JP2002289915A - 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】 青色の発光効率の高い発光素子得ること。
【解決手段】シリコンの添加されたｎ型伝導性を示す窒
化ガリウム系化合物半導体（(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N:0
≦x1≦1,0≦y1≦1)から成るｎ層３と、マグネシウムが
添加されて低抵抗化処理されたｐ型伝導性を示す窒化ガ
リウム系化合物半導体（(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2
≦1,0≦y2≦1)から成るｐ層５と、ｎ層とｐ層との間
に、比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅
の小さい薄膜結晶を複数接合した層４とを有する窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。
化ガリウム系化合物半導体（(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N:0
≦x1≦1,0≦y1≦1)から成るｎ層３と、マグネシウムが
添加されて低抵抗化処理されたｐ型伝導性を示す窒化ガ
リウム系化合物半導体（(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2
≦1,0≦y2≦1)から成るｐ層５と、ｎ層とｐ層との間
に、比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅
の小さい薄膜結晶を複数接合した層４とを有する窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視単波長、特に、青
色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域で発光可能な
半導体発光素子に関する。
色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域で発光可能な
半導体発光素子に関する。
【０００２】本発明の半導体発光素子は、本発明者らに
より初めて明らかにされた電子線照射処理による（(Alx
Ga1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)層のｐ型化技術を基盤
として、新たに開発された技術を加えて、初めて、（(A
lxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体発光素子の製
作が可能となったものである。そして、本発明の半導体
発光素子は、本発明者らにより得られた（(AlxGa1-x) yI
n1-yN:0 ≦x ≦1,0 ≦y ≦1)から成るｐ型半導体層と導
電率の制御されたｎ型半導体層とを用いた新しい構造の
発光素子である。
より初めて明らかにされた電子線照射処理による（(Alx
Ga1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)層のｐ型化技術を基盤
として、新たに開発された技術を加えて、初めて、（(A
lxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体発光素子の製
作が可能となったものである。そして、本発明の半導体
発光素子は、本発明者らにより得られた（(AlxGa1-x) yI
n1-yN:0 ≦x ≦1,0 ≦y ≦1)から成るｐ型半導体層と導
電率の制御されたｎ型半導体層とを用いた新しい構造の
発光素子である。
【０００３】
【従来技術】現在、実用化されている最短波長の電流注
入型半導体発光素子は、リン化インジウムガリウムアル
ミニウム（InGaAlP)系結晶により作製されている。その
発振波長は可視長波長領域、即ち、赤色領域である0.6
〜0.7 μｍ帯に属する。
入型半導体発光素子は、リン化インジウムガリウムアル
ミニウム（InGaAlP)系結晶により作製されている。その
発振波長は可視長波長領域、即ち、赤色領域である0.6
〜0.7 μｍ帯に属する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、更に、
短波長である青色、紫色領域或いは紫外光領域での発光
が可能な半導体発光素子を実現するのは、この材料では
物性上困難である。より広い禁制帯幅を持つ半導体材料
を用いる必要がある。(AlxGa1-x)yIn1-yN はその候補の
一つである。
短波長である青色、紫色領域或いは紫外光領域での発光
が可能な半導体発光素子を実現するのは、この材料では
物性上困難である。より広い禁制帯幅を持つ半導体材料
を用いる必要がある。(AlxGa1-x)yIn1-yN はその候補の
一つである。
【０００５】(AlxGa1-x)yIn1-yN )、特に、GaN は室温
(300K)で光励起により誘導放出することが確認されてい
る(H. Amano 等;Japanese Journal of Applied Physics
第29巻1990年 L205-L206頁）。このことから、上記半
導体を用いてレーザやＬＥＤ等の発光素子が構成できる
可能性がある。
(300K)で光励起により誘導放出することが確認されてい
る(H. Amano 等;Japanese Journal of Applied Physics
第29巻1990年 L205-L206頁）。このことから、上記半
導体を用いてレーザやＬＥＤ等の発光素子が構成できる
可能性がある。
【０００６】しかしながら、上記系統の化合物半導体は
ｐ型単結晶薄膜の作製が困難であり、低抵抗のｐ型(Alx
Ga1-x)yIn1-yN 半導体を用いた発光効率の高い電流注入
による発光素子の実現が困難である。
ｐ型単結晶薄膜の作製が困難であり、低抵抗のｐ型(Alx
Ga1-x)yIn1-yN 半導体を用いた発光効率の高い電流注入
による発光素子の実現が困難である。
【０００７】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、その目的とするところは、短波長で
ある青色、紫色領域或いは紫外光領域における発光効率
の高い発光素子を得ることである。
されたものであり、その目的とするところは、短波長で
ある青色、紫色領域或いは紫外光領域における発光効率
の高い発光素子を得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、窒化
ガリウム系化合物半導体を積層した発光層を有する窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子において、発光層は、
比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小
さい薄膜結晶を複数接合した層であ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である。請求項２
の発明は、ｎ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導
体（(Alx1Ga1 -x1)y1In1-y1N:0≦x1≦1,0≦y1≦1)から成
るｎ層と、ｐ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導
体（(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2≦1,0≦y2≦1)から成
るｐ層と、ｎ層とｐ層との間に、比較的禁制帯幅の大き
い薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小さい薄膜結晶を複数接
合した層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子である。
ガリウム系化合物半導体を積層した発光層を有する窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子において、発光層は、
比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小
さい薄膜結晶を複数接合した層であ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である。請求項２
の発明は、ｎ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導
体（(Alx1Ga1 -x1)y1In1-y1N:0≦x1≦1,0≦y1≦1)から成
るｎ層と、ｐ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導
体（(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2≦1,0≦y2≦1)から成
るｐ層と、ｎ層とｐ層との間に、比較的禁制帯幅の大き
い薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小さい薄膜結晶を複数接
合した層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子である。
【０００９】請求項３の発明は、請求項２に記載の発明
において、ｐ層は、マグネシウム(Mg)が添加されている
ことを特徴とする。請求項４の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の発明において、ｐ層は、低抵抗化処理さ
れていることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項
２乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
ｎ層は、シリコン(Si)が添加されていることを特徴とす
る。請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれ
か１項に記載の発明において、複数接合した層は、ｎ型
伝導性であることを特徴とする。
において、ｐ層は、マグネシウム(Mg)が添加されている
ことを特徴とする。請求項４の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の発明において、ｐ層は、低抵抗化処理さ
れていることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項
２乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
ｎ層は、シリコン(Si)が添加されていることを特徴とす
る。請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれ
か１項に記載の発明において、複数接合した層は、ｎ型
伝導性であることを特徴とする。
【００１０】
【作用及び効果】（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦
1)半導体において、本発明者等により、低抵抗のｐ型伝
導性を示す層及び伝導率が所望の値に設定可能なｎ型伝
導性を示す層の製作が可能となった。これにより、上記
の窒化ガリウム系化合物半導体で構成された発光効率の
高いキャリア注入型の発光素子の製作と発光が可能とな
った。
1)半導体において、本発明者等により、低抵抗のｐ型伝
導性を示す層及び伝導率が所望の値に設定可能なｎ型伝
導性を示す層の製作が可能となった。これにより、上記
の窒化ガリウム系化合物半導体で構成された発光効率の
高いキャリア注入型の発光素子の製作と発光が可能とな
った。
【００１１】本発明のようにｐ型低抵抗化処理による(A
lxGa1-x)yIn1-yN のｐ型低抵抗化効果と、ｎ型の導電率
を制御可能とし、青色から紫色及び紫外光領域の発光波
長と高い発光強度を有する半導体発光素子が実現され
た。
lxGa1-x)yIn1-yN のｐ型低抵抗化効果と、ｎ型の導電率
を制御可能とし、青色から紫色及び紫外光領域の発光波
長と高い発光強度を有する半導体発光素子が実現され
た。
【００１２】
【発明の概要】上記発明において、窒化アルミニウムガ
リウムインジウム(AlxGa1-x)yIn1-yN単結晶作製用基板
には、サファイア, 珪素(Si),6H 炭化珪素(6H-SiC)ない
し窒化ガリウム(GaN) を用いることができる。
リウムインジウム(AlxGa1-x)yIn1-yN単結晶作製用基板
には、サファイア, 珪素(Si),6H 炭化珪素(6H-SiC)ない
し窒化ガリウム(GaN) を用いることができる。
【００１３】サファイアを基板とする場合には少なくと
も低温（例えば約600 ℃) で堆積した、例えば、AlN 薄
膜を含む層を緩衝層とするのが望ましい。
も低温（例えば約600 ℃) で堆積した、例えば、AlN 薄
膜を含む層を緩衝層とするのが望ましい。
【００１４】Siを基板とする場合には少なくとも3C-SiC
薄膜一層か或いは3C-SiC薄膜及びAlN 薄膜の二層を含む
層を緩衝層とするのが望ましい。
薄膜一層か或いは3C-SiC薄膜及びAlN 薄膜の二層を含む
層を緩衝層とするのが望ましい。
【００１５】6H-SiCを基板とする場合には直接ないしGa
N を緩衝層とするのが望ましい。GaN を基板とする場合
には直接単結晶作製が行なわれる。Si,6H-SiC 及びGaN
を基板とする場合にはｎ型単結晶が用いられる。
N を緩衝層とするのが望ましい。GaN を基板とする場合
には直接単結晶作製が行なわれる。Si,6H-SiC 及びGaN
を基板とする場合にはｎ型単結晶が用いられる。
【００１６】まず、同一組成同士の結晶によるｐｎ接合
構造を作製する場合につき述べる。サファイアを基板と
する場合、(AlxGa1-x)yIn1-yN を成長させる直前に、基
板温度を所望の値（例えば 600℃）に設定し、成長炉内
に少なくともアルミニウム(Al)を含む化合物及び窒素の
水酸化物を導入し、サファイア基板表面にAlN 薄膜緩衝
層を形成する。
構造を作製する場合につき述べる。サファイアを基板と
する場合、(AlxGa1-x)yIn1-yN を成長させる直前に、基
板温度を所望の値（例えば 600℃）に設定し、成長炉内
に少なくともアルミニウム(Al)を含む化合物及び窒素の
水酸化物を導入し、サファイア基板表面にAlN 薄膜緩衝
層を形成する。
【００１７】その後、Alを含む化合物の導入を止め、基
板温度の再設定を行う。そして、所望の混晶組成となる
ようにAlを含む化合物、ガリウム(Ga)を含む化合物及び
インジウム(In)を含む化合物を導入してｎ型(AlxGa1-x)
yIn1-yN 単結晶の成長を行う。
板温度の再設定を行う。そして、所望の混晶組成となる
ようにAlを含む化合物、ガリウム(Ga)を含む化合物及び
インジウム(In)を含む化合物を導入してｎ型(AlxGa1-x)
yIn1-yN 単結晶の成長を行う。
【００１８】なお、この場合ｎ型単結晶の抵抗率を下げ
るためにSi, 酸素(O),硫黄(S),セレン(Se), テルル(Te)
などドナー不純物となる元素を含む化合物を同時に導入
しても良い。
るためにSi, 酸素(O),硫黄(S),セレン(Se), テルル(Te)
などドナー不純物となる元素を含む化合物を同時に導入
しても良い。
【００１９】ドナー不純物をドーピングする場合、その
濃度に関してはｎ層に均一にドーピングしても良い。
又、ｎ層のオーム性電極形成を容易にするためにｎ層成
長初期に高濃度にドーピングし、ｐｎ接合付近ではドー
ピングしないか或いは低濃度にドーピングしても良い。
濃度に関してはｎ層に均一にドーピングしても良い。
又、ｎ層のオーム性電極形成を容易にするためにｎ層成
長初期に高濃度にドーピングし、ｐｎ接合付近ではドー
ピングしないか或いは低濃度にドーピングしても良い。
【００２０】次に、一度、ウエハを成長炉から取り出
し、試料表面の一部を選択成長用マスクとなる物質、例
えば酸化珪素(SiO2 ) により覆い、再びウエハを成長炉
に戻す。又は、ウエハを取り出さずそのまま成長を続け
る。
し、試料表面の一部を選択成長用マスクとなる物質、例
えば酸化珪素(SiO2 ) により覆い、再びウエハを成長炉
に戻す。又は、ウエハを取り出さずそのまま成長を続け
る。
【００２１】少なくとも所望の混晶組成となるようなAl
を含む化合物、Gaを含む化合物、Inを含む化合物及び窒
素の水素化物及びアクセプタ不純物となる元素、例えば
ベリリウム(Be), マグネシウム(Mg), 亜鉛(Zn), カドミ
ウム(Cd), 炭素(C) を含む化合物を成長炉に導入してア
クセプタ不純物をドープした(AlxGa1-x)yIn1-yN 単結晶
（ｐ層) の成長を行う。
を含む化合物、Gaを含む化合物、Inを含む化合物及び窒
素の水素化物及びアクセプタ不純物となる元素、例えば
ベリリウム(Be), マグネシウム(Mg), 亜鉛(Zn), カドミ
ウム(Cd), 炭素(C) を含む化合物を成長炉に導入してア
クセプタ不純物をドープした(AlxGa1-x)yIn1-yN 単結晶
（ｐ層) の成長を行う。
【００２２】アクセプタドープ層の成長膜厚は電子線照
射処理する場合の電子線侵入長を考慮して決定する。次
にウェハを成長炉から取り出し、アクセプタドープ(Alx
Ga1- x)yIn1-yN 層の電子線照射処理を行う。
射処理する場合の電子線侵入長を考慮して決定する。次
にウェハを成長炉から取り出し、アクセプタドープ(Alx
Ga1- x)yIn1-yN 層の電子線照射処理を行う。
【００２３】電子線照射処理する領域は試料表面全体或
いは一部、例えば短冊状とする。試料表面全体に電子線
を照射する場合には、更に、アクセプタドープ層（ｐ
層）の上に絶縁層を堆積し、その絶縁層の一部に短冊状
の窓を開け、その窓の上に金属を接触させ、ｐ層に対す
るオーム性電極を形成する。短冊状に電子線照射処理す
る場合には、電子線の照射された領域の一部或いは全部
を覆うように金属を接触させ、ｐ層に対するオーム性電
極を形成する。
いは一部、例えば短冊状とする。試料表面全体に電子線
を照射する場合には、更に、アクセプタドープ層（ｐ
層）の上に絶縁層を堆積し、その絶縁層の一部に短冊状
の窓を開け、その窓の上に金属を接触させ、ｐ層に対す
るオーム性電極を形成する。短冊状に電子線照射処理す
る場合には、電子線の照射された領域の一部或いは全部
を覆うように金属を接触させ、ｐ層に対するオーム性電
極を形成する。
【００２４】最終的に、ｐ層と金属の接触する部分の形
状は短冊である。ｎ層の電極は選択成長用マスクを取り
外して、その後に形成するか、或いはアクセプタドープ
層（ｐ層）の一部を表面側からエッチングして下層のｎ
層に対して窓を開け、金属を接触させオーム性電極を形
成する。
状は短冊である。ｎ層の電極は選択成長用マスクを取り
外して、その後に形成するか、或いはアクセプタドープ
層（ｐ層）の一部を表面側からエッチングして下層のｎ
層に対して窓を開け、金属を接触させオーム性電極を形
成する。
【００２５】ｎ型のSi、6H-SiC或いはGaN を基板として
用いる場合もほぼ同様の手段により素子作製を行う。し
かし、選択成長技術は用いず、ｐ層とｎ層に対する電極
は素子の上下の両側に形成する。即ち、ｎ層電極は基板
裏面全体に金属を接触させオーム性電極を形成する。
用いる場合もほぼ同様の手段により素子作製を行う。し
かし、選択成長技術は用いず、ｐ層とｎ層に対する電極
は素子の上下の両側に形成する。即ち、ｎ層電極は基板
裏面全体に金属を接触させオーム性電極を形成する。
【００２６】以上が同一組成の結晶によるｐｎ接合構造
の半導体発光素子を作製する場合の基本的方法である。
異種混晶組成の結晶の接合、いわゆるヘテロ接合を利用
した素子を作製する場合にも、ｐｎ接合を形成するとい
う点では上記同一混晶組成の結晶の接合を利用する場合
と同様である。
の半導体発光素子を作製する場合の基本的方法である。
異種混晶組成の結晶の接合、いわゆるヘテロ接合を利用
した素子を作製する場合にも、ｐｎ接合を形成するとい
う点では上記同一混晶組成の結晶の接合を利用する場合
と同様である。
【００２７】単一のヘテロ接合を形成する場合、同一混
晶組成の結晶によるｐｎ接合に加え、更にｎ層側に禁制
帯幅が大きいｎ型の結晶を接合して少数キャリアである
正孔の拡散阻止層とする。
晶組成の結晶によるｐｎ接合に加え、更にｎ層側に禁制
帯幅が大きいｎ型の結晶を接合して少数キャリアである
正孔の拡散阻止層とする。
【００２８】(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶の禁制帯幅付
近の発光はｎ層で特に強いため、発光層はｎ型結晶を用
いることが望ましい。(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶のバ
ンド構造は(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yI
n1-yP 系単結晶と似ており、バンド不連続の割合は価電
子帯よりも伝導帯の方が大きいと考えられる。しかし、
(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶では正孔の有効質量が比較
的大きいためｎ型同士のヘテロ接合は正孔拡散阻止とし
て有効に作用する。
近の発光はｎ層で特に強いため、発光層はｎ型結晶を用
いることが望ましい。(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶のバ
ンド構造は(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yI
n1-yP 系単結晶と似ており、バンド不連続の割合は価電
子帯よりも伝導帯の方が大きいと考えられる。しかし、
(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶では正孔の有効質量が比較
的大きいためｎ型同士のヘテロ接合は正孔拡散阻止とし
て有効に作用する。
【００２９】二つのヘテロ接合を形成する場合、禁制帯
幅の比較的小さいｎ型の結晶の両側に各々禁制帯幅の大
きいｎ型及びｐ型の結晶を接合し禁制帯幅の小さいｎ型
の結晶を挟む構造とする。
幅の比較的小さいｎ型の結晶の両側に各々禁制帯幅の大
きいｎ型及びｐ型の結晶を接合し禁制帯幅の小さいｎ型
の結晶を挟む構造とする。
【００３０】多数のヘテロ接合を形成する場合、ｎ型の
比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小
さい薄膜結晶を複数接合し、その両側にそれぞれ更に禁
制帯幅の大きいｎ型及びｐ型の結晶を接合し、多数のヘ
テロ接合を挟む。
比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小
さい薄膜結晶を複数接合し、その両側にそれぞれ更に禁
制帯幅の大きいｎ型及びｐ型の結晶を接合し、多数のヘ
テロ接合を挟む。
【００３１】(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶の禁制帯幅付
近での光の屈折率は禁制帯幅が小さい程大きいため、他
の(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yIn1-yP 系
単結晶による半導体発光素子と同様、禁制帯幅の大きい
結晶で挟むヘテロ構造は光の閉じ込めにも効果がある。
近での光の屈折率は禁制帯幅が小さい程大きいため、他
の(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yIn1-yP 系
単結晶による半導体発光素子と同様、禁制帯幅の大きい
結晶で挟むヘテロ構造は光の閉じ込めにも効果がある。
【００３２】ヘテロ接合を利用する場合も、同一組成の
結晶によるｐｎ接合の場合と同様に、オーム性電極組成
を容易にするため電極と接触する部分付近のキャリア濃
度は高濃度にしても良い。
結晶によるｐｎ接合の場合と同様に、オーム性電極組成
を容易にするため電極と接触する部分付近のキャリア濃
度は高濃度にしても良い。
【００３３】ｎ型結晶のキャリア濃度はドナー不純物の
ドーピング濃度により、またｐ型結晶のキャリア濃度は
アクセプタ不純物のドーピング濃度及び電子線照射処理
条件により制御する。又、特にオーム性電極形成を容易
にするため高キャリア濃度実現が容易な結晶を金属との
接触用に更に接合してもよい。
ドーピング濃度により、またｐ型結晶のキャリア濃度は
アクセプタ不純物のドーピング濃度及び電子線照射処理
条件により制御する。又、特にオーム性電極形成を容易
にするため高キャリア濃度実現が容易な結晶を金属との
接触用に更に接合してもよい。
【００３４】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体
発光素子用単結晶の作製には横型有機金属化合物気相成
長装置を用いた。以下基板としてサファイア，Si，6H-S
iC及びGaN を用いた場合各々について成長手順を示す。
明する。（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体
発光素子用単結晶の作製には横型有機金属化合物気相成
長装置を用いた。以下基板としてサファイア，Si，6H-S
iC及びGaN を用いた場合各々について成長手順を示す。
【００３５】(1) サファイア基板の場合 図１は、サファイア基板を用いた半導体発光素子の構造
を示した断面図である。図１において、(0001)面を結晶
成長面とするサファイア基板１を有機洗浄の後、結晶成
長装置の結晶成長部に設置する。成長炉を真空排気の
後、水素を供給し1200℃程度まで昇温する。これにより
サファイア基板１の表面に付着していた炭化水素系ガス
がある程度取り除かれる。
を示した断面図である。図１において、(0001)面を結晶
成長面とするサファイア基板１を有機洗浄の後、結晶成
長装置の結晶成長部に設置する。成長炉を真空排気の
後、水素を供給し1200℃程度まで昇温する。これにより
サファイア基板１の表面に付着していた炭化水素系ガス
がある程度取り除かれる。
【００３６】次に、サファイア基板１の温度を 600℃程
度まで降温し、トリメチルアルミニウム(TMA) 及びアン
モニア(NH3) を供給して、サファイア基板１上に50nm程
度の膜厚を持つAlN 層２を形成する。次に、TMA の供給
のみを止め、基板温度を1040℃まで上げ、TMA,トリメチ
ルガリウム(TMG) 及びシラン(SiH4 ) を供給しSiドープ
ｎ型GaAlN 層３（ｎ層）を成長する。
度まで降温し、トリメチルアルミニウム(TMA) 及びアン
モニア(NH3) を供給して、サファイア基板１上に50nm程
度の膜厚を持つAlN 層２を形成する。次に、TMA の供給
のみを止め、基板温度を1040℃まで上げ、TMA,トリメチ
ルガリウム(TMG) 及びシラン(SiH4 ) を供給しSiドープ
ｎ型GaAlN 層３（ｎ層）を成長する。
【００３７】一旦、ウェハを成長炉から取り出し、GaAl
N 層３の表面の一部をSiO2でマスクした後、再び成長炉
に戻して真空排気して水素及びNH3 を供給し1040℃まで
昇温する。次に、TMG だけを供給して、SiO2でマスクさ
れていない部分に厚さ 0.5μｍのGaN 層４を成長させ
る。これにより、ノンドープの発光層が得られる。次
に、TMA 及びビスシクロペンタディエニルマグネシウム
(Cp2Mg) を更に供給してドープGaAlN 層５（ｐ層）を
0.5μｍ成長する。
N 層３の表面の一部をSiO2でマスクした後、再び成長炉
に戻して真空排気して水素及びNH3 を供給し1040℃まで
昇温する。次に、TMG だけを供給して、SiO2でマスクさ
れていない部分に厚さ 0.5μｍのGaN 層４を成長させ
る。これにより、ノンドープの発光層が得られる。次
に、TMA 及びビスシクロペンタディエニルマグネシウム
(Cp2Mg) を更に供給してドープGaAlN 層５（ｐ層）を
0.5μｍ成長する。
【００３８】次に、マスクとして使用したSiO2を弗酸系
エッチャントにより除去する。次に、ドープGaAlN 層５
（ｐ層）上にSiO2層７を堆積した後、縦１mm、横50μｍ
の短冊状に窓７Ａを開け、真空チャンバに移して、ドー
プGaAlN 層５（ｐ層）に電子線照射処理を行う。典型的
な電子線照射処理条件を表に示す。
エッチャントにより除去する。次に、ドープGaAlN 層５
（ｐ層）上にSiO2層７を堆積した後、縦１mm、横50μｍ
の短冊状に窓７Ａを開け、真空チャンバに移して、ドー
プGaAlN 層５（ｐ層）に電子線照射処理を行う。典型的
な電子線照射処理条件を表に示す。
【表１】
【００３９】次に、ドープGaAlN 層５（ｐ層）の窓８の
部分と、Siドープｎ型GaAlN 層３（ｎ層）に、それぞ
れ、金属電極を形成する。結晶成長は以上である。
部分と、Siドープｎ型GaAlN 層３（ｎ層）に、それぞ
れ、金属電極を形成する。結晶成長は以上である。
【００４０】(2)Si 基板の場合 Si基板上に作成した発光素子の構造を図２に示す。低抵
抗ｎ型Siの(111) 面基板８を有機洗浄の後、弗酸系エッ
チャントにより表面の酸化物を取り除き結晶成長部に設
置する。成長炉を真空排気の後水素を導入し基板を1000
℃まで昇温して、基板８の表面を洗浄化し、更に、プロ
パン(C3H8) 又はアセチレン(C2H2 ) を供給する。これ
により表面に3C-SiC薄膜９が形成される。
抗ｎ型Siの(111) 面基板８を有機洗浄の後、弗酸系エッ
チャントにより表面の酸化物を取り除き結晶成長部に設
置する。成長炉を真空排気の後水素を導入し基板を1000
℃まで昇温して、基板８の表面を洗浄化し、更に、プロ
パン(C3H8) 又はアセチレン(C2H2 ) を供給する。これ
により表面に3C-SiC薄膜９が形成される。
【００４１】この後、成長炉内を一旦真空排気して余分
なガスを取り除く。次に成長炉に水素を供給し基板温度
を 600℃にし、TMA 及びNH3 を供給してAlN 薄膜１０を
3C-SiC薄膜９上に形成する。次に、TMA の供給のみを止
め基板温度を1040℃にして、TMG,TMA 及びSiH4を供給し
てシリコンドープのｎ型GaAlN 層１１（ｎ層）を成長す
る。
なガスを取り除く。次に成長炉に水素を供給し基板温度
を 600℃にし、TMA 及びNH3 を供給してAlN 薄膜１０を
3C-SiC薄膜９上に形成する。次に、TMA の供給のみを止
め基板温度を1040℃にして、TMG,TMA 及びSiH4を供給し
てシリコンドープのｎ型GaAlN 層１１（ｎ層）を成長す
る。
【００４２】次に、TMA 及びSiH4のみの供給を止めGaN
層１２を 0.5μｍ成長した。これにより、ノンドープの
発光層を形成した。次に、TMA 及びCP2Mg を加えMgドー
プGaAlN 層１３（ｐ層）を 0.5μｍ成長する。次に、Mg
ドープGaAlN 層１３（ｐ層）上にSiO2層１５を堆積した
後、縦１mm、横50μｍの短冊状に窓１５Ａを開け、真空
チャンバに移して、MgドープGaAlN 層１３（ｐ層）に電
子線を照射する。電子線の照射条件は前実施例と同様で
ある。その後、SiO2層１５側からMgドープGaAlN 層１３
（ｐ層）に対する電極１４Ａを形成し、他方、基板８の
裏面にｎ型GaAlN 層１１（ｎ層）に対する電極１４Ｂを
形成した。
層１２を 0.5μｍ成長した。これにより、ノンドープの
発光層を形成した。次に、TMA 及びCP2Mg を加えMgドー
プGaAlN 層１３（ｐ層）を 0.5μｍ成長する。次に、Mg
ドープGaAlN 層１３（ｐ層）上にSiO2層１５を堆積した
後、縦１mm、横50μｍの短冊状に窓１５Ａを開け、真空
チャンバに移して、MgドープGaAlN 層１３（ｐ層）に電
子線を照射する。電子線の照射条件は前実施例と同様で
ある。その後、SiO2層１５側からMgドープGaAlN 層１３
（ｐ層）に対する電極１４Ａを形成し、他方、基板８の
裏面にｎ型GaAlN 層１１（ｎ層）に対する電極１４Ｂを
形成した。
【００４３】(3)6H-SiC 基板の場合 6H-SiC基板上に作成した発光素子を図３に示す。低抵抗
ｎ型6H-SiCの(0001)面基板１６を有機洗浄の後、王水系
エッチャントによりエッチングの後、結晶成長部に設置
する。成長炉を真空排気の後、水素を供給し、1200℃ま
で昇温する。次に、成長炉に水素を供給し基板温度を10
40℃にして、TMG,SiH4及びNH3 を供給してｎ型GaN 緩衝
層１７を 0.5〜 1μｍ程度成長する。次に、TMA を加
え、ｎ型GaN 緩衝層１７の上にｎ型GaAlN 層１８（ｎ
層）を成長する。
ｎ型6H-SiCの(0001)面基板１６を有機洗浄の後、王水系
エッチャントによりエッチングの後、結晶成長部に設置
する。成長炉を真空排気の後、水素を供給し、1200℃ま
で昇温する。次に、成長炉に水素を供給し基板温度を10
40℃にして、TMG,SiH4及びNH3 を供給してｎ型GaN 緩衝
層１７を 0.5〜 1μｍ程度成長する。次に、TMA を加
え、ｎ型GaN 緩衝層１７の上にｎ型GaAlN 層１８（ｎ
層）を成長する。
【００４４】次に、ｎ型GaAlN 層１８の上に、前記のSi
基板を用いた発光素子と同一構造に、同一ガスを用い
て、同一成長条件で、GaN 層１９を 0.5μｍの厚さに形
成する。これにより、ノンドープの発光層を得る。次
に、前例と同様に、MgドープGaAlN 層２０（ｐ層）を
0.5μｍの厚さに形成した。次に、MgドープGaAlN 層２
０上にSiO2層２２を堆積した後、縦１mm、横50μｍの短
冊状に窓２２Ａを開け、真空チャンバに移して、Mgドー
プGaAlN 層２０（ｐ層）に電子線を照射した。電子線の
照射条件は前実施例と同様である。
基板を用いた発光素子と同一構造に、同一ガスを用い
て、同一成長条件で、GaN 層１９を 0.5μｍの厚さに形
成する。これにより、ノンドープの発光層を得る。次
に、前例と同様に、MgドープGaAlN 層２０（ｐ層）を
0.5μｍの厚さに形成した。次に、MgドープGaAlN 層２
０上にSiO2層２２を堆積した後、縦１mm、横50μｍの短
冊状に窓２２Ａを開け、真空チャンバに移して、Mgドー
プGaAlN 層２０（ｐ層）に電子線を照射した。電子線の
照射条件は前実施例と同様である。
【００４５】その後、SiO2層２２側からMgドープGaAlN
層２０（ｐ層）に対する電極２１Ａを形成し、他方、基
板１６の裏面にｎ型GaAlN 層１８（ｎ層）に対する電極
２１Ｂを形成した。
層２０（ｐ層）に対する電極２１Ａを形成し、他方、基
板１６の裏面にｎ型GaAlN 層１８（ｎ層）に対する電極
２１Ｂを形成した。
【００４６】(4)GaN基板の場合 GaN 基板上に作成した発光素子を図４に示す。低抵抗ｎ
型GaN の(0001)面基板２３を有機洗浄の後、リン酸＋硫
酸系エッチャントによりエッチングの後、この基板２３
を結晶成長部に設置する。次に、成長炉を真空排気の
後、水素及びNH3 を供給し、基板温度を1040℃にして、
５分間放置する。次に、TMG 及びSiH4を更に加えてｎ型
GaN 緩衝層２４を0.5 〜1 μｍの厚さに形成した。
型GaN の(0001)面基板２３を有機洗浄の後、リン酸＋硫
酸系エッチャントによりエッチングの後、この基板２３
を結晶成長部に設置する。次に、成長炉を真空排気の
後、水素及びNH3 を供給し、基板温度を1040℃にして、
５分間放置する。次に、TMG 及びSiH4を更に加えてｎ型
GaN 緩衝層２４を0.5 〜1 μｍの厚さに形成した。
【００４７】次に、TMA を加え、n 型GaAlN 層（ｎ層）
２５を成長させた。次に、ｎ型GaAlN 層２５の上に、前
記のSi基板を用いた発光素子と同一構造に、同一ガスを
用いて、同一成長条件で、それぞれ、ノンドープのGaN
層（発光層）２６を 0.5μｍ、MgドープGaAlN 層２７
（ｐ層）を 0.5μｍの厚さに形成した。次に、Mgドープ
GaAlN 層２７上にSiO2層２９を堆積した後、縦１mm、横
50μｍの短冊状に窓２９Ａを開け、真空チャンバに移し
て、MgドープGaAlN 層２７（ｐ層）に電子線を照射し
た。電子線の照射条件は前実施例と同様である。
２５を成長させた。次に、ｎ型GaAlN 層２５の上に、前
記のSi基板を用いた発光素子と同一構造に、同一ガスを
用いて、同一成長条件で、それぞれ、ノンドープのGaN
層（発光層）２６を 0.5μｍ、MgドープGaAlN 層２７
（ｐ層）を 0.5μｍの厚さに形成した。次に、Mgドープ
GaAlN 層２７上にSiO2層２９を堆積した後、縦１mm、横
50μｍの短冊状に窓２９Ａを開け、真空チャンバに移し
て、MgドープGaAlN 層２７（ｐ層）に電子線を照射し
た。電子線の照射条件は前実施例と同様である。
【００４８】その後、SiO2層２９側からMgドープGaAlN
層２７（ｐ層）に対する電極２８Ａを形成し、他方、基
板２３の裏面にｎ型GaAlN 層２５（ｎ層）に対する電極
２８Ｂを形成した。
層２７（ｐ層）に対する電極２８Ａを形成し、他方、基
板２３の裏面にｎ型GaAlN 層２５（ｎ層）に対する電極
２８Ｂを形成した。
【００４９】上記のいづれの構造の発光素子も、室温に
おいて高強度で発光した。本件発明は、レーザにも適用
可能であり、広く、ＬＥＤ、レーザ等の広義の発光ダイ
オードを含む発光素子に適用可能である。
おいて高強度で発光した。本件発明は、レーザにも適用
可能であり、広く、ＬＥＤ、レーザ等の広義の発光ダイ
オードを含む発光素子に適用可能である。
【００５０】尚、本明細書において、上記の記載の他
に、以下の発明も認識されている。 （１）ｎ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体
（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)から成るｎ層
と、ｐ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体（(A
lx'Ga1-x')y'In1-y'N:0≦x'≦1,0≦y'≦1)(x=x'またはx
≠x',y=y'またはy≠y'）から成るｐ層とが接合された少
なくとも１つのｐｎ接合を設けた。 （２）ｎ層及びｐ層を、禁制帯幅が同一な窒化ガリウム
系化合物半導体で構成した特徴。 （３）ｐｎ接合を、禁制帯幅の比較的大きい窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成る層と、禁制帯幅の比較的小さ
い窒化ガリウム系化合物半導体から成る層との接合によ
り構成した特徴。 （４）禁制帯幅の比較的小さい層を、相互に禁制帯幅及
び混晶組成が同一又は異なり、その層に対して禁制帯幅
の比較的大きい層で挟んだ構造を有する特徴。 （５）禁制帯幅の異なる層を２つ以上積層した構造であ
る特徴。 （６）アクセプタ不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体から成る層に電子線を照射してｐ型化させた
層を有する特徴。 （７）ｐ型化された窒化ガリウム系化合物半導体から成
る層とその層に対する電極用金属との接触部分の形状を
短冊状とした特徴。 （８）基板に、サファイア、Si、6H-SiC又はGaN を用い
る特徴。
に、以下の発明も認識されている。 （１）ｎ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体
（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)から成るｎ層
と、ｐ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体（(A
lx'Ga1-x')y'In1-y'N:0≦x'≦1,0≦y'≦1)(x=x'またはx
≠x',y=y'またはy≠y'）から成るｐ層とが接合された少
なくとも１つのｐｎ接合を設けた。 （２）ｎ層及びｐ層を、禁制帯幅が同一な窒化ガリウム
系化合物半導体で構成した特徴。 （３）ｐｎ接合を、禁制帯幅の比較的大きい窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成る層と、禁制帯幅の比較的小さ
い窒化ガリウム系化合物半導体から成る層との接合によ
り構成した特徴。 （４）禁制帯幅の比較的小さい層を、相互に禁制帯幅及
び混晶組成が同一又は異なり、その層に対して禁制帯幅
の比較的大きい層で挟んだ構造を有する特徴。 （５）禁制帯幅の異なる層を２つ以上積層した構造であ
る特徴。 （６）アクセプタ不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体から成る層に電子線を照射してｐ型化させた
層を有する特徴。 （７）ｐ型化された窒化ガリウム系化合物半導体から成
る層とその層に対する電極用金属との接触部分の形状を
短冊状とした特徴。 （８）基板に、サファイア、Si、6H-SiC又はGaN を用い
る特徴。
【図１】サファイア基板上に作製した本発明の具体的な
一実施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)
系半導体発光素子の構成を示した断面図。
一実施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)
系半導体発光素子の構成を示した断面図。
【図２】Si基板上に作製した本発明の具体的な一実施例
に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導体
発光素子の構成を示した断面図。
に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導体
発光素子の構成を示した断面図。
【図３】6H-SiC基板上に作製した本発明の具体的な一実
施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半
導体発光素子の構成を示した断面図。
施例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半
導体発光素子の構成を示した断面図。
【図４】GaN 基板上に作製した本発明の具体的な一実施
例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導
体発光素子の構成を示した断面図。
例に係る（(AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導
体発光素子の構成を示した断面図。
１…サファイアの(0001)面基板 ２，９，１７…AlN 緩衝層 ３，１１，１８，２５…ｎ型AlGaN 層（ｎ層） ４，１２，１９，２６…GaN 層（発光層） ５，１３，２０，２７…MgドープAlGaN 層（ｐ層） ７，１５，２２，２９…SiO2層 ６Ａ，１４Ａ，２１Ａ，２８Ａ…電極（MgドープAlGaN
層（ｐ層）に対する） ６Ｂ，１４Ｂ，２１Ｂ，２８Ｂ…電極（ｎ型AlGaN 層
（ｎ層）に対する）
層（ｐ層）に対する） ６Ｂ，１４Ｂ，２１Ｂ，２８Ｂ…電極（ｎ型AlGaN 層
（ｎ層）に対する）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591014950 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号 (72)発明者 岡崎 伸夫 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 真部 勝英 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 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地25号棟505号室 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA33 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA77 5F073 CA17 CB04 CB05 CB07 DA05 DA35
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体を積層した
発光層を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、 前記発光層は、比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較
的禁制帯幅の小さい薄膜結晶を複数接合した層であるこ
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】 ｎ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物
半導体（(Alx1Ga1-x 1)y1In1-y1N:0≦x1≦1,0≦y1≦1)か
ら成るｎ層と、 ｐ型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体（(Alx2G
a1-x2)y2In1-y2N:0≦x2≦1,0≦y2≦1)から成るｐ層と、 前記ｎ層と前記ｐ層との間に、比較的禁制帯幅の大きい
薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小さい薄膜結晶を複数接合
した層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項３】 前記ｐ層は、マグネシウム(Mg)が添加さ
れていることを特徴とする請求項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】 前記ｐ層は、低抵抗化処理されているこ
とを特徴とする請求項２又は請求項３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】 前記ｎ層は、シリコン(Si)が添加されて
いることを特徴とする請求項２乃至請求項４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】 前記複数接合した層は、ｎ型伝導性であ
ることを特徴とする請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002027143A JP3592300B2 (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002027143A JP3592300B2 (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000389511A Division JP2001177191A (ja) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289915A true JP2002289915A (ja) | 2002-10-04 |
| JP3592300B2 JP3592300B2 (ja) | 2004-11-24 |
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|---|---|---|---|
| JP2002027143A Expired - Fee Related JP3592300B2 (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 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) | JP3592300B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011106609A2 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Micron Technology, Inc | Light emitting diodes with n-polarity and associated methods of manufacturing |
-
2002
- 2002-02-04 JP JP2002027143A patent/JP3592300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011106609A2 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Micron Technology, Inc | Light emitting diodes with n-polarity and associated methods of manufacturing |
| WO2011106609A3 (en) * | 2010-02-26 | 2011-12-29 | Micron Technology, Inc | Light emitting diodes with n-polarity and associated methods of manufacturing |
| US9705028B2 (en) | 2010-02-26 | 2017-07-11 | Micron Technology, Inc. | Light emitting diodes with N-polarity and associated methods of manufacturing |
| US11049994B2 (en) | 2010-02-26 | 2021-06-29 | Micron Technology, Inc. | Light emitting diodes with n-polarity and associated methods of manufacturing |
| US11843072B2 (en) | 2010-02-26 | 2023-12-12 | Micron Technology, Inc. | Light emitting diodes with n-polarity and associated methods of manufacturing |
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|---|---|
| JP3592300B2 (ja) | 2004-11-24 |
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