JPH0783136B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH0783136B2 JPH0783136B2 JP4598393A JP4598393A JPH0783136B2 JP H0783136 B2 JPH0783136 B2 JP H0783136B2 JP 4598393 A JP4598393 A JP 4598393A JP 4598393 A JP4598393 A JP 4598393A JP H0783136 B2 JPH0783136 B2 JP H0783136B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として、青色発光ダ
イオード、青色発光レーザーダイオード等の発光デバイ
スに使用される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
関する。
イオード、青色発光レーザーダイオード等の発光デバイ
スに使用される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】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（ＩｎＧ
ａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）、窒
化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）
等の窒化ガリウム系化合物半導体が注目されている。
オード等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（ＩｎＧ
ａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）、窒
化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）
等の窒化ガリウム系化合物半導体が注目されている。
【０００３】例えば、ＧａＮを用いた青色発光素子はＭ
ＩＳ（Metal-Insulater-Semiconductor）構造のものが
よく知られており、この構造を図１の断面図、および図
２の平面図を用いて説明する。これは基本的に、透光性
基板であるサファイア基板１の上に、ＡｌＮよりなるバ
ッファ層２と、ｎ型ＧａＮ層３と、ｐ型ドーパントをド
ープしたＧａＮ層４よりなる構造を有している。ｐ型ド
ーパントをドープしたＧａＮ層４は、低抵抗の半導体で
はなく、実際は抵抗率が１０6Ω・cm以上の高抵抗な半
絶縁体（ｉ型）となっている。
ＩＳ（Metal-Insulater-Semiconductor）構造のものが
よく知られており、この構造を図１の断面図、および図
２の平面図を用いて説明する。これは基本的に、透光性
基板であるサファイア基板１の上に、ＡｌＮよりなるバ
ッファ層２と、ｎ型ＧａＮ層３と、ｐ型ドーパントをド
ープしたＧａＮ層４よりなる構造を有している。ｐ型ド
ーパントをドープしたＧａＮ層４は、低抵抗の半導体で
はなく、実際は抵抗率が１０6Ω・cm以上の高抵抗な半
絶縁体（ｉ型）となっている。
【０００４】さらにｎ型ＧａＮ層３には、例えばＡｌ、
Ｉｎよりなるｎ型電極６（本明細書では、ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体に形成される電極を全てｎ型電極と
いう。）が形成されている。一方、ｐ型ドーパントをド
ープしたｉ型ＧａＮ層４にも、例えばＡｕ、Ｉｎよりな
るｐ型電極５（同じく、本明細書では、ｐ型ドーパント
がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体に形成され
る電極を全てｐ型電極という。）が形成されている。ｐ
型電極を接続する層は、正確にはｐ型でなくｉ型のＧａ
Ｎ層４である。ただ、このｉ型ＧａＮ層４は、ｐ型ドー
パントをドープしたＧａＮ層４であるので、ここに接続
する電極はｐ型電極という。
Ｉｎよりなるｎ型電極６（本明細書では、ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体に形成される電極を全てｎ型電極と
いう。）が形成されている。一方、ｐ型ドーパントをド
ープしたｉ型ＧａＮ層４にも、例えばＡｕ、Ｉｎよりな
るｐ型電極５（同じく、本明細書では、ｐ型ドーパント
がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体に形成され
る電極を全てｐ型電極という。）が形成されている。ｐ
型電極を接続する層は、正確にはｐ型でなくｉ型のＧａ
Ｎ層４である。ただ、このｉ型ＧａＮ層４は、ｐ型ドー
パントをドープしたＧａＮ層４であるので、ここに接続
する電極はｐ型電極という。
【０００５】この構造の青色発光素子は、図２の平面図
に示すように、ｐ型電極５をｉ型ＧａＮ層４の全面に形
成することにより電界を均一に広げ、ｐ型ＧａＮ層４を
全面発光させて、光をサファイア基板側１から取り出す
構造としている。
に示すように、ｐ型電極５をｉ型ＧａＮ層４の全面に形
成することにより電界を均一に広げ、ｐ型ＧａＮ層４を
全面発光させて、光をサファイア基板側１から取り出す
構造としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この構造の発光ダイオ
ードは、ｉ型ＧａＮ層４を発光層とし、この発光層にｐ
型電極５を形成している。ところがこの構造の発光ダイ
オードは、順方向電圧が高く、しかも発光出力が低い欠
点がある。順方向電圧が高いのは、ｉ型ＧａＮ層４がほ
ぼ絶縁体だからである。このような高抵抗なｉ型窒化ガ
リウム系化合物半導体を有する発光素子は、順方向電圧
が高く、発光出力は極めて悪い。
ードは、ｉ型ＧａＮ層４を発光層とし、この発光層にｐ
型電極５を形成している。ところがこの構造の発光ダイ
オードは、順方向電圧が高く、しかも発光出力が低い欠
点がある。順方向電圧が高いのは、ｉ型ＧａＮ層４がほ
ぼ絶縁体だからである。このような高抵抗なｉ型窒化ガ
リウム系化合物半導体を有する発光素子は、順方向電圧
が高く、発光出力は極めて悪い。
【０００７】従って、本発明は、従来の青色発光素子の
発光出力を増大させるという難しい問題を解決すること
を目的に開発されたものである。
発光出力を増大させるという難しい問題を解決すること
を目的に開発されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は従来技術では
想像もできないような特異な発光状態によって、上記問
題が解決できることを見いだした。即ち、本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子は下記の構成を備え
る。それは、基板の上に、少なくともｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層と、ｐ型ドーパントがドープして抵抗
率を１０００Ω・ｃｍ以下としたｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層とを有し、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層と前記ｐ型ドーパントがドープされたｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層とには、アニーリング処理し
て電気的に接続したｎ型電極、およびｐ型電極が形成さ
れており、ｎ型電極とｐ型電極とに通電することによ
り、ｐ型電極の周縁近傍を他の部分よりも強く発光させ
るように構成したことを特徴とする。
想像もできないような特異な発光状態によって、上記問
題が解決できることを見いだした。即ち、本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子は下記の構成を備え
る。それは、基板の上に、少なくともｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層と、ｐ型ドーパントがドープして抵抗
率を１０００Ω・ｃｍ以下としたｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層とを有し、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層と前記ｐ型ドーパントがドープされたｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層とには、アニーリング処理し
て電気的に接続したｎ型電極、およびｐ型電極が形成さ
れており、ｎ型電極とｐ型電極とに通電することによ
り、ｐ型電極の周縁近傍を他の部分よりも強く発光させ
るように構成したことを特徴とする。
【０００９】以下、本発明の発光素子を図３を参照して
説明する。この発光素子は、ｐ型ドーパントをドープし
たｐ型ＧａＮ層４Ａに、オーミックコンタクトさせる目
的で、アニーリングしたｐ型電極５を接続している。ア
ニーリングしてｐ型ＧａＮ層４Ａに電気的に接続された
ｐ型電極６は、その周縁部において、ｐ型ＧａＮ層４と
の接触抵抗が小さくなっている。それは、アニーリング
するときに、ｐ型ＧａＮ層４Ａに含まれる水素が除去さ
れてｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗が減少するからである。こ
の状態でｐ型ＧａＮ層４Ａに接続されたｐ型電極６に通
電すると、電流がｐ型電極５の周縁部に集中して流れ、
ｐ型電極５の周縁近傍を他の部分よりも強く発光させ
る。即ち、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子は、図１のｉ型層ＧａＮ層４を均一に発光させる従来
の通説とは逆に、ｐ型ＧａＮ層４Ａと接触抵抗の小さい
ｐ型電極５の周縁近傍で局部的に強く発光させることに
よって、総合的な発光出力を著しく増大させるのであ
る。以上、図３のホモ接合ＬＥＤについて説明したが、
例えばダブルへテロ構造ＬＥＤの場合も同様に、ｐ型電
極の周縁近傍で強く発光させることができる。
説明する。この発光素子は、ｐ型ドーパントをドープし
たｐ型ＧａＮ層４Ａに、オーミックコンタクトさせる目
的で、アニーリングしたｐ型電極５を接続している。ア
ニーリングしてｐ型ＧａＮ層４Ａに電気的に接続された
ｐ型電極６は、その周縁部において、ｐ型ＧａＮ層４と
の接触抵抗が小さくなっている。それは、アニーリング
するときに、ｐ型ＧａＮ層４Ａに含まれる水素が除去さ
れてｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗が減少するからである。こ
の状態でｐ型ＧａＮ層４Ａに接続されたｐ型電極６に通
電すると、電流がｐ型電極５の周縁部に集中して流れ、
ｐ型電極５の周縁近傍を他の部分よりも強く発光させ
る。即ち、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子は、図１のｉ型層ＧａＮ層４を均一に発光させる従来
の通説とは逆に、ｐ型ＧａＮ層４Ａと接触抵抗の小さい
ｐ型電極５の周縁近傍で局部的に強く発光させることに
よって、総合的な発光出力を著しく増大させるのであ
る。以上、図３のホモ接合ＬＥＤについて説明したが、
例えばダブルへテロ構造ＬＥＤの場合も同様に、ｐ型電
極の周縁近傍で強く発光させることができる。
【００１０】ｐ型電極５、およびｎ型電極６には、例え
ばＡｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉまたはこ
れらの金属の合金を使用することができる。ｐ型電極５
の形状はドット、ストライプ、碁盤格子状等任意の形状
で形成することができ、また図４に示すように、互いに
独立してｐ型電極５を形成した後、これらの電極を電気
的に接続するために、導電性材料８でオーバーコートす
ることもできる。
ばＡｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉまたはこ
れらの金属の合金を使用することができる。ｐ型電極５
の形状はドット、ストライプ、碁盤格子状等任意の形状
で形成することができ、また図４に示すように、互いに
独立してｐ型電極５を形成した後、これらの電極を電気
的に接続するために、導電性材料８でオーバーコートす
ることもできる。
【００１１】
【作用】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
は、ｐ型ＧａＮ層４Ａ上のｐ型電極５の周縁近傍に電流
が集中して流れるようにして、この部分の発光出力を大
きくできる。例えば、図３に示すように、ｐ型電極５を
設けた発光素子は、電極５周縁近傍のｐ型ＧａＮ層４Ａ
と、電極が形成されないｐ型ＧａＮ層４Ａとの電気抵抗
を変化させることによって電流の流れ方を調整できる。
つまり、ｐ型電極５の近傍のｐ型ＧａＮ層４Ａの電気抵
抗を大きくし、ｐ型電極５が形成されないｐ型ＧａＮ層
４Ａの電気抵抗を小さくすると、ｐ型電極５の周縁に電
流が集中して流れるようになる。それは、ｐ型電極５の
周縁の方が接触抵抗が小さいので、電流はｐ型電極５の
周縁に集中して流れるようになるからである。
は、ｐ型ＧａＮ層４Ａ上のｐ型電極５の周縁近傍に電流
が集中して流れるようにして、この部分の発光出力を大
きくできる。例えば、図３に示すように、ｐ型電極５を
設けた発光素子は、電極５周縁近傍のｐ型ＧａＮ層４Ａ
と、電極が形成されないｐ型ＧａＮ層４Ａとの電気抵抗
を変化させることによって電流の流れ方を調整できる。
つまり、ｐ型電極５の近傍のｐ型ＧａＮ層４Ａの電気抵
抗を大きくし、ｐ型電極５が形成されないｐ型ＧａＮ層
４Ａの電気抵抗を小さくすると、ｐ型電極５の周縁に電
流が集中して流れるようになる。それは、ｐ型電極５の
周縁の方が接触抵抗が小さいので、電流はｐ型電極５の
周縁に集中して流れるようになるからである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。但し、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具
体化するための発光素子を例示するものであって、本発
明の発光素子は、構成部品の化学組成、全体の構造や配
置等を下記のものに特定するものではない。本発明の発
光素子は特許請求の範囲の要旨に含まれる範囲で変更す
ことができる。
する。但し、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具
体化するための発光素子を例示するものであって、本発
明の発光素子は、構成部品の化学組成、全体の構造や配
置等を下記のものに特定するものではない。本発明の発
光素子は特許請求の範囲の要旨に含まれる範囲で変更す
ことができる。
【００１３】図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子は、透光性基板であるサファイア基板１のＣ面
に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＧａＮバッファ層２を２
００オングストロームの膜厚で成長させている。ＧａＮ
バッファ層２の上にＳｉをドープしたｎ型ＧａＮ層３を
４μｍの膜厚で成長させている。さらにｎ型ＧａＮ層の
上に、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４Ａを設け、ｐ型
ＧａＮ層４Ａの上にはｐ型電極５をｎ型ＧａＮ層の上に
はｎ型電極６を設けている。
光素子は、透光性基板であるサファイア基板１のＣ面
に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＧａＮバッファ層２を２
００オングストロームの膜厚で成長させている。ＧａＮ
バッファ層２の上にＳｉをドープしたｎ型ＧａＮ層３を
４μｍの膜厚で成長させている。さらにｎ型ＧａＮ層の
上に、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４Ａを設け、ｐ型
ＧａＮ層４Ａの上にはｐ型電極５をｎ型ＧａＮ層の上に
はｎ型電極６を設けている。
【００１４】図３に示す発光素子は、ｐ型ＧａＮ層４Ａ
と、ｎ型ＧａＮ層３の上にそれぞれｐ型電極５と、ｎ型
電極６を設けている。電極５、６は下記のようにして形
成される。 ｐ型ＧａＮ層４Ａの上にフォトレジストで所定のパ
ターンを作成する。 ｐ型ＧａＮ層４Ａの一部をｎ型ＧａＮ層３が露出す
るまでエッチングする。 エッチング終了後レジストを剥離し、再度フォトレ
ジストで電極５、６のパターンを作成する。 ｎ型ＧａＮ層３にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＧａＮ層４
ＡにはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型電極６、ｐ型電極
５とする。なおｐ型電極は幅３０μｍのストライプと
し、ストライプ間隔も１０μｍとして１チップに１５本
設ける。両電極形成後、７００℃でウエハーをアニーリ
ングする。 ｐ型ＧａＮ層４Ａに設けたストライプ状のｐ型電極
５を電気的に接続するために、図４に示すように、ｐ型
電極５の上にＡｕ、Ｉｎ等の導電性材料８を蒸着する。
と、ｎ型ＧａＮ層３の上にそれぞれｐ型電極５と、ｎ型
電極６を設けている。電極５、６は下記のようにして形
成される。 ｐ型ＧａＮ層４Ａの上にフォトレジストで所定のパ
ターンを作成する。 ｐ型ＧａＮ層４Ａの一部をｎ型ＧａＮ層３が露出す
るまでエッチングする。 エッチング終了後レジストを剥離し、再度フォトレ
ジストで電極５、６のパターンを作成する。 ｎ型ＧａＮ層３にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＧａＮ層４
ＡにはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型電極６、ｐ型電極
５とする。なおｐ型電極は幅３０μｍのストライプと
し、ストライプ間隔も１０μｍとして１チップに１５本
設ける。両電極形成後、７００℃でウエハーをアニーリ
ングする。 ｐ型ＧａＮ層４Ａに設けたストライプ状のｐ型電極
５を電気的に接続するために、図４に示すように、ｐ型
電極５の上にＡｕ、Ｉｎ等の導電性材料８を蒸着する。
【００１５】図３に示す発光素子は、ｐ型電極５を形成
されたｐ型ＧａＮ層４Ａと、形成されないｐ型ＧａＮ層
４Ａとの電気抵抗をアニーリングにより変化させて調整
する。この結果、ｐ型電極５を形成した下部のｐ型Ｇａ
Ｎ層４Ａの電気抵抗を、形成されないｐ型ＧａＮ層４Ａ
に比較して大きくしている。この構造の発光素子は、ｐ
型電極５が形成された下部のｐ型ＧａＮ層は抵抗が大き
いので電流が流れにくく、ｐ型電極５の周縁下部のｐ型
ＧａＮ層４Ａの抵抗は小さいので、電流が流れやすい。
したがってｐ型電極５の周縁部に集中して電流が流れ、
この部分の発光出力を大きくすることができる。
されたｐ型ＧａＮ層４Ａと、形成されないｐ型ＧａＮ層
４Ａとの電気抵抗をアニーリングにより変化させて調整
する。この結果、ｐ型電極５を形成した下部のｐ型Ｇａ
Ｎ層４Ａの電気抵抗を、形成されないｐ型ＧａＮ層４Ａ
に比較して大きくしている。この構造の発光素子は、ｐ
型電極５が形成された下部のｐ型ＧａＮ層は抵抗が大き
いので電流が流れにくく、ｐ型電極５の周縁下部のｐ型
ＧａＮ層４Ａの抵抗は小さいので、電流が流れやすい。
したがってｐ型電極５の周縁部に集中して電流が流れ、
この部分の発光出力を大きくすることができる。
【００１６】本発明の発光素子は、ｐ型電極５を形成し
た下部のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を大きくし、形成しな
いｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を小さくする方法を特定しな
いが、ｐ型ＧａＮ層４Ａにｐ型電極５を形成した後、ｐ
型電極５が形成されないｐ型ＧａＮ層中に含まれる水素
を除去することでこの状態を実現できる。ｐ型ＧａＮ層
４Ａの電気抵抗は、ｐ型ＧａＮ層４Ａ中に含まれる水素
によって高くなっている。ＧａＮ層を成長させる時に、
ＧａＮ層に水素が含まれる。ＧａＮ層を成長させる時に
水素を完全に除くことは極めて難しい。それはＧａＮ層
成長時に窒素源としてアンモニア等の水素と窒素を含む
化合物ガスを使用し、このアンモニアが成長時に分解し
て、原子状水素ができ、この水素原子がどうしてもアク
セプターとしてドープされているｐ型ドーパント（例え
ば、Ｍｇ、Ｚｎ）と結合して、ｐ型ドーパントを不活性
化してしまうためである。したがって原子状水素がｐ型
ＧａＮ層中に入ると、水素はアクセプタードーパントを
不活性化して、ｐ型ＧａＮを高抵抗化してしまう。
た下部のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を大きくし、形成しな
いｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を小さくする方法を特定しな
いが、ｐ型ＧａＮ層４Ａにｐ型電極５を形成した後、ｐ
型電極５が形成されないｐ型ＧａＮ層中に含まれる水素
を除去することでこの状態を実現できる。ｐ型ＧａＮ層
４Ａの電気抵抗は、ｐ型ＧａＮ層４Ａ中に含まれる水素
によって高くなっている。ＧａＮ層を成長させる時に、
ＧａＮ層に水素が含まれる。ＧａＮ層を成長させる時に
水素を完全に除くことは極めて難しい。それはＧａＮ層
成長時に窒素源としてアンモニア等の水素と窒素を含む
化合物ガスを使用し、このアンモニアが成長時に分解し
て、原子状水素ができ、この水素原子がどうしてもアク
セプターとしてドープされているｐ型ドーパント（例え
ば、Ｍｇ、Ｚｎ）と結合して、ｐ型ドーパントを不活性
化してしまうためである。したがって原子状水素がｐ型
ＧａＮ層中に入ると、水素はアクセプタードーパントを
不活性化して、ｐ型ＧａＮを高抵抗化してしまう。
【００１７】ｐ型ＧａＮ層４Ａ中の水素は、例えば４０
０℃以上でアニーリングすることにより除去できる。つ
まり、ＧａＮ層中で、Ｍ−Ｈの状態で結合しているｐ型
ドーパント（Ｍ）と水素（Ｈ）から、水素のみが出てい
くことによりアクセプタードーパントが活性化し正孔が
できる。正孔の発生はｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗をさらに
低下させる。ｐ型ＧａＮ層４Ａにｐ型電極５を形成した
状態で、例えば、７００℃でアニーリングを行うと、ｐ
型電極５の真下の部分からは水素が結晶中から出ること
ができず、ｐ型電極５の下に残ったままとなる。したが
って、ｐ型電極５を形成してアニーリングすることによ
って、ｐ型電極５が形成されたｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗
を大きく、形成されない部分の抵抗を小さくできる。つ
まり、ｐ型ＧａＮ層４Ａの電気抵抗の分布を調整するこ
とができる。アニーリングを行う場合、水素を含まない
雰囲気中で行うことが望ましく、アンモニア、ヒドラジ
ン等の水素を含む雰囲気中で行うと、ｐ型ＧａＮ層に再
吸蔵される恐れがある。
０℃以上でアニーリングすることにより除去できる。つ
まり、ＧａＮ層中で、Ｍ−Ｈの状態で結合しているｐ型
ドーパント（Ｍ）と水素（Ｈ）から、水素のみが出てい
くことによりアクセプタードーパントが活性化し正孔が
できる。正孔の発生はｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗をさらに
低下させる。ｐ型ＧａＮ層４Ａにｐ型電極５を形成した
状態で、例えば、７００℃でアニーリングを行うと、ｐ
型電極５の真下の部分からは水素が結晶中から出ること
ができず、ｐ型電極５の下に残ったままとなる。したが
って、ｐ型電極５を形成してアニーリングすることによ
って、ｐ型電極５が形成されたｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗
を大きく、形成されない部分の抵抗を小さくできる。つ
まり、ｐ型ＧａＮ層４Ａの電気抵抗の分布を調整するこ
とができる。アニーリングを行う場合、水素を含まない
雰囲気中で行うことが望ましく、アンモニア、ヒドラジ
ン等の水素を含む雰囲気中で行うと、ｐ型ＧａＮ層に再
吸蔵される恐れがある。
【００１８】以上のようにして得られた発光素子は、通
電すると、図３の矢印Ａで示すｐ型電極５の周縁部分で
電流が多く流れる。それは、ｐ型電極５を形成した下部
のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗が大きく、形成されない部分
の抵抗が小さいからである。従って、矢印Ａで示すｐ型
電極５の周縁部に集中して電流が流れ、この部分が高い
発光出力で発光する。
電すると、図３の矢印Ａで示すｐ型電極５の周縁部分で
電流が多く流れる。それは、ｐ型電極５を形成した下部
のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗が大きく、形成されない部分
の抵抗が小さいからである。従って、矢印Ａで示すｐ型
電極５の周縁部に集中して電流が流れ、この部分が高い
発光出力で発光する。
【００１９】最後にウエハーを１×０．８ｍｍ角のチッ
プ状にカットして発光ダイオードに組み込んで発光させ
ると順方向電流２０ｍＡにおいて、順方向電圧５Ｖで４
３０ｎｍの発光を示し、発光出力は１０μＷであった。
プ状にカットして発光ダイオードに組み込んで発光させ
ると順方向電流２０ｍＡにおいて、順方向電圧５Ｖで４
３０ｎｍの発光を示し、発光出力は１０μＷであった。
【００２０】図５は異なる構造のｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体の発光素子を示している。この発光素子も、
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、サファイア基板１のＣ面にＧ
ａＮバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長
させている。ＧａＮバッファ層２の上に、Ｓｉをドープ
したｎ型ＧａＮ層３を４μｍの膜厚で成長させ、さらに
ｎ型ＧａＮ層３の上に、ｐ型またはｎ型のＩｎＧａＮ層
９を１００オングストロームの膜厚で成長させ、このＩ
ｎＧａＮ層９の上にＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４Ａ
を設け、ｎ型ＧａＮ層３とｐ型ＧａＮ層４Ａの上にｎ型
電極６とｐ型電極５とを形成している。
合物半導体の発光素子を示している。この発光素子も、
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、サファイア基板１のＣ面にＧ
ａＮバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長
させている。ＧａＮバッファ層２の上に、Ｓｉをドープ
したｎ型ＧａＮ層３を４μｍの膜厚で成長させ、さらに
ｎ型ＧａＮ層３の上に、ｐ型またはｎ型のＩｎＧａＮ層
９を１００オングストロームの膜厚で成長させ、このＩ
ｎＧａＮ層９の上にＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４Ａ
を設け、ｎ型ＧａＮ層３とｐ型ＧａＮ層４Ａの上にｎ型
電極６とｐ型電極５とを形成している。
【００２１】この構造の発光素子においても、ｐ型電極
５が形成された部分のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を、形成
されない部分よりも大きくしている。この構造の発光素
子はｐ型電極５とｎ型電極６とに通電すると、ＩｎＧａ
Ｎ層９が発光し、ｐ型電極周縁近傍のＩｎＧａＮ層９の
強い発光をサファイア基板側から観測できる。同じくこ
の発光素子を発光ダイオードとしたところ、順方向電圧
２０ｍＡにおいて、順方向電圧５Ｖで４２０ｎｍの発光
を示し、発光出力は３００μＷであった。
５が形成された部分のｐ型ＧａＮ層４Ａの抵抗を、形成
されない部分よりも大きくしている。この構造の発光素
子はｐ型電極５とｎ型電極６とに通電すると、ＩｎＧａ
Ｎ層９が発光し、ｐ型電極周縁近傍のＩｎＧａＮ層９の
強い発光をサファイア基板側から観測できる。同じくこ
の発光素子を発光ダイオードとしたところ、順方向電圧
２０ｍＡにおいて、順方向電圧５Ｖで４２０ｎｍの発光
を示し、発光出力は３００μＷであった。
【００２２】図３と図５に示す発光素子は、ｐ型ＧａＮ
層４Ａの上に、図６に示すようにストライプ状のｐ型電
極５を設けている。ｐ型電極５は図７ないし図９に示す
ように形成することもできる。図７に示すｐ型電極５は
碁盤格子状に、図８に示すｐ型電極５は点状に、図９に
示すｐ型電極５は同心円の線状に形成されている。つま
り、ｐ型電極５の形状は特に問うものではなく、その周
縁の長さが長ければ長いほど、発光面積が大きくなり、
発光効率を増大させることができる。
層４Ａの上に、図６に示すようにストライプ状のｐ型電
極５を設けている。ｐ型電極５は図７ないし図９に示す
ように形成することもできる。図７に示すｐ型電極５は
碁盤格子状に、図８に示すｐ型電極５は点状に、図９に
示すｐ型電極５は同心円の線状に形成されている。つま
り、ｐ型電極５の形状は特に問うものではなく、その周
縁の長さが長ければ長いほど、発光面積が大きくなり、
発光効率を増大させることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に形成し
たｐ型電極の周縁近傍を、他の部分よりも高い出力で発
光させることによって、従来品を卓越する発光出力とす
ることができる。ちなみに本発明の実施例に係る図３に
示す発光素子を使用した発光ダイオードは、順方向電圧
４Ｖ、順方向電流２０ｍＡにおいて、発光出力は１０μ
Ｗとなった。さらに図５に示す本発明の実施例に係るダ
ブルへテロ構造の発光素子を使用した発光ダイオード
は、同条件において発光出力が３００μＷと飛躍的に向
上した。なお、図１に示す従来のＭＩＳ構造の発光素子
を使用した発光ダイオードは順方向電圧１５Ｖ、順方向
電流１０ｍＡにおいて、発光出力は１μＷでしかなく、
また順方向電流を２０ｍＡ流すと熱破壊して発光しなく
なった。これは、ｉ型ＧａＮ層の抵抗率が１０６Ω・cm
以上と極めて高いために、電流を増加させるとジュール
熱が急激に増加して発光素子の温度が高くなるからであ
る。
光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に形成し
たｐ型電極の周縁近傍を、他の部分よりも高い出力で発
光させることによって、従来品を卓越する発光出力とす
ることができる。ちなみに本発明の実施例に係る図３に
示す発光素子を使用した発光ダイオードは、順方向電圧
４Ｖ、順方向電流２０ｍＡにおいて、発光出力は１０μ
Ｗとなった。さらに図５に示す本発明の実施例に係るダ
ブルへテロ構造の発光素子を使用した発光ダイオード
は、同条件において発光出力が３００μＷと飛躍的に向
上した。なお、図１に示す従来のＭＩＳ構造の発光素子
を使用した発光ダイオードは順方向電圧１５Ｖ、順方向
電流１０ｍＡにおいて、発光出力は１μＷでしかなく、
また順方向電流を２０ｍＡ流すと熱破壊して発光しなく
なった。これは、ｉ型ＧａＮ層の抵抗率が１０６Ω・cm
以上と極めて高いために、電流を増加させるとジュール
熱が急激に増加して発光素子の温度が高くなるからであ
る。
【００２４】以上説明したように、本発明の発光素子
は、ｐ型電極の周縁部を強く発光させるので、例えば、
細い線状のｐ型電極を長く設けることにより、あるい
は、点状のｐ型電極を多く設けるとによって、ｐ型層の
低抵抗部分を長くして発光出力を増大させることができ
る。また、ｐ型電極の周縁近傍で発光させるので、点状
のｐ型電極として光を局部に集中することができ、ま
た、線状のｐ型電極とすることによって線状に発光部分
を集中することも可能である。
は、ｐ型電極の周縁部を強く発光させるので、例えば、
細い線状のｐ型電極を長く設けることにより、あるい
は、点状のｐ型電極を多く設けるとによって、ｐ型層の
低抵抗部分を長くして発光出力を増大させることができ
る。また、ｐ型電極の周縁近傍で発光させるので、点状
のｐ型電極として光を局部に集中することができ、ま
た、線状のｐ型電極とすることによって線状に発光部分
を集中することも可能である。
【図１】 従来の発光素子の一例を示す断面図。
【図２】 図１に示す発光素子の平面図。
【図３】 本発明の一実施例を示す発光素子の断面図。
【図４】 図３に示すｐ型電極の上に導電性材料をオー
バーコートした状態を示す断面図。
バーコートした状態を示す断面図。
【図５】 本発明の他の実施例に係る発光素子の断面
図。
図。
【図６】 ｐ型電極の形状の他の具体例を示す平面図。
【図７】 ｐ型電極の形状の他の具体例を示す平面図。
【図８】 ｐ型電極の形状の他の具体例を示す平面図。
【図９】 ｐ型電極の形状の他の具体例を示す平面図。
１・・・・・サファイア基板 ２・・・・・バッ
ファ層 ３・・・・・ｎ型ＧａＮ層 ４・・・・・ｉ型
ＧａＮ層 ４Ａ・・・・ｐ型ＧａＮ層 ５・・・・・ｐ型電極 ６・・・・・ｎ型
電極 ８・・・・・導電性材料 ９・・・・・Ｉｎ
ＧａＮ層
ファ層 ３・・・・・ｎ型ＧａＮ層 ４・・・・・ｉ型
ＧａＮ層 ４Ａ・・・・ｐ型ＧａＮ層 ５・・・・・ｐ型電極 ６・・・・・ｎ型
電極 ８・・・・・導電性材料 ９・・・・・Ｉｎ
ＧａＮ層
Claims (1)
- 【請求項１】 基板の上に、少なくともｎ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層と、ｐ型ドーパントをドープして抵
抗率を１０００Ω・ｃｍ以下に調整したｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層とを有し、前記ｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層と前記ｐ型ドーパントをドープしたｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層とには、それぞれ、アニ
ーリング処理して電気的に接続されたｎ型電極およびｐ
型電極が形成されており、ｎ型電極とｐ型電極とに通電
することにより、前記ｐ型電極の周縁近傍を他の部分よ
りも強く発光させるように構成した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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4598393A JPH0783136B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4598393A JPH0783136B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26785796A Division JP2868081B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP26785696A Division JP3223810B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237012A JPH06237012A (ja) | 1994-08-23 |
| JPH0783136B2 true JPH0783136B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=12734413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4598393A Expired - Fee Related JPH0783136B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783136B2 (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 (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0851235A (ja) * | 1994-08-09 | 1996-02-20 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子の製法 |
| JP5231701B2 (ja) | 2000-02-15 | 2013-07-10 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射線を発する半導体デバイス及びその製造方法 |
| DE10006738C2 (de) | 2000-02-15 | 2002-01-17 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lichtemittierendes Bauelement mit verbesserter Lichtauskopplung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| WO2001073858A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group-iii nitride compound semiconductor device |
| DE20111659U1 (de) * | 2000-05-23 | 2001-12-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Bauelement für die Optoelektronik |
| JP4055503B2 (ja) | 2001-07-24 | 2008-03-05 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP3972670B2 (ja) | 2002-02-06 | 2007-09-05 | 豊田合成株式会社 | 発光装置 |
| EP3166152B1 (en) | 2003-08-19 | 2020-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing its substrate |
| KR100586949B1 (ko) * | 2004-01-19 | 2006-06-07 | 삼성전기주식회사 | 플립칩용 질화물 반도체 발광소자 |
| JP4901115B2 (ja) | 2004-03-04 | 2012-03-21 | 昭和電工株式会社 | 窒化ガリウム系半導体素子 |
| WO2005086241A1 (en) | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride-based semiconductor device |
| JP4947954B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2012-06-06 | スタンレー電気株式会社 | 発光素子 |
| KR101020910B1 (ko) | 2008-12-24 | 2011-03-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR20140027836A (ko) * | 2012-08-27 | 2014-03-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
| CN106663918B (zh) * | 2014-08-29 | 2020-03-24 | 国立大学法人京都大学 | 二维光子晶体面发射激光器 |
| CN108400171A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-14 | 西安电子科技大学 | 基于热退火掺杂工艺的低阻态氮化镓基器件及其制作方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6332963A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-12 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体素子の電極およびその製造方法 |
| JPH04321280A (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光ダイオード |
| JPH04361572A (ja) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP4598393A patent/JPH0783136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6332963A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-12 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体素子の電極およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
|---|---|
| JPH06237012A (ja) | 1994-08-23 |
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