JPH06260683A - 青色発光素子 - Google Patents
青色発光素子Info
- Publication number
- JPH06260683A JPH06260683A JP11454493A JP11454493A JPH06260683A JP H06260683 A JPH06260683 A JP H06260683A JP 11454493 A JP11454493 A JP 11454493A JP 11454493 A JP11454493 A JP 11454493A JP H06260683 A JPH06260683 A JP H06260683A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- blue light
- type
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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し、さらにその発光波長を４５
０ｎｍ〜４９０ｎｍの高輝度の青色領域とできる実用的
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Ｚｎ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるＩｎXＧａ
1-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。
発光素子を高発光出力とし、さらにその発光波長を４５
０ｎｍ〜４９０ｎｍの高輝度の青色領域とできる実用的
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Ｚｎ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるＩｎXＧａ
1-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。
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】また、窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た従来の青色発光素子の発光波長はおよそ４３０ｎｍ以
下の紫色領域にあり、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの視感度
の良い青色発光を示す素子は未だ開発されていない。将
来、青色発光ダイオードによる平面型ディスプレイ、青
色レーザーダイオード等を実現するためには視感度の良
い青色発光デバイスが求められている。
た従来の青色発光素子の発光波長はおよそ４３０ｎｍ以
下の紫色領域にあり、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの視感度
の良い青色発光を示す素子は未だ開発されていない。将
来、青色発光ダイオードによる平面型ディスプレイ、青
色レーザーダイオード等を実現するためには視感度の良
い青色発光デバイスが求められている。
【０００６】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し、さらにその発光波
長を４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの高輝度の青色領域とでき
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し、さらにその発光波
長を４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの高輝度の青色領域とでき
る実用的でしかも新規な構造を提供するものである。
【０００７】
【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Ｚｎをドープした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、前記問題が解決できることを新たに
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Ｚｎ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるＩｎXＧａ
1-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。
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Ｚｎをドープした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、前記問題が解決できることを新たに
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Ｚｎ濃度が
１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にあるＩｎXＧａ
1-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。
【０００８】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ＺｎがドープされたＩｎXＧａ1-XＮ
層、５はＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ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、ＺｎドープＩ
ｎ XＧａ1-XＮ層４が発光層、Ｍｇドープ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ＺｎがドープされたＩｎXＧａ1-XＮ
層、５はＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ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、ＺｎドープＩ
ｎ XＧａ1-XＮ層４が発光層、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層５
が第二のクラッド層である。
【０００９】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。
【００１０】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）。
【００１１】次に、Ｚｎドープ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-XＮ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、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ＩｎXＧａ1-XＮ層４のドーパントはＺｎ
とする必要があり、しかもＺｎ濃度を１×１０17〜１×
１０21／cm3の範囲、好ましくは１×１０18〜１×１０
20／cm3に調整する必要がある。Ｚｎをドープすること
により青色発光素子の視感度を向上させ、さらに前記ド
ープ量とすることにより発光効率を増大させることがで
きる。
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-XＮ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、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ＩｎXＧａ1-XＮ層４のドーパントはＺｎ
とする必要があり、しかもＺｎ濃度を１×１０17〜１×
１０21／cm3の範囲、好ましくは１×１０18〜１×１０
20／cm3に調整する必要がある。Ｚｎをドープすること
により青色発光素子の視感度を向上させ、さらに前記ド
ープ量とすることにより発光効率を増大させることがで
きる。
【００１２】また、発光層であるＺｎドープ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。
-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。
【００１３】次に、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の濃度範囲
のｐ型ＧａＮ層５を第二のクラッド層として、Ｚｎドー
プＩｎXＧａ1-XＮと組み合わせることにより、Ｚｎドー
プＩｎXＧａ1-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、この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Ｇａ1-bＡｌbＮ、０≦b＜
１）。
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の濃度範囲
のｐ型ＧａＮ層５を第二のクラッド層として、Ｚｎドー
プＩｎXＧａ1-XＮと組み合わせることにより、Ｚｎドー
プＩｎXＧａ1-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、この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Ｇａ1-bＡｌbＮ、０≦b＜
１）。
【００１４】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。
【００１５】
【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１×１０20／cm3と一定にし、発光層であるＺｎ
ドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層のＺｎ濃度を変えた場合に、
そのＺｎ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Ｚｎ濃度が増加する
に従い、発光強度は大きくなり、１×１０18〜１×１０
20／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
Ｚｎ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１×１０20／cm3と一定にし、発光層であるＺｎ
ドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層のＺｎ濃度を変えた場合に、
そのＺｎ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Ｚｎ濃度が増加する
に従い、発光強度は大きくなり、１×１０18〜１×１０
20／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
Ｚｎ濃度を限定値とした。
【００１６】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ＺｎドープＩｎ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層のＺｎ濃度を１×１０20／cm3と一定にし、第二
のクラッド層である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ＧａＮ層の
Ｍｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3を限定値とし
た。なお、Ｚｎ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ＺｎドープＩｎ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層のＺｎ濃度を１×１０20／cm3と一定にし、第二
のクラッド層である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ＧａＮ層の
Ｍｇ濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3を限定値とし
た。なお、Ｚｎ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。
【００１７】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ＺｎドープＩｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎ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９０％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ＺｎドープＩｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎ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９０％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。
【００１８】
【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。
【００１９】［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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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ＤＥＺ（ジエチルジンク）とアンモニアガスと
で、発光層としてＺｎを１×１０ 19／cm3ドープしたＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を２００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ＤＥＺ（ジエチルジンク）とアンモニアガスと
で、発光層としてＺｎを１×１０ 19／cm3ドープしたＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を２００オングストローム成長させ
る。
【００２３】Ｚｎドープ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Ｍ
ｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮ層を０．８
μｍ成長させる。
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Ｍ
ｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮ層を０．８
μｍ成長させる。
【００２４】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。
【００２５】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４８０ｎｍで
あり、輝度は５００ｍｃｄ（ミリカンデラ）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４８０ｎｍで
あり、輝度は５００ｍｃｄ（ミリカンデラ）であった。
【００２６】［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。
【００２７】Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎ層の上に
実施例１と同様にしてＺｎを１×１０19／cm3ドープし
たＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を２００オングストローム成長
させる。
実施例１と同様にしてＺｎを１×１０19／cm3ドープし
たＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を２００オングストローム成長
させる。
【００２８】さらに、ＺｎドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ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Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎ層を０．８μｍ成長させる。
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Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎ層を０．８μｍ成長させる。
【００２９】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、輝度
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、輝度
とも実施例１と同一であった。
【００３０】［比較例１］実施例１において、ＤＥＺガ
スの流量を多くして、発光層であるＺｎドープＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ層のＺｎ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５％でしか
なかった。
スの流量を多くして、発光層であるＺｎドープＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ層のＺｎ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５％でしか
なかった。
【００３１】［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。
【００３２】
【発明の効果】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Ｚｎ
をドープした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Ｇ
ａＡｌＮ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く、かつ発光輝度
の高い青色発光デバイスを得ることができる。しかも、
Ｚｎを特定量ＩｎＧａＮ層にドープすることにより発光
波長を４５０ｎｍ〜４９０ｎｍという視感度の良い領域
にして、かつ高輝度とすることができ、その上に第二の
クラッド層であるｐ型ＧａＮ層に特定量のＭｇをドープ
してさらに発光効率を向上させることが可能となる。そ
の結果、実施例に示したように、発光波長４８０ｎｍ、
輝度５００ｍｃｄという高輝度青色発光ダイオードが実
現できた。この発光ダイオードの発光出力は従来のホモ
接合のものに比して４倍以上あり、しかも輝度は５０倍
以上もある。
またはＧａＡｌＮ層を第一のクラッド層、特定量のＺｎ
をドープした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Ｇ
ａＡｌＮ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く、かつ発光輝度
の高い青色発光デバイスを得ることができる。しかも、
Ｚｎを特定量ＩｎＧａＮ層にドープすることにより発光
波長を４５０ｎｍ〜４９０ｎｍという視感度の良い領域
にして、かつ高輝度とすることができ、その上に第二の
クラッド層であるｐ型ＧａＮ層に特定量のＭｇをドープ
してさらに発光効率を向上させることが可能となる。そ
の結果、実施例に示したように、発光波長４８０ｎｍ、
輝度５００ｍｃｄという高輝度青色発光ダイオードが実
現できた。この発光ダイオードの発光出力は従来のホモ
接合のものに比して４倍以上あり、しかも輝度は５０倍
以上もある。
【００３３】また本発明の青色発光素子は、発光層であ
るＩｎXＧａ1-XＮのＩｎのモル比Xを０＜X＜０．５とす
ることによって、発光色をおよそ４３０ｎｍから５９０
ｎｍまで変えることができるという利点を有する。
るＩｎXＧａ1-XＮのＩｎのモル比Xを０＜X＜０．５とす
ることによって、発光色をおよそ４３０ｎｍから５９０
ｎｍまで変えることができるという利点を有する。
【００３４】以上述べたように本発明の青色発光素子は
非常に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、産業上の利用価
値は非常に大きい。
非常に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、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ＺｎドープＩｎ
XＧａ1-XＮ層のＺｎ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。
XＧａ1-XＮ層のＺｎ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Ｍｇドープ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。
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。
【図５】 本発明の青色発光素子に係るＺｎ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・・・・・Ｚｎドープ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Ｚｎ濃
度が１×１０17〜１×１０21／cm3の範囲にある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-bＡｌ bＮ（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ＩｎXＧａ1-XＮ層の膜厚は１０オン
グストローム〜０．５μｍの範囲に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 |
|---|---|---|---|
| JP11454493A JP2713095B2 (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 |
| DE69319854T DE69319854T2 (de) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung |
| EP98100538A EP0844675B1 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| EP93118670A EP0599224B2 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| DE69333829T DE69333829T2 (de) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung |
| KR1019930024797A KR970007135B1 (ko) | 1992-11-19 | 1993-11-19 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체장치 |
| 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 |
| KR1019980015415A KR100406200B1 (ko) | 1992-11-20 | 1998-04-29 | 이중 헤테로구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체 장치 |
| KR1019980015416A KR100406201B1 (ko) | 1992-11-20 | 1998-04-29 | 이중 헤테로 구조체를 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 |
| KR1019990033017A KR100289626B1 (ko) | 1992-11-20 | 1999-08-12 | 이중 헤테로 구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체장치 |
| KR1019990033018A KR100445524B1 (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 |
|---|---|---|---|
| JP5-18123 | 1993-01-08 | ||
| JP1812393 | 1993-01-08 | ||
| JP11454493A JP2713095B2 (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 |
|---|---|
| JPH06260683A true JPH06260683A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2713095B2 JP2713095B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=26354743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11454493A Expired - Fee Related JP2713095B2 (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) | JP2713095B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08264836A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JPH08264835A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| EP0742622A2 (en) * | 1995-03-27 | 1996-11-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Laser diode |
| JP2001007444A (ja) * | 1994-12-22 | 2001-01-12 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US6555403B1 (en) | 1997-07-30 | 2003-04-29 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser, semiconductor light emitting device, and methods of manufacturing the same |
| JP2004289183A (ja) * | 1994-12-22 | 2004-10-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2007208300A (ja) * | 1997-07-30 | 2007-08-16 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2007294982A (ja) * | 1994-12-22 | 2007-11-08 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| EP2144306A1 (en) | 2008-07-09 | 2010-01-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor light-emitting device and epitaxial wafer |
| JP2010135490A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP2015092634A (ja) * | 2012-03-13 | 2015-05-14 | 台積固態照明股▲ふん▼有限公司 | 発光装置およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-05-17 JP JP11454493A patent/JP2713095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP2001007444A (ja) * | 1994-12-22 | 2001-01-12 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2007294982A (ja) * | 1994-12-22 | 2007-11-08 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2004289183A (ja) * | 1994-12-22 | 2004-10-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| EP0742622A3 (en) * | 1995-03-27 | 1997-02-19 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Laser diode |
| JPH08264836A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| EP0742622A2 (en) * | 1995-03-27 | 1996-11-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Laser diode |
| JPH08264835A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| 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 |
| EP2144306A1 (en) | 2008-07-09 | 2010-01-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor light-emitting device and epitaxial wafer |
| JP2010135490A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2015092634A (ja) * | 2012-03-13 | 2015-05-14 | 台積固態照明股▲ふん▼有限公司 | 発光装置およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2713095B2 (ja) | 1998-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2917742B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子とその製造方法 | |
| KR100406200B1 (ko) | 이중 헤테로구조체를 구비한 발광 질화갈륨계 화합물 반도체 장치 | |
| JP2778405B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3250438B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2932467B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3551101B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2890396B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3890930B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3868136B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2785254B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP5145617B2 (ja) | ｎ型窒化物半導体積層体およびそれを用いる半導体素子 | |
| JP2560963B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2001203385A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| JP2713095B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2713094B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2918139B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP2790242B2 (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| JP2809045B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2004014587A (ja) | 窒化物系化合物半導体エピタキシャルウエハ及び発光素子 | |
| JP2560964B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3267250B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2576819B1 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3809749B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2713095C (ja) | ||
| JP2560963C (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |