JP3340859B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP3340859B2 JP3340859B2 JP23501494A JP23501494A JP3340859B2 JP 3340859 B2 JP3340859 B2 JP 3340859B2 JP 23501494 A JP23501494 A JP 23501494A JP 23501494 A JP23501494 A JP 23501494A JP 3340859 B2 JP3340859 B2 JP 3340859B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関す
る。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
る。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００４】
【従来の技術】従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントとした低
抵抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上
し脚光をあびている。
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントとした低
抵抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上
し脚光をあびている。
【０００５】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いたＬＥＤはつぎのように製造され、完成したチッ化ガ
リウム系化合物半導体のＬＥＤチップの斜視図を図２に
示す。
いたＬＥＤはつぎのように製造され、完成したチッ化ガ
リウム系化合物半導体のＬＥＤチップの斜視図を図２に
示す。
【０００６】まず、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金
属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によ
りキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスである
トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）およびドーパントとしてのＳｉＨ4 などを
供給し、たとえばｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ
層２２を０．０１〜０．２μｍ程度形成し、ついで７０
０〜１２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ
型のＧａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程
度形成する。
どからなる基板２１に４００〜７００℃の低温で有機金
属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）によ
りキャリアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスである
トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧという）、アンモニ
ア（ＮＨ3 ）およびドーパントとしてのＳｉＨ4 などを
供給し、たとえばｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ
層２２を０．０１〜０．２μｍ程度形成し、ついで７０
０〜１２００℃の高温で同じガスを供給し同じ組成のｎ
型のＧａＮからなる高温バッファ層２３を２〜５μｍ程
度形成する。
【０００７】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム（以下、ＴＭＡという）の原料ガスを加え、ｎ
型ドーパントのＳｉを含有したｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０＜ｘ＜１）層を成膜し、ダブルヘテロ接合形成のた
めのｎ型クラッド層２４を０．１〜０．３μｍ程度形成
する。ｎ型層はドーパントとしてのＳｉＨ4 などを添加
しなくてもＧａＮ層などを気相成長する際にＮが蒸発し
易くｎ型で形成される。
ミニウム（以下、ＴＭＡという）の原料ガスを加え、ｎ
型ドーパントのＳｉを含有したｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
（０＜ｘ＜１）層を成膜し、ダブルヘテロ接合形成のた
めのｎ型クラッド層２４を０．１〜０．３μｍ程度形成
する。ｎ型層はドーパントとしてのＳｉＨ4 などを添加
しなくてもＧａＮ層などを気相成長する際にＮが蒸発し
易くｎ型で形成される。
【０００８】つぎに前述の原料ガスのＴＭＡに代えてト
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩという）を導入し、
バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより小さ
くなる材料、たとえばＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）
からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩという）を導入し、
バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより小さ
くなる材料、たとえばＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）
からなる活性層２５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。
【０００９】さらに、ｎ型クラッド層２４の形成に用い
たガスと同じ原料のガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に
代えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビス
シクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇ
という）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）
を加えて反応管に導入し、ｐ型クラッド層２６であるｐ
型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層を気相成長させる。これによりｎ
型クラッド層２４と活性層２５とｐ型クラッド層２６と
によりダブルヘテロ接合が形成される。
たガスと同じ原料のガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に
代えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎのためのビス
シクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇ
という）またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）
を加えて反応管に導入し、ｐ型クラッド層２６であるｐ
型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層を気相成長させる。これによりｎ
型クラッド層２４と活性層２５とｐ型クラッド層２６と
によりダブルヘテロ接合が形成される。
【００１０】ついでキャップ層２７形成のため、前述の
バッファ層２３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣ
ｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
０．３〜２μｍ以上成長させる。
バッファ層２３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣ
ｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を
０．３〜２μｍ以上成長させる。
【００１１】そののちＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護
膜を半導体層の成長層表面全面に設け、４００〜８００
℃、２０〜６０分間程度のアニールまたは電子線照射を
行い、ｐ型クラッド層２６およびキャップ層２７の活性
化を図る。
膜を半導体層の成長層表面全面に設け、４００〜８００
℃、２０〜６０分間程度のアニールまたは電子線照射を
行い、ｐ型クラッド層２６およびキャップ層２７の活性
化を図る。
【００１２】ついで、保護膜を除去したのち、ｎ側の電
極を形成するため、レジストを塗布してパターニングを
行い、成長した各半導体層の一部をドライエッチングに
より除去してｎ型ＧａＮ層であるバッファ層２３を露出
させ、ｎ側の電極３０、ｐ側の電極２９をスパッタリン
グなどにより形成し、ダイシングすることによりＬＥＤ
チップを形成している。
極を形成するため、レジストを塗布してパターニングを
行い、成長した各半導体層の一部をドライエッチングに
より除去してｎ型ＧａＮ層であるバッファ層２３を露出
させ、ｎ側の電極３０、ｐ側の電極２９をスパッタリン
グなどにより形成し、ダイシングすることによりＬＥＤ
チップを形成している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、前述のよ
うにキャップ層２７に設けられたｐ側電極２９とｎ型層
である高温バッファ層２３に設けられたｎ側電極３０と
のあいだに印加された電圧により両電極間に電流が流れ
るが、ｎ側電極３０に流れる電流はバッファ層２３、２
２のキャリア濃度が高いため、バッファ層２３、２２の
全体にわたって流れる。一方バッファ層、とくに低温バ
ッファ層２２はチッ化ガリウム系化合物半導体と格子定
数が異なるサファイアなどからなる基板上に成膜されて
いるため、結晶欠陥や転位が発生し易い。結晶欠陥や転
位が発生しているバッファ層に電流が流れると電流に伴
なう発熱などにより一層結晶欠陥や転位が増加し、その
結晶欠陥や転位が発光に寄与する半導体層にも進展し、
発光特性が低下したり、信頼性が低下したり、寿命が低
下するという問題がある。
系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、前述のよ
うにキャップ層２７に設けられたｐ側電極２９とｎ型層
である高温バッファ層２３に設けられたｎ側電極３０と
のあいだに印加された電圧により両電極間に電流が流れ
るが、ｎ側電極３０に流れる電流はバッファ層２３、２
２のキャリア濃度が高いため、バッファ層２３、２２の
全体にわたって流れる。一方バッファ層、とくに低温バ
ッファ層２２はチッ化ガリウム系化合物半導体と格子定
数が異なるサファイアなどからなる基板上に成膜されて
いるため、結晶欠陥や転位が発生し易い。結晶欠陥や転
位が発生しているバッファ層に電流が流れると電流に伴
なう発熱などにより一層結晶欠陥や転位が増加し、その
結晶欠陥や転位が発光に寄与する半導体層にも進展し、
発光特性が低下したり、信頼性が低下したり、寿命が低
下するという問題がある。
【００１４】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、基板と接する半導体層であるバッファ
層での結晶欠陥や転位の増加を防止することにより発光
に寄与する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
し、信頼性の向上した寿命の長い発光素子を提供するこ
とを目的とする。
なされたもので、基板と接する半導体層であるバッファ
層での結晶欠陥や転位の増加を防止することにより発光
に寄与する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
し、信頼性の向上した寿命の長い発光素子を提供するこ
とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層およ
びｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化合物
半導体層が積層されてなる半導体発光素子であって、前
記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型ドーパント
の導入により中和された高抵抗の半導体層に形成されて
いる。
は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層およ
びｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化合物
半導体層が積層されてなる半導体発光素子であって、前
記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型ドーパント
の導入により中和された高抵抗の半導体層に形成されて
いる。
【００１６】前記バッファ層がＩｎ、ＰおよびＡｓより
なる群から選ばれた少なくとも１種の元素を含有するチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層であることが柔らかさが
あり、歪を緩和できて結晶欠陥や転位を発生しにくくで
きるため好ましい。
なる群から選ばれた少なくとも１種の元素を含有するチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層であることが柔らかさが
あり、歪を緩和できて結晶欠陥や転位を発生しにくくで
きるため好ましい。
【００１７】
【００１８】また、本発明による半導体発光素子の他の
形態は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層
およびｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化
合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子であっ
て、前記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型に形
成され、該バッファ層の直上に積層される半導体層がｎ
型の半導体層で形成されている。この構造にしても、バ
ッファ層の基板側に電流を流れにくくすることができ
る。
形態は、基板上にバッファ層を介して少なくともｎ型層
およびｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウム系化
合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子であっ
て、前記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型に形
成され、該バッファ層の直上に積層される半導体層がｎ
型の半導体層で形成されている。この構造にしても、バ
ッファ層の基板側に電流を流れにくくすることができ
る。
【００１９】前記バッファ層が前記基板表面に低温で形
成されたｐ型の低温バッファ層と該低温バッファ層上に
高温で形成され、少なくとも表面側がｎ型にされた高温
バッファ層とからなり、該高温バッファ層上に順次ｎ型
クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層がこの順で形成され、該ｐ型コンタクト層にｐ側電極
が、エッチングにより露出した前記ｎ型クラッド層また
は高温バッファ層にｎ側電極が形成されることにより、
基板側のバッファ層に電流が流れにくいダブルヘテロ接
合構造の半導体発光素子がえられる。
成されたｐ型の低温バッファ層と該低温バッファ層上に
高温で形成され、少なくとも表面側がｎ型にされた高温
バッファ層とからなり、該高温バッファ層上に順次ｎ型
クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト
層がこの順で形成され、該ｐ型コンタクト層にｐ側電極
が、エッチングにより露出した前記ｎ型クラッド層また
は高温バッファ層にｎ側電極が形成されることにより、
基板側のバッファ層に電流が流れにくいダブルヘテロ接
合構造の半導体発光素子がえられる。
【００２０】前記バッファ層がＧａＮ、前記ｎ型および
ｐ型クラッド層がそれぞれＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）、前記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、
前記ｐ型コンタクト層がＧａＮからなることが、簡単な
構成でダブルヘテロ接合構造の半導体発光素子がえられ
る。
ｐ型クラッド層がそれぞれＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）、前記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）、
前記ｐ型コンタクト層がＧａＮからなることが、簡単な
構成でダブルヘテロ接合構造の半導体発光素子がえられ
る。
【００２１】
【作用】本発明の半導体発光素子によれば、基板上に積
層されるチッ化ガリウム系化合物半導体層の少なくとも
基板に接する半導体層を電流の流れにくい半導体層にし
ているため、基板との格子定数の差に基づく歪みにより
発生する結晶欠陥や転位が電流によりさらに増加するこ
とがなく、ひいては発光部に寄与する半導体層への結晶
欠陥や転位の進展も抑制され、結晶欠陥や転位の少ない
半導体層がえられる。
層されるチッ化ガリウム系化合物半導体層の少なくとも
基板に接する半導体層を電流の流れにくい半導体層にし
ているため、基板との格子定数の差に基づく歪みにより
発生する結晶欠陥や転位が電流によりさらに増加するこ
とがなく、ひいては発光部に寄与する半導体層への結晶
欠陥や転位の進展も抑制され、結晶欠陥や転位の少ない
半導体層がえられる。
【００２２】すなわち、結晶欠陥や転位の発生している
半導体層に電流が流れると結晶欠陥や転位の発生してい
る部分では抵抗損が発生し発熱し、さらに結晶欠陥や転
位が増大し、悪循環を繰り返す。一方発光に寄与する部
分の半導体層の結晶欠陥や転位は基板に接する半導体層
で発生した結晶欠陥や転位から進展して生じるもので、
基板に接する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
することにより、確実に発光に寄与する半導体層での結
晶欠陥や転位の発生を抑制することができる。その結
果、発光特性がすぐれ、信頼性が高く、高寿命の半導体
発光素子がえられる。
半導体層に電流が流れると結晶欠陥や転位の発生してい
る部分では抵抗損が発生し発熱し、さらに結晶欠陥や転
位が増大し、悪循環を繰り返す。一方発光に寄与する部
分の半導体層の結晶欠陥や転位は基板に接する半導体層
で発生した結晶欠陥や転位から進展して生じるもので、
基板に接する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
することにより、確実に発光に寄与する半導体層での結
晶欠陥や転位の発生を抑制することができる。その結
果、発光特性がすぐれ、信頼性が高く、高寿命の半導体
発光素子がえられる。
【００２３】
【実施例】つぎに、添付図面を参照しながら本発明の半
導体発光素子を説明する。
導体発光素子を説明する。
【００２４】図１は本発明の半導体発光素子の一実施例
であるＬＥＤの工程断面説明図である。
であるＬＥＤの工程断面説明図である。
【００２５】本発明の半導体発光素子は、サファイアな
どの基板上に発光部を形成するため積層される少なくと
もｎ型層とｐ型層を有するチッ化ガリウム系化合物半導
体層の基板と接する半導体層であるバッファ層が電流の
流れにくい半導体層により構成されていることに特徴が
ある。すなわち、チッ化ガリウム系化合物半導体層とサ
ファイア基板とでは格子定数がそれぞれ４．７５８Åと
３．１８９Åと異なるため、基板上にバッファ層には格
子不整合に伴う歪が発生し、結晶欠陥や転位が発生し易
い。この結晶欠陥や転位が発生している半導体層に電流
が流れると、結晶欠陥や転位の発生部では発熱して結晶
欠陥や転位が増大する。このバッファ層で発生した結晶
欠陥や転位が発光部を形成する半導体層に進展するた
め、基板上のバッファ層に電流をできるだけ流さなくす
ることにより半導体層全体の結晶欠陥や転位の発生を抑
制することができる。
どの基板上に発光部を形成するため積層される少なくと
もｎ型層とｐ型層を有するチッ化ガリウム系化合物半導
体層の基板と接する半導体層であるバッファ層が電流の
流れにくい半導体層により構成されていることに特徴が
ある。すなわち、チッ化ガリウム系化合物半導体層とサ
ファイア基板とでは格子定数がそれぞれ４．７５８Åと
３．１８９Åと異なるため、基板上にバッファ層には格
子不整合に伴う歪が発生し、結晶欠陥や転位が発生し易
い。この結晶欠陥や転位が発生している半導体層に電流
が流れると、結晶欠陥や転位の発生部では発熱して結晶
欠陥や転位が増大する。このバッファ層で発生した結晶
欠陥や転位が発光部を形成する半導体層に進展するた
め、基板上のバッファ層に電流をできるだけ流さなくす
ることにより半導体層全体の結晶欠陥や転位の発生を抑
制することができる。
【００２６】基板に接するバッファ層部分を電流の流れ
にくい層にするには半導体層を気相成長する際にバッフ
ァ層上部の半導体層と反対導電型のドーパントを導入す
ることにより高抵抗層にするか、または反対導電型にす
ることによりえられる。たとえばチッ化ガリウム系化合
物半導体を積層して半導体発光素子を形成するばあい、
ｐ型層をアニールして活性化する必要があるため、基板
側である下層部をｎ型層、表面側をｐ型層にして積層し
ている。またチッ化ガリウム系化合物半導体層を気相成
長するばあい、チッ化ガリウム系化合物半導体のＮが蒸
発し易く、ドーパントを混入しなくてもｎ型になる。そ
のためバッファ層を形成する際にバッファ層上に形成さ
れるｎ型クラッド層と反対導電型であるｐ型のドーパン
トを混入することによりもともとｎ型に形成される層が
ｐ型ドーパントで中和され高低抗層になり、ｐ型ドーパ
ントをさらに多く混入することによりｐ型層となる。バ
ッファ層またはクラッド層のｎ型層表面にｎ側電極が設
けられているため、基板側の高抵抗層またはｐ型層には
電流が流れない。その結果、前述したとくに結晶欠陥や
転位が発生し易い基板側のバッファ層には電流が流れ
ず、結晶欠陥や転位の増大を防止することができる。
にくい層にするには半導体層を気相成長する際にバッフ
ァ層上部の半導体層と反対導電型のドーパントを導入す
ることにより高抵抗層にするか、または反対導電型にす
ることによりえられる。たとえばチッ化ガリウム系化合
物半導体を積層して半導体発光素子を形成するばあい、
ｐ型層をアニールして活性化する必要があるため、基板
側である下層部をｎ型層、表面側をｐ型層にして積層し
ている。またチッ化ガリウム系化合物半導体層を気相成
長するばあい、チッ化ガリウム系化合物半導体のＮが蒸
発し易く、ドーパントを混入しなくてもｎ型になる。そ
のためバッファ層を形成する際にバッファ層上に形成さ
れるｎ型クラッド層と反対導電型であるｐ型のドーパン
トを混入することによりもともとｎ型に形成される層が
ｐ型ドーパントで中和され高低抗層になり、ｐ型ドーパ
ントをさらに多く混入することによりｐ型層となる。バ
ッファ層またはクラッド層のｎ型層表面にｎ側電極が設
けられているため、基板側の高抵抗層またはｐ型層には
電流が流れない。その結果、前述したとくに結晶欠陥や
転位が発生し易い基板側のバッファ層には電流が流れ
ず、結晶欠陥や転位の増大を防止することができる。
【００２７】前記バッファ層にＩｎ、ＰまたはＡｓの少
なくともいずれかを含有させたチッ化ガリウム系化合物
半導体を用いるとＩｎはＧａより重く、またＰやＡｓは
Ｎよりも重く原子間結合が切れ易いため歪が緩和され易
く、一層結晶欠陥や転位の発生、増大を防止することが
できるため好ましい。
なくともいずれかを含有させたチッ化ガリウム系化合物
半導体を用いるとＩｎはＧａより重く、またＰやＡｓは
Ｎよりも重く原子間結合が切れ易いため歪が緩和され易
く、一層結晶欠陥や転位の発生、増大を防止することが
できるため好ましい。
【００２８】つぎに本発明の半導体発光素子の一実施例
であるＬＥＤを製造工程にしたがって説明する。
であるＬＥＤを製造工程にしたがって説明する。
【００２９】まず、図１（ａ）に示されるように、サフ
ァイアなどからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャ
リアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるＴＭＧ
を２０〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ3 を５〜２０ｓｌｍ、お
よびドーパントとしてのＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを１
０〜１０００ｓｃｃｍの流量で供給して４００〜７００
℃で気相成長させ、たとえば比抵抗が１０〜１０18Ω・
ｃｍ程度のＧａＮからなる低温バッファ層２を０．０１
〜０．２μｍ程度の厚さに成長させる。
ァイアなどからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャ
リアガスＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるＴＭＧ
を２０〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ3 を５〜２０ｓｌｍ、お
よびドーパントとしてのＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを１
０〜１０００ｓｃｃｍの流量で供給して４００〜７００
℃で気相成長させ、たとえば比抵抗が１０〜１０18Ω・
ｃｍ程度のＧａＮからなる低温バッファ層２を０．０１
〜０．２μｍ程度の厚さに成長させる。
【００３０】ついで、温度を７００〜１２００℃程度ま
であげて、前述の低温バッファ層２を単結晶化し、さら
に続けて前述と同じ原料ガスを供給し、ドーパントガス
をＳｉＨ4 に代えてｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層
３を２〜５μｍ程度の厚さに形成する。高温バッファ層
３を成長する際に、ドーパントガスを供給しないで成長
しても前述のようにｎ型層がえられるが、キャリア濃度
を充分高くするためにはドーパントガスを供給すること
が好ましい。
であげて、前述の低温バッファ層２を単結晶化し、さら
に続けて前述と同じ原料ガスを供給し、ドーパントガス
をＳｉＨ4 に代えてｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層
３を２〜５μｍ程度の厚さに形成する。高温バッファ層
３を成長する際に、ドーパントガスを供給しないで成長
しても前述のようにｎ型層がえられるが、キャリア濃度
を充分高くするためにはドーパントガスを供給すること
が好ましい。
【００３１】ついで反応ガスのＴＭＧ、ＮＨ3 にさらに
ＴＭＡを加え、またドーパントガスのＳｉＨ4 を供給し
てｎ型クラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度形成す
る。
ＴＭＡを加え、またドーパントガスのＳｉＨ4 を供給し
てｎ型クラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度形成す
る。
【００３２】つぎに、バンドギャップエネルギーがクラ
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてＴＭＩを導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y
Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる発光層である活性層５を０．
０５〜０．１μｍ程度形成する。
ッド層のそれより小さくなる材料、たとえば前述の原料
ガスのＴＭＡに代えてＴＭＩを導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y
Ｎ（０＜ｙ≦１）からなる発光層である活性層５を０．
０５〜０．１μｍ程度形成する。
【００３３】さらに、ｎ型クラッド層４の形成に用いた
ガスと同じ原料ガスでドーパントガスのＳｉＨ4 に代え
てＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを反応管に導入し、ｐ型Ｇ
ａＮからなるｐ型クラッド層６を０．１〜０．３μｍ程
度気相成長させる。
ガスと同じ原料ガスでドーパントガスのＳｉＨ4 に代え
てＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを反応管に導入し、ｐ型Ｇ
ａＮからなるｐ型クラッド層６を０．１〜０．３μｍ程
度気相成長させる。
【００３４】ついで前述のバッファ層３と同様の原料ガ
スで不純物原料ガスとしてＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを
供給してｐ型のＧａＮからなるコンタクト層７を０．３
〜２μｍ程度の厚さに成長させる。
スで不純物原料ガスとしてＣｐ2 ＭｇまたはＤＭＺｎを
供給してｐ型のＧａＮからなるコンタクト層７を０．３
〜２μｍ程度の厚さに成長させる。
【００３５】そののち図１（ｂ）に示されるように、Ｓ
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜１０を半導体層の成長
層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間
程度のアニール、または電子線照射を行い、ｐ型クラッ
ド層６およびコンタクト層７の活性化を行う。
ｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 などの保護膜１０を半導体層の成長
層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間
程度のアニール、または電子線照射を行い、ｐ型クラッ
ド層６およびコンタクト層７の活性化を行う。
【００３６】アニールが完了すると、室温まで下げて、
保護膜をウエットエッチングすることにより除去し、ｎ
側の電極を形成するため、レジストを塗布してパターニ
ングを行い、図１（ｃ）に示されるように、積層された
チッ化ガリウム系化合物半導体層の一部をドライエッチ
ングにより除去し、ｎ型層である高温バッファ層３、ま
たはｎ型クラッド層４を露出させる。
保護膜をウエットエッチングすることにより除去し、ｎ
側の電極を形成するため、レジストを塗布してパターニ
ングを行い、図１（ｃ）に示されるように、積層された
チッ化ガリウム系化合物半導体層の一部をドライエッチ
ングにより除去し、ｎ型層である高温バッファ層３、ま
たはｎ型クラッド層４を露出させる。
【００３７】ついで積層された化合物半導体層の表面で
ｐ型層に電気的に接続されるＡｕなどの金属膜からなる
ｐ側電極８を、ドライエッチングにより露出した高温バ
ッファ層３またはｎ型クラッド層４の表面でｎ型層に電
気的に接続されるｎ側電極９をそれぞれスパッタリング
などにより形成する（図１（ｄ）参照）。
ｐ型層に電気的に接続されるＡｕなどの金属膜からなる
ｐ側電極８を、ドライエッチングにより露出した高温バ
ッファ層３またはｎ型クラッド層４の表面でｎ型層に電
気的に接続されるｎ側電極９をそれぞれスパッタリング
などにより形成する（図１（ｄ）参照）。
【００３８】つぎに、各チップにダイシングして、ＬＥ
Ｄチップが形成される。
Ｄチップが形成される。
【００３９】本実施例では低温バッファ層２を成長する
際のｐ型ドーパントの流量を１０〜１００ｓｃｃｍ程度
にして比抵抗が１０００〜１０18Ω・ｃｍ程度の高抵抗
層として形成したが、ｐ型ドーパントの流量を５００〜
１０００ｓｃｃｍ程度とすることによりｐ型層として形
成してもその上の高温バッファ層３がｎ型でｎ型層にｎ
側電極が設けられるため、絶縁基板上のｐ型層には電流
がほとんど流れなく、電流の流れにくい層を形成する。
際のｐ型ドーパントの流量を１０〜１００ｓｃｃｍ程度
にして比抵抗が１０００〜１０18Ω・ｃｍ程度の高抵抗
層として形成したが、ｐ型ドーパントの流量を５００〜
１０００ｓｃｃｍ程度とすることによりｐ型層として形
成してもその上の高温バッファ層３がｎ型でｎ型層にｎ
側電極が設けられるため、絶縁基板上のｐ型層には電流
がほとんど流れなく、電流の流れにくい層を形成する。
【００４０】また、前述の実施例では低温バッファ層２
上の高温バッファ層３をｎ型の例で行ったが、高温バッ
ファ層３の下層側を高抵抗層またはｐ型層にすることも
できる。このばあい半導体層を気相成長させながら供給
するドーパントガスのみを変更することにより導電型を
変更することができる。さらに高温バッファ層３の全体
を高抵抗層またはｐ型層にするとともにｎ型クラッド層
を直列抵抗が問題にならない程度に厚くする構成にして
もよい。
上の高温バッファ層３をｎ型の例で行ったが、高温バッ
ファ層３の下層側を高抵抗層またはｐ型層にすることも
できる。このばあい半導体層を気相成長させながら供給
するドーパントガスのみを変更することにより導電型を
変更することができる。さらに高温バッファ層３の全体
を高抵抗層またはｐ型層にするとともにｎ型クラッド層
を直列抵抗が問題にならない程度に厚くする構成にして
もよい。
【００４１】さらにチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いた半導体発光素子においては、前述のように、通常は
基板に近い下層側にｎ型層が、表面側にｐ型層が形成さ
れるが、ｎ型層とｐ型層が逆に形成されたばあいでも、
ｎ型とｐ型を逆にするだけで同様の電流が流れにくい層
を形成できる。
いた半導体発光素子においては、前述のように、通常は
基板に近い下層側にｎ型層が、表面側にｐ型層が形成さ
れるが、ｎ型層とｐ型層が逆に形成されたばあいでも、
ｎ型とｐ型を逆にするだけで同様の電流が流れにくい層
を形成できる。
【００４２】また、前記実施例ではダブルヘテロ接合の
ＬＥＤについて説明したが、ｐｎ接合のＬＥＤや種々の
構造のレーザダイオードなどの半導体発光素子にも本発
明を適用できる。またチッ化ガリウム系化合物半導体に
ついても、前述の組成の材料に限定されず、一般にＡｌ
p Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜
ｐ＋ｑ≦１）からなり、たとえば活性層のバンドギャッ
プエネルギーがクラッド層のバンドギャップエネルギー
より小さくなるように各組成の比率が選定されるよう
ｐ、ｑを変化させたものでもよい。また、前記Ａｌp Ｇ
ａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮの一部または全部をＡｓおよび／
またはＰなどで置換した材料でも同様に本発明を適用で
きる。
ＬＥＤについて説明したが、ｐｎ接合のＬＥＤや種々の
構造のレーザダイオードなどの半導体発光素子にも本発
明を適用できる。またチッ化ガリウム系化合物半導体に
ついても、前述の組成の材料に限定されず、一般にＡｌ
p Ｇａq Ｉｎ1-p-q Ｎ（０≦ｐ＜１、０＜ｑ≦１、０＜
ｐ＋ｑ≦１）からなり、たとえば活性層のバンドギャッ
プエネルギーがクラッド層のバンドギャップエネルギー
より小さくなるように各組成の比率が選定されるよう
ｐ、ｑを変化させたものでもよい。また、前記Ａｌp Ｇ
ａq Ｉｎ1-p-q ＮのＮの一部または全部をＡｓおよび／
またはＰなどで置換した材料でも同様に本発明を適用で
きる。
【００４３】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、格子
不整合に伴なう結晶欠陥や転位の発生し易い基板と接す
るチッ化ガリウム系化合物半導体層（バッファ層）を電
流の流れにくい層としているため、電流による結晶欠陥
や転位の増大を防止することができる。その結果、発光
部を構成する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
することができ、発光特性のすぐれた半導体発光素子が
えられる。
不整合に伴なう結晶欠陥や転位の発生し易い基板と接す
るチッ化ガリウム系化合物半導体層（バッファ層）を電
流の流れにくい層としているため、電流による結晶欠陥
や転位の増大を防止することができる。その結果、発光
部を構成する半導体層での結晶欠陥や転位の発生を抑制
することができ、発光特性のすぐれた半導体発光素子が
えられる。
【００４４】また、動作中に電流の影響で結晶欠陥や転
位が増大することがなく、信頼性が向上し、さらに寿命
も長くなる。
位が増大することがなく、信頼性が向上し、さらに寿命
も長くなる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例であるＬＥ
Ｄの製造工程を示す断面説明図である。
Ｄの製造工程を示す断面説明図である。
【図２】従来の半導体発光素子の一例を示す斜視図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 低温バッファ層 ３ 高温バッファ層 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層 ７ 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 (5)
- 【請求項１】 基板上にバッファ層を介して少なくとも
ｎ型層およびｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子で
あって、 前記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型ドーパン
トの導入により中和された高抵抗の半導体層に形成され
てなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 基板上にバッファ層を介して少なくとも
ｎ型層およびｐ型層を含み発光部を有するチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子で
あって、前記バッファ層の少なくとも前記基板側がｐ型
に形成され、該バッファ層の直上に積層される半導体層
がｎ型の半導体層である半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記バッファ層がＩｎ、ＰおよびＡｓよ
りなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を含有する
チッ化ガリウム系化合物半導体層である請求項１または
２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記バッファ層が前記基板表面に低温で
形成されたｐ型の低温バッファ層と該低温バッファ層上
に高温で形成され、少なくとも表面側がｎ型にされた高
温バッファ層とからなり、該高温バッファ層上に順次ｎ
型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタク
ト層がこの順で形成され、該ｐ型コンタクト層にｐ側電
極が、エッチングにより露出した前記ｎ型クラッド層ま
たは高温バッファ層にｎ側電極が形成されてなる請求項
２または３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記バッファ層がＧａＮ、前記ｎ型およ
びｐ型クラッド層がそれぞれＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ
＜１）、前記活性層がＧａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦
１）、前記ｐ型コンタクト層がＧａＮからなる請求項４
記載の半導体発光素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501494A JP3340859B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
| US08/528,308 US5751752A (en) | 1994-09-14 | 1995-09-14 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US09/012,790 US6115399A (en) | 1994-09-14 | 1998-01-23 | Semiconductor light emitting device |
| US09/166,071 US6084899A (en) | 1994-09-14 | 1998-10-05 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method |
| US09/604,097 US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2000-06-27 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US11/146,236 US7616672B2 (en) | 1994-09-14 | 2005-06-07 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US12/579,130 US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2009-10-14 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US13/010,154 US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-01-20 | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23501494A JP3340859B2 (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897470A JPH0897470A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3340859B2 true JP3340859B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=16979799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23501494A Expired - Fee Related JP3340859B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-29 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3340859B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2965709B2 (ja) * | 1990-12-07 | 1999-10-18 | 日本電信電話株式会社 | 半導体発光素子の作製方法 |
| JP2540791B2 (ja) * | 1991-11-08 | 1996-10-09 | 日亜化学工業株式会社 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 |
| JPH05190903A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-07-30 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2812375B2 (ja) * | 1992-01-24 | 1998-10-22 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法 |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP23501494A patent/JP3340859B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0897470A (ja) | 1996-04-12 |
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| JPH0897469A (ja) | 半導体発光素子 |
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