JPH069258B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法Info
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- JPH069258B2 JPH069258B2 JP7665389A JP7665389A JPH069258B2 JP H069258 B2 JPH069258 B2 JP H069258B2 JP 7665389 A JP7665389 A JP 7665389A JP 7665389 A JP7665389 A JP 7665389A JP H069258 B2 JPH069258 B2 JP H069258B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マグネシウムを添加した窒化ガリウム系化合
物半導体層を有する純青色発光素子の作製方法に関する
ものである。
物半導体層を有する純青色発光素子の作製方法に関する
ものである。
（従来の技術） 従来、有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法
と記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇa
1-xＡｌｘＮ但し１＞ｘ≧０）のをサファイア上に気相
成長させた構造の発光素子が研究されている。この材料
を用いて青色発光素子を作製する場合には、絶縁層を形
成するため及び青色発光中心を形成するため、一般的に
結晶成長中に亜鉛を添加することが多い。しかし、亜鉛
添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し
１＞ｘ≧０）に於ける発光ピーク波長は425ｎｍ付近の
紫色及び490ｎｍ付近の緑青色領域に属し、色純度の問
題があった。
と記す）を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｇa
1-xＡｌｘＮ但し１＞ｘ≧０）のをサファイア上に気相
成長させた構造の発光素子が研究されている。この材料
を用いて青色発光素子を作製する場合には、絶縁層を形
成するため及び青色発光中心を形成するため、一般的に
結晶成長中に亜鉛を添加することが多い。しかし、亜鉛
添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し
１＞ｘ≧０）に於ける発光ピーク波長は425ｎｍ付近の
紫色及び490ｎｍ付近の緑青色領域に属し、色純度の問
題があった。
そこで本発明は、窒化ガリウム系化合半導体Ｇa1-xＡｌ
ｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶を絶縁層に変成し、かつ
純青色領域に発光ピーク波長をもつ発光中心の形成を目
的として、亜鉛以外の不純物であるマグネシウム（Ｍ
ｇ）に着目した。
ｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶を絶縁層に変成し、かつ
純青色領域に発光ピーク波長をもつ発光中心の形成を目
的として、亜鉛以外の不純物であるマグネシウム（Ｍ
ｇ）に着目した。
Ｍｇの添加はＭＯＶＰＥ法による亜鉛添加窒化ガリウム
系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）では
初めての試みであった。その結果、Ｍｇ添加窒化ガリウ
ム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に
於て、450ｎｍ付近にピークを持つ純青色発光中心が形
成されることを初めて見いだした。
系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）では
初めての試みであった。その結果、Ｍｇ添加窒化ガリウ
ム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に
於て、450ｎｍ付近にピークを持つ純青色発光中心が形
成されることを初めて見いだした。
しかしながら、Ｍｇの添加により純青色発光中心が形成
されるほかに無輻射再結合中心が形成されるため、発光
素子を作製する場合にもその高輝度化、高効率化にとっ
て障害であった。
されるほかに無輻射再結合中心が形成されるため、発光
素子を作製する場合にもその高輝度化、高効率化にとっ
て障害であった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、亜鉛添加窒化ガリウム系化合物半導体
Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に於て見いだした、
低加速電圧電子線による電子線照射処理効果をＭｇ添加
窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞
ｘ≧０）を用いた純青色発光素子に適用し、その電気的
特性を変えることなく、短時間のうちに光学的特性のみ
を改善することにより、高輝度、高効率純青色発光素子
の作製方法の開発に成功したものである。
Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に於て見いだした、
低加速電圧電子線による電子線照射処理効果をＭｇ添加
窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞
ｘ≧０）を用いた純青色発光素子に適用し、その電気的
特性を変えることなく、短時間のうちに光学的特性のみ
を改善することにより、高輝度、高効率純青色発光素子
の作製方法の開発に成功したものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は水素雰囲気で大気圧に保たれた反応管内に設け
られた絶縁体基板上に有機ガリウム化合物、有機III族
元素化合物及アンモニアガスよりなる原料ガスを導入
し、気相成長法によりＧa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧
０）の単結晶層からなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層を形成する第１工程と、原料ガスに有機マグネシウ
ム化合物をガス状で反応管内に導入した絶縁層及び発光
層としてマグネシウムを添加したｉ型の窒化ガリウム系
化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を
形成する第２工程と、このｉ型窒化ガリウム系化合物半
導体面の一部を６〜３０ｋＶの範囲の加速電圧の電子線
により試料電流密度が10ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲
内で試料温度が600℃以下で電子線照射処理をする第３
工程とよりなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子の作製方法である。
られた絶縁体基板上に有機ガリウム化合物、有機III族
元素化合物及アンモニアガスよりなる原料ガスを導入
し、気相成長法によりＧa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧
０）の単結晶層からなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層を形成する第１工程と、原料ガスに有機マグネシウ
ム化合物をガス状で反応管内に導入した絶縁層及び発光
層としてマグネシウムを添加したｉ型の窒化ガリウム系
化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を
形成する第２工程と、このｉ型窒化ガリウム系化合物半
導体面の一部を６〜３０ｋＶの範囲の加速電圧の電子線
により試料電流密度が10ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲
内で試料温度が600℃以下で電子線照射処理をする第３
工程とよりなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子の作製方法である。
（作 用） 本発明は、Ｍｇ添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-x
ＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶層を有する発光素子
の作製方法に於て、前記Ｍｇ添加窒化ガリウム系化合物
半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶形成
後、該Ｍｇ添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌ
ｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶を形成し、これを電子照
射処理するのが特徴である。
ＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶層を有する発光素子
の作製方法に於て、前記Ｍｇ添加窒化ガリウム系化合物
半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶形成
後、該Ｍｇ添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌ
ｘＮ（但し１＞ｘ≧０）単結晶を形成し、これを電子照
射処理するのが特徴である。
本発明の好ましい実施例では、照射処理するための電子
線の加速電圧は６ｋＶ〜30ｋＶの範囲とすることが望ま
しい。
線の加速電圧は６ｋＶ〜30ｋＶの範囲とすることが望ま
しい。
また電子線照射処理に於ける試料電流密度は試料に熱的
損傷を与えない範囲内で効率的であることが望ましく10
ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲内であることが好まし
い。
損傷を与えない範囲内で効率的であることが望ましく10
ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲内であることが好まし
い。
また電子線照射処理時の試料温度は、窒化ガリウム系化
合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の昇華温
度である600℃以下であることが好ましい。
合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の昇華温
度である600℃以下であることが好ましい。
ｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但
し１＞ｘ≧０）を形成する際のガリウムに対して添加す
るマグネシウム（Ｍｇ）の量は1018〜２×1020cm-3すな
わちＧａ成分に対するＭｇ成分の混合割合は0.1〜10atm
％である。この理由はＭｇを適量添加した場合には純青
色発光が明瞭に簡素されるが、ある濃度を越えると純青
色発光強度が小さくなり、長波長緑色発光が主体となり
好ましくない。従って、Ｍｇ成分の添加は10atm％以下
すなわち２×1020cm-3以下がよい。また添加するＭｇの
量が1018cm-3より少くなると、発光ダイオードに於ける
絶縁層の形成が困難となるため、0.1atm％以上すなわち
少くとも1018cm-3以上添加する必要がある。
し１＞ｘ≧０）を形成する際のガリウムに対して添加す
るマグネシウム（Ｍｇ）の量は1018〜２×1020cm-3すな
わちＧａ成分に対するＭｇ成分の混合割合は0.1〜10atm
％である。この理由はＭｇを適量添加した場合には純青
色発光が明瞭に簡素されるが、ある濃度を越えると純青
色発光強度が小さくなり、長波長緑色発光が主体となり
好ましくない。従って、Ｍｇ成分の添加は10atm％以下
すなわち２×1020cm-3以下がよい。また添加するＭｇの
量が1018cm-3より少くなると、発光ダイオードに於ける
絶縁層の形成が困難となるため、0.1atm％以上すなわち
少くとも1018cm-3以上添加する必要がある。
（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明による純青色発光素子
の作製方法の実施例を説明する。しかし、図示し且つ以
下に説明する実施例は、本発明の方法を例示するものに
過ぎず、本発明を限定するものではない。
の作製方法の実施例を説明する。しかし、図示し且つ以
下に説明する実施例は、本発明の方法を例示するものに
過ぎず、本発明を限定するものではない。
第１図は本発明の第１工程及び第２工程でサファイア等
の絶縁体基板上にｎ型とｉ型の窒化ガリウム系化合物半
導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を順次形成
するために使用する窒化ガリウム系化合物半導体のエピ
キシアル結晶成長装置の一例を示すものである。
の絶縁体基板上にｎ型とｉ型の窒化ガリウム系化合物半
導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を順次形成
するために使用する窒化ガリウム系化合物半導体のエピ
キシアル結晶成長装置の一例を示すものである。
第１図において、１は反応管、２は基板加熱用サセプ
タ、３はその上に載置した基板を示し、４は原料ガス供
給管、５は反応管に連設した試料予備室、６はターボ真
空ポンプ、７，８はロータリー真空ポンプを示す。９は
原料ガスと水素との供給装置であって、10は水素供給
口、11はアンモニウムガス（ＮＨ３）供給口、12Ａ，12
Ｂ，12Ｃ，12Ｄ，12Ｅ，12Ｆ，12Ｇは水素流量計、13は
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）
又はビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍ
ＣＰ２Ｍｇ）の貯留槽、14はトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）の貯留槽、15はトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）の貯留槽、16〜31は流量制御弁、32〜34は切換混合
弁を示す。
タ、３はその上に載置した基板を示し、４は原料ガス供
給管、５は反応管に連設した試料予備室、６はターボ真
空ポンプ、７，８はロータリー真空ポンプを示す。９は
原料ガスと水素との供給装置であって、10は水素供給
口、11はアンモニウムガス（ＮＨ３）供給口、12Ａ，12
Ｂ，12Ｃ，12Ｄ，12Ｅ，12Ｆ，12Ｇは水素流量計、13は
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）
又はビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍ
ＣＰ２Ｍｇ）の貯留槽、14はトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）の貯留槽、15はトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）の貯留槽、16〜31は流量制御弁、32〜34は切換混合
弁を示す。
サファイア等の絶縁体基板上に窒化ガリウム系化合物半
導体を気相でエピタキシアル成長させて単結晶を形成す
るには、上記の反応管１を予め真空ポンプで真空に吸引
し、水分、酸素その他の不純物を除いた後、大気圧の水
素雰囲気として、反応管１をヒーター35により加熱して
結晶成長温度に保つようにし、反応管１内に設けた基板
加熱用サセプタ２上に例えばサファイア等の結晶成長用
絶縁体基板３を設置し、高周波誘導加熱等により外部よ
り反応管１を加熱し、結晶成長温度に基板加熱用サセプ
タ２を保持しつつ、結晶成長効率及び不純物添加効率を
あげるために設置された原料導入管４により原料ガスを
導入し、導入ガスを基板上で気相でエピタキシアル成長
法で必要な結晶成長層厚さになるほど結晶成長を行う。
発光ダイオード作製するにはサファイア等の基板３の上
に故意に不純物を添加していないｎ型の該窒化ガリウム
系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の単
結晶を形成の後、Ｍｇ成分をビスシクロペンタジエニル
マグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）又はビスメチルシクロペン
タジエニルマグネシウム（ＭＣＰ２Ｍｇ）等の有機マグ
ネシウム化合物をガス態で原料ガスに混合し、Ｍｇ成分
を添加した窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ
（但し１＞ｘ≧０）層を作製する。固体中のＭｇ添加量
の制御は、ＭｇとＧａの流量比を切換混合弁32〜34によ
り行い第２図に示すようにＭｇ原料ガス供給量の加減に
より制御する。
導体を気相でエピタキシアル成長させて単結晶を形成す
るには、上記の反応管１を予め真空ポンプで真空に吸引
し、水分、酸素その他の不純物を除いた後、大気圧の水
素雰囲気として、反応管１をヒーター35により加熱して
結晶成長温度に保つようにし、反応管１内に設けた基板
加熱用サセプタ２上に例えばサファイア等の結晶成長用
絶縁体基板３を設置し、高周波誘導加熱等により外部よ
り反応管１を加熱し、結晶成長温度に基板加熱用サセプ
タ２を保持しつつ、結晶成長効率及び不純物添加効率を
あげるために設置された原料導入管４により原料ガスを
導入し、導入ガスを基板上で気相でエピタキシアル成長
法で必要な結晶成長層厚さになるほど結晶成長を行う。
発光ダイオード作製するにはサファイア等の基板３の上
に故意に不純物を添加していないｎ型の該窒化ガリウム
系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の単
結晶を形成の後、Ｍｇ成分をビスシクロペンタジエニル
マグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）又はビスメチルシクロペン
タジエニルマグネシウム（ＭＣＰ２Ｍｇ）等の有機マグ
ネシウム化合物をガス態で原料ガスに混合し、Ｍｇ成分
を添加した窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ
（但し１＞ｘ≧０）層を作製する。固体中のＭｇ添加量
の制御は、ＭｇとＧａの流量比を切換混合弁32〜34によ
り行い第２図に示すようにＭｇ原料ガス供給量の加減に
より制御する。
第３図にＭｇを適量添加した場合（ａ：４×1019c
m-3）、及び適量以上添加した場合（ｂ：３×1020c
m-3）の窒化ガリウムのフォトルミネッセンス（ＰＬ）
スペクトルを示す。Ｍｇを適量添加した場合には純青色
発光が明瞭に観測されるが、ある濃度を越えると純青色
発光強度は小さくなり、長波長緑色発光が主体となる。
Ｍｇ添加量に関する詳細な実験の結果、発光色の変化す
るＭｇ添加量が２×1028cm-3程度であることを見いだし
た。またこれらの試料を用いて発光ダイオードを作製
し、フォトルミネセンスと同様、エレクトロルミネッセ
ンスに於いても同様の結果を示すことが確かめられた。
m-3）、及び適量以上添加した場合（ｂ：３×1020c
m-3）の窒化ガリウムのフォトルミネッセンス（ＰＬ）
スペクトルを示す。Ｍｇを適量添加した場合には純青色
発光が明瞭に観測されるが、ある濃度を越えると純青色
発光強度は小さくなり、長波長緑色発光が主体となる。
Ｍｇ添加量に関する詳細な実験の結果、発光色の変化す
るＭｇ添加量が２×1028cm-3程度であることを見いだし
た。またこれらの試料を用いて発光ダイオードを作製
し、フォトルミネセンスと同様、エレクトロルミネッセ
ンスに於いても同様の結果を示すことが確かめられた。
この結果は、窒化ガリウムの例を示したがＡｌを含む窒
化ガリウム系化合半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧
０）に於いても同様の結果を示すことが確かめられた。
化ガリウム系化合半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧
０）に於いても同様の結果を示すことが確かめられた。
第４図は本発明により純青色発光素子を作製するために
使用する電子線照射装置の概略構成図である。図示の電
子線照射装置40は電子銃41、電子線走査ユニット42及び
電子線集束系43より主として成る。電子銃41より放射さ
れるビーム径は電子線集束系43により50μｍφ以上の所
望の値に集束される。また電子線走査ユニット42によ
り、時間的に一定の速度で所定の方向に偏向することに
より、ある領域内を均一に処理することが可能であるよ
うに構成する。44は電子ビームを示す。
使用する電子線照射装置の概略構成図である。図示の電
子線照射装置40は電子銃41、電子線走査ユニット42及び
電子線集束系43より主として成る。電子銃41より放射さ
れるビーム径は電子線集束系43により50μｍφ以上の所
望の値に集束される。また電子線走査ユニット42によ
り、時間的に一定の速度で所定の方向に偏向することに
より、ある領域内を均一に処理することが可能であるよ
うに構成する。44は電子ビームを示す。
本発明においてはこの電子線照射装置40の匣内の試料台
45に第１工程及び第２工程において、基板上に作成した
ｎ型及びＭｇ添加のｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体
Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を順次形成した
試料46を保持させて、その一定領域を上記の電子銃41よ
り放射せられる電子線により均一に走査処理するのであ
る。この均一走査は上述の電子線集束系43において時間
的に一定の速度で所定の方向に電子線44を偏向すること
によりなされる。
45に第１工程及び第２工程において、基板上に作成した
ｎ型及びＭｇ添加のｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体
Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を順次形成した
試料46を保持させて、その一定領域を上記の電子銃41よ
り放射せられる電子線により均一に走査処理するのであ
る。この均一走査は上述の電子線集束系43において時間
的に一定の速度で所定の方向に電子線44を偏向すること
によりなされる。
第５図は上述の電子線走査に供した窒化ガリウム系化合
物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の試料を示
すものである。第５図において、試料46はサファイア基
板47の上にｎ型Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎよりなる窒化ガリウム
系化合物半導体層48を形成し、この上にＭｇ添加のｉ型
のＧａ0.9Ａｌ0.1Ｎよりなる窒化ガリウム化合物半導体
層49を形成し、この半導体層49の表面の一部の電子線照
射部分50を第４図に示した電子線照射装置40の電子線44
により照射して一定領域を走査して形成するのである。
51は電子線未照射部分である。
物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の試料を示
すものである。第５図において、試料46はサファイア基
板47の上にｎ型Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎよりなる窒化ガリウム
系化合物半導体層48を形成し、この上にＭｇ添加のｉ型
のＧａ0.9Ａｌ0.1Ｎよりなる窒化ガリウム化合物半導体
層49を形成し、この半導体層49の表面の一部の電子線照
射部分50を第４図に示した電子線照射装置40の電子線44
により照射して一定領域を走査して形成するのである。
51は電子線未照射部分である。
第６図は、サファイア基板上に成長させたＭｇ添加Ｇa
0.9Ａｌ0.1Ｎの成長したままの状態でのフォトルミネッ
センンススペクトル（第６図（ａ））、及び同一試料に
第１図に示す電子線照射処理装置を用いて処理を行った
後のフォトルネッセンススペクトル（第６図（ｂ））で
ある。電子線の試料への照射は60μｍφのビーム径の電
子線を２mm角の範囲を走査して照射した。試料電流は約
20μＡ／cm2である。走査速度は２mm角の範囲全体を10
分間で１回走査する速度である。
0.9Ａｌ0.1Ｎの成長したままの状態でのフォトルミネッ
センンススペクトル（第６図（ａ））、及び同一試料に
第１図に示す電子線照射処理装置を用いて処理を行った
後のフォトルネッセンススペクトル（第６図（ｂ））で
ある。電子線の試料への照射は60μｍφのビーム径の電
子線を２mm角の範囲を走査して照射した。試料電流は約
20μＡ／cm2である。走査速度は２mm角の範囲全体を10
分間で１回走査する速度である。
第６図より、電子線照射処理により450ｎｍ付近にピー
クを持つ純青色発光強度が一桁以上増加していることが
分かる。この増加した純青色発光中心は室温付近の温度
では極めて安定であることが確められた。
クを持つ純青色発光強度が一桁以上増加していることが
分かる。この増加した純青色発光中心は室温付近の温度
では極めて安定であることが確められた。
電子線の加速電圧に関しては、Ｍｇ添加層の厚さが0.5
μｍ程度であることから、高効率に処理を行うために30
ｋＶ以下であることが好ましく、またＭｇ添加層全体を
処理するために６ｋＶ以上であることが好ましい。
μｍ程度であることから、高効率に処理を行うために30
ｋＶ以下であることが好ましく、またＭｇ添加層全体を
処理するために６ｋＶ以上であることが好ましい。
また電子線照射処理に於ける試料電流密度は試料に熱的
損傷を与えない範囲内で効率的であることが望ましく10
ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲内であることが好まし
い。
損傷を与えない範囲内で効率的であることが望ましく10
ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範囲内であることが好まし
い。
また電子線照射処理時の試料温度は、窒化ガリウム系化
合物導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の昇華温度
である600℃以下である必要がある。
合物導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の昇華温度
である600℃以下である必要がある。
以上の説明のように、本発明による発光素子の作製方法
によればＭｇ添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡ
ｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に電子線照射処理することに
より、高輝度純青色発光ダイオードを作製することが可
能である。第６図の如く純青色発光スペクトルを示し、
かつ高効率である発光ダイオードは現在まで報告された
例はない。従って本発明による発光素子の作製方法を用
いることにより、初めて全色発光ダイオード及びそれを
用いた全固体式平面表示装置実現の可能性が確められ
た。
によればＭｇ添加窒化ガリウム系化合物半導体Ｇa1-xＡ
ｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）に電子線照射処理することに
より、高輝度純青色発光ダイオードを作製することが可
能である。第６図の如く純青色発光スペクトルを示し、
かつ高効率である発光ダイオードは現在まで報告された
例はない。従って本発明による発光素子の作製方法を用
いることにより、初めて全色発光ダイオード及びそれを
用いた全固体式平面表示装置実現の可能性が確められ
た。
（発明の効果） 本発明者らは時に試料作製法として有機金属化合物気相
成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、材料としては窒化ガリ
ウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）
を用いた青色発光素子（青色発光ダイオードＬＥＤ）の
実用化を目指し、研究を行い、第一の発明は青色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）の作製に於いて青色発光中心の形成
及び絶縁層形成に必要な添加不純物元素として、今まで
用いられてきた亜鉛の代りにマグネシウムを用いた点に
特徴があり、ＭＯＶＰＥ法では初めて試みられたもので
ある。その結果、亜鉛を用いた場合には、発光素子を作
製した場合に於いて緑色成分が混ざってしまうため色純
度に問題があったがマグネシウムを用いた場合には純青
色発光素子の作製が可能であることを初めて知見した。
成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、材料としては窒化ガリ
ウム系化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）
を用いた青色発光素子（青色発光ダイオードＬＥＤ）の
実用化を目指し、研究を行い、第一の発明は青色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）の作製に於いて青色発光中心の形成
及び絶縁層形成に必要な添加不純物元素として、今まで
用いられてきた亜鉛の代りにマグネシウムを用いた点に
特徴があり、ＭＯＶＰＥ法では初めて試みられたもので
ある。その結果、亜鉛を用いた場合には、発光素子を作
製した場合に於いて緑色成分が混ざってしまうため色純
度に問題があったがマグネシウムを用いた場合には純青
色発光素子の作製が可能であることを初めて知見した。
ところが、発光素子を作製したままの状態では発光強度
が小さく実用化には問題がある。
が小さく実用化には問題がある。
そこで本発明は、マグネシウムを用いた窒化ガリウム系
化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）による
青色発光ダイオード（ＬＥＤ）に於て、発光強度が大き
く実用化を可能とするための発光素子の処理方法を提供
するため、第１及び第２工程により作製した発光素子に
比較的低エネルギーの電子線を照射することにより発光
強度を著しく改善したものである。この理由は物理的に
は閾値エネルギー以下の電子線照射による原子変位効果
によるものであり、１〜２桁程度の発光強度の増加が可
能となった。また処理に必要な時間が十分以内と短いた
め工業上の応用価値は著しく高いものである。
化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）による
青色発光ダイオード（ＬＥＤ）に於て、発光強度が大き
く実用化を可能とするための発光素子の処理方法を提供
するため、第１及び第２工程により作製した発光素子に
比較的低エネルギーの電子線を照射することにより発光
強度を著しく改善したものである。この理由は物理的に
は閾値エネルギー以下の電子線照射による原子変位効果
によるものであり、１〜２桁程度の発光強度の増加が可
能となった。また処理に必要な時間が十分以内と短いた
め工業上の応用価値は著しく高いものである。
第１図は本発明を実現するための結晶成長装置の概略構
成図、 第２図はＭｇ、原料ガス供給量と窒化ガリウムに添加さ
れたＭｇ量の関係を示す特性図、 第３図は本発明の発光素子において、発光波長と発光強
度フォトルミネッセンスＰＬとの特性図で、（ａ）曲線
はＭｇを４×1019cm-3添加した試料の室温でのフォトル
ミネッセンススペクトル特性図、（ｂ）曲線はＭｇを３
×1020cm-3添加した試料の室温でのフォトルミネッセン
ススペクトル特性図、 第４図は電子線照射装置の概略構成図、 第５図は本発明で用いた発光ダイオードの概略構成図、 第６図は本発明の発光素子において、発光波長と発光強
度との関係を示す特性図で、図中 （ａ）曲線は成長したままのＭｇ添加Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ
層の室温でのフォトルミネッセンススペクトル特性図、 （ｂ）曲線は（ａ）の試料の電子線照射処理後の室温で
のフォトルミネッセンススペクトル特性図である。 １…結晶成長用反応管 ２…基板加熱用サセプタ ３…基板 ４…原料導入管 ５…試料予備室 ６…ターボ真空ポンプ 7,8…ロータリー真空ポンプ ９…原料ガスと水素との供給装置 10…水素供給口 11…アンモニアガス（ＮＨ３）供給口 12Ａ〜12Ｇ…水素流量計 13…ＣＰ２Ｍｇ又はＭＣＰ２Ｍｇ等の有機Ｍｇ化合物の
貯留槽 14…トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の貯留槽 15…トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の貯留槽 16〜31…流量制御弁 32〜34…切換混合弁 35〜36…排出口 37〜39…流量制御弁 40…電子線照射装置 41…電子銃 42…電子線走査ユニット 43…電子線集束系 44…電子線 45…試料台 46…試料 47…サファイア基板 48…ｎ型Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ層 49…Ｍｇ添加Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ層 50…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層における電子線
照射部分 51…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層における電子線
未照射部分 52…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層にオーミック接
触を形成するための電極 53…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電子線照射部
分につけた電極 54…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電子線未照射
部分につけた電極 55…外部直流電源
成図、 第２図はＭｇ、原料ガス供給量と窒化ガリウムに添加さ
れたＭｇ量の関係を示す特性図、 第３図は本発明の発光素子において、発光波長と発光強
度フォトルミネッセンスＰＬとの特性図で、（ａ）曲線
はＭｇを４×1019cm-3添加した試料の室温でのフォトル
ミネッセンススペクトル特性図、（ｂ）曲線はＭｇを３
×1020cm-3添加した試料の室温でのフォトルミネッセン
ススペクトル特性図、 第４図は電子線照射装置の概略構成図、 第５図は本発明で用いた発光ダイオードの概略構成図、 第６図は本発明の発光素子において、発光波長と発光強
度との関係を示す特性図で、図中 （ａ）曲線は成長したままのＭｇ添加Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ
層の室温でのフォトルミネッセンススペクトル特性図、 （ｂ）曲線は（ａ）の試料の電子線照射処理後の室温で
のフォトルミネッセンススペクトル特性図である。 １…結晶成長用反応管 ２…基板加熱用サセプタ ３…基板 ４…原料導入管 ５…試料予備室 ６…ターボ真空ポンプ 7,8…ロータリー真空ポンプ ９…原料ガスと水素との供給装置 10…水素供給口 11…アンモニアガス（ＮＨ３）供給口 12Ａ〜12Ｇ…水素流量計 13…ＣＰ２Ｍｇ又はＭＣＰ２Ｍｇ等の有機Ｍｇ化合物の
貯留槽 14…トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の貯留槽 15…トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の貯留槽 16〜31…流量制御弁 32〜34…切換混合弁 35〜36…排出口 37〜39…流量制御弁 40…電子線照射装置 41…電子銃 42…電子線走査ユニット 43…電子線集束系 44…電子線 45…試料台 46…試料 47…サファイア基板 48…ｎ型Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ層 49…Ｍｇ添加Ｇa0.9Ａｌ0.1Ｎ層 50…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層における電子線
照射部分 51…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層における電子線
未照射部分 52…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層にオーミック接
触を形成するための電極 53…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電子線照射部
分につけた電極 54…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電子線未照射
部分につけた電極 55…外部直流電源
Claims (1)
- 【請求項１】水素雰囲気で大気圧に保たれた反応管内に
設けられた絶縁体基板上に有機ガリウム化合物、有機II
I族元素化合物及びアンモニアガスよりなる原料ガスを
導入し、気相成長法によりＧa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ
≧０）の単結晶層からなるｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成する第１工程と、原料ガスに有機マグネシ
ウム化合物をガス状で反応管内に導入し絶縁層及び発光
層としてマグネシウムを添加したｉ型の窒化ガリウム系
化合物半導体Ｇa1-xＡｌｘＮ（但し１＞ｘ≧０）の層を
形成する第２工程と、このｉ型窒化ガリウム系化合物半
導体表面の一部を６〜３０ｋＶの範囲の加速電圧の電子
線により試料電流密度が10ｎＡ／cm2から10Ａ／cm2の範
囲内で試料温度が600℃以下で電子線照射処理をする第
３工程とよりなることを特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7665389A JPH069258B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7665389A JPH069258B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02257679A JPH02257679A (ja) | 1990-10-18 |
| JPH069258B2 true JPH069258B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=13611364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7665389A Expired - Lifetime JPH069258B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069258B2 (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5281830A (en) * | 1990-10-27 | 1994-01-25 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| JP3160914B2 (ja) * | 1990-12-26 | 2001-04-25 | 豊田合成株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| JP2540791B2 (ja) † | 1991-11-08 | 1996-10-09 | 日亜化学工業株式会社 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 |
| US5306662A (en) * | 1991-11-08 | 1994-04-26 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Method of manufacturing P-type compound semiconductor |
| JP2657743B2 (ja) * | 1992-10-29 | 1997-09-24 | 豊田合成株式会社 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
| JP2702889B2 (ja) * | 1993-12-28 | 1998-01-26 | 松下電器産業株式会社 | 半導体層の結晶成長方法 |
| US6291840B1 (en) | 1996-11-29 | 2001-09-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | GaN related compound semiconductor light-emitting device |
| JP2000332362A (ja) | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Sony Corp | 半導体装置および半導体発光素子 |
| JP4581198B2 (ja) | 2000-08-10 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | 窒化物化合物半導体層の熱処理方法及び半導体素子の製造方法 |
| JP2003309285A (ja) | 2002-04-16 | 2003-10-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 |
| CN115855741B (zh) * | 2023-02-28 | 2023-11-03 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 用于评估掺杂面密度的方法及设备 |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP7665389A patent/JPH069258B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02257679A (ja) | 1990-10-18 |
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