JP2560963C - - Google Patents
Info
- Publication number
- JP2560963C JP2560963C JP2560963C JP 2560963 C JP2560963 C JP 2560963C JP 2560963 C JP2560963 C JP 2560963C
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- layer
- doped
- light emitting
- gallium nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 11
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N Trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N Diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108091006133 Electron carriers Proteins 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 3
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N Trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- -1 gallium nitride compound Chemical class 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatoms Chemical group 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物
半導体は直接遷移を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ−６ｅＶまで変化する
ため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発光素子の材料として有望視され
ている。現在、この材料を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の窒化ガリウム系化合物半
導体を積層したいわゆるＭＩＳ構造の青色発光ダイオードが知られている。 【０００３】 ＭＩＳ構造の発光素子として、例えば特開平４−１０６６５号公報、特開平４
−１０６６６号公報、特開平４−１０６６７号公報において、ｎ型ＧａYＡｌ1-Y
Ｎの上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型ＧａYＡｌ1-YＮを積層する技術が開
示されている。これらの技術によると、Ｓｉ、ＺｎをＧａYＡｌ1-YＮにドープし
てｉ型の発光層とすることにより発光素子の発光色を白色にすることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記技術のように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドープし、さ
らにｎ型ドーパントであるＳｉをドープした高抵抗なｉ型ＧａYＡｌ1-YＮ層を発 光層とするＭＩＳ構造の発光素子は輝度、発光出力共低く、発光素子として実用
化するには未だ不十分であった。 【０００５】 従って本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とする
ところは、ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いて発光素子の輝度、
および発光出力を向上させようとするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、ＺｎおよびＳｉをド
ープしてなるｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ（但し、ｘは０＜ｘ＜１の範囲である。）層を
発光層として具備している。 【０００７】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、ｎ型およびｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層とは、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧ
ａＮ等、窒化ガリウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体に、ｎ型であれば例え
ばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドープして、ｎ型特性を示すよ
うに成長した層をいい、ｐ型であれば例えばＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｃａ等の
ｐ型ドーパントをドープして、ｐ型特性を示すように成長した層をいう。ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体の場合はノンドープでもｎ型になる性質がある。また
、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の場合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層をさらに低抵抗化する手段として、我々が先に出願した特願平３−３５７０４
６号に開示するアニーリング処理を行ってもよい。 【０００８】 また、ＺｎおよびＳｉをドープしたｎ型ＩｎxＧａ1-xＮのＸの値は、０＜Ｘ＜
０．５の範囲に調整することが好ましい。Ｘ値を０より多くすることにより、発
光色はおよそ紫色領域となる。Ｘ値を増加するに従い発光色は短波長側から長波
長側に移行し、Ｘ値が１付近で赤色にまで変化させることができる。しかしなが
ら、Ｘ値が０．５以上では結晶性に優れたＩｎＧａＮが得られにくく、発光効率 に優れた発光素子が得られにくくなるため、Ｘ値は０．５未満が好ましい。 【０００９】 また、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ中のＺｎおよびＳｉの濃度は、両者とも１×１０17
／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3の範囲に調整することが好ましい。１×１０17／ｃ
ｍ3よりも少ないと十分な発光強度が得られにくく、１×１０21／ｃｍ3よりも多
いと、同じく発光強度が減少する傾向にある。さらに、Ｚｎ濃度よりもＳｉ濃度
の方を多くすることによりＩｎＧａＮを好ましくｎ型とすることができる。 【００１０】 【作用】 図１に、Ｚｎを１×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、
Ｚｎを１×１０19／ｃｍ3およびＳｉを５×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ型Ｉｎ0.
15Ｇａ0.85Ｎ層とにＨｅ−Ｃｄレーザーを照射して、室温でフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を測定し、それらの発光強度を比較して示す。なお、Ｚｎのみをドー
プしたＩｎＧａＮ層のスペクトル強度は実際の強度を１０倍に拡大して示してい
る。この図に示すように、Ｚｎのみをドープしたｎ型ＩｎＧａＮのＰＬスペクト
ル（ｂ）、ＳｉおよびＺｎをドープしたｎ型ＩｎＧａＮのＰＬスペクトル（ａ）
はいずれも４９０ｎｍにその主発光ピークを有する。しかしながら、その発光強
度は（ａ）の方が１０倍以上大きい。これは、ＺｎをドープしたＩｎＧａＮに、
さらにＳｉをドープすることによりドナー濃度が増え、ドナー・アクセプタのペ
ア発光により発光強度が増大していると推察される。なぜなら、ノンドープのＩ
ｎＧａＮは成長条件により電子キャリア濃度が、およそ１×１０17／ｃｍ3〜１
×１０22／ｃｍ3ぐらいのｎ型を示す。これは、ある程度の数のドナーがノンド
ープの状態でＩｎＧａＮ中に残留していることを示している。そこで、このノン
ドープのＩｎＧａＮにＺｎをドープすると、前記残留ドナーと、ドープしたＺｎ
アクセプターとのドナー・アクセプターのペア発光が青色発光となって現れる。
しかしながら、前記のように、残留ドナーによる電子キャリア濃度は１×１０17
〜１×１０22／ｃｍ3ぐらいまで成長条件によりばらつき、再現性よく一定のド
ナー濃度のＩｎＧａＮを得ることは困難であった。そこで、新たにＳｉをドープ
してこのドナー濃度を多くすると共に、安定して再現性よく一定のドナー濃度を
得るのが、 Ｓｉドープの効果である。実際、Ｓｉをドープすることにより、電子キャリア濃
度がおよそ１×１０18／ｃｍ3のものが２×１０19／ｃｍ3まで１桁増加し、ドナ
ー濃度が増加していることが判明した。従って、ドナーが増加した分だけドープ
するＺｎの量も増やすことができ、ドナー・アクセプタのペア発光の数が増加す
ることにより青色発光強度が増大すると推察される。 【００１１】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ＳｉとＺｎをドープしたｎ
型ＩｎＧａＮを発光層としたダブルヘテロ構造とすることにより、従来のＳｉと
Ｚｎをドープしたｉ型ＧａＡｌＮを発光層とするＭＩＳ構造の発光素子に比して
発光効率、および発光強度を、格段に向上させることができる。 【００１２】 【実施例】 以下有機金属気相成長法により、本発明の発光素子を製造する方法を述べる。 【００１３】 ［実施例１］ よく洗浄したサファイア基板を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十
分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させサファ
イア基板のクリーニングを行う。 【００１４】 続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスとして水素、原料ガスとして
アンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基坂上にＧａ
Ｎよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。 【００１５】 バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０３０℃まで上昇させる。１
０３０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、ドーパントガ
スにシランガスを用い、Ｓｉを１×１０28／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮ層を４
μｍ成長させる。 【００１６】 ｎ型ＧａＮ層成長後、原料ガス、ドーパントガスを止め、温度を８００℃にし て、キャリアガスを窒素に切り替え、原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）とアンモニア、ドーパントガスとしてシランガスとＤＥＺ（ジエ
チルジンク）とを用い、Ｓｉを５×１０19／ｃｍ3、Ｚｎを１×１０19／ｃｍ3ド
ープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を１００オングストローム成長させる。 【００１７】 次に、原料ガス、ドーパントガスを止め、再び温度を１０２０℃まで上昇させ
、原料ガスとしてＴＭＧとアンモニア、ドーパントガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）とを用い、Ｍｇを２×１０20／ｃｍ3ドープし
たｐ型ＧａＮ層を０．８μｍ成長させる。 【００１８】 ｐ型ＧａＮ層成長後、基板を反応容器から取り出し、アニーリング装置にて窒
素雰囲気中、７００℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ層を
さらに低抵抗化する。 【００１９】 以上のようにして得られたウエハーのｐ型ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層の一部をエッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、ｐ型Ｇ
ａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層とにオーミック電極を設け、５００μｍ角のチップにカ
ットした後、常法に従い発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにお
いて３００μＷ、輝度９００ｍｃｄ（ミリカンデラ）、発光波長４９０ｎｍであ
った。 【００２０】 ［実施例２］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層のＳｉ濃度を２×１０20／ｃｍ
3、Ｚｎ濃度を５×１０19／ｃｍ3とする他は、同様にして青色発光ダイオードを
得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力３００μＷ、輝度９２０ｍｃｄ、発光波
長４９０ｎｍであった。 【００２１】 ［実施例３］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層のＳｉ濃度を５×１０18／ｃｍ 3 、Ｚｎ濃度を１×１０18／ｃｍ3とする他は、同様にして青色発光ダイオードを
得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力２８０μＷ、輝度８５０ｍｃｄ、発光波
長４９０ｎｍであった。 【００２２】 ［実施例４］ 実施例１において、ｎ型ＩｎＧａＮのＩｎのモル比をＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎとす
る他は、同様にして青色発光ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出
力２５０μＷ、輝度１０００ｍｃｄ、発光波長５１０ｎｍであった。 【００２３】 ［比較例１］ 実施例１において、Ｓｉをドープせず、Ｚｎ濃度１×１０18／ｃｍ3のＺｎド
ープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを成長させる他は同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、２０ｍＡにおいて、発光出力１８０μＷ、輝度４００ｍｃｄでしかなく、発
光波長は４９０ｎｍであった。 【００２４】 ［比較例２］ 実施例１のＳｉ、Ｚｎドープｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を成長させる工程にお
いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、ドーパントガスにシランガス、ＤＥＺを
用いて、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3とＺｎを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｉ型Ｇ
ａＮ層を成長させる。ｉ型ＧａＮ層成長後、同様にしてｉ型ＧａＮ層の一部をエ
ッチングし、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、ｎ型ＧａＮ層とｉ型ＧａＮ層とに電極を
設けて、ＭＩＳ構造の発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにおい
て１μＷ、輝度０．１ｍｃｄしかなかった。 【００２５】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、Ｓｉ
およびＺｎをドープしたｎ型ＩｎＧａＮを発光層とするダブルヘテロ構造の発光
素子としているため、従来のＭＩＳ構造の発光素子に比して、格段に発光効率と
、発光強度が増大する。しかも、主発光波長はＩｎＧａＮ中のＩｎのモル比を変
え ることによって赤色から紫色まで自由に調節することができ、その産業上の利用
価値は大きい。
半導体は直接遷移を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ−６ｅＶまで変化する
ため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発光素子の材料として有望視され
ている。現在、この材料を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の窒化ガリウム系化合物半
導体を積層したいわゆるＭＩＳ構造の青色発光ダイオードが知られている。 【０００３】 ＭＩＳ構造の発光素子として、例えば特開平４−１０６６５号公報、特開平４
−１０６６６号公報、特開平４−１０６６７号公報において、ｎ型ＧａYＡｌ1-Y
Ｎの上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型ＧａYＡｌ1-YＮを積層する技術が開
示されている。これらの技術によると、Ｓｉ、ＺｎをＧａYＡｌ1-YＮにドープし
てｉ型の発光層とすることにより発光素子の発光色を白色にすることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記技術のように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドープし、さ
らにｎ型ドーパントであるＳｉをドープした高抵抗なｉ型ＧａYＡｌ1-YＮ層を発 光層とするＭＩＳ構造の発光素子は輝度、発光出力共低く、発光素子として実用
化するには未だ不十分であった。 【０００５】 従って本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とする
ところは、ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いて発光素子の輝度、
および発光出力を向上させようとするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、ＺｎおよびＳｉをド
ープしてなるｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ（但し、ｘは０＜ｘ＜１の範囲である。）層を
発光層として具備している。 【０００７】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、ｎ型およびｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層とは、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧ
ａＮ等、窒化ガリウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体に、ｎ型であれば例え
ばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドープして、ｎ型特性を示すよ
うに成長した層をいい、ｐ型であれば例えばＺｎ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｃａ等の
ｐ型ドーパントをドープして、ｐ型特性を示すように成長した層をいう。ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体の場合はノンドープでもｎ型になる性質がある。また
、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の場合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層をさらに低抵抗化する手段として、我々が先に出願した特願平３−３５７０４
６号に開示するアニーリング処理を行ってもよい。 【０００８】 また、ＺｎおよびＳｉをドープしたｎ型ＩｎxＧａ1-xＮのＸの値は、０＜Ｘ＜
０．５の範囲に調整することが好ましい。Ｘ値を０より多くすることにより、発
光色はおよそ紫色領域となる。Ｘ値を増加するに従い発光色は短波長側から長波
長側に移行し、Ｘ値が１付近で赤色にまで変化させることができる。しかしなが
ら、Ｘ値が０．５以上では結晶性に優れたＩｎＧａＮが得られにくく、発光効率 に優れた発光素子が得られにくくなるため、Ｘ値は０．５未満が好ましい。 【０００９】 また、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ中のＺｎおよびＳｉの濃度は、両者とも１×１０17
／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3の範囲に調整することが好ましい。１×１０17／ｃ
ｍ3よりも少ないと十分な発光強度が得られにくく、１×１０21／ｃｍ3よりも多
いと、同じく発光強度が減少する傾向にある。さらに、Ｚｎ濃度よりもＳｉ濃度
の方を多くすることによりＩｎＧａＮを好ましくｎ型とすることができる。 【００１０】 【作用】 図１に、Ｚｎを１×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、
Ｚｎを１×１０19／ｃｍ3およびＳｉを５×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ型Ｉｎ0.
15Ｇａ0.85Ｎ層とにＨｅ−Ｃｄレーザーを照射して、室温でフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を測定し、それらの発光強度を比較して示す。なお、Ｚｎのみをドー
プしたＩｎＧａＮ層のスペクトル強度は実際の強度を１０倍に拡大して示してい
る。この図に示すように、Ｚｎのみをドープしたｎ型ＩｎＧａＮのＰＬスペクト
ル（ｂ）、ＳｉおよびＺｎをドープしたｎ型ＩｎＧａＮのＰＬスペクトル（ａ）
はいずれも４９０ｎｍにその主発光ピークを有する。しかしながら、その発光強
度は（ａ）の方が１０倍以上大きい。これは、ＺｎをドープしたＩｎＧａＮに、
さらにＳｉをドープすることによりドナー濃度が増え、ドナー・アクセプタのペ
ア発光により発光強度が増大していると推察される。なぜなら、ノンドープのＩ
ｎＧａＮは成長条件により電子キャリア濃度が、およそ１×１０17／ｃｍ3〜１
×１０22／ｃｍ3ぐらいのｎ型を示す。これは、ある程度の数のドナーがノンド
ープの状態でＩｎＧａＮ中に残留していることを示している。そこで、このノン
ドープのＩｎＧａＮにＺｎをドープすると、前記残留ドナーと、ドープしたＺｎ
アクセプターとのドナー・アクセプターのペア発光が青色発光となって現れる。
しかしながら、前記のように、残留ドナーによる電子キャリア濃度は１×１０17
〜１×１０22／ｃｍ3ぐらいまで成長条件によりばらつき、再現性よく一定のド
ナー濃度のＩｎＧａＮを得ることは困難であった。そこで、新たにＳｉをドープ
してこのドナー濃度を多くすると共に、安定して再現性よく一定のドナー濃度を
得るのが、 Ｓｉドープの効果である。実際、Ｓｉをドープすることにより、電子キャリア濃
度がおよそ１×１０18／ｃｍ3のものが２×１０19／ｃｍ3まで１桁増加し、ドナ
ー濃度が増加していることが判明した。従って、ドナーが増加した分だけドープ
するＺｎの量も増やすことができ、ドナー・アクセプタのペア発光の数が増加す
ることにより青色発光強度が増大すると推察される。 【００１１】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、ＳｉとＺｎをドープしたｎ
型ＩｎＧａＮを発光層としたダブルヘテロ構造とすることにより、従来のＳｉと
Ｚｎをドープしたｉ型ＧａＡｌＮを発光層とするＭＩＳ構造の発光素子に比して
発光効率、および発光強度を、格段に向上させることができる。 【００１２】 【実施例】 以下有機金属気相成長法により、本発明の発光素子を製造する方法を述べる。 【００１３】 ［実施例１］ よく洗浄したサファイア基板を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十
分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させサファ
イア基板のクリーニングを行う。 【００１４】 続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスとして水素、原料ガスとして
アンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基坂上にＧａ
Ｎよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。 【００１５】 バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０３０℃まで上昇させる。１
０３０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、ドーパントガ
スにシランガスを用い、Ｓｉを１×１０28／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮ層を４
μｍ成長させる。 【００１６】 ｎ型ＧａＮ層成長後、原料ガス、ドーパントガスを止め、温度を８００℃にし て、キャリアガスを窒素に切り替え、原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）とアンモニア、ドーパントガスとしてシランガスとＤＥＺ（ジエ
チルジンク）とを用い、Ｓｉを５×１０19／ｃｍ3、Ｚｎを１×１０19／ｃｍ3ド
ープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を１００オングストローム成長させる。 【００１７】 次に、原料ガス、ドーパントガスを止め、再び温度を１０２０℃まで上昇させ
、原料ガスとしてＴＭＧとアンモニア、ドーパントガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）とを用い、Ｍｇを２×１０20／ｃｍ3ドープし
たｐ型ＧａＮ層を０．８μｍ成長させる。 【００１８】 ｐ型ＧａＮ層成長後、基板を反応容器から取り出し、アニーリング装置にて窒
素雰囲気中、７００℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ層を
さらに低抵抗化する。 【００１９】 以上のようにして得られたウエハーのｐ型ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ層の一部をエッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、ｐ型Ｇ
ａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層とにオーミック電極を設け、５００μｍ角のチップにカ
ットした後、常法に従い発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにお
いて３００μＷ、輝度９００ｍｃｄ（ミリカンデラ）、発光波長４９０ｎｍであ
った。 【００２０】 ［実施例２］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層のＳｉ濃度を２×１０20／ｃｍ
3、Ｚｎ濃度を５×１０19／ｃｍ3とする他は、同様にして青色発光ダイオードを
得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力３００μＷ、輝度９２０ｍｃｄ、発光波
長４９０ｎｍであった。 【００２１】 ［実施例３］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層のＳｉ濃度を５×１０18／ｃｍ 3 、Ｚｎ濃度を１×１０18／ｃｍ3とする他は、同様にして青色発光ダイオードを
得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力２８０μＷ、輝度８５０ｍｃｄ、発光波
長４９０ｎｍであった。 【００２２】 ［実施例４］ 実施例１において、ｎ型ＩｎＧａＮのＩｎのモル比をＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎとす
る他は、同様にして青色発光ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出
力２５０μＷ、輝度１０００ｍｃｄ、発光波長５１０ｎｍであった。 【００２３】 ［比較例１］ 実施例１において、Ｓｉをドープせず、Ｚｎ濃度１×１０18／ｃｍ3のＺｎド
ープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを成長させる他は同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、２０ｍＡにおいて、発光出力１８０μＷ、輝度４００ｍｃｄでしかなく、発
光波長は４９０ｎｍであった。 【００２４】 ［比較例２］ 実施例１のＳｉ、Ｚｎドープｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を成長させる工程にお
いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、ドーパントガスにシランガス、ＤＥＺを
用いて、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3とＺｎを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｉ型Ｇ
ａＮ層を成長させる。ｉ型ＧａＮ層成長後、同様にしてｉ型ＧａＮ層の一部をエ
ッチングし、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、ｎ型ＧａＮ層とｉ型ＧａＮ層とに電極を
設けて、ＭＩＳ構造の発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにおい
て１μＷ、輝度０．１ｍｃｄしかなかった。 【００２５】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、Ｓｉ
およびＺｎをドープしたｎ型ＩｎＧａＮを発光層とするダブルヘテロ構造の発光
素子としているため、従来のＭＩＳ構造の発光素子に比して、格段に発光効率と
、発光強度が増大する。しかも、主発光波長はＩｎＧａＮ中のＩｎのモル比を変
え ることによって赤色から紫色まで自由に調節することができ、その産業上の利用
価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＺｎのみをドープしたＩｎＧａＮ層（ｂ）と、ＺｎおよびＳｉを
ドープしたＩｎＧａＮ層（ａ）との室温でのフォトルミネッセンス強度を比較し
て示す図。
ドープしたＩｎＧａＮ層（ａ）との室温でのフォトルミネッセンス強度を比較し
て示す図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体層との間に、ＺｎおよびＳｉがドープされたｎ型ＩｎxＧａ1-xＮ（
但し、ｘは０＜ｘ＜１の範囲である。）層を発光層として具備することを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2778405B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2785254B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| KR100406200B1 (ko) | 이중 헤테로구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체 장치 | |
| JP2890396B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3250438B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3890930B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| US8716048B2 (en) | Light emitting device and method for manufacturing the same | |
| JPH06177423A (ja) | 青色発光素子 | |
| JP2560963B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| US6191437B1 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2713095B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP3658892B2 (ja) | ｐ型窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP2713094B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2918139B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2790242B2 (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| JP3458007B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2560964B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH10144960A (ja) | ｐ型窒化物半導体の製造方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP2809045B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3216596B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| KR100881053B1 (ko) | 질화물계 발광소자 | |
| JP3267250B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2576819B1 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2560963C (ja) | ||
| KR100608928B1 (ko) | Ⅲ－ⅴ 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |