JPH03252178A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH03252178A JPH03252178A JP2050212A JP5021290A JPH03252178A JP H03252178 A JPH03252178 A JP H03252178A JP 2050212 A JP2050212 A JP 2050212A JP 5021290 A JP5021290 A JP 5021290A JP H03252178 A JPH03252178 A JP H03252178A
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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
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に関する。
子に関する。
従来、青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合
物半導体は直接遷移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。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、N導電型のGaN系
の化合物半導体から成るN層を成長させ、そのN層の上
にP型不純物を添加してI型のGaN系の化合物半導体
から成る1層を成長させた構造をとっている(特開昭6
2−119196号公報、特開昭63−188977号
公報)。
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合
物半導体は直接遷移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。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、N導電型のGaN系
の化合物半導体から成るN層を成長させ、そのN層の上
にP型不純物を添加してI型のGaN系の化合物半導体
から成る1層を成長させた構造をとっている(特開昭6
2−119196号公報、特開昭63−188977号
公報)。
しかし、上記構造の発光ダイオードの発光強度は未だ十
分ではなく、改良が望まれている。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの青色の発光強度を向上させることである
。
分ではなく、改良が望まれている。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発
光ダイオードの青色の発光強度を向上させることである
。
本発明は、N型の窒化ガリウム系化合物半導体(Aj!
xGa+−J:X=0を含む)からなるN層と、P型不
純物を添加したI型の窒化ガリウム系化合物半導体(A
lxGa1−xN;X=Oを含む)からなる1層とを有
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、1
層を、N層と接合する側から順に、P型不純物が比較的
低濃度の低不純物濃度IL層とP型不純物が比較的高濃
度の高不純物濃度IH層との一重層構造としたことを特
徴とする。 尚、上記低不純物濃度IL層の不純物濃度はlX101
′〜5×101s/cff!で膜厚はO−01〜1 u
sが望ましい。不純物濃度が5X10”/cnf以上と
なると発光ダイオードの直列抵抗が増大したり、立上が
り電圧が上昇するので望ましくなく、lXl0”/ca
t以下となるとN導電型となるので望ましくない。 又、膜厚が1μs以上となると発光ダイオードの直列抵
抗が増大したり、立上がり電圧が上昇するので望ましく
なく、膜厚が0.0ban以下となると従来構造と等し
くなるので望ましくない。 更に、高不純物濃度■8層の不純物濃度は1×lO””
5x 10”/ cutで膜厚は0.02〜0.3μ
sが望ましい。不純物濃度が5xlQ”/ca!cut
なると結晶性が悪化するので望ましくなく、lXl0”
/co!cutなると発光強度が低下するので望ましく
ない。 又、膜厚が0.3層m以上きなると発光ダイオードの直
列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇するので望ま
しくなく、膜厚が0. O2Am以下となると1層が破
壊されるので望ましくない。
xGa+−J:X=0を含む)からなるN層と、P型不
純物を添加したI型の窒化ガリウム系化合物半導体(A
lxGa1−xN;X=Oを含む)からなる1層とを有
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、1
層を、N層と接合する側から順に、P型不純物が比較的
低濃度の低不純物濃度IL層とP型不純物が比較的高濃
度の高不純物濃度IH層との一重層構造としたことを特
徴とする。 尚、上記低不純物濃度IL層の不純物濃度はlX101
′〜5×101s/cff!で膜厚はO−01〜1 u
sが望ましい。不純物濃度が5X10”/cnf以上と
なると発光ダイオードの直列抵抗が増大したり、立上が
り電圧が上昇するので望ましくなく、lXl0”/ca
t以下となるとN導電型となるので望ましくない。 又、膜厚が1μs以上となると発光ダイオードの直列抵
抗が増大したり、立上がり電圧が上昇するので望ましく
なく、膜厚が0.0ban以下となると従来構造と等し
くなるので望ましくない。 更に、高不純物濃度■8層の不純物濃度は1×lO””
5x 10”/ cutで膜厚は0.02〜0.3μ
sが望ましい。不純物濃度が5xlQ”/ca!cut
なると結晶性が悪化するので望ましくなく、lXl0”
/co!cutなると発光強度が低下するので望ましく
ない。 又、膜厚が0.3層m以上きなると発光ダイオードの直
列抵抗が増大したり、立上がり電圧が上昇するので望ま
しくなく、膜厚が0. O2Am以下となると1層が破
壊されるので望ましくない。
本発明は、1層を、N層と接合する側から順に、P型不
純物が比較的低濃度の低不純物濃度IL層とP型不純物
が比較的高濃度の高不純物濃度111層との二重層構造
としたことで、発光ダイオードの青色の発光強度を増加
させることができた。 即ち、N層から電子が注入されるとき、N層に接合する
1層を低不純物濃度IL層とすることで、電子はその低
不純物濃度IL層及びその近傍でトラップされることな
く、次の高不純物濃度1□層に注入される。このため、
電子は発光効率の悪いN層に接合した低不純物濃度11
層を通過して、高不純物濃度I@層に至り、その高不純
物濃度11層において、高効率で発光することになる。
純物が比較的低濃度の低不純物濃度IL層とP型不純物
が比較的高濃度の高不純物濃度111層との二重層構造
としたことで、発光ダイオードの青色の発光強度を増加
させることができた。 即ち、N層から電子が注入されるとき、N層に接合する
1層を低不純物濃度IL層とすることで、電子はその低
不純物濃度IL層及びその近傍でトラップされることな
く、次の高不純物濃度1□層に注入される。このため、
電子は発光効率の悪いN層に接合した低不純物濃度11
層を通過して、高不純物濃度I@層に至り、その高不純
物濃度11層において、高効率で発光することになる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
第1図において、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に500人の
AIN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、膜厚的22μsのGaNから成る
8層3と、Zn濃度5X10”/ cutの低不純物濃
度IL層5、Zn濃度2X 10”/ crlの高不純
物濃度Ig層6とが形成されている。そして、高不純物
濃度I8層6に接続するアルミニウムで形成された電極
7と8層3に接続するアルミニウムで形成された電極8
とが形成されている。 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rMOVPE J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、NH5とキャリアガスH2とトリメ
チルガリウム(Ga (CL) a) (以下rTMG
Jと記す)とトリメチルアルミニウム(AI(C)1
3)a) (以下rTMA」と記す)とジエチル亜鉛(
以下rDEZJと記す)である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した6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、常圧でH2を流速217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、温度を400℃まで低下させて、H2を流速20
1/分、NH3を流速101/分、TMAをIH8X
10−Sモル7分で供給してAINのバッファ層2が約
500人の厚さに形成された。 次に、TMAの供給を停止して、サファイア基板1の温
度を1150℃に保持し、H2を201/分、NH8を
101/分、TMGをIH7X 10−’モルフ分、膜
厚的4μs、キャリア濃度5X10”/ crlのGa
Nから成る8層3を形成した。 次に、サファイア基板1を1000℃にして、H2を2
01/分、NH3を101/分、TMGをIH7X 1
0−’モル/分、DEZをIH5X 10−’モル/分
の割合で供給して、膜厚0.2Iffi、GaNから戊
るZn濃度5X10”/−の低不純物濃度11層5を形
成した。 続いて、サファイア基板1を900℃にして、H2を2
01/分、N1IHを101/分、TMGをIH7 X
l0−’モル/分、DEZをIH5X 10−’モル/
分の割合で供給して、膜厚0.2虜、GaNから成るZ
n濃度2X 10”/dの高不純物濃度■。層6を形成
した。 このようにして、第2図に示すような多層構造が得られ
た。 次に、第3図に示すように、高不純物濃度IL層6の上
に、スパッタリングにより5102層11を2000人
の厚さに形成した。次に、その8102層11上ニフオ
トレジスト12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12を8層3に対する電極形成部位
のフォトレジストを除去したパターンに形成した。 次に、第4図に示すように、フォトレジスト12によっ
て覆われていない5層02層11をフッ酸系エツチング
液で除去した。 次に、第5図に示すように、フォトレジスト12及び5
102層11によって覆われていない部位の高不純物濃
度18層6とその下の低不純物濃度I、層5と8層3の
上面一部を、真空度0.04Torr。 高周波電力0.44W/co!、CCj!ahガスを1
0cc/分供給してドライエツチングした後、Arでド
ライエツチングした。 次に、第6図に示すように、In層6上に残っているS
+Oa層11をフッ酸で除去した。 次に、第7図に示すように、試料の上全面にA113を
蒸着により形成した。そして、そのA1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8層3及び高不純物濃度I
下層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。 次に、第7図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AI層13の露出部を硝酸系エツチン
グ液でエツチングし、フォトレジスト14をアセトンで
除去し、8層3の電極8、IHN層の電極7を形成した
。 このようにして、第1図に示す構造の旧S (Meta
]−1nsu lator−5層m 1conduct
or)構造の窒化ガリウム系発光素を製造することがで
きる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.2n+cdであった。 これは、単純にキャリア濃度2X 10”/ crl、
厚さ0.2即の1層とキャリア濃度5x 1017/
cat、厚さ4unのN層とを接続した従来の発光ダイ
オードに比べて、発光強度が4倍に向上した。 又、発光面を観察した所、発光点の数が増加しているこ
とも観察された。 尚、高不純物濃度I□層6の不純物濃度を各種変化させ
た上記構造の試料を製造して、不純物濃度と発光強度及
び発光スペクトラムとの関係を測定した。その結果を、
第8図に示す。 不純物濃度が増加するに連れて、発光強度が増加する。 しかし、発光波長は幾分、赤色側に変位するが約485
0人で安定することが分かる。
板1を有しており、そのサファイア基板1に500人の
AIN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、膜厚的22μsのGaNから成る
8層3と、Zn濃度5X10”/ cutの低不純物濃
度IL層5、Zn濃度2X 10”/ crlの高不純
物濃度Ig層6とが形成されている。そして、高不純物
濃度I8層6に接続するアルミニウムで形成された電極
7と8層3に接続するアルミニウムで形成された電極8
とが形成されている。 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rMOVPE J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、NH5とキャリアガスH2とトリメ
チルガリウム(Ga (CL) a) (以下rTMG
Jと記す)とトリメチルアルミニウム(AI(C)1
3)a) (以下rTMA」と記す)とジエチル亜鉛(
以下rDEZJと記す)である。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した6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、常圧でH2を流速217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、温度を400℃まで低下させて、H2を流速20
1/分、NH3を流速101/分、TMAをIH8X
10−Sモル7分で供給してAINのバッファ層2が約
500人の厚さに形成された。 次に、TMAの供給を停止して、サファイア基板1の温
度を1150℃に保持し、H2を201/分、NH8を
101/分、TMGをIH7X 10−’モルフ分、膜
厚的4μs、キャリア濃度5X10”/ crlのGa
Nから成る8層3を形成した。 次に、サファイア基板1を1000℃にして、H2を2
01/分、NH3を101/分、TMGをIH7X 1
0−’モル/分、DEZをIH5X 10−’モル/分
の割合で供給して、膜厚0.2Iffi、GaNから戊
るZn濃度5X10”/−の低不純物濃度11層5を形
成した。 続いて、サファイア基板1を900℃にして、H2を2
01/分、N1IHを101/分、TMGをIH7 X
l0−’モル/分、DEZをIH5X 10−’モル/
分の割合で供給して、膜厚0.2虜、GaNから成るZ
n濃度2X 10”/dの高不純物濃度■。層6を形成
した。 このようにして、第2図に示すような多層構造が得られ
た。 次に、第3図に示すように、高不純物濃度IL層6の上
に、スパッタリングにより5102層11を2000人
の厚さに形成した。次に、その8102層11上ニフオ
トレジスト12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12を8層3に対する電極形成部位
のフォトレジストを除去したパターンに形成した。 次に、第4図に示すように、フォトレジスト12によっ
て覆われていない5層02層11をフッ酸系エツチング
液で除去した。 次に、第5図に示すように、フォトレジスト12及び5
102層11によって覆われていない部位の高不純物濃
度18層6とその下の低不純物濃度I、層5と8層3の
上面一部を、真空度0.04Torr。 高周波電力0.44W/co!、CCj!ahガスを1
0cc/分供給してドライエツチングした後、Arでド
ライエツチングした。 次に、第6図に示すように、In層6上に残っているS
+Oa層11をフッ酸で除去した。 次に、第7図に示すように、試料の上全面にA113を
蒸着により形成した。そして、そのA1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8層3及び高不純物濃度I
下層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。 次に、第7図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AI層13の露出部を硝酸系エツチン
グ液でエツチングし、フォトレジスト14をアセトンで
除去し、8層3の電極8、IHN層の電極7を形成した
。 このようにして、第1図に示す構造の旧S (Meta
]−1nsu lator−5層m 1conduct
or)構造の窒化ガリウム系発光素を製造することがで
きる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.2n+cdであった。 これは、単純にキャリア濃度2X 10”/ crl、
厚さ0.2即の1層とキャリア濃度5x 1017/
cat、厚さ4unのN層とを接続した従来の発光ダイ
オードに比べて、発光強度が4倍に向上した。 又、発光面を観察した所、発光点の数が増加しているこ
とも観察された。 尚、高不純物濃度I□層6の不純物濃度を各種変化させ
た上記構造の試料を製造して、不純物濃度と発光強度及
び発光スペクトラムとの関係を測定した。その結果を、
第8図に示す。 不純物濃度が増加するに連れて、発光強度が増加する。 しかし、発光波長は幾分、赤色側に変位するが約485
0人で安定することが分かる。
第1図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図、第2図乃至第7図は同実施例
の発光ダイオードの製造工程を示した断面図、第8図は
高不純物濃度18層の不純物濃度と発光強度及び発光波
長との関係を示した測定図である。 10 発光ダイオード 1 サファイア基板2 バッフ
ァ層 ・3 N層 5 低不純物濃度I4層
ドの構成を示した構成図、第2図乃至第7図は同実施例
の発光ダイオードの製造工程を示した断面図、第8図は
高不純物濃度18層の不純物濃度と発光強度及び発光波
長との関係を示した測定図である。 10 発光ダイオード 1 サファイア基板2 バッフ
ァ層 ・3 N層 5 低不純物濃度I4層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 N型の窒化ガリウム系化合物半導体(Al_xGa_1
_−_xN;X=0を含む)からなるN層と、P型不純
物を添加したI型の窒化ガリウム系化合物半導体(Al
_xGa_1_−_xN;X=0を含む)からなるI層
とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子におい
て、 前記I層を、前記N層と接合する側から順に、前記P型
不純物が比較的低濃度の低不純物濃度I_L層と前記P
型不純物が比較的高濃度の高不純物濃度I_H層との二
重層構造としたことを特徴とする発光素子。
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5021290A JP2681094B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
EP91102921A EP0444630B1 (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
CA002037198A CA2037198C (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
DE69126152T DE69126152T2 (de) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Gallium-Nitrid-Verbindung |
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