JPH07131068A - 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒素−３族元素化合物半導体発光素子Info
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- JPH07131068A JPH07131068A JP29394493A JP29394493A JPH07131068A JP H07131068 A JPH07131068 A JP H07131068A JP 29394493 A JP29394493 A JP 29394493A JP 29394493 A JP29394493 A JP 29394493A JP H07131068 A JPH07131068 A JP H07131068A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発光ダイオードの結晶性及び発光輝度を向上さ
せることである。 【構成】ｎ型の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn
1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から成るｎ層３，４と
半絶縁性の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-Y
N;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) から成るｉ層５とを有する発
光素子において、（１１−２０）に対して、０．５〜
２．０度の範囲で傾斜した面を主面Ｆとするサファイア
基板１と、サファイア基板１上に直接又はバッファ層２
を介して形成されたｎ層３，４と、ｎ層の上に形成され
たｉ層５とを有する。結晶のライザー部から面状で発光
する結果、発光強度が向上する。
せることである。 【構成】ｎ型の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn
1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から成るｎ層３，４と
半絶縁性の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-Y
N;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) から成るｉ層５とを有する発
光素子において、（１１−２０）に対して、０．５〜
２．０度の範囲で傾斜した面を主面Ｆとするサファイア
基板１と、サファイア基板１上に直接又はバッファ層２
を介して形成されたｎ層３，４と、ｎ層の上に形成され
たｉ層５とを有する。結晶のライザー部から面状で発光
する結果、発光強度が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光の窒素−３族元
素化合物半導体発光素子に関し、特に、より発光強度を
向上させた発光素子に関する。
素化合物半導体発光素子に関し、特に、より発光強度を
向上させた発光素子に関する。
【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】この発光ダイオードはサファイア基板上に
GaN のｎ層を形成し、その上にGaNのｉ層を形成して、
ｉ層とｎ層に接合する電極を形成したMIS 構造である。
そして、このｉ層とｎ層との間に電界を印加して、接合
面から光を得るものである。
GaN のｎ層を形成し、その上にGaNのｉ層を形成して、
ｉ層とｎ層に接合する電極を形成したMIS 構造である。
そして、このｉ層とｎ層との間に電界を印加して、接合
面から光を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のMIS 構
造の発光ダイオードはGaN の結晶性が高くなく、発光ダ
イオードの発光輝度が低いという問題がある。そこで、
本発明の目的は、窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYI
n1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) 発光ダイオードの結晶
性及び発光輝度を向上させることである。
造の発光ダイオードはGaN の結晶性が高くなく、発光ダ
イオードの発光輝度が低いという問題がある。そこで、
本発明の目的は、窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYI
n1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) 発光ダイオードの結晶
性及び発光輝度を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ型の窒素−
３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) から成るｎ層と半絶縁性の窒素−３族元素化合
物半導体 (AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) から
成るｉ層とを有する発光素子において、（１１−２０）
に対して、０．５〜２．０度の範囲で傾斜した面を主面
とするサファイア基板と、サファイア基板上に直接又は
バッファ層を介して形成されたｎ層と、ｎ層の上に形成
されたｉ層とを有することを特徴とする。
３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) から成るｎ層と半絶縁性の窒素−３族元素化合
物半導体 (AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) から
成るｉ層とを有する発光素子において、（１１−２０）
に対して、０．５〜２．０度の範囲で傾斜した面を主面
とするサファイア基板と、サファイア基板上に直接又は
バッファ層を介して形成されたｎ層と、ｎ層の上に形成
されたｉ層とを有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の作用及び効果】本発明は、GaN 系化合物半導体
の多重層を形成する基板にサファイア基板を用いて、そ
の基板の主面を（１１−２０）に対して、０．５〜２．
０度だけ傾斜した面を使用したことである。この結果、
サファイア基板上に成長するGaN 系化合物半導体、即
ち、ｎ層、ｉ層の結晶性を向上させることができ、よっ
て、発光ダイオードの発光効率を向上させることができ
る。
の多重層を形成する基板にサファイア基板を用いて、そ
の基板の主面を（１１−２０）に対して、０．５〜２．
０度だけ傾斜した面を使用したことである。この結果、
サファイア基板上に成長するGaN 系化合物半導体、即
ち、ｎ層、ｉ層の結晶性を向上させることができ、よっ
て、発光ダイオードの発光効率を向上させることができ
る。
【０００７】
【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。このサファイア基板
１の主面Ｆは、（１１−２０）に対して、２度だけ傾斜
した面を用いた。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のシリコンドープ
GaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約 0.5μ
ｍ、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープ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、膜厚約0.4 μｍの亜鉛（Zn) の
ドープされたGaN から成るｉ層５が形成されている。そ
して、ｉ層５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。
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。このサファイア基板
１の主面Ｆは、（１１−２０）に対して、２度だけ傾斜
した面を用いた。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のシリコンドープ
GaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約 0.5μ
ｍ、電子濃度1 ×1016/cm3のノンドープ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、膜厚約0.4 μｍの亜鉛（Zn) の
ドープされたGaN から成るｉ層５が形成されている。そ
して、ｉ層５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。
【０００８】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)とジエ
チル亜鉛( 以下、「DEZ 」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)とジエ
チル亜鉛( 以下、「DEZ 」と記す) である。
【０００９】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
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 li
ter/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。
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 li
ter/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。
【００１０】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 ml/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 ml/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。
【００１１】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 7分間供給し、膜厚約
0.5μｍ、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 7分間供給し、膜厚約
0.5μｍ、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。
【００１２】次に、サファイア基板１を900 ℃にして、
Ｈ2 を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を 1.4
×10-4モル／分、DEZ を3.8 ×10-4モル／分の割合で1.
5 分間供給して、膜厚400 ÅのGaN からなるｉ層５を形
成した。
Ｈ2 を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を 1.4
×10-4モル／分、DEZ を3.8 ×10-4モル／分の割合で1.
5 分間供給して、膜厚400 ÅのGaN からなるｉ層５を形
成した。
【００１３】図３に示すように、ｉ層５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、フォトレジスト
１２を高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ
のフォトレジストを除去した。
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、フォトレジスト
１２を高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ
のフォトレジストを除去した。
【００１４】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ｉ層５とその下の低キャリア濃度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 ml/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。
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ｉ層５とその下の低キャリア濃度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 ml/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。
【００１５】次に、図６に示すように、ｉ層５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、Ni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Ni層１３が形成される。
そして、そのNi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１
４が高キャリア濃度ｎ+ 層３及びｉ層５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。
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、Ni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Ni層１３が形成される。
そして、そのNi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１
４が高キャリア濃度ｎ+ 層３及びｉ層５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。
【００１６】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Ni層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。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、ｉ層５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
MIS 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Ni層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。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、ｉ層５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
MIS 構造の窒化ガリウム系発光素子を得た。
【００１７】このようにして製造された発光ダイオード
１０の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MIS 構造のGaN 発光ダイオードの発光
輝度に比べて２〜４倍であった。
１０の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MIS 構造のGaN 発光ダイオードの発光
輝度に比べて２〜４倍であった。
【００１８】発光輝度が向上した原因は、次のように考
えられる。サファイア基板１の主面が（１１−２０）に
対して、２度オフしている時、サファイア基板１上に成
長するGaN 結晶は、図８に示すように、断面が鋸歯状波
となる。即ち、結晶は、傾斜角２°のテラス部Ｘと傾斜
角９３°のライザー部Ｙとを有している。そして、図９
に示すように、平面上において、テラス部Ｘとライザー
部Ｙとは、それぞれ、連続した領域を形成している。不
純物の亜鉛濃度は、テラス部Ｘの方がライザー部Ｙより
も大きい。この結果、ライザー部Ｙ全体で発光するた
め、点状発光が面状発光となる結果、発光素子全体とし
ての発光強度が増加する。
えられる。サファイア基板１の主面が（１１−２０）に
対して、２度オフしている時、サファイア基板１上に成
長するGaN 結晶は、図８に示すように、断面が鋸歯状波
となる。即ち、結晶は、傾斜角２°のテラス部Ｘと傾斜
角９３°のライザー部Ｙとを有している。そして、図９
に示すように、平面上において、テラス部Ｘとライザー
部Ｙとは、それぞれ、連続した領域を形成している。不
純物の亜鉛濃度は、テラス部Ｘの方がライザー部Ｙより
も大きい。この結果、ライザー部Ｙ全体で発光するた
め、点状発光が面状発光となる結果、発光素子全体とし
ての発光強度が増加する。
【００１９】これに対して、サファイア基板１の主面
が、正確に（１１−２０）面（ａ面）であると、サファ
イア基板１上のGaN 結晶は、全面、テラス部Ｘとなる。
その結果、図１０に示すように、点状の発光となるから
である。
が、正確に（１１−２０）面（ａ面）であると、サファ
イア基板１上のGaN 結晶は、全面、テラス部Ｘとなる。
その結果、図１０に示すように、点状の発光となるから
である。
【００２０】次に、サファイア基板１の（１１−２０）
面（ａ面）に対するオフ角を各種変化させて、上述の構
造の発光ダイオードを製造し、発光強度を測定した。そ
の結果を、図１１に示す。この図から明らかなように、
オフ角が０．５〜２度の範囲で発光強度が顕著に向上し
ていることが分かる。
面（ａ面）に対するオフ角を各種変化させて、上述の構
造の発光ダイオードを製造し、発光強度を測定した。そ
の結果を、図１１に示す。この図から明らかなように、
オフ角が０．５〜２度の範囲で発光強度が顕著に向上し
ていることが分かる。
【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】ａ面からオフした面を主面とするサファイア基
板上に成長するGaN の結晶成長構造を示した断面図。
板上に成長するGaN の結晶成長構造を示した断面図。
【図９】ａ面からオフした面を主面とするサファイア基
板上に成長するGaN の結晶成長構造を示した平面図。
板上に成長するGaN の結晶成長構造を示した平面図。
【図１０】ａ面を主面とするサファイア基板上に成長す
るGaN の結晶成長構造を示した平面図。
るGaN の結晶成長構造を示した平面図。
【図１１】オフ角と発光強度との関係を示した測定図。
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 ５…ｉ層 ７，８…電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ｎ型の窒素−３族元素化合物半導体(Alx
GaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から成るｎ層と半
絶縁性の窒素−３族元素化合物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;
X=0,Y=0,X=Y=0を含む) から成るｉ層とを有する発光素
子において、 （１１−２０）に対して、０．５〜２．０度の範囲で傾
斜した面を主面とするサファイア基板と、 前記サファイア基板上に直接又はバッファ層を介して形
成されたｎ層と、 前記ｎ層の上に形成されたｉ層とを有することを特徴と
する窒素−３族元素化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29394493A JPH07131068A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29394493A JPH07131068A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001227716A Division JP2002094111A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131068A true JPH07131068A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17801199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29394493A Pending JPH07131068A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131068A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09270569A (ja) * | 1996-01-25 | 1997-10-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2001160539A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体の形成方法 |
| JP2001196632A (ja) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体発光およびその製造方法 |
| WO2002078067A1 (fr) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Yasuhiko Arakawa | Procédé de tirage de cristaux de semi-conducteur composé à base de nitrure de gallium, et dispositif électronique comportant un semi-conducteur composé à base de nitrure de gallium |
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| US8242513B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-08-14 | Sony Corporation | Method for growing semiconductor layer, method for producing semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element, and electronic device |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP29394493A patent/JPH07131068A/ja active Pending
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