JP3274271B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP3274271B2 JP3274271B2 JP3815894A JP3815894A JP3274271B2 JP 3274271 B2 JP3274271 B2 JP 3274271B2 JP 3815894 A JP3815894 A JP 3815894A JP 3815894 A JP3815894 A JP 3815894A JP 3274271 B2 JP3274271 B2 JP 3274271B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体発光素子に係わり、特にＧａＮ系材料を用い
た半導体発光素子に関する。
いた半導体発光素子に係わり、特にＧａＮ系材料を用い
た半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素を含むIII-Ｖ族化合物半導体の一つ
であるＧａＮは、バンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長青色発光素子用材料
として期待されている。ＧａＮ系材料を用いた半導体発
光素子では通常、発光層はＺｎ，Ｍｇ等のII族のアクセ
プタ不純物が添加されたｐ型層であり、不純物が作る深
い準位（発光センター）からの発光を利用している。
であるＧａＮは、バンドギャップが３．４ｅＶと大き
く、また直接遷移型であり、短波長青色発光素子用材料
として期待されている。ＧａＮ系材料を用いた半導体発
光素子では通常、発光層はＺｎ，Ｍｇ等のII族のアクセ
プタ不純物が添加されたｐ型層であり、不純物が作る深
い準位（発光センター）からの発光を利用している。
【０００３】この種の半導体発光素子において、輝度飽
和を抑制して高輝度化をはかるには発光層の発光センタ
ーの数を増加させることが必要であるが、発光センター
を増加させるために発光層に高濃度に不純物をドープす
ると、膜形成時に発光層から多量の不純物が拡散してし
まう。このため、発光効率の高効率化がはかれない、格
子欠陥が増加し品質が低下する等の問題があり、高輝度
化が達成できない。
和を抑制して高輝度化をはかるには発光層の発光センタ
ーの数を増加させることが必要であるが、発光センター
を増加させるために発光層に高濃度に不純物をドープす
ると、膜形成時に発光層から多量の不純物が拡散してし
まう。このため、発光効率の高効率化がはかれない、格
子欠陥が増加し品質が低下する等の問題があり、高輝度
化が達成できない。
【０００４】また、発光層に高濃度に不純物をドープす
ると、アクセプタに束縛された電子の波動関数同士が重
なり合い発光効率が急激に低下する。ドナー不純物との
間の遷移による発光を利用する場合には比較的高濃度ド
ープが可能であるが、これは発光に電子の空間的移動を
伴うため低効率である。
ると、アクセプタに束縛された電子の波動関数同士が重
なり合い発光効率が急激に低下する。ドナー不純物との
間の遷移による発光を利用する場合には比較的高濃度ド
ープが可能であるが、これは発光に電子の空間的移動を
伴うため低効率である。
【０００５】これらは、緑青色の半導体レーザを実現し
ようとする場合に特に大きな問題となり、これまでＧａ
Ｎ系材料を用いた緑青色の半導体レーザの動作例は報告
されていなかった。
ようとする場合に特に大きな問題となり、これまでＧａ
Ｎ系材料を用いた緑青色の半導体レーザの動作例は報告
されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｇａ
Ｎ系材料を用いた半導体発光素子においては、高輝度化
のために発光センターを増加させるには不純物の濃度を
高める必要があり、不純物濃度を高くすると、発光層か
らの不純物拡散により、効率低下や格子欠陥の増大によ
る品質低下を招く問題があり、高輝度短波長の発光を実
現することは困難であった。
Ｎ系材料を用いた半導体発光素子においては、高輝度化
のために発光センターを増加させるには不純物の濃度を
高める必要があり、不純物濃度を高くすると、発光層か
らの不純物拡散により、効率低下や格子欠陥の増大によ
る品質低下を招く問題があり、高輝度短波長の発光を実
現することは困難であった。
【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、発光層からの不純物の
拡散を増大させることなく発光センターを増加させるこ
とができ、高輝度短波長発光を実現し得る半導体発光素
子を提供することにある。
ので、その目的とするところは、発光層からの不純物の
拡散を増大させることなく発光センターを増加させるこ
とができ、高輝度短波長発光を実現し得る半導体発光素
子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、Ｇａx Ａｌy Ｉｎ1-x-y Ｎ層（０＜ｘ≦１，０≦
ｙ＜１）を発光層とする半導体発光素子において、発光
層にII族元素としてのＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃｄ又はＨｇ
とVI族元素としてのＯを同時に添加し、発光層中に添加
されたII族元素とVI族元素の濃度はそれぞれ５×１０ 19
ｃｍ -3 以上であり、かつII族元素とVI族元素の濃度差が
５×１０ 19 ｃｍ -3 以下であることを特徴とする。
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、Ｇａx Ａｌy Ｉｎ1-x-y Ｎ層（０＜ｘ≦１，０≦
ｙ＜１）を発光層とする半導体発光素子において、発光
層にII族元素としてのＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃｄ又はＨｇ
とVI族元素としてのＯを同時に添加し、発光層中に添加
されたII族元素とVI族元素の濃度はそれぞれ５×１０ 19
ｃｍ -3 以上であり、かつII族元素とVI族元素の濃度差が
５×１０ 19 ｃｍ -3 以下であることを特徴とする。
【０００９】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) Ｇａs Ａｌt Ｉｎ1-s-t Ｎ（０＜ｓ≦１，０＜ｔ≦
１）からなる第１導電型のクラッド層、Ｇａx Ａｌy Ｉ
ｎ1-x-y Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｙ＜ｔ）からな
る活性層（発光層）、及びＧａs Ａｌt Ｉｎ1-s-t Ｎか
らなる第２導電型のクラッド層で構成されるダブルヘテ
ロ接合構造を有すること。(2) 発光層中に添加されるII族元素とVI族元素の濃度
を、それぞれ１×１０ 20 ｃｍ-3以上に設定すること。
は、次のものがあげられる。 (1) Ｇａs Ａｌt Ｉｎ1-s-t Ｎ（０＜ｓ≦１，０＜ｔ≦
１）からなる第１導電型のクラッド層、Ｇａx Ａｌy Ｉ
ｎ1-x-y Ｎ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１，ｙ＜ｔ）からな
る活性層（発光層）、及びＧａs Ａｌt Ｉｎ1-s-t Ｎか
らなる第２導電型のクラッド層で構成されるダブルヘテ
ロ接合構造を有すること。(2) 発光層中に添加されるII族元素とVI族元素の濃度
を、それぞれ１×１０ 20 ｃｍ-3以上に設定すること。
【００１０】
【作用】発光層中に高濃度の不純物添加ができない最大
の理由は、発光層から不純物が拡散するためである。そ
こで本発明者らが鋭意研究及び各種実験を繰り返したと
ころ、アクセプタ性不純物とドナー性不純物を同時に添
加すると、ドナーとアクセプタのペア（Ｄ−Ａペア）を
形成して結晶中に取り込まれるので、不純物の拡散が飛
躍的に抑えられることが判明した。また、この方法によ
れば、欠陥を利用した発光ではないので、発光効率が上
がるだけではなく、歩留まりも大幅に向上する。特に、
Ｚｎは拡散しやすいので、本方法が有効である。また、
Ｃｄは作る準位が深いので、より高輝度化が望める。
の理由は、発光層から不純物が拡散するためである。そ
こで本発明者らが鋭意研究及び各種実験を繰り返したと
ころ、アクセプタ性不純物とドナー性不純物を同時に添
加すると、ドナーとアクセプタのペア（Ｄ−Ａペア）を
形成して結晶中に取り込まれるので、不純物の拡散が飛
躍的に抑えられることが判明した。また、この方法によ
れば、欠陥を利用した発光ではないので、発光効率が上
がるだけではなく、歩留まりも大幅に向上する。特に、
Ｚｎは拡散しやすいので、本方法が有効である。また、
Ｃｄは作る準位が深いので、より高輝度化が望める。
【００１１】しかも、ドナー性不純物としてVI族元素を
使用した場合は、アクセプタ性不純物であるII族元素と
最近接のペアを形成するために特に有効である。なお、
この手法をより有効にするには、発光層中のドナー性不
純物及びアクセプタ性不純物の添加量が、それぞれ５×
１０19ｃｍ-3以上、望ましくは１×１０20ｃｍ-3以上で
あり、さらにドナーとアクセプタの濃度差が５×１０19
ｃｍ-3以下であることが望ましい。このためにはドーピ
ング量制御性の改善が必要であり、添加される不純物の
蒸気圧差が大きい方が良い。この点からも、ドナー性不
純物として蒸気圧の高いVI族元素とアクセプタ性不純物
としてのII族元素との組み合わせは望ましい。特に、II
族元素としてのＺｎとVI族元素としてのＯの組み合わせ
は、ＧａＮとＺｎＯの結合長が略等しいためにさらに高
濃度添加が可能であり理想的である。さらに、II族元素
としては、Ｚｎの他にＣｄ，Ｈｇ，Ｂｅも略同様に使用
でき、例えばＢｅとＳ，Ｓｅ，Ｔａとの組み合わせも例
示され得る。
使用した場合は、アクセプタ性不純物であるII族元素と
最近接のペアを形成するために特に有効である。なお、
この手法をより有効にするには、発光層中のドナー性不
純物及びアクセプタ性不純物の添加量が、それぞれ５×
１０19ｃｍ-3以上、望ましくは１×１０20ｃｍ-3以上で
あり、さらにドナーとアクセプタの濃度差が５×１０19
ｃｍ-3以下であることが望ましい。このためにはドーピ
ング量制御性の改善が必要であり、添加される不純物の
蒸気圧差が大きい方が良い。この点からも、ドナー性不
純物として蒸気圧の高いVI族元素とアクセプタ性不純物
としてのII族元素との組み合わせは望ましい。特に、II
族元素としてのＺｎとVI族元素としてのＯの組み合わせ
は、ＧａＮとＺｎＯの結合長が略等しいためにさらに高
濃度添加が可能であり理想的である。さらに、II族元素
としては、Ｚｎの他にＣｄ，Ｈｇ，Ｂｅも略同様に使用
でき、例えばＢｅとＳ，Ｓｅ，Ｔａとの組み合わせも例
示され得る。
【００１２】なお、アクセプタ性不純物とドナー性不純
物の他の組み合わせとしてＳｉとＣの組み合わせがあ
り、この場合にはＣがＶ族原子と置換しアクセプタとし
て働き、Ｓｉは III族原子と置換しドナーとして働く。
さらに、III 族であるＢ、Ｖ族であるＡｓ，Ｐ等を添加
する場合には、構成元素と同族であるので拡散はしない
が、結晶中でアイソエレクトロニックトラップを形成す
るので、疑似的にＤ−Ａペアを利用した場合と同様に発
光効率が向上する。従って本発明においては、上述した
ようなII族元素及びVI族元素以外に、これらの不純物を
適宜併用してもよい。
物の他の組み合わせとしてＳｉとＣの組み合わせがあ
り、この場合にはＣがＶ族原子と置換しアクセプタとし
て働き、Ｓｉは III族原子と置換しドナーとして働く。
さらに、III 族であるＢ、Ｖ族であるＡｓ，Ｐ等を添加
する場合には、構成元素と同族であるので拡散はしない
が、結晶中でアイソエレクトロニックトラップを形成す
るので、疑似的にＤ−Ａペアを利用した場合と同様に発
光効率が向上する。従って本発明においては、上述した
ようなII族元素及びVI族元素以外に、これらの不純物を
適宜併用してもよい。
【００１３】このように本発明によれば、アクセプタ性
不純物及びドナー性不純物として、特にII族元素とVI族
元素を同時に添加することにより、発光層からの不純物
拡散を招くことなく、発光層であるＧａＩｎＡｌＮ層の
発光センターが増大し、これにより高輝度短波長の半導
体発光素子の実現が可能となる。
不純物及びドナー性不純物として、特にII族元素とVI族
元素を同時に添加することにより、発光層からの不純物
拡散を招くことなく、発光層であるＧａＩｎＡｌＮ層の
発光センターが増大し、これにより高輝度短波長の半導
体発光素子の実現が可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる青
色ＬＥＤの素子構造を示す断面図である。サファイア基
板１１上に厚さ５０ｎｍのＧａＮバッファ層１２、ｎ型
のＧａＮ閉じ込め層１３（Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ
-3，厚さ１μｍ）、ＳｅとＭｇをドープした厚さ０．５
μｍのＧａＮ発光層１４、ｐ型のＧａＮ閉じ込め層１５
（Ｍｇドープ：１×１０18ｃｍ-3，厚さ１μｍ）が成長
形成されている。そして、閉じ込め層１５上にはｐ側電
極１６が形成され、バッファ層１２の側面にはｎ側電極
１７が形成されている。
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる青
色ＬＥＤの素子構造を示す断面図である。サファイア基
板１１上に厚さ５０ｎｍのＧａＮバッファ層１２、ｎ型
のＧａＮ閉じ込め層１３（Ｓｉドープ：５×１０17ｃｍ
-3，厚さ１μｍ）、ＳｅとＭｇをドープした厚さ０．５
μｍのＧａＮ発光層１４、ｐ型のＧａＮ閉じ込め層１５
（Ｍｇドープ：１×１０18ｃｍ-3，厚さ１μｍ）が成長
形成されている。そして、閉じ込め層１５上にはｐ側電
極１６が形成され、バッファ層１２の側面にはｎ側電極
１７が形成されている。
【００１５】ここで、本実施例の特徴とする点は、発光
層１４としてのＧａＮにII族元素としてＭｇ、VI族元素
としてＳｅを添加したことにある。発光層１４中のＳｅ
とＭｇの濃度はそれぞれ１×１０20ｃｍ-3であった。ア
クセプタとしてはＭｇの他にＳｅ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ等
が、ドナーとしてはＳｅの他にＳｉ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｏ，Ｓ，Ｔｅ等が使用できる。このうち、青色用と
してはＭｇ又はＺｎが、緑色用としてはＣｄが、赤色用
としてはＨｇが適している。
層１４としてのＧａＮにII族元素としてＭｇ、VI族元素
としてＳｅを添加したことにある。発光層１４中のＳｅ
とＭｇの濃度はそれぞれ１×１０20ｃｍ-3であった。ア
クセプタとしてはＭｇの他にＳｅ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ等
が、ドナーとしてはＳｅの他にＳｉ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｏ，Ｓ，Ｔｅ等が使用できる。このうち、青色用と
してはＭｇ又はＺｎが、緑色用としてはＣｄが、赤色用
としてはＨｇが適している。
【００１６】このように本実施例では、ＧａＮ発光層１
４にＭｇ，Ｓｅを同時に添加しているので、これらの不
純物はドナーとアクセプタのペア（Ｄ−Ａペア）を形成
して結晶中に取り込まれることになり、発光層１４から
の不純物の拡散が飛躍的に抑えられる。このため、発光
センターの数を増加させるために不純物を比較的多く添
加しても、効率低下や格子欠陥の増大による品質低下を
招くことはない。従って、高輝度短波長のＬＥＤを実現
することができる。
４にＭｇ，Ｓｅを同時に添加しているので、これらの不
純物はドナーとアクセプタのペア（Ｄ−Ａペア）を形成
して結晶中に取り込まれることになり、発光層１４から
の不純物の拡散が飛躍的に抑えられる。このため、発光
センターの数を増加させるために不純物を比較的多く添
加しても、効率低下や格子欠陥の増大による品質低下を
招くことはない。従って、高輝度短波長のＬＥＤを実現
することができる。
【００１７】図２は、本実施例素子の製造に使用した成
長装置を示す概略構成図である。図中２１は石英製の反
応管であり、この反応管２１内にはガス導入口２２から
原料混合ガスが導入される。そして、反応管２１内のガ
スはガス排気口２３から排気されるものとなっている。
長装置を示す概略構成図である。図中２１は石英製の反
応管であり、この反応管２１内にはガス導入口２２から
原料混合ガスが導入される。そして、反応管２１内のガ
スはガス排気口２３から排気されるものとなっている。
【００１８】反応管２１内には、カーボン製のサセプタ
２４が配置されており、試料基板２７はこのサセプタ２
４上に載置される。また、サセプタ２４は高周波コイル
２５により誘導加熱されるものとなっている。なお、基
板２７の温度は図示の熱電対２６によって測定され、別
の装置により制御される。
２４が配置されており、試料基板２７はこのサセプタ２
４上に載置される。また、サセプタ２４は高周波コイル
２５により誘導加熱されるものとなっている。なお、基
板２７の温度は図示の熱電対２６によって測定され、別
の装置により制御される。
【００１９】次に、図２の装置を用いたＬＥＤの製造方
法について説明する。まず、試料基板２７（サファイア
基板１１）をサセプタ２４上に載置する。ガス導入口２
２から高純度水素を毎分１ｌ導入し、反応管２１内の大
気を置換する。次いで、ガス排気口２３をロータリーポ
ンプに接続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２
０〜３００Torrの範囲に設定する。
法について説明する。まず、試料基板２７（サファイア
基板１１）をサセプタ２４上に載置する。ガス導入口２
２から高純度水素を毎分１ｌ導入し、反応管２１内の大
気を置換する。次いで、ガス排気口２３をロータリーポ
ンプに接続し、反応管２１内を減圧し、内部の圧力を２
０〜３００Torrの範囲に設定する。
【００２０】次いで、基板温度を４５０〜９００℃に低
下させた後、Ｈ2 ガスをＮＨ3 ガス，Ｎ2 Ｈ4 ガス或い
はＮを含む有機化合物、例えば（ＣＨ3 ）2 Ｎ2 Ｈ2 に
切り替えると共に、有機金属Ｇａ化合物、例えばＧａ
（ＣＨ3 ）3 或いはＧａ（Ｃ2Ｈ5 ）3 を導入して成長
を行う。同時に、必要に応じ有機金属Ａｌ化合物、例え
ばＡｌ（ＣＨ3 ）3 或いはＡｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、有機金
属Ｉｎ化合物、例えばＩｎ（ＣＨ3 ）3 或いはＩｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 を導入してＡｌ，Ｉｎの添加を行う。
下させた後、Ｈ2 ガスをＮＨ3 ガス，Ｎ2 Ｈ4 ガス或い
はＮを含む有機化合物、例えば（ＣＨ3 ）2 Ｎ2 Ｈ2 に
切り替えると共に、有機金属Ｇａ化合物、例えばＧａ
（ＣＨ3 ）3 或いはＧａ（Ｃ2Ｈ5 ）3 を導入して成長
を行う。同時に、必要に応じ有機金属Ａｌ化合物、例え
ばＡｌ（ＣＨ3 ）3 或いはＡｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、有機金
属Ｉｎ化合物、例えばＩｎ（ＣＨ3 ）3 或いはＩｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 を導入してＡｌ，Ｉｎの添加を行う。
【００２１】ドーピングを行う場合にはドーピング用原
料も同時に導入する。ドーピング用原料としては、Ｍｇ
用として有機金属Ｍｇ化合物、例えばＭｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）
2 ，Ｍｇ（Ｃ6 Ｈ7 ）2 、Ｂｅ用として有機金属Ｂｅ化
合物、例えばＢｅ（ＣＨ3 ）2 ，Ｂｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、
Ｚｎ用として有機金属Ｚｎ化合物、例えばＺｎ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｃｄ用として有機金属Ｃ
ｄ化合物、例えばＣｄ（ＣＨ3 ）2 ，Ｃｄ（Ｃ2 Ｈ5 ）
2 、Ｈｇ用として有機金属Ｈｇ化合物、例えばＨｇ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ，Ｈｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を使用する。
料も同時に導入する。ドーピング用原料としては、Ｍｇ
用として有機金属Ｍｇ化合物、例えばＭｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）
2 ，Ｍｇ（Ｃ6 Ｈ7 ）2 、Ｂｅ用として有機金属Ｂｅ化
合物、例えばＢｅ（ＣＨ3 ）2 ，Ｂｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、
Ｚｎ用として有機金属Ｚｎ化合物、例えばＺｎ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｃｄ用として有機金属Ｃ
ｄ化合物、例えばＣｄ（ＣＨ3 ）2 ，Ｃｄ（Ｃ2 Ｈ5 ）
2 、Ｈｇ用として有機金属Ｈｇ化合物、例えばＨｇ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ，Ｈｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 を使用する。
【００２２】また、Ｓｅ用としてＳｅ水素化物、例えば
Ｈ2 Ｓｅ又は有機金属Ｓｅ化合物、例えばＳｅ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｓｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｏ用としてＣＯ2 ，ＮＯ
2 ，Ｎ2 Ｏ，Ｈ2 Ｏ，Ｃ3 Ｈ8 ＯＨ、Ｓ用としてＳ水素
化物、例えばＨ2 Ｓ或いは有機金属Ｓ化合物、例えばＳ
（ＣＨ3 ）2 ，Ｓ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｔｅ用として有機金
属Ｔｅ化合物、例えばＴｅ（ＣＨ3 ）2 ，Ｔｅ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 を使用する。
Ｈ2 Ｓｅ又は有機金属Ｓｅ化合物、例えばＳｅ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｓｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｏ用としてＣＯ2 ，ＮＯ
2 ，Ｎ2 Ｏ，Ｈ2 Ｏ，Ｃ3 Ｈ8 ＯＨ、Ｓ用としてＳ水素
化物、例えばＨ2 Ｓ或いは有機金属Ｓ化合物、例えばＳ
（ＣＨ3 ）2 ，Ｓ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｔｅ用として有機金
属Ｔｅ化合物、例えばＴｅ（ＣＨ3 ）2 ，Ｔｅ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 を使用する。
【００２３】また、Ｓｉ用としてＳｉ水素化物、例えば
ＳｉＨ4 又は有機金属Ｓｉ化合物、例えばＳｉ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｓｉ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｇｅ用としてＧｅ水素化
物、例えばＧｅＨ4 又は有機金属Ｇｅ化合物、例えばＧ
ｅ（ＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）4 、Ｓｎ用として有
機金属Ｓｎ化合物、例えばＳｎ（ＣＨ3 ）4 ，Ｓｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）4 を使用する。さらに、Ｐｂ用として有機金属
Ｐｂ化合物、例えばＰｂ（ＣＨ3 ）4 ，Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ
5 ）4 を使用する。
ＳｉＨ4 又は有機金属Ｓｉ化合物、例えばＳｉ（ＣＨ
3 ）2 ，Ｓｉ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 、Ｇｅ用としてＧｅ水素化
物、例えばＧｅＨ4 又は有機金属Ｇｅ化合物、例えばＧ
ｅ（ＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）4 、Ｓｎ用として有
機金属Ｓｎ化合物、例えばＳｎ（ＣＨ3 ）4 ，Ｓｎ（Ｃ
2 Ｈ5 ）4 を使用する。さらに、Ｐｂ用として有機金属
Ｐｂ化合物、例えばＰｂ（ＣＨ3 ）4 ，Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ
5 ）4 を使用する。
【００２４】具体的には、図１に示されるＬＥＤの製造
には、原料としてＮＨ3 を１×１０-3 mol/min、Ｇａ
（ＣＨ3 ）3 を１×１０-5 mol/min、Ａｌ（ＣＨ3 ）3
を１×１０-6 mol/min、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 を１×１０-6
mol/min、導入して成長する。基板温度は１０００℃、
圧力７６Torr、原料ガスの総流量は１ｌ/minとした。ド
ーパントにはＳｉ，Ｍｇ，Ｓｅを用い、原料はＳｉＨ
4 ，Ｃｐ2 Ｍｇ，Ｈ2 Ｓｅをそれぞれ使用した。 （実施例２）図３は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ基板３１上にｎ−ＧａＩｎＡｌＮバッファ層３２が形
成され、その上にｎ−ＧａＩｎＡｌＮクラッド層３３，
ＺｎとＯを添加したＩｎＧａＮ発光層３４，及びｐ−Ｇ
ａＩｎＡｌＮクラッド層３５からなるダブルヘテロ接合
構造が形成されている。ダブルヘテロ接合構造のクラッ
ド層３５上にはストライプ状開口を有するｎ−ＧａＩｎ
ＡｌＮ電流阻止層３６が形成され、その上にｐ−ＧａＩ
ｎＡｌＮコンタクト層３７が形成されている。そして、
コンタクト層３７上にはｐ側電極３８が形成され、基板
１１の下面にはｎ側電極３９が形成されている。
には、原料としてＮＨ3 を１×１０-3 mol/min、Ｇａ
（ＣＨ3 ）3 を１×１０-5 mol/min、Ａｌ（ＣＨ3 ）3
を１×１０-6 mol/min、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 を１×１０-6
mol/min、導入して成長する。基板温度は１０００℃、
圧力７６Torr、原料ガスの総流量は１ｌ/minとした。ド
ーパントにはＳｉ，Ｍｇ，Ｓｅを用い、原料はＳｉＨ
4 ，Ｃｐ2 Ｍｇ，Ｈ2 Ｓｅをそれぞれ使用した。 （実施例２）図３は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レーザの素子構造を示す断面図である。３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ基板３１上にｎ−ＧａＩｎＡｌＮバッファ層３２が形
成され、その上にｎ−ＧａＩｎＡｌＮクラッド層３３，
ＺｎとＯを添加したＩｎＧａＮ発光層３４，及びｐ−Ｇ
ａＩｎＡｌＮクラッド層３５からなるダブルヘテロ接合
構造が形成されている。ダブルヘテロ接合構造のクラッ
ド層３５上にはストライプ状開口を有するｎ−ＧａＩｎ
ＡｌＮ電流阻止層３６が形成され、その上にｐ−ＧａＩ
ｎＡｌＮコンタクト層３７が形成されている。そして、
コンタクト層３７上にはｐ側電極３８が形成され、基板
１１の下面にはｎ側電極３９が形成されている。
【００２５】なお、ダブルヘテロ接合構造を構成する発
光層３４はＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ、クラッド層３３，３５
はＩｎ0.35Ｇａ0.55Ａｌ0.1 Ｎである。また、この結晶
積層構造は、基板３１上に第１回目の成長によりバッフ
ァ層３２から電流阻止層３６までを成長した後、電流阻
止層３６にストライプ状の溝を形成し、第２回目の成長
によりコンタクト層３７を成長して形成される。
光層３４はＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ、クラッド層３３，３５
はＩｎ0.35Ｇａ0.55Ａｌ0.1 Ｎである。また、この結晶
積層構造は、基板３１上に第１回目の成長によりバッフ
ァ層３２から電流阻止層３６までを成長した後、電流阻
止層３６にストライプ状の溝を形成し、第２回目の成長
によりコンタクト層３７を成長して形成される。
【００２６】このような構成であれば、発光層３４であ
るＩｎＧａＮにＺｎとＯを比較的多量に添加することに
より、発光センターを増大させることができる。そして
この場合、ＺｎとＯを同時に添加することにより、発光
層３４から不純物がクラッド層３３，３５に拡散するこ
とを抑制することができる。これにより、高輝度短波長
の半導体レーザを実現することができる。
るＩｎＧａＮにＺｎとＯを比較的多量に添加することに
より、発光センターを増大させることができる。そして
この場合、ＺｎとＯを同時に添加することにより、発光
層３４から不純物がクラッド層３３，３５に拡散するこ
とを抑制することができる。これにより、高輝度短波長
の半導体レーザを実現することができる。
【００２７】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。発光層に添加するＺｎ，Ｍｇの代わ
りには他のII族元素を用いることができ、発光層に添加
するＳｅ，Ｏの代わりには他のVI族元素を用いることが
できる。また、素子構造は図１，３に限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。
れるものではない。発光層に添加するＺｎ，Ｍｇの代わ
りには他のII族元素を用いることができ、発光層に添加
するＳｅ，Ｏの代わりには他のVI族元素を用いることが
できる。また、素子構造は図１，３に限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
光層であるＧａＩｎＡｌＮ層の発光センターが増大し、
高輝度短波長発光素子及び緑青色半導体レーザの実現が
可能となる。
光層であるＧａＩｎＡｌＮ層の発光センターが増大し、
高輝度短波長発光素子及び緑青色半導体レーザの実現が
可能となる。
【図１】第１の実施例に係わるＬＥＤの素子構造を示す
断面図。
断面図。
【図２】第１の実施例素子の製造に使用した成長装置を
示す概略構成図。
示す概略構成図。
【図３】第２の実施例に係わる半導体レーザの素子構造
を示す断面図。
を示す断面図。
１１…サファイア基板 １２…ＧａＮバッファ層 １３…ｎ型ＧａＮ閉じ込め層 １４…ＧａＮ発光層 １５…ｐ型ＧａＮ閉じ込め層 １６，１７，３８，３９…電極 ２１…反応管 ２２…ガス導入口 ２３…ガス排気口 ２４…サセプタ ２５…高周波コイル ２６…熱電対 ２７…試料基板 ３１…３Ｃ−ＳｉＣ基板 ３２…ｎ−ＧａＩｎＡｌＮバッファ層 ３３…ｎ−ＧａＩｎＡｌＮクラッド層 ３４…ＩｎＧａＮ発光層 ３５…ｐ−ＧａＩｎＡｌＮクラッド層 ３６…ｎ−ＧａＩｎＡｌＮ電流阻止層 ３７…ｐ−ＧａＩｎＡｌＮコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】II族元素とVI族元素が同時に添加されたＧ
ａx Ａｌy Ｉｎ1-x-y Ｎ層（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１）
を発光層とし、前記II族元素としてＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，
Ｃｄ又はＨｇを用い、前記VI族元素としてＯを用いた半
導体発光素子であって、 前記発光層中に添加されたII族元素とVI族元素の濃度は
それぞれ５×１０ 19 ｃｍ -3 以上であり、かつII族元素と
VI族元素の濃度差が５×１０ 19 ｃｍ -3 以下である ことを
特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3815894A JP3274271B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3815894A JP3274271B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249796A JPH07249796A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3274271B2 true JP3274271B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=12517607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3815894A Expired - Fee Related JP3274271B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3274271B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1316567C (zh) * | 2003-04-16 | 2007-05-16 | 方大集团股份有限公司 | 采用多量子阱制备GaN基绿发光二极管外延片生长方法 |
| WO2006022423A1 (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-02 | Showa Denko K.K. | Germanium-adding source for compound semiconductor, production method of compound semiconductor using the same and compound semiconductor |
| JP5159040B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2013-03-06 | 株式会社光波 | 低温成長バッファ層の形成方法および発光素子の製造方法 |
| CN101887938B (zh) * | 2010-06-29 | 2012-11-21 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光二极管芯片及其制造方法 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP3815894A patent/JP3274271B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07249796A (ja) | 1995-09-26 |
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