JPH0242770A - 窒素ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒素ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH0242770A JPH0242770A JP63192484A JP19248488A JPH0242770A JP H0242770 A JPH0242770 A JP H0242770A JP 63192484 A JP63192484 A JP 63192484A JP 19248488 A JP19248488 A JP 19248488A JP H0242770 A JPH0242770 A JP H0242770A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は不純物のドープされた単結晶ＡｈＧａｌ−ＸＮ
（ｘ−〇を含む）から成る層を活性層とする発光素子の
製造方法に関し、特に、発光色の単色化と高輝度化を図
るものである。
（ｘ−〇を含む）から成る層を活性層とする発光素子の
製造方法に関し、特に、発光色の単色化と高輝度化を図
るものである。
従来、青色発光のダイオードとしてＧａＮ系半導体で構
成されたものが知られている。 その発光ダイオードは、有機金属化合物気相成長法（Ｍ
口ＣＶＤ）により、サファイア基板の上に、単結晶のＧ
ａＮからなるＮ導電型のＮ層を成長させた後、そのＮ層
の上に不純物として亜鉛を添加しながら気相成長させる
ことにより真性（ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ）のＧａＮから成
る１層を形成して、そのＮ層及び１層に電極を形成した
構成である。そして、そのｈ′り造の発光ダイオードは
、１層をＮ層に対して正電位とすることにより、活性層
としてのＩＩＹに注入されたキャリアの再結合により発
光させるものである。
成されたものが知られている。 その発光ダイオードは、有機金属化合物気相成長法（Ｍ
口ＣＶＤ）により、サファイア基板の上に、単結晶のＧ
ａＮからなるＮ導電型のＮ層を成長させた後、そのＮ層
の上に不純物として亜鉛を添加しながら気相成長させる
ことにより真性（ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ）のＧａＮから成
る１層を形成して、そのＮ層及び１層に電極を形成した
構成である。そして、そのｈ′り造の発光ダイオードは
、１層をＮ層に対して正電位とすることにより、活性層
としてのＩＩＹに注入されたキャリアの再結合により発
光させるものである。
このように、活性層である１層の光学的性質及び電気的
性質が、発光ダイオードとしての発光色、発光輝度、発
光効率などの発光特性を決定している。 ところで、上記の発光特性を決定する１層の物性の１つ
にドープされる亜鉛の不純物濃度がある。 亜鉛の不純物濃度が低い場合（１ｘｌ×１０２０ｃ＋ｃ
’未満）には、比較的発光強度の大きい青色発光だけが
観測される。従って、このように１層を低不純物濃度と
すれば、青色の単色発光の発光ダイオードを得ることが
できるが、ＩＦＦの不純物濃度が低いと、１層は電気的
に不安定となり、短時間の動作で発光に必要な障壁がな
くなり、抵抗体となることが多い。 これに対し、亜鉛の不純物濃度が高い場合（１×１０２
０ｃｍ−３以上）には、青色の発光強度は小さく、青色
以外の可視光の発光が強く観測される。従って、１層を
高不純物濃度とすれば、電気的には安定するが、視感度
の影譬で青色以外の可視光が強く観測され、青色の単色
発光性が阻害される。 このように、光学的性質及び電気的性質の制御を同時に
行うことが困難であり、高輝度の青色発光ダイオードを
作成することが困難であった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、発光素子の高輝度化と
青色単色化を達成することである。
性質が、発光ダイオードとしての発光色、発光輝度、発
光効率などの発光特性を決定している。 ところで、上記の発光特性を決定する１層の物性の１つ
にドープされる亜鉛の不純物濃度がある。 亜鉛の不純物濃度が低い場合（１ｘｌ×１０２０ｃ＋ｃ
’未満）には、比較的発光強度の大きい青色発光だけが
観測される。従って、このように１層を低不純物濃度と
すれば、青色の単色発光の発光ダイオードを得ることが
できるが、ＩＦＦの不純物濃度が低いと、１層は電気的
に不安定となり、短時間の動作で発光に必要な障壁がな
くなり、抵抗体となることが多い。 これに対し、亜鉛の不純物濃度が高い場合（１×１０２
０ｃｍ−３以上）には、青色の発光強度は小さく、青色
以外の可視光の発光が強く観測される。従って、１層を
高不純物濃度とすれば、電気的には安定するが、視感度
の影譬で青色以外の可視光が強く観測され、青色の単色
発光性が阻害される。 このように、光学的性質及び電気的性質の制御を同時に
行うことが困難であり、高輝度の青色発光ダイオードを
作成することが困難であった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので
あり、その目的とするところは、発光素子の高輝度化と
青色単色化を達成することである。
本発明者等は発光素子の高輝度化と青色単色化を達成す
るために、ＡムＧａ ＋ −ｘＮ （Ｘ＝Ｏを含む）半
導体の成長方法やその物性について鋭意研究を重ねてき
た。本発明者等は、その過程において、不純物のドープ
されたＡｉ’、Ｇａ、−ｘＮ（Ｘ＝０を含む）半導体の
走査電子顕微鏡（ＳＵＭ）によるイメージ撮影の前後に
おけるフォトルミネッセンス強度特性に顕著な差異が見
られることを発見した。 即ち、Ｓ［ｉＭイメージの撮影後におけるＡ４ｘＧａ＋
−ｘＮ（ｘ＝０を含む）半導体のフォトルミネッセンス
強度特性において、青色以外のスペクトルの発光強度が
低下し、青色の発光強度が増加することが明らかになっ
た。 本発明は係る発見に基づいてなされたものであり、従っ
て、上記踪題を解決するための発明の構成は、不純物の
ドープされた単結晶ＡＩＸＧ＆ 、−ＸＮ （Ｘ＝０を
含む）から成る層を活性層とする発光素子の製造方法に
おいて、活性層に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ、試料
電流０．２μＡ〜１ｍＡの条件下で、電子線を照射する
ことを特徴とするものである。 この電子線の加速電圧が９ｋＶ以上となると、電子線の
照射強度が大きくなり過ぎ、照射部分で試料温度が局所
的に上昇するため望ましくない。又、電子線の加速電圧
が０．１ｋＶ以下となると、活性層の光学的性質の改善
に効果がない。同様に、試料電流は、０．２μＡ〜１ｍ
Ａの範囲となることが望ましい。 又、電子線の照射面積は、０．０１ｍｍφ〜ＩＩφが望
ましい。電子線の照射面積が１ｍｍφ以上となると、照
射される電子線のエネルギーが分散され過ぎ、強度低下
を起こし好ましくない。それに対し、電子線の照射面積
が、０．０１ｍｍφ以下となると、電子線の照射強度が
大きくなり過ぎ好ましくない。 又、活性層は、亜鉛（Ｚｎ）が不純物濃度１×１０２１
０２Ｏ’以上にドープされることが素子の電気的特性を
安定化させる上で望ましく、又、光学的性質の改善の効
果も大きい。
るために、ＡムＧａ ＋ −ｘＮ （Ｘ＝Ｏを含む）半
導体の成長方法やその物性について鋭意研究を重ねてき
た。本発明者等は、その過程において、不純物のドープ
されたＡｉ’、Ｇａ、−ｘＮ（Ｘ＝０を含む）半導体の
走査電子顕微鏡（ＳＵＭ）によるイメージ撮影の前後に
おけるフォトルミネッセンス強度特性に顕著な差異が見
られることを発見した。 即ち、Ｓ［ｉＭイメージの撮影後におけるＡ４ｘＧａ＋
−ｘＮ（ｘ＝０を含む）半導体のフォトルミネッセンス
強度特性において、青色以外のスペクトルの発光強度が
低下し、青色の発光強度が増加することが明らかになっ
た。 本発明は係る発見に基づいてなされたものであり、従っ
て、上記踪題を解決するための発明の構成は、不純物の
ドープされた単結晶ＡＩＸＧ＆ 、−ＸＮ （Ｘ＝０を
含む）から成る層を活性層とする発光素子の製造方法に
おいて、活性層に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ、試料
電流０．２μＡ〜１ｍＡの条件下で、電子線を照射する
ことを特徴とするものである。 この電子線の加速電圧が９ｋＶ以上となると、電子線の
照射強度が大きくなり過ぎ、照射部分で試料温度が局所
的に上昇するため望ましくない。又、電子線の加速電圧
が０．１ｋＶ以下となると、活性層の光学的性質の改善
に効果がない。同様に、試料電流は、０．２μＡ〜１ｍ
Ａの範囲となることが望ましい。 又、電子線の照射面積は、０．０１ｍｍφ〜ＩＩφが望
ましい。電子線の照射面積が１ｍｍφ以上となると、照
射される電子線のエネルギーが分散され過ぎ、強度低下
を起こし好ましくない。それに対し、電子線の照射面積
が、０．０１ｍｍφ以下となると、電子線の照射強度が
大きくなり過ぎ好ましくない。 又、活性層は、亜鉛（Ｚｎ）が不純物濃度１×１０２１
０２Ｏ’以上にドープされることが素子の電気的特性を
安定化させる上で望ましく、又、光学的性質の改善の効
果も大きい。
不純物のドープされた単結晶ＡムＧａ＋−Ｊ（Ｘ＝Ｏを
含む）から成る層に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ 、
試料電流０．２μ八へ１ｍＡの条件下で、電子線を照射
することにより、その層の光学的性質を改善することが
できた。即ち、発光特性において、青色の発光輝度を向
上させ、青色以外のスペクトルの発光輝度を低下させる
ことができた。又、可視光帯域を感度とする発光輝度も
電子線の照射により向上した。又、この光学的性質は電
子線の照射後も長期にわたり安定した。 また、本発明は、従来の走査電子顕微鏡、電子線回折装
置あるいは陰極線発光測定装置を利用でき、しかも短時
間で処理が行われるため生産性にも優れている。
含む）から成る層に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ 、
試料電流０．２μ八へ１ｍＡの条件下で、電子線を照射
することにより、その層の光学的性質を改善することが
できた。即ち、発光特性において、青色の発光輝度を向
上させ、青色以外のスペクトルの発光輝度を低下させる
ことができた。又、可視光帯域を感度とする発光輝度も
電子線の照射により向上した。又、この光学的性質は電
子線の照射後も長期にわたり安定した。 また、本発明は、従来の走査電子顕微鏡、電子線回折装
置あるいは陰極線発光測定装置を利用でき、しかも短時
間で処理が行われるため生産性にも優れている。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
発光素子は、有機金属化合物気相成長法（以下ｒＭＯＶ
ＰＥ Ｊと記す）による気相成長により第１図に示す構
造に作成された。 用いられたガスはｘＮＨ，とキャリアガスＩＩｓ、 Ｎ
。 とトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ１ｌ−）＋） （以下
ｒＴＭＧ」と記す）とドーパントガスとしてのジエチル
亜鉛（Ｚｎ （Ｃ２１１５） ２） （以下［口ＥＺ
Ｊと記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した０面を主面と
する単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応
室に載置されたサセプタに装着する。 次に、反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに減圧し、Ｈ２を流
速０．３１７分で反応室に流しながら温度１１００℃で
サファイア基板１を気相エツチングした。 次に、サファイア基板１の温度を６００℃に保持し、■
２を２．５ｊ！／分ｘＮＨ，を１．５ｊ！／分、ＴＵＧ
を１、７Ｘ １０−ｓモル／分で３０分間供給し、膜厚
的３μｓのＧａＮからなる８層２を形成した。 次に、上記のように表面に８層２の形成されたサファイ
ア基板１を反応室から取り出し、ホトリソグラフィ、エ
ツチング工程等をへてｘＮ層２上の不純物のドープされ
た半導体を気相成長させない部分にマスクを形成した。 その後、このマスクの形成されたサファイア基板１を洗
浄後、再度、サセプタに装着し、反応室の圧力を前と同
一の状態とした。そして、前と同様に気相エツチングし
た後、サファイア基板１の温度を７００℃に保持し、１
１□を２．５１／分ｘＮＨ，を１．５ｊ！／分、ＴＭＧ
ヲ１，７Ｘ１０−’モル／分、［ｌＥＺ ヲ５Ｘ １
０−’モル／分で５分間供給して、■型のＧａＮから成
る１層３を膜厚１． ｏＩＩｆｎに形成した。 その後、反応室から表面に上記のように８層２及び１層
３の成長されたサファイア基板１を取り出し、マスクを
除去して洗浄した後、活性層としての１層３に改良され
た反射電子線回折装置を用いて電子線を照射した。改良
された反射電子線回折装置は、加速電圧を５０ＫＶ以下
、試料電流を１ｍＡ以下の全範囲にわたり連続的に変化
することができる。 活性層である１層３に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ、
試料電流０．２μＡ〜１ｍＡの条件下で、電子線を照射
した後、８層２と１層３の上にアルミニウム電極４．５
をそれぞれ蒸着した。そして、サファイア基板１を所定
の大きさにカッティングして、電極４，５にそれぞれリ
ード線６，７を接続して発光ダイオードを作成した。 この発光ダイオードは、１層３を８層２に対し正電位と
することにより、１層３に８層２から注入された電子の
再結合により、活性層である１層３から発光する。 このように、活性層である１層に電子線が照射された発
光ダイオードは、電子線を照射する前に比べて、可視光
帯域の輝度が向上した。また、スベクルでは青色の輝度
が向上し、青色以外のスペクトルの輝度が低下した。又
、長時間に渡って安定した発光特性が得られた。 本発明者は、更に、活性層である１層３における不純物
濃度と電子線照射による効果との関係を詳しく調べるた
め、不純物濃度が異なるＧａＮ Ｍを各種試料として製
造した。その不純物濃度が異なるＧａＮ層は、サファイ
ア基板上に亜鉛をドープしながらＭＯＰＶＥにより５−
の厚さに気相成長されたものである。 実験１ 亜鉛を１．４ｘｌ×１０２０ｃｍ弓ドープしたＧａＮ層
に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０
．１圓φ、試料電流は３２μＡ１加速電圧は６ｋＶ、１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ”であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第２図に示す。 第２図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２４ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により２０倍に向上
した。それに対し、波長６６０ｎｍにおけるフォトルミ
ネッセンス強度は電子線の照射により１１５に減少した
。このことから、電子線の照射により発光色が青色に推
移すると共にその発光輝度が大きくなったのが分る。 実験２ 亜鉛を１．７ｘｌ×１０２０ｃｍ−”ドープしたＧａＮ
層に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約
０．１圓φ、試料電流は２０μＡ１加速電圧は６ｋＶ、
１スポツトの照射時間は２分、走査面積は９ｍｍ”であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第３図に示す。 第３図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４３６ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により照射前の波長
４２０ｎｍのおけるフォトルミネッセンス強度より４倍
向上している。 青色以外のスペクトルが観測されないのは、不純物濃度
が低くなったためであると考えられる。 実験３ 亜鉛を１．６×１０”ｃｌ’ドープしたＧａＮ層に、表
面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０．１１
１ｍφ、試料電流は３０ＩＪＡ、加速電圧は６ｋＶ、１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は９ ＋＋ｕｎ’
である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第４図に示す。 第４図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２８ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１０倍に向上
している。 実験３は実験２と比べて不純物濃度がｊ子ぼ等しく、加
速電圧が等しく、試料電流を大きくしていることから、
電子線照射時の試料電流が増加すると、青色の発光輝度
がより向上することが理解される。 実験４ 亜鉛を１．１ｘｌ×１０２０ｃｌ’ドープしたＧａＮ層
に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０
．１ｍｍφ、試料電流は３０μＡ、加速電圧は６ｋＬ１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ２であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第５図に示す。 ′ｆｒ、５図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、
曲線Ａが照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおける
フォトルミネッセンス強度は電子線の照射により２．５
倍に向上している。それに対し、波長６５６ｎｍにおけ
るフォトルミネッセンス強度は電子線の照射により１／
２に減少した。このことから、電子線の照射により、発
光色の青色への単色化が行われたことが分る。 実験５ 亜鉛を１．９×１０２０ｃｍ−３ドープしたＧａＮ層に
、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０．
１ｍｍφ、試料電流は２０μＡ１加速電圧は６ｋＶ、照
射時間は２分、走査面積は９ｍｍ”である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第６図に示す。 第６図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１０倍に向上
している。それに対し、波長６５６ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１／２に減少
した。このことから、電子線の照射により、発光色の青
色への単色化が行われることが分る。 実験６ 亜鉛を１．２ｘｌ×１０２０ｃｍ−’ドープしたＧａＮ
層に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約
０．１ｍｍφ、試料電流は３０μＡ、加速電圧は６ｋＶ
、照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ ２である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第７図に示す。 第７図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により４倍に向上し
ている。それに対し、波長６５６ｎｍにおけるフォトル
ミネッセンス強度は電子線の照射により１／２に減少し
た。このことから、電子線の照射により、発光色の青色
への単色化が行われることが分る。 結論 上記の実験から次のことが分かった。 （１）電子線の照射により波長的４２０ｎｍの青色の発
光輝度が向上する。 （２）電子線の照射により波長的６５６ｎｍの赤色の発
光輝度が減少する。 （３）同一の不純物濃度の場合には、電子線照射時にお
ける試料電流が大きい程上記（１）、（２）の効果が顕
著である。 尚、試料温度が上昇すると悪影響をもたらすため、電子
線の照射面積は小さくし短時間で処理されることか必要
である。従って照射面積は１ｍｍφ以下が好ましい。ま
た加速電圧は９ｋＶ以下であることが好ましい。
ＰＥ Ｊと記す）による気相成長により第１図に示す構
造に作成された。 用いられたガスはｘＮＨ，とキャリアガスＩＩｓ、 Ｎ
。 とトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ１ｌ−）＋） （以下
ｒＴＭＧ」と記す）とドーパントガスとしてのジエチル
亜鉛（Ｚｎ （Ｃ２１１５） ２） （以下［口ＥＺ
Ｊと記す）である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した０面を主面と
する単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応
室に載置されたサセプタに装着する。 次に、反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに減圧し、Ｈ２を流
速０．３１７分で反応室に流しながら温度１１００℃で
サファイア基板１を気相エツチングした。 次に、サファイア基板１の温度を６００℃に保持し、■
２を２．５ｊ！／分ｘＮＨ，を１．５ｊ！／分、ＴＵＧ
を１、７Ｘ １０−ｓモル／分で３０分間供給し、膜厚
的３μｓのＧａＮからなる８層２を形成した。 次に、上記のように表面に８層２の形成されたサファイ
ア基板１を反応室から取り出し、ホトリソグラフィ、エ
ツチング工程等をへてｘＮ層２上の不純物のドープされ
た半導体を気相成長させない部分にマスクを形成した。 その後、このマスクの形成されたサファイア基板１を洗
浄後、再度、サセプタに装着し、反応室の圧力を前と同
一の状態とした。そして、前と同様に気相エツチングし
た後、サファイア基板１の温度を７００℃に保持し、１
１□を２．５１／分ｘＮＨ，を１．５ｊ！／分、ＴＭＧ
ヲ１，７Ｘ１０−’モル／分、［ｌＥＺ ヲ５Ｘ １
０−’モル／分で５分間供給して、■型のＧａＮから成
る１層３を膜厚１． ｏＩＩｆｎに形成した。 その後、反応室から表面に上記のように８層２及び１層
３の成長されたサファイア基板１を取り出し、マスクを
除去して洗浄した後、活性層としての１層３に改良され
た反射電子線回折装置を用いて電子線を照射した。改良
された反射電子線回折装置は、加速電圧を５０ＫＶ以下
、試料電流を１ｍＡ以下の全範囲にわたり連続的に変化
することができる。 活性層である１層３に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ、
試料電流０．２μＡ〜１ｍＡの条件下で、電子線を照射
した後、８層２と１層３の上にアルミニウム電極４．５
をそれぞれ蒸着した。そして、サファイア基板１を所定
の大きさにカッティングして、電極４，５にそれぞれリ
ード線６，７を接続して発光ダイオードを作成した。 この発光ダイオードは、１層３を８層２に対し正電位と
することにより、１層３に８層２から注入された電子の
再結合により、活性層である１層３から発光する。 このように、活性層である１層に電子線が照射された発
光ダイオードは、電子線を照射する前に比べて、可視光
帯域の輝度が向上した。また、スベクルでは青色の輝度
が向上し、青色以外のスペクトルの輝度が低下した。又
、長時間に渡って安定した発光特性が得られた。 本発明者は、更に、活性層である１層３における不純物
濃度と電子線照射による効果との関係を詳しく調べるた
め、不純物濃度が異なるＧａＮ Ｍを各種試料として製
造した。その不純物濃度が異なるＧａＮ層は、サファイ
ア基板上に亜鉛をドープしながらＭＯＰＶＥにより５−
の厚さに気相成長されたものである。 実験１ 亜鉛を１．４ｘｌ×１０２０ｃｍ弓ドープしたＧａＮ層
に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０
．１圓φ、試料電流は３２μＡ１加速電圧は６ｋＶ、１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ”であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第２図に示す。 第２図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２４ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により２０倍に向上
した。それに対し、波長６６０ｎｍにおけるフォトルミ
ネッセンス強度は電子線の照射により１１５に減少した
。このことから、電子線の照射により発光色が青色に推
移すると共にその発光輝度が大きくなったのが分る。 実験２ 亜鉛を１．７ｘｌ×１０２０ｃｍ−”ドープしたＧａＮ
層に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約
０．１圓φ、試料電流は２０μＡ１加速電圧は６ｋＶ、
１スポツトの照射時間は２分、走査面積は９ｍｍ”であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第３図に示す。 第３図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４３６ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により照射前の波長
４２０ｎｍのおけるフォトルミネッセンス強度より４倍
向上している。 青色以外のスペクトルが観測されないのは、不純物濃度
が低くなったためであると考えられる。 実験３ 亜鉛を１．６×１０”ｃｌ’ドープしたＧａＮ層に、表
面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０．１１
１ｍφ、試料電流は３０ＩＪＡ、加速電圧は６ｋＶ、１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は９ ＋＋ｕｎ’
である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第４図に示す。 第４図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２８ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１０倍に向上
している。 実験３は実験２と比べて不純物濃度がｊ子ぼ等しく、加
速電圧が等しく、試料電流を大きくしていることから、
電子線照射時の試料電流が増加すると、青色の発光輝度
がより向上することが理解される。 実験４ 亜鉛を１．１ｘｌ×１０２０ｃｌ’ドープしたＧａＮ層
に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０
．１ｍｍφ、試料電流は３０μＡ、加速電圧は６ｋＬ１
スポツトの照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ２であ
る。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第５図に示す。 ′ｆｒ、５図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、
曲線Ａが照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおける
フォトルミネッセンス強度は電子線の照射により２．５
倍に向上している。それに対し、波長６５６ｎｍにおけ
るフォトルミネッセンス強度は電子線の照射により１／
２に減少した。このことから、電子線の照射により、発
光色の青色への単色化が行われたことが分る。 実験５ 亜鉛を１．９×１０２０ｃｍ−３ドープしたＧａＮ層に
、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約０．
１ｍｍφ、試料電流は２０μＡ１加速電圧は６ｋＶ、照
射時間は２分、走査面積は９ｍｍ”である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第６図に示す。 第６図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１０倍に向上
している。それに対し、波長６５６ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により１／２に減少
した。このことから、電子線の照射により、発光色の青
色への単色化が行われることが分る。 実験６ 亜鉛を１．２ｘｌ×１０２０ｃｍ−’ドープしたＧａＮ
層に、表面に垂直に電子線を入射させた。照射面積は約
０．１ｍｍφ、試料電流は３０μＡ、加速電圧は６ｋＶ
、照射時間は２分、走査面積は１６ｍｍ ２である。 この試料の電子線の照射前後におけるフォトルミネッセ
ンス強度特性の測定結果を第７図に示す。 第７図において、曲線Ｂが照射前の特性を示し、曲線Ａ
が照射後の特性を示す。波長４２０ｎｍにおけるフォト
ルミネッセンス強度は電子線の照射により４倍に向上し
ている。それに対し、波長６５６ｎｍにおけるフォトル
ミネッセンス強度は電子線の照射により１／２に減少し
た。このことから、電子線の照射により、発光色の青色
への単色化が行われることが分る。 結論 上記の実験から次のことが分かった。 （１）電子線の照射により波長的４２０ｎｍの青色の発
光輝度が向上する。 （２）電子線の照射により波長的６５６ｎｍの赤色の発
光輝度が減少する。 （３）同一の不純物濃度の場合には、電子線照射時にお
ける試料電流が大きい程上記（１）、（２）の効果が顕
著である。 尚、試料温度が上昇すると悪影響をもたらすため、電子
線の照射面積は小さくし短時間で処理されることか必要
である。従って照射面積は１ｍｍφ以下が好ましい。ま
た加速電圧は９ｋＶ以下であることが好ましい。
第１図は本発明の具体的な一実施例方法により製造され
る発光ダイオードの構成を示した断面図。 第２図〜第７図は、Ｚｎ不純物をドープしたＧａＮ層の
電子線照射前後によるフォトルミネッセンス強度特性の
測定図である。
る発光ダイオードの構成を示した断面図。 第２図〜第７図は、Ｚｎ不純物をドープしたＧａＮ層の
電子線照射前後によるフォトルミネッセンス強度特性の
測定図である。
Claims (2)
- （１）不純物のドープされた単結晶Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿
−＿ｘＮ（Ｘ＝０を含む）から成る層を活性層とする発
光素子の製造方法において、 前記活性層に、加速電圧０．１ｋＶ〜９ｋＶ、試料電流
０．２μＡ〜１ｍＡの条件下で、電子線を照射すること
を特徴とする発光素子の製造方法。 - （２）前記活性層は亜鉛（Ｚｎ）が不純物濃度ｌ×１０
＾２＾０ｃｍ＾−以上にドープされたＧａＮから成るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の発光素子の
製造方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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ID=16292065
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- 1988-08-01 JP JP19248488A patent/JP2829311B2/ja not_active Expired - Lifetime
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