JPH05308156A - 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

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JPH05308156A
JPH05308156A JP13771592A JP13771592A JPH05308156A JP H05308156 A JPH05308156 A JP H05308156A JP 13771592 A JP13771592 A JP 13771592A JP 13771592 A JP13771592 A JP 13771592A JP H05308156 A JPH05308156 A JP H05308156A
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JP
Japan
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layer
impurity concentration
light emitting
compound semiconductor
type layer
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JP13771592A
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English (en)
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Katsuhide Manabe
勝英 真部
Norikatsu Koide
典克 小出
Junichi Umezaki
潤一 梅崎
Shizuyo Noiri
静代 野杁
Michinari Sasa
道成 佐々
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】GaN 系の化合物半導体の発光ダイオードの青色
の発光強度の向上。 【構成】N型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlXGa
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(AlXGa1-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、I層を、N層4と接合する側
からP型不純物濃度が比較的低濃度の低不純物濃度IL
層と、P型不純物濃度が比較的高濃度の高不純物濃度I
H 層とを1周期として、複数周期繰り返して形成して形
成したことを特徴とする。この構造により電子、正孔の
注入効率が向上した。又、N層4と低不純物濃度IL
1 との接合面、低不純物濃度IL 層と高不純物濃度I
H 層との各接合面で発光し、発光輝度が向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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。
【0002】
【従来技術】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。
【0003】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高キャリア濃度N+
と低キャリア濃度N層と、その低キャリア濃度N層の上
に低不純物濃度IL 層と高不純物濃度IH 層とを成長さ
せた構造をとっている(特開平3-252177号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、N型の窒化ガ
リウム系化合物半導体(AlXGa1-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(AlXGa1-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、
I層を、N層と接合する側からP型不純物濃度が比較的
低濃度の低不純物濃度IL 層と、P型不純物濃度が比較
的高濃度の高不純物濃度IH 層とを1周期として、複数
周期繰り返して形成したことを特徴とする。
【0006】P型不純物としては例えばZnである。各I
層の厚さは、形成する層の総数にもよるが、2 ×4 層で
は、約50〜1000Åの範囲が望ましい。
【0007】P型不純物としてZnを用いた場合には、不
純物濃度は、低不純物濃度IL 層が1 ×1017〜 5×1018
/cm3 、高不純物濃度IH 層が 1×1019〜 1×1021/cm
3 の範囲が望ましい。又、I層の最上層には更に不純物
濃度の高い超高不純物濃度ISH層を設けるのが望まし
い。その超高不純物濃度ISH層のZn濃度は 1×1020〜1
×1022/cm3 が望ましい。
【0008】
【発明の作用及び効果】本発明は、I層を、N層と接合
する側からP型不純物濃度が比較的低濃度の低不純物濃
度IL 層と、P型不純物濃度が比較的高濃度の高不純物
濃度IH 層とを1周期として、複数周期繰り返して形成
したので、電子及び正孔の注入効率が向上すると共に、
発光部分がN層と低不純物濃度IL 層との接合面、各低
不純物濃度IL 層と各高不純物濃度IH 層との各接合面
から発光するようになったため発光輝度が向上した。
【0009】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。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2.2 μm、キャリア濃度
1.5×1018/ cm3 のGaNから成る高キャリア濃度N+
3、膜厚約1.1 μm、キャリア濃度1×1015/ cm3 のGa
N から成る低キャリア濃度N層4、薄膜の多重層から成
るI層5が形成されている。I層5は、膜厚約500 Å、
Zn濃度 2×1018/ cm3 の低不純物濃度IL層L1 、膜厚
約500 Å、Zn濃度 1×1020/ cm3 の高不純物濃度IH
1 を1周期として5周期繰り返し形成された多重層構
造と、さらに、最上層に形成された膜厚0.2 μmのZn濃
度がさらに高い超高不純物濃度ISH層6で構成されてい
る。そして、超高不純物濃度ISH層6に接続するアルミ
ニウムで形成された電極7と高キャリア濃度N+ 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。
【0010】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とトリメチルガリウム(Ga(CH3)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) とシラン(SiH4)とジエ
チル亜鉛(以下「DEZ 」と記す) である。
【0011】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
c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 2Liter /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。
【0012】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2
20Liter /分、NH3 を10Liter /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。
【0013】次に、サファイア基板1の温度を1150℃に
保持し、H2を20Liter /分、NH3 を10Liter /分、TMG
を 1.7×10-4モル/分、H2で 0.86ppmまで希釈したシラ
ン(SiH4)を 200mLiter/分の割合で30分間供給し、膜厚
約 2.2μm、キャリア濃度 1.5×1018/ cm3 のGaN から
成る高キャリア濃度N+ 層3を形成した。
【0014】続いて、サファイア基板1の温度を1150℃
に保持し、H2を20Liter /分、NH3を10Liter /分、TMG
を1.7×10-4モル/分の割合で15分間供給し、膜厚約1.
1μm、キャリア濃度1×1015/ cm3 のGaN から成る低キ
ャリア濃度N層4を形成した。
【0015】次に、サファイア基板1を 900℃にして、
2 を20Liter /分、NH3 を10Liter /分、TMG を 1.7
×10-4モル/分、DEZ を 3×10-6モル/分の割合で 0.7
分間供給して、膜厚500 Å、GaN から成るZn濃度 2×10
18/ cm3 の低不純物濃度IL層L1 を形成した。
【0016】続いて、サファイア基板1を 900℃にし
て、H2 を20Liter /分、NH3 を10Liter /分、TMG を
1.7×10-4モル/分、DEZ を 1.5×10-4モル/分の割合
で 0.7分間供給して、膜厚 500Å、GaN から成るZn濃度
1×1020/ cm3 の高不純物濃度IH 層H1 を形成した。
【0017】続いて、上記の低不純物濃度IL 層と高不
純物濃度IH 層の形成工程を、さらに、4周期繰り返し
て、全体として5周期の多重構造を得た。続いて、サフ
ァイア基板1を 900℃にして、H2 を20Liter /分、NH
3 を10Liter /分、TMG を 1.7×10-4モル/分、DEZ を
4.5×10-4モル/分の割合で3分間供給して、膜厚0.2
μm、GaN から成るZn濃度 3×1020/ cm3 の超高不純物
濃度ISH層6を形成した。このようにして、図2に示す
ような多層構造が得られた。
【0018】次に、図3に示すように、超高不純物濃度
SH層6の上に、スパッタリングによりSiO2層11を20
00Å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を塗布して、フォトリソグラフにより、
そのフォトレジスト12を高キャリア濃度N+ 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。
【0019】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
位の超高不純物濃度ISH層6、多重層構造のI層5、低
キャリア濃度N層4及び高キャリア濃度N+ 層3の上面
一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm3 、CCl2
F2ガスを10cc/ 分でドライエッチングした後、Arでドラ
イエッチングした。
【0020】次に、図6に示すように、超高不純物濃度
SH層6上に残っているSiO2層11をフッ酸で除去し
た。次に、図7に示すように、試料の上全面に、Al層1
3を蒸着により形成した。そして、そのAl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3
及び超高不純物濃度ISH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。
【0021】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Al層13の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングし、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3の電極8、超
高不純物濃度ISH層6の電極7を形成した。
【0022】このようにして、図1に示すようにMIS(Me
ta- l-Insulator-Semiconductor)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、
2mcdであった。これは、従来の発光ダイオードに比べ
て、発光強度が10倍に向上した。又、発光面を観察した
所、発光点の数が飛躍的に増加していることも観察され
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。 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…低キャリア濃度N層 5…第I層 6…超高不純物濃度ISH層 L1,〜L5 …低不純物濃度IL 層 H1,〜H5 …高不純物濃度IH 層 7,8…電極
フロントページの続き (72)発明者 梅崎 潤一 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 野杁 静代 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 佐々 道成 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N型の窒化ガリウム系化合物半導体(Alx
    Ga1-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(AlXGa1-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P型不純物濃度
    が比較的低濃度の低不純物濃度IL 層と、P型不純物濃
    度が比較的高濃度の高不純物濃度IH 層とを1周期とし
    て、複数周期繰り返して形成して形成したことを特徴と
    する発光素子。
JP13771592A 1992-04-28 1992-04-28 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 Pending JPH05308156A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0703631A1 (en) * 1994-09-20 1996-03-27 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound
US8934513B2 (en) 1994-09-14 2015-01-13 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor

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