JPH06151968A - 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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- JPH06151968A JPH06151968A JP31659792A JP31659792A JPH06151968A JP H06151968 A JPH06151968 A JP H06151968A JP 31659792 A JP31659792 A JP 31659792A JP 31659792 A JP31659792 A JP 31659792A JP H06151968 A JPH06151968 A JP H06151968A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】
【目的】窒素−３属元素化合物半導体発光ダイオードに
おける発光輝度及び素子寿命の向上 【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の無添加GaN か
ら成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.5 μｍ、正孔濃
度1 ×1016/cm3のMg添加GaN から成る低キャリア濃度ｐ
層５１、膜厚約0.2 μｍ、正孔濃度 2×1017/cm3の高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されている。高キャリア濃
度ｐ+ 層５２及び高キャリア濃度ｎ+ 層３に対してニッ
ケル電極７及び８が形成されている。ニッケル電極７に
より駆動電圧が低下した。
おける発光輝度及び素子寿命の向上 【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の無添加GaN か
ら成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.5 μｍ、正孔濃
度1 ×1016/cm3のMg添加GaN から成る低キャリア濃度ｐ
層５１、膜厚約0.2 μｍ、正孔濃度 2×1017/cm3の高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５２が形成されている。高キャリア濃
度ｐ+ 層５２及び高キャリア濃度ｎ+ 層３に対してニッ
ケル電極７及び８が形成されている。ニッケル電極７に
より駆動電圧が低下した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒素−３属元
素化合物半導体発光素子に関する。
素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。
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。
【０００３】最近、GaN の発光ダイオードにおいても、
Mgを添加して電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）との接合に代えてｐｎ接合を有する
GaN 発光ダイオードが提案されている。この発光ダイオ
ードの電極は、ｎ層がアルミニウム（Al) 、ｐ層が金(A
u)である。
Mgを添加して電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）との接合に代えてｐｎ接合を有する
GaN 発光ダイオードが提案されている。この発光ダイオ
ードの電極は、ｎ層がアルミニウム（Al) 、ｐ層が金(A
u)である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のｐｎ接
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、駆動電圧も高い。そこで、本発明
の目的は、窒素−３属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-Y
N;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駆動電圧を低下させることである。
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、駆動電圧も高い。そこで、本発明
の目的は、窒素−３属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-Y
N;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駆動電圧を低下させることである。
【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層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、ｐ層に接合する電極をニッケル（Ｎｉ）とす
ることを特徴とする。
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層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、ｐ層に接合する電極をニッケル（Ｎｉ）とす
ることを特徴とする。
【０００６】又、他の特徴は、ｐ層はキャリア濃度の異
なる複数の層で形成されており、電極が接合されるｐ層
の正孔濃度は１×１０16/cm3以上であることを特徴とす
る。
なる複数の層で形成されており、電極が接合されるｐ層
の正孔濃度は１×１０16/cm3以上であることを特徴とす
る。
【０００７】
【発明の作用及び効果】本発明は、ｐ層及びｎ層を有す
る窒素−３属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=
0,X=Y=0 を含む) 発光素子において、ｐ層に接合する電
極をニッケル（Ｎｉ）とすることにより、駆動電圧が低
下した。又、駆動電圧の低下により同一電圧では注入電
流を大きくとることができ、発光輝度が向上した。
る窒素−３属元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=
0,X=Y=0 を含む) 発光素子において、ｐ層に接合する電
極をニッケル（Ｎｉ）とすることにより、駆動電圧が低
下した。又、駆動電圧の低下により同一電圧では注入電
流を大きくとることができ、発光輝度が向上した。
【０００８】さらに、ニッケルを接合するｐ層の正孔濃
度を１×１０16/cm3以上としたので、良好なオーミック
特性を得ることができる。
度を１×１０16/cm3以上としたので、良好なオーミック
特性を得ることができる。
【０００９】
【実施例】第１実施例 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、電子濃度2 ×1018/cm3
のシリコン添加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の無添加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 μ
ｍ、正孔濃度1 ×1016/cm3のマグネシウム(Mg)添加GaN
から成る低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、正
孔濃度 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。
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
のシリコン添加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の無添加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 μ
ｍ、正孔濃度1 ×1016/cm3のマグネシウム(Mg)添加GaN
から成る低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、正
孔濃度 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。
【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。
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。
【００１１】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
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。
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。
【００１２】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
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 milliliter ／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。
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 milliliter ／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。
【００１３】続いて、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。
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。
【００１４】次に、サファイア基板１を1150℃に保持し
て、Ｈ2 を20 liter／分、NH3 を10liter／分、TMG を
1.7×10-4モル／分、CP2Mg を 2×10-7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。
て、Ｈ2 を20 liter／分、NH3 を10liter／分、TMG を
1.7×10-4モル／分、CP2Mg を 2×10-7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。
【００１５】次に、サファイア基板１を1150℃に保持し
たまま、Ｈ2 を20 liter／分、NH3を10 liter／分、TMG
を 1.7×10-4モル／分、CP2Mg を 3×10-6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。
たまま、Ｈ2 を20 liter／分、NH3を10 liter／分、TMG
を 1.7×10-4モル／分、CP2Mg を 3×10-6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。
【００１６】次に、反射電子線回析装置を用いて、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、正孔濃度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、正孔濃度 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。
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、正孔濃度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、正孔濃度 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。
【００１７】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、同一
構造の素子が連続的に形成されているウエハについて、
処理が行われ、その後、そのウエハは各素子毎に切断さ
れる。
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、同一
構造の素子が連続的に形成されているウエハについて、
処理が行われ、その後、そのウエハは各素子毎に切断さ
れる。
【００１８】図３に示すように、高キャリア濃度ｐ+ 層
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。
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。
【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 milliliter/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。
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 milliliter/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。
【００２０】次に、図６に示すように、高キャリア濃度
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、
ニッケル層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
たニッケル層１３が形成される。そして、そのニッケル
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。
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、
ニッケル層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
たニッケル層１３が形成される。そして、そのニッケル
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。
【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ニッケル層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に蒸着されたニッケル層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。
ト１４をマスクとして下層のニッケル層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に蒸着されたニッケル層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。
【００２２】また、この発光ダイオード１０に印加する
電圧Ｖと流れる電流Ｉとの関係を測定した。その結果を
図８に示す。又、比較のためにアルミニウムで電極を形
成した場合のＶ−Ｉ特性の測定結果を図９に示す。駆動
しきい値電圧は７Ｖから３Ｖに低下した。
電圧Ｖと流れる電流Ｉとの関係を測定した。その結果を
図８に示す。又、比較のためにアルミニウムで電極を形
成した場合のＶ−Ｉ特性の測定結果を図９に示す。駆動
しきい値電圧は７Ｖから３Ｖに低下した。
【００２３】このようにして製造された発光ダイオード
１０の駆動電流20mAにおける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、
素子寿命は、104 時間であり、従来のｐｎ接合のGaN 発
光ダイオードの素子寿命に比べて1.5 倍であった。
１０の駆動電流20mAにおける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、
素子寿命は、104 時間であり、従来のｐｎ接合のGaN 発
光ダイオードの素子寿命に比べて1.5 倍であった。
【００２４】尚、上記実施例で用いたマグネシウム(Mg)
のドーピングガスは、上述のガスの他、メチルシクロペ
ンタジエニルマグネシウムMg(C6H7)2 を用いても良い。
また、上記のｐ層を図１０に示すように１層に形成して
も良い。その場合にはｐ層５の正孔濃度は 1×1016〜 1
×1019/cm3である。又、ｐ層５２に対する電極７のみニ
ッケルとし、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極８は
アルミニウムとしても良い。
のドーピングガスは、上述のガスの他、メチルシクロペ
ンタジエニルマグネシウムMg(C6H7)2 を用いても良い。
また、上記のｐ層を図１０に示すように１層に形成して
も良い。その場合にはｐ層５の正孔濃度は 1×1016〜 1
×1019/cm3である。又、ｐ層５２に対する電極７のみニ
ッケルとし、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極８は
アルミニウムとしても良い。
【００２５】又、上記低キャリア濃度ｐ層５１の正孔濃
度は1 ×1014／cm3 〜1 ×1016／cm3 で膜厚は0.2 〜1
μｍが望ましい。正孔濃度が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く、正孔
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、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。
度は1 ×1014／cm3 〜1 ×1016／cm3 で膜厚は0.2 〜1
μｍが望ましい。正孔濃度が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く、正孔
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、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。
【００２６】更に、高キャリア濃度ｐ+ 層５２の正孔濃
度は 1×1016／cm3 以上で膜厚は0.1 〜0.5 μｍが望ま
しい。正孔濃度が 1×1016／cm3 より小さくなると、直
列抵抗が高くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μ
ｍ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、正孔の注入効率が減
少するので望ましくない。
度は 1×1016／cm3 以上で膜厚は0.1 〜0.5 μｍが望ま
しい。正孔濃度が 1×1016／cm3 より小さくなると、直
列抵抗が高くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μ
ｍ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、正孔の注入効率が減
少するので望ましくない。
【００２７】第２実施例 図１１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Al
N 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/c
m3のシリコン添加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の無添加Ga
N 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0.2
μｍ、Mg濃度 1×1019/cm3のMg添加GaN から成る低不純
物濃度ｉ層６１、膜厚約0.5 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。
板１を有しており、そのサファイア基板１に500 ÅのAl
N 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/c
m3のシリコン添加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の無添加Ga
N 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0.2
μｍ、Mg濃度 1×1019/cm3のMg添加GaN から成る低不純
物濃度ｉ層６１、膜厚約0.5 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。
【００２８】そして、その低不純物濃度ｉ層６１及び高
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伝導型化した正孔濃度1 ×1016/cm3の低
キャリア濃度ｐ層５０１、正孔濃度4 ×1017/cm3の高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５０２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伝導型化した正孔濃度1 ×1016/cm3の低
キャリア濃度ｐ層５０１、正孔濃度4 ×1017/cm3の高キ
ャリア濃度ｐ+ 層５０２が形成されている。
【００２９】又、高不純物濃度ｉ+ 層６２の上面から
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。
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。
【００３０】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。製造工程を示す図１２から図
１７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。
造方法について説明する。製造工程を示す図１２から図
１７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。
【００３１】第１実施例と同様にして、図１２に示すウ
エハを製造する。次に、図１３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１
１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において低キャ
リア濃度ｎ層４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。
エハを製造する。次に、図１３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１
１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において低キャ
リア濃度ｎ層４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。
【００３２】次に、図１４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をフッ化水素
酸系エッチング液で除去した。次に、図１５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 milliliter/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１６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。
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１５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 milliliter/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１６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。
【００３３】次に、図１７に示すように、高不純物濃度
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伝導型を示す正孔濃度4 ×1017/cm3の高キャリ
ア濃度ｐ+ 層５０２、正孔濃度1 ×1016/cm3の低キャリ
ア濃度ｐ層５０１が形成された。
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伝導型を示す正孔濃度4 ×1017/cm3の高キャリ
ア濃度ｐ+ 層５０２、正孔濃度1 ×1016/cm3の低キャリ
ア濃度ｐ層５０１が形成された。
【００３４】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。
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。
【００３５】次に、図１８に示すように、高キャリア濃
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、ニッケル層２０が蒸着により形成され
た。そして、そのニッケル層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５０２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ニッケル層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１１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。
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、ニッケル層２０が蒸着により形成され
た。そして、そのニッケル層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５０２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ニッケル層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１１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。
【００３６】このようにして製造された発光ダイオード
１０のＶ−Ｉ特性を測定したとろこ、図８と同様な特性
が得られた。駆動電圧は３Ｖであった。又、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、
素子寿命は104 時間であった。
１０のＶ−Ｉ特性を測定したとろこ、図８と同様な特性
が得られた。駆動電圧は３Ｖであった。又、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、
素子寿命は104 時間であった。
【００３７】第３実施例 図１に示す構造の第１実施例の発光ダイオードにおい
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。
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。
【００３８】次に、この構造の発光ダイオード１０も第
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。
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。
【００３９】次に、第１実施例と同様に、反射電子線回
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。
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。
【００４０】次に、第１実施例と同様に、高キャリア濃
度ｎ+ 層３及び高キャリア濃度ｐ+層５２に対するニッ
ケルで形成された電極７、８を形成した。
度ｎ+ 層３及び高キャリア濃度ｐ+層５２に対するニッ
ケルで形成された電極７、８を形成した。
【００４１】また、この発光ダイオード１０に印加する
電圧Ｖと流れる電流Ｉとの関係を測定した。アルミニウ
ムで電極を形成した場合に比べて、第１実施例と同様
に、駆動しきい値電圧は７Ｖから３Ｖに低下した。
電圧Ｖと流れる電流Ｉとの関係を測定した。アルミニウ
ムで電極を形成した場合に比べて、第１実施例と同様
に、駆動しきい値電圧は７Ｖから３Ｖに低下した。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
断面図。
【図８】同実施例の発光ダイオードの電圧−電流特性の
測定図。
測定図。
【図９】従来のアルミニウム電極を用いた発光ダイオー
ドの電圧−電流特性の測定図。
ドの電圧−電流特性の測定図。
【図１０】第１実施例の変形例にかかる発光ダイオード
の構成を示した構成図。
の構成を示した構成図。
【図１１】本発明の具体的な第２実施例に係る発光ダイ
オードの構成を示した構成図。
オードの構成を示した構成図。
【図１２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
た断面図。
【図１８】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示し
た断面図。
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 ５１，５０１…低キャリア濃度ｐ層 ５２，５０２…高キャリア濃度ｐ+ 層 ６１…低不純物濃度ｉ層 ６２…高不純物濃度ｉ+ 層 ７，８，７１，８１…電極 ９…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真部 勝英 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 小滝 正宏 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 加藤 久喜 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 田牧 真人 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 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地19号棟103号室
Claims (3)
- 【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ｐ層に接合する電極をニッケル（Ｎｉ）としたこと
を特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 前記電極が接合されるｐ層の正孔濃度は
１×１０16/cm3以上であることを特徴とする請求項１に
記載の発光素子。 - 【請求項３】 前記ｐ層はキャリア濃度の異なる複数の
層で形成されており、前記電極が接合されるｐ層の正孔
濃度は１×１０16/cm3以上であることを特徴とする請求
項１に記載の発光素子。
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1992
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