JP3504976B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
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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のＬ
ＥＤの製法はつぎに示されるような工程で行われ、その
完成したチッ化ガリウム系化合物半導体の斜視図を図２
に示す。
ＥＤの製法はつぎに示されるような工程で行われ、その
完成したチッ化ガリウム系化合物半導体の斜視図を図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、ｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ層２２を
形成し、ついで７００〜１２００℃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、ｎ型のＧａＮ層からなる低温バッファ層２２を
形成し、ついで７００〜１２００℃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を形成する。
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を形成する。
【０００８】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に代えてトリメチルインジウム（以下、ＴＭ
Ｉという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）
からなる活性層２５を形成する。
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に代えてトリメチルインジウム（以下、ＴＭ
Ｉという）を導入し、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ≦１）
からなる活性層２５を形成する。
【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層を成
長させる。
【００１１】そののちＳｉＯ2 などの保護膜を半導体層
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層２６およ
びキャップ層２７の活性化を図る。
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、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
させる。ついで、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどからなる金属膜
をスパッタリングなどにより形成してｐ側電極２９を、
また、Ａｌなどからなる金属膜を同様の方法で形成して
ｎ側の電極３０を形成し、ダイシングすることによりＬ
ＥＤ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
させる。ついで、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕなどからなる金属膜
をスパッタリングなどにより形成してｐ側電極２９を、
また、Ａｌなどからなる金属膜を同様の方法で形成して
ｎ側の電極３０を形成し、ダイシングすることによりＬ
ＥＤチップを形成している。
【００１３】つぎに、電極金属のＡｌなどとチッ化ガリ
ウム系化合物半導体とのあいだをオーミック接触にする
ため、Ｈ2 雰囲気中で３００℃程度の熱処理をして合金
化する。
ウム系化合物半導体とのあいだをオーミック接触にする
ため、Ｈ2 雰囲気中で３００℃程度の熱処理をして合金
化する。
【００１４】
【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、ｐ型ドー
パントとしてＭｇまたはＺｎ、ｎ型ドーパントとしてＳ
ｉを用いているが、これらのドーパントはそれぞれＧａ
Ｎへの溶けやすさをもっているため、ある程度以上にキ
ャリア濃度をあげることができない。さらにアニールな
どを行うときにドーパントが動き易く、相互に拡散して
ｐｎ接合の急峻性がなくなったり、ｐｎ接合の位置がず
れ、動作電圧が高くなったり、キャリアが発光部から漏
れて無効電流となり、発光効率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、ｐ型ドー
パントとしてＭｇまたはＺｎ、ｎ型ドーパントとしてＳ
ｉを用いているが、これらのドーパントはそれぞれＧａ
Ｎへの溶けやすさをもっているため、ある程度以上にキ
ャリア濃度をあげることができない。さらにアニールな
どを行うときにドーパントが動き易く、相互に拡散して
ｐｎ接合の急峻性がなくなったり、ｐｎ接合の位置がず
れ、動作電圧が高くなったり、キャリアが発光部から漏
れて無効電流となり、発光効率が低下するという問題が
ある。
【００１５】さらに、電極として従来はｐ側にはＰｔ、
Ｎｉ、Ａｕなどが用いられているが、これらはｐ型ドー
パントのＭｇとは反応しにくく、またｎ側にはＡｌなど
が用いられているが、これもｎ型ドーパントのＳｉとは
反応しにくく、電極金属と半導体層との接触抵抗が大き
くなり、発光素子の動作電圧が高くなり、発光効率が低
下するという問題がある。
Ｎｉ、Ａｕなどが用いられているが、これらはｐ型ドー
パントのＭｇとは反応しにくく、またｎ側にはＡｌなど
が用いられているが、これもｎ型ドーパントのＳｉとは
反応しにくく、電極金属と半導体層との接触抵抗が大き
くなり、発光素子の動作電圧が高くなり、発光効率が低
下するという問題がある。
【００１６】本発明はこのような問題を解決し、キャリ
ア濃度を高くし、低い動作電圧で作動する半導体発光素
子を提供することを目的とする。
ア濃度を高くし、低い動作電圧で作動する半導体発光素
子を提供することを目的とする。
【００１７】本発明の他の目的は、アニールなどの熱処
理を行ってもｐｎ接合が移動したり、ダレたりしないで
キャリアの漏れを防止して安定した発光特性がえられる
チッ化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子
を提供することにある。
理を行ってもｐｎ接合が移動したり、ダレたりしないで
キャリアの漏れを防止して安定した発光特性がえられる
チッ化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子
を提供することにある。
【００１８】また、本発明のさらに他の目的は電極金属
と半導体層との接触抵抗を低減して動作電圧を低減し、
発光効率を向上することができる半導体発光素子を提供
することである。
と半導体層との接触抵抗を低減して動作電圧を低減し、
発光効率を向上することができる半導体発光素子を提供
することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明者は前述のｐ側電
極とｎ側電極間の抵抗分をできるだけ減少させるととも
に無効電流を減らして発光効率を向上させるため鋭意検
討を重ねた結果、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパント
を選定することによりキャリア濃度を高くすることがで
き抵抗損を減らすことができたり、ｐｎ接合のダレを防
いで無効電流を減らすことができ、発光効率を向上させ
ることができることを見出した。さらに電極材料をその
電極材料が接触する半導体層のドーパントを含む合金材
料とすることにより、電極と半導体材料間の接触抵抗を
減少させることができることを見出して本発明を完成す
るに至った。
極とｎ側電極間の抵抗分をできるだけ減少させるととも
に無効電流を減らして発光効率を向上させるため鋭意検
討を重ねた結果、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパント
を選定することによりキャリア濃度を高くすることがで
き抵抗損を減らすことができたり、ｐｎ接合のダレを防
いで無効電流を減らすことができ、発光効率を向上させ
ることができることを見出した。さらに電極材料をその
電極材料が接触する半導体層のドーパントを含む合金材
料とすることにより、電極と半導体材料間の接触抵抗を
減少させることができることを見出して本発明を完成す
るに至った。
【００２０】本発明による半導体発光素子は、基板上に
少なくともｎ型層およびｐ型層を有するチッ化ガリウム
系化合物半導体層が積層され、前記ｎ型層のチッ化ガリ
ウム系化合物半導体層に接続されたｎ側電極、および前
記ｐ型層のチッ化ガリウム系化合物半導体層に接続され
たｐ側電極がそれぞれ設けられてなる半導体発光素子で
あって、前記ｐ型層のチッ化ガリウム系化合物半導体層
のドーパントは、（ａ）Ｍｎと、（ｂ）Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ
ｄおよびＢｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
元素とが混在して含まれていることに特徴がある。ま
た、前記ｎ型層のドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、
ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた少なくとも２種
の元素が混在していることが好ましい。
少なくともｎ型層およびｐ型層を有するチッ化ガリウム
系化合物半導体層が積層され、前記ｎ型層のチッ化ガリ
ウム系化合物半導体層に接続されたｎ側電極、および前
記ｐ型層のチッ化ガリウム系化合物半導体層に接続され
たｐ側電極がそれぞれ設けられてなる半導体発光素子で
あって、前記ｐ型層のチッ化ガリウム系化合物半導体層
のドーパントは、（ａ）Ｍｎと、（ｂ）Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ
ｄおよびＢｅよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
元素とが混在して含まれていることに特徴がある。ま
た、前記ｎ型層のドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、
ＳｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた少なくとも２種
の元素が混在していることが好ましい。
【００２１】また、前記ｎ側および／またはｐ側電極
は、それぞれが接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化
ガリウム系化合物半導体層のドーパントの少なくとも一
種の元素を含有する合金であることが好ましい。
は、それぞれが接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化
ガリウム系化合物半導体層のドーパントの少なくとも一
種の元素を含有する合金であることが好ましい。
【００２２】
【００２３】
【作用】本発明によれば、ｐ型ドーパントとしてＭｎを
含んでいるため、ＭｎはＭｇよりも重い元素なので、ア
ニールなどの熱処理によっても動きにくく、ｐｎ接合が
拡散によって移動せず、ｐｎ接合のダレも少ない。
含んでいるため、ＭｎはＭｇよりも重い元素なので、ア
ニールなどの熱処理によっても動きにくく、ｐｎ接合が
拡散によって移動せず、ｐｎ接合のダレも少ない。
【００２４】
【００２５】
【００２６】さらに、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパ
ントとしてそれぞれ少なくとも２種の元素がドーピング
されることにより、それぞれのドーパントの特徴を併せ
もつことができ、キャリア濃度を高くするとともにｐｎ
接合のズレを防止した高特性のチッ化ガリウム系化合物
半導体からなる発光素子がえられる。
ントとしてそれぞれ少なくとも２種の元素がドーピング
されることにより、それぞれのドーパントの特徴を併せ
もつことができ、キャリア濃度を高くするとともにｐｎ
接合のズレを防止した高特性のチッ化ガリウム系化合物
半導体からなる発光素子がえられる。
【００２７】また、ｎ側および／またはｐ側電極に、そ
れぞれが接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層のドーパントの少なくとも１種の元
素を含有する合金が用いられることにより、電極と前記
チッ化ガリウム系化合物半導体層とに同種元素があるた
めに電極材料と半導体層とが合金化されやすく接触抵抗
を低減することができる。
れぞれが接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化ガリウ
ム系化合物半導体層のドーパントの少なくとも１種の元
素を含有する合金が用いられることにより、電極と前記
チッ化ガリウム系化合物半導体層とに同種元素があるた
めに電極材料と半導体層とが合金化されやすく接触抵抗
を低減することができる。
【００２８】
【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明の半導
体発光素子の製法を説明する。
体発光素子の製法を説明する。
【００２９】実施例１
図１は本発明の半導体発光素子の一実施例の工程断面説
明図である。
明図である。
【００３０】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を反応管内に設置して、キャ
リアガスのＨ2 とともにＴＭＧを１５０ｓｃｃｍ、ＮＨ
3 を１００００ｓｃｃｍ、ドーパントとしてのＨ2 で希
釈した濃度が１００ｐｐｍのＳｉＨ4 を１０ｓｃｃｍ導
入して、ＭＯＣＶＤ法によりたとえばｎ型ＧａＮなどの
チッ化ガリウム系化合物半導体層からなる低温バッファ
層２および高温バッファ層３をそれぞれ０．０１〜０．
２μｍ、２〜５μｍ程度成長する。
ァイアなどからなる基板１を反応管内に設置して、キャ
リアガスのＨ2 とともにＴＭＧを１５０ｓｃｃｍ、ＮＨ
3 を１００００ｓｃｃｍ、ドーパントとしてのＨ2 で希
釈した濃度が１００ｐｐｍのＳｉＨ4 を１０ｓｃｃｍ導
入して、ＭＯＣＶＤ法によりたとえばｎ型ＧａＮなどの
チッ化ガリウム系化合物半導体層からなる低温バッファ
層２および高温バッファ層３をそれぞれ０．０１〜０．
２μｍ、２〜５μｍ程度成長する。
【００３１】そののち、前述のガスにさらにＴＭＡを１
０〜１００ｓｃｃｍの流量で加え、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１）からなるｎ型クラッド層４を０．１〜
０．３μｍ成長し、ついでＳｉＨ4 をとめ、ＴＭＡに代
えてＴＭＩを５０〜２００ｓｃｃｍの流量で導入し、ク
ラッド層４よりバンドギャップエネルギーが小さいノン
ドープのＧａy Ｉｎ1-y Ｎからなる活性層５を０．０５
〜０．１μｍの厚さ成長する。
０〜１００ｓｃｃｍの流量で加え、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１）からなるｎ型クラッド層４を０．１〜
０．３μｍ成長し、ついでＳｉＨ4 をとめ、ＴＭＡに代
えてＴＭＩを５０〜２００ｓｃｃｍの流量で導入し、ク
ラッド層４よりバンドギャップエネルギーが小さいノン
ドープのＧａy Ｉｎ1-y Ｎからなる活性層５を０．０５
〜０．１μｍの厚さ成長する。
【００３２】さらにｎ型クラッド層４の形成に用いた原
料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Ｂｅをビスメチルシクロペン
タジエニルベリリウム（以下、（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅとい
う）ガスで１０〜１０００ｓｃｃｍ程度加えて反応管に
導入し、不純物濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＢ
ｅ含有のＡｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層６を
０．１〜０．３μｍの厚さに気相成長させる。
料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Ｂｅをビスメチルシクロペン
タジエニルベリリウム（以下、（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅとい
う）ガスで１０〜１０００ｓｃｃｍ程度加えて反応管に
導入し、不純物濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＢ
ｅ含有のＡｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層６を
０．１〜０．３μｍの厚さに気相成長させる。
【００３３】ついでキャップ層７形成のため、前述のバ
ッファ層３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＳｉＨ
4 に代えて（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅを供給してｐ型のＧａＮ
層を０．３〜２μｍ程度成長させる。
ッファ層３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＳｉＨ
4 に代えて（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅを供給してｐ型のＧａＮ
層を０．３〜２μｍ程度成長させる。
【００３４】そののちＳｉＯ2 などの保護膜を半導体層
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層６および
キャップ層７の活性化を図る。
の成長層表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６
０分間程度のアニールを行い、ｐ型クラッド層６および
キャップ層７の活性化を図る。
【００３５】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３を露出させ
る。ついで、Ａｕ、Ａｌなどからなる金属膜をスパッタ
リングなどにより形成して、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ｐ側電極８、露出
した高温バッファ層３の表面でｎ型層に電気的に接続さ
れるｎ側電極９を形成し、ダイシングすることによりＬ
ＥＤチップが完成する。
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３を露出させ
る。ついで、Ａｕ、Ａｌなどからなる金属膜をスパッタ
リングなどにより形成して、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ｐ側電極８、露出
した高温バッファ層３の表面でｎ型層に電気的に接続さ
れるｎ側電極９を形成し、ダイシングすることによりＬ
ＥＤチップが完成する。
【００３６】本実施例によれば、２０ｍＡの電流を流す
のに従来３．０Ｖ必要であったのが２．８〜２．９Ｖの
印加電圧でよく、消費電力の低減がえられた。
のに従来３．０Ｖ必要であったのが２．８〜２．９Ｖの
印加電圧でよく、消費電力の低減がえられた。
【００３７】実施例２
本実施例では実施例１の半導体発光素子でｐ型クラッド
層６およびキャップ層７のドーパントをＢｅに代えてＭ
ｎを用いるもので、その他の構造は実施例１と同様であ
る。
層６およびキャップ層７のドーパントをＢｅに代えてＭ
ｎを用いるもので、その他の構造は実施例１と同様であ
る。
【００３８】ｐ型クラッド層６およびキャップ層７の形
成は、実施例１のドーパントガスである（ＭｅＣｐ）2
Ｂｅに代えてＭｎをビスメチルシクロペンタジエニルマ
ンガン（以下、（ＭｅＣｐ）2 Ｍｎという）ガスとして
１０〜１０００ｓｃｃｍ程度反応管に導入し、不純物濃
度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＭｎ含有のＡｌxＧ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）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もので、他の製
法は実施例１と同じである。
成は、実施例１のドーパントガスである（ＭｅＣｐ）2
Ｂｅに代えてＭｎをビスメチルシクロペンタジエニルマ
ンガン（以下、（ＭｅＣｐ）2 Ｍｎという）ガスとして
１０〜１０００ｓｃｃｍ程度反応管に導入し、不純物濃
度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＭｎ含有のＡｌxＧ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）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もので、他の製
法は実施例１と同じである。
【００３９】本実施例によればアニールしたのちに、も
ともとドーピングしていない層が拡散によるキャリア濃
度変化は小さく、ｐｎ接合の移動が生じていないことが
わかる。
ともとドーピングしていない層が拡散によるキャリア濃
度変化は小さく、ｐｎ接合の移動が生じていないことが
わかる。
【００４０】実施例３
本実施例では、実施例１のｎ型クラッド層４およびバッ
ファ層２、３のｎ型ドーパントをＳｉに代えてＳｅまた
はＳを用いたもので、その他の構造は実施例１と同様で
ある。ＳｅまたはＳをドーパントとして使用するばあ
い、それぞれセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）ガスまたはＨ2
ＳガスとしてＨ2 で希釈し、濃度が１００ｐｐｍのガス
を１〜１００ｓｃｃｍ程度加えて反応管に導入し、Ｇａ
Ｎ層からなるバッファ層２、３およびｎ型クラッド層４
であるｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を不純物
濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度になるように気相成
長させる。
ファ層２、３のｎ型ドーパントをＳｉに代えてＳｅまた
はＳを用いたもので、その他の構造は実施例１と同様で
ある。ＳｅまたはＳをドーパントとして使用するばあ
い、それぞれセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）ガスまたはＨ2
ＳガスとしてＨ2 で希釈し、濃度が１００ｐｐｍのガス
を１〜１００ｓｃｃｍ程度加えて反応管に導入し、Ｇａ
Ｎ層からなるバッファ層２、３およびｎ型クラッド層４
であるｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）層を不純物
濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度になるように気相成
長させる。
【００４１】また、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）層であるｐ型クラッド層６およびｐ型ＧａＮ層であ
るキャップ層７のドーパントは従来と同様のＭｇを使用
したが実施例１または２で用いたＢｅやＭｎであっても
よい。
１）層であるｐ型クラッド層６およびｐ型ＧａＮ層であ
るキャップ層７のドーパントは従来と同様のＭｇを使用
したが実施例１または２で用いたＢｅやＭｎであっても
よい。
【００４２】ｐ型ドーパントにＭｇを用い、ｎ型ドーパ
ントにＳｅまたはＳを用いた本実施例によれば、ｎ型ク
ラッド層４の不純物としてＳｉを用いる従来の半導体発
光素子に比べて同じ２０ｍＡの電流をうるのに従来は
３．０Ｖ必要であったのが２．８〜２．９Ｖの印加電圧
でよく、従来よりも低消費電力がえられた。
ントにＳｅまたはＳを用いた本実施例によれば、ｎ型ク
ラッド層４の不純物としてＳｉを用いる従来の半導体発
光素子に比べて同じ２０ｍＡの電流をうるのに従来は
３．０Ｖ必要であったのが２．８〜２．９Ｖの印加電圧
でよく、従来よりも低消費電力がえられた。
【００４３】実施例４
本実施例では、実施例３の半導体発光素子でｎ型の不純
物ＳｅまたはＳに代えてＧｅ、ＳｎまたはＴｅを用いる
ものであり、その他の構造は実施例３と同じである。ド
ーパントＧｅ、Ｓｎ、Ｔｅをドーピングするには、それ
ぞれＨ2 希釈で濃度が１００ｐｐｍのモノゲルマン（Ｇ
ｅＨ4 ）ガス、水素化スズ（ＳｎＨ4 ）ガス、テルル化
水素（ＴｅＨ4 ）ガスとして１〜１００ｓｃｃｍ程度加
えて反応管に導入し、実施例３と同様にｎ型クラッド層
４の不純物濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のｎ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層を気相成長させる。
物ＳｅまたはＳに代えてＧｅ、ＳｎまたはＴｅを用いる
ものであり、その他の構造は実施例３と同じである。ド
ーパントＧｅ、Ｓｎ、Ｔｅをドーピングするには、それ
ぞれＨ2 希釈で濃度が１００ｐｐｍのモノゲルマン（Ｇ
ｅＨ4 ）ガス、水素化スズ（ＳｎＨ4 ）ガス、テルル化
水素（ＴｅＨ4 ）ガスとして１〜１００ｓｃｃｍ程度加
えて反応管に導入し、実施例３と同様にｎ型クラッド層
４の不純物濃度が１０17〜１０19／ｃｍ3 程度のｎ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層を気相成長させる。
【００４４】前記実施例３と同様にｐ型クラッド層６で
あるｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層およびキャップ層７のドー
パントにはＭｇに代えてＢｅやＭｎであってもよい。
あるｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層およびキャップ層７のドー
パントにはＭｇに代えてＢｅやＭｎであってもよい。
【００４５】実施例５
本実施例では実施例１の半導体発光素子のｐ型クラッド
層６のドーパントをＢｅに代えてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ
ｅまたはＭｎのうち少なくとも２種の金属を用いるもの
で、その他の構造は実施例１と同様である。
層６のドーパントをＢｅに代えてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ
ｅまたはＭｎのうち少なくとも２種の金属を用いるもの
で、その他の構造は実施例１と同様である。
【００４６】たとえばＢｅとＭｎをそれぞれのドーパン
ト原料ガスが（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅを１０〜１０００ｓｃ
ｃｍ、（ＭｅＣｐ）2 Ｍｎを１０〜１０００ｓｃｃｍで
導入して気層成長させるとある条件でＢｅとＭｎが同程
度の量だけ半導体層にドーピングされ、不純物濃度が１
０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＢｅとＭｎがドーピングさ
れたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）からなるｐ型クラ
ッド層６が気相成長される。
ト原料ガスが（ＭｅＣｐ）2 Ｂｅを１０〜１０００ｓｃ
ｃｍ、（ＭｅＣｐ）2 Ｍｎを１０〜１０００ｓｃｃｍで
導入して気層成長させるとある条件でＢｅとＭｎが同程
度の量だけ半導体層にドーピングされ、不純物濃度が１
０17〜１０19／ｃｍ3 程度のＢｅとＭｎがドーピングさ
れたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）からなるｐ型クラ
ッド層６が気相成長される。
【００４７】本実施例ではｐ型クラッド層６の不純物原
料ガスを少なくとも２種導入しているため、不純物原料
ガスが１種のばあいに比べてキャリア濃度が高くなると
ともに急峻性のあるｐｎ接合がえられ、ｐｎ接合の半導
体発光素子にとくに有効である。
料ガスを少なくとも２種導入しているため、不純物原料
ガスが１種のばあいに比べてキャリア濃度が高くなると
ともに急峻性のあるｐｎ接合がえられ、ｐｎ接合の半導
体発光素子にとくに有効である。
【００４８】実施例６
本実施例では、実施例３の半導体発光素子のｎ型クラッ
ド層４のｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、
ＳｅまたはＴｅのうち少なくとも２種の元素を用いるも
のであり、その他の構造は実施例３と同じである。ドー
パントＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅをドーピング
するためには、それぞれＨ2 希釈で濃度が１００ｐｐｍ
のＳｉＨ4 ガス、ＧｅＨ4 ガス、ＳｎＨ4 ガス、Ｈ2 Ｓ
ガス、Ｈ2 Ｓｅガス、ＴｅＨ4 ガスとして半導体層の気
相成長時に反応管内に導入すればよく、これらのガスの
うちから少なくとも２種、たとえばＳとＴｅなどを選
び、それぞれ流量１０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ程度で反
応管に導入し、ｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層３や
ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層４を気相
成長させる。
ド層４のｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、
ＳｅまたはＴｅのうち少なくとも２種の元素を用いるも
のであり、その他の構造は実施例３と同じである。ドー
パントＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅをドーピング
するためには、それぞれＨ2 希釈で濃度が１００ｐｐｍ
のＳｉＨ4 ガス、ＧｅＨ4 ガス、ＳｎＨ4 ガス、Ｈ2 Ｓ
ガス、Ｈ2 Ｓｅガス、ＴｅＨ4 ガスとして半導体層の気
相成長時に反応管内に導入すればよく、これらのガスの
うちから少なくとも２種、たとえばＳとＴｅなどを選
び、それぞれ流量１０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ程度で反
応管に導入し、ｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層３や
ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層４を気相
成長させる。
【００４９】本実施例によれば、バッファ層を低抵抗な
ドーパントＳ、クラッド層はドーパントＴｅを用いてｐ
ｎ接合は動きにくく発光効率が増加した。
ドーパントＳ、クラッド層はドーパントＴｅを用いてｐ
ｎ接合は動きにくく発光効率が増加した。
【００５０】前記実施例３と同様、ｐ型クラッド層６で
あるｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層のドーパントには従来と同
様のＭｇの代わりに実施例１、２または実施例５で用い
たものであってもよい。
あるｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層のドーパントには従来と同
様のＭｇの代わりに実施例１、２または実施例５で用い
たものであってもよい。
【００５１】実施例７
本実施例は、半導体発光素子のｎ側電極９およびｐ側電
極８（図１（ｄ）参照）の少なくとも片方がそれぞれの
接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化ガリウム系化合
物半導体層のドーパントの元素を含有する合金であるこ
とを特徴とする。
極８（図１（ｄ）参照）の少なくとも片方がそれぞれの
接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化ガリウム系化合
物半導体層のドーパントの元素を含有する合金であるこ
とを特徴とする。
【００５２】たとえば、ｐ型層のドーパントとしてＭｇ
を使用すると、ＭｇとＡｕの合金ができず、電極はＡ
ｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔなどを組み合わせて使用せざるを
えないが、ドーパントとしてＭｇとともにＺｎを混入す
ることにより、ＺｎとＡｕの合金を作ることは可能で、
半導体層とのオーミック接触をえ易い。
を使用すると、ＭｇとＡｕの合金ができず、電極はＡ
ｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔなどを組み合わせて使用せざるを
えないが、ドーパントとしてＭｇとともにＺｎを混入す
ることにより、ＺｎとＡｕの合金を作ることは可能で、
半導体層とのオーミック接触をえ易い。
【００５３】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、チッ
化ガリウム系化合物半導体のドーパントを選定すること
によりキャリア濃度を高濃度にできるため、抵抗が低く
なり、従来より低い電圧で従来と同じ輝度の発光をする
ことができる。すなわち、従来と同じ電圧を加えること
で高輝度をうることができる。
化ガリウム系化合物半導体のドーパントを選定すること
によりキャリア濃度を高濃度にできるため、抵抗が低く
なり、従来より低い電圧で従来と同じ輝度の発光をする
ことができる。すなわち、従来と同じ電圧を加えること
で高輝度をうることができる。
【００５４】また、ドーパントをＭｇやＳｉよりも重い
元素にすることによりｐｎ接合の接合位置が移動しにく
くなり、発光位置の安定した信頼性の高いＬＥＤやＬＤ
などの半導体発光素子をうることができる。
元素にすることによりｐｎ接合の接合位置が移動しにく
くなり、発光位置の安定した信頼性の高いＬＥＤやＬＤ
などの半導体発光素子をうることができる。
【００５５】さらに、電極材料とドーパントを合わせる
ことができ、ｎ型層またはｐ型層と電極金属との接触抵
抗を小さくすることができ、発光効率の改善された半導
体発光素子をうることができる。
ことができ、ｎ型層またはｐ型層と電極金属との接触抵
抗を小さくすることができ、発光効率の改善された半導
体発光素子をうることができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の製法の一実施例を示
す工程断面図である。
す工程断面図である。
【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 キャップ層
８ ｐ側電極
９ ｎ側電極
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に少なくともｎ型層およびｐ型層
を有するチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層され、
前記ｎ型層のチッ化ガリウム系化合物半導体層に接続さ
れたｎ側電極、および前記ｐ型層のチッ化ガリウム系化
合物半導体層に接続されたｐ側電極がそれぞれ設けられ
てなる半導体発光素子であって、前記ｐ型層のチッ化ガ
リウム系化合物半導体層のドーパントは、（ａ）Ｍｎ
と、（ｂ）Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＢｅよりなる群から
選ばれた少なくとも１種の元素とが混在して含まれてい
る半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型層のチッ化ガリウム系化合物半
導体層のドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅおよ
びＴｅよりなる群から選ばれた少なくとも２種の元素が
混在している請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ｎ側および／またはｐ側電極の材料
は、それぞれが接続されるｎ型層およびｐ型層のチッ化
ガリウム系化合物半導体層のドーパントの少なくとも１
種の元素を含有する合金である請求項１または２記載の
半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247694A JP3504976B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
| US08/515,569 US5825052A (en) | 1994-08-26 | 1995-08-16 | Semiconductor light emmitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247694A JP3504976B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864869A JPH0864869A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3504976B2 true JP3504976B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=16458152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20247694A Expired - Fee Related JP3504976B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| US6441393B2 (en) * | 1999-11-17 | 2002-08-27 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Semiconductor devices with selectively doped III-V nitride layers |
| KR100365583B1 (ko) * | 2001-07-18 | 2002-12-26 | 이엘코리아 주식회사 | 형광체 및 그 제조방법 |
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| WO2004051759A1 (ja) | 2002-12-03 | 2004-06-17 | Nec Corporation | 量子井戸構造を有する半導体光素子およびその製造方法 |
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| JP2007281387A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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| CN106856296B (zh) * | 2016-12-27 | 2019-07-05 | 中国科学院半导体研究所 | 一种长波长垂直腔面发射激光器 |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP20247694A patent/JP3504976B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0864869A (ja) | 1996-03-08 |
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