JPH07312445A - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
３族窒化物半導体発光素子Info
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- JPH07312445A JPH07312445A JP11348494A JP11348494A JPH07312445A JP H07312445 A JPH07312445 A JP H07312445A JP 11348494 A JP11348494 A JP 11348494A JP 11348494 A JP11348494 A JP 11348494A JP H07312445 A JPH07312445 A JP H07312445A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発光強度の向上及び発光色の青色化の向上
【構成】サファイア基板１上に500 ÅのAlN のバッファ
層２が形成され、その上に順に、膜厚約2.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN の高キャリア濃
度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N の高キャリア
濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及びシリコンドー
プの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N のｎ層（発光層）５、膜厚
約1.0μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N のｐ層６が形成されてい
る。ｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４とに、それぞれ、
接続するニッケルで形成された電極７と電極８とが形成
され、それらは、溝９により電気的に絶縁分離されてい
る。層４、５、６のAl、Ga、In、の成分比は各層の格子
定数が層３の格子定数に一致するように選択されてい
る。
層２が形成され、その上に順に、膜厚約2.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN の高キャリア濃
度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N の高キャリア
濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及びシリコンドー
プの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N のｎ層（発光層）５、膜厚
約1.0μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N のｐ層６が形成されてい
る。ｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４とに、それぞれ、
接続するニッケルで形成された電極７と電極８とが形成
され、それらは、溝９により電気的に絶縁分離されてい
る。層４、５、６のAl、Ga、In、の成分比は各層の格子
定数が層３の格子定数に一致するように選択されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
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AlGaIn
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
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。
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
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】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のダブルヘテロｐ
ｎ接合型の発光ダイオードは、発光層には発光中心とし
てZnがドープされている。このタイプの発光ダイオード
は発光強度がかなり改善されたものの、さらに、発光強
度の向上が望まれている。このように、従来の発光素子
では、発光層にはマグネシウム(Mg)、又は、亜鉛(Zn)の
アクセプタ不純物しか添加されていない。このために、
この素子の発光機構は、伝導帯とアクセプタ準位との間
の遷移によるものであるが、エネルギー準位差が大きい
ために、他の深い準位を介した非発光再結合が優勢とな
るため、発光強度が大きくない。又、発光ピーク波長は
３８０〜４４０nmであり、純青色に対してやや短波長側
にシフトしている。本発明は上記の課題を解決するため
に成されたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体
を用いた発光素子の発光強度を向上させ、より純青色に
近いスペクトルを得ることである。
ｎ接合型の発光ダイオードは、発光層には発光中心とし
てZnがドープされている。このタイプの発光ダイオード
は発光強度がかなり改善されたものの、さらに、発光強
度の向上が望まれている。このように、従来の発光素子
では、発光層にはマグネシウム(Mg)、又は、亜鉛(Zn)の
アクセプタ不純物しか添加されていない。このために、
この素子の発光機構は、伝導帯とアクセプタ準位との間
の遷移によるものであるが、エネルギー準位差が大きい
ために、他の深い準位を介した非発光再結合が優勢とな
るため、発光強度が大きくない。又、発光ピーク波長は
３８０〜４４０nmであり、純青色に対してやや短波長側
にシフトしている。本発明は上記の課題を解決するため
に成されたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体
を用いた発光素子の発光強度を向上させ、より純青色に
近いスペクトルを得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を
示すｐ層と、その間に介在する発光層がホモ接合、シン
グルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で形成された
３層構造を有する発光素子において、発光層には、ドナ
ー不純物とアクセプタ不純物とが添加されていることを
特徴とする。
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、ｐ伝導型を
示すｐ層と、その間に介在する発光層がホモ接合、シン
グルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で形成された
３層構造を有する発光素子において、発光層には、ドナ
ー不純物とアクセプタ不純物とが添加されていることを
特徴とする。
【０００６】請求項２の発明は、ドナー不純物を４族元
素、アクセプタ不純物を２族元素としたことである。請
求項３の発明は、ドナー不純物はシリコン(Si)でアクセ
プタ不純物はカドミウム(Cd)としたことである。
素、アクセプタ不純物を２族元素としたことである。請
求項３の発明は、ドナー不純物はシリコン(Si)でアクセ
プタ不純物はカドミウム(Cd)としたことである。
【０００７】請求項４の発明は、ドナー不純物はシリコ
ン(Si)でアクセプタ不純物は亜鉛(Zn)としたことであ
る。請求項５の発明は、ドナー不純物はシリコン(Si)で
アクセプタ不純物はマグネシウム(Mg)としたことであ
る。請求項６の発明は、発光層を、ドナー不純物とアク
セプタ不純物との濃度割合によりｎ伝導型、半絶縁性、
又は、ｐ伝導型としたことである。
ン(Si)でアクセプタ不純物は亜鉛(Zn)としたことであ
る。請求項５の発明は、ドナー不純物はシリコン(Si)で
アクセプタ不純物はマグネシウム(Mg)としたことであ
る。請求項６の発明は、発光層を、ドナー不純物とアク
セプタ不純物との濃度割合によりｎ伝導型、半絶縁性、
又は、ｐ伝導型としたことである。
【０００８】請求項７の発明は、ドナー不純物を６族元
素としたことである。請求項８の発明は、発光層の両側
に存在するｐ層及びｎ層、さらに発光層のAl、Ga、Inの
成分比をGaN の高キャリア濃度層n+層の格子定数に一致
するように選択したことである。
素としたことである。請求項８の発明は、発光層の両側
に存在するｐ層及びｎ層、さらに発光層のAl、Ga、Inの
成分比をGaN の高キャリア濃度層n+層の格子定数に一致
するように選択したことである。
【０００９】
【発明の作用及び効果】上記のように、発光層にドナー
不純物とアクセプタ不純物とを混在させた為に、発光機
構がドナー準位の電子とアクセプタ準位の正孔との再結
合となり、発光強度が増加した。又、ドナー準位の電子
とアクセプタ準位の正孔との再結合は、発光層の内部で
も発生することになり、この結果としても、発光強度が
向上する。
不純物とアクセプタ不純物とを混在させた為に、発光機
構がドナー準位の電子とアクセプタ準位の正孔との再結
合となり、発光強度が増加した。又、ドナー準位の電子
とアクセプタ準位の正孔との再結合は、発光層の内部で
も発生することになり、この結果としても、発光強度が
向上する。
【００１０】
【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上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3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2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、カドミウム(Cd)及びシリ
コンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成るｉ層（発
光層）５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3の
マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る
ｐ層６が形成されている。そして、ｐ層６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４に
接続するニッケルで形成された電極８が形成されてい
る。電極７と電極８とは、溝９により電気的に絶縁分離
されている。
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3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2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、カドミウム(Cd)及びシリ
コンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成るｉ層（発
光層）５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3の
マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る
ｐ層６が形成されている。そして、ｐ層６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４に
接続するニッケルで形成された電極８が形成されてい
る。電極７と電極８とは、溝９により電気的に絶縁分離
されている。
【００１１】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又はＮ2 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) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)（以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」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又はＮ2 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) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)（以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）である。
【００１２】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする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 liter/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。
ａ面を主面とする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 liter/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。
【００１３】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、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープの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、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
【００１４】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を
0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を
0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１５】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、DMCdを2 ×10-7モル／分とシラン
を10×10-9モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍのカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06
N から成る発光層５を形成した。発光層５は高抵抗層で
ある。この発光層５におけるカドミウム(Cd)の濃度は、
5 ×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018
/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、DMCdを2 ×10-7モル／分とシラン
を10×10-9モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍのカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06
N から成る発光層５を形成した。発光層５は高抵抗層で
ある。この発光層５におけるカドミウム(Cd)の濃度は、
5 ×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018
/cm3である。
【００１６】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６を形成した。ｐ
層６のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６を形成した。ｐ
層６のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。
【００１７】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、ｐ層６は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが
得られた。
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5Torrであ
る。この電子線の照射により、ｐ層６は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが
得られた。
【００１８】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
【００１９】図３に示すように、ｐ層６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、ｐ層６上におい
て、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔
１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層
６の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂ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、ｐ層６上におい
て、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔
１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層
６の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフォト
レジストを除去した。
【００２０】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ｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４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４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９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ｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４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４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００２１】次に、図６に示すように、ｐ層６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４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図７に示すように、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１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
層６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４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図７に示すように、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１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
層６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。
【００２２】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。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
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４の電極８、ｐ層６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ｐｎ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。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
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４の電極８、ｐ層６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ｐｎ構造の窒化ガリウム系発光
素子を得た。
【００２３】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長430nm、発光強度100mcdで
あった。
電流20mAで、発光ピーク波長430nm、発光強度100mcdで
あった。
【００２４】又、上記のカドミウム(Cd)とシリコン(Si)
の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が
発光強度を向上させる点で望ましい。又、シリコン(Si)
の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、1/2 〜1/10の程度
少ない方がより望ましい。
の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が
発光強度を向上させる点で望ましい。又、シリコン(Si)
の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、1/2 〜1/10の程度
少ない方がより望ましい。
【００２５】上記の実施例では、発光層５のバンドギャ
ップが両側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの３つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。又、上記実施例
ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ
接合構造であっても良い。
ップが両側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの３つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。又、上記実施例
ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ
接合構造であっても良い。
【００２６】第２実施例 第１実施例の発光層５は、カドミウム(Cd)とシリコン(S
i)とが添加されているが、第２実施例の発光層５は、図
８に示すように、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加され
ている。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、
続いて、サファイア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μ
ｍ、濃度 2×1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成し
た。
i)とが添加されているが、第２実施例の発光層５は、図
８に示すように、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加され
ている。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、
続いて、サファイア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μ
ｍ、濃度 2×1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成し
た。
【００２７】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、シランを10×10-9モル／分、DEZ を2 ×10-4モ
ル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのシリコン(Si)と
亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01Nか
ら成る発光層５を形成した。この発光層５における亜鉛
(Zn)の濃度は 2×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度
は1 ×1018/cm3である。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、シランを10×10-9モル／分、DEZ を2 ×10-4モ
ル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのシリコン(Si)と
亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01Nか
ら成る発光層５を形成した。この発光層５における亜鉛
(Zn)の濃度は 2×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度
は1 ×1018/cm3である。
【００２８】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｐ層６を形成した。ｐ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｐ層６を形成した。ｐ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｐ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２９】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第
１実施例と同一である。以下、第１実施例と同様な製法
により発光ダイオード１０を形成した。この発光ダイオ
ード１０の発光ピーク波長は、430nm であり、発光強度
は1000mcd である。
６に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第
１実施例と同一である。以下、第１実施例と同様な製法
により発光ダイオード１０を形成した。この発光ダイオ
ード１０の発光ピーク波長は、430nm であり、発光強度
は1000mcd である。
【００３０】第３実施例 第３実施例の発光ダイオードは図９に示す構成であり、
第２実施例の発光ダイオードの発光層５にマグネシウム
(Mg)を更に添加して電子線を照射してｐ型化したもので
ある。発光層５を除く他の層の形成は、第２実施例と同
一である。又、発光層５は、第２実施例の発光ダイオー
ドの製造工程において、CP2Mg を2 ×10-7モル／分の割
合で更に加えることのみが異なる。
第２実施例の発光ダイオードの発光層５にマグネシウム
(Mg)を更に添加して電子線を照射してｐ型化したもので
ある。発光層５を除く他の層の形成は、第２実施例と同
一である。又、発光層５は、第２実施例の発光ダイオー
ドの製造工程において、CP2Mg を2 ×10-7モル／分の割
合で更に加えることのみが異なる。
【００３１】膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)と亜鉛
(Zn)とシリコン(Si)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。発光層５は未だ
この状態で抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層５におけるマグネシウム(Mg)の濃度は 1×1019/cm3
であり、亜鉛(Zn)の濃度は2 ×1018/cm3であり、シリコ
ン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3である。
(Zn)とシリコン(Si)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。発光層５は未だ
この状態で抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層５におけるマグネシウム(Mg)の濃度は 1×1019/cm3
であり、亜鉛(Zn)の濃度は2 ×1018/cm3であり、シリコ
ン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3である。
【００３２】そして反射電子線回折装置を用いて、発光
層５及びｐ層６に一様に電子線を照射する。電子線の照
射条件は第１実施例と同一である。この電子線の照射に
より、発光層５及びｐ層６は、ホール濃度 2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
層５及びｐ層６に一様に電子線を照射する。電子線の照
射条件は第１実施例と同一である。この電子線の照射に
より、発光層５及びｐ層６は、ホール濃度 2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
【００３３】第４実施例 第４実施例の発光ダイオードは、発光層５をGaN 、シン
グルヘテロ接合としたものである。即ち、一方の接合は
シリコン(Si)が高濃度に添加されたGaN の高濃度ｎ+ 層
４と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されたGaN の発光
層５であり、他方の接合はGaN の発光層５とマグネシウ
ム(Mg)の添加されたｐ伝導型のAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１との接合である。本実施例では、ｐ層６１の上に
マグネシウム(Mg)の添加されたｐ伝導型のGaN から成る
コンタクト層６２が形成されている。又、絶縁分離のた
めの溝９はコンタクト層６２、ｐ層６１、発光層５を貫
いて形成されている。
グルヘテロ接合としたものである。即ち、一方の接合は
シリコン(Si)が高濃度に添加されたGaN の高濃度ｎ+ 層
４と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されたGaN の発光
層５であり、他方の接合はGaN の発光層５とマグネシウ
ム(Mg)の添加されたｐ伝導型のAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１との接合である。本実施例では、ｐ層６１の上に
マグネシウム(Mg)の添加されたｐ伝導型のGaN から成る
コンタクト層６２が形成されている。又、絶縁分離のた
めの溝９はコンタクト層６２、ｐ層６１、発光層５を貫
いて形成されている。
【００３４】図１０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
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 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４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及シリコンド
ープのGaN から成る発光層５、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N
から成るｐ層６１、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度2 ×10
17/cm3のマグネシウムドープのGaN から成るコンタクト
層６２が形成されている。そして、コンタクト層６２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４に接続するニッケルで形成された電極８が形成
されている。電極７と電極８とは、溝９により電気的に
絶縁分離されている。
サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 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４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及シリコンド
ープのGaN から成る発光層５、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N
から成るｐ層６１、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度2 ×10
17/cm3のマグネシウムドープのGaN から成るコンタクト
層６２が形成されている。そして、コンタクト層６２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４に接続するニッケルで形成された電極８が形成
されている。電極７と電極８とは、溝９により電気的に
絶縁分離されている。
【００３５】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。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
造方法について説明する。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
【００３６】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を1000℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、DMZ を
2 ×10-7モル／分、シランを10×10-9モル／分で導入
し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープの
GaN の発光層５を形成した。
として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を1000℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、DMZ を
2 ×10-7モル／分、シランを10×10-9モル／分で導入
し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープの
GaN の発光層５を形成した。
【００３７】続いて、温度を1000℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【００３８】続いて、温度を1000℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
【００３９】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第１実施例と同一である。この電
子線の照射により、ｐ層６１及びコンタクト層６２は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導
体となった。
６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第１実施例と同一である。この電
子線の照射により、ｐ層６１及びコンタクト層６２は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導
体となった。
【００４０】上記のようにシングルヘテロ接合で発光層
５に亜鉛(Zn)のアクセプタとシリコン(Si)のドナーとを
ドープした発光ダイオード１０を製造した。尚、第４実
施例において、発光層５にマグネシウム(Mg)をドープし
て電子線を照射することで、発光層５をｐ伝導型化して
も良い。
５に亜鉛(Zn)のアクセプタとシリコン(Si)のドナーとを
ドープした発光ダイオード１０を製造した。尚、第４実
施例において、発光層５にマグネシウム(Mg)をドープし
て電子線を照射することで、発光層５をｐ伝導型化して
も良い。
【００４１】第５実施例 第４実施例と異なり、図１１に示すように、発光層５に
は亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたAlx2Ga
1-x2N 、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドープされたAl
x1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリコン(Si)の
ドープされたAlx3Ga1-x3N で形成されている。そして、
組成比x1,x2,x3は、発光層５のバンドギャップが高キャ
リア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対して
小さくなるダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合が形
成されるように設定される。ダブルヘテロ接合、シング
ルヘテロ接合により発光層５でのキャリアの閉じ込めが
行われ、発光輝度が向上する。尚、発光層５は半絶縁
性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のいずれでも良い。
は亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたAlx2Ga
1-x2N 、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドープされたAl
x1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリコン(Si)の
ドープされたAlx3Ga1-x3N で形成されている。そして、
組成比x1,x2,x3は、発光層５のバンドギャップが高キャ
リア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対して
小さくなるダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合が形
成されるように設定される。ダブルヘテロ接合、シング
ルヘテロ接合により発光層５でのキャリアの閉じ込めが
行われ、発光輝度が向上する。尚、発光層５は半絶縁
性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のいずれでも良い。
【００４２】第６実施例 第６実施例の発光ダイオードは、第５実施例の発光ダイ
オードと異なり、図１２に示すように、発光層５には亜
鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたGayIn1-yN
、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドープされたAlx1Ga
1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリコン(Si)のドー
プされたAlx2Ga1-x2N で形成して良い。そして、組成比
x1,y,x2 は、発光層５のバンドギャップが高キャリア濃
度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対して小さく
なるダブルヘテロ接合が形成されるように設定される。
ダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合により発光層５
でのキャリアの閉じ込めが行われ、発光輝度が向上す
る。尚、発光層５は半絶縁性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のい
ずれでも良い。
オードと異なり、図１２に示すように、発光層５には亜
鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたGayIn1-yN
、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドープされたAlx1Ga
1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリコン(Si)のドー
プされたAlx2Ga1-x2N で形成して良い。そして、組成比
x1,y,x2 は、発光層５のバンドギャップが高キャリア濃
度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対して小さく
なるダブルヘテロ接合が形成されるように設定される。
ダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合により発光層５
でのキャリアの閉じ込めが行われ、発光輝度が向上す
る。尚、発光層５は半絶縁性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のい
ずれでも良い。
【００４３】図１３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
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 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４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及シリコンド
ープのGa0.94In0.06N から成る発光層５、膜厚約0.5 μ
ｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl
0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る
コンタクト層６２が形成されている。そして、コンタク
ト層６２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４に接続するニッケルで形成された電
極８が形成されている。電極７と電極８とは、溝９によ
り電気的に絶縁分離されている。
サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 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４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及シリコンド
ープのGa0.94In0.06N から成る発光層５、膜厚約0.5 μ
ｍ、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl
0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約0.5 μｍ、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る
コンタクト層６２が形成されている。そして、コンタク
ト層６２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４に接続するニッケルで形成された電
極８が形成されている。電極７と電極８とは、溝９によ
り電気的に絶縁分離されている。
【００４４】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。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
造方法について説明する。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
【００４５】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMI を
0.02×10-4モル／分、DMZ を2 ×10-7モル／分、シラン
を10×10-9モル／分で導入し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Z
n)とシリコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層５を
形成した。
として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層即ちｐ層６１、コンタクト層６２の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMI を
0.02×10-4モル／分、DMZ を2 ×10-7モル／分、シラン
を10×10-9モル／分で導入し、膜厚約0.5 μｍの亜鉛(Z
n)とシリコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層５を
形成した。
【００４６】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【００４７】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。
【００４８】次に、反射電子線回折装置を用いて、ｐ層
６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第１実施例と同一である。この電
子線の照射により、ｐ層６１及びコンタクト層６２は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導
体となった。
６１及びコンタクト層６２に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第１実施例と同一である。この電
子線の照射により、ｐ層６１及びコンタクト層６２は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのｐ伝導型半導
体となった。
【００４９】上記の第１〜第６実施例において、発光層
５は半絶縁性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のいずれでも良い。
又、上記の亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞ
れ、１×１０17〜１×１０20の範囲が発光強度を向上さ
せる点で望ましいことが分かった。さらに好ましくは1
×1018〜1 ×1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと
効果が少なく、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。
又、シリコン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べて、10倍〜
1/10が好ましく、さらに好ましくは 1 〜1/10の間程度
か、少ないほうがより望ましい。
５は半絶縁性、ｐ伝導型、ｎ伝導型のいずれでも良い。
又、上記の亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞ
れ、１×１０17〜１×１０20の範囲が発光強度を向上さ
せる点で望ましいことが分かった。さらに好ましくは1
×1018〜1 ×1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと
効果が少なく、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。
又、シリコン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べて、10倍〜
1/10が好ましく、さらに好ましくは 1 〜1/10の間程度
か、少ないほうがより望ましい。
【００５０】又、発光層５は、カドミウム(Cd)濃度より
もシリコン(Si)濃度が高ければ、i型( 半絶縁性) 、カ
ドミウム(Cd)濃度よりもシリコン(Si)濃度が低ければｎ
伝導型となる。
もシリコン(Si)濃度が高ければ、i型( 半絶縁性) 、カ
ドミウム(Cd)濃度よりもシリコン(Si)濃度が低ければｎ
伝導型となる。
【００５１】又、上記実施例では、アクセプタ不純物に
カドミウム(Cd)、ドナー不純物にシリコン(Si)を用いた
例を示したが、アクセプタ不純物は、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(H
g)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることができる。
カドミウム(Cd)、ドナー不純物にシリコン(Si)を用いた
例を示したが、アクセプタ不純物は、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(H
g)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることができる。
【００５２】さらに、ドナー不純物として、イオウ(S)
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。ｐ
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。ｐ
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
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】第２実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
た構成図。
【図９】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
た構成図。
【図１０】第４実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
した構成図。
【図１１】第５実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
した構成図。
【図１２】第６実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
した構成図。
【図１３】第６実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
した構成図。
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…高キャリア濃度ｎ+ 層 ５…発光層 ６…ｐ層 ６１…ｐ層 ６２…キャップ層 ７，８…電極 ９…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 佐々 道成 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅井 誠 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
ｐ伝導型を示すｐ層と、その間に介在する発光層がホモ
接合、シングルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で
形成された３層構造を有する発光素子において、 前記発光層には、ドナー不純物とアクセプタ不純物とが
添加されていることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 前記ドナー不純物は４族元素、前記アク
セプタ不純物は２族元素であることを特徴とする請求項
１に記載の発光素子。 - 【請求項３】 前記ドナー不純物はシリコン(Si)で前記
アクセプタ不純物はカドミウム(Cd)であることを特徴と
する請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項４】 前記ドナー不純物はシリコン(Si)で前記
アクセプタ不純物は亜鉛(Zn)であることを特徴とする請
求項１に記載の発光素子。 - 【請求項５】 前記ドナー不純物はシリコン(Si)で前記
アクセプタ不純物はマグネシウム(Mg)であることを特徴
とする請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項６】 前記発光層は、ドナー不純物とアクセプ
タ不純物との濃度割合によりｎ伝導型、半絶縁性、又
は、ｐ伝導型を示すことを特徴とする請求項１に記載の
発光素子。 - 【請求項７】 前記ドナー不純物は６族元素であること
を特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項８】 前記発光層の両側に存在する前記ｐ層及
び前記ｎ層、さらに前記発光層のAl、Ga、Inの成分比は
GaN の高キャリア濃度層n+層の格子定数に一致するよう
に選択することを特徴とする請求項１に記載の発光素
子。
Priority Applications (14)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11348494A JP3016241B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-04-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
| EP99101801A EP0911888B1 (en) | 1994-03-22 | 1995-03-21 | Light emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| EP95104140A EP0675552B1 (en) | 1994-03-22 | 1995-03-21 | Light emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| DE1995634387 DE69534387T2 (de) | 1994-03-22 | 1995-03-21 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die eine Stickstoff enthaltende Verbindung der Gruppe III verwendet |
| DE1995622026 DE69522026T2 (de) | 1994-03-22 | 1995-03-21 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Verbindung aus Stickstoff und Elementen der Gruppe III |
| US08/806,646 US6005258A (en) | 1994-03-22 | 1997-02-26 | Light-emitting semiconductor device using group III Nitrogen compound having emission layer doped with donor and acceptor impurities |
| US09/379,621 US6265726B1 (en) | 1994-03-22 | 1999-08-24 | Light-emitting aluminum gallium indium nitride compound semiconductor device having an improved luminous intensity |
| US09/783,035 US7001790B2 (en) | 1994-03-22 | 2001-02-15 | Light-emitting aluminum gallium indium nitride compound semiconductor device having an improved luminous intensity |
| US11/143,664 US7138286B2 (en) | 1994-03-22 | 2005-06-03 | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| US11/328,079 US7332366B2 (en) | 1994-03-22 | 2006-01-10 | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| US12/003,173 US7867800B2 (en) | 1994-03-22 | 2007-12-20 | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| US12/929,231 US20110101412A1 (en) | 1994-03-22 | 2011-01-10 | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| US13/468,486 US20120217510A1 (en) | 1994-03-22 | 2012-05-10 | Light-emitting semiconductor device using group iii nitrogen compound |
| US14/268,387 US20140239313A1 (en) | 1994-03-22 | 2014-05-02 | Light-emitting semiconductor device using group iii nitrogen compound |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7651494 | 1994-03-22 | ||
| JP6-76514 | 1994-03-22 | ||
| JP11348494A JP3016241B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-04-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07436697A Division JP3494841B2 (ja) | 1994-03-22 | 1997-03-10 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07312445A true JPH07312445A (ja) | 1995-11-28 |
| JP3016241B2 JP3016241B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=26417661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11348494A Expired - Fee Related JP3016241B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-04-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016241B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359292B1 (en) | 1998-03-11 | 2002-03-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element |
| KR100407773B1 (ko) * | 2001-01-05 | 2003-12-01 | 럭스피아 주식회사 | ＧａＮ 발광 소자 및 그 패키지 |
| KR100417386B1 (ko) * | 1999-08-10 | 2004-02-05 | 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤 | 형광체 |
| JP2006173581A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0468579A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-04 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
| JPH05211347A (ja) * | 1991-07-23 | 1993-08-20 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH06260680A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH07162038A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-06-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP11348494A patent/JP3016241B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0410665A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-14 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| JPH07162038A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-06-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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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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| KR100417386B1 (ko) * | 1999-08-10 | 2004-02-05 | 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤 | 형광체 |
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| JP2006173581A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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|---|---|
| JP3016241B2 (ja) | 2000-03-06 |
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