JPH06260682A - 青色発光素子 - Google Patents
青色発光素子Info
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- JPH06260682A JPH06260682A JP11454393A JP11454393A JPH06260682A JP H06260682 A JPH06260682 A JP H06260682A JP 11454393 A JP11454393 A JP 11454393A JP 11454393 A JP11454393 A JP 11454393A JP H06260682 A JPH06260682 A JP H06260682A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化ガリウム系化合物半導体を利用した青色
発光素子を高発光出力とできる実用的でしかも新規な構
造を提供する。 【構成】 第一のクラッド層としてｎ型Ｇａ1-aＡｌaＮ
（０≦a＜１）層と、その上に発光層としてＳｉ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるｎ型ＩｎXＧ
ａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜０．５）層と、その上に第
二のクラッド層としてＭｇ濃度が１×１０18〜１×１０
21／cm3の範囲にあるｐ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜１）
層とが順に積層された窒化ガリウム系化合物半導体を具
備する青色発光素子。
発光素子を高発光出力とできる実用的でしかも新規な構
造を提供する。 【構成】 第一のクラッド層としてｎ型Ｇａ1-aＡｌaＮ
（０≦a＜１）層と、その上に発光層としてＳｉ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるｎ型ＩｎXＧ
ａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜０．５）層と、その上に第
二のクラッド層としてＭｇ濃度が１×１０18〜１×１０
21／cm3の範囲にあるｐ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜１）
層とが順に積層された窒化ガリウム系化合物半導体を具
備する青色発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオード、青
色レーザーダイオード等に使用される青色発光素子に係
り、特に窒化ガリウム系化合物半導体を使用した青色発
光素子の構造に関する。
色レーザーダイオード等に使用される青色発光素子に係
り、特に窒化ガリウム系化合物半導体を使用した青色発
光素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色ダイオード、青色レーザーダイオー
ド等の発光デバイスの青色発光素子に使用される実用的
な半導体材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化イン
ジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニ
ウム（ＧａＡｌＮ）等の窒化ガリウム系化合物半導体が
注目されている。
ド等の発光デバイスの青色発光素子に使用される実用的
な半導体材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化イン
ジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニ
ウム（ＧａＡｌＮ）等の窒化ガリウム系化合物半導体が
注目されている。
【０００３】従来提案されている窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた青色発光素子として、図２に示す構造の
ものがよく知られている。これは、まず基板１上に、Ａ
ｌＮよりなるバッファ層２’、その上にｎ型ＧａＮ層
３、その上にｐ型ＧａＮ層５’とが順に積層された構造
を有している。基板１には通常サファイアが用いられて
いる。ＡｌＮよりなるバッファ層２’を形成することに
より、特開昭６３−１８８９８３号公報に記載されてい
るように、その上に積層する窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶性を良くする作用がある。ｎ型ＧａＮ層には通
常、ＳｉまたはＧｅがドープされている。ｐ型ＧａＮ層
５’には通常、ＭｇまたはＺｎがドープされているが、
結晶性が悪いためｐ型とはならず、ほぼ絶縁体に近い高
抵抗なｉ型となっている。また、ｉ型を低抵抗なｐ型に
変換する手段として、特開平２−４２７７０号公報にお
いて、表面に電子線照射を行う技術が開示されている。
半導体を用いた青色発光素子として、図２に示す構造の
ものがよく知られている。これは、まず基板１上に、Ａ
ｌＮよりなるバッファ層２’、その上にｎ型ＧａＮ層
３、その上にｐ型ＧａＮ層５’とが順に積層された構造
を有している。基板１には通常サファイアが用いられて
いる。ＡｌＮよりなるバッファ層２’を形成することに
より、特開昭６３−１８８９８３号公報に記載されてい
るように、その上に積層する窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶性を良くする作用がある。ｎ型ＧａＮ層には通
常、ＳｉまたはＧｅがドープされている。ｐ型ＧａＮ層
５’には通常、ＭｇまたはＺｎがドープされているが、
結晶性が悪いためｐ型とはならず、ほぼ絶縁体に近い高
抵抗なｉ型となっている。また、ｉ型を低抵抗なｐ型に
変換する手段として、特開平２−４２７７０号公報にお
いて、表面に電子線照射を行う技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、このようなホ
モ接合の発光素子は発光出力が低いため、実用的ではな
い。発光出力を増大させ、実用的な発光素子とするため
には、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光素子
を、好ましくはシングルヘテロ、さらに好ましくはダブ
ルヘテロ構造とする必要がある。例えばダブルへテロ構
造の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、特開平４−２
０９５７７号公報に示されているが、この公報に開示さ
れる発光素子では実用性に乏しく、発光効率が悪いとい
う欠点がある。
モ接合の発光素子は発光出力が低いため、実用的ではな
い。発光出力を増大させ、実用的な発光素子とするため
には、窒化ガリウム系化合物半導体を利用した発光素子
を、好ましくはシングルヘテロ、さらに好ましくはダブ
ルヘテロ構造とする必要がある。例えばダブルへテロ構
造の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、特開平４−２
０９５７７号公報に示されているが、この公報に開示さ
れる発光素子では実用性に乏しく、発光効率が悪いとい
う欠点がある。
【０００５】従って本発明はこのような事情を鑑みてな
されたものであり、窒化ガリウム系化合物半導体を利用
した青色発光素子を高発光出力とできる実用的でしかも
新規な構造を提供するものである。
されたものであり、窒化ガリウム系化合物半導体を利用
した青色発光素子を高発光出力とできる実用的でしかも
新規な構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々はダブルへテロ構造
の青色発光素子について数々の実験を重ねた結果、発光
層に特定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ層と、ク
ラッド層に特定量のＭｇをドープしたＧａＮ層とを組み
合わせることによって、青色発光素子の発光出力が格段
に向上することを新たに見いだし本発明を成すに至っ
た。即ち、本発明の青色発光素子は、第一のクラッド層
としてｎ型Ｇａ1-aＡｌaＮ（０≦a＜１）層と、その上
に発光層としてＳｉ濃度が１×１０17〜１×１０21／cm
3の範囲にあるｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜
０．５）層と、その上に第二のクラッド層としてＭｇ濃
度が１×１０18〜１×１０21／cm3の範囲にあるｐ型Ｇ
ａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜１）層とが順に積層された窒化
ガリウム系化合物半導体を具備することを特徴とするも
のである。
の青色発光素子について数々の実験を重ねた結果、発光
層に特定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ層と、ク
ラッド層に特定量のＭｇをドープしたＧａＮ層とを組み
合わせることによって、青色発光素子の発光出力が格段
に向上することを新たに見いだし本発明を成すに至っ
た。即ち、本発明の青色発光素子は、第一のクラッド層
としてｎ型Ｇａ1-aＡｌaＮ（０≦a＜１）層と、その上
に発光層としてＳｉ濃度が１×１０17〜１×１０21／cm
3の範囲にあるｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜
０．５）層と、その上に第二のクラッド層としてＭｇ濃
度が１×１０18〜１×１０21／cm3の範囲にあるｐ型Ｇ
ａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜１）層とが順に積層された窒化
ガリウム系化合物半導体を具備することを特徴とするも
のである。
【０００７】図１に本発明の青色発光素子の一構造を示
す。１は基板、２はＧａＮよりなるバッファ層、３はｎ
型ＧａＮ層、４はｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層、５はｐ型Ｇａ
Ｎ層であり、３、４、５が順に積層されたダブルヘテロ
構造となっており、ｎ型ＧａＮ層３が第一のクラッド
層、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４が発光層、ｐ型ＧａＮ層５
が第二のクラッド層である。
す。１は基板、２はＧａＮよりなるバッファ層、３はｎ
型ＧａＮ層、４はｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層、５はｐ型Ｇａ
Ｎ層であり、３、４、５が順に積層されたダブルヘテロ
構造となっており、ｎ型ＧａＮ層３が第一のクラッド
層、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４が発光層、ｐ型ＧａＮ層５
が第二のクラッド層である。
【０００８】基板１はサファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の
材料が使用できるが、通常はサファイアが用いられる。
バッファ層２はＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＮ等で形成す
ることができ、通常０．００２μｍ〜０．５μｍの厚さ
で形成する。好ましくは、ＧａＮで形成する方が、Ａｌ
Ｎよりも結晶性のよい窒化ガリウム系化合物半導体をバ
ッファ層の上に積層することができる。このＧａＮバッ
ファ層の効果については我々が先に出願した特開平４−
２９７０２３号公報に開示しており、サファイア基板の
場合、従来のＡｌＮバッファ層よりもＧａＮよりなるバ
ッファ層の方が結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半
導体が得られ、さらに好ましくは成長させようとする窒
化ガリウム系化合物半導体と同一組成を有するバッファ
層を、まずサファイア基板上に低温で成長させることに
より、バッファ層の上の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶性を向上させることができる。
材料が使用できるが、通常はサファイアが用いられる。
バッファ層２はＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＮ等で形成す
ることができ、通常０．００２μｍ〜０．５μｍの厚さ
で形成する。好ましくは、ＧａＮで形成する方が、Ａｌ
Ｎよりも結晶性のよい窒化ガリウム系化合物半導体をバ
ッファ層の上に積層することができる。このＧａＮバッ
ファ層の効果については我々が先に出願した特開平４−
２９７０２３号公報に開示しており、サファイア基板の
場合、従来のＡｌＮバッファ層よりもＧａＮよりなるバ
ッファ層の方が結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半
導体が得られ、さらに好ましくは成長させようとする窒
化ガリウム系化合物半導体と同一組成を有するバッファ
層を、まずサファイア基板上に低温で成長させることに
より、バッファ層の上の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶性を向上させることができる。
【０００９】ｎ型ＧａＮ層３は、ノンドープでもｎ型と
なる性質があるが、例えばＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を
ドープして好ましいｎ型としてもよく、Ｓｉ、Ｇｅの濃
度は特に限定するものではない。また、このｎ型ＧａＮ
のＧａの一部をＡｌで置換することもできる（即ち、Ｇ
ａ1-aＡｌaＮ、０≦a＜１）。
なる性質があるが、例えばＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物を
ドープして好ましいｎ型としてもよく、Ｓｉ、Ｇｅの濃
度は特に限定するものではない。また、このｎ型ＧａＮ
のＧａの一部をＡｌで置換することもできる（即ち、Ｇ
ａ1-aＡｌaＮ、０≦a＜１）。
【００１０】次にＳｉドープｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４
は、有機金属気相成長法により、原料ガスのキャリアガ
スを窒素として、６００℃以上、９００℃以下の成長温
度で成長させることができる。成長させたＩｎXＧａ1-X
ＮのＩｎ混晶比、即ちX値は０＜X＜０．５の範囲、好ま
しくは０．０５＜X＜０．５の範囲に調整する必要があ
る。０より多くすることにより、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層
４が発光層として作用し、０．５以上になるとその発光
色が黄色となるため、青色発光素子として使用し得るも
のではない。さらに、このｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４のｎ
型ドーパントはＳｉとする必要があり、しかもＳｉ濃度
を１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲、好ましくは１
×１０18〜１×１０20／cm3に調整する必要がある。こ
れにより青色発光素子の発光効率を増大させることがで
きる。
は、有機金属気相成長法により、原料ガスのキャリアガ
スを窒素として、６００℃以上、９００℃以下の成長温
度で成長させることができる。成長させたＩｎXＧａ1-X
ＮのＩｎ混晶比、即ちX値は０＜X＜０．５の範囲、好ま
しくは０．０５＜X＜０．５の範囲に調整する必要があ
る。０より多くすることにより、ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層
４が発光層として作用し、０．５以上になるとその発光
色が黄色となるため、青色発光素子として使用し得るも
のではない。さらに、このｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４のｎ
型ドーパントはＳｉとする必要があり、しかもＳｉ濃度
を１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲、好ましくは１
×１０18〜１×１０20／cm3に調整する必要がある。こ
れにより青色発光素子の発光効率を増大させることがで
きる。
【００１１】また、Ｓｉドープｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層４
は１０オングストローム〜０．５μｍ、さらに好ましく
は０．０１μｍ〜０．１μｍの厚さで形成することが望
ましい。１０オングストロームよりも薄いか、または
０．５μｍよりも厚いと十分な発光出力が得られない傾
向にある。
は１０オングストローム〜０．５μｍ、さらに好ましく
は０．０１μｍ〜０．１μｍの厚さで形成することが望
ましい。１０オングストロームよりも薄いか、または
０．５μｍよりも厚いと十分な発光出力が得られない傾
向にある。
【００１２】ｐ型ＧａＮ層５のｐ型ドーパントはＭｇと
し、しかもＭｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3の
範囲に調整する必要がある。このＭｇ濃度範囲のｐ型Ｇ
ａＮ層を第二のクラッド層とすることにより、ｎ型Ｉｎ
XＧａ1-XＮ層４の発光効率をさらに向上させることがで
きる。また、ｐ型ＧａＮ層５もｎ型ＧａＮ３と同様にそ
のＧａの一部をＡｌで置換したＧａＡｌＮを使用するこ
とができる（即ちＧａ 1-bＡｌbＮ、０≦b＜１）。
し、しかもＭｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3の
範囲に調整する必要がある。このＭｇ濃度範囲のｐ型Ｇ
ａＮ層を第二のクラッド層とすることにより、ｎ型Ｉｎ
XＧａ1-XＮ層４の発光効率をさらに向上させることがで
きる。また、ｐ型ＧａＮ層５もｎ型ＧａＮ３と同様にそ
のＧａの一部をＡｌで置換したＧａＡｌＮを使用するこ
とができる（即ちＧａ 1-bＡｌbＮ、０≦b＜１）。
【００１３】また、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層５は
未だ高抵抗であるので、成長後我々が先に出願した特願
平３−３５７０４６号に記載したように、４００℃以上
の温度、好ましくは６００℃より高い温度でアニーリン
グを行うことにより、さらに低抵抗なｐ型とすることが
できる。ｐ型ＧａＮ層５の膜厚は、０．０５μｍ〜１．
５μｍの厚さで形成することが好ましい。０．０５μｍ
よりも薄いとクラッド層として作用しにくく、また１．
５μｍよりも厚いと前記方法でｐ型化しにくい傾向にあ
る。
未だ高抵抗であるので、成長後我々が先に出願した特願
平３−３５７０４６号に記載したように、４００℃以上
の温度、好ましくは６００℃より高い温度でアニーリン
グを行うことにより、さらに低抵抗なｐ型とすることが
できる。ｐ型ＧａＮ層５の膜厚は、０．０５μｍ〜１．
５μｍの厚さで形成することが好ましい。０．０５μｍ
よりも薄いとクラッド層として作用しにくく、また１．
５μｍよりも厚いと前記方法でｐ型化しにくい傾向にあ
る。
【００１４】
【作用】図３は、図１の構造の青色発光素子において、
第二のクラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層のＭｇ
濃度を１×１０19／cm3と一定にし、発光層であるｎ型
Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層のＳｉ濃度を変えた場合に、そのＳ
ｉ濃度と青色発光素子の相対発光強度との関係を表す図
である。この図に示すようにＳｉ濃度が増加するに従
い、発光強度は大きくなり、１×１０18〜１×１０20／
cm3付近で最も発光強度が大きくなり、後は徐々に減少
する傾向にある。本発明では実用域として９０％以上の
相対強度を有する１×１０17〜１×１０21／cm3のＳｉ
濃度を限定値とした。
第二のクラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層のＭｇ
濃度を１×１０19／cm3と一定にし、発光層であるｎ型
Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層のＳｉ濃度を変えた場合に、そのＳ
ｉ濃度と青色発光素子の相対発光強度との関係を表す図
である。この図に示すようにＳｉ濃度が増加するに従
い、発光強度は大きくなり、１×１０18〜１×１０20／
cm3付近で最も発光強度が大きくなり、後は徐々に減少
する傾向にある。本発明では実用域として９０％以上の
相対強度を有する１×１０17〜１×１０21／cm3のＳｉ
濃度を限定値とした。
【００１５】また、図４は、同じく図１の構造の青色発
光素子において、発光層であるｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
のＳｉ濃度を１×１０19／cm3と一定にし、第二のクラ
ッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度を変え
た場合に、そのＭｇ濃度と青色発光素子の相対発光強度
との関係を表す図である。この図に示すようにＭｇドー
プｐ型ＧａＮ層を第二のクラッド層とした場合、Ｍｇ濃
度が１×１０17／cm3付近を超えると急激に発光強度が
増大し、１×１０21／cm3付近を超えるとまた急激に減
少する傾向にある。従って、図４よりＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮ層のＭｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3を限
定値とした。なお、Ｓｉ濃度およびＭｇ濃度はＳＩＭＳ
（二次イオン質量分析装置）により測定したものであ
る。
光素子において、発光層であるｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
のＳｉ濃度を１×１０19／cm3と一定にし、第二のクラ
ッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度を変え
た場合に、そのＭｇ濃度と青色発光素子の相対発光強度
との関係を表す図である。この図に示すようにＭｇドー
プｐ型ＧａＮ層を第二のクラッド層とした場合、Ｍｇ濃
度が１×１０17／cm3付近を超えると急激に発光強度が
増大し、１×１０21／cm3付近を超えるとまた急激に減
少する傾向にある。従って、図４よりＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮ層のＭｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3を限
定値とした。なお、Ｓｉ濃度およびＭｇ濃度はＳＩＭＳ
（二次イオン質量分析装置）により測定したものであ
る。
【００１６】さらに、図５は、同じく図１の構造の発光
素子において、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度との
関係を示す図である。このように、本発明の青色発光素
子において発光層の膜厚を変化させることにより、発光
強度が変化する。特にその膜厚が０．５μｍを超えると
急激に減少する傾向にある。従って、発光層の膜厚は９
０％以上の相対発光強度を有する１０オングストローム
〜０．５μｍの範囲が好ましい。
素子において、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度との
関係を示す図である。このように、本発明の青色発光素
子において発光層の膜厚を変化させることにより、発光
強度が変化する。特にその膜厚が０．５μｍを超えると
急激に減少する傾向にある。従って、発光層の膜厚は９
０％以上の相対発光強度を有する１０オングストローム
〜０．５μｍの範囲が好ましい。
【００１７】
【実施例】以下有機金属気相成長法により、本発明の青
色発光素子を製造する方法を述べる。
色発光素子を製造する方法を述べる。
【００１８】［実施例１］まず、よく洗浄したサファイ
ア基板を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十
分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５
０℃まで上昇させ、サファイア基板のクリーニングを行
う。
ア基板を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十
分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５
０℃まで上昇させ、サファイア基板のクリーニングを行
う。
【００１９】続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリ
アガスとして水素、原料ガスとしてアンモニア（Ｎ
Ｈ3）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サフ
ァイア基板上にＧａＮバッファー層を約２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
アガスとして水素、原料ガスとしてアンモニア（Ｎ
Ｈ3）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サフ
ァイア基板上にＧａＮバッファー層を約２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
【００２０】バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温
度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく水素をキャリアガスとして、ＴＭＧとシラン
ガス（ＳｉＨ4）とアンモニアガスとで、第一のクラッ
ド層としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を４μｍ成長させ
る。
度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく水素をキャリアガスとして、ＴＭＧとシラン
ガス（ＳｉＨ4）とアンモニアガスとで、第一のクラッ
ド層としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を４μｍ成長させ
る。
【００２１】ｎ型ＧａＮ層成長後、原料ガスを止め、温
度を８００℃にして、キャリアガスを窒素に切り替え、
原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）とシランガスとアンモニアガスとで、発光層として
Ｓｉを１×１０20／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.8
5Ｎ層を１００オングストローム成長させる。
度を８００℃にして、キャリアガスを窒素に切り替え、
原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）とシランガスとアンモニアガスとで、発光層として
Ｓｉを１×１０20／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.8
5Ｎ層を１００オングストローム成長させる。
【００２２】Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層成長
後、原料ガスを止め、再び温度を１０２０℃まで上昇さ
せ、ＴＭＧとＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネ
シウム）とアンモニアガスとで、第二のクラッド層とし
てＭｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮ層を
０．８μｍ成長させる。
後、原料ガスを止め、再び温度を１０２０℃まで上昇さ
せ、ＴＭＧとＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネ
シウム）とアンモニアガスとで、第二のクラッド層とし
てＭｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮ層を
０．８μｍ成長させる。
【００２３】ｐ型ＧａＮ層成長後、基板を反応容器から
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００
℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ
層をさらに低抵抗化する。
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００
℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ
層をさらに低抵抗化する。
【００２４】以上のようにして得られた青色発光素子の
ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎの一部を
エッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、
ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型ＧａＮ層にオーミック電極を
設け、５００μｍ角のチップにカットした後、常法に従
い、発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡ
において２００μＷであり、ピーク波長は４０５ｎｍで
あった。
ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎの一部を
エッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、
ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型ＧａＮ層にオーミック電極を
設け、５００μｍ角のチップにカットした後、常法に従
い、発光ダイオードとしたところ、発光出力は２０ｍＡ
において２００μＷであり、ピーク波長は４０５ｎｍで
あった。
【００２５】［実施例２］実施例１において、第一のク
ラッド層を成長させる工程において、原料ガスとしてＴ
ＭＧと、シランガスと、アンモニアと、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）とを用い、Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎ層を２μｍ成長させる。
ラッド層を成長させる工程において、原料ガスとしてＴ
ＭＧと、シランガスと、アンモニアと、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）とを用い、Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎ層を２μｍ成長させる。
【００２６】Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層の上に
実施例１と同様にしてＳｉを１×１０20／cm3ドープし
たｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ発光層を１００オングストロ
ーム成長させる。
実施例１と同様にしてＳｉを１×１０20／cm3ドープし
たｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ発光層を１００オングストロ
ーム成長させる。
【００２７】さらに、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層の上に、原料ガスとしてＴＭＧと、Ｃｐ2Ｍｇと、
アンモニアガスと、ＴＭＡガスとを用い、第二のクラッ
ド層としてＭｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎ層を０．８μｍ成長させる。
Ｎ層の上に、原料ガスとしてＴＭＧと、Ｃｐ2Ｍｇと、
アンモニアガスと、ＴＭＡガスとを用い、第二のクラッ
ド層としてＭｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎ層を０．８μｍ成長させる。
【００２８】後は実施例１と同様にしてアニーリングを
行い、最上層をさらに低抵抗化した後、同様にして発光
ダイオードとしたところ、発光出力、ピーク波長とも実
施例１と同一であった。
行い、最上層をさらに低抵抗化した後、同様にして発光
ダイオードとしたところ、発光出力、ピーク波長とも実
施例１と同一であった。
【００２９】［比較例１］実施例１において、シランガ
スの流量を多くして、発光層であるｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.
85Ｎ層のＳｉ濃度を１×１０22／cm3とする他は実施例
１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この発光
ダイオードの発光出力は実施例１の約２０％でしかなか
った。
スの流量を多くして、発光層であるｎ型Ｉｎ0.15Ｇａ0.
85Ｎ層のＳｉ濃度を１×１０22／cm3とする他は実施例
１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この発光
ダイオードの発光出力は実施例１の約２０％でしかなか
った。
【００３０】［比較例２］実施例１において、Ｃｐ2Ｍ
ｇガスの流量を少なくして、第二のクラッド層であるｐ
型ＧａＮ層のＭｇ濃度を１×１０17／cm3とする他は実
施例１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この
発光ダイオードの出力は実施例１の約１０％でしかなか
った。
ｇガスの流量を少なくして、第二のクラッド層であるｐ
型ＧａＮ層のＭｇ濃度を１×１０17／cm3とする他は実
施例１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この
発光ダイオードの出力は実施例１の約１０％でしかなか
った。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の青色発光
素子は、ｎ型ＧａＮ層またはＧａＡｌＮ層を第一のクラ
ッド層、特定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ
層（０＜X＜０．５）を発光層、特定量のＭｇをドープ
したｐ型ＧａＮ層またはＧａＡｌＮ層を第二のクラッド
層としたダブルヘテロ構造としているため、非常に発光
効率が高い青色発光デバイスを得ることができる。
素子は、ｎ型ＧａＮ層またはＧａＡｌＮ層を第一のクラ
ッド層、特定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ
層（０＜X＜０．５）を発光層、特定量のＭｇをドープ
したｐ型ＧａＮ層またはＧａＡｌＮ層を第二のクラッド
層としたダブルヘテロ構造としているため、非常に発光
効率が高い青色発光デバイスを得ることができる。
【００３２】一方、従来のホモ接合の発光素子は、ｐ型
ＧａＮ層のＺｎ、Ｍｇ等によって作られる深い発光セン
ターを介して発光するため、発光ピークの半値幅がおよ
そ６０ｎｍぐらいあり、非常に広い。しかし本発明のダ
ブルへテロ構造の発光素子は、ｎ型ＩｎＧａＮ層のバン
ド間発光を利用するので半値幅が非常に狭く、およそ２
５ｎｍであり、ホモ接合の発光素子の半分以下である。
また発光出力はホモ接合のものに比して４倍以上ある。
しかも、発光層であるＩｎXＧａ1-XＮのＩｎのモル比X
の範囲を好ましく０．０５＜X＜０．５とすることによ
って、発光色をおよそ３８０ｎｍから５００ｎｍまで変
えることができるという利点を有する。
ＧａＮ層のＺｎ、Ｍｇ等によって作られる深い発光セン
ターを介して発光するため、発光ピークの半値幅がおよ
そ６０ｎｍぐらいあり、非常に広い。しかし本発明のダ
ブルへテロ構造の発光素子は、ｎ型ＩｎＧａＮ層のバン
ド間発光を利用するので半値幅が非常に狭く、およそ２
５ｎｍであり、ホモ接合の発光素子の半分以下である。
また発光出力はホモ接合のものに比して４倍以上ある。
しかも、発光層であるＩｎXＧａ1-XＮのＩｎのモル比X
の範囲を好ましく０．０５＜X＜０．５とすることによ
って、発光色をおよそ３８０ｎｍから５００ｎｍまで変
えることができるという利点を有する。
【００３３】本発明の青色発光素子は以上述べた優れた
効果を有するため信頼性に優れており、青色レーザーダ
イオードにも適用でき、その産業上の利用価値は非常に
大きい。
効果を有するため信頼性に優れており、青色レーザーダ
イオードにも適用でき、その産業上の利用価値は非常に
大きい。
【図１】 本発明の青色発光素子の一構造を示す模式断
面図。
面図。
【図２】 従来の青色発光素子の一構造を示す模式断面
図。
図。
【図３】 本発明の青色発光素子に係るｎ型ＩｎXＧａ
1-XＮ層のＳｉ濃度と、その青色発光素子の相対発光強
度との関係を示す図。
1-XＮ層のＳｉ濃度と、その青色発光素子の相対発光強
度との関係を示す図。
【図４】 本発明の青色発光素子に係るｐ型ＧａＮ層の
Ｍｇ濃度と、その青色発光素子の相対発光強度との関係
を示す図。
Ｍｇ濃度と、その青色発光素子の相対発光強度との関係
を示す図。
【図５】 本発明の青色発光素子に係るＳｉドープＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度
との関係を示す図。
0.1Ｇａ0.9Ｎ層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度
との関係を示す図。
１・・・・・基板 ２・・・・・ＧａＮバッファ層 ３・・・・・ｎ型ＧａＮ層 ４・・・・・Ｓｉドープｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層 ５・・・・・Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
Claims (3)
- 【請求項１】 第一のクラッド層としてｎ型Ｇａ1-aＡ
ｌaＮ（０≦a＜１）層と、その上に発光層としてＳｉ濃
度が１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるｎ型Ｉ
ｎXＧａ1-XＮ（但し、Xは０＜X＜０．５）層と、その上
に第二のクラッド層としてＭｇ濃度が１×１０18〜１×
１０21／cm3の範囲にあるｐ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜
１）層とが順に積層された窒化ガリウム系化合物半導体
を具備することを特徴とする青色発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型ＩｎXＧａ1-XＮ層の膜厚は１０
オングストローム〜０．５μｍの範囲であることを特徴
とする請求項１に記載の青色発光素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦b＜１）
層の膜厚は、０．０５μｍ〜１．５μｍの範囲であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の青色発光素子。
Priority Applications (19)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11454393A JP2713094B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-05-17 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US08/153,153 US5578839A (en) | 1992-11-20 | 1993-11-17 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| KR1019930024797A KR970007135B1 (ko) | 1992-11-19 | 1993-11-19 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체장치 |
| EP93118670A EP0599224B2 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| EP98100538A EP0844675B1 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| DE69319854T DE69319854T2 (de) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung |
| DE69333829T DE69333829T2 (de) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung |
| US08/661,157 US5734182A (en) | 1992-11-20 | 1996-06-10 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconducor device |
| US08/661,138 US5747832A (en) | 1992-11-20 | 1996-06-10 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| US08/705,972 US5880486A (en) | 1992-11-20 | 1996-08-30 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| KR1019980015416A KR100406201B1 (ko) | 1992-11-20 | 1998-04-29 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체 장치 |
| KR1019980015415A KR100406200B1 (ko) | 1992-11-20 | 1998-04-29 | 이중 헤테로구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체 장치 |
| US09/145,972 US6078063A (en) | 1992-11-20 | 1998-09-03 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| US09/300,788 US6215133B1 (en) | 1992-11-20 | 1999-04-28 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| KR1019990033018A KR100445524B1 (ko) | 1992-11-20 | 1999-08-12 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체장치 |
| KR1019990033017A KR100289626B1 (ko) | 1992-11-20 | 1999-08-12 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체장치 |
| US09/516,193 US6469323B1 (en) | 1992-11-20 | 2000-03-01 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| US10/227,834 US6791103B2 (en) | 1992-11-20 | 2002-08-27 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| US10/456,475 US20030216011A1 (en) | 1992-11-20 | 2003-06-09 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1812293 | 1993-01-08 | ||
| JP5-18122 | 1993-01-08 | ||
| JP11454393A JP2713094B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-05-17 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260682A true JPH06260682A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2713094B2 JP2713094B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=26354742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11454393A Expired - Lifetime JP2713094B2 (ja) | 1992-11-19 | 1993-05-17 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713094B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555403B1 (en) | 1997-07-30 | 2003-04-29 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser, semiconductor light emitting device, and methods of manufacturing the same |
| JP2007208300A (ja) * | 1997-07-30 | 2007-08-16 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US7498612B2 (en) | 2003-10-31 | 2009-03-03 | Showa Denko K.K. | Compound semiconductor light-emitting device having pn-junction type hetero structure and forming method thereof |
| US7897993B2 (en) | 2004-08-31 | 2011-03-01 | Sumitomo Chemical Company, Limited | GaN based luminescent device on a metal substrate |
| JP2013102240A (ja) * | 2005-08-24 | 2013-05-23 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 二重ヘテロ構造の発光領域を有するｉｉｉ族窒化物発光デバイス |
| WO2014030670A1 (ja) | 2012-08-21 | 2014-02-27 | 王子ホールディングス株式会社 | 半導体発光素子用基板及び半導体発光素子、並びにこれらの製造方法 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008153130A1 (ja) | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Rohm Co., Ltd. | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体の製造方法 |
| JP5191843B2 (ja) | 2008-09-09 | 2013-05-08 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びウェーハ |
| JP5143171B2 (ja) | 2010-03-17 | 2013-02-13 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-05-17 JP JP11454393A patent/JP2713094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
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| JP2007208300A (ja) * | 1997-07-30 | 2007-08-16 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US7498612B2 (en) | 2003-10-31 | 2009-03-03 | Showa Denko K.K. | Compound semiconductor light-emitting device having pn-junction type hetero structure and forming method thereof |
| US7897993B2 (en) | 2004-08-31 | 2011-03-01 | Sumitomo Chemical Company, Limited | GaN based luminescent device on a metal substrate |
| JP2013102240A (ja) * | 2005-08-24 | 2013-05-23 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 二重ヘテロ構造の発光領域を有するｉｉｉ族窒化物発光デバイス |
| US8847252B2 (en) | 2005-08-24 | 2014-09-30 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region |
| US9640724B2 (en) | 2005-08-24 | 2017-05-02 | Lumileds Llc | III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region |
| WO2014030670A1 (ja) | 2012-08-21 | 2014-02-27 | 王子ホールディングス株式会社 | 半導体発光素子用基板及び半導体発光素子、並びにこれらの製造方法 |
| EP2922103A1 (en) | 2012-08-21 | 2015-09-23 | Oji Holdings Corporation | Substrate for semiconductor light emitting elements, semiconductor light emitting element, method for producing substrate for semiconductor light emitting elements, and method for manufacturing semiconductor emitting element |
| US9515223B2 (en) | 2012-08-21 | 2016-12-06 | Oji Holdings Corporation | Semiconductor light emitting device substrate including an uneven structure having convex portions, and a flat surface therebetween |
| US9748441B2 (en) | 2012-08-21 | 2017-08-29 | Oji Holdings Corporation | Dry etching method of manufacturing semiconductor light emitting device substrate |
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