JP2623464B2 - 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
- Publication number
- JP2623464B2 JP2623464B2 JP11419190A JP11419190A JP2623464B2 JP 2623464 B2 JP2623464 B2 JP 2623464B2 JP 11419190 A JP11419190 A JP 11419190A JP 11419190 A JP11419190 A JP 11419190A JP 2623464 B2 JP2623464 B2 JP 2623464B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light emitting
- layer
- compound semiconductor
- emitting device
- 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
Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関す
る。
る。
従来、青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、ｎ型GaN系の化合物
半導体から成るｎ層を成長させ、そのｎ層の上にGaN系
の化合物半導体から成る発光層を成長させた構造をとっ
ている。
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、ｎ型GaN系の化合物
半導体から成るｎ層を成長させ、そのｎ層の上にGaN系
の化合物半導体から成る発光層を成長させた構造をとっ
ている。
しかし、上記構造の発光ダイオードにおける発光層の
ドーピング元素には、亜鉛が用いられている。このた
め、発光色が青色に固定されてしまい他の例えば白色を
発光させることは出来なかった。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの発光色を変えることである。
ドーピング元素には、亜鉛が用いられている。このた
め、発光色が青色に固定されてしまい他の例えば白色を
発光させることは出来なかった。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの発光色を変えることである。
本発明は、有機金属化合物気相成長法により成長さ
れ、少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を含む窒化
ガリウム系化合物半導体からなる発光層を有する発光素
子において、発光層のドーピング元素を、発光層の気相
成長中においてドープされた亜鉛（Zn）とシリコン（S
i）であることを特徴とする。 又、他の発明は、発光素子は、サファイア基板、サフ
ァイア基板上に形成されたバッファ層、そのバファ層上
に形成された少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を
含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るシリコンがド
ープされた層を有することを特徴とする。 又、発光層の亜鉛（Zn）濃度は５×1019〜３×1021/c
m3であることが望ましく、発光層のシリコン（Si）濃度
は５×1016〜３×1019/cm3であることが望ましい。 さらに、少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を含
む窒化ガリウム系化合物半導体は、例えば、窒化ガリウ
ム系化合物半導体（AlXGa1-XN;X＝０を含む）である。
れ、少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を含む窒化
ガリウム系化合物半導体からなる発光層を有する発光素
子において、発光層のドーピング元素を、発光層の気相
成長中においてドープされた亜鉛（Zn）とシリコン（S
i）であることを特徴とする。 又、他の発明は、発光素子は、サファイア基板、サフ
ァイア基板上に形成されたバッファ層、そのバファ層上
に形成された少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を
含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るシリコンがド
ープされた層を有することを特徴とする。 又、発光層の亜鉛（Zn）濃度は５×1019〜３×1021/c
m3であることが望ましく、発光層のシリコン（Si）濃度
は５×1016〜３×1019/cm3であることが望ましい。 さらに、少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を含
む窒化ガリウム系化合物半導体は、例えば、窒化ガリウ
ム系化合物半導体（AlXGa1-XN;X＝０を含む）である。
本発明は、有機金属化合物気相成長法により成長され
る発光層のドーピング元素に、発光層の気相成長中にお
いてドープされた亜鉛（Zn）とシリコン（Si）とを用い
たために、発光色が可変できた。 即ち、亜鉛に対してシリコンのドーピング割合を変化
させることで、青色、白色、赤色と変化させることがで
きる。
る発光層のドーピング元素に、発光層の気相成長中にお
いてドープされた亜鉛（Zn）とシリコン（Si）とを用い
たために、発光色が可変できた。 即ち、亜鉛に対してシリコンのドーピング割合を変化
させることで、青色、白色、赤色と変化させることがで
きる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 まず、本実施例に係る発光ダイオードの製造装置につ
いて説明する。 第２図は本発明の窒化ガリウム発光ダイオードを製造
する気相成長装置の断面図である。 石英管10はその左端でＯリング15でシールされてフラ
ンジ14に当接し、緩衝材38と固定具39を用い、ボルト4
6,47とナット48,49等により数箇所にてフランジ14に固
定されている。又、石英管10の右端はＯリング40でシー
ルされてフランジ27に螺子締固定具41,42により固定さ
れている。 石英管19で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。そのライナー管12の一端13
はフランジ14に固設された保持プレート17で保持され、
その他端16の底部18は保持脚19で石英管10に保持されて
いる。 ライナー管12の平面形状は第７図に示すように、下流
程拡がっており、石英管10の長軸（Ｘ軸）に垂直なライ
ナー管12の断面は、第３図〜第６図に示すように、Ｘ軸
方向での位置によって異なる。即ち、反応ガスはＸ軸方
向に流れるが、ガス流の上流側では第２図に示すように
円形であり、下流側（Ｘ軸正方向）に進むに従って、Ｙ
軸方向を長軸とし、長軸方向に拡大され、短軸方向に縮
小された楕円形状となり、サセプタ20を載置するやや上
流側のＡ位置では第５図に示すように上下方向（Ｚ軸）
方向に薄くＹ軸方向に長い偏平楕円形状となっている。
Ａ位置における第５図に示すIV−IV矢視方向断面図にお
ける開口部のＹ軸方向の長さは7cmであり、Ｚ軸方向の
長さは1.2cmである。 ライナー管12の下流側には、サセプタ20載置するＸ軸
に垂直な断面形状が長方形の試料載置室21が一体的に連
設されている。その試料載置室21の底部22にサセプタ20
が載置される。そのサセプタ20はＸ軸に垂直な断面は長
方形であるが、その上面23はＸ軸に対して緩やかにＺ軸
方向に傾斜している。そのサセプタ20の上面23に試料、
即ち、長方形のサファイア基板51が載置されるが、その
サファイア基板51とそれに面するライナー管12の上部管
壁24との間隙は、上流部で12mm,下流部4mmである。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板51
を載置したサセプタ20を試料載置室21へ設置したり、結
晶成長の終わった時に、試料載置室21からサセプタ20を
取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが開口している。第１ガス管28は第２ガス管
29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重管
構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29から突出
した部分の周辺部には多数の穴30が開けられており、又
第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そし
て、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナー
管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導入
されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガス供給系統
Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供給
系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給係数Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとシラン（SiH4）の供給系統Ｍが接続
されている。第２マニホールド32にはNH3の供給系統Ｈ
とキャリアガスの供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、試料載置室21には、側方から導入管36がフランジ
14を通過して外部から伸びており、その導入管36内に試
料の温度を測定する熱電対43とその導線44,45が配設さ
れており、試料温度を外部から測定できるように構成さ
れている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとH2とDEZとシランとの混合ガスと、第２ガス
管29で導かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出
口付近で混合され、その混合反応ガスはライナー管12に
より試料載置室21へ導かれ、サファイア基板51とライナ
ー管12の上部管壁24との間で形成された間隙を通過す
る。この時、サファイア基板51上の反応ガスの流れが均
一となり、場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 ｎ型のAlXGa1-XN薄膜を形成する場合には、DEZとシラ
ンの供給を停止して第１ガス管28と第２ガス管29とから
混合ガスを流出させれば良く、発光層のAlXGa1-XN薄膜
を形成する場合には、DEZとシランとを供給して第１ガ
ス管28と第２ガス管29とからそれぞれの混合ガスを流出
させれば良い。発光層のAlXGa1-XN薄膜を形成する場合
には、DEZとシランがサファイア基板51に吹き付けられ
熱分解し、ドーパント元素は成長するAlXGa1-XNにドー
ピングされる。 次に本装置を用いて、第１図に示す構成の発光ダイオ
ード50を製造する方法について説明する。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面
とする単結晶のサファイア基板51をサセプタ20に装着す
る。次に、反応室11の圧力を１×10-5Torrに減圧した
後、H2を２／分で、第１ガス管28及び第２ガス管29及
び外部管３ ５を介してライナー管12に流しながら、温
度1100℃でサファイア基板51を気相エッチングした。 次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28からH
2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を50ml/
分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／分で
２分間供給した。この成長工程で、AlNのバッファ層52
が約500Åの厚さに形成された。 次に、２分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板51の温度を1150℃に保持し、第１ガス管28か
らH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を2
00ml/分、H2で1ppmに希釈したシラン（SiH4）を200ml/
分、第２ガス管29からH2を10l分、NH3を10／分で15分
間供給して、膜厚約2.5μｍ、キャリア濃度２×1018/cm
3のGaNから成る高キャリア濃度ｎ層53を形成した。 続いて、サファイア基板51の温度を1150℃に保持し、
同様に、第１ガス管28、第２ガス管29から、H2を20／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、NH3
を10／分の割合で20分間供給し、膜厚約1.5μｍ、キ
ャリア濃度１×1016/cm3のGaNから成る低キャリア濃度
ｎ層54を形成した。 次に、サファイア基板51を900℃にして、同様に、第
１ガス管28、第２ガス管29から、それぞれ、H2を10／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、５
℃のDEZ中をバブリングしたH2500ml/分、H2で1ppmに希
釈したシラン（SiH4）を100ml/分、NH3を10／分の割
合で１分間供給して、膜厚750ÅのGaNから成る発光層55
を形成した。この時、発光層55における亜鉛の密度は１
×1020/cm3で、シリコンの密度は１×1018/cm3であっ
た。 このようにして、第８図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第９図に示すように、発光層55の上に、スパッ
タリングによりSiO2層61を2000Åの厚さに形成した。次
に、そのSiO2層61上にフォトレジスト62を塗布して、フ
ォトリソグラフにより、そのフォトレジスト62を高キャ
リア濃度ｎ層53に対する電極形成部位のフォトレジスト
を除去したパターンに形成した。 次に、第10図に示すように、フォトレジスト62によっ
て覆われていないSiO2層61をフッ化水素酸系エッチング
液で除去した。 次に、第11図に示すように、フォトレジスト62及びSi
O2層61によって覆われていない部位の発光層53とその下
の低キャリア濃度ｎ層54と高キャリア濃度ｎ層53の上面
一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、流速1
0cc/分のCCl2F2ガスでエッチングした後、Arでドライエ
ッチングした。 次に、第12図に示すように、発光層55上に残っている
SiO2層61をフッ化水素酸で除去した。 次に、第13図に示すように、試料の上全面に、Al層63
を蒸着により形成した。そして、そのAl層63の上にフォ
トレジスト64を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト64が高キャリア濃度ｎ層53及び発光層
55に対する電極部が残るように、所定形状にパターン形
成した。 次に、第13図に示すようにそのフォトレジスト64をマ
スクとして下層のAl層63の露出部を硝酸系エッチング液
でエッチングし、フォトレジスト64をアセトンで除去
し、高キャリア濃度ｎ層53の電極８、発光層55の電極７
を形成した。 このようにして、第１図に示す構造の窒化ガリウム系
発光素子を製造することができる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.1mcdであった。 又、この発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を
測定した。その結果を第14図において曲線Ａで示す。 波長480nm（青色）のピークが現れる他、長波長側に
スペクトルが広がっているのが理解される。即ち、波長
550nm（緑色）と波長700nm（赤色）も発光しており、こ
の結果、人間の目で視認される色は白色となる。 次に、発光層55をSIMSより分析した。その結果を第15
図に示す。発光層55における亜鉛とシリコンの分布が理
解される。 又、発光層55におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１
×1020/cm3に対して、1/100〜1/200の割合で変化させ
て、同様に発光ダイオードを製造した。 発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した
が、第14図の曲線Ａと同様になった。又、発光ダイオー
ドの発光色は、白色であった。 又、発光層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×
1021/cm3とし、その亜鉛密度に対して、シリコンを1/10
0〜1/200の割合で変化させて、同様に発光ダイオードを
製造した。発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を
測定したが、第14図の曲線Ａとほぼ同様な曲線が得られ
た。又、それらの発光ダイオードの発光色は、白色であ
った。 又、発光層55における亜鉛密度を２×1020/cm3シリコ
ン密度を２×1018/cm3とする発光ダイオードを上記の方
法で同様に製造した。そして、その発光ダイオードの発
光層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した。第
14図の曲線Ｂに示す特性が得られた。即ち、曲線Ａに比
べて、波長480nm（青色）のEL強度は減少し、波長550nm
（緑色）のEL強度は同じ位に現れ、逆に、波長700nm
（赤色）のEL強度は遥かに大きくなっている。この結
果、人間の目で視認される色は赤色となる。又、これら
の発光ダイオードの発光色は、赤色であった。 又、発光層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×
1021/cm3とし、その範囲の亜鉛密度に対するシリコン密
度の割合を1/200〜1/1000とする発光ダイオードを複数
製造した。そして、その発光ダイオードの発光層55のエ
レクトロルミネッセンス強度を測定した。その測定結果
は、第14図の曲線Ｂとほぼ同様な曲線となった。又、そ
れらの発光ダイオードの人間によって判断される色は赤
色であった。 又、比較のために、亜鉛密度を１×1020/cm3とし、シ
リコンをドープしない発光ダイオードを製造した。そし
て、その発光ダイオードの発光層55のエレクトロルミネ
ッセンス強度を測定した。第14図の曲線Ｃに示す特性が
得られた。即ち、曲線Ａに比べて、波長480nm（青色）
のEL強度は遥かに大きく、波長550nm（緑色）のEL強度
は同じ位に現れ、逆に、波長700nm（赤色）のEL強度は
遥かに小さくなっている。これらの発光ダイオードの人
間によって認識される発光色は、青色であった。以上の
ことから、次のことが結論される。 （１）発光層55に亜鉛だけドープした場合の発光ダイオ
ードの発光色は、青色である。 （２）発光層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコ
ンのドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/200〜1
/1000で比較的少ない場合には、発光ダイオードの発光
色は赤色となる。 （３）発光層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコ
ンのドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/100〜1
/200で比較的多い場合には、発光ダイオードの発光色は
白色となる。 尚、上記実施例では、シリコンの原料にシランを用い
たがテトラエチルシラン（（C2H5）4Si:TESi）を用いて
も良い。
いて説明する。 第２図は本発明の窒化ガリウム発光ダイオードを製造
する気相成長装置の断面図である。 石英管10はその左端でＯリング15でシールされてフラ
ンジ14に当接し、緩衝材38と固定具39を用い、ボルト4
6,47とナット48,49等により数箇所にてフランジ14に固
定されている。又、石英管10の右端はＯリング40でシー
ルされてフランジ27に螺子締固定具41,42により固定さ
れている。 石英管19で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。そのライナー管12の一端13
はフランジ14に固設された保持プレート17で保持され、
その他端16の底部18は保持脚19で石英管10に保持されて
いる。 ライナー管12の平面形状は第７図に示すように、下流
程拡がっており、石英管10の長軸（Ｘ軸）に垂直なライ
ナー管12の断面は、第３図〜第６図に示すように、Ｘ軸
方向での位置によって異なる。即ち、反応ガスはＸ軸方
向に流れるが、ガス流の上流側では第２図に示すように
円形であり、下流側（Ｘ軸正方向）に進むに従って、Ｙ
軸方向を長軸とし、長軸方向に拡大され、短軸方向に縮
小された楕円形状となり、サセプタ20を載置するやや上
流側のＡ位置では第５図に示すように上下方向（Ｚ軸）
方向に薄くＹ軸方向に長い偏平楕円形状となっている。
Ａ位置における第５図に示すIV−IV矢視方向断面図にお
ける開口部のＹ軸方向の長さは7cmであり、Ｚ軸方向の
長さは1.2cmである。 ライナー管12の下流側には、サセプタ20載置するＸ軸
に垂直な断面形状が長方形の試料載置室21が一体的に連
設されている。その試料載置室21の底部22にサセプタ20
が載置される。そのサセプタ20はＸ軸に垂直な断面は長
方形であるが、その上面23はＸ軸に対して緩やかにＺ軸
方向に傾斜している。そのサセプタ20の上面23に試料、
即ち、長方形のサファイア基板51が載置されるが、その
サファイア基板51とそれに面するライナー管12の上部管
壁24との間隙は、上流部で12mm,下流部4mmである。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板51
を載置したサセプタ20を試料載置室21へ設置したり、結
晶成長の終わった時に、試料載置室21からサセプタ20を
取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが開口している。第１ガス管28は第２ガス管
29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重管
構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29から突出
した部分の周辺部には多数の穴30が開けられており、又
第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そし
て、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナー
管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導入
されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガス供給系統
Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供給
系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給係数Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとシラン（SiH4）の供給系統Ｍが接続
されている。第２マニホールド32にはNH3の供給系統Ｈ
とキャリアガスの供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、試料載置室21には、側方から導入管36がフランジ
14を通過して外部から伸びており、その導入管36内に試
料の温度を測定する熱電対43とその導線44,45が配設さ
れており、試料温度を外部から測定できるように構成さ
れている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとH2とDEZとシランとの混合ガスと、第２ガス
管29で導かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出
口付近で混合され、その混合反応ガスはライナー管12に
より試料載置室21へ導かれ、サファイア基板51とライナ
ー管12の上部管壁24との間で形成された間隙を通過す
る。この時、サファイア基板51上の反応ガスの流れが均
一となり、場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 ｎ型のAlXGa1-XN薄膜を形成する場合には、DEZとシラ
ンの供給を停止して第１ガス管28と第２ガス管29とから
混合ガスを流出させれば良く、発光層のAlXGa1-XN薄膜
を形成する場合には、DEZとシランとを供給して第１ガ
ス管28と第２ガス管29とからそれぞれの混合ガスを流出
させれば良い。発光層のAlXGa1-XN薄膜を形成する場合
には、DEZとシランがサファイア基板51に吹き付けられ
熱分解し、ドーパント元素は成長するAlXGa1-XNにドー
ピングされる。 次に本装置を用いて、第１図に示す構成の発光ダイオ
ード50を製造する方法について説明する。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面
とする単結晶のサファイア基板51をサセプタ20に装着す
る。次に、反応室11の圧力を１×10-5Torrに減圧した
後、H2を２／分で、第１ガス管28及び第２ガス管29及
び外部管３ ５を介してライナー管12に流しながら、温
度1100℃でサファイア基板51を気相エッチングした。 次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28からH
2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を50ml/
分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／分で
２分間供給した。この成長工程で、AlNのバッファ層52
が約500Åの厚さに形成された。 次に、２分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板51の温度を1150℃に保持し、第１ガス管28か
らH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を2
00ml/分、H2で1ppmに希釈したシラン（SiH4）を200ml/
分、第２ガス管29からH2を10l分、NH3を10／分で15分
間供給して、膜厚約2.5μｍ、キャリア濃度２×1018/cm
3のGaNから成る高キャリア濃度ｎ層53を形成した。 続いて、サファイア基板51の温度を1150℃に保持し、
同様に、第１ガス管28、第２ガス管29から、H2を20／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、NH3
を10／分の割合で20分間供給し、膜厚約1.5μｍ、キ
ャリア濃度１×1016/cm3のGaNから成る低キャリア濃度
ｎ層54を形成した。 次に、サファイア基板51を900℃にして、同様に、第
１ガス管28、第２ガス管29から、それぞれ、H2を10／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、５
℃のDEZ中をバブリングしたH2500ml/分、H2で1ppmに希
釈したシラン（SiH4）を100ml/分、NH3を10／分の割
合で１分間供給して、膜厚750ÅのGaNから成る発光層55
を形成した。この時、発光層55における亜鉛の密度は１
×1020/cm3で、シリコンの密度は１×1018/cm3であっ
た。 このようにして、第８図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第９図に示すように、発光層55の上に、スパッ
タリングによりSiO2層61を2000Åの厚さに形成した。次
に、そのSiO2層61上にフォトレジスト62を塗布して、フ
ォトリソグラフにより、そのフォトレジスト62を高キャ
リア濃度ｎ層53に対する電極形成部位のフォトレジスト
を除去したパターンに形成した。 次に、第10図に示すように、フォトレジスト62によっ
て覆われていないSiO2層61をフッ化水素酸系エッチング
液で除去した。 次に、第11図に示すように、フォトレジスト62及びSi
O2層61によって覆われていない部位の発光層53とその下
の低キャリア濃度ｎ層54と高キャリア濃度ｎ層53の上面
一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、流速1
0cc/分のCCl2F2ガスでエッチングした後、Arでドライエ
ッチングした。 次に、第12図に示すように、発光層55上に残っている
SiO2層61をフッ化水素酸で除去した。 次に、第13図に示すように、試料の上全面に、Al層63
を蒸着により形成した。そして、そのAl層63の上にフォ
トレジスト64を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト64が高キャリア濃度ｎ層53及び発光層
55に対する電極部が残るように、所定形状にパターン形
成した。 次に、第13図に示すようにそのフォトレジスト64をマ
スクとして下層のAl層63の露出部を硝酸系エッチング液
でエッチングし、フォトレジスト64をアセトンで除去
し、高キャリア濃度ｎ層53の電極８、発光層55の電極７
を形成した。 このようにして、第１図に示す構造の窒化ガリウム系
発光素子を製造することができる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.1mcdであった。 又、この発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を
測定した。その結果を第14図において曲線Ａで示す。 波長480nm（青色）のピークが現れる他、長波長側に
スペクトルが広がっているのが理解される。即ち、波長
550nm（緑色）と波長700nm（赤色）も発光しており、こ
の結果、人間の目で視認される色は白色となる。 次に、発光層55をSIMSより分析した。その結果を第15
図に示す。発光層55における亜鉛とシリコンの分布が理
解される。 又、発光層55におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１
×1020/cm3に対して、1/100〜1/200の割合で変化させ
て、同様に発光ダイオードを製造した。 発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した
が、第14図の曲線Ａと同様になった。又、発光ダイオー
ドの発光色は、白色であった。 又、発光層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×
1021/cm3とし、その亜鉛密度に対して、シリコンを1/10
0〜1/200の割合で変化させて、同様に発光ダイオードを
製造した。発光層55のエレクトロルミネッセンス強度を
測定したが、第14図の曲線Ａとほぼ同様な曲線が得られ
た。又、それらの発光ダイオードの発光色は、白色であ
った。 又、発光層55における亜鉛密度を２×1020/cm3シリコ
ン密度を２×1018/cm3とする発光ダイオードを上記の方
法で同様に製造した。そして、その発光ダイオードの発
光層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した。第
14図の曲線Ｂに示す特性が得られた。即ち、曲線Ａに比
べて、波長480nm（青色）のEL強度は減少し、波長550nm
（緑色）のEL強度は同じ位に現れ、逆に、波長700nm
（赤色）のEL強度は遥かに大きくなっている。この結
果、人間の目で視認される色は赤色となる。又、これら
の発光ダイオードの発光色は、赤色であった。 又、発光層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×
1021/cm3とし、その範囲の亜鉛密度に対するシリコン密
度の割合を1/200〜1/1000とする発光ダイオードを複数
製造した。そして、その発光ダイオードの発光層55のエ
レクトロルミネッセンス強度を測定した。その測定結果
は、第14図の曲線Ｂとほぼ同様な曲線となった。又、そ
れらの発光ダイオードの人間によって判断される色は赤
色であった。 又、比較のために、亜鉛密度を１×1020/cm3とし、シ
リコンをドープしない発光ダイオードを製造した。そし
て、その発光ダイオードの発光層55のエレクトロルミネ
ッセンス強度を測定した。第14図の曲線Ｃに示す特性が
得られた。即ち、曲線Ａに比べて、波長480nm（青色）
のEL強度は遥かに大きく、波長550nm（緑色）のEL強度
は同じ位に現れ、逆に、波長700nm（赤色）のEL強度は
遥かに小さくなっている。これらの発光ダイオードの人
間によって認識される発光色は、青色であった。以上の
ことから、次のことが結論される。 （１）発光層55に亜鉛だけドープした場合の発光ダイオ
ードの発光色は、青色である。 （２）発光層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコ
ンのドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/200〜1
/1000で比較的少ない場合には、発光ダイオードの発光
色は赤色となる。 （３）発光層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコ
ンのドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/100〜1
/200で比較的多い場合には、発光ダイオードの発光色は
白色となる。 尚、上記実施例では、シリコンの原料にシランを用い
たがテトラエチルシラン（（C2H5）4Si:TESi）を用いて
も良い。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図、第２図はその発光ダイオード
を製造する装置を示した構成図、第３図乃至第６図はそ
の装置で使用されたライナー管の断面図、第７図はその
ライナー管の平面図、第８図乃至第13図は発光ダイオー
ドの製造工程を示した断面図、第14図はその発光ダイオ
ードの発光層のエレクトロルミネッセンスによる測定結
果を示した測定図、第15図は発光層のSIMSによる分析結
果を示した測定図である。 10……発光ダイオード、１……サファイア基板 ２……バッファ層、３……高キャリア濃度ｎ層 ４……低キャリア濃度ｎ層、５……発光層 7,8……電極
ドの構成を示した構成図、第２図はその発光ダイオード
を製造する装置を示した構成図、第３図乃至第６図はそ
の装置で使用されたライナー管の断面図、第７図はその
ライナー管の平面図、第８図乃至第13図は発光ダイオー
ドの製造工程を示した断面図、第14図はその発光ダイオ
ードの発光層のエレクトロルミネッセンスによる測定結
果を示した測定図、第15図は発光層のSIMSによる分析結
果を示した測定図である。 10……発光ダイオード、１……サファイア基板 ２……バッファ層、３……高キャリア濃度ｎ層 ４……低キャリア濃度ｎ層、５……発光層 7,8……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々 道成 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 山崎 史郎 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 (56)参考文献 特開 昭54−71590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−82477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−66283（ＪＰ，Ａ) Ｓｅｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕ ｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｌ．57 Ｎ ｏ．６，ＰＰ．405〜409，1986
Claims (5)
- 【請求項１】有機金属化合物気相成長法により成長さ
れ、少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を含む窒化
ガリウム系化合物半導体からなる発光層を有する発光素
子において、 前記発光層のドーピング元素は、前記発光層の気相成長
中においてドープされた亜鉛（Zn）とシリコン（Si）で
あることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】前記発光素子は、サファイア基板、サファ
イア基板上に形成されたバッファ層、前記バッファ層上
に形成された少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（Ga）を
含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るシリコンがド
ープされた層を有することを特徴とする請求項１に記載
の発光素子。 - 【請求項３】前記発光層の亜鉛（Zn）濃度は５×1019〜
３×1021/cm3であることを特徴とする請求項１に記載の
発光素子。 - 【請求項４】前記発光層のシリコン層（Si）濃度は５×
1016〜３×1019/cm3であることを特徴とする請求項１に
記載の発光素子。 - 【請求項５】前記少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム（G
a）を含む窒化ガリウム系化合物半導体は窒化ガリウム
系化合物半導体（AlXGa1-XN;X＝０を含む）であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11419190A JP2623464B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP11419190A JP2623464B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410665A JPH0410665A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2623464B2 true JP2623464B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=14631483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11419190A Expired - Lifetime JP2623464B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623464B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2657743B2 (ja) * | 1992-10-29 | 1997-09-24 | 豊田合成株式会社 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
| JP2560963B2 (ja) * | 1993-03-05 | 1996-12-04 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| US6005258A (en) | 1994-03-22 | 1999-12-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III Nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities |
| JP3016241B2 (ja) * | 1994-03-22 | 2000-03-06 | 豊田合成株式会社 | ３族窒化物半導体発光素子 |
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| JP3121617B2 (ja) * | 1994-07-21 | 2001-01-09 | 松下電器産業株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US6600175B1 (en) | 1996-03-26 | 2003-07-29 | Advanced Technology Materials, Inc. | Solid state white light emitter and display using same |
| KR100246273B1 (ko) * | 1996-08-09 | 2000-03-15 | 도다 다다히데 | 3족 니트라이드 화합물 반도체 발광 장치 |
| JP3587081B2 (ja) | 1999-05-10 | 2004-11-10 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP3555500B2 (ja) | 1999-05-21 | 2004-08-18 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体及びその製造方法 |
| US6580098B1 (en) | 1999-07-27 | 2003-06-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| JP2001185493A (ja) | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| JP4432180B2 (ja) | 1999-12-24 | 2010-03-17 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法、ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体 |
| KR20020084194A (ko) | 2000-03-14 | 2002-11-04 | 도요다 고세이 가부시키가이샤 | Ｉｉｉ족 질화물계 화합물 반도체의 제조방법 및 ｉｉｉ족질화물계 화합물 반도체 소자 |
| JP2001267242A (ja) | 2000-03-14 | 2001-09-28 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体及びその製造方法 |
| TW518767B (en) | 2000-03-31 | 2003-01-21 | Toyoda Gosei Kk | Production method of III nitride compound semiconductor and III nitride compound semiconductor element |
| JP2001313259A (ja) | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体基板の製造方法及び半導体素子 |
| US7619261B2 (en) | 2000-08-07 | 2009-11-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| WO2002064864A1 (fr) | 2001-02-14 | 2002-08-22 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Procede de production de cristal semi-conducteur et element lumineux semi-conducteur |
| JP2002280314A (ja) | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法、及びそれに基づくｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| JP3690326B2 (ja) | 2001-10-12 | 2005-08-31 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
| US7972030B2 (en) | 2007-03-05 | 2011-07-05 | Intematix Corporation | Light emitting diode (LED) based lighting systems |
| US9004705B2 (en) | 2011-04-13 | 2015-04-14 | Intematix Corporation | LED-based light sources for light emitting devices and lighting arrangements with photoluminescence wavelength conversion |
| JP6511528B2 (ja) | 2015-03-23 | 2019-05-15 | インテマティックス・コーポレーションＩｎｔｅｍａｔｉｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | フォトルミネセンス・カラーディスプレイ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2738329A1 (de) * | 1976-09-06 | 1978-03-09 | Philips Nv | Elektrolumineszierende galliumnitridhalbleiteranordnung und verfahren zu deren herstellung |
| JPS59228776A (ja) * | 1983-06-10 | 1984-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体ヘテロ接合素子 |
| JP2829311B2 (ja) * | 1988-08-01 | 1998-11-25 | 豊田合成株式会社 | 発光素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP11419190A patent/JP2623464B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｓｅｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．６，ＰＰ．４０５〜４０９，１９８６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0410665A (ja) | 1992-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2623464B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3026087B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 | |
| JP2698796B2 (ja) | ３族窒化物半導体発光素子 | |
| JP2623466B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3184202B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH08213655A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3193981B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH07131068A (ja) | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 | |
| JP3184203B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH1032348A (ja) | ３族窒化物半導体発光素子の製造方法及びその装置 | |
| JP3348656B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2681094B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2631286B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 | |
| JP3026102B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3232654B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP3661871B2 (ja) | 窒化ガリウム化合物半導体の製造方法 | |
| JP3193980B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH05198841A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体のｐ型化方法 | |
| JP3498185B2 (ja) | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JPH04163968A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3613190B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JPH05308156A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2002270892A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH04321279A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH05308154A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |