JP2932467B2 - 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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Description
【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。
導体を用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＡｌＧａＮ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。
ＡｌＧａＮ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構造の発光素子は一般に発光出力が
非常に低く、実用化するには未だ不十分であった。高抵
抗なｉ型を低抵抗なｐ型とし、発光出力を向上させたｐ
−ｎ接合の発光素子を実現するための技術として、例え
ば特開平３−２１８３２５号公報において、ｉ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層に電子線照射する技術が開示さ
れている。また、我々は、特願平３−３５７０４６号で
ｉ型窒化ガリウム系化合物半導体層を４００℃以上でア
ニーリングすることにより低抵抗なｐ型とする技術を提
案した。
非常に低く、実用化するには未だ不十分であった。高抵
抗なｉ型を低抵抗なｐ型とし、発光出力を向上させたｐ
−ｎ接合の発光素子を実現するための技術として、例え
ば特開平３−２１８３２５号公報において、ｉ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層に電子線照射する技術が開示さ
れている。また、我々は、特願平３−３５７０４６号で
ｉ型窒化ガリウム系化合物半導体層を４００℃以上でア
ニーリングすることにより低抵抗なｐ型とする技術を提
案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた発光素子はＭＩＳ構造、ｐ−ｎ接合両面
から研究が進められているが、例えばＧａＮのｐ−ｎ接
合を用いたホモ構造の発光素子でも発光出力は数μＷ〜
数十μＷでしかなく、実用化するには未だ不十分であっ
た。従って本発明はこのような事情を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の発光出力をさらに向上させること
にある。
半導体を用いた発光素子はＭＩＳ構造、ｐ−ｎ接合両面
から研究が進められているが、例えばＧａＮのｐ−ｎ接
合を用いたホモ構造の発光素子でも発光出力は数μＷ〜
数十μＷでしかなく、実用化するには未だ不十分であっ
た。従って本発明はこのような事情を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の発光出力をさらに向上させること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】我々は窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子をｐ−ｎ接合を用いたダブルヘテロ
構造とし、さらに、その発光層を特定の膜厚の窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた多層膜構造とすることによ
り上記問題が解決できることを見いだした。即ち、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、X値の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（但
し、Xは０＜X＜１）層が交互に積層された多層膜層を発
光層として具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子であって、前記多層膜層を構成するＩｎXＧａ1-XＮ層
の各膜厚は５オングストローム〜５０オングストローム
の範囲であることを特徴とする。
合物半導体発光素子をｐ−ｎ接合を用いたダブルヘテロ
構造とし、さらに、その発光層を特定の膜厚の窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた多層膜構造とすることによ
り上記問題が解決できることを見いだした。即ち、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、X値の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（但
し、Xは０＜X＜１）層が交互に積層された多層膜層を発
光層として具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子であって、前記多層膜層を構成するＩｎXＧａ1-XＮ層
の各膜厚は５オングストローム〜５０オングストローム
の範囲であることを特徴とする。
【０００６】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型窒化ガリウム系化合物半導体層に
は、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ
等、ノンドープ（無添加）の窒化ガリウム系化合物半導
体、またはノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体に
例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ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用いること
ができる。特に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体は、
その組成をインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導
体とするよりも、ＧａYＡｌ1-YＮ（但し、Yは０＜Y≦
１）とした二元混晶、あるいは三元混晶の窒化ガリウム
アルミニウムとする方が、結晶性に優れたｎ型結晶が得
られるため発光出力が増大しさらに好ましい。
素子において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層に
は、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ
等、ノンドープ（無添加）の窒化ガリウム系化合物半導
体、またはノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体に
例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ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用いること
ができる。特に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体は、
その組成をインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導
体とするよりも、ＧａYＡｌ1-YＮ（但し、Yは０＜Y≦
１）とした二元混晶、あるいは三元混晶の窒化ガリウム
アルミニウムとする方が、結晶性に優れたｎ型結晶が得
られるため発光出力が増大しさらに好ましい。
【０００７】また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
には前記したノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
に、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
用いることができる。このｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層も、特にその組成をインジウムを含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体とするよりも、ＧａZＡｌ1-ZＮ（但
し、Zは０＜Z≦１）とした二元混晶、あるいは三元混晶
の窒化ガリウムアルミニウムとする方が、結晶性がよ
く、より低抵抗なｐ型結晶が得られやすくなるため好ま
しい。さらに、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、前記した特願平３−３５
７０４６号に開示するアニーリング処理を行ってもよ
い。低抵抗化することにより発光出力をより向上させる
ことができる。
には前記したノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
に、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
用いることができる。このｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層も、特にその組成をインジウムを含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体とするよりも、ＧａZＡｌ1-ZＮ（但
し、Zは０＜Z≦１）とした二元混晶、あるいは三元混晶
の窒化ガリウムアルミニウムとする方が、結晶性がよ
く、より低抵抗なｐ型結晶が得られやすくなるため好ま
しい。さらに、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、前記した特願平３−３５
７０４６号に開示するアニーリング処理を行ってもよ
い。低抵抗化することにより発光出力をより向上させる
ことができる。
【０００８】ＩｎXＧａ1-XＮ層は、X値の異なるＩｎXＧ
ａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜１）層を交互に積層した多
層膜層構造とし、その多層膜を構成するＩｎXＧａ1-XＮ
層の各膜厚は５オングストローム〜５０オングストロー
ムの範囲に調整する必要がある。X値の異なるＩｎXＧａ
1-XＮ層を交互に積層することにより、多層膜が量子井
戸構造となり、発光出力を増大させると共に、ｎ型窒化
ガリウム系化合物半導体および、ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体との格子定数不整を緩和することができる。
また、多層膜とせず単一のＩｎＧａＮ層で形成したもの
よりも、結晶中の格子欠陥が少なくなり、結晶性が向上
する。さらに、ＩｎXＧａ1-XＮ層の膜厚を５オングスト
ローム〜５０オングストロームの範囲に調整することに
より、発光出力を向上させることができる。なぜなら、
この範囲に膜厚を調整することにより、多層膜を構成す
るＩｎXＧａ1-XＮ層の格子欠陥を少なくすることがで
き、結晶性が向上するため、発光出力が増大する。Ｉｎ
XＧａ1-XＮ層の膜厚は、例えばＭＯＣＶＤ法を用いた成
長方法であると、原料ガスであるＧａ源の流量を調整し
たり、また成長時間を調整することにより調整可能であ
る。また、ＩｎXＧａ1-XＮ層の組成比は原料ガスである
Ｉｎ源のガス流量、または成長温度を調整することによ
り調整可能である。さらに、ＩｎXＧａ1-XＮ層にｎ型ド
ーパント、ｐ型ドーパントをドープして成長させてもよ
いことはいうまでもない。
ａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜１）層を交互に積層した多
層膜層構造とし、その多層膜を構成するＩｎXＧａ1-XＮ
層の各膜厚は５オングストローム〜５０オングストロー
ムの範囲に調整する必要がある。X値の異なるＩｎXＧａ
1-XＮ層を交互に積層することにより、多層膜が量子井
戸構造となり、発光出力を増大させると共に、ｎ型窒化
ガリウム系化合物半導体および、ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体との格子定数不整を緩和することができる。
また、多層膜とせず単一のＩｎＧａＮ層で形成したもの
よりも、結晶中の格子欠陥が少なくなり、結晶性が向上
する。さらに、ＩｎXＧａ1-XＮ層の膜厚を５オングスト
ローム〜５０オングストロームの範囲に調整することに
より、発光出力を向上させることができる。なぜなら、
この範囲に膜厚を調整することにより、多層膜を構成す
るＩｎXＧａ1-XＮ層の格子欠陥を少なくすることがで
き、結晶性が向上するため、発光出力が増大する。Ｉｎ
XＧａ1-XＮ層の膜厚は、例えばＭＯＣＶＤ法を用いた成
長方法であると、原料ガスであるＧａ源の流量を調整し
たり、また成長時間を調整することにより調整可能であ
る。また、ＩｎXＧａ1-XＮ層の組成比は原料ガスである
Ｉｎ源のガス流量、または成長温度を調整することによ
り調整可能である。さらに、ＩｎXＧａ1-XＮ層にｎ型ド
ーパント、ｐ型ドーパントをドープして成長させてもよ
いことはいうまでもない。
【０００９】各ＩｎXＧａ1-XＮ層のX値は０＜X＜０．５
の範囲に調整することが好ましい。X値が０．５以上で
は結晶性に優れたＩｎXＧａ1-XＮ層が得られにくく、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。また、現在、実用化されてい
ない青色発光素子を実現するためには上記範囲に調整す
る必要がある。
の範囲に調整することが好ましい。X値が０．５以上で
は結晶性に優れたＩｎXＧａ1-XＮ層が得られにくく、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。また、現在、実用化されてい
ない青色発光素子を実現するためには上記範囲に調整す
る必要がある。
【００１０】
【作用】例えば、ｎ型ＧａＮ層と、膜厚１００オングス
トロームのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と、ｐ型ＧａＮ層とを順
に積層したダブルヘテロ構造の発光素子の場合、ＧａＮ
の格子定数はおよそ３．１９オングストローム、ＩｎＮ
の格子定数はおよそ３．５４オングストロームであり、
この構造の発光素子では、ＧａＮ層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層との界面の格子定数不整が２．２％近くもある。この
ため、ＧａＮ層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層との界面でミスフ
ィットによる格子欠陥が発生し、発光層であるＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ｎ層の結晶性が悪くなるため、発光出力が低下
する原因となる。
トロームのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と、ｐ型ＧａＮ層とを順
に積層したダブルヘテロ構造の発光素子の場合、ＧａＮ
の格子定数はおよそ３．１９オングストローム、ＩｎＮ
の格子定数はおよそ３．５４オングストロームであり、
この構造の発光素子では、ＧａＮ層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層との界面の格子定数不整が２．２％近くもある。この
ため、ＧａＮ層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層との界面でミスフ
ィットによる格子欠陥が発生し、発光層であるＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ｎ層の結晶性が悪くなるため、発光出力が低下
する原因となる。
【００１１】しかしここで、本発明のようにＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層を、例えば井戸層として膜厚２０オングスト
ロームのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層３層と、障壁層として膜厚
２０オングストロームのＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層２層とを
交互に積層し、発光層の総膜厚１００オングストローム
の量子井戸構造の多層膜とした場合（つまり、ｎ型Ｇａ
Ｎ層＋井戸層＋障壁層＋井戸層＋障壁層＋井戸層＋ｐ型
ＧａＮ層の発光素子構造）、発光層であるＩｎXＧａ1-X
Ｎ層は平均の組成としてＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ層となり、
ＧａＮ層との界面の格子定数不整は約１．３％となり緩
和される。しかも、井戸層であるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の
ところで発光するため、発光波長はほとんど変わらな
い。したがって、多層膜全体を一つの発光層とした場合
に、格子定数不整が緩和されるため、その分、発光層の
結晶性が向上し、全体として格子欠陥の少ないＩｎＧａ
Ｎ層を発光層とできるため、発光出力が増大する。
ａ0.8Ｎ層を、例えば井戸層として膜厚２０オングスト
ロームのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層３層と、障壁層として膜厚
２０オングストロームのＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層２層とを
交互に積層し、発光層の総膜厚１００オングストローム
の量子井戸構造の多層膜とした場合（つまり、ｎ型Ｇａ
Ｎ層＋井戸層＋障壁層＋井戸層＋障壁層＋井戸層＋ｐ型
ＧａＮ層の発光素子構造）、発光層であるＩｎXＧａ1-X
Ｎ層は平均の組成としてＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ層となり、
ＧａＮ層との界面の格子定数不整は約１．３％となり緩
和される。しかも、井戸層であるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の
ところで発光するため、発光波長はほとんど変わらな
い。したがって、多層膜全体を一つの発光層とした場合
に、格子定数不整が緩和されるため、その分、発光層の
結晶性が向上し、全体として格子欠陥の少ないＩｎＧａ
Ｎ層を発光層とできるため、発光出力が増大する。
【００１２】図２に、上記発光素子（ｎ型ＧａＮ層＋Ｉ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ＋Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ＋Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ＋Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ＋Ｉｎ0.2Ｇａ0.96Ｎ＋ｐ型Ｇ
ａＮ層）において、多層膜の各膜厚を同一とした場合、
その膜厚と、発光素子の相対発光出力との関係を示す。
この図に示すように、膜厚を５オングストローム〜５０
オングストロームとしたＩｎXＧａ1-XＮ層を積層した多
層膜を発光層とする発光素子は９０％以上の発光出力を
有しており、その範囲外では急激に出力が低下する傾向
にある。その理由は前記したように、厚膜のＩｎXＧａ
1-XＮ層を多層膜とすると、一つのＩｎXＧａ1-XＮ層中
に格子欠陥ができやすくなるため出力が低下すると考え
られる。
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ＋Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ＋Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ＋Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ＋Ｉｎ0.2Ｇａ0.96Ｎ＋ｐ型Ｇ
ａＮ層）において、多層膜の各膜厚を同一とした場合、
その膜厚と、発光素子の相対発光出力との関係を示す。
この図に示すように、膜厚を５オングストローム〜５０
オングストロームとしたＩｎXＧａ1-XＮ層を積層した多
層膜を発光層とする発光素子は９０％以上の発光出力を
有しており、その範囲外では急激に出力が低下する傾向
にある。その理由は前記したように、厚膜のＩｎXＧａ
1-XＮ層を多層膜とすると、一つのＩｎXＧａ1-XＮ層中
に格子欠陥ができやすくなるため出力が低下すると考え
られる。
【００１３】
【実施例】以下有機金属気相成長法により、本発明の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する方法を述
べる。
化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する方法を述
べる。
【００１４】［実施例１］サファイア基板１を反応容器
内に配置し、サファイア基板１のクリーニングを行った
後、成長温度を５１０℃にセットし、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、サファイア基板上にＧａＮより
なるバッファ層２を約２００オングストロームの膜厚で
成長させる。
内に配置し、サファイア基板１のクリーニングを行った
後、成長温度を５１０℃にセットし、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、サファイア基板上にＧａＮより
なるバッファ層２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２成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃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をドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層４を４μｍ成長させる。
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃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をドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層４を４μｍ成長させる。
【００１６】ｎ型ＧａＮ層４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）とアンモニアを用い、井戸層とし
てＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４を２０オングストローム成長さ
せる。次に、ＴＭＩの流量を１／５に減らすことによ
り、障壁層としてＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層４’を２０オン
グストロームの膜厚で成長させる。この操作を繰り返
し、各２０オングストロームの膜厚で第１にＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層４、第２にＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層４’、第３
にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４、第４にＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層
４’、第５にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４を交互に積層した総
膜厚１００オングストロームの多層膜を成長する。
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）とアンモニアを用い、井戸層とし
てＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４を２０オングストローム成長さ
せる。次に、ＴＭＩの流量を１／５に減らすことによ
り、障壁層としてＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層４’を２０オン
グストロームの膜厚で成長させる。この操作を繰り返
し、各２０オングストロームの膜厚で第１にＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層４、第２にＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層４’、第３
にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４、第４にＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層
４’、第５にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層４を交互に積層した総
膜厚１００オングストロームの多層膜を成長する。
【００１７】次に、原料ガスを止め、再び温度を１０２
０℃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をドープしたｐ型
ＧａＮ層５を０．８μｍ成長させる。
０℃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をドープしたｐ型
ＧａＮ層５を０．８μｍ成長させる。
【００１８】ｐ型ＧａＮ層５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、７０
０℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型Ｇａ
Ｎ層をさらに低抵抗化する。以上のようにして得られた
発光素子の構造を示す断面図を図１に示す。
ら取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７０
０℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型Ｇａ
Ｎ層をさらに低抵抗化する。以上のようにして得られた
発光素子の構造を示す断面図を図１に示す。
【００１９】以上のようにして得られたウエハーのｐ型
ＧａＮ層５と多層膜層の一部をエッチングにより取り除
き、ｎ型ＧａＮ層３を露出させ、ｐ型ＧａＮ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８００μＷ、発光
波長４１０ｎｍと、十分実用レベルに達していた。
ＧａＮ層５と多層膜層の一部をエッチングにより取り除
き、ｎ型ＧａＮ層３を露出させ、ｐ型ＧａＮ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８００μＷ、発光
波長４１０ｎｍと、十分実用レベルに達していた。
【００２０】［実施例２］実施例１において、多層膜層
のそれぞれの成長時間を２．５倍にして、Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層を５０オングストローム、Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ
層を５０オングストロームの膜厚で成長する他は同様に
して発光ダイオードを得たところ、発光出力は２０ｍＡ
において７２０μＷ、発光波長４１０ｎｍであった。
のそれぞれの成長時間を２．５倍にして、Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層を５０オングストローム、Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ
層を５０オングストロームの膜厚で成長する他は同様に
して発光ダイオードを得たところ、発光出力は２０ｍＡ
において７２０μＷ、発光波長４１０ｎｍであった。
【００２１】［実施例３］実施例１のｎ型ＧａＮ層３、
およびｐ型ＧａＮ層５を成長させる工程において、原料
ガスに新たにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を加え
て成長させ、ｎ型ＧａＮ層を同じくＳｉをドープしたｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層とし、ｐ型ＧａＮ層を同じくＭｇ
をドープしたｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層とする他は、同様
にして発光ダイオードを得たところ、発光出力、発光波
長とも実施例１とほぼ同等であった。
およびｐ型ＧａＮ層５を成長させる工程において、原料
ガスに新たにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を加え
て成長させ、ｎ型ＧａＮ層を同じくＳｉをドープしたｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層とし、ｐ型ＧａＮ層を同じくＭｇ
をドープしたｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層とする他は、同様
にして発光ダイオードを得たところ、発光出力、発光波
長とも実施例１とほぼ同等であった。
【００２２】［比較例１］実施例１において、多層膜層
のそれぞれの成長時間を３倍にして、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層を６０オングストローム、Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層を６
０オングストロームの膜厚で成長する他は同様にして発
光ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力
は３６０μＷであった。
のそれぞれの成長時間を３倍にして、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
層を６０オングストローム、Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層を６
０オングストロームの膜厚で成長する他は同様にして発
光ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力
は３６０μＷであった。
【００２３】［比較例２］実施例１において、多層膜層
を成長する代わりに単一のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を１００
オングストロームの膜厚で成長する他は同様にして発光
ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１
８０μＷ、発光波長４２０ｎｍであった。
を成長する代わりに単一のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を１００
オングストロームの膜厚で成長する他は同様にして発光
ダイオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１
８０μＷ、発光波長４２０ｎｍであった。
【００２４】
【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、ｐ−ｎ接合を利用した
ダブルへテロ構造とし、さらに発光層を限定された膜厚
のＩｎXＧａ1-XＮ層よりなる多層膜としているため、ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層、及びｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層とのミスフィットが小さくなり、発
光層全体の結晶性が向上する。それにより、発光出力が
飛躍的に向上し、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
を十分な実用レベルにまですることができる。
ウム系化合物半導体発光素子は、ｐ−ｎ接合を利用した
ダブルへテロ構造とし、さらに発光層を限定された膜厚
のＩｎXＧａ1-XＮ層よりなる多層膜としているため、ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層、及びｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層とのミスフィットが小さくなり、発
光層全体の結晶性が向上する。それにより、発光出力が
飛躍的に向上し、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
を十分な実用レベルにまですることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図２】 本発明の一実施例に係る発光素子における多
層膜の各膜厚と、発光素子の相対発光出力との関係を示
す図。
層膜の各膜厚と、発光素子の相対発光出力との関係を示
す図。
１ ・・・・・サファイア基板 ２ ・・・・・ＧａＮバッファ層 ３ ・・・・・ｎ型ＧａＮ層 ４ ・・・・・Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 ４’・・・・・Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層 ５ ・・・・・ｐ型ＧａＮ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【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、X値の異
なるＩｎXＧａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜１）層が交互に
積層された多層膜層を発光層として具備する窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子であって、前記多層膜層を構
成するＩｎXＧａ1-XＮ層の各膜厚は５オングストローム
〜５０オングストロームの範囲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】 前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
はＧａYＡｌ1-YＮ（但し、Yは０＜Y≦１）よりなり、前
記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層はＧａZＡｌ1-ZＮ
（但し、Zは０＜Z≦１）よりなることを特徴とする請求
項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ＩｎXＧａ1-XＮ層のX値は０＜X＜
０．５の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP7904593A JP2932467B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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|---|---|
| JPH06268257A JPH06268257A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2932467B2 true JP2932467B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=13678941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7904593A Expired - Lifetime JP2932467B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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-
1993
- 1993-03-12 JP JP7904593A patent/JP2932467B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．７４，ＮＯ．６，ｐｐ．３９１１−３９１５ |
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