JPH08162671A - 窒化物半導体発光ダイオード - Google Patents
窒化物半導体発光ダイオードInfo
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- JPH08162671A JPH08162671A JP22908095A JP22908095A JPH08162671A JP H08162671 A JPH08162671 A JP H08162671A JP 22908095 A JP22908095 A JP 22908095A JP 22908095 A JP22908095 A JP 22908095A JP H08162671 A JPH08162671 A JP H08162671A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流の増加に比例して光度が増加する窒化ガ
リウム系化合物半導体LEDを実現する。 【構成】 少なくともn型ドーパントとp型ドーパント
とがドープされたn型InXAlYGa1-X-YN(0<X<
0.5、0≦Y、X+Y<1)を活性層としたダブルへテ
ロ構造の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前記発
光ダイオードは順方向電流40mAにおける発光におい
て、430nm〜550nmに第一の発光ピークを有
し、360nm〜450nmの間に第二の発光ピークを
有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光ピークの強
度の50%以下である。
リウム系化合物半導体LEDを実現する。 【構成】 少なくともn型ドーパントとp型ドーパント
とがドープされたn型InXAlYGa1-X-YN(0<X<
0.5、0≦Y、X+Y<1)を活性層としたダブルへテ
ロ構造の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前記発
光ダイオードは順方向電流40mAにおける発光におい
て、430nm〜550nmに第一の発光ピークを有
し、360nm〜450nmの間に第二の発光ピークを
有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光ピークの強
度の50%以下である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体(InaA
lbGa1-a-bN、0≦a、0≦b、a+b≦1)よりなる発
光ダイオード(以下、LEDという)に係り、特にIn
とGaとを含む窒化物半導体InXAlYGa1-X-YN
(0<X、0≦Y、X+Y<1)を活性層としたダブルへテ
ロ構造のLEDに関する。
lbGa1-a-bN、0≦a、0≦b、a+b≦1)よりなる発
光ダイオード(以下、LEDという)に係り、特にIn
とGaとを含む窒化物半導体InXAlYGa1-X-YN
(0<X、0≦Y、X+Y<1)を活性層としたダブルへテ
ロ構造のLEDに関する。
【0002】
【従来の技術】現在、青色、青緑色に発光するLEDと
して、窒化物半導体よりなるLEDが実用化されてい
る。このLEDはn型窒化物半導体層と、p型窒化物半
導体層との間に、p型ドーパントとn型ドーパントとが
ドープされたn型InGaN層を活性層とするダブルへ
テロ構造を有している。p型ドーパントにはZn、n型
ドーパントにはSiが多く使用されている。
して、窒化物半導体よりなるLEDが実用化されてい
る。このLEDはn型窒化物半導体層と、p型窒化物半
導体層との間に、p型ドーパントとn型ドーパントとが
ドープされたn型InGaN層を活性層とするダブルへ
テロ構造を有している。p型ドーパントにはZn、n型
ドーパントにはSiが多く使用されている。
【0003】前記LEDは、活性層のInGaNのバン
ド間発光と、ZnおよびSiのドーパントに関係した発
光とを有しており、In組成比を適宜調整することによ
り発光波長を紫外〜赤色まで変化させることが可能であ
る。例えば450nmに発光ピークのある青色LEDで
は、活性層のInXGa1-XN層のX値を0.05〜0.
06として、さらにZnとSiの濃度を適宜調整するこ
とにより、450nmにピーク波長を調整している。
ド間発光と、ZnおよびSiのドーパントに関係した発
光とを有しており、In組成比を適宜調整することによ
り発光波長を紫外〜赤色まで変化させることが可能であ
る。例えば450nmに発光ピークのある青色LEDで
は、活性層のInXGa1-XN層のX値を0.05〜0.
06として、さらにZnとSiの濃度を適宜調整するこ
とにより、450nmにピーク波長を調整している。
【0004】また我々は特開平6−260680号公報
において、ZnとSiとをドープしたn型InGaN層
を活性層とするダブルへテロ構造の青色LEDを開示
し、好ましくZnよりもSiを多くドープしてInGa
Nをn型とする技術を示した。
において、ZnとSiとをドープしたn型InGaN層
を活性層とするダブルへテロ構造の青色LEDを開示
し、好ましくZnよりもSiを多くドープしてInGa
Nをn型とする技術を示した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記青
色LEDは電流値の増加によりLEDの発光光度が飽和
してしまうという問題があった。光度が飽和すると、例
えば電流値でLED光度を制御するディスプレイ等に、
窒化物半導体よりなる青色LED、緑色LEDを用いた
場合、色調を合わせるのが困難となる。
色LEDは電流値の増加によりLEDの発光光度が飽和
してしまうという問題があった。光度が飽和すると、例
えば電流値でLED光度を制御するディスプレイ等に、
窒化物半導体よりなる青色LED、緑色LEDを用いた
場合、色調を合わせるのが困難となる。
【0006】従って本発明はこのような事情を鑑みて成
されたものであり、その目的とするところは、電流の増
加に比例して光度が増加する窒化物半導体LEDを実現
することにある。
されたものであり、その目的とするところは、電流の増
加に比例して光度が増加する窒化物半導体LEDを実現
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】我々は、p型ドーパント
とn型ドーパントとがドープされたInとGaを含むn
型窒化物半導体を活性層とするLEDの特性について、
種々の実験を繰り返し観察を重ねたところ、LEDにあ
る一定以上の電流値を与えた際に、特定の波長領域で発
光するInGaNのバンド間発光にその原因があること
を突き止め本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒化
物半導体LEDは、少なくともn型ドーパントとp型ド
ーパントとがドープされたn型InXAlYGa1-X-YN
(0<X<0.5、0≦Y、X+Y<1、以下、特に断りの
ない限り活性層の組成はInXGa 1-XNと記載する。)
を活性層としたダブルへテロ構造の窒化物半導体発光L
EDにおいて、前記LEDは順方向電流40mAにおけ
る発光において、430nm〜550nmに第一の発光
ピークを有し、360nm〜450nmの間に第二の発
光ピークを有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光
ピークの強度の50%以下であることを特徴とする。n
型InXGa1-XN層のX値は0<X≦1の範囲で発光色を
紫色〜赤色まで自由に変えることができるが、InXG
a1-XNはX値を増加させるに従い、結晶性に優れた半導
体が得られにくいので、0<X<0.5の範囲に調整す
る必要がある。またX値が0.5以上であるとInGa
Nのバンドギャップエネルギーの関係から第一の発光ピ
ークが550nm以下のLEDが得られにくい。そのた
めX値は0.5未満とした。またInXGa1-XNはその
組成中にAlを含んだ四元混晶としてもよいが、Alを
含有することにより結晶性が悪くなる傾向にあるので、
三元混晶のInGaNである方がより好ましい。
とn型ドーパントとがドープされたInとGaを含むn
型窒化物半導体を活性層とするLEDの特性について、
種々の実験を繰り返し観察を重ねたところ、LEDにあ
る一定以上の電流値を与えた際に、特定の波長領域で発
光するInGaNのバンド間発光にその原因があること
を突き止め本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒化
物半導体LEDは、少なくともn型ドーパントとp型ド
ーパントとがドープされたn型InXAlYGa1-X-YN
(0<X<0.5、0≦Y、X+Y<1、以下、特に断りの
ない限り活性層の組成はInXGa 1-XNと記載する。)
を活性層としたダブルへテロ構造の窒化物半導体発光L
EDにおいて、前記LEDは順方向電流40mAにおけ
る発光において、430nm〜550nmに第一の発光
ピークを有し、360nm〜450nmの間に第二の発
光ピークを有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光
ピークの強度の50%以下であることを特徴とする。n
型InXGa1-XN層のX値は0<X≦1の範囲で発光色を
紫色〜赤色まで自由に変えることができるが、InXG
a1-XNはX値を増加させるに従い、結晶性に優れた半導
体が得られにくいので、0<X<0.5の範囲に調整す
る必要がある。またX値が0.5以上であるとInGa
Nのバンドギャップエネルギーの関係から第一の発光ピ
ークが550nm以下のLEDが得られにくい。そのた
めX値は0.5未満とした。またInXGa1-XNはその
組成中にAlを含んだ四元混晶としてもよいが、Alを
含有することにより結晶性が悪くなる傾向にあるので、
三元混晶のInGaNである方がより好ましい。
【0008】また前記LEDは、第二の発光ピークの強
度が第一の発光ピークの強度の25%以下であることを
特徴とする。25%以下にすると、さらに発光強度のリ
ニアリティーがよくなる。
度が第一の発光ピークの強度の25%以下であることを
特徴とする。25%以下にすると、さらに発光強度のリ
ニアリティーがよくなる。
【0009】前記LEDは、活性層中のp型ドーパント
のn型ドーパントに対する濃度比が1/10([p]/
[n])以下にあり、InXGa1-XN中のX値が0<X≦
0.3の範囲にあることを特徴とする。具体的にはp型
ドーパントの濃度は1×10 16/cm3〜1×1021/cm3
の範囲に調整し、n型ドーパントの濃度は1×1017/
cm3〜1×1021/cm3の範囲に調整することにより、発
光強度の大きいLEDを作成することができ、しかも両
ドーパントのドープ量を適宜調整することにより、In
XGa1-XN層をn型とした活性層を実現できる。さらに
好ましく、両ドーパントの濃度比を前記濃度範囲内にお
いて、1/10以下に調整すると容易に第一の発光ピー
クを大きくして、第二の発光ピークを小さくすることが
できる。また、X値は0<X≦0.3の範囲に調整する
と、結晶性に優れた活性層が得られ、しかも第一の発光
ピークを430〜550nmの範囲に容易に調節でき
る。
のn型ドーパントに対する濃度比が1/10([p]/
[n])以下にあり、InXGa1-XN中のX値が0<X≦
0.3の範囲にあることを特徴とする。具体的にはp型
ドーパントの濃度は1×10 16/cm3〜1×1021/cm3
の範囲に調整し、n型ドーパントの濃度は1×1017/
cm3〜1×1021/cm3の範囲に調整することにより、発
光強度の大きいLEDを作成することができ、しかも両
ドーパントのドープ量を適宜調整することにより、In
XGa1-XN層をn型とした活性層を実現できる。さらに
好ましく、両ドーパントの濃度比を前記濃度範囲内にお
いて、1/10以下に調整すると容易に第一の発光ピー
クを大きくして、第二の発光ピークを小さくすることが
できる。また、X値は0<X≦0.3の範囲に調整する
と、結晶性に優れた活性層が得られ、しかも第一の発光
ピークを430〜550nmの範囲に容易に調節でき
る。
【0010】また本発明のLEDは活性層のn型ドーパ
ントがSiであり、p型ドーパントがZnであることを
特徴とする。活性層のドーパントをZnとSiとに特定
した場合においても、ドーパントの濃度は前記したよう
に、Znは1×1016/cm3〜1×1021/cm3の範囲に
調整し、Siの濃度は1×1017/cm3〜1×1021/c
m3の範囲に調整すると高輝度のLEDが得られ、濃度比
をZn/Siで1/10以下にすると、容易に第一の発
光ピークを大きくして第二の発光ピークを小さくでき
る。
ントがSiであり、p型ドーパントがZnであることを
特徴とする。活性層のドーパントをZnとSiとに特定
した場合においても、ドーパントの濃度は前記したよう
に、Znは1×1016/cm3〜1×1021/cm3の範囲に
調整し、Siの濃度は1×1017/cm3〜1×1021/c
m3の範囲に調整すると高輝度のLEDが得られ、濃度比
をZn/Siで1/10以下にすると、容易に第一の発
光ピークを大きくして第二の発光ピークを小さくでき
る。
【0011】
【作用】図1に本発明のLEDの発光スペクトルを示
す。これはZn濃度をSi濃度のの1/10以下とした
n型In0.05Ga0.95Nを活性層とする青色LEDを4
0mAで発光させた場合のスペクトルを示している。ま
た比較として、図2に従来のLEDの発光スペクトルを
示す。これはSiとZnとを同濃度でドープしたn型I
n0.05Ga0.95Nを活性層とする青色LEDを同じく4
0mAで発光させた場合のスペクトルを示している。こ
れらの青色LEDは450nmに主発光ピーク(第一の
発光ピーク)を有しており、次に385nm付近に第二
の発光ピークを有している。第一の発光ピークはZnと
Siとに関係したピークであり、第二の発光ピークはI
nGaNのバンド間発光に関係したピークである。
す。これはZn濃度をSi濃度のの1/10以下とした
n型In0.05Ga0.95Nを活性層とする青色LEDを4
0mAで発光させた場合のスペクトルを示している。ま
た比較として、図2に従来のLEDの発光スペクトルを
示す。これはSiとZnとを同濃度でドープしたn型I
n0.05Ga0.95Nを活性層とする青色LEDを同じく4
0mAで発光させた場合のスペクトルを示している。こ
れらの青色LEDは450nmに主発光ピーク(第一の
発光ピーク)を有しており、次に385nm付近に第二
の発光ピークを有している。第一の発光ピークはZnと
Siとに関係したピークであり、第二の発光ピークはI
nGaNのバンド間発光に関係したピークである。
【0012】図2の従来のLEDは40mAでの第二の
発光ピーク強度が、既に第一の発光ピーク強度の50%
を超えている。このようなLEDは、40mAから後、
電流値を増加させるに従い、第二の発光ピーク強度がさ
らに増大して、逆に第一の発光ピークの強度が減少す
る。第二の発光ピークは紫外〜紫色発光であり、視感度
が非常に悪い。このため発光光度には全く寄与せず、第
一の発光ピークが弱くなり、第二の発光ピークが強くな
ると光度は低下する。従って、光度が飽和して後、さら
に光度が減少するのである。逆に、第二の発光ピークが
450nmよりも長くなると発光色の視感度がよくな
り、さらに第二の発光ピークの強度が弱くなるため、光
度が低下することがほとんど無い。
発光ピーク強度が、既に第一の発光ピーク強度の50%
を超えている。このようなLEDは、40mAから後、
電流値を増加させるに従い、第二の発光ピーク強度がさ
らに増大して、逆に第一の発光ピークの強度が減少す
る。第二の発光ピークは紫外〜紫色発光であり、視感度
が非常に悪い。このため発光光度には全く寄与せず、第
一の発光ピークが弱くなり、第二の発光ピークが強くな
ると光度は低下する。従って、光度が飽和して後、さら
に光度が減少するのである。逆に、第二の発光ピークが
450nmよりも長くなると発光色の視感度がよくな
り、さらに第二の発光ピークの強度が弱くなるため、光
度が低下することがほとんど無い。
【0013】一方、本発明のLEDは40mAでの第二
の発光ピーク強度が、第一の発光ピーク強度の25%以
下である。このLEDは40mAから後、電流を増加さ
せるに従い、第二の発光ピークの強度は上昇するが従来
のLEDに比べてその割合が非常に少ない。さらに、第
一の発光ピークの強度が減少せずに増加する。従って、
電流値を上げても光度が飽和すること無く、ほぼ直線的
に増加する。
の発光ピーク強度が、第一の発光ピーク強度の25%以
下である。このLEDは40mAから後、電流を増加さ
せるに従い、第二の発光ピークの強度は上昇するが従来
のLEDに比べてその割合が非常に少ない。さらに、第
一の発光ピークの強度が減少せずに増加する。従って、
電流値を上げても光度が飽和すること無く、ほぼ直線的
に増加する。
【0014】図3は本発明のLEDと従来のLEDの光
度を比較して示す図である。これは40mAにおいて、
第二の発光ピーク(385nm)の強度が、第一の発光
ピーク(450nm)の強度の25%以下の本発明のL
ED(a)と、25%〜50%以下の本発明のLED
(b)と、50%を超える従来のLED(c)とを、0
〜120mAまで電流値を変えて点灯させ、電流値によ
るそれぞれのLEDの光度の変化を示している。
度を比較して示す図である。これは40mAにおいて、
第二の発光ピーク(385nm)の強度が、第一の発光
ピーク(450nm)の強度の25%以下の本発明のL
ED(a)と、25%〜50%以下の本発明のLED
(b)と、50%を超える従来のLED(c)とを、0
〜120mAまで電流値を変えて点灯させ、電流値によ
るそれぞれのLEDの光度の変化を示している。
【0015】この図に示すように、従来のLEDでは比
例的に増加していた光度が40mA付近から減少し始
め、100mAではすでに最大光度より減少している。
一方、本発明のLEDでは、電流値の増加に対しほぼ直
線的に光度が増大しており、特に第二の発光ピーク強度
が1/4以下のLEDでは120mAまで比例して光度
が増加している。
例的に増加していた光度が40mA付近から減少し始
め、100mAではすでに最大光度より減少している。
一方、本発明のLEDでは、電流値の増加に対しほぼ直
線的に光度が増大しており、特に第二の発光ピーク強度
が1/4以下のLEDでは120mAまで比例して光度
が増加している。
【0016】このように、本発明のLEDではInGa
Nによるバンド間発光のピーク強度が小さいために、Z
n、およびSiによる発光ピークが強度が減少すること
無く増加するので、LED光度を比例的に増加させるこ
とが可能である。なおこれらの図はZnとSiとについ
て述べたものであるが、他のp型ドーパント、例えばC
d、Mg等、n型ドーパント、例えばGe、C等につい
ても同様の傾向があることを確認した。
Nによるバンド間発光のピーク強度が小さいために、Z
n、およびSiによる発光ピークが強度が減少すること
無く増加するので、LED光度を比例的に増加させるこ
とが可能である。なおこれらの図はZnとSiとについ
て述べたものであるが、他のp型ドーパント、例えばC
d、Mg等、n型ドーパント、例えばGe、C等につい
ても同様の傾向があることを確認した。
【0017】
【実施例】以下、有機金属気相成長法により本発明のL
EDを製造する方法について述べる。
EDを製造する方法について述べる。
【0018】[実施例1]よく洗浄したサファイア基板
を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十分置換
した後、水素を流しながら、基板の温度を1050℃ま
で上昇させサファイア基板のクリーニングを行う。
を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十分置換
した後、水素を流しながら、基板の温度を1050℃ま
で上昇させサファイア基板のクリーニングを行う。
【0019】続いて、温度を510℃まで下げ、キャリ
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメ
チルガリウム)とを用い、サファイア基板上にGaNよ
りなるバッファ層を約200オングストロームの膜厚で
成長させる。
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメ
チルガリウム)とを用い、サファイア基板上にGaNよ
りなるバッファ層を約200オングストロームの膜厚で
成長させる。
【0020】バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温
度を1030℃まで上昇させる。1030℃になった
ら、同じく原料ガスにTMGとアンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、n型クラッド層としてS
iを1×1020/cm3ドープしたn型GaN層を4μm
成長させる。
度を1030℃まで上昇させる。1030℃になった
ら、同じく原料ガスにTMGとアンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、n型クラッド層としてS
iを1×1020/cm3ドープしたn型GaN層を4μm
成長させる。
【0021】n型GaN層成長後、原料ガス、ドーパン
トガスを止め、温度を800℃にして、原料ガスにTM
GとTMI(トリメチルインジウム)とアンモニア、ド
ーパントガスにシランガスとDEZ(ジエチルジンク)
とを用い、活性層としてSiを5×1020/cm3、Zn
を1×1019/cm3ドープしたn型In0.05Ga0.95N
層を200オングストローム成長させる。
トガスを止め、温度を800℃にして、原料ガスにTM
GとTMI(トリメチルインジウム)とアンモニア、ド
ーパントガスにシランガスとDEZ(ジエチルジンク)
とを用い、活性層としてSiを5×1020/cm3、Zn
を1×1019/cm3ドープしたn型In0.05Ga0.95N
層を200オングストローム成長させる。
【0022】次に、原料ガス、ドーパントガスを止め、
再び温度を1020℃まで上昇させ、原料ガスにTM
G、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニア、
ドーパントガスにCp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)を用い、p型クラッド層としてMgを2×
1019/cm3ドープしたp型Al0.1Ga0.9N層を0.
2μm成長させる。
再び温度を1020℃まで上昇させ、原料ガスにTM
G、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニア、
ドーパントガスにCp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)を用い、p型クラッド層としてMgを2×
1019/cm3ドープしたp型Al0.1Ga0.9N層を0.
2μm成長させる。
【0023】TMAガスを止め、続いてp型コンタクト
層として、Mgを1×1019/cm3ドープしたp型Ga
N層を0.4μm成長させる。
層として、Mgを1×1019/cm3ドープしたp型Ga
N層を0.4μm成長させる。
【0024】p型GaN層成長後、基板を反応容器から
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、700
℃で20分間アニーリングを行い、p型クラッド層、p
型コンタクト層をさらに低抵抗化する。
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、700
℃で20分間アニーリングを行い、p型クラッド層、p
型コンタクト層をさらに低抵抗化する。
【0025】以上のようにして得られたウエハーのp型
コンタクト層、p型クラッド層、および活性層の一部を
エッチングにより取り除き、n型GaN層を露出させ、
p型コンタクト層と、n型GaN層とにオーミック電極
を設け、350μm角のチップにカットした後、常法に
従いLEDとした。
コンタクト層、p型クラッド層、および活性層の一部を
エッチングにより取り除き、n型GaN層を露出させ、
p型コンタクト層と、n型GaN層とにオーミック電極
を設け、350μm角のチップにカットした後、常法に
従いLEDとした。
【0026】このLEDを順方向電流40mAで発光さ
せ、そのスペクトルを測定したところ、第一の発光ピー
クが450nm、第二の発光ピークが385nmにあ
り、第二の発光ピーク強度が第一の発光ピーク強度の5
%であった。次に、このLEDを20mAで発光光度を
測定したところ1.2cdあり、120mAでは7.1
cdと、光度が電流に対してほぼ比例関係を示した。
せ、そのスペクトルを測定したところ、第一の発光ピー
クが450nm、第二の発光ピークが385nmにあ
り、第二の発光ピーク強度が第一の発光ピーク強度の5
%であった。次に、このLEDを20mAで発光光度を
測定したところ1.2cdあり、120mAでは7.1
cdと、光度が電流に対してほぼ比例関係を示した。
【0027】[実施例2]活性層の組成をIn0.15Ga
0.85N層とする他は実施例1と同様にして青色LEDを
得た。このLEDは40mAにおいて第一の発光ピーク
が490nm、第二の発光ピークが400nmにあり、
第二の発光ピークの強度は第一の発光ピーク10%であ
った。次にこのLEDを20mAで光度測定したところ
1.5cdあり、120mAでは9cdと比例関係を示
した。
0.85N層とする他は実施例1と同様にして青色LEDを
得た。このLEDは40mAにおいて第一の発光ピーク
が490nm、第二の発光ピークが400nmにあり、
第二の発光ピークの強度は第一の発光ピーク10%であ
った。次にこのLEDを20mAで光度測定したところ
1.5cdあり、120mAでは9cdと比例関係を示
した。
【0028】[実施例3]活性層の組成をIn0.3Ga
0.7N層とする他は実施例1と同様にして青色LEDを
得た。このLEDは40mAにおいて第一の発光ピーク
が550nm、第二の発光ピークが450nmにあり、
第二の発光ピークの強度は第一の発光ピークの15%で
あった。次にこのLEDを20mAで光度測定したとこ
ろ、2.0cdあり、120mAでは11.9cdと比
例関係を示した。
0.7N層とする他は実施例1と同様にして青色LEDを
得た。このLEDは40mAにおいて第一の発光ピーク
が550nm、第二の発光ピークが450nmにあり、
第二の発光ピークの強度は第一の発光ピークの15%で
あった。次にこのLEDを20mAで光度測定したとこ
ろ、2.0cdあり、120mAでは11.9cdと比
例関係を示した。
【0029】[実施例4]実施例1において、活性層の
n型In0.05Ga0.95N層のSi濃度を1×10 19/cm
3として、Zn濃度を1×1018/cm3とする他は同様に
して青色LEDを得た。このLEDは40mAにおいて
第一の発光ピークが450nm、第二の発光ピークが3
85nmにあり、第二の発光ピーク強度が第一の発光ピ
ーク強度の26%であった。次に、このLEDを20m
Aで光度測定したところ、1.0cdあり、80mAで
3.8cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、120m
Aで4.9cdであった。
n型In0.05Ga0.95N層のSi濃度を1×10 19/cm
3として、Zn濃度を1×1018/cm3とする他は同様に
して青色LEDを得た。このLEDは40mAにおいて
第一の発光ピークが450nm、第二の発光ピークが3
85nmにあり、第二の発光ピーク強度が第一の発光ピ
ーク強度の26%であった。次に、このLEDを20m
Aで光度測定したところ、1.0cdあり、80mAで
3.8cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、120m
Aで4.9cdであった。
【0030】[実施例5]実施例3において、活性層の
In0.3Ga0.7N層のSi濃度を1×1019/cm 3とし
て、Zn濃度を1×1018/cm3とする他は同様にして
緑色LEDを得た。このLEDは40mAにおいて第一
の発光ピークが550nm、第二の発光ピークが450
nmにあり、第二の発光ピークの強度は第一の発光ピー
クの40%であった。次に、このLEDを20mAで光
度測定したところ、1.5cdあり、80mAで5.8
cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、120mAにお
いて7.4cdであった。
In0.3Ga0.7N層のSi濃度を1×1019/cm 3とし
て、Zn濃度を1×1018/cm3とする他は同様にして
緑色LEDを得た。このLEDは40mAにおいて第一
の発光ピークが550nm、第二の発光ピークが450
nmにあり、第二の発光ピークの強度は第一の発光ピー
クの40%であった。次に、このLEDを20mAで光
度測定したところ、1.5cdあり、80mAで5.8
cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、120mAにお
いて7.4cdであった。
【0031】[実施例6]実施例1において、活性層の
n型In0.05Ga0.95N層を成長する際、ゲルマンガス
と、ジエチルカドミウムを用いて、Ge濃度を1×10
19/cm3として、Cd濃度を5×1017/cm3とする他は
同様にして青色LEDを得た。このLEDは40mAに
おいて第一の発光ピークが470nm、第二の発光ピー
クが385nmにあり、第二の発光ピーク強度が第一の
発光ピーク強度の30%であった。次に、このLEDを
20mAで光度測定したところ、0.9cdあり、80
mAで3.0cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、1
20mAで4.5cdであった。
n型In0.05Ga0.95N層を成長する際、ゲルマンガス
と、ジエチルカドミウムを用いて、Ge濃度を1×10
19/cm3として、Cd濃度を5×1017/cm3とする他は
同様にして青色LEDを得た。このLEDは40mAに
おいて第一の発光ピークが470nm、第二の発光ピー
クが385nmにあり、第二の発光ピーク強度が第一の
発光ピーク強度の30%であった。次に、このLEDを
20mAで光度測定したところ、0.9cdあり、80
mAで3.0cdと、ここまでほぼ比例関係を示し、1
20mAで4.5cdであった。
【0032】[比較例1]実施例1において、Si濃度
を1×1019/cm3、Zn濃度を5×1018/cm3とする
他は同様にして青色発光ダイオードを得た。このLED
の第一の発光ピークは450nm、第二の発光ピークは
385nmであり、その第一の発光ピークと第二の発光
ピークの強度比は、20mAにおいては第二の発光ピー
ク強度が第一の発光ピーク強度の34%であったが、4
0mAにおいては55%となった。次に、このLEDを
20mAで発光光度を測定したところ1.1cdあり、
60mAでは3.1cdと比例関係を示したが、120
mAでは1.6cdしかなかった。
を1×1019/cm3、Zn濃度を5×1018/cm3とする
他は同様にして青色発光ダイオードを得た。このLED
の第一の発光ピークは450nm、第二の発光ピークは
385nmであり、その第一の発光ピークと第二の発光
ピークの強度比は、20mAにおいては第二の発光ピー
ク強度が第一の発光ピーク強度の34%であったが、4
0mAにおいては55%となった。次に、このLEDを
20mAで発光光度を測定したところ1.1cdあり、
60mAでは3.1cdと比例関係を示したが、120
mAでは1.6cdしかなかった。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のLEDは
電流値を増加しても光度が低下することがない。従って
実用的な電流値10mA〜120mAの範囲でLEDを
用いるには非常に好適である。特に10mA〜100m
A範囲でのパルス電流で光度を制御しているLEDディ
スプレイに使用すると、色調が制御しやすく、所望の色
が実現可能となる。さらにまた短波長側の発光強度が小
さいので、LEDのモールド樹脂を劣化させることが少
ないという副次的効果も得られる。
電流値を増加しても光度が低下することがない。従って
実用的な電流値10mA〜120mAの範囲でLEDを
用いるには非常に好適である。特に10mA〜100m
A範囲でのパルス電流で光度を制御しているLEDディ
スプレイに使用すると、色調が制御しやすく、所望の色
が実現可能となる。さらにまた短波長側の発光強度が小
さいので、LEDのモールド樹脂を劣化させることが少
ないという副次的効果も得られる。
【図1】 本発明の一実施例のLEDの発光スペクトル
を表す図。
を表す図。
【図2】 従来のLEDの発光スペクトルを表す図。
【図3】 電流値とLED光度との関係を、本発明のL
EDと従来のLEDとで比較して示す図。
EDと従来のLEDとで比較して示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年12月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】現在、青色、青緑色に発光するLEDとし
て、窒化物半導体よりなるLEDが実用化されている。
このLEDはn型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層
との間に、p型ドーパントとn型ドーパントがドープさ
れたInGaN層を活性層とするダブルへテロ構造を有
している。例えばp型ドーパントにはZn、n型ドーパ
ントにはSiが多く使用されている。
て、窒化物半導体よりなるLEDが実用化されている。
このLEDはn型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層
との間に、p型ドーパントとn型ドーパントがドープさ
れたInGaN層を活性層とするダブルへテロ構造を有
している。例えばp型ドーパントにはZn、n型ドーパ
ントにはSiが多く使用されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】また我々は特開平6−260680号公報
において、ZnとSiとをドープしたn型InGaN層
を活性層とするダブルへテロ構造の青色LEDを開示
し、好ましくZnよりもSiを多くドープしてInGa
Nをn型とする技術を示した。さらに、特開平6−20
9120号公報ではp型ドーパントがドープされたIn
GaN層を活性層とする発光素子を示した。GaN層を
活性層とする発光素子を示した。
において、ZnとSiとをドープしたn型InGaN層
を活性層とするダブルへテロ構造の青色LEDを開示
し、好ましくZnよりもSiを多くドープしてInGa
Nをn型とする技術を示した。さらに、特開平6−20
9120号公報ではp型ドーパントがドープされたIn
GaN層を活性層とする発光素子を示した。GaN層を
活性層とする発光素子を示した。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】我々は、p型ドーパント
とn型ドーパントとがドープされたInとGaを含む窒
化物半導体を活性層とするLEDの特性について、種々
の実験を繰り返し観察を重ねたところ、LEDにある一
定以上の電流値を与えた際に、特定の波長領域で発光す
るInGaNのバンド間発光にその原因があることを突
き止め本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒化物半
導体LEDは、少なくともn型ドーパントとp型ドーパ
ントとがドープされたInXAlYGa1-X-YN(0<X<
0.5、0≦Y、X+Y<1、以下、特に断りのない限り
活性層の組成はInXGa1-XNと記載する。)を活性層
としたダブルへテロ構造の窒化物半導体発光LEDにお
いて、前記LEDは順方向電流40mAにおける発光に
おいて、430nm〜550nmに第一の発光ピークを
有し、360nm〜450nmの間に第二の発光ピーク
を有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光ピークの
強度の50%以下であることを特徴とする。n型InX
Ga1-XN層のX値は0<X≦1の範囲で発光色を紫色〜
赤色まで自由に変えることができるが、InXGa1-XN
はX値を増加させるに従い、結晶性に優れた半導体が得
られにくいので、0<X<0.5の範囲に調整する必要
がある。またX値が0.5以上であるとInGaNのバ
ンドギャップエネルギーの関係から第一の発光ピークが
550nm以下のLEDが得られにくい。そのためX値
は0.5未満とした。またInXGa1-XNはその組成中
にAlを含んだ四元混晶としてもよいが、Alを含有す
ることにより結晶性が悪くなる傾向にあるので、三元混
晶のInGaNである方がより好ましい。
とn型ドーパントとがドープされたInとGaを含む窒
化物半導体を活性層とするLEDの特性について、種々
の実験を繰り返し観察を重ねたところ、LEDにある一
定以上の電流値を与えた際に、特定の波長領域で発光す
るInGaNのバンド間発光にその原因があることを突
き止め本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒化物半
導体LEDは、少なくともn型ドーパントとp型ドーパ
ントとがドープされたInXAlYGa1-X-YN(0<X<
0.5、0≦Y、X+Y<1、以下、特に断りのない限り
活性層の組成はInXGa1-XNと記載する。)を活性層
としたダブルへテロ構造の窒化物半導体発光LEDにお
いて、前記LEDは順方向電流40mAにおける発光に
おいて、430nm〜550nmに第一の発光ピークを
有し、360nm〜450nmの間に第二の発光ピーク
を有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光ピークの
強度の50%以下であることを特徴とする。n型InX
Ga1-XN層のX値は0<X≦1の範囲で発光色を紫色〜
赤色まで自由に変えることができるが、InXGa1-XN
はX値を増加させるに従い、結晶性に優れた半導体が得
られにくいので、0<X<0.5の範囲に調整する必要
がある。またX値が0.5以上であるとInGaNのバ
ンドギャップエネルギーの関係から第一の発光ピークが
550nm以下のLEDが得られにくい。そのためX値
は0.5未満とした。またInXGa1-XNはその組成中
にAlを含んだ四元混晶としてもよいが、Alを含有す
ることにより結晶性が悪くなる傾向にあるので、三元混
晶のInGaNである方がより好ましい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】このように、本発明のLEDではInGa
Nによるバンド間発光のピーク強度が小さいために、Z
n、およびSiによる発光ピークが強度が減少すること
無く増加するので、LED光度を比例的に増加させるこ
とが可能である。なおこれらの図はZnとSiとについ
て述べたものであるが、他のp型ドーパント、例えばC
d、Mg等、n型ドーパント、例えばGe、C等につい
ても同様の傾向があることを確認した。なお、本発明の
LEDにおいて活性層の導電型はn型であることが好ま
しい。
Nによるバンド間発光のピーク強度が小さいために、Z
n、およびSiによる発光ピークが強度が減少すること
無く増加するので、LED光度を比例的に増加させるこ
とが可能である。なおこれらの図はZnとSiとについ
て述べたものであるが、他のp型ドーパント、例えばC
d、Mg等、n型ドーパント、例えばGe、C等につい
ても同様の傾向があることを確認した。なお、本発明の
LEDにおいて活性層の導電型はn型であることが好ま
しい。
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくともn型ドーパントとp型ドーパ
ントとがドープされたn型InXAlYGa1-X-YN(0
<X<0.5、0≦Y、X+Y<1)を活性層としたダブル
へテロ構造の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、前
記発光ダイオードは順方向電流40mAにおける発光に
おいて、430nm〜550nmに第一の発光ピークを
有し、360nm〜450nmの間に第二の発光ピーク
を有し、第二の発光ピークの強度が第一の発光ピークの
強度の50%以下であることを特徴とする窒化物半導体
発光ダイオード。 - 【請求項2】 前記発光ダイオードは、第二の発光ピー
クの強度が第一の発光ピークの強度の25%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光ダ
イオード。 - 【請求項3】 前記発光ダイオードは、活性層中のp型
ドーパントのn型ドーパントに対する濃度比が1/10
([p]/[n])以下にあり、InXAlYGa1-X-Y
N中のX値が0<X≦0.3の範囲にあることを特徴とす
る請求項1または請求項2に記載の窒化物半導体発光ダ
イオード。 - 【請求項4】 前記n型ドーパントがSiであり、前記
p型ドーパントがZnであることを特徴とする請求項1
乃至請求項3の内のいずれか一項に記載の窒化物半導体
発光ダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22908095A JP2790242B2 (ja) | 1994-10-07 | 1995-09-06 | 窒化物半導体発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24358194 | 1994-10-07 | ||
JP6-243581 | 1994-10-07 | ||
JP22908095A JP2790242B2 (ja) | 1994-10-07 | 1995-09-06 | 窒化物半導体発光ダイオード |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08162671A true JPH08162671A (ja) | 1996-06-21 |
JP2790242B2 JP2790242B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=26528626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22908095A Expired - Fee Related JP2790242B2 (ja) | 1994-10-07 | 1995-09-06 | 窒化物半導体発光ダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2790242B2 (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
US8076847B2 (en) | 2002-03-22 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride phosphor and production process thereof, and light emitting device |
US8344398B2 (en) | 2007-01-19 | 2013-01-01 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
JP2013106550A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Sharp Corp | 植物育成用照明装置 |
US8507924B2 (en) | 2004-07-02 | 2013-08-13 | Cree, Inc. | Light emitting diode with high aspect ratio submicron roughness for light extraction and methods of forming |
US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
US8575592B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-11-05 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
US8679876B2 (en) | 2006-11-15 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP22908095A patent/JP2790242B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8546787B2 (en) | 2001-05-30 | 2013-10-01 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
US7312474B2 (en) | 2001-05-30 | 2007-12-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based superlattice structures |
US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
US8044384B2 (en) | 2001-05-30 | 2011-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
US8227268B2 (en) | 2001-05-30 | 2012-07-24 | Cree, Inc. | Methods of fabricating group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
US9112083B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
US9054253B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-06-09 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
US8076847B2 (en) | 2002-03-22 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride phosphor and production process thereof, and light emitting device |
US8507924B2 (en) | 2004-07-02 | 2013-08-13 | Cree, Inc. | Light emitting diode with high aspect ratio submicron roughness for light extraction and methods of forming |
US8679876B2 (en) | 2006-11-15 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
US9041139B2 (en) | 2007-01-19 | 2015-05-26 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
US8344398B2 (en) | 2007-01-19 | 2013-01-01 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
US8575592B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-11-05 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
JP2013106550A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Sharp Corp | 植物育成用照明装置 |
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JP2790242B2 (ja) | 1998-08-27 |
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