JPH06338629A - 炭化ケイ素発光ダイオード素子 - Google Patents
炭化ケイ素発光ダイオード素子Info
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- JPH06338629A JPH06338629A JP23350093A JP23350093A JPH06338629A JP H06338629 A JPH06338629 A JP H06338629A JP 23350093 A JP23350093 A JP 23350093A JP 23350093 A JP23350093 A JP 23350093A JP H06338629 A JPH06338629 A JP H06338629A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高輝度化が可能なＳｉＣ発光ダイオード素子
を提供することを目的とする。 【構成】 ｎ型ＳｉＣ単結晶基板１と、ｎ型ＳｉＣ単結
晶基板１上に形成された発光層としてのｎ型ＳｉＣ層２
と、ｎ型ＳｉＣ層２上に形成されたホール拡散距離以下
の層厚を有するｐ-型ＳｉＣ層３と、ｐ-型ＳｉＣ層３上
に形成されたｐ+型ＳｉＣ層４とから構成する。
を提供することを目的とする。 【構成】 ｎ型ＳｉＣ単結晶基板１と、ｎ型ＳｉＣ単結
晶基板１上に形成された発光層としてのｎ型ＳｉＣ層２
と、ｎ型ＳｉＣ層２上に形成されたホール拡散距離以下
の層厚を有するｐ-型ＳｉＣ層３と、ｐ-型ＳｉＣ層３上
に形成されたｐ+型ＳｉＣ層４とから構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭化ケイ素発光ダイオー
ド素子に関する。
ド素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、耐熱
性及び機械的強度に優れ、放射線に対して強いなどの物
理的、化学的性質から耐環境性半導体材料として注目さ
れている。
性及び機械的強度に優れ、放射線に対して強いなどの物
理的、化学的性質から耐環境性半導体材料として注目さ
れている。
【０００３】しかもＳｉＣ結晶は間接遷移型のIV−IV化
合物であり、ＳｉＣ結晶は３Ｃ形、４Ｈ形、６Ｈ（ヘキ
サゴナール）形、１５Ｒ形等各種の結晶多形が存在し、
その禁制帯幅は２．４〜３．３ｅＶと広範囲に亘ると共
に、ｐ型及びｎ型の結晶が得られてｐｎ接合の形成が可
能であることから、赤色から青色までのすべての波長範
囲の可視光を発する発光ダイオード材料として有望視さ
れている。なかでも室温において約３ｅＶの禁制帯幅を
有する６Ｈ形のＳｉＣ結晶は、青色発光ダイオード素子
の材料として用いられている。
合物であり、ＳｉＣ結晶は３Ｃ形、４Ｈ形、６Ｈ（ヘキ
サゴナール）形、１５Ｒ形等各種の結晶多形が存在し、
その禁制帯幅は２．４〜３．３ｅＶと広範囲に亘ると共
に、ｐ型及びｎ型の結晶が得られてｐｎ接合の形成が可
能であることから、赤色から青色までのすべての波長範
囲の可視光を発する発光ダイオード材料として有望視さ
れている。なかでも室温において約３ｅＶの禁制帯幅を
有する６Ｈ形のＳｉＣ結晶は、青色発光ダイオード素子
の材料として用いられている。
【０００４】そして、ＳｉＣ単結晶の製造方法は、例え
ば液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）の一種である
ディップ法により行われ、例えば雑誌「電子技術」の第
２６巻，第１４号，第１２８頁〜第１２９頁，１９８４
年に記載されているような装置が用いられる。
ば液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）の一種である
ディップ法により行われ、例えば雑誌「電子技術」の第
２６巻，第１４号，第１２８頁〜第１２９頁，１９８４
年に記載されているような装置が用いられる。
【０００５】斯るＳｉＣ単結晶の成長は、ケイ素（Ｓ
ｉ）融液に加熱されたグラファイト製ルツボから炭素
（Ｃ）が少量溶け込み、Ｓｉ融液の対流によって該Ｓｉ
融液に浸漬されたＳｉＣ単結晶基板の表面近辺に運ばれ
てＳｉと反応することによって行われる。尚、一般にＳ
ｉＣ発光ダイオード素子のｎ型ＳｉＣ単結晶層の成長の
際には、ドナー不純物として窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）が
Ｓｉ融液に添加されると共にｐ型に反転しない範囲内の
量から選択される発光センターとなるアルミニウム（Ａ
ｌ）が添加され、またｐ型ＳｉＣ単結晶層の成長の際に
は、アクセプター不純物としてＡｌが添加される。
ｉ）融液に加熱されたグラファイト製ルツボから炭素
（Ｃ）が少量溶け込み、Ｓｉ融液の対流によって該Ｓｉ
融液に浸漬されたＳｉＣ単結晶基板の表面近辺に運ばれ
てＳｉと反応することによって行われる。尚、一般にＳ
ｉＣ発光ダイオード素子のｎ型ＳｉＣ単結晶層の成長の
際には、ドナー不純物として窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）が
Ｓｉ融液に添加されると共にｐ型に反転しない範囲内の
量から選択される発光センターとなるアルミニウム（Ａ
ｌ）が添加され、またｐ型ＳｉＣ単結晶層の成長の際に
は、アクセプター不純物としてＡｌが添加される。
【０００６】また、従来のＳｉＣ発光ダイオード素子
は、先述の雑誌「電子技術」の第２６巻，第１４号，第
１２８頁〜第１２９頁，１９８４年に開示されている。
図６に示すように、この従来のＳｉＣ発光ダイオード素
子は、ｎ型ＳｉＣ単結晶基板３１の一主面上に、不純物
濃度の制御されたｎ型ＳｉＣ単結晶層（発光層）３２、
ｐ型ＳｉＣ単結晶層３３が順次積層され、ｐ型ＳｉＣ単
結晶層３３表面にＡｌ／Ｓｉオーミック電極３４、前記
ｎ型基板３１の他の主面にＡｕ／Ｎｉオーミック電極３
５がそれぞれ形成されている。
は、先述の雑誌「電子技術」の第２６巻，第１４号，第
１２８頁〜第１２９頁，１９８４年に開示されている。
図６に示すように、この従来のＳｉＣ発光ダイオード素
子は、ｎ型ＳｉＣ単結晶基板３１の一主面上に、不純物
濃度の制御されたｎ型ＳｉＣ単結晶層（発光層）３２、
ｐ型ＳｉＣ単結晶層３３が順次積層され、ｐ型ＳｉＣ単
結晶層３３表面にＡｌ／Ｓｉオーミック電極３４、前記
ｎ型基板３１の他の主面にＡｕ／Ｎｉオーミック電極３
５がそれぞれ形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】斯るＳｉＣ発光ダイオ
ード素子は、ｐ型ＳｉＣ単結晶層３３として高キャリア
濃度のｐ型ＳｉＣ単結晶層（ｐ+型ＳｉＣ単結晶層）を
用いることにより、発光層となるｎ型ＳｉＣ単結晶層３
２へのホールの注入効率が増加されて高輝度化が図れる
と考えられるが、本願発明者がＬＰＥ法により作成した
図６に示す構造のＳｉＣ発光ダイオード素子の測定結果
によると、即ち図７にこの測定結果であるｐ型ＳｉＣ単
結晶層３３のキャリア濃度（アクセプター不純物はＡ
ｌ）のみを変えた場合の発光強度を示すように、前記ｐ
型ＳｉＣ単結晶層３３のキャリア濃度が４×１０17ｃｍ
-3（Ａｌ不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）より大きくな
ると、予想に反して発光強度が低下するといった問題が
あった。
ード素子は、ｐ型ＳｉＣ単結晶層３３として高キャリア
濃度のｐ型ＳｉＣ単結晶層（ｐ+型ＳｉＣ単結晶層）を
用いることにより、発光層となるｎ型ＳｉＣ単結晶層３
２へのホールの注入効率が増加されて高輝度化が図れる
と考えられるが、本願発明者がＬＰＥ法により作成した
図６に示す構造のＳｉＣ発光ダイオード素子の測定結果
によると、即ち図７にこの測定結果であるｐ型ＳｉＣ単
結晶層３３のキャリア濃度（アクセプター不純物はＡ
ｌ）のみを変えた場合の発光強度を示すように、前記ｐ
型ＳｉＣ単結晶層３３のキャリア濃度が４×１０17ｃｍ
-3（Ａｌ不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）より大きくな
ると、予想に反して発光強度が低下するといった問題が
あった。
【０００８】この発光強度の低下は、ｐ型ＳｉＣ単結晶
層３３が高キャリア濃度になることにより、ｐｎ接合付
近の結晶性が低下することに起因すると考えられ、上記
したように特にｐ型ＳｉＣ単結晶層のアクセプター不純
物がＡｌであって、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3よ
り大きくなる場合に十分な高輝度化が図れないといった
問題があった。
層３３が高キャリア濃度になることにより、ｐｎ接合付
近の結晶性が低下することに起因すると考えられ、上記
したように特にｐ型ＳｉＣ単結晶層のアクセプター不純
物がＡｌであって、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3よ
り大きくなる場合に十分な高輝度化が図れないといった
問題があった。
【０００９】従って、本発明は高輝度化が十分に図れる
ＳｉＣ発光ダイオード素子を提供することを目的とす
る。
ＳｉＣ発光ダイオード素子を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の炭化ケイ素発光
ダイオード素子は、発光層としてのｎ型炭化ケイ素層
と、該ｎ型炭化ケイ素層上に設けられたホール拡散距離
以下の層厚を有するｐ-型炭化ケイ素層と、該ｐ-型炭化
ケイ素層上に設けられたｐ+型炭化ケイ素層と、からな
ることを特徴とする。
ダイオード素子は、発光層としてのｎ型炭化ケイ素層
と、該ｎ型炭化ケイ素層上に設けられたホール拡散距離
以下の層厚を有するｐ-型炭化ケイ素層と、該ｐ-型炭化
ケイ素層上に設けられたｐ+型炭化ケイ素層と、からな
ることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の炭化ケイ素発光ダイオード
素子は、発光層としてのｎ型炭化ケイ素層と、該ｎ型炭
化ケイ素層上に設けられた該層側から上方に向けてｐ-
型からｐ+型に変化する炭化ケイ素からなる遷移領域層
と、該遷移領域層のｐ+型側上に設けられたｐ+型炭化ケ
イ素層と、を備え、前記遷移領域層がホール拡散距離以
下の層厚を有することを特徴とする。
素子は、発光層としてのｎ型炭化ケイ素層と、該ｎ型炭
化ケイ素層上に設けられた該層側から上方に向けてｐ-
型からｐ+型に変化する炭化ケイ素からなる遷移領域層
と、該遷移領域層のｐ+型側上に設けられたｐ+型炭化ケ
イ素層と、を備え、前記遷移領域層がホール拡散距離以
下の層厚を有することを特徴とする。
【００１２】特に、前記ｐ-型の炭化ケイ素は、不純物
がＡｌであると共に、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3
以下であることを特徴とする。
がＡｌであると共に、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3
以下であることを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明の構成によれば、ｐｎ接合がｎ型炭化ケ
イ素層とｐ-型炭化ケイ素層により形成されるので、ｐ
ｎ接合付近での不純物濃度が低減されてこのｐｎ接合付
近の結晶性の低下を抑制できると共に、このｐ-型炭化
ケイ素層の層厚がホール拡散距離以下であるので、ホー
ルがｐ+型炭化ケイ素層よりｎ型炭化ケイ素層へ多く注
入される。
イ素層とｐ-型炭化ケイ素層により形成されるので、ｐ
ｎ接合付近での不純物濃度が低減されてこのｐｎ接合付
近の結晶性の低下を抑制できると共に、このｐ-型炭化
ケイ素層の層厚がホール拡散距離以下であるので、ホー
ルがｐ+型炭化ケイ素層よりｎ型炭化ケイ素層へ多く注
入される。
【００１４】また、別の本発明の構成によれば、遷移領
域層は実質的にｐ-型ＳｉＣ層とｐ+型ＳｉＣ層から構成
される。従って、ｐｎ接合付近での不純物濃度が低減さ
れてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できると共
に、この遷移領域層の層厚がホール拡散距離以下である
ので、ホールがこの遷移領域層のｐ+型ＳｉＣ層に対応
する部分からの他、遷移領域層上のｐ+型炭化ケイ素層
からｎ型炭化ケイ素層へ多く注入される。
域層は実質的にｐ-型ＳｉＣ層とｐ+型ＳｉＣ層から構成
される。従って、ｐｎ接合付近での不純物濃度が低減さ
れてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できると共
に、この遷移領域層の層厚がホール拡散距離以下である
ので、ホールがこの遷移領域層のｐ+型ＳｉＣ層に対応
する部分からの他、遷移領域層上のｐ+型炭化ケイ素層
からｎ型炭化ケイ素層へ多く注入される。
【００１５】
【実施例】本発明の第１実施例に係るＳｉＣ発光ダイオ
ード素子の模式構造断面図である図１を用いて説明す
る。
ード素子の模式構造断面図である図１を用いて説明す
る。
【００１６】図中、１はｎ型ＳｉＣ単結晶基板である。
２はこの基板１上にエピタキシャル成長された層厚が２
〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍで、キャリア濃度
が１×１０16ｃｍ-3以上、典型的には１×１０17〜５×
１０18ｃｍ-3を有する補償ｎ型ＳｉＣ単結晶層であっ
て、該層２はドナー不純物としての窒素と発光センター
となる少量のアクセプター不純物としてのＡｌが含有さ
れて、所謂発光層として機能する。ここで、補償とは、
アクセプター不純物とドナー不純物の両方が存在するこ
とを意味し、作成時に故意に両不純物を添加したものを
示す。尚、補償は後述する略無補償に比べて逆導電型不
純物量が多い。
２はこの基板１上にエピタキシャル成長された層厚が２
〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍで、キャリア濃度
が１×１０16ｃｍ-3以上、典型的には１×１０17〜５×
１０18ｃｍ-3を有する補償ｎ型ＳｉＣ単結晶層であっ
て、該層２はドナー不純物としての窒素と発光センター
となる少量のアクセプター不純物としてのＡｌが含有さ
れて、所謂発光層として機能する。ここで、補償とは、
アクセプター不純物とドナー不純物の両方が存在するこ
とを意味し、作成時に故意に両不純物を添加したものを
示す。尚、補償は後述する略無補償に比べて逆導電型不
純物量が多い。
【００１７】３はｎ型ＳｉＣ単結晶層２上にエピタキシ
ャル成長されたホール拡散距離（即ち略１μｍ）以下且
つ望ましくは他の隣接した層からの不純物の拡散の影響
を少なくするために略０．１μｍ以上の層厚を有する低
キャリア濃度の略無補償ｐ型ＳｉＣ単結晶層（ｐ-型Ｓ
ｉＣ単結晶層）である。ここで、略無補償とは、反対導
電型不純物が存在し得る場合においてもごく少量である
ことを意味し、好ましくはＳｉＣ単結晶層を作成する際
に故意に逆導電型不純物を添加しないことを意味する。
ャル成長されたホール拡散距離（即ち略１μｍ）以下且
つ望ましくは他の隣接した層からの不純物の拡散の影響
を少なくするために略０．１μｍ以上の層厚を有する低
キャリア濃度の略無補償ｐ型ＳｉＣ単結晶層（ｐ-型Ｓ
ｉＣ単結晶層）である。ここで、略無補償とは、反対導
電型不純物が存在し得る場合においてもごく少量である
ことを意味し、好ましくはＳｉＣ単結晶層を作成する際
に故意に逆導電型不純物を添加しないことを意味する。
【００１８】本実施例ではｐ-型ＳｉＣ単結晶層３のア
クセプター不純物はＡｌであり、ｐ型キャリア濃度は４
×１０17ｃｍ-3以下である。但し、ｐ-型ＳｉＣ単結晶
層３のｐ型キャリア濃度は４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ不純
物濃度：２×１０20ｃｍ-3）以下であればよいが、この
キャリア濃度が極端に小さいと素子抵抗が大きくなるの
で、１×１０15ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃度：２×１０15ｃ
ｍ-3）以上が望ましい。
クセプター不純物はＡｌであり、ｐ型キャリア濃度は４
×１０17ｃｍ-3以下である。但し、ｐ-型ＳｉＣ単結晶
層３のｐ型キャリア濃度は４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ不純
物濃度：２×１０20ｃｍ-3）以下であればよいが、この
キャリア濃度が極端に小さいと素子抵抗が大きくなるの
で、１×１０15ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃度：２×１０15ｃ
ｍ-3）以上が望ましい。
【００１９】４はｐ-型ＳｉＣ単結晶層３上にエピタキ
シャル成長された層厚が２〜１０μｍ、好ましくは３〜
８μｍを有する高キャリア濃度の略無補償ｐ型ＳｉＣ単
結晶層（ｐ+型ＳｉＣ単結晶層）である。本実施例では
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層４のアクセプター不純物はアルミ
ニウムであり、キャリア濃度は４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ
不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）より大きく、典型には
１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃度：８×
１０20〜８×１０22ｃｍ-3）である。
シャル成長された層厚が２〜１０μｍ、好ましくは３〜
８μｍを有する高キャリア濃度の略無補償ｐ型ＳｉＣ単
結晶層（ｐ+型ＳｉＣ単結晶層）である。本実施例では
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層４のアクセプター不純物はアルミ
ニウムであり、キャリア濃度は４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ
不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）より大きく、典型には
１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃度：８×
１０20〜８×１０22ｃｍ-3）である。
【００２０】５は前記ｐ+型ＳｉＣ単結晶層４上に形成
されたｐ型側オーミック電極であり、６は前記ｎ型Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１の下面の一部に形成されたｎ型側オーミ
ック電極である。
されたｐ型側オーミック電極であり、６は前記ｎ型Ｓｉ
Ｃ単結晶基板１の下面の一部に形成されたｎ型側オーミ
ック電極である。
【００２１】この発光ダイオード素子は、従来周知のデ
ィップ法やＣＶＤ法で形成される。尚、ディップの場
合、一般にｎ型ＳｉＣ単結晶層２の成長の際には、ドナ
ー不純物として窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）がＳｉ融液に添
加されると共にｐ型に反転しない範囲内の量から選択さ
れる発光センターとなるアクセプター不純物としてのア
ルミニウム（Ａｌ）が添加され、ｐ-型、ｐ+型ＳｉＣ単
結晶層３、４の成長の際には、アクセプター不純物とし
てＡｌが添加される。
ィップ法やＣＶＤ法で形成される。尚、ディップの場
合、一般にｎ型ＳｉＣ単結晶層２の成長の際には、ドナ
ー不純物として窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）がＳｉ融液に添
加されると共にｐ型に反転しない範囲内の量から選択さ
れる発光センターとなるアクセプター不純物としてのア
ルミニウム（Ａｌ）が添加され、ｐ-型、ｐ+型ＳｉＣ単
結晶層３、４の成長の際には、アクセプター不純物とし
てＡｌが添加される。
【００２２】斯る発光ダイオード素子は、ｐｎ接合がｎ
型ＳｉＣ単結晶層２とアクセプター不純物としてＡｌが
ドープされキャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3以下の略無
補償ｐ-型ＳｉＣ単結晶層３により形成されるので、ｐ
ｎ接合付近での不純物濃度が低減されてこのｐｎ接合付
近の結晶性の低下を抑制できる。またこのｐ-型ＳｉＣ
単結晶層３の層厚がホール拡散距離以下であるので、ホ
ールはｐ+型ＳｉＣ単結晶層４からｐ-型ＳｉＣ単結晶層
３を介してｎ型ＳｉＣ単結晶層２へ注入される。従っ
て、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２へのホールの注入が多く行わ
れる。
型ＳｉＣ単結晶層２とアクセプター不純物としてＡｌが
ドープされキャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3以下の略無
補償ｐ-型ＳｉＣ単結晶層３により形成されるので、ｐ
ｎ接合付近での不純物濃度が低減されてこのｐｎ接合付
近の結晶性の低下を抑制できる。またこのｐ-型ＳｉＣ
単結晶層３の層厚がホール拡散距離以下であるので、ホ
ールはｐ+型ＳｉＣ単結晶層４からｐ-型ＳｉＣ単結晶層
３を介してｎ型ＳｉＣ単結晶層２へ注入される。従っ
て、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２へのホールの注入が多く行わ
れる。
【００２３】この結果、本実施例の発光ダイオード素子
は、従来のｐ-型ＳｉＣ単結晶層を設けない発光ダイオ
ード素子に比べて高輝度化が十分に図れる。
は、従来のｐ-型ＳｉＣ単結晶層を設けない発光ダイオ
ード素子に比べて高輝度化が十分に図れる。
【００２４】上記実施例では、ｎ型ＳｉＣ単結晶基板上
に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡散距
離以下の層厚を有する略無補償のｐ-型ＳｉＣ単結晶
層、及び前記ｎ型ＳｉＣ単結晶層へのホール注入の増大
を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結晶層をこの順序で構成し
たＳｉＣ発光ダイオード素子について述べたが、ｐ型Ｓ
ｉＣ単結晶基板上に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶
層へのホール注入の増大を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結
晶層、ホール拡散距離以下の層厚を有する略無補償ｐ-
型ＳｉＣ単結晶層、及び発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結
晶層をこの順序で構成したＳｉＣ発光ダイオード素子で
も同様の効果がある。
に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡散距
離以下の層厚を有する略無補償のｐ-型ＳｉＣ単結晶
層、及び前記ｎ型ＳｉＣ単結晶層へのホール注入の増大
を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結晶層をこの順序で構成し
たＳｉＣ発光ダイオード素子について述べたが、ｐ型Ｓ
ｉＣ単結晶基板上に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶
層へのホール注入の増大を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結
晶層、ホール拡散距離以下の層厚を有する略無補償ｐ-
型ＳｉＣ単結晶層、及び発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結
晶層をこの順序で構成したＳｉＣ発光ダイオード素子で
も同様の効果がある。
【００２５】次に、本発明の第２実施例に係るＳｉＣ発
光ダイオード素子を模式構造断面図である図２を用いて
説明する。第１実施例と異なる点は、ｐ-型ＳｉＣ単結
晶層に代えて、ｐ-型からｐ+型に変化するＳｉＣからな
る遷移領域層を用いた点であり、第１実施例と同一部分
には同一符号を付してその説明は割愛する。
光ダイオード素子を模式構造断面図である図２を用いて
説明する。第１実施例と異なる点は、ｐ-型ＳｉＣ単結
晶層に代えて、ｐ-型からｐ+型に変化するＳｉＣからな
る遷移領域層を用いた点であり、第１実施例と同一部分
には同一符号を付してその説明は割愛する。
【００２６】図２中、１３は、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２上
にエピタキシャル形成されたホール拡散距離（即ち略１
μｍ）以下の層厚を有し略無補償のＳｉＣ単結晶からな
る遷移領域層である。図３にこの遷移領域層１３のキャ
リア濃度の変化を模式的に示すように、遷移領域層１３
はｎ型ＳｉＣ単結晶層２側からｐ+型ＳｉＣ単結晶層４
側へのキャリア濃度が、ｐ-型（低キャリア濃度）から
ｐ+型（高キャリア濃度）に漸次的に、即ち略直線的に
変化する。
にエピタキシャル形成されたホール拡散距離（即ち略１
μｍ）以下の層厚を有し略無補償のＳｉＣ単結晶からな
る遷移領域層である。図３にこの遷移領域層１３のキャ
リア濃度の変化を模式的に示すように、遷移領域層１３
はｎ型ＳｉＣ単結晶層２側からｐ+型ＳｉＣ単結晶層４
側へのキャリア濃度が、ｐ-型（低キャリア濃度）から
ｐ+型（高キャリア濃度）に漸次的に、即ち略直線的に
変化する。
【００２７】前記遷移領域層１３は、実質的にはｐ-型
ＳｉＣ単結晶層とｐ+型ＳｉＣ単結晶層との構成であっ
て、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分（図２、図３
中、Ａ点）又はｐ+型ＳｉＣ単結晶層４と接する部分
（図２、図３中、Ｂ点）のキャリア濃度の設定値によっ
て、この遷移領域層１３のｐ-型ＳｉＣ単結晶層に対応
する部分とｐ+型ＳｉＣ単結晶層に対応する部分の比率
が決定される。
ＳｉＣ単結晶層とｐ+型ＳｉＣ単結晶層との構成であっ
て、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分（図２、図３
中、Ａ点）又はｐ+型ＳｉＣ単結晶層４と接する部分
（図２、図３中、Ｂ点）のキャリア濃度の設定値によっ
て、この遷移領域層１３のｐ-型ＳｉＣ単結晶層に対応
する部分とｐ+型ＳｉＣ単結晶層に対応する部分の比率
が決定される。
【００２８】前記遷移領域層１３上にエピタキシャル形
成されたｐ+型ＳｉＣ単結晶層４は、該遷移領域層１３
と接する部分と同じか又は大きいキャリア濃度に設定さ
れており、前記遷移領域層１３と望ましくは同一アクセ
プターである。
成されたｐ+型ＳｉＣ単結晶層４は、該遷移領域層１３
と接する部分と同じか又は大きいキャリア濃度に設定さ
れており、前記遷移領域層１３と望ましくは同一アクセ
プターである。
【００２９】本実施例の遷移領域層１３は、そのアクセ
プタ不純物がＡｌである。この場合、領域層１３のう
ち、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分（図２、図３
中、Ａ点）のキャリア濃度は、４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ
不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）以下であって素子抵抗
の増加を抑制するため望ましくは１×１０15ｃｍ-3（Ａ
ｌ不純物濃度：２×１０15ｃｍ-3）以上であり、ｐ+型
ＳｉＣ単結晶層４と接する部分（図２、図３中、Ｂ点）
のキャリア濃度は、４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃
度：２×１０20ｃｍ-3）より大きく、典型的には１×１
０18〜１×１０19ｃｍ -3（Ａｌ不純物濃度：８×１０20
〜８×１０22ｃｍ-3）である。
プタ不純物がＡｌである。この場合、領域層１３のう
ち、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分（図２、図３
中、Ａ点）のキャリア濃度は、４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ
不純物濃度：２×１０20ｃｍ-3）以下であって素子抵抗
の増加を抑制するため望ましくは１×１０15ｃｍ-3（Ａ
ｌ不純物濃度：２×１０15ｃｍ-3）以上であり、ｐ+型
ＳｉＣ単結晶層４と接する部分（図２、図３中、Ｂ点）
のキャリア濃度は、４×１０17ｃｍ-3（Ａｌ不純物濃
度：２×１０20ｃｍ-3）より大きく、典型的には１×１
０18〜１×１０19ｃｍ -3（Ａｌ不純物濃度：８×１０20
〜８×１０22ｃｍ-3）である。
【００３０】この発光ダイオード素子は、第１実施例と
同じく例えば従来周知のディップ法やＣＶＤ法で形成さ
れる。尚、例えばディップ法の場合、前記遷移領域層１
３は、Ｓｉ融液に添加されるアクセプター不純物として
Ａｌが漸次添加されることにより作成される。
同じく例えば従来周知のディップ法やＣＶＤ法で形成さ
れる。尚、例えばディップ法の場合、前記遷移領域層１
３は、Ｓｉ融液に添加されるアクセプター不純物として
Ａｌが漸次添加されることにより作成される。
【００３１】斯る発光ダイオード素子は、ｐｎ接合がｎ
型ＳｉＣ単結晶層２とアクセプター不純物としてＡｌが
ドープされキャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3以下を有す
る略無補償の遷移領域層１３のｐ-型側との間に形成さ
れるので、第１実施例と同じくｐｎ接合付近での不純物
濃度が低減されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑
制できると共に、この遷移領域層１３の層厚がホール拡
散距離以下であるので、ホールがこの遷移領域層１３の
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層に対応する部分の他、ｐ+型炭化ケ
イ素層４からｎ型炭化ケイ素層２へ多く注入される。こ
の結果、この発光ダイオード素子は、従来に比べて高輝
度化が図れる。
型ＳｉＣ単結晶層２とアクセプター不純物としてＡｌが
ドープされキャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3以下を有す
る略無補償の遷移領域層１３のｐ-型側との間に形成さ
れるので、第１実施例と同じくｐｎ接合付近での不純物
濃度が低減されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑
制できると共に、この遷移領域層１３の層厚がホール拡
散距離以下であるので、ホールがこの遷移領域層１３の
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層に対応する部分の他、ｐ+型炭化ケ
イ素層４からｎ型炭化ケイ素層２へ多く注入される。こ
の結果、この発光ダイオード素子は、従来に比べて高輝
度化が図れる。
【００３２】尚、斯る発光ダイオード素子では、遷移領
域層１３のうちｐ-型となる部分の厚みは略０．１μｍ
以上なくともよく、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分
（図２中、Ａ点）のみとすることも可能である。何故な
ら、遷移領域層１３は漸次的に低キャリア濃度から高キ
ャリア濃度へと変化するので、ｐｎ接合付近の不純物濃
度が小さくなるためである。
域層１３のうちｐ-型となる部分の厚みは略０．１μｍ
以上なくともよく、ｎ型ＳｉＣ単結晶層２と接する部分
（図２中、Ａ点）のみとすることも可能である。何故な
ら、遷移領域層１３は漸次的に低キャリア濃度から高キ
ャリア濃度へと変化するので、ｐｎ接合付近の不純物濃
度が小さくなるためである。
【００３３】上述では、遷移領域層１３は、ｎ型ＳｉＣ
単結晶層２側からｐ+型ＳｉＣ単結晶層４側へのキャリ
ア濃度が、ｐ-型（低キャリア濃度）からｐ+型（高キャ
リア濃度）に略直線的に変化するようにしたが、図４又
は図５等に示すような濃度勾配であってもよい。
単結晶層２側からｐ+型ＳｉＣ単結晶層４側へのキャリ
ア濃度が、ｐ-型（低キャリア濃度）からｐ+型（高キャ
リア濃度）に略直線的に変化するようにしたが、図４又
は図５等に示すような濃度勾配であってもよい。
【００３４】上記第２実施例では、ｎ型ＳｉＣ単結晶基
板上に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡
散距離以下の層厚を有する略無補償のｐ型ＳｉＣ単結晶
からなる遷移領域層、及び前記ｎ型ＳｉＣ単結晶層への
ホール注入の増大を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結晶層を
この順序で構成したＳｉＣ発光ダイオード素子について
述べたが、ｐ型ＳｉＣ単結晶基板上に、発光層としての
ｎ型ＳｉＣ単結晶層へのホール注入の増大を図るための
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡散距離以下の層厚を有
する略無補償のｐ型ＳｉＣ単結晶からなる遷移領域層、
及び発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層をこの順序で構
成したＳｉＣ発光ダイオード素子でも同様の効果があ
る。
板上に、発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡
散距離以下の層厚を有する略無補償のｐ型ＳｉＣ単結晶
からなる遷移領域層、及び前記ｎ型ＳｉＣ単結晶層への
ホール注入の増大を図るためのｐ+型ＳｉＣ単結晶層を
この順序で構成したＳｉＣ発光ダイオード素子について
述べたが、ｐ型ＳｉＣ単結晶基板上に、発光層としての
ｎ型ＳｉＣ単結晶層へのホール注入の増大を図るための
ｐ+型ＳｉＣ単結晶層、ホール拡散距離以下の層厚を有
する略無補償のｐ型ＳｉＣ単結晶からなる遷移領域層、
及び発光層としてのｎ型ＳｉＣ単結晶層をこの順序で構
成したＳｉＣ発光ダイオード素子でも同様の効果があ
る。
【００３５】上述のｐ-型ＳｉＣ単結晶層又は遷移領域
層のアクセプター不純物はＡｌであるが、他の元素であ
ってもｐ-型ＳｉＣ単結晶層又は遷移領域層のｐ-型側の
キャリア濃度（アクセプター不純物濃度）を結晶性の低
下を招く濃度以下とすることにより高輝度化が図れる。
また、ｎ型ＳｉＣ単結晶層、ｐ+型ＳｉＣ単結晶層の不
純物も勿論上記各実施例以外のものを適宜利用できる。
層のアクセプター不純物はＡｌであるが、他の元素であ
ってもｐ-型ＳｉＣ単結晶層又は遷移領域層のｐ-型側の
キャリア濃度（アクセプター不純物濃度）を結晶性の低
下を招く濃度以下とすることにより高輝度化が図れる。
また、ｎ型ＳｉＣ単結晶層、ｐ+型ＳｉＣ単結晶層の不
純物も勿論上記各実施例以外のものを適宜利用できる。
【００３６】また、上記各実施例において、ｐ-型Ｓｉ
Ｃ単結晶層、ｐ+型ＳｉＣ単結晶層、及び遷移領域層は
略無補償としたが、少なくともｐ-型ＳｉＣ単結晶層及
び遷移領域層を略無補償とすればよく、特にｐ-型Ｓｉ
Ｃ単結晶層及び遷移領域層は略無補償のうち無補償が好
ましい。ｐ-型ＳｉＣ単結晶層及び遷移領域層が補償で
ある場合には、これらの層の不純物濃度が大きくなるの
で、ｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できない。
Ｃ単結晶層、ｐ+型ＳｉＣ単結晶層、及び遷移領域層は
略無補償としたが、少なくともｐ-型ＳｉＣ単結晶層及
び遷移領域層を略無補償とすればよく、特にｐ-型Ｓｉ
Ｃ単結晶層及び遷移領域層は略無補償のうち無補償が好
ましい。ｐ-型ＳｉＣ単結晶層及び遷移領域層が補償で
ある場合には、これらの層の不純物濃度が大きくなるの
で、ｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できない。
【００３７】本発明のＳｉＣ発光ダイオード素子は、Ｓ
ｉＣの結晶多形は６Ｈ形をはじめ適宜使用できるが、１
素子内のＳｉＣの結晶多形は同一であるのが最も好まし
い。
ｉＣの結晶多形は６Ｈ形をはじめ適宜使用できるが、１
素子内のＳｉＣの結晶多形は同一であるのが最も好まし
い。
【００３８】
【発明の効果】本発明のＳｉＣ発光ダイオード素子は、
ｐｎ接合がｎ型炭化ケイ素層とｐ-型炭化ケイ素層によ
り形成されるので、ｐｎ接合付近での不純物濃度が低減
されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できると
共に、このｐ-型炭化ケイ素層の層厚がホール拡散距離
以下であるので、ｐ+型炭化ケイ素層よりｎ型炭化ケイ
素層へホールの注入が効率よく行われる。この結果、発
光ダイオード素子の高輝度化が図れる。
ｐｎ接合がｎ型炭化ケイ素層とｐ-型炭化ケイ素層によ
り形成されるので、ｐｎ接合付近での不純物濃度が低減
されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を抑制できると
共に、このｐ-型炭化ケイ素層の層厚がホール拡散距離
以下であるので、ｐ+型炭化ケイ素層よりｎ型炭化ケイ
素層へホールの注入が効率よく行われる。この結果、発
光ダイオード素子の高輝度化が図れる。
【００３９】また、別の本発明のＳｉＣ発光ダイオード
素子は、遷移領域層が実質的にｐ-型ＳｉＣ層とｐ+型Ｓ
ｉＣ層から構成される。従って、ｐｎ接合付近での不純
物濃度が低減されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を
抑制できると共に、この遷移領域層の層厚がホール拡散
距離以下であるので、ホールがこの遷移領域層のｐ +型
ＳｉＣ層に対応する部分からの他、遷移領域層上のｐ+
型炭化ケイ素層からｎ型炭化ケイ素層へ多く注入され
る。この結果、発光ダイオード素子の高輝度化が図れ
る。
素子は、遷移領域層が実質的にｐ-型ＳｉＣ層とｐ+型Ｓ
ｉＣ層から構成される。従って、ｐｎ接合付近での不純
物濃度が低減されてこのｐｎ接合付近の結晶性の低下を
抑制できると共に、この遷移領域層の層厚がホール拡散
距離以下であるので、ホールがこの遷移領域層のｐ +型
ＳｉＣ層に対応する部分からの他、遷移領域層上のｐ+
型炭化ケイ素層からｎ型炭化ケイ素層へ多く注入され
る。この結果、発光ダイオード素子の高輝度化が図れ
る。
【００４０】特に、前記ｐ-型の炭化ケイ素の不純物が
Ａｌである場合には、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3
以下である時に発光ダイオード素子の高輝度化が図れ
る。
Ａｌである場合には、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3
以下である時に発光ダイオード素子の高輝度化が図れ
る。
【図１】本発明の第１実施例に係るＳｉＣ発光ダイオー
ド素子を模式的に示す構造断面図である。
ド素子を模式的に示す構造断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るＳｉＣ発光ダイオー
ド素子を模式的に示す構造断面図である。
ド素子を模式的に示す構造断面図である。
【図３】上記第２実施例の遷移領域層のキャリア濃度変
化を示す模式図である。
化を示す模式図である。
【図４】他の遷移領域層のキャリア濃度変化を示す模式
図である。
図である。
【図５】更に、他の遷移領域層のキャリア濃度変化を示
す模式図である。
す模式図である。
【図６】従来のＳｉＣ発光ダイオード素子の断面図であ
る。
る。
【図７】上記従来のＳｉＣ発光ダイオード素子のｐ型Ｓ
ｉＣ層のキャリア濃度と発光強度の関係を示す図であ
る。
ｉＣ層のキャリア濃度と発光強度の関係を示す図であ
る。
２ ｎ型ＳｉＣ層（ｎ型ＳｉＣ単結晶層） ３ ｐ-型ＳｉＣ層（ｐ-型ＳｉＣ単結晶層） ４ ｐ+型ＳｉＣ層（ｐ+型ＳｉＣ単結晶層） １３ 遷移領域層
Claims (3)
- 【請求項１】 発光層としてのｎ型炭化ケイ素層と、該
ｎ型炭化ケイ素層上に設けられたホール拡散距離以下の
層厚を有するｐ-型炭化ケイ素層と、該ｐ-型炭化ケイ素
層上に設けられたｐ+型炭化ケイ素層と、からなること
を特徴とする炭化ケイ素発光ダイオード素子。 - 【請求項２】 発光層としてのｎ型炭化ケイ素層と、該
ｎ型炭化ケイ素層上に設けられた該層側から上方に向け
てｐ-型からｐ+型に変化する炭化ケイ素からなる遷移領
域層と、該遷移領域層のｐ+型側上に設けられたｐ+型炭
化ケイ素層と、を備え、前記遷移領域層がホール拡散距
離以下の層厚を有することを特徴とする炭化ケイ素発光
ダイオード素子。 - 【請求項３】 前記ｐ-型の炭化ケイ素は、不純物がＡ
ｌであると共に、キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3以下
であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の炭
化ケイ素発光ダイオード素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23350093A JPH06338629A (ja) | 1993-03-29 | 1993-09-20 | 炭化ケイ素発光ダイオード素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6992193 | 1993-03-29 | ||
| JP5-69921 | 1993-03-29 | ||
| JP23350093A JPH06338629A (ja) | 1993-03-29 | 1993-09-20 | 炭化ケイ素発光ダイオード素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338629A true JPH06338629A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=26411090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23350093A Pending JPH06338629A (ja) | 1993-03-29 | 1993-09-20 | 炭化ケイ素発光ダイオード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06338629A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6849874B2 (en) | 2001-10-26 | 2005-02-01 | Cree, Inc. | Minimizing degradation of SiC bipolar semiconductor devices |
| US7166523B2 (en) | 2000-08-10 | 2007-01-23 | Hoya Corporation | Silicon carbide and method of manufacturing the same |
| JP2011035350A (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハおよび発光ダイオード |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP23350093A patent/JPH06338629A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7166523B2 (en) | 2000-08-10 | 2007-01-23 | Hoya Corporation | Silicon carbide and method of manufacturing the same |
| US6849874B2 (en) | 2001-10-26 | 2005-02-01 | Cree, Inc. | Minimizing degradation of SiC bipolar semiconductor devices |
| US7427326B2 (en) | 2001-10-26 | 2008-09-23 | Cree, Inc. | Minimizing degradation of SiC bipolar semiconductor devices |
| US7880171B2 (en) | 2001-10-26 | 2011-02-01 | Cree, Inc. | Minimizing degradation of SiC bipolar semiconductor devices |
| JP2011035350A (ja) * | 2009-08-06 | 2011-02-17 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハおよび発光ダイオード |
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