JP2950316B2 - 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 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードや
レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子に係り、特に発光効率を高
く維持すると同時に色純度を大幅に改善し得る半導体発
光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになり、青色の発光ダイオードの分
野での展開が進んでいる。

【０００３】この窒化ガリウム系化合物半導体の製造方
法は、絶縁性のサファイアを基板とし、この基板の表面
に有機金属気相成長法によって窒化ガリウム系半導体薄
膜を成長させるというのがその基本である。すなわち、
ＧａＮ系の化合物半導体の積層方法のより具体的な手法
は、基板を装入して設置した反応管の中に、ＩＩＩ族元
素の原料ガスとして有機金属化合物ガス（トリメチルガ
リウム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウ
ム等）と、Ｖ族元素の原料ガスとしてアンモニアやヒド
ラジン等を供給し、基板の温度をおよそ９００℃〜１１
００℃の高温で保持して、基板上にｎ型層と活性層とｐ
型層とを成長させてこれらを積層形成するというもので
ある。

【０００４】ＧａＮ系化合物半導体を利用した発光素子
は、先に述べたように青色発光用の素子として有用であ
るが、赤や緑の発光素子と比較すると技術的開発の面で
幾分か遅れがみられる。このような開発の遅れは、Ｇａ
Ｎ系の化合物半導体の適切な材料が見い出されなかった
ことにその一因があるとされ、赤や緑の発光素子に比べ
ると発光輝度や色純度に劣るということが従来からの課
題である。

【０００５】たとえば、発光輝度を改善しようとしたも
のとして、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体の上に、ｐ型不純
物をドープした高抵抗のｉ型のＧａＮ系化合物半導体を
積層したＭＩＳ構造の青色発光ダイオードが既に知られ
ている。しかしながら、このＭＩＳ構造のものにおいて
も、発光輝度及び発光出力の両方が不足する傾向にあ
り、発光素子としての実用化には困難さが残っている。

【０００６】一方、たとえば特開平６−２６０６８０号
公報には、ｐ型不純物であるＺｎとｎ型不純物であるＳ
ｉとを同時にドープしたｎ型のＩｎＧａＮ層を活性層と
するＧａＮ系化合物半導体発光素子が提案されている。
この公報によれば、ドナー・アクセプタのペア発光数が
増加することに起因して、青色発光強度が増大するとさ
れ、ＭＩＳ構造の発光素子と比較しても発光効率及び発
光強度が格段に向上し得たとしている。

【０００７】また、特開平８−４６２４０号公報には、
ｐ型不純物であるアクセプタ不純物とｎ型不純物である
ドナー不純物をドープしてｐ型とした発光層を形成する
発光素子が開示されている。この公報によれば、発光層
に正孔を高い濃度で持たせることができるとともに、電
子を発光層の深くまで注入できる電子の注入量を増やす
ことができるので、正孔と再結合される電子の数が増加
し、これによって発光輝度が向上され得るとされてい
る。

【０００８】更に、特開平９−１８６３６２号公報に
は、発光層にドナー不純物とアクセプタ不純物とを共に
ドープし、出力される光をドナー不純物準位と価電子帯
間、または伝導帯とアクセプタ準位の間、または伝導帯
と価電子帯の間の電子遷移により発光させる発光素子が
提案されている。

【０００９】これらの公報に記載の発光素子は、ｐ型ま
たはｎ型の伝導型という面で互いに相違する構成ではあ
るものの、いずれも発光層となる活性層にｐ型不純物と
ｎ型不純物とを同時にドープするという点では同じであ
る。そして、従来のＭＩＳ構造型の発光素子に比べる
と、発光強度の大幅な改善がなされたことも既に知られ
ているとおりである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような発光輝度の
改善により、たとえば屋外用のフルカラーディスプレイ
の分野においても、先の公報に記載の発光素子を利用す
ることはできる。しかしながら、屋外用のディスプレイ
では特に昼間の陽光が素子の発光に干渉しやすくなるた
め、視認性を高めて鮮明な画像表示とするためには、従
来のものより更に一層高い発光輝度が必要であるという
のが現状である。

【００１１】また、各公報に示された発光素子はいずれ
も、アクセプタ不純物であるｐ型不純物とドナー不純物
とがペアをなして発光するいわゆるドナー・アクセプタ
のＤ−Ａペア発光等、要するに不純物準位に関与した発
光を利用したものである。

【００１２】ところが、不純物準位に関与した発光は、
一般的にブロードなスペクトルを示す傾向にあり、更に
動作電流が増加するにしたがってピーク波長が短波長側
へシフトする等の性質を持つ。前者のブロードなスペク
トルとなりやすい性質は、発光特性の色純度に影響を及
ぼすもので、たとえばフルカラーディスプレイに用いる
場合では色の再現範囲を狭めてしまう。また、ピーク波
長が短波長側にシフトしてしまうと、同様にフルカラー
ディスプレイに適用した場合には色の再現範囲を低下さ
せることになる。

【００１３】このように、不純物準位に関与した発光を
利用するＧａＮ系化合物半導体発光素子では、発光特性
の面からみて不十分さが残り、特にフルカラーディスプ
レイ等に用いる場合には、発光輝度の不足だけでなく色
純度が悪くなる等の問題がある。

【００１４】本発明において解決すべき課題は、発光輝
度及び発光出力が高くてしかも色純度も向上した発光素
子を得ることによりフルカラーディスプレイ等へのより
好適な適用ができるようにすることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、発光強度
を向上させると同時に発光の色純度の改善を図るため、
活性層にドープするｐ型不純物及びｎ型不純物とについ
て鋭意検討した。その結果、ｐ型不純物を特定の濃度分
布でかつ特定の濃度範囲となるようにし、活性層内にｐ
ｎ接合が形成されるようにすることで、発光強度だけで
なく色純度にも大幅な改善がみられることを見いだし
た。また、ｐ型不純物の濃度の分布及び範囲が特定され
た条件の下であれば、活性層にｎ型不純物が少ない量ド
ープしてもその影響は小さく、無視し得る程度のもので
あることも判った。

【００１６】すなわち、本発明は、有機金属気相成長法
により、基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体から
なるｎ型層と活性層とｐ型層とを積層した窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子及びその製造方法において、前
記活性層に対して、前記ｐ型層に接する側から前記ｎ型
層に接する側にかけて濃度が減少する傾向としてｐ型不
純物をドープすることによって、発光輝度及び色純度の
向上を可能としたのである。

【００１７】このような発光素子またはその製造方法に
よれば、ｐｎ接合を活性層の中に形成できるので、発光
効率の向上が可能となる。また、ｐ型不純物は伝導帯−
アクセプタ準位間の発光が支配的になるほどに高濃度に
ドープされないので、アクセプタ準位が関与する発光を
利用するのに代えて、伝導帯と価電子帯間の電子遷移に
よる発光を利用できる発光素子が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、基板の
上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型層と活
性層とｐ型層とを積層した窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子において、前記活性層に対してｐ型不純物がド
ープされ、前記ｐ型不純物の濃度を前記ｐ型層に接する
側から前記ｎ型層に接する側にかけて減少させ、前記ｎ
型層に接する側において１×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上で５×１
０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の範囲としたものであり、ｐｎ接合を活
性層内に形成できるので、活性層への電子及び正孔の注
入がより一層効率的に行われ、発光強度及び色純度を適
正に高くすることができるという作用を有する。

【００１９】請求項２に記載の発明は、基板の上に、窒
化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型層と活性層とｐ
型層とを積層した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、前記活性層に対してｐ型不純物がドープさ
れ、前記ｐ型不純物の濃度を前記ｐ型層に接する側から
前記ｎ型層に接する側にかけて減少させ、前記ｐ型層に
接する側において１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上で５×１０ ²⁰ ｃ
ｍ ^-3 以下の範囲としたものであり、ｐｎ接合を活性層内
に形成できるので、活性層への電子及び正孔の注入がよ
り一層効率的に行われ、発光強度及び色純度を適正に高
くすることができるという作用を有する。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において前記活性層内における前記ｐ型不純物の
濃度を前記ｐ型層に接する側において１×１０¹⁸ｃｍ^-3
以上で５×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲としたものであり、
ｐｎ接合を活性層内に形成できるので、活性層への電子
及び正孔の注入がより一層効率的に行われ、発光強度及
び色純度を適正に高くすることができるという作用を有
する。

【００２１】なお、請求項１、２及び３の発明において
は、活性層内にｐｎ接合を形成しやすくするということ
に加えて、ｎ型層に接する側のｐ型不純物の濃度を特定
の範囲まで低くすることにより、ｐ型不純物をドープし
てもこの領域をｎ型とすることができる。また、ｐ型層
に接する側のｐ型不純物の濃度を特定の範囲まで高くす
ることにより、この領域をｐ型とすることができる。こ
のようにして、活性層内にｐｎ接合を確実に形成するこ
とができる。さらに、このようなｐ型不純物の濃度範囲
においては、伝導帯とアクセプタ準位間の電子遷移によ
る発光は僅かであり、伝導帯と価電子帯間の遷移による
発光を利用することができる。

【００２２】

【００２３】

【００２４】請求項４に記載の発明は、有機金属気相成
長法により、基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体
からなるｎ型層と活性層とｐ型層とを順に積層して形成
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法に
おいて、前記活性層に対して前記ｐ型層に接する側から
前記ｎ型層に接する側にかけて濃度が減少する傾向とし
てｐ型不純物をドープし、前記ｐ型不純物の濃度が前記
ｎ型層に接する側において１×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上で５×
１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の範囲とし、前記ｐ型層に接する側に
おいて１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上で５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 以下の
範囲とするものであり、ｐｎ接合を活性層内に形成で
き、ｐ型層に接する側からｎ型層に接する側へかけて濃
度が減少する傾斜濃度の活性層が得られるという作用を
有する。

【００２５】

【００２６】

【００２７】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を
示す断面図である。

【００２８】図１において、サファイアからなる基板１
上にバッファ層２が形成され、このバッファ層２の上に
は、下から順にｎ型層３，活性層４，ｐ型クラッド層５
及びｐ型コンタクト層６が有機金属気相成長法によって
積層されている。そして、ｐ型コンタクト層６の上には
ｐ側電極７を形成し、ｐ型クラッド層５及び活性層４の
一部をエッチング除去して露出したｎ型層３の表面には
ｎ側電極８を形成する。なお、ｎ側電極８の材料として
は、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属を
用いることができ、ｐ側及びｎ側の電極７，８のそれぞ
れはいずれも金属の蒸着法によって得られる。

【００２９】バッファ層２としては、ＧａＮやＧａＡｌ
Ｎ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ等を用いることができる。そし
て、活性層４はＩｎＧａＮとしたものであって、ｐ型不
純物としてＭｇを所定の濃度範囲でドープしたものであ
る。

【００３０】ｐ型クラッド層５としては、ＡｌＧａＮや
ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。ま
た、ｐ型コンタクト層６にはＧａＮやＩｎＧａＮ等を用
いることができる。そして、ｐ型クラッド層５およびｐ
型コンタクト層６にドープされるｐ型不純物としてはＭ
ｇが用いられる。

【００３１】ここで、本発明においては、活性層４に対
してはＭｇを不純物としてドープするものとする。そし
て、このＭｇのドープは、ｐ型層からの拡散によって行
わせる。

【００３２】この場合、ＭｇはたとえばＺｎ等の他のｐ
型不純物と比べてＧａＮ系化合物半導体の中で深い不純
物準位を作りにくい性質があるので、得られる発光素子
には深いｐ型不純物準位が形成されることがない。した
がって、アクセプタ準位が関与する発光が生じにくい活
性層４が得られる。また、Ｍｇをｐ型層からの拡散によ
ってドープすることにより、Ｍｇを活性層４に直接ドー
プするのに比べると、活性層全体にＭｇが高濃度でドー
プされるのを抑制しやすくなるので、ｐ型層に接する側
からｎ型層３に接する側へかけてＭｇの濃度が減少する
傾斜濃度を簡単に造ることができる。

【００３３】通常、窒化ガリウム系化合物半導体からな
る活性層４は、アンドープではｎ型の伝導型を示す傾向
があり、活性層４内で上記のようなｐ型不純物の濃度分
布を形成することで、高濃度のｐ型層側でｐ型、低濃度
のｎ型層側でｎ型の伝導型を持たせることができ、これ
によりｐｎ接合を活性層４内に確実に形成することがで
きる。

【００３４】また、活性層４はＩｎＧａＮであって、Ａ
ｌを含まない。もし、Ａｌを含むと結晶性が低下しやす
い傾向があるので、活性層４自身の結晶性の低下が起き
る。

【００３５】したがって、Ａｌを含まないＩｎＧａＮの
化合物半導体によって活性層４を形成することで、結晶
性を高く保つことができ発光特性の劣化を招くことがな
い。

【００３６】本発明者等は、窒化ガリウム系化合物半導
体の発光素子において、発光輝度及び発光輝度を高く維
持すると同時に色純度の向上を図るため、鋭意研究を重
ねた。その結果、従来技術の項で挙げたような不純物準
位が関与した発光を利用するのではなく、伝導帯と価電
子帯との間の電子遷移による発光を利用すれば大幅な改
善が図られることを知見によって得た。

【００３７】すなわち、活性層４に対しては、アクセプ
タ準位が形成されない程度の濃度でｐ型不純物をドープ
するようにすれば、ｐ型不純物が形成するアクセプタ準
位が関与した発光を利用することなく、伝導帯と価電子
帯との間の電子遷移による発光が得られる。そして、ｐ
型不純物すなわちＭｇの濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上
で５×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲であれば、発光効率及び
色純度の両面での改善が得られることを見いだした。

【００３８】１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下のＭｇの濃度範囲で
は、Ｄ−Ａペア発光等の不純物準位が関与した発光を利
用していないことは、伝導帯−価電子帯間の電子遷移に
よる発光が得られるアンドープ時と同様の発光波長が得
られることから判る。活性層のＭｇの濃度が５×１０²⁰
ｃｍ^-3よりも高くなると、アクセプタ準位に関与する発
光が見られるようになる。

【００３９】このように、Ｍｇの濃度範囲を特定してド
ープするようにすれば、伝導帯と価電子帯との間の電子
遷移による発光が得られる。このような発光であれば、
不純物電位が関与した発光に比べると発光スペクトルは
シャープになる傾向がみられ、動作電流が増加してもピ
ーク波長の短波長側へのシフトも殆どなくなるので、色
純度が向上する。

【００４０】また、活性層４に、ｐ型層に接する側から
ｎ型層３に接する側にかけてＭｇの濃度が減少するよう
にドープする構成としたものでは、ｐｎ接合を活性層４
内に形成できることになる。このように活性層４自身の
中にｐｎ接合を持たせることにより、発光効率の高い発
光素子が得られる。そして、ｎ型層３に接する側のｐ型
不純物すなわちＭｇの濃度を低くすれば、ｐｎ接合がｎ
型層３の中に形成されるのが防止される。また、ｐ型層
に接する側のＭｇの濃度が高いと、活性層４への電流注
入効率を高くできるので、発光効率が更に向上すること
になる。

【００４１】ここで、活性層４にドープするｐ型不純物
であるＭｇの濃度範囲は、先に示した１×１０¹⁶ｃｍ^-3
以上で５×１０²⁰ｃｍ^-3以下であれば、発光効率及び色
純度の両面の改善が可能である。

【００４２】ところが、この濃度範囲においても、ｎ型
層３に接する側のＭｇの濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも
大きくなると、活性層４の全体がｐ型となる傾向がみら
れ、発光強度が低下することが判った。また、Ｍｇの濃
度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3よりも小さくなると、ｐｎ接合が
ｐ型層側に偏って形成されたり、活性層４全体がｎ型と
なってしまい活性層４が高抵抗となってしまい、同様に
発光強度が低下してしまうことも認められた。

【００４３】更に、ｐ型層に接する側のＭｇの濃度が５
×１０²⁰ｃｍ^-3よりも大きくなるとアクセプタ準位に関
与した発光がみられるようになり、色純度が低下する傾
向にあることが判った。そして、ｐ型層に接する側のＭ
ｇの濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも小さくなると、この
領域をｐ型とすることが困難となり、ｐｎ接合を活性層
４内に形成できなくなり、発光強度が低下する傾向にあ
ることも判った。

【００４４】ここで、発光強度及び色純度の両面での改
善効果を得るためには、活性層に対してはｎ型不純物を
ドープしないものとすることが望ましい。しかしなが
ら、ｐ型層にドープするｐ型不純物すなわちＭｇの濃度
が先に説明した条件であれば、少量のｎ型不純物をドー
プしてもその影響は無視し得る程度であり、活性層内の
ｐｎ接合の形成が同様に可能である。これは、たとえば
ｎ型不純物としてＳｉを１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度ドープし
た場合でも、活性層のｐ型層に接する側はｐ型の伝導型
が維持され、ｎ型層に接する側においてもｎ型の伝導型
が維持されることからいえることである。このようにｐ
型及びｎ型のそれぞれの伝導型が維持されることによっ
て、活性層内ではｐｎ接合の形成が依然として可能であ
り、アクセプタ準位に関与した発光はみられない。すな
わち、活性層のｐ型層に接する側でｐ型の伝導型が維持
される程度であれば、ｎ型不純物をドープしても発光強
度及び色純度の両面での改善効果が得られることは明ら
かである。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の半導体発光素子をその具体的
な製造方法に基づいて説明する。

【００４６】本実施例は、有機金属気相成長法を用いた
窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を示すものであ
り、先に示した図１を参照しながら説明する。

【００４７】まず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基
板１の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガス
を流しながら基板を加熱することにより、基板１の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くための
クリーニングを行う。

【００４８】次に、基板１の表面温度を６００℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リッ
トル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルア
ルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用
のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡＩＮか
らなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させる。

【００４９】次に、ＴＭＡのキャリアガスのみを止めて
１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、
窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リット
ル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム（以
下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ／
分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ₄（モノシラン）
ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させて、
ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層３を２μｍの厚
さで成長させる。

【００５０】ｎ型層３を成長形成した後、ＴＭＧ用のキ
ャリアガスとＳｉＨ₄ガスを止め、基板表面温度を７５
０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガ
スを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを２ｃ
ｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と記
す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流しながら１
００秒間成長させて、ＩｎＧａＮからなる活性層４を１
０ｎｍの厚さで成長させる。

【００５１】活性層４を成膜後、ＴＭＩ用のキャリアガ
スとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板表面温度を１
０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル
／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＡ用
のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であるビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ₂Ｍｇ」と
記す）用のキャリアガスを６０ｃｃ／分で流しながら４
分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなる
ｐ型クラッド層５を０．１μｍの厚さで成長させる。

【００５２】ｐ型クラッド層５を成長形成した後、ＴＭ
Ａ用のキャリアガスと、ＴＭＧ用のキャリアガスと、Ｃ
ｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスとを止め、基板温度を１０５
０℃に１０分間保持して、ｐ型クラッド層５にドープさ
れたＭｇを活性層４に拡散させる。

【００５３】引き続き、１０５０℃にて、新たに主キャ
リアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４
ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガス１００ｃｃ／分
で流しながら３分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮ
からなるｐ型コンタクト層を０．１μｍの厚さで成長さ
せる。

【００５４】成長後、原料ガスであるＴＭＧ用のキャリ
アガスとＣｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスとアンモニアを止
め、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流しながら
室温まで冷却した後、ウェハーを反応管から取り出す。

【００５５】このようにして形成したｐｎ接合を含む窒
化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、
その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を堆積させた
後、フォトリソグラフィーにより所定の形状にパターン
ニングしてエッチング用のマスクを形成する。そして、
反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト層６
とｐ型クラッド層５と活性層４の一部を約０．２５μｍ
の深さで除去して、ｎ型層３の表面上を露出させる。そ
して、フォトリソグラフィーと蒸着法により露出させた
ｎ型層３の表面上にＡｌからなるｎ側電極８を蒸着形成
する。さらに、同様にしてｐ型コンタクト層６の表面上
にＮｉとＡｕからなるｐ側電極７を形成する。

【００５６】この後、サファイアの基板１の裏面を研磨
して１００μｍ程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離する。このようにして、活性層４の中にｐ
ｎ接合が形成された発光素子が得られる。この発光素子
の活性層４において、Ｍｇ濃度はｐ型クラッド層５に接
する側の１×１０¹⁹ｃｍ^-3からｎ型層３に接する側の２
×１０¹⁷ｃｍ^-3にまで減少する傾斜分布とされた。

【００５７】この発光素子を電極形成面側を上向きにし
てステムに接着した後、チップのｎ側電極８とｐ側電極
７をそれぞれステム上の電極にワイヤで結線し、その後
樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発光
ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、
波長４５０ｎｍの青色に発光し、スペクトル半値幅は１
８ｎｍであり、発光出力は１１００μＷであった。

【００５８】これに対し、比較例として、上記実施例の
活性層４及びｐ型クラッド層５を成長させる工程におい
て、７５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガ
スを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを２ｃ
ｃ／分、トリメチルインジウム用のキャリアガスを２０
０ｃｃ／分、ＳｉＨ₄ガスを１０ｃｃ／分、Ｚｎ源のジ
エチルジンクガスを１０ｃｃ／分で流しながら１００秒
間成長させて、ＳｉとＺｎをドープしたｎ型のＩｎＧａ
Ｎからなる活性層４を１０ｎｍの厚さで成長させ、その
後、ＴＭＩ用のキャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガス
とＳｉＨ₄ガスとジエチルジンクガスを止め、基板表面
温度を１０５０℃まで上昇させてｐ型クラッド層５を成
長させる以外は実施例と同様にして発光素子を作製し
た。この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動
したところ、波長４５０ｎｍの青色に発光したが、スペ
クトル半値幅は３１ｎｍと実施例に比べ大きくなり、色
純度が低下するのが認められ、発光出力は７１０μＷで
あった。

【００５９】なお、本実施例においては、ｐ型層に含ま
れたｐ型不純物を当該ｐ型層から活性層４に拡散させる
のに、ｐ型クラッド層５を成長後、基板温度を一定に保
持してｐ型クラッド層５に含まれるＭｇを活性層４に拡
散させる方法とした。これに代えて、活性層４にＭｇを
拡散させるために、ｐ型コンタクト層６を成長後、基板
温度を一定に保持してｐ型クラッド層５に含まれるＭｇ
を拡散させる方法や、ｐ型層を成長後、基板温度を上げ
て比較的短時間で拡散させる方法、及びｐ型層を成長
後、基板温度を下げて比較的長時間で拡散させる方法等
を採用することもできる。そして、活性層４へのｐ型不
純物の拡散は、ｐ型層に含まれるｐ型不純物の濃度や拡
散のための保持時間や保持温度等に依存するので、活性
層４にドープするｐ型不純物の濃度が先に示した範囲と
なるように、これらを適宜、変更調整することが望まし
い。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子によれば、ｎ型層に接する側のｐ型
不純物濃度を低くすることによりｐｎ接合を活性層内に
形成でき、また、ｐ型層に接する側のｐ型不純物濃度を
高くすることにより活性層への電流注入効率を高くでき
るので、発光効率の高い窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子が得られる。したがって、屋外設備用のフルカラ
ーディスプレイにも支障なく使用することができる。さ
らに、活性層へのｐ型不純物濃度の値を最適化すること
によって、発光出力及び色純度がより一層向上した窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる。

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】以上のように本発明の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の製造方法によれば、ｎ型層に接する
側のｐ型不純物濃度を低くすることによりｐｎ接合を活
性層内に形成でき、また、ｐ型層に接する側のｐ型不純
物濃度を高くすることにより活性層への電流注入効率を
高くできるので、発光効率の高い窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子を製造することができる。したがって、
屋外設備用のフルカラーディスプレイにも支障なく使用
することができる。さらに、活性層へのｐ型不純物濃度
の値を最適化することによって、発光出力及び色純度が
より一層向上した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
を製造することができる。

【００６５】

【００６６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型層 ４ 活性層 ５ ｐ型クラッド層 ６ ｐ型コンタクト層 ７ ｐ側電極 ８ ｎ側電極

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体
   からなるｎ型層と活性層とｐ型層とを積層した窒化ガリ
   ウム系化合物半導体発光素子において、前記活性層に対
   してｐ型不純物がドープされ、前記ｐ型不純物の濃度が
   前記ｐ型層に接する側から前記ｎ型層に接する側にかけ
   て減少し、前記ｎ型層に接する側において１×１０ ¹⁶ ｃ
   ｍ ^-3 以上で５×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下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。
2. 【請求項２】基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体
   からなるｎ型層と活性層とｐ型層とを積層した窒化ガリ
   ウム系化合物半導体発光素子において、前記活性層に対
   してｐ型不純物がドープされ、前記ｐ型不純物の濃度が
   前記ｐ型層に接する側から前記ｎ型層に接する側にかけ
   て減少し、前記ｐ型層に接する側において１×１０ ¹⁸ ｃ
   ｍ ^-3 以上で５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 以下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。
3. 【請求項３】前記ｐ型不純物の濃度が前記ｐ型層に接す
   る側において１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で５×１０²⁰ｃｍ^-3
   以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の窒化
   ガリウム系化合物半導体発光素子。
4. 【請求項４】有機金属気相成長法により、基板の上に、
   窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型層と活性層と
   ｐ型層とを順に積層して形成する窒化ガリウム系化合物
   半導体発光素子の製造方法において、前記活性層に対し
   て、前記ｐ型層に接する側から前記ｎ型層に接する側に
   かけて濃度が減少する傾向としてｐ型不純物をドープ
   し、前記ｐ型不純物の濃度が前記ｎ型層に接する側にお
   いて１×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上で５×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の範
   囲とし、前記ｐ型層に接する側において１×１０ ¹⁸ ｃｍ
   ^-3 以上で５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 以下の範囲とすることを特徴
   とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方
   法。