａ（Ｎ，Ｐ）の線形変調で
組成された（Liner Gradual Composition）バッファ
ー層を形成させ、さらに、このバッファー層上にｐ型Ｇ
ａＮ接触層を成長させたことにより、ＡｕＢｅ、ＡｕＺ
ｎ、或いは其の他の金属と良好なｐ型オーミック接触電
極を形成することができる。
族化合物半導体上に、ｐ型Ｇａ（Ｎ，Ｐ）の線形変調で
組成された（Liner Gradual Composition）バッファ
ー層を形成させ、さらに、このバッファー層上にｐ型Ｇ
ａＮ接触層を成長させたことにより、ＡｕＢｅ、ＡｕＺ
ｎ、或いは其の他の金属と良好なｐ型オーミック接触電
極を形成することができる。
【００３６】さらに、本発明によれば、ｐ型ＧａＮ系の
III−Ｖ族化合物半導体上にｐ型ＧａＰ接触層直接成長
させたことで、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ、或いは其の他の金
属との良好なｐ型オーミック接触電極が得られる。
III−Ｖ族化合物半導体上にｐ型ＧａＰ接触層直接成長
させたことで、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ、或いは其の他の金
属との良好なｐ型オーミック接触電極が得られる。
【００３７】以上に挙げた各効果により、バンドギャッ
プが発光効率と電力の消耗に及ぼす悪影響が除去され、
バンドギャップの大きい発光ダイオードでも、その性能
を制限されることはなく、優れた光電特性が得られる。
プが発光効率と電力の消耗に及ぼす悪影響が除去され、
バンドギャップの大きい発光ダイオードでも、その性能
を制限されることはなく、優れた光電特性が得られる。
【図１】従来の技術にかかるＧａＮ系発光ダイオードの
側面断面図である。
側面断面図である。
【図２】本発明にかかるの実施例１のＧａＮ系発光ダイ
オードの側面断面図である。
オードの側面断面図である。
【図３】図２の堆積層の側面断面図である。
【図４】図２の堆積層のバンドギャップを示す説明図で
ある。
ある。
【図５】本発明にかかる実施例２のＧａＮ系発光ダイオ
ードの側面断面図である。
ードの側面断面図である。
【図６】図５のＧａＮ系発光ダイオードのバンドギャッ
プを示す説明図である。
プを示す説明図である。
【図７】本発明の実施例３のＧａＮ系発光ダイオードの
側面断面図である。
側面断面図である。
１０ ＧａＮ発光ダイオード １１ 基板 １２ ｎ型ＧａＮ層 ２２ ｎ型ＧａＮ層 １３ ｐ型ＧａＮ層 ２３ ｐ型ＧａＮ層 １４ ｎ型電極 １５ ｐ型電極 ２７ ｐ型電極 １６ 溶接プレート ２０ ＧａＮ発光ダイオード ２３ ｐ型ＧａＮ層 ２４ 堆積層 ２５ ｐ型ＧａＰ接触層 ２８ ｎ型電極区 ５４ バッファー層 ２４１ ＧａＰ層 ２４２ ＧａＮ層 ４０１ 伝導帯 ６０１ 伝導帯 ４０２ 価電子帯 ６０２ 価電子帯 ４０３ フェルミレベル ６０３ フェルミレベル
Claims (34)
- 【請求項１】基板と、 前記記基板上に成長させた第１半導体層と、 前記第１半導体層上に成長させた第２半導体層と、 前記第２半導体層上に成長させた半導体堆積層と、 前記半導体堆積層上に成長させた半導体接触層と、を備
えたことを特徴とする、発光ダイオードの構造。 - 【請求項２】前記基板は主に、サファイア（Sapphir
e）、又は Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物からなり、 そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１の
実数であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイ
オードの構造。 - 【請求項３】前記第１半導体層と前記第２半導体層、お
よび前記半導体堆積層、前記半導体接触層は主に、Ｇａ
Ｎ系III‐Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする
請求項１に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項４】前記第１半導体層と前記第２半導体層は、
材料として Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物が含まれ、 このうちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実
数であることを特徴とする請求項３に記載の発光ダーオ
ードの構造。 - 【請求項５】前記半導体堆積層は、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、 Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物とが交互に成長し
て、その厚さが逓増又は逓減するマルチデジタル（Mult
i-Digital）層であり、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそ
れぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦
１の実数であることを特徴とする請求項１に記載の発光
ダイオードの構造。 - 【請求項６】また、前記半導体堆積層は、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、 Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物とで組成されたＳ
ＬＳ（Strained−Layer Superlattice）層であり、こ
のうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴
とする請求項１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項７】また、前記半導体堆積層は、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、 Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物とで組成されたMQW
（Multi−quantum well）層であり、このうち、ｘ，
ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｗ
≦１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴とする請求項
１に記載の発光ダイオード。 - 【請求項８】前記半導体堆積層を形成する前記マルチデ
ジタル層は、Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物層の
厚さが、１０Åから８０Åまで逓増 し、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物層の厚さが、８０
Åから１０Åまで逓減することを特徴とする請求項５に
記載の発光ダーオードの構造。 - 【請求項９】前記半導体堆積層は、 ｐ型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、 ｐ型Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｐ化合物との間に成長
した層であり、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数
であることを特徴とする請求項５から請求項８までのい
ずれかに記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項１０】前記半導体堆積層は、 ｐ型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物と、 ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長
した層であり、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数
であることを特徴とする請求項５から請求項８までのい
ずれかに記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項１１】前記半導体堆積層は、 ｐ型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｐ化合物と、 ｉ型Ａｌ(1-w-z)Ｉｎ(w)Ｇａ(z)Ｎ化合物との間に成長
した層であり、このうち、ｘ，ｙ，ｗ，ｚはそれぞれ０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｗ≦１，０≦ｚ≦１の実数
であることを特徴とする請求項５から請求項８までのい
ずれかに記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項１２】前記半導体接触層は、 ｐ型Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1‐z)化合物か
らなり、このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴とする
請求項１に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項１３】前記第１半導体層と前記第２半導体層
は、ｎ型の第１半導体層とｐ型の第２半導体層、若しく
は、ｐ型の第１半導体層とｎ型の第２半導体層であるこ
とを特徴とする請求項３または請求項４に記載の発光ダ
イオードの構造。 - 【請求項１４】前記したｐ型化合物とｐ型化合物の間に
成長させた前記半導体堆積層を、ｎ型化合物とｎ型化合
物の間に成長させた半導体堆積層に置き換えてもよいこ
とを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードの構
造。 - 【請求項１５】前記したｐ型化合物とｉ型化合物の間に
成長させた前記半導体堆積層を、ｎ型化合物とｉ型化合
物の間に成長させた半導体堆積層に置き換えてもよいこ
とを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオードの構
造。 - 【請求項１６】前記したｐ型化合物とｉ型化合物の間に
成長させた前記半導体堆積層は、ｎ型化合物とｉ型化合
物の間に成長させた半導体堆積層に置き換えてもよいこ
とを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードの構
造。 - 【請求項１７】前記半導体接触層を形成するｐ型化合物
は、ｎ型化合物と置き換えることもできることを特徴と
する請求項１２に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項１８】前記第１半導体層の厚さは、約０．１μ
ｍと５μmの間で、好ましくは約０．２μmと１μmの間
であり、 前記第２半導体層の厚さは、約約０．１μｍと５μmの
間で、好ましくは約０．２μmと１μmの間であり、 前記半導体堆積層の厚さは、約２０Åと０．１μmの間
で、好ましくは約６０Åと３６０Åの間であり、 前記半導体接触層の厚さは、約１０Åと１０００Åの間
で、好ましくは約１００Åと５００Åの間であることを
特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の発
光ダイオードの構造。 - 【請求項１９】基板と、 前記記基板上に成長させた第１半導体層と、 前記第１半導体層上に成長させた第２半導体層と、 前記第２半導体層上に成長させた半導体堆バッファー層
と、 前記半導体バッファー層上に成長させた半導体接触層
と、を備えたことを特徴とする、発光ダイオードの構
造。 - 【請求項２０】前記基板は主に、サファイア（Sapphir
e）、又はＡｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物からな
り、 そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の
実数であることを特徴とする請求項１９に記載の発光ダ
イオードの構造。 - 【請求項２１】前記第１半導体層と前記第２半導体層、
および前記半導体バッファー層、前記半導体接触層は主
に、ＧａＮ系III‐Ｖ族化合物半導体からなることを特
徴とする請求項１９に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項２２】前記第１半導体層と前記第２半導体層、
および前記半導体バッファー層、前記半導体接触層は、
それぞれ材料として、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物が含まれ、 このうちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実
数であることを特徴とする請求項２１に記載の発光ダー
オードの構造。 - 【請求項２３】前記半導体バッファー層は主に、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1‐z)化合物からな
り、 このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴とする請求項１
９に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項２４】前記半導体接触層は主に、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1‐z)化合物からな
り、 このうち、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴とする請求項１
９に記載の発光ダイオードの構造。 - 【請求項２５】前記第１半導体層と前記第２半導体層
は、ｎ型の第１半導体層とｐ型の第２半導体層、若しく
は、ｐ型の第１半導体層とｎ型の第２半導体層であるこ
とを特徴とする請求項１９、請求項２１、２２に記載の
発光ダイオードの構造。 - 【請求項２６】前記半導体バッファー層と前記半導体接
触層は、ｐ型の半導体バッファー層とｐ型の半導体接触
層、若しくは、ｎ型の半導体バッファー層とｎ型の半導
体接触層であることを特徴とする請求項１９または請求
項２１、２２、２３、２４に記載の発光ダイオードの構
造。 - 【請求項２７】前記第１半導体層の厚さは、約０．１μ
ｍと５μmの間で、好ましくは約０．２μmと１μmの間
であり、 前記第２半導体層の厚さは、約約０．１μｍと５μmの
間で、好ましくは約０．２μmと１μmの間であり、 前記半導体バッファー層の厚さは、約５０Åと５００Å
の間であり、 前記半導体接触層の厚さは、約１０Åと１０００Åの間
で、好ましくは約１００Åと５００Åの間であることを
特徴とする請求項１９から請求項２４のいずれかに記載
の発光ダイオードの構造。 - 【請求項２８】基板と、 前記記基板上に成長させた第１半導体層と、 前記第１半導体層上に成長させた第２半導体層と、 前記第２半導体層上に成長させた半導体堆接触層と、を
備えたことを特徴とする、発光ダイオードの構造。 - 【請求項２９】前記基板は主に、サファイア（Sapphir
e）、又は Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物からなり、 そのうち、ｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１の
実数であることを特徴とする請求項２８に記載の発光ダ
イオードの構造。 - 【請求項３０】前記第１半導体層と前記第２半導体層、
および前記半導体接触層は主に、ＧａＮ系III‐Ｖ族化
合物半導体からなることを特徴とする請求項２９に記載
の発光ダイオードの構造。 - 【請求項３１】前記第１半導体層と前記第２半導体層、
および前記半導体接触層は、それぞれ材料として、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ化合物が含まれ、 このうちｘ，ｙはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１の実
数であることを特徴とする請求項２８に記載の発光ダー
オードの構造。 - 【請求項３２】前記半導体接触層が主に、 Ａｌ(1-x-y)Ｉｎ(y)Ｇａ(x)Ｎ(z)Ｐ(1‐z)化合物からな
り、 このうちｘ，ｙ、ｚはそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１，０≦ｚ≦１の実数であることを特徴とする請求項２
８に記載の発光ダーオードの構造。 - 【請求項３３】前記第１半導体層と前記第２半導体層
は、ｎ型の第１半導体層とｐ型の第２半導体層、若しく
は、ｐ型の第１半導体層とｎ型の第２半導体層であるこ
とを特徴とする請求項２８、請求項３０、３１に記載の
発光ダイオードの構造。 - 【請求項３４】前記半導体接触層が、ｐ型の半導体接触
層、若しくは、ｎ型の半導体接触層であることを特徴と
する請求項２８、請求項３０、３１、３２に記載の発光
ダイオードの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000277159A JP2002094110A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 発光ダイオードの構造 |
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|---|---|---|---|
| JP2000277159A JP2002094110A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 発光ダイオードの構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002094110A true JP2002094110A (ja) | 2002-03-29 |
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|---|---|---|---|
| JP2000277159A Pending JP2002094110A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | 発光ダイオードの構造 |
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- 2000-09-12 JP JP2000277159A patent/JP2002094110A/ja active Pending
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