JP2893099B2 - Ｍｉｓ型高効率発光素子 - Google Patents
Ｍｉｓ型高効率発光素子Info
- Publication number
- JP2893099B2 JP2893099B2 JP40624890A JP40624890A JP2893099B2 JP 2893099 B2 JP2893099 B2 JP 2893099B2 JP 40624890 A JP40624890 A JP 40624890A JP 40624890 A JP40624890 A JP 40624890A JP 2893099 B2 JP2893099 B2 JP 2893099B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- mis
- light emitting
- gan
- present
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＮ、３元混晶Ｉｎ
x Ｇａ1-xＮ、及び４元混晶｛（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-Y ）Ｎ｝半導体を絶縁、及び活性層とするＭＩＳ型構
造の発光素子において、Ｉ層（半絶縁性結晶）表面に数
原子層のＳ（硫黄）化合物（ＧａＳ、ＩｎＳ、又はＡｌ
Ｓ）よりなる極薄膜層を形成した後、金属電極を施すプ
ロセスにより、従来の発光効率を飛躍的に向上させた発
光素子に関するものである。
x Ｇａ1-xＮ、及び４元混晶｛（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-Y ）Ｎ｝半導体を絶縁、及び活性層とするＭＩＳ型構
造の発光素子において、Ｉ層（半絶縁性結晶）表面に数
原子層のＳ（硫黄）化合物（ＧａＳ、ＩｎＳ、又はＡｌ
Ｓ）よりなる極薄膜層を形成した後、金属電極を施すプ
ロセスにより、従来の発光効率を飛躍的に向上させた発
光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ワイドギャップＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体結晶ＧａＮを用いた可視又は紫外光域の発光素子は、
（１）ＭＩＳ型と（２）ｐｎ接合型に分類される。
（２）のｐｎ接合型は、ＧａＮ結晶がｎ型は容易に成長
できるが、ｐ型は成長ドーピングでは実現されていない
こともあって、まだ基礎研究段階である。この意味で
（１）のＭＩＳ型（Metal-Insulator-Semiconductor ）
が研究の主流であり、今までに多くの可視光発光素子
が、実験室段階ではあるが開発されている。
体結晶ＧａＮを用いた可視又は紫外光域の発光素子は、
（１）ＭＩＳ型と（２）ｐｎ接合型に分類される。
（２）のｐｎ接合型は、ＧａＮ結晶がｎ型は容易に成長
できるが、ｐ型は成長ドーピングでは実現されていない
こともあって、まだ基礎研究段階である。この意味で
（１）のＭＩＳ型（Metal-Insulator-Semiconductor ）
が研究の主流であり、今までに多くの可視光発光素子
が、実験室段階ではあるが開発されている。
【０００３】図４に従来用いられているＧａＮのＭＩＳ
構造の典型的例を示す。図において、１はサファイア基
板、２はｎ−ＧａＮ膜、３は半絶縁性ＧａＮ発光層、４
は上部Ａｕ電極、５はＩｎ電極を示す。すなわち図に示
すように、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板１上にエピタ
キシャル成長したｎ型ＧａＮ膜２（１０〜２０μｍ厚）
を形成し、更に、連続して半絶縁性ＧａＮ膜３（Ｚｎ、
又はＭｇ添加による）を０．１〜０．５μｍを形成し上
部金属電極４（Ａｕ）を付けた構造である。側部の負側
の電極５はｎ型ＧａＮ層２と基板１のサファイア上にＩ
ｎメタルにより形成している。上部Ａｕ電極４を正に、
Ｉｎ電極５を負にバイアスする方向（順方向）に電圧を
印加すると、この素子は黄、緑、青及び紫色の短波長可
視光を発し、透明基板であるサファイア１側より光を取
り出すようになっている。なお、発光色の選択は光活性
層である半絶縁層３に添加しているアクセプタ不純物Ｚ
ｎ、又はＭｇの濃度を制御することで行われ、この手法
は公知のものとなっている。
構造の典型的例を示す。図において、１はサファイア基
板、２はｎ−ＧａＮ膜、３は半絶縁性ＧａＮ発光層、４
は上部Ａｕ電極、５はＩｎ電極を示す。すなわち図に示
すように、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板１上にエピタ
キシャル成長したｎ型ＧａＮ膜２（１０〜２０μｍ厚）
を形成し、更に、連続して半絶縁性ＧａＮ膜３（Ｚｎ、
又はＭｇ添加による）を０．１〜０．５μｍを形成し上
部金属電極４（Ａｕ）を付けた構造である。側部の負側
の電極５はｎ型ＧａＮ層２と基板１のサファイア上にＩ
ｎメタルにより形成している。上部Ａｕ電極４を正に、
Ｉｎ電極５を負にバイアスする方向（順方向）に電圧を
印加すると、この素子は黄、緑、青及び紫色の短波長可
視光を発し、透明基板であるサファイア１側より光を取
り出すようになっている。なお、発光色の選択は光活性
層である半絶縁層３に添加しているアクセプタ不純物Ｚ
ｎ、又はＭｇの濃度を制御することで行われ、この手法
は公知のものとなっている。
【０００４】さて、このＭＩＳ素子の微分量子効率（η
ex）は発光層３の結晶の品質等により左右されるが、現
時点で得られるＧａＮの高品質エピタキシャル結晶膜を
用いた場合も、ηex（黄）＝０．９％、ηex（緑）＝
０．７％、ηex（青）＝０．０５％等と、共に低い。η
exは特に、短波長化するに従って、更に低くなる傾向に
あり、外部から印加する電気入力（電圧×電流）に対す
る光出力比（外部効率ηout ）は、高くても０．１〜
０．２％の値に留まっている。バッファ層２や発光層
（半絶縁性層）３の結晶性の改善にもかかわらず、ηex
やηout が低いことが、ＧａＮ−ＭＩＳ型素子が実用デ
バイスとして大量生産され得ない大きな理由である。Ｇ
ａＮ系ＭＩＳ構造の発光素子の効率を支配する要因を分
析した結果、この素子の最も大きな欠点は、上部Ａｕ電
極４と発光層３の界面に多くの欠陥や不均一な酸化物
（Ｇａ2 Ｏ3 等）が存在しており、外部より注入するキ
ャリア（電子、又は正孔）を、この界面で非発光再結合
により、無効にしてしまうことが、判明してきた。つま
り、図４のＧａＮ−ＭＩＳ構造素子の効率を増大させる
ポイントは上記界面の特性を改質することにかかってお
り、この問題を克服する技術の確立が、最も重要な課題
となってきた。
ex）は発光層３の結晶の品質等により左右されるが、現
時点で得られるＧａＮの高品質エピタキシャル結晶膜を
用いた場合も、ηex（黄）＝０．９％、ηex（緑）＝
０．７％、ηex（青）＝０．０５％等と、共に低い。η
exは特に、短波長化するに従って、更に低くなる傾向に
あり、外部から印加する電気入力（電圧×電流）に対す
る光出力比（外部効率ηout ）は、高くても０．１〜
０．２％の値に留まっている。バッファ層２や発光層
（半絶縁性層）３の結晶性の改善にもかかわらず、ηex
やηout が低いことが、ＧａＮ−ＭＩＳ型素子が実用デ
バイスとして大量生産され得ない大きな理由である。Ｇ
ａＮ系ＭＩＳ構造の発光素子の効率を支配する要因を分
析した結果、この素子の最も大きな欠点は、上部Ａｕ電
極４と発光層３の界面に多くの欠陥や不均一な酸化物
（Ｇａ2 Ｏ3 等）が存在しており、外部より注入するキ
ャリア（電子、又は正孔）を、この界面で非発光再結合
により、無効にしてしまうことが、判明してきた。つま
り、図４のＧａＮ−ＭＩＳ構造素子の効率を増大させる
ポイントは上記界面の特性を改質することにかかってお
り、この問題を克服する技術の確立が、最も重要な課題
となってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ここで記し
た界面の特性を改質するプロセスを導入することで、こ
の構造の発光素子の効率を大きく向上させることを目的
とする。すなわち、本発明はＧａＮを用いたＭＩＳ型発
光素子の発光効率を大きく向上させるためになされたも
のである。又、本発明により導入された新しいＭＩＳ構
造により、従来のＧａＮ結晶だけでなく、多様、且つ大
きなバンドギャップを有する混晶半導体Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０≦ｘ≦１）及び（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y ）Ｎ
（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）を用いたＭＩＳ構造発光素
子の高効率化が可能となり、可視から紫外において、よ
り広範囲のスペクトル領域で実用デバイスとしてのＭＩ
Ｓ型発光素子を提供することが出来る。
た界面の特性を改質するプロセスを導入することで、こ
の構造の発光素子の効率を大きく向上させることを目的
とする。すなわち、本発明はＧａＮを用いたＭＩＳ型発
光素子の発光効率を大きく向上させるためになされたも
のである。又、本発明により導入された新しいＭＩＳ構
造により、従来のＧａＮ結晶だけでなく、多様、且つ大
きなバンドギャップを有する混晶半導体Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０≦ｘ≦１）及び（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y ）Ｎ
（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）を用いたＭＩＳ構造発光素
子の高効率化が可能となり、可視から紫外において、よ
り広範囲のスペクトル領域で実用デバイスとしてのＭＩ
Ｓ型発光素子を提供することが出来る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は単結晶基板上にｎ型の窒化インジウム・ガ
リウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y ）Ｎ
（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）、半絶縁性の発光層
である窒化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-y ）Ｎ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）、および金属電極を順次積層したＭＩＳ型構造の発
光素子において、前記金属電極との界面に１原子層以上
の硫化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇ
ａy Ａｌ1-x-y ）Ｓ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）
よりなる界面改質層を設けたことを特徴とするＭＩＳ型
高効率発光素子を発明の要旨とするものである。
め、本発明は単結晶基板上にｎ型の窒化インジウム・ガ
リウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y ）Ｎ
（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）、半絶縁性の発光層
である窒化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-y ）Ｎ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）、および金属電極を順次積層したＭＩＳ型構造の発
光素子において、前記金属電極との界面に１原子層以上
の硫化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇ
ａy Ａｌ1-x-y ）Ｓ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）
よりなる界面改質層を設けたことを特徴とするＭＩＳ型
高効率発光素子を発明の要旨とするものである。
【０００７】
【作用】本発明においてはＭＩＳ型半導体発光素子にお
いて、半絶縁性ＧａＮ層（発光層）と上部Ａｕ電極との
間にＧａＳよりなる界面改質層を設けた点にあり、これ
によって活性層−電極界面に発生する欠陥を殆ど除去
し、発光素子の外部微分量子効率及び電気−光変換効率
を大幅に向上させることができる。
いて、半絶縁性ＧａＮ層（発光層）と上部Ａｕ電極との
間にＧａＳよりなる界面改質層を設けた点にあり、これ
によって活性層−電極界面に発生する欠陥を殆ど除去
し、発光素子の外部微分量子効率及び電気−光変換効率
を大幅に向上させることができる。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。
【０００９】図１は本発明のＭＩＳ型素子構造をＧａＮ
を用いた例を示す。図１において、６はサファイア基
板、７はｎ−ＧａＮ膜、８は半絶縁性ＧａＮ膜（発光
層）、９は界面改質層（ＧａＳ）、１０は上部Ａｕ電
極、１１は側部Ｉｎ電極を示す。次に本発明の特徴を図
４の従来構成と比較して詳しく説明する。本発明の新し
いＭＩＳ構造は、サファイア基板６、〜１０μｍ厚のｎ
−ＧａＮ膜７、及び半絶縁性ＧａＮ膜８（〜０．５μｍ
厚：Ｚｎ又はＭｇ添加により実現）、までの構造は図４
と同じであるが、重要なポイントは半絶縁性ＧａＮ層
（発光層）８と上部Ａｕ電極１０との間に、ＧａＳより
なる界面改質層９を形成していることである。この層
は、発光材料がＧａＮの場合はＧａＳ（ＩＩＩ−Ｖ族層
状半導体）の１原子層以上で構成され、このＭＩＳ構造
素子の高効率化に基本的な役割を果たす。
を用いた例を示す。図１において、６はサファイア基
板、７はｎ−ＧａＮ膜、８は半絶縁性ＧａＮ膜（発光
層）、９は界面改質層（ＧａＳ）、１０は上部Ａｕ電
極、１１は側部Ｉｎ電極を示す。次に本発明の特徴を図
４の従来構成と比較して詳しく説明する。本発明の新し
いＭＩＳ構造は、サファイア基板６、〜１０μｍ厚のｎ
−ＧａＮ膜７、及び半絶縁性ＧａＮ膜８（〜０．５μｍ
厚：Ｚｎ又はＭｇ添加により実現）、までの構造は図４
と同じであるが、重要なポイントは半絶縁性ＧａＮ層
（発光層）８と上部Ａｕ電極１０との間に、ＧａＳより
なる界面改質層９を形成していることである。この層
は、発光材料がＧａＮの場合はＧａＳ（ＩＩＩ−Ｖ族層
状半導体）の１原子層以上で構成され、このＭＩＳ構造
素子の高効率化に基本的な役割を果たす。
【００１０】従来型ＭＩＳ構造のところで説明したよう
に、図４の素子において、発光層表面が上部電極４を形
成するプロセスで劣化し、電極形成後、不均一な酸化膜
や欠陥密度の高い界面ができ、発光効率は著しく低下す
る。本発明の界面改質層９の導入は、図４の活性層−電
極界面の欠陥｛ＧａＮ結晶表面原子空乏や酸化物（Ｇａ
Ｏ、Ｇａ2 Ｏ3 ）、及び物理吸着した異物を意味する｝
をほとんど完全に除去し、外部より供給されたキャリア
（電子・正孔）を有効に発光再結合過程へ導く役割を果
たす。つまり、無効電流成分を大幅に低減させる効果を
持っている。これを物理的に説明すると、図１の発光層
８と上部電極１０との間に導入した改質層９は、ＧａＮ
の表面原子Ｇａと化学結合したＧａＳよりなっており、
このＧａＳは層状半導体構造を有することから、Ｇａ原
子から表面に伸びる結合ボンドを完全にターミネイト
し、Ｇａ原子の酸素との結合（酸化）や表面欠陥の発生
を極端に低減させる効果がある。この効果を、半導体表
面（又は界面）の電気的特性を表現する表面再結合速度
（以下Ｓと呼ぶ）の値を用いて記述すると、図４の従来
構造のＧａＮ発光層−電極界面のＳ指数は２×１０8 ｃ
ｍ／Ｓであるのに対し、本発明の極薄膜の改質層を有し
た発光層８−上部電極１０界面（図１）のＳは〜１０4
ｃｍ／Ｓまで低減されており、この値は既に赤外域の半
導体レーザとして開発されているＧａＡｓ結晶のＳ値
（Ｓ≒１０5 ｃｍ／Ｓ）と同等か又は、これよりも優れ
ていることが判る。
に、図４の素子において、発光層表面が上部電極４を形
成するプロセスで劣化し、電極形成後、不均一な酸化膜
や欠陥密度の高い界面ができ、発光効率は著しく低下す
る。本発明の界面改質層９の導入は、図４の活性層−電
極界面の欠陥｛ＧａＮ結晶表面原子空乏や酸化物（Ｇａ
Ｏ、Ｇａ2 Ｏ3 ）、及び物理吸着した異物を意味する｝
をほとんど完全に除去し、外部より供給されたキャリア
（電子・正孔）を有効に発光再結合過程へ導く役割を果
たす。つまり、無効電流成分を大幅に低減させる効果を
持っている。これを物理的に説明すると、図１の発光層
８と上部電極１０との間に導入した改質層９は、ＧａＮ
の表面原子Ｇａと化学結合したＧａＳよりなっており、
このＧａＳは層状半導体構造を有することから、Ｇａ原
子から表面に伸びる結合ボンドを完全にターミネイト
し、Ｇａ原子の酸素との結合（酸化）や表面欠陥の発生
を極端に低減させる効果がある。この効果を、半導体表
面（又は界面）の電気的特性を表現する表面再結合速度
（以下Ｓと呼ぶ）の値を用いて記述すると、図４の従来
構造のＧａＮ発光層−電極界面のＳ指数は２×１０8 ｃ
ｍ／Ｓであるのに対し、本発明の極薄膜の改質層を有し
た発光層８−上部電極１０界面（図１）のＳは〜１０4
ｃｍ／Ｓまで低減されており、この値は既に赤外域の半
導体レーザとして開発されているＧａＡｓ結晶のＳ値
（Ｓ≒１０5 ｃｍ／Ｓ）と同等か又は、これよりも優れ
ていることが判る。
【００１１】次に、本発明において本質的役割を果たす
界面改質層の形成の方法を、Ｍ０ＶＰＥ法（有機金属気
相成長法）により行う場合について説明する。先ず、サ
ファイア基板６上にｎ−ＧａＮ膜７、半絶縁性ＧａＮ膜
８（Ｚｎ、又はＭｇ添加）を順次形成し、成長炉よりウ
エハーを取り出し、硫化アンモニウム液に１〜６０分浸
す。その後、ウエハーを純水にて静かに洗浄し、真空ベ
ーキング炉において室温〜＋５０℃の温度で乾燥させ
る。このプロセスにより、ＧａＮ表面に付着した余分な
硫化アンモニウムは完全に蒸発し、ＧａＮ膜７表面に１
原子層以上のＧａＳ層を容易に形成することができる。
又、本発明のＭＩＳ構造を、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シー法）により作製する場合は、サファイア基板６上に
ｎ−ＧａＮ膜７、及び半絶縁性ＧａＮ層８を連続して積
層した後で、ＧａＳを有するＫ−セルにより、約〜数原
子層のＧａＳ結晶膜を１原子層以上形成し、最後に上部
Ａｕ電極を蒸着形成する工程をとる。ＭＯＶＰＥ法で改
質層形成プロセスは、ＭＢＥ法に比較して、非常に容易
であるが、両者は全く同等の効果を有することは言うま
でもない。
界面改質層の形成の方法を、Ｍ０ＶＰＥ法（有機金属気
相成長法）により行う場合について説明する。先ず、サ
ファイア基板６上にｎ−ＧａＮ膜７、半絶縁性ＧａＮ膜
８（Ｚｎ、又はＭｇ添加）を順次形成し、成長炉よりウ
エハーを取り出し、硫化アンモニウム液に１〜６０分浸
す。その後、ウエハーを純水にて静かに洗浄し、真空ベ
ーキング炉において室温〜＋５０℃の温度で乾燥させ
る。このプロセスにより、ＧａＮ表面に付着した余分な
硫化アンモニウムは完全に蒸発し、ＧａＮ膜７表面に１
原子層以上のＧａＳ層を容易に形成することができる。
又、本発明のＭＩＳ構造を、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シー法）により作製する場合は、サファイア基板６上に
ｎ−ＧａＮ膜７、及び半絶縁性ＧａＮ層８を連続して積
層した後で、ＧａＳを有するＫ−セルにより、約〜数原
子層のＧａＳ結晶膜を１原子層以上形成し、最後に上部
Ａｕ電極を蒸着形成する工程をとる。ＭＯＶＰＥ法で改
質層形成プロセスは、ＭＢＥ法に比較して、非常に容易
であるが、両者は全く同等の効果を有することは言うま
でもない。
【００１２】以上、ＧａＮを例にとって、界面改質層の
効果と、その形成方法を詳しく説明したが、以下、本改
質層が、組成によりバンドギャップのコントロールの可
能な混晶半導体Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，
ｙ，ｘ＋ｙ≦１）において、ＧａＮと同様に、界面特性
（Ｓ：再結合速度）を向上させることが、実験により確
認された。つまり、上記混晶半導体をベースとするＭＩ
Ｓ構造発光素子においても、ＧａＮで得た同様のＳ化合
物で構成される極薄膜、改質層を発光層−上部電極間に
形成することで、各組成に対応した種々の発光波長（可
視−紫外）で高効率のＭＩＳ型発光素子が実現される。
効果と、その形成方法を詳しく説明したが、以下、本改
質層が、組成によりバンドギャップのコントロールの可
能な混晶半導体Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ，
ｙ，ｘ＋ｙ≦１）において、ＧａＮと同様に、界面特性
（Ｓ：再結合速度）を向上させることが、実験により確
認された。つまり、上記混晶半導体をベースとするＭＩ
Ｓ構造発光素子においても、ＧａＮで得た同様のＳ化合
物で構成される極薄膜、改質層を発光層−上部電極間に
形成することで、各組成に対応した種々の発光波長（可
視−紫外）で高効率のＭＩＳ型発光素子が実現される。
【００１３】次に、ＧａＮによりｎ型層、及び発光層
（半絶縁性層）を構成した界面改質層を有するＭＩＳ型
素子の発光特性を実施例に基づいて説明する。本発明の
基本的素子構造は図１に示した通りである。実験ではミ
ラー研磨を施したサファイア基板６のＣ面（１０００）
上に、１０μｍ厚のｎ−ＧａＮ膜７（ｎ＝１×１０18ｃ
ｍ-3）をＭＯＶＰＥ法により成長し、さらに、０．６μ
ｍ厚の半絶縁性ＧａＮ膜８（Ｚｎドープ：１×１０18ｃ
ｍ-3）を形成した後で、ＧａＳよりなる界面改質層９を
１原子層形成し、その後、上部電極１０にＡｕ、側面電
極１１にＩｎを形成し、ＭＩＳ構造発光素子を作製し
た。
（半絶縁性層）を構成した界面改質層を有するＭＩＳ型
素子の発光特性を実施例に基づいて説明する。本発明の
基本的素子構造は図１に示した通りである。実験ではミ
ラー研磨を施したサファイア基板６のＣ面（１０００）
上に、１０μｍ厚のｎ−ＧａＮ膜７（ｎ＝１×１０18ｃ
ｍ-3）をＭＯＶＰＥ法により成長し、さらに、０．６μ
ｍ厚の半絶縁性ＧａＮ膜８（Ｚｎドープ：１×１０18ｃ
ｍ-3）を形成した後で、ＧａＳよりなる界面改質層９を
１原子層形成し、その後、上部電極１０にＡｕ、側面電
極１１にＩｎを形成し、ＭＩＳ構造発光素子を作製し
た。
【００１４】本発明のＭＩＳダイオードの室温での典型
的なＩ−Ｖ特性を図２に示す。図２においては横軸に印
加電圧、縦軸に電流をとってある。実線は本発明の素子
の特性、破線は従来素子の特性を示す。図２のＩ−Ｖ特
性より、本発明の改質層を有するＭＩＳ−ＬＥＤは順方
向のビルトイン（built-in）電圧は〜８Ｖで、それ以上
のバイアスに対し、急峻に立ち上がることが判る。又、
逆方向の耐圧は２０Ｖ以上で、従来構造のＭＩＳ−ＬＥ
Ｄのリーク電流に比較してリーク電流が非常に少ない
（１０μＡ以下：Ｖ＝−２０Ｖ）こともわかる。
的なＩ−Ｖ特性を図２に示す。図２においては横軸に印
加電圧、縦軸に電流をとってある。実線は本発明の素子
の特性、破線は従来素子の特性を示す。図２のＩ−Ｖ特
性より、本発明の改質層を有するＭＩＳ−ＬＥＤは順方
向のビルトイン（built-in）電圧は〜８Ｖで、それ以上
のバイアスに対し、急峻に立ち上がることが判る。又、
逆方向の耐圧は２０Ｖ以上で、従来構造のＭＩＳ−ＬＥ
Ｄのリーク電流に比較してリーク電流が非常に少ない
（１０μＡ以下：Ｖ＝−２０Ｖ）こともわかる。
【００１５】図３は発光スペクトル（青色）を示すもの
で、横軸に波長、縦軸に発光強度を取ってある。実線は
本発明、破線は従来構造を示す。図３の室温での発光ス
ペクトルの比較より、改質層をもつＭＩＳ−ＬＥＤの青
色領域のピーク拡がり（半値幅）が、従来素子のそれと
比べて狭く、且つ、長波長帯（５２０−６００ｎｍ）の
深い欠陥準位による発光も低減することが判る。青色に
発光する本発明のＭＩＳ−ＬＥＤ素子の外部微分量子効
率ηex、及び電気・光変換効率ηout を従来の改質層を
持たないＭＩＳ−ＬＥＤのそれと比較して表１に示す。
で、横軸に波長、縦軸に発光強度を取ってある。実線は
本発明、破線は従来構造を示す。図３の室温での発光ス
ペクトルの比較より、改質層をもつＭＩＳ−ＬＥＤの青
色領域のピーク拡がり（半値幅）が、従来素子のそれと
比べて狭く、且つ、長波長帯（５２０−６００ｎｍ）の
深い欠陥準位による発光も低減することが判る。青色に
発光する本発明のＭＩＳ−ＬＥＤ素子の外部微分量子効
率ηex、及び電気・光変換効率ηout を従来の改質層を
持たないＭＩＳ−ＬＥＤのそれと比較して表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１に示すように、本発明のＭＩＳ−ＬＥ
Ｄ素子は改質層の効果により、従来素子の効率を約２倍
以上、向上させていることが判る。本発明の効果を、Ｇ
ａＮ結晶での実施例により示したが、本発明の改質層導
入の効果が、（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y ）Ｎの半導体結
晶を用いた新ＭＩＳ構造ＬＥＤに、同じ効果を持たらす
ことは言うまでもない。
Ｄ素子は改質層の効果により、従来素子の効率を約２倍
以上、向上させていることが判る。本発明の効果を、Ｇ
ａＮ結晶での実施例により示したが、本発明の改質層導
入の効果が、（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y ）Ｎの半導体結
晶を用いた新ＭＩＳ構造ＬＥＤに、同じ効果を持たらす
ことは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】本発明のキーポイントである発光層−電
極界面への改質層の導入は、ＧａＮのＭＩＳ型発光素子
の外部微分量子効率（ηex）、及び電気−光変換効率
（ηout）を従来のそれに較べ、大幅に向上させること
が可能であり、且つ、この新しいＭＩＳ構造を、Ｉｎx
Ｇａx-y Ｎ（０≦ｘ≦１）、及び（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y ）Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）の混晶半導体に
適用することで、可視光領域のみならず、紫外光域にお
いても高効率ＭＩＳ型発光素子が実現でき、今まで実現
されていなかったフルカラーディスプレイ素子、及び光
メモリーの書き込み光源等としての広い応用が可能とな
る効果を有する。
極界面への改質層の導入は、ＧａＮのＭＩＳ型発光素子
の外部微分量子効率（ηex）、及び電気−光変換効率
（ηout）を従来のそれに較べ、大幅に向上させること
が可能であり、且つ、この新しいＭＩＳ構造を、Ｉｎx
Ｇａx-y Ｎ（０≦ｘ≦１）、及び（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y ）Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）の混晶半導体に
適用することで、可視光領域のみならず、紫外光域にお
いても高効率ＭＩＳ型発光素子が実現でき、今まで実現
されていなかったフルカラーディスプレイ素子、及び光
メモリーの書き込み光源等としての広い応用が可能とな
る効果を有する。
【００１９】また、本発明は改質層として広く硫化イン
ジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y ）Ｓ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）に適用で
きるものである。
ジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y ）Ｓ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）に適用で
きるものである。
【図１】本発明の界面改質層を有するＧａＮ−ＭＩＳ型
発光素子の基本構造を示す。
発光素子の基本構造を示す。
【図２】ＭＩＳ構造ＬＥＤのＩ−Ｖ特性を示す。
【図３】ＭＩＳ発光素子の室温スペクトルを示す。
【図４】サファイア基板上にＧａＮを材料として構成し
た従来のＭＩＳ発光素子の基本構造を示す。
た従来のＭＩＳ発光素子の基本構造を示す。
１ サファイア基板 ２ ｎ−ＧａＮ膜 ３ 半絶縁性ＧａＮ（発光層） ４ 上部Ａｕ電極 ５ ｎ−ＧａＮに対するＩｎ電極 ６ サファイア基板 ７ ｎ−ＧａＮ膜 ８ 半絶縁性ＧａＮ膜（発光層） ９ 界面改質層（ＧａＳ） １０ 上部Ａｕ電極 １１ 側部Ｉｎ電極（ｎ−ＧａＮに接続）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝井 明憲 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−229475（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶基板上にｎ型の窒化インジウム・
ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y）Ｎ
（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）、半絶縁性の発光層
である窒化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-y ）Ｎ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）、および金属電極を順次積層したＭＩＳ型構造の発
光素子において、前記金属電極との界面に１原子層以上
の硫化インジウム・ガリウム・アルミニウム（Ｉｎx Ｇ
ａy Ａｌ1-x-y ）Ｓ（ただし０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）
よりなる界面改質層を設けたことを特徴とするＭＩＳ型
高効率発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40624890A JP2893099B2 (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | Ｍｉｓ型高効率発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40624890A JP2893099B2 (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | Ｍｉｓ型高効率発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209578A JPH04209578A (ja) | 1992-07-30 |
| JP2893099B2 true JP2893099B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=18515863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40624890A Expired - Fee Related JP2893099B2 (ja) | 1990-12-07 | 1990-12-07 | Ｍｉｓ型高効率発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2893099B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5804802B2 (ja) * | 2011-06-30 | 2015-11-04 | トランスフォーム・ジャパン株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-12-07 JP JP40624890A patent/JP2893099B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04209578A (ja) | 1992-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5247533A (en) | Gallium nitride group compound semiconductor laser diode | |
| JP2650744B2 (ja) | 発光ダイオード | |
| US5366927A (en) | Method of fabricating epitaxially deposited ohmic contacts using group II-VI | |
| 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 | |
| JPH04199752A (ja) | 化合物半導体発光素子とその製造方法 | |
| JPH0621511A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH08293624A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH0823124A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2685377B2 (ja) | 化合物半導体発光素子 | |
| JPH0468579A (ja) | 化合物半導体発光素子 | |
| JP3102647B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2893099B2 (ja) | Ｍｉｓ型高効率発光素子 | |
| KR100289595B1 (ko) | 3족질화물반도체발광소자 | |
| US5091758A (en) | Semiconductor light-emitting devices | |
| CN101651288B (zh) | 半导体器件 | |
| JP3216596B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPH0691280B2 (ja) | 半導体発光ダイオード | |
| JPS63155781A (ja) | 発光素子 | |
| JP3500762B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JPS62172766A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2597624B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2545212B2 (ja) | 青色発光素子 | |
| KR20010003710A (ko) | 질화물 반도체 백색 발광소자 | |
| JPH01169985A (ja) | 半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |