JP3341484B2 - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
３族窒化物半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
た発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてAlGaIn
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高
いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高
いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
【０００３】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のダブルヘテロｐ
ｎ接合型の発光ダイオードの発光層には発光中心として
Znだけがドープされているので、発光層は半絶縁性であ
る。発光層にはｎ層から電子がｐ層から正孔が注入さ
れ、この注入された電子と正孔の再結合により発光す
る。
ｎ接合型の発光ダイオードの発光層には発光中心として
Znだけがドープされているので、発光層は半絶縁性であ
る。発光層にはｎ層から電子がｐ層から正孔が注入さ
れ、この注入された電子と正孔の再結合により発光す
る。
【０００５】本発明者は、いろいろと実験を重ねた結
果、発光層に添加されるドナー不純物とアクセプタ不純
物との添加量を変化させて、発光色を測定した。その結
果、ドナー不純物濃度とアクセプタ不純物濃度により発
光層の発光色が変化するのが観測された。
果、発光層に添加されるドナー不純物とアクセプタ不純
物との添加量を変化させて、発光色を測定した。その結
果、ドナー不純物濃度とアクセプタ不純物濃度により発
光層の発光色が変化するのが観測された。
【０００６】本発明は上記の観測事実に基づいて成され
たものであり、その目的は、GaN 系化合物半導体発光素
子において、緑、赤色の発光色を得ることである。
たものであり、その目的は、GaN 系化合物半導体発光素
子において、緑、赤色の発光色を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を
示すｐ層と、その間に介在する発光層が、狭いバンドギ
ャップの半導体を広いバンドギャップの半導体で挟んだ
構造のダブルヘテロ接合で形成された３層構造を有する
発光素子において、発光層は、窒化ガリウムインジウム
(Ga x In 1-X N;X=0を含む)からなり、シリコン(Si)及び亜
鉛(Zn)が５×１０18〜１×１０21/cm3の範囲で添加さ
れ、更にマグネシウム(Mg)が添加されており、緑色を発
光させたことを特徴とする。
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を
示すｐ層と、その間に介在する発光層が、狭いバンドギ
ャップの半導体を広いバンドギャップの半導体で挟んだ
構造のダブルヘテロ接合で形成された３層構造を有する
発光素子において、発光層は、窒化ガリウムインジウム
(Ga x In 1-X N;X=0を含む)からなり、シリコン(Si)及び亜
鉛(Zn)が５×１０18〜１×１０21/cm3の範囲で添加さ
れ、更にマグネシウム(Mg)が添加されており、緑色を発
光させたことを特徴とする。
【０００８】
【０００９】請求項３に記載の発明は、３族窒化物半導
体(Al x Ga Y In 1-X-Y N;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) を用いて、
ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を示すｐ層と、その間
に介在する発光層が、狭いバンドギャップの半導体を広
いバンドギャップの半導体で挟んだ構造のダブルヘテロ
接合で形成された３層構造を有する発光素子において、
発光層は、窒化ガリウムインジウム(Ga x In 1-X N;X=0を含
む)からなり、 亜鉛(Zn)が５×１０18〜１×１０21/cm3
の範囲で添加され、更にマグネシウム(Mg)が添加されて
おり、黄色から赤色を発光することを特徴とする発光素
子。
体(Al x Ga Y In 1-X-Y N;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) を用いて、
ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を示すｐ層と、その間
に介在する発光層が、狭いバンドギャップの半導体を広
いバンドギャップの半導体で挟んだ構造のダブルヘテロ
接合で形成された３層構造を有する発光素子において、
発光層は、窒化ガリウムインジウム(Ga x In 1-X N;X=0を含
む)からなり、 亜鉛(Zn)が５×１０18〜１×１０21/cm3
の範囲で添加され、更にマグネシウム(Mg)が添加されて
おり、黄色から赤色を発光することを特徴とする発光素
子。
【００１０】
【００１１】
【発明の作用及び効果】上記のように、３族窒化物半導
体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を用いた、
ｎ層、発光層、ｐ層を、狭いバンドギャップの半導体を
広いバンドギャップの半導体で挟んだ構造のダブルヘテ
ロ接合の３層構造の発光素子において、窒化ガリウムイ
ンジウム(Ga x In 1-X N;X=0を含む)からなる発光層に上記
の如きシリコン(Si)及び亜鉛(Zn)を５×１０18〜１×１
０21/cm3の範囲で添加し、更にマグネシウム(Mg)を添加
することで、波長490〜560nmの緑色発光が得られた。亜
鉛(Zn)を５×１０18〜１×１０21/cm3の範囲で添加し、
更にマグネシウム(Mg)を添加することで、波長560〜700
nmの黄色から赤色発光が得られた。
体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を用いた、
ｎ層、発光層、ｐ層を、狭いバンドギャップの半導体を
広いバンドギャップの半導体で挟んだ構造のダブルヘテ
ロ接合の３層構造の発光素子において、窒化ガリウムイ
ンジウム(Ga x In 1-X N;X=0を含む)からなる発光層に上記
の如きシリコン(Si)及び亜鉛(Zn)を５×１０18〜１×１
０21/cm3の範囲で添加し、更にマグネシウム(Mg)を添加
することで、波長490〜560nmの緑色発光が得られた。亜
鉛(Zn)を５×１０18〜１×１０21/cm3の範囲で添加し、
更にマグネシウム(Mg)を添加することで、波長560〜700
nmの黄色から赤色発光が得られた。
【００１２】上記のシリコン(Si)、亜鉛(Zn)の濃度に関
して、５×１０18/cm3以下の場合には、発光色は青色と
なり、緑色又は赤色とはならない。又、１×１０21/cm3
の場合には、結晶性が悪くなり発光効率が低下するので
望ましくない。さらに、発光層は、半絶縁性であって
も、電子線照射又は熱処理によりｐ型化しても良い。そ
の場合の発光層は、マグネシウムを添加した後、電子線
照射又は熱処理されることが望ましい。
して、５×１０18/cm3以下の場合には、発光色は青色と
なり、緑色又は赤色とはならない。又、１×１０21/cm3
の場合には、結晶性が悪くなり発光効率が低下するので
望ましくない。さらに、発光層は、半絶縁性であって
も、電子線照射又は熱処理によりｐ型化しても良い。そ
の場合の発光層は、マグネシウムを添加した後、電子線
照射又は熱処理されることが望ましい。
【００１３】
【実施例】第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層
３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛(Zn)及びシリコンド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る発光層５、膜厚
約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るｐ層６が形成さ
れている。そして、ｐ層６に接続するニッケルで形成さ
れた電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケ
ルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極
８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層
３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛(Zn)及びシリコンド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る発光層５、膜厚
約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るｐ層６が形成さ
れている。そして、ｐ層６に接続するニッケルで形成さ
れた電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケ
ルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極
８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
【００１４】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH
3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す) とトリメチルインジ
ウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) とシラン(SiH4)
とジエチル亜鉛（以下「DEZ 」と記す) である。
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH
3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す) とトリメチルインジ
ウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) とシラン(SiH4)
とジエチル亜鉛（以下「DEZ 」と記す) である。
【００１５】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１６】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
【００１７】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を520nm に設定した場合の発光層
５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成比及び
結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア濃度ｎ
+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度
を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を10
liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×1
0-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シラ
ンを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/cm3のシリ
コンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層４を形成した。
として発光ピーク波長を520nm に設定した場合の発光層
５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成比及び
結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア濃度ｎ
+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度
を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を10
liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×1
0-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シラ
ンを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/cm3のシリ
コンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１８】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、DEZ を6 ×10-7モル／分とシラン
を1 ×10-8モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Zn)
ととシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06Nか
ら成る発光層５を形成した。この発光層５における亜鉛
(Zn)の濃度は4 ×1019/cm3、シリコン(Si)の濃度は4 ×
1019/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、DEZ を6 ×10-7モル／分とシラン
を1 ×10-8モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Zn)
ととシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06Nか
ら成る発光層５を形成した。この発光層５における亜鉛
(Zn)の濃度は4 ×1019/cm3、シリコン(Si)の濃度は4 ×
1019/cm3である。
【００１９】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６を形成した。ｐ
層６のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６を形成した。ｐ
層６のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。
【００２０】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、ｐ層６は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが
得られた。
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、ｐ層６は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが
得られた。
【００２１】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
【００２２】図３に示すように、ｐ層６の上に、スパッ
タリングによりSiO2層１１を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層１１上にフォトレジスト１２を塗布し
た。そして、フォトリソグラフにより、ｐ層６上におい
て、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔
１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層
６の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフォト
レジストを除去した。
タリングによりSiO2層１１を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層１１上にフォトレジスト１２を塗布し
た。そして、フォトリソグラフにより、ｐ層６上におい
て、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔
１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層
６の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフォト
レジストを除去した。
【００２３】次に、図４に示すように、フォトレジスト
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位のｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位のｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００２４】次に、図６に示すように、ｐ層６上に残っ
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図
７に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着によ
り形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度
ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図７に示すように、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
層６に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図
７に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着によ
り形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度
ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図７に示すように、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
層６に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。
【００２５】次に、図７に示すようにそのフォトレジス
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層４の電極８、ｐ層６の電極７が残され
た。その後、上記の如く処理されたウエハは、各素子毎
に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒化ガリウム系発光
素子を得た。
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層４の電極８、ｐ層６の電極７が残され
た。その後、上記の如く処理されたウエハは、各素子毎
に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒化ガリウム系発光
素子を得た。
【００２６】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長520nm、発光強度2cd であ
った。
電流20mAで、発光ピーク波長520nm、発光強度2cd であ
った。
【００２７】又、上記の発光層５における亜鉛(Zn)とシ
リコン(Si)の濃度は、それぞれ、５×１０18〜１×１０
21/cm3の範囲が緑色の発光強度を向上させる点で望まし
い。上記の実施例では、発光層５のバンドギャップが両
側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４のバンド
ギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ接合に形
成されている。又、これらの３つの層のAl、Ga、Inの成
分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子定数に一致
するように選択されている。
リコン(Si)の濃度は、それぞれ、５×１０18〜１×１０
21/cm3の範囲が緑色の発光強度を向上させる点で望まし
い。上記の実施例では、発光層５のバンドギャップが両
側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４のバンド
ギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ接合に形
成されている。又、これらの３つの層のAl、Ga、Inの成
分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子定数に一致
するように選択されている。
【００２８】第２実施例 第２実施例の発光層５は、図８に示すように、亜鉛(Zn)
だけが添加されている。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度を800
℃に保持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、
TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／
分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シランを導入
し、膜厚約0.5 μｍ、濃度 2×1018/cm3のシリコンドー
プの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N から成る高キャリア濃度
ｎ+ 層４を形成した。
だけが添加されている。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度を800
℃に保持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、
TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／
分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シランを導入
し、膜厚約0.5 μｍ、濃度 2×1018/cm3のシリコンドー
プの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N から成る高キャリア濃度
ｎ+ 層４を形成した。
【００２９】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、DEZ を5 ×10-6モル／分で7 分導入し、膜厚約
0.5 μｍの亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。この発光層５に
おける亜鉛(Zn)の濃度は 5×1019/cm3である。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、DEZ を5 ×10-6モル／分で7 分導入し、膜厚約
0.5 μｍの亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。この発光層５に
おける亜鉛(Zn)の濃度は 5×1019/cm3である。
【００３０】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｐ層６を形成した。ｐ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｐ層６を形成した。ｐ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００３１】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第
１実施例と同一である。この電子線の照射によりｐ層６
はｐ伝導型を示した。以下、第１実施例と同様な製法に
より発光ダイオード１０を形成した。この発光ダイオー
ド１０の発光ピーク波長は、640nm であり、発光強度は
2000mcd である。
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第
１実施例と同一である。この電子線の照射によりｐ層６
はｐ伝導型を示した。以下、第１実施例と同様な製法に
より発光ダイオード１０を形成した。この発光ダイオー
ド１０の発光ピーク波長は、640nm であり、発光強度は
2000mcd である。
【００３２】第３実施例 第３実施例の発光ダイオードは、第２実施例の発光ダイ
オードと異なり、図９に示すように、発光層５にはマグ
ネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープ
されたGayIn1-yN 、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドー
プされたAlx1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリ
コン(Si)のドープされたAlx2Ga1-x2N で形成した。そし
て、組成比x1,y,x2 は、発光層５のバンドギャップが高
キャリア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対
して小さくなるダブルヘテロ接合が形成されるように設
定される。
オードと異なり、図９に示すように、発光層５にはマグ
ネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープ
されたGayIn1-yN 、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドー
プされたAlx1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリ
コン(Si)のドープされたAlx2Ga1-x2N で形成した。そし
て、組成比x1,y,x2 は、発光層５のバンドギャップが高
キャリア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対
して小さくなるダブルヘテロ接合が形成されるように設
定される。
【００３３】図１０において、発光ダイオード１０は、
サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウム、亜
鉛及シリコンドープのGa0.94In0.06N から成る発光層
５、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネ
シウムドープのAl0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約
0.5 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドー
プのGaN から成るコンタクト層６２が形成されている。
そして、コンタクト層６２に接続するニッケルで形成さ
れた電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケ
ルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極
８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウム、亜
鉛及シリコンドープのGa0.94In0.06N から成る発光層
５、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネ
シウムドープのAl0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約
0.5 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドー
プのGaN から成るコンタクト層６２が形成されている。
そして、コンタクト層６２に接続するニッケルで形成さ
れた電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケ
ルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極
８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
【００３４】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
造方法について説明する。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
【００３５】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を520nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMI を
0.02×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-4モル／分、DEZ
を2 ×10-7モル／分、シランを10×10-9モル／分で導入
し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシ
リコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層５を形成し
た。この状態で発光層５は、まだ、高抵抗である。
として発光ピーク波長を520nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMI を
0.02×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-4モル／分、DEZ
を2 ×10-7モル／分、シランを10×10-9モル／分で導入
し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシ
リコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層５を形成し
た。この状態で発光層５は、まだ、高抵抗である。
【００３６】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【００３７】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
【００３８】次に、反射電子線回折装置を用いて、発光
層５、ｐ層６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を
照射した。電子線の照射条件は、第１実施例と同一であ
る。この電子線の照射により、発光層５、ｐ層６１及び
コンタクト層６２は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率
2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
層５、ｐ層６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を
照射した。電子線の照射条件は、第１実施例と同一であ
る。この電子線の照射により、発光層５、ｐ層６１及び
コンタクト層６２は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率
2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
【００３９】このようにして、発光層５がｐ型の緑色発
光の発光ダイオードが得られた。尚、第２実施例では、
亜鉛だけを発光層５に添加した赤色発光ダイオードを説
明したが、この発光層５にマグネシウムを添加して電子
線照射又は熱処理によりこの発光層５をｐ型化したもの
を用いても良い。
光の発光ダイオードが得られた。尚、第２実施例では、
亜鉛だけを発光層５に添加した赤色発光ダイオードを説
明したが、この発光層５にマグネシウムを添加して電子
線照射又は熱処理によりこの発光層５をｐ型化したもの
を用いても良い。
【００４０】尚、アクセプタ不純物は、ベリリウム(B
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭
素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛
(Pb)を用いることができる。
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭
素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛
(Pb)を用いることができる。
【００４１】さらに、ドナー不純物として、イオウ(S)
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。ｐ
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。ｐ
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
ードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図８】第２実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
た構成図。
【図９】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
た構成図。
【図１０】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
した構成図。
１０…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…高キャリア濃度ｎ+ 層 ５…発光層 ６…ｐ層 ６１…ｐ層 ６２…キャップ層 ７，８…電極 ９…溝
フロントページの続き (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅井 誠 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−209120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−19783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−213181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−103485（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−260680（ＪＰ，Ａ) ＲＥＶＵＥ ＤＥ ＰＨＹＳＩＱＵＥ ＡＰＰＬＩＱＵＥＥ，13［11 ］（1978），ｐ．555−563 Ｊ．Ｌｕｍｉｎ．，17［３ ］（1978），ｐ．263−282 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
ｐ伝導型を示すｐ層と、その間に介在する発光層が、狭
いバンドギャップの半導体を広いバンドギャップの半導
体で挟んだ構造のダブルヘテロ接合で形成された３層構
造を有する発光素子において、 前記発光層は、窒化ガリウムインジウム(Ga x In 1-X N;X=0
を含む)からなり、 シリコン(Si)及び亜鉛(Zn) が５×１０18〜１×１０21/c
m3の範囲で添加され、更にマグネシウム(Mg)が添加され
ており、 緑色を発光することを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
ｐ伝導型を示すｐ層と、その間に介在する発光層が、狭
いバンドギャップの半導体を広いバンドギャップの半導
体で挟んだ構造のダブルヘテロ接合で形成された３層構
造を有する発光素子において、 前記発光層は、窒化ガリウムインジウム(Ga x In 1-X N;X=0
を含む)からなり、 亜鉛(Zn) が５×１０18〜１×１０21/cm3の範囲で添加さ
れ、更にマグネシウム(Mg)が添加されており、 黄色から赤色を発光することを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】 前記発光層はｐ型化されていることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23412294A JP3341484B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | ３族窒化物半導体発光素子 |
| US08/522,110 US5650641A (en) | 1994-09-01 | 1995-08-31 | Semiconductor device having group III nitride compound and enabling control of emission color, and flat display comprising such device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23412294A JP3341484B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878726A JPH0878726A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3341484B2 true JP3341484B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=16965985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23412294A Expired - Fee Related JP3341484B2 (ja) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341484B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11261105A (ja) | 1998-03-11 | 1999-09-24 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2012089678A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及び多波長発光ｉｉｉ族窒化物半導体層 |
-
1994
- 1994-09-01 JP JP23412294A patent/JP3341484B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ｌｕｍｉｎ．，１７［３］（１９７８），ｐ．２６３−２８２ |
| ＲＥＶＵＥ ＤＥ ＰＨＹＳＩＱＵＥ ＡＰＰＬＩＱＵＥＥ，１３［１１］（１９７８），ｐ．５５５−５６３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0878726A (ja) | 1996-03-22 |
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