JP2681094B2 - 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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- JP2681094B2 JP2681094B2 JP5021290A JP5021290A JP2681094B2 JP 2681094 B2 JP2681094 B2 JP 2681094B2 JP 5021290 A JP5021290 A JP 5021290A JP 5021290 A JP5021290 A JP 5021290A JP 2681094 B2 JP2681094 B2 JP 2681094B2
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Description
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子に関する。
素子に関する。
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伝導型の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
Ｐ型不純物を添加したGaN系の化合物半導体から成るＰ
型不純物添加層を成長させた構造をとっている（特開昭
62−119196号公報、特開昭63−188977号公報）。
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伝導型の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
Ｐ型不純物を添加したGaN系の化合物半導体から成るＰ
型不純物添加層を成長させた構造をとっている（特開昭
62−119196号公報、特開昭63−188977号公報）。
しかし、上記構造の発光ダイオードの発光強度は未だ
十分ではなく、改良が望まれている。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの青色の発光強度を向上させることであ
る。
十分ではなく、改良が望まれている。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの青色の発光強度を向上させることであ
る。
本発明は、Ｎ型の少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム
（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるＮ
層と、Ｐ型不純物を添加した少なくとも窒素（Ｎ）とガ
リウム（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体から
なるＰ型不純物添加層と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、Ｐ型不純物添加層を、Ｎ層と
接合する側から側に、Ｐ型不純物が比較的低濃度の低不
純物濃度層とＰ型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度
層との二重層構造とし、高不純物濃度層の厚さを、0.02
〜0.3μｍとし、低不純物濃度層の厚さを、0.01〜１μ
ｍとしたことを特徴とする。 低不純物濃度層の厚さが１μｍ以上となると発光ダイ
オードの直列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇す
るので望ましくなく、厚さが0.01μｍ以下となると従来
構造と等しくなるので望ましくない。 高不純物濃度層の厚さが0.3μｍ以上となると発光ダ
イオードの直列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇
するので望ましくなく、厚さが0.02μｍ以下となると発
光輝度が低下するので望ましくない。 尚、上記低不純物濃度層のＰ型不純物濃度は１×1016
〜５×1019/cm3であることが望ましい。Ｐ型不純物濃度
が５×1019/cm3以上となると発光輝度が低下するので望
ましくなく、１×1016/cm3以下となるとＮ伝導型型とな
るので望ましくない。 更に、高不純物濃度層のＰ型不純物濃度は１×1019〜
５×1020/cm3が望ましい。Ｐ型不純物濃度が５×1020/c
m3以上となると結晶性が悪化するので望ましくなく、１
×1019/cm3以下となると発光強度が低下するので望まし
くない。
（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるＮ
層と、Ｐ型不純物を添加した少なくとも窒素（Ｎ）とガ
リウム（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体から
なるＰ型不純物添加層と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、Ｐ型不純物添加層を、Ｎ層と
接合する側から側に、Ｐ型不純物が比較的低濃度の低不
純物濃度層とＰ型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度
層との二重層構造とし、高不純物濃度層の厚さを、0.02
〜0.3μｍとし、低不純物濃度層の厚さを、0.01〜１μ
ｍとしたことを特徴とする。 低不純物濃度層の厚さが１μｍ以上となると発光ダイ
オードの直列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇す
るので望ましくなく、厚さが0.01μｍ以下となると従来
構造と等しくなるので望ましくない。 高不純物濃度層の厚さが0.3μｍ以上となると発光ダ
イオードの直列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇
するので望ましくなく、厚さが0.02μｍ以下となると発
光輝度が低下するので望ましくない。 尚、上記低不純物濃度層のＰ型不純物濃度は１×1016
〜５×1019/cm3であることが望ましい。Ｐ型不純物濃度
が５×1019/cm3以上となると発光輝度が低下するので望
ましくなく、１×1016/cm3以下となるとＮ伝導型型とな
るので望ましくない。 更に、高不純物濃度層のＰ型不純物濃度は１×1019〜
５×1020/cm3が望ましい。Ｐ型不純物濃度が５×1020/c
m3以上となると結晶性が悪化するので望ましくなく、１
×1019/cm3以下となると発光強度が低下するので望まし
くない。
本発明は、Ｐ型不純物添加層を、Ｎ層と接合する側か
ら順に、Ｐ型不純物が比較的低濃度の低不純物濃度層と
Ｐ型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度層との二重層
構造とし、高不純物濃度層の厚さを、0.02〜0.3μｍ、
低不純物濃度層の厚さを、0.01〜１μｍとしたことで、
発光ダイオードの青色の発光強度を増加させることがで
きた。
ら順に、Ｐ型不純物が比較的低濃度の低不純物濃度層と
Ｐ型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度層との二重層
構造とし、高不純物濃度層の厚さを、0.02〜0.3μｍ、
低不純物濃度層の厚さを、0.01〜１μｍとしたことで、
発光ダイオードの青色の発光強度を増加させることがで
きた。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図において、発光ダイオード10は、サファイア基
板１を有しており、そのサファイア基板１に500ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約22μｍのGaNから成るＮ層３と、Z
n濃度５×1019/cm3の低不純物濃度層５、Zn濃度２×10
20/cm3の高不純物濃度層６とが形成されている。そし
て、高不純物濃度層６に接続するアルミニウムで形成さ
れた電極７とＮ層３に接続するアルミニウムで形成され
た電極８とが形成されている。次に、この構造の発光ダ
イオード10の製造方法について説明する。 上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成長法
（以下「MOVPE」と記す）による気相成長により製造さ
れた。 用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2とトリメチ
ルガリウム（Ga（CH3）３）（以下「TMG」と記す）とト
リメチルアルミニウム（Al（CH3）３）（以下「TMA」と
記す）とジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面
とする単結晶のサファイア基板１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を流速２／分で反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。 次に、温度を400℃まで低下させて、H2を流速20／
分、NH3を流速10／分、TMAを1.8×10-5モル／分で供
給してAlNのバッファ層２が約500Åの厚さに形成され
た。 次に、TMAの供給を停止して、サファイア基板１の温
度を1150℃に保持し、H2を20／分、NH3を10／分、T
MGを1.7×10-4モル／分、膜厚約４μｍ、キャリア濃度
５×1017/cm3のGaNから成るＮ層３を形成した。 次に、サファイア基板１を1000℃にして、H2を20／
分、NH3を10／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを1.
5×10-4モル／分の割合で供給して、膜厚0.2μｍ、GaN
から成るZn濃度５×1019/cm3の低不純物濃度層５を形成
した。 続いて、サファア基板１を900℃にして、H2を20／
分、NH3を10／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを1.
5×10-4モル／分の割合で供給して、膜厚0.2μｍ、GaN
から成るZn濃度２×1020/cm3の高不純物濃度層６を形成
した。 このようにして、第２図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第３図に示すように、高不純物濃度層６の上
に、スパッタリングによりSiO2層11を2000Åの厚さに形
成した。次に、そのSiO2層11上にフォトレジスト12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
12をＮ層３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４図に示すように、フォトレジスト12によっ
て覆われていないSiO2層11をフッ酸系エッチング液で除
去した。 次に、第５図に示すように、フォトレジスト12及びSi
O2層11によって覆われていない部位の高不純物濃度層６
とその下の低不純物濃度層５とＮ層３の上面一部を、真
空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、CCl2F2ガスを10c
c/分供給してドライエッチングした後、Arでドライエッ
チングした。 次に、第６図に示すように、高不純物濃度層６上に残
っているSiO2層11をフッ酸で除去した。 次に、第７図に示すように、試料の全上面にAl層13を
蒸着により形成した。そして、そのAl層13の上にフォト
レジスト14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14がＮ層３及び高不純物濃度層６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７図に示すようにそのフォトレジスト14をマ
スクとして下層のAl層13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14をアセトンで除去
し、Ｎ層３の電極８、高不純物濃度層６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、0.2mcdであった。これは、単純に
キャリア濃度２×1020/cm3、厚さ0.2μｍのＰ型不純物
添加層とキャリア濃度５×1017/cm3、厚さ４μｍのＮ層
とを接続した従来の発光ダイオードに比べて、発光強度
が４倍に向上した。 又、発光面を観察した所で、発光点の数が増加してい
ることも観察された。 尚、高不純物濃度層６の不純物濃度を各種変化させた
上記構造の試料を製造して、不純物濃度と発光強度及び
発光スペクトラムとの関係を測定した。その結果を、第
８図に示す。 不純物濃度が増加するに連れて、発光強度が増加す
る。しかし、発光波長は幾分、赤色側に変位するが約48
50Åで安定することが分かる。
板１を有しており、そのサファイア基板１に500ÅのAlN
のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の
上には、順に、膜厚約22μｍのGaNから成るＮ層３と、Z
n濃度５×1019/cm3の低不純物濃度層５、Zn濃度２×10
20/cm3の高不純物濃度層６とが形成されている。そし
て、高不純物濃度層６に接続するアルミニウムで形成さ
れた電極７とＮ層３に接続するアルミニウムで形成され
た電極８とが形成されている。次に、この構造の発光ダ
イオード10の製造方法について説明する。 上記発光ダイオード10は、有機金属化合物気相成長法
（以下「MOVPE」と記す）による気相成長により製造さ
れた。 用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2とトリメチ
ルガリウム（Ga（CH3）３）（以下「TMG」と記す）とト
リメチルアルミニウム（Al（CH3）３）（以下「TMA」と
記す）とジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面
とする単結晶のサファイア基板１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を流速２／分で反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。 次に、温度を400℃まで低下させて、H2を流速20／
分、NH3を流速10／分、TMAを1.8×10-5モル／分で供
給してAlNのバッファ層２が約500Åの厚さに形成され
た。 次に、TMAの供給を停止して、サファイア基板１の温
度を1150℃に保持し、H2を20／分、NH3を10／分、T
MGを1.7×10-4モル／分、膜厚約４μｍ、キャリア濃度
５×1017/cm3のGaNから成るＮ層３を形成した。 次に、サファイア基板１を1000℃にして、H2を20／
分、NH3を10／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを1.
5×10-4モル／分の割合で供給して、膜厚0.2μｍ、GaN
から成るZn濃度５×1019/cm3の低不純物濃度層５を形成
した。 続いて、サファア基板１を900℃にして、H2を20／
分、NH3を10／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを1.
5×10-4モル／分の割合で供給して、膜厚0.2μｍ、GaN
から成るZn濃度２×1020/cm3の高不純物濃度層６を形成
した。 このようにして、第２図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第３図に示すように、高不純物濃度層６の上
に、スパッタリングによりSiO2層11を2000Åの厚さに形
成した。次に、そのSiO2層11上にフォトレジスト12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
12をＮ層３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４図に示すように、フォトレジスト12によっ
て覆われていないSiO2層11をフッ酸系エッチング液で除
去した。 次に、第５図に示すように、フォトレジスト12及びSi
O2層11によって覆われていない部位の高不純物濃度層６
とその下の低不純物濃度層５とＮ層３の上面一部を、真
空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、CCl2F2ガスを10c
c/分供給してドライエッチングした後、Arでドライエッ
チングした。 次に、第６図に示すように、高不純物濃度層６上に残
っているSiO2層11をフッ酸で除去した。 次に、第７図に示すように、試料の全上面にAl層13を
蒸着により形成した。そして、そのAl層13の上にフォト
レジスト14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14がＮ層３及び高不純物濃度層６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７図に示すようにそのフォトレジスト14をマ
スクとして下層のAl層13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14をアセトンで除去
し、Ｎ層３の電極８、高不純物濃度層６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、0.2mcdであった。これは、単純に
キャリア濃度２×1020/cm3、厚さ0.2μｍのＰ型不純物
添加層とキャリア濃度５×1017/cm3、厚さ４μｍのＮ層
とを接続した従来の発光ダイオードに比べて、発光強度
が４倍に向上した。 又、発光面を観察した所で、発光点の数が増加してい
ることも観察された。 尚、高不純物濃度層６の不純物濃度を各種変化させた
上記構造の試料を製造して、不純物濃度と発光強度及び
発光スペクトラムとの関係を測定した。その結果を、第
８図に示す。 不純物濃度が増加するに連れて、発光強度が増加す
る。しかし、発光波長は幾分、赤色側に変位するが約48
50Åで安定することが分かる。
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図乃至第７図は同実施例
の発光ダイオードの製造工程を示した断面図、第８図は
高不純物濃度層の不純物濃度と発光強度及び発光波長と
の関係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……Ｎ層 ５……低不純物濃度層 ６……高不純物濃度層、7,8……電極
ドの構成を示した構成図、第２図乃至第７図は同実施例
の発光ダイオードの製造工程を示した断面図、第８図は
高不純物濃度層の不純物濃度と発光強度及び発光波長と
の関係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……Ｎ層 ５……低不純物濃度層 ６……高不純物濃度層、7,8……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 科学技術振興事業団 埼玉県川口市本町４丁目１番８号 (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 馬淵 彰 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 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村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 橋本 雅文 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町（番地な し） 名古屋大学内
Claims (4)
- 【請求項１】Ｎ型の少なくとも窒素（Ｎ）とガリウム
（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるＮ
層と、Ｐ型不純物を添加した少なくとも窒素（Ｎ）とガ
リウム（Ga）とを含む窒化ガリウム系化合物半導体から
なるＰ型不純物添加層と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、 Ｐ型不純物添加層を、前記Ｎ層と接合する側から側に、
前記Ｐ型不純物が比較的低濃度の低不純物濃度層と前記
Ｐ型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度層との二重層
構造とし、 前記高不純物濃度層の厚さを、0.02〜0.3μｍとし、 前記低不純物濃度層の厚さを、0.01〜１μｍとしたこと
を特徴とする発光素子。 - 【請求項２】前記低不純物濃度層のＰ型不純物の濃度
は、１×1016〜５×1019/cm3であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の発光素子。 - 【請求項３】前記高不純物濃度層のＰ型不純物の濃度
は、１×1019〜５×1020/cm3であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項に記載の発光素子。 - 【請求項４】前記Ｐ型不純物は亜鉛（Zn）であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
に記載の発光素子。
Priority Applications (14)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021290A JP2681094B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| EP91102921A EP0444630B1 (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| DE69126152T DE69126152T2 (de) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Gallium-Nitrid-Verbindung |
| CA002037198A CA2037198C (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US07/926,022 US5278433A (en) | 1990-02-28 | 1992-08-07 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound with double layer structures for the n-layer and/or the i-layer |
| US08/556,232 US5733796A (en) | 1990-02-28 | 1995-11-09 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US08/956,950 US6249012B1 (en) | 1990-02-28 | 1997-10-23 | Light emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US09/417,778 US6593599B1 (en) | 1990-02-28 | 1999-10-14 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US09/586,607 US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2000-06-02 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US09/677,781 US6830992B1 (en) | 1990-02-28 | 2000-10-02 | Method for manufacturing a gallium nitride group compound semiconductor |
| US09/677,788 US6607595B1 (en) | 1990-02-28 | 2000-10-02 | Method for producing a light-emitting semiconductor device |
| US09/677,787 US6472689B1 (en) | 1990-02-28 | 2000-10-02 | Light emitting device |
| US09/677,789 US6472690B1 (en) | 1990-02-28 | 2000-10-02 | Gallium nitride group compound semiconductor |
| US10/052,347 US6984536B2 (en) | 1990-02-28 | 2002-01-23 | Method for manufacturing a gallium nitride group compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021290A JP2681094B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252178A JPH03252178A (ja) | 1991-11-11 |
| JP2681094B2 true JP2681094B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=12852787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5021290A Expired - Lifetime JP2681094B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681094B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05308154A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-19 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2778405B2 (ja) † | 1993-03-12 | 1998-07-23 | 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 |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP5021290A patent/JP2681094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03252178A (ja) | 1991-11-11 |
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