JPH06151965A - 窒素−3属元素化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒素−3属元素化合物半導体発光素子Info
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- JPH06151965A JPH06151965A JP31660092A JP31660092A JPH06151965A JP H06151965 A JPH06151965 A JP H06151965A JP 31660092 A JP31660092 A JP 31660092A JP 31660092 A JP31660092 A JP 31660092A JP H06151965 A JPH06151965 A JP H06151965A
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Abstract
発光寿命の向上 【構成】サファイア基板1に、順に、500 ÅのAlN のバ
ッファ層2、膜厚約2.2μm、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3、
膜厚約 1.5μm、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープGa
N から成る低キャリア濃度n層4、膜厚約0.5 μm、ホ
ール濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN から成る低キャリ
ア濃度p層51、膜厚約0.2 μm、ホール濃度2 ×1017
/cm3の高キャリア濃度p+ 層52が形成されている。n
層はp層に近い順に、低キャリア濃度n層4と高キャリ
ア濃度n+ 層3の2重構造であり、p層はn層から近い
順に、低キャリア濃度p層51と高キャリア濃度p+ 層
52の2重構造である。この結果、発光輝度及び素子寿
命の向上が見られた。
Description
素化合物半導体発光素子に関する。
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。
子線を照射することによりp型のGaN が得られることが
明らかとなった。この結果、従来のn層と半絶縁層(i
層)との接合に換えてpn接合を有するGaN 発光ダイオ
ードが提案されている。
合を有する発光ダイオードであっても、発光輝度は未だ
十分ではなく、また、寿命に関しても十分なものが得ら
れていない。そこで、本発明の目的は、窒素−3属元素
化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む)
発光ダイオードの発光輝度を向上させること及び素子寿
命を長期化することである。
3属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) からなるn層と、p型の窒素−3属元素化合物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からな
るp層とを有する窒素−3属元素化合物半導体発光素子
において、n層を、p層と接合する側から順に、低キャ
リア濃度n層と高キャリア濃度n+ 層との二重構造と
し、p層を、n層と接合する側から順に、低キャリア濃
度p層と高キャリア濃度p+ 層との二重構造としたこと
を特徴とする。
びp 型の層は、キャリア濃度が 1×1014〜1 ×1016/cm3
の範囲で略等しいことが望ましい。
層のキャリア濃度を低くし、pn接合から遠ざかる側の
層のキャリア濃度を高くして、n層及びp層を共に二重
層に形成したので、発光輝度が向上した。発光輝度は10
mcd であり、この発光輝度は従来のpn接合GaN 発光ダ
イオードの発光輝度に比べて、2 倍に向上した。又、発
光寿命は104 時間であり、従来のpn接合GaN 発光ダイ
オードの発光寿命の1.5 倍である。
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、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
3、膜厚約 1.5μm、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドー
プGaN から成る低キャリア濃度n層4が形成されてい
る。更に、低キャリア濃度n層4の上には、順に、膜厚
約0.5 μm、ホール濃度1 ×1016/cm3のMgドープGaN か
ら成る低キャリア濃度p層51、膜厚約0.2 μm、ホー
ル濃度2×1017/cm3の高キャリア濃度p+ 層52が形成
されている。そして、高キャリア濃度p+ 層52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3に接続するニッケルで形成された電極8とが形成さ
れている。電極8と電極7とは、溝9により電気的に絶
縁分離されている。
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)とビス
シクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下
「CP2Mg 」と記す)である。
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。
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、H2を20 liter/分、NH3 を10 liter/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 200 ml/分の割合で30分間供給し、膜厚
約 2.2μm、電子濃度2×1018/cm3のGaN から成る高キ
ャリア濃度n+ 層3を形成した。
に保持し、H2を20 liter/分、NH3を10 liter/分、TMG
を1.7 ×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚約
1.5μm、電子濃度 1×1016/ cm3 のGaN から成る低キ
ャリア濃度n層4を形成した。
H2 を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を 1.7
×10-4モル/分、CP2Mg を 8×10-8モル/分の割合で 7
分間供給して、膜厚0.5 μmのGaN から成る低キャリア
濃度p層51を形成した。この状態では、低キャリア濃
度p層51は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体であ
る。
H2 を20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMG を 1.7
×10-4モル/分、CP2Mg を 3×10-7モル/分の割合で 3
分間供給して、膜厚0.2 μmのGaN から成る高キャリア
濃度p+ 層52を形成した。この状態では、高キャリア
濃度p+ 層52は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体
である。
の高キャリア濃度p+ 層52及び低キャリア濃度p層5
1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10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度0.2mm/
sec 、ビーム径60μmφ、真空度2.1 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、低キャリア濃度p層51
は、ホール濃度 1×1016/cm3、抵抗率40Ωcmのp伝導型
半導体となり、高キャリア濃度p+ 層52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。
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。
52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、高キャリア濃度p+ 層52上において、高キャリア
濃度n+ 層3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高キャリア濃度p+
層52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。
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
ない部位の高キャリア濃度p+ 層52とその下の低キャ
リア濃度p層51、低キャリア濃度n層4、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/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3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。
p+ 層52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3に電気的に接続されたNi層
13が形成される。そして、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3及び高
キャリア濃度p+ 層52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。
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3の電極8、高キャリア濃度p+ 層52
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。
10の発光強度を測定したところ10mcd であり、この発
光輝度は、従来のpn接合のGaN 発光ダイオードの発光
輝度に比べて 2倍であった。又、発光寿命は、104 時間
であり、従来のpn接合のGaN 発光ダイオードの発光寿
命に比べて1.5 倍であった。
ドーピングガスは、上述のガスの他、メチルビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウムMg(C6H7)2 を用いても良
い。
×1014〜 1×1016/cm3 で膜厚は 0.5〜 2μmが望まし
い。電子濃度が 1×1016/cm3 以上となると発光強度が
低下するので望ましくなく、 1×1014/cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が 2μm以上となると
発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱す
るので望ましくなく、膜厚が 0.5μm以下となると発光
強度が低下するので望ましくない。
は 1×1016〜 1×1019/cm3 で膜厚は 2〜10μmが望ま
しい。電子濃度が 1×1019/cm3 以上となると結晶性が
悪化するので望ましくなく、 1×1016/cm3 以下となる
と発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱
するので望ましくない。又、膜厚が10μm以上となると
基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μm以下と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくない。
濃度は1 ×1014〜 1×1016/cm3 で膜厚は0.2 〜1 μm
が望ましい。ホール濃度が 1×1016/cm3 以上となる
と、低キャリア濃度n層4とのマッチングが悪くなり発
光効率が低下するので望ましくなく、 1×1014/cm3 以
下となると、直列抵抗が高くなり過ぎるので望ましくな
い。又、膜厚が 1μm以上となると、直列抵抗が高くな
るので望ましくなく、膜厚が0.2 μm以下となると、発
光輝度が低下するので望ましくない。
濃度は 1×1016〜 2×1017/cm3 で、膜厚は0.2 μmが
望ましい。ホール濃度が 2×1017/cm3 以上のp+ 層は
できない。1 ×1016/cm3 以下となると、直列抵抗が高
くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μm以上とな
ると、直列抵抗が高くなるので望ましくなく、膜厚が0.
1 μm以下となると、ホールの注入効率が減少するので
望ましくない。
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、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
3、膜厚約 1.5μm、電子濃度 1×1016/cm3のノンドー
プGaN から成る低キャリア濃度n層4が形成されてい
る。更に、低キャリア濃度n層4の上には、順に、膜厚
約0.5 μm、Mg濃度 5×1019/cm3のMgドープGaN から成
る低不純物濃度i層61、膜厚約0.2 μm、Mg濃度 2×
1020/cm3の高不純物濃度i+ 層62が形成されている。
不純物濃度i+ 層62の所定領域には、それぞれ、電子
線照射によりp伝導型化したホール濃度 1×1016/cm3の
低キャリア濃度p層501、ホール濃度 2×1017/cm3の
高キャリア濃度p+ 層502が形成されている。
は、高不純物濃度i+ 層62、低不純物濃度i層61、
低キャリア濃度n層4を貫通して高キャリア濃度n+ 層
3に至る孔15が形成されている。その孔15を通って
高キャリア濃度n+ 層3に接合されたニッケルで形成さ
れた電極81が高不純物濃度i+ 層62上に形成されて
いる。又、高キャリア濃度p+ 層502の上面には、高
キャリア濃度p+ 層502に対するニッケルで形成され
た電極71が形成されている。高キャリア濃度n+ 層3
に対する電極81は、高キャリア濃度p+ 層502及び
低キャリア濃度p層501に対して高不純物濃度i+ 層
62及び低不純物濃度i層61により絶縁分離されてい
る。
造方法について説明する。製造工程を示す図9から図1
5は、ウエハにおける1素子のみに関する断面図であ
り、実際には図に示す素子が繰り返し形成されたウエハ
に関して次の製造処理が行われる。そして、最後に、ウ
エハが切断されて各発光素子が形成される。
ハを製造する。次に、図10に示すように、高不純物濃
度i+ 層62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、高不純物濃度i+ 層62において高キャリ
ア濃度n+ 層3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のフォトレジストを除去した。
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12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
ていない部位の高不純物濃度i+ 層62とその下の低不
純物濃度i層61と低キャリア濃度n層4と高キャリア
濃度n+ 層3の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/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3に対する電極取出しの
ための孔15が形成された。次に、図13に示すよう
に、高不純物濃度i+ 層62上に残っているSiO2層11
をフッ化水素酸で除去した。
i+ 層62及び低不純物濃度i層61の所定領域にの
み、反射電子線回析装置を用いて電子線を照射して、そ
れぞれp伝導型を示すホール濃度 2×1017/cm3の高キャ
リア濃度p+ 層502、ホール濃度1 ×1016/cm3の低キ
ャリア濃度p層501が形成された。
電流 1μA 、ビームの移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60
μmφ、真空度2.1 ×10-5Torrである。この時、高キャ
リア濃度p+ 層502及び低キャリア濃度p層501以
外の部分、即ち、電子線の照射されなかった部分は、絶
縁体の高不純物濃度i+ 層62及び低不純物濃度i層6
1のままである。従って、高キャリア濃度p+ 層502
及び低キャリア濃度p層501は、縦方向に対しては、
低キャリア濃度n層4に導通するが、横方向には、周囲
に対して、高不純物濃度i+ 層62及び低不純物濃度i
層61により電気的に絶縁分離されている。
度p+ 層502と、高不純物濃度i+ 層62と、高不純
物濃度i+ 層62の上面と孔15を通って高キャリア濃
度n+ 層3とに、Ni層20が蒸着により形成された。そ
して、そのNi層20の上にフォトレジスト21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21
が高キャリア濃度n+ 層3及び高キャリア濃度p+ 層5
02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、そのフォトレジスト21をマスクとし
て下層のNi層20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21をアセトンで除去した。
このようにして、図8に示すように、高キャリア濃度n
+ 層3の電極81、高キャリア濃度p+ 層502の電極
71を形成した。その後、上述のように形成されたウエ
ハが各素子毎に切断された。
10の発光強度を測定したところ、第1実施例と同様
に、10mcd であり、発光寿命は104 時間であった。
もできる。即ち、バッファ層2の上に、順に、膜厚約0.
2 μm、ホール濃度 2×1017/cm3の高キャリア濃度p+
層52、膜厚約0.5 μm、ホール濃度1 ×1015/cm3のMg
ドープGaN から成る低キャリア濃度p層51が形成され
ている。そして、低キャリア濃度p層51上に、順に、
膜厚約 1.5μm、電子濃度 1×1015/cm3のノンドープGa
N から成る低キャリア濃度n層4、膜厚約2.2 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3が形成されている。
するニッケルで形成された電極72と高キャリア濃度n
+ 層3に接続するニッケルで形成された電極82とが形
成されている。電極82と電極72とは、高キャリア濃
度n+ 層3、低キャリア濃度n層4及び低キャリア濃度
p層51に形成された溝91により電気的に絶縁分離さ
れている。
なり、p層とn層との基板1に対する堆積順序を逆にし
たものである。製造は第1実施例と同様に行うことがで
きる。
て、高キャリア濃度n+層3、低キャリア濃度n層4、
低キャリア濃度p層51、高キャリア濃度p+ 層52
を、それぞれ、Al0.2Ga0.5In0.3Nとした。高キャリア濃
度n+ 層3は、シリコンを添加して電子濃度2 ×1018/c
m3に形成し、低キャリア濃度n層4は不純物無添加で電
子濃度1 ×1016/cm3に形成した。低キャリア濃度p層5
1はマグネシウム(Mg)を添加して電子線を照射して正孔
濃度1 ×1016/cm3に形成し、高キャリア濃度p+ 層52
は同じくマグネシウム(Mg)を添加して電子線を照射して
正孔濃度 2×1017/cm3に形成した。そして、高キャリア
濃度p+ 層52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3に接続するニッケルで形成さ
れた電極8とを形成した。
1実施例の発光ダイオードと同様に製造することができ
る。トリメチルインジウム(In(CH3)3)がTMG 、TMA 、シ
ラン、CP2Mg ガスに加えて使用された。生成温度、ガス
流量は第1実施例と同じである。トリメチルインジウム
を 1.7×10-4モル/分で供給することを除いて他のガス
の流量は第1実施例と同一である。
析装置を用いて、上記の高キャリア濃度p+ 層52及び
低キャリア濃度p層51に一様に電子線を照射してp伝
導型半導体を得ることができた。
10の発光強度を測定したところ10mcd であり、この発
光輝度は、従来のpn接合のGaN 発光ダイオードの発光
輝度に比べて 2倍であった。又、発光寿命は、104 時間
であり、従来のpn接合のGaN 発光ダイオードの発光寿
命に比べて1.5 倍であった。
ードの構成を示した構成図。
断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
ードの構成を示した構成図。
断面図。
た断面図。
た断面図。
た断面図。
た断面図。
た断面図。
た断面図。
オードの構成を示した構成図。
Claims (1)
- 【請求項1】 n型の窒素−3属元素化合物半導体(Alx
GaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) からなるn層と、
p型の窒素−3属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=
0,Y=0,X=Y=0を含む) からなるp層とを有する窒素−3
属元素化合物半導体発光素子において、 前記n層を、前記p層と接合する側から順に、低キャリ
ア濃度n層と高キャリア濃度n+ 層との二重構造とし、 前記p層を、前記n層と接合する側から順に、低キャリ
ア濃度p層と高キャリア濃度p+ 層との二重構造とした
ことを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31660092A JP2626431B2 (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 窒素−3族元素化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31660092A JP2626431B2 (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 窒素−3族元素化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06151965A true JPH06151965A (ja) | 1994-05-31 |
JP2626431B2 JP2626431B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=18078885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31660092A Expired - Lifetime JP2626431B2 (ja) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | 窒素−3族元素化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2626431B2 (ja) |
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