JPH09162444A - 窒化物半導体多色発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体多色発光素子及びその製造方法Info
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- JPH09162444A JPH09162444A JP32175595A JP32175595A JPH09162444A JP H09162444 A JPH09162444 A JP H09162444A JP 32175595 A JP32175595 A JP 32175595A JP 32175595 A JP32175595 A JP 32175595A JP H09162444 A JPH09162444 A JP H09162444A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化物半導体を用いて、一チップで多色発光
できる素子とその製造方法を提供することにより、高精
細なディスプレイを実現する。 【構成】 基板上に第一の活性層を有する窒化物半導体
層を形成した後、第一の活性層とは別に、第一の活性層
とバンドギャップエネルギーが異なる第二の活性層を有
する窒化物半導体層を部分的に成長させることにより、
同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異なる
窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子が隔
離して形成できるため、一チップで多色発光が可能とな
る。
できる素子とその製造方法を提供することにより、高精
細なディスプレイを実現する。 【構成】 基板上に第一の活性層を有する窒化物半導体
層を形成した後、第一の活性層とは別に、第一の活性層
とバンドギャップエネルギーが異なる第二の活性層を有
する窒化物半導体層を部分的に成長させることにより、
同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異なる
窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子が隔
離して形成できるため、一チップで多色発光が可能とな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるＬ
ＥＤ等の発光素子とその製造方法に係り、特に異なるバ
ンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体が同一素
子内に形成された多色発光素子とその製造方法に関す
る。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるＬ
ＥＤ等の発光素子とその製造方法に係り、特に異なるバ
ンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体が同一素
子内に形成された多色発光素子とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップエネルギ
ーが１．９６ｅＶ〜６．１６ｅＶまであり、この材料一
つでフルカラーディスプレイが実現できる可能性がある
ため、従来より発光素子の材料として研究されている。
そして最近、高輝度な青色ＬＥＤと純緑色に発光する緑
色ＬＥＤが個々に実用化された。またこの材料を用いた
同一発光素子内での多色発光素子の作製も試みられてい
る。
ーが１．９６ｅＶ〜６．１６ｅＶまであり、この材料一
つでフルカラーディスプレイが実現できる可能性がある
ため、従来より発光素子の材料として研究されている。
そして最近、高輝度な青色ＬＥＤと純緑色に発光する緑
色ＬＥＤが個々に実用化された。またこの材料を用いた
同一発光素子内での多色発光素子の作製も試みられてい
る。
【０００３】例えば特開平６−５３５４９号公報、特開
平６−２９５７４号公報に窒化物半導体よりなる多色発
光素子が示されている。これらの公報では、バンドギャ
ップエネルギーの異なるｉ型のＩｎＧａＮを活性層と
し、この活性層をｎ型層の上に積層した多色発光素子が
示されている。しかしこの技術は高抵抗なｉ型層を活性
層とするため、発光効率が悪く実用性に乏しいと言う問
題がある。
平６−２９５７４号公報に窒化物半導体よりなる多色発
光素子が示されている。これらの公報では、バンドギャ
ップエネルギーの異なるｉ型のＩｎＧａＮを活性層と
し、この活性層をｎ型層の上に積層した多色発光素子が
示されている。しかしこの技術は高抵抗なｉ型層を活性
層とするため、発光効率が悪く実用性に乏しいと言う問
題がある。
【０００４】また、特開平７−１８３５７６号公報では
低抵抗なＩｎＧａＮを活性層とした単一ダブルへテロ構
造を基板上に複数積層した多色発光素子が示されてい
る。この技術はｐｎ接合を複数積層するため、同一素子
内において発光素子がサイリスタになる可能性がある。
また、前記技術と同様に電極を取り出すために多くのエ
ッチング工程が必要となり製造工程上好ましくない。ま
た活性層と基板との間に、バンドギャップエネルギーの
異なる他の活性層が存在するので、単一色を発光させる
場合に他の活性層が発光してしまう可能性がある。
低抵抗なＩｎＧａＮを活性層とした単一ダブルへテロ構
造を基板上に複数積層した多色発光素子が示されてい
る。この技術はｐｎ接合を複数積層するため、同一素子
内において発光素子がサイリスタになる可能性がある。
また、前記技術と同様に電極を取り出すために多くのエ
ッチング工程が必要となり製造工程上好ましくない。ま
た活性層と基板との間に、バンドギャップエネルギーの
異なる他の活性層が存在するので、単一色を発光させる
場合に他の活性層が発光してしまう可能性がある。
【０００５】ＬＥＤはチップの大きさが通常３００μｍ
角以上あるので、精細な画像を得ることは不可能であ
る。そのためＬＥＤディスプレイはスタジアム、劇場の
ような大画面を必要とする場所にしか使用できなかっ
た。
角以上あるので、精細な画像を得ることは不可能であ
る。そのためＬＥＤディスプレイはスタジアム、劇場の
ような大画面を必要とする場所にしか使用できなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一個のチップで一画素
が構成できれば精細な画像を実現することができる。ま
た、細かい画素を多数含む一枚のウェーハで一画面を構
成することも可能となる。従って本発明の目的とすると
ころは、窒化物半導体を用いて多色発光できる素子とそ
の製造方法を提供することにより、高精細なディスプレ
イを実現することにある。
が構成できれば精細な画像を実現することができる。ま
た、細かい画素を多数含む一枚のウェーハで一画面を構
成することも可能となる。従って本発明の目的とすると
ころは、窒化物半導体を用いて多色発光できる素子とそ
の製造方法を提供することにより、高精細なディスプレ
イを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の多色発光素子
は、同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異
なる窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子
が、それぞれ隔離して形成されていることを特徴とす
る。
は、同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異
なる窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子
が、それぞれ隔離して形成されていることを特徴とす
る。
【０００８】また本発明の多色発光素子の製造方法は、
基板上に第一の活性層を有する窒化物半導体層を形成し
た後、第一の活性層とは別に、第一の活性層とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第二の活性層を有する窒化物
半導体層を部分的に成長させることを特徴とする。
基板上に第一の活性層を有する窒化物半導体層を形成し
た後、第一の活性層とは別に、第一の活性層とバンドギ
ャップエネルギーが異なる第二の活性層を有する窒化物
半導体層を部分的に成長させることを特徴とする。
【０００９】さらにまた、本発明の製造方法は基板上に
第一の活性層を有する第一の窒化物半導体層を形成した
後、その第一の窒化物半導体層の一部をエッチングによ
り除去し、エッチングにより露出された面に、第一の活
性層とバンドギャップエネルギーが異なる第二の活性層
を有する第二の窒化物半導体層を成長させることを特徴
とする。
第一の活性層を有する第一の窒化物半導体層を形成した
後、その第一の窒化物半導体層の一部をエッチングによ
り除去し、エッチングにより露出された面に、第一の活
性層とバンドギャップエネルギーが異なる第二の活性層
を有する第二の窒化物半導体層を成長させることを特徴
とする。
【００１０】また本発明の製造方法において、第二の活
性層のバンドギャップエネルギーが第一のバンドギャッ
プエネルギーよりも小さいことを特徴とする。つまり波
長の短い発光波長を有する活性層を先に成長させ、次に
波長の長い活性層を成長させることを特徴とする。
性層のバンドギャップエネルギーが第一のバンドギャッ
プエネルギーよりも小さいことを特徴とする。つまり波
長の短い発光波長を有する活性層を先に成長させ、次に
波長の長い活性層を成長させることを特徴とする。
【００１１】図１は本発明の一実施例に係る多色発光素
子の構造を示す模式的な断面図である。この発光素子は
互いに分離独立して形成された３つのダブルへテロ構造
を有し、共通の基板１の上に、共通のｎ型コンタクト層
２を有する。第一の構造はｎ型コンタクト層の上２に、
第一の活性層３１、第一のｐ型クラッド層４１、第一の
ｐ型コンタクト層５１を有する。第二の構造は第一の構
造と独立して、第二の活性層３２、第二のｐ型クラッド
層４２、第三のｐ型コンタクト層５２を有する。さらに
第三の構造は、第一の構造及び第二の構造と独立して、
第三の活性層３３と第三のｐ型クラッド層４３、第三の
ｐ型コンタクト層５３とを有する。さらにｎ型コンタク
ト層２の表面には共通の負電極４０が設けられ、ｐ型コ
ンタクト層５１、５２、５３の表面にはそれぞれ正電極
１０、２０、３０とが設けられている。
子の構造を示す模式的な断面図である。この発光素子は
互いに分離独立して形成された３つのダブルへテロ構造
を有し、共通の基板１の上に、共通のｎ型コンタクト層
２を有する。第一の構造はｎ型コンタクト層の上２に、
第一の活性層３１、第一のｐ型クラッド層４１、第一の
ｐ型コンタクト層５１を有する。第二の構造は第一の構
造と独立して、第二の活性層３２、第二のｐ型クラッド
層４２、第三のｐ型コンタクト層５２を有する。さらに
第三の構造は、第一の構造及び第二の構造と独立して、
第三の活性層３３と第三のｐ型クラッド層４３、第三の
ｐ型コンタクト層５３とを有する。さらにｎ型コンタク
ト層２の表面には共通の負電極４０が設けられ、ｐ型コ
ンタクト層５１、５２、５３の表面にはそれぞれ正電極
１０、２０、３０とが設けられている。
【００１２】基板１にはサファイア(Ａｌ2Ｏ3、Ｃ面、
Ａ面、Ｒ面を含む)、スピネル(ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面
を含む)、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ等窒化物半導体を成長
させるために提案されている基板を使用できる。
Ａ面、Ｒ面を含む)、スピネル(ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面
を含む)、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ等窒化物半導体を成長
させるために提案されている基板を使用できる。
【００１３】ｎ型コンタクト層２はｎ型のＩｎXＡｌYＧ
ａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成すること
ができ、特にＧａＮとするとキャリア濃度が高い層が得
られ、負電極材料と好ましいオーミック接触が得られ
る。なおｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｓｅ等を使用でき、これらのｎ型ドーパントを半
導体成長時にドープすることにより好ましいｎ型とでき
る。なおこのコンタクト層２はクラッド層としても作用
している。
ａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成すること
ができ、特にＧａＮとするとキャリア濃度が高い層が得
られ、負電極材料と好ましいオーミック接触が得られ
る。なおｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｓｅ等を使用でき、これらのｎ型ドーパントを半
導体成長時にドープすることにより好ましいｎ型とでき
る。なおこのコンタクト層２はクラッド層としても作用
している。
【００１４】第一の活性層３１、第二の活性層３２、第
三の活性層３３はいずれもコンタクト層２、ｐ型クラッ
ド層４１、４２、４３よりもバンドギャップエネルギー
の小さいＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y
≦１）で構成することができ、好ましくはＩｎXＧａ1-X
Ｎとすると、紫〜赤色まで発光させることができる。さ
らにこの活性層に前記したｎ型ドーパント、および／ま
たはＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のｐ型ドーパント
をドープして発光波長を調整しても良い。特に好ましく
はこの活性層を単一量子井戸(ＳＱＷ:Single-Quantum-W
ell)構造、若しくは多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi-Quant
um-Well)構造を有するＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜１）と
すると高出力な素子が得られる。ＳＱＷ、ＭＱＷとはノ
ンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発光が得られ
る活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活性層を単一
組成のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜１）で構成した層であ
り、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１０ｎｍ以下、さらに好ま
しくは７ｎｍ以下とすることにより量子準位間の強い発
光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ
1-XＮ（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積
層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱ
Ｗとすることにより量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜
６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸層の
厚さとしては、前記のように７ｎｍ以下が好ましい。多
重量子井戸構造では井戸層はＩｎXＧａ1-XＮで構成し、
障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合Y＝０
を含む）で構成することが望ましい。障壁層の膜厚は１
５ｎｍ以下、さらに好ましくは１２ｎｍ以下にすると高
出力な発光素子が得られる。また、活性層３１、３２、
３３とｎ型コンタクト層２との間に、活性層よりもバン
ドギャップの大きいｎ型の窒化物半導体よりなるクラッ
ド層を一層、または複数層形成しても良い。
三の活性層３３はいずれもコンタクト層２、ｐ型クラッ
ド層４１、４２、４３よりもバンドギャップエネルギー
の小さいＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y
≦１）で構成することができ、好ましくはＩｎXＧａ1-X
Ｎとすると、紫〜赤色まで発光させることができる。さ
らにこの活性層に前記したｎ型ドーパント、および／ま
たはＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のｐ型ドーパント
をドープして発光波長を調整しても良い。特に好ましく
はこの活性層を単一量子井戸(ＳＱＷ:Single-Quantum-W
ell)構造、若しくは多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi-Quant
um-Well)構造を有するＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜１）と
すると高出力な素子が得られる。ＳＱＷ、ＭＱＷとはノ
ンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発光が得られ
る活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活性層を単一
組成のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜１）で構成した層であ
り、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１０ｎｍ以下、さらに好ま
しくは７ｎｍ以下とすることにより量子準位間の強い発
光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ
1-XＮ（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積
層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱ
Ｗとすることにより量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜
６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸層の
厚さとしては、前記のように７ｎｍ以下が好ましい。多
重量子井戸構造では井戸層はＩｎXＧａ1-XＮで構成し、
障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合Y＝０
を含む）で構成することが望ましい。障壁層の膜厚は１
５ｎｍ以下、さらに好ましくは１２ｎｍ以下にすると高
出力な発光素子が得られる。また、活性層３１、３２、
３３とｎ型コンタクト層２との間に、活性層よりもバン
ドギャップの大きいｎ型の窒化物半導体よりなるクラッ
ド層を一層、または複数層形成しても良い。
【００１５】次に、第一のｐ型クラッド層４１、第二の
ｐ型クラッド層４２、第三のｐ型クラッド層４３はｐ型
ドーパントがドープされて活性層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きいｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特に好ま
しくはＡｌYＧａ1-YＮのように少なくともＡｌを含む窒
化物半導体が活性層と接するようにすると高出力な素子
が得られる。
ｐ型クラッド層４２、第三のｐ型クラッド層４３はｐ型
ドーパントがドープされて活性層よりもバンドギャップ
エネルギーの大きいｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特に好ま
しくはＡｌYＧａ1-YＮのように少なくともＡｌを含む窒
化物半導体が活性層と接するようにすると高出力な素子
が得られる。
【００１６】次に第一のｐ型コンタクト層５１、第二の
ｐ型コンタクト層５２、第三のｐ型コンタクト層３も同
じくｐ型ドーパントがドープされたｐ型ＩｎXＡｌYＧａ
1-X- YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にｐ型ＧａＮとすると高キャリア濃度のｐ型層
が得られるので正電極の材料と好ましいオーミック接触
が得られる。また本発明の発光素子において、ｐ型コン
タクト層とｐ型クラッド層との間、またはｐ型クラッド
層と活性層との間に他のｐ型窒化物半導体よりなるクラ
ッド層を形成しても良い。
ｐ型コンタクト層５２、第三のｐ型コンタクト層３も同
じくｐ型ドーパントがドープされたｐ型ＩｎXＡｌYＧａ
1-X- YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にｐ型ＧａＮとすると高キャリア濃度のｐ型層
が得られるので正電極の材料と好ましいオーミック接触
が得られる。また本発明の発光素子において、ｐ型コン
タクト層とｐ型クラッド層との間、またはｐ型クラッド
層と活性層との間に他のｐ型窒化物半導体よりなるクラ
ッド層を形成しても良い。
【００１７】
【作用】図１に示すように、本発明の発光素子は、異な
るバンドギャップエネルギーを有する活性層４１、４
２、４３を含む単位発光素子がそれぞれ隔離して形成さ
れている。このため、活性層４１とｎ型コンタクト層２
との間には、他のバンドギャップエネルギーを有する活
性層が存在しない。しかも第一のｐ型コンタクト層５１
とｎ型コンタクト層２との間にはｐ−ｎ接合が一ヶ所し
かないため、電流を流しても発光素子として作用するの
みであってサイリスタにならない。従って、全ての電極
に電流を流した状態でおいて、それぞれの活性層が独自
のバンドギャップエネルギーに相当する発光を示すた
め、単一色でも混色することなく発光可能である。
るバンドギャップエネルギーを有する活性層４１、４
２、４３を含む単位発光素子がそれぞれ隔離して形成さ
れている。このため、活性層４１とｎ型コンタクト層２
との間には、他のバンドギャップエネルギーを有する活
性層が存在しない。しかも第一のｐ型コンタクト層５１
とｎ型コンタクト層２との間にはｐ−ｎ接合が一ヶ所し
かないため、電流を流しても発光素子として作用するの
みであってサイリスタにならない。従って、全ての電極
に電流を流した状態でおいて、それぞれの活性層が独自
のバンドギャップエネルギーに相当する発光を示すた
め、単一色でも混色することなく発光可能である。
【００１８】さらに本発明の製造方法では、バンドギャ
ップエネルギーの大きい活性層を先に成長させ、次にエ
ネルギーの小さい活性層を成長させる。この理由はエネ
ルギーの大きい活性層の方が分解しにくいことによる。
例えば第一の活性層をＩｎ組成の小さいＩｎＧａＮ、第
二の活性層をＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮとすると、第
二の活性層成長中に、先に成長させた第一の活性層が分
解しにくい。このため、波長の揃った多色発光素子を実
現できる。
ップエネルギーの大きい活性層を先に成長させ、次にエ
ネルギーの小さい活性層を成長させる。この理由はエネ
ルギーの大きい活性層の方が分解しにくいことによる。
例えば第一の活性層をＩｎ組成の小さいＩｎＧａＮ、第
二の活性層をＩｎ組成の大きいＩｎＧａＮとすると、第
二の活性層成長中に、先に成長させた第一の活性層が分
解しにくい。このため、波長の揃った多色発光素子を実
現できる。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の製造方法につ
いて詳説する。以下の実施例は有機金属気相成長法によ
る窒化物半導体の成長方法を述べており、図２乃至図８
は本発明の実施例の一工程において得られる発光素子の
構造を示す模式的な断面図である。
いて詳説する。以下の実施例は有機金属気相成長法によ
る窒化物半導体の成長方法を述べており、図２乃至図８
は本発明の実施例の一工程において得られる発光素子の
構造を示す模式的な断面図である。
【００２０】［実施例１］サファイア基板１の上に、原
料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニアを
用いて、５００℃でＧａＮよりなるバッファ層を２００
オングストロームの膜厚で成長させた。なおこのバッフ
ァ層は特に図示していない。バッファ層は他にＡｌＮ、
ＧａＡｌＮ等が成長されるが基板の種類によっては成長
されない場合もある。
料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニアを
用いて、５００℃でＧａＮよりなるバッファ層を２００
オングストロームの膜厚で成長させた。なおこのバッフ
ァ層は特に図示していない。バッファ層は他にＡｌＮ、
ＧａＡｌＮ等が成長されるが基板の種類によっては成長
されない場合もある。
【００２１】次に温度を１０５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用
い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２
を１０μｍの膜厚で成長させた。
ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用
い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２
を１０μｍの膜厚で成長させた。
【００２２】次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、ノン
ドープのＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなる第一の活性層３１
を２０オングストロームの膜厚で成長させた。この第一
の活性層３１は膜厚が非常に薄いため量子効果により単
一量子井戸構造となっている。この活性層は本来の組成
であれば４３５ｎｍに主発光波長を有しているが、量子
効果と結晶の歪みにより、およそ４５０ｎｍに発光す
る。
Ｉ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、ノン
ドープのＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなる第一の活性層３１
を２０オングストロームの膜厚で成長させた。この第一
の活性層３１は膜厚が非常に薄いため量子効果により単
一量子井戸構造となっている。この活性層は本来の組成
であれば４３５ｎｍに主発光波長を有しているが、量子
効果と結晶の歪みにより、およそ４５０ｎｍに発光す
る。
【００２３】次に再び温度を１０５０℃にして、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、
不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる第一のｐ型クラッド層４１を０．２μｍの膜厚
で成長させた。
Ｇ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、
不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる第一のｐ型クラッド層４１を０．２μｍの膜厚
で成長させた。
【００２４】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第一のｐ型コン
タクト層５１を０．５μｍの膜厚で成長させた。以上ま
で窒化物半導体を積層したウェーハの断面図が図２であ
る。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第一のｐ型コン
タクト層５１を０．５μｍの膜厚で成長させた。以上ま
で窒化物半導体を積層したウェーハの断面図が図２であ
る。
【００２５】ウェーハを反応装置から取り出し、最上層
の第一のｐ型コンタクト層５１の一部にフォトリソグラ
フィー技術を用いて保護膜を形成し、第一のｐ型コンタ
クト層５１、第一のｐ型クラッド層４１、第一の活性層
３１、およびｎ型コンタクト層２の一部をエッチングに
より除去し、ｎ型コンタクト層２の第一のエッチング面
を露出させた。
の第一のｐ型コンタクト層５１の一部にフォトリソグラ
フィー技術を用いて保護膜を形成し、第一のｐ型コンタ
クト層５１、第一のｐ型クラッド層４１、第一の活性層
３１、およびｎ型コンタクト層２の一部をエッチングに
より除去し、ｎ型コンタクト層２の第一のエッチング面
を露出させた。
【００２６】次に、図３に示すように活性層を含む発光
素子の表面にＳｉＯ2よりなる第一のマスク７０を形成
した。第一のマスク７０形成後のウェーハの部分的な構
造を示す図が図３である。このマスクの表面には窒化物
半導体は成長しない。
素子の表面にＳｉＯ2よりなる第一のマスク７０を形成
した。第一のマスク７０形成後のウェーハの部分的な構
造を示す図が図３である。このマスクの表面には窒化物
半導体は成長しない。
【００２７】第一のマスクが形成されたウェーハを再び
反応容器に設置し、第一のエッチング面の表面に、Ｉｎ
0.45Ｇａ0.55Ｎよりなる第二の活性層３２を２０オング
ストロームと、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第二のｐ型クラッド層４２を０．２μｍと、Ｍｇドー
プｐ型ＧａＮよりなる第二のｐ型コンタクト層５２を
０．５μｍの膜厚で成長させた。この第二の活性層３２
はおよそ５２０ｎｍ付近の緑色発光を示す。成長後のウ
ェーハの部分的な構造を示す図が図４である。
反応容器に設置し、第一のエッチング面の表面に、Ｉｎ
0.45Ｇａ0.55Ｎよりなる第二の活性層３２を２０オング
ストロームと、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第二のｐ型クラッド層４２を０．２μｍと、Ｍｇドー
プｐ型ＧａＮよりなる第二のｐ型コンタクト層５２を
０．５μｍの膜厚で成長させた。この第二の活性層３２
はおよそ５２０ｎｍ付近の緑色発光を示す。成長後のウ
ェーハの部分的な構造を示す図が図４である。
【００２８】成長後、ウェーハを反応容器から取り出
し、第一のマスク７０をフッ酸で除去した後、先ほどと
同様にして、第一の活性層３１と第二のｐ型コンタクト
層５２の表面の一部に保護膜を形成した。さらに同様に
して保護膜の上からエッチングを行いｎ型コンタクト層
２の第二のエッチング面を露出させた。
し、第一のマスク７０をフッ酸で除去した後、先ほどと
同様にして、第一の活性層３１と第二のｐ型コンタクト
層５２の表面の一部に保護膜を形成した。さらに同様に
して保護膜の上からエッチングを行いｎ型コンタクト層
２の第二のエッチング面を露出させた。
【００２９】次に、図５に示すように、第一の活性層３
１を含む発光素子の表面と、第二の活性層３２を含む発
光素子の表面とにまたがって、ＳｉＯ2よりなる第二の
マスク８０を形成した。
１を含む発光素子の表面と、第二の活性層３２を含む発
光素子の表面とにまたがって、ＳｉＯ2よりなる第二の
マスク８０を形成した。
【００３０】さらに、図５に示すウェーハを再度反応容
器に設置し、第二のエッチング面の表面に、Ｉｎ0.8Ｇ
ａ0.2Ｎよりなる第三の活性層３３を２０オングストロ
ームと、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第三
のｐ型クラッド層４３を０．２μｍと、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮよりなる第三のｐ型コンタクト層５３を０．５μ
ｍの膜厚で成長させた。この第三の活性層３２はおよそ
６２０ｎｍ付近の赤色発光を示す。成長後のウェーハの
部分的な構造を示す図が図６である。
器に設置し、第二のエッチング面の表面に、Ｉｎ0.8Ｇ
ａ0.2Ｎよりなる第三の活性層３３を２０オングストロ
ームと、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第三
のｐ型クラッド層４３を０．２μｍと、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮよりなる第三のｐ型コンタクト層５３を０．５μ
ｍの膜厚で成長させた。この第三の活性層３２はおよそ
６２０ｎｍ付近の赤色発光を示す。成長後のウェーハの
部分的な構造を示す図が図６である。
【００３１】成長後、ウェーハを反応容器から取り出
し、第二のマスク８０を除去した後、同様にして、第三
のｐ型コンタクト層５３の表面の一部に保護膜を形成し
てエッチングを行い、負電極４０を形成すべきｎ型コン
タクト層２の表面を露出させた。その後、保護膜を除去
して、常法に従い第一のｐ型コンタクト層５１と、第二
のｐ型コンタクト層５２と、第三のｐ型コンタクト層５
３の表面に、それぞれ正電極１０、２０、３０を形成し
た。また露出させたｎ型コンタクト層２の表面にも同様
にして負電極４０を形成した。電極形成後、それそれの
活性層を有する発光素子が単位基板の上に一個づつ載る
ようにして、ウェーハをチップ状に切断して本発明の多
色発光素子を得た。
し、第二のマスク８０を除去した後、同様にして、第三
のｐ型コンタクト層５３の表面の一部に保護膜を形成し
てエッチングを行い、負電極４０を形成すべきｎ型コン
タクト層２の表面を露出させた。その後、保護膜を除去
して、常法に従い第一のｐ型コンタクト層５１と、第二
のｐ型コンタクト層５２と、第三のｐ型コンタクト層５
３の表面に、それぞれ正電極１０、２０、３０を形成し
た。また露出させたｎ型コンタクト層２の表面にも同様
にして負電極４０を形成した。電極形成後、それそれの
活性層を有する発光素子が単位基板の上に一個づつ載る
ようにして、ウェーハをチップ状に切断して本発明の多
色発光素子を得た。
【００３２】この多色発光素子の負電極４０を共通とし
て、正電極１０、２０、３０に所定の電流を流ししたと
ころ、単一発光色は色純度良く再現でき、しかも混色も
非常に良好な白色発光を示した。なお図９は本発明の一
実施例に係る多色発光素子を電極側から見た具体的な平
面図であり、図１０は図９の発光素子の形状を示す斜視
図である。なお図９及び図１０は、図１乃至図８に示す
断面図とは必ずしも対応しておらず、強いて対応させる
ならば図９に示す「コ」の字状の一点鎖線で切断して、
一点鎖線を伸ばした状態が模式的な断面図に相当する。
て、正電極１０、２０、３０に所定の電流を流ししたと
ころ、単一発光色は色純度良く再現でき、しかも混色も
非常に良好な白色発光を示した。なお図９は本発明の一
実施例に係る多色発光素子を電極側から見た具体的な平
面図であり、図１０は図９の発光素子の形状を示す斜視
図である。なお図９及び図１０は、図１乃至図８に示す
断面図とは必ずしも対応しておらず、強いて対応させる
ならば図９に示す「コ」の字状の一点鎖線で切断して、
一点鎖線を伸ばした状態が模式的な断面図に相当する。
【００３３】［実施例２］図１１は本発明の他の実施例
による多色発光素子の構造を示す模式的な断面図であ
る。この多色発光素子が実施例１の発光素子と異なる点
は、エッチングを行わず選択成長によって、異なるバン
ドギャップエネルギーを有する活性層を含む発光素子を
成長させている。つまり基板上に第一の活性層を有する
窒化物半導体層を形成した後、第一の活性層とは別に、
第一の活性層とバンドギャップエネルギーが異なる第二
の活性層を有する窒化物半導体層を部分的に成長させて
いる。
による多色発光素子の構造を示す模式的な断面図であ
る。この多色発光素子が実施例１の発光素子と異なる点
は、エッチングを行わず選択成長によって、異なるバン
ドギャップエネルギーを有する活性層を含む発光素子を
成長させている。つまり基板上に第一の活性層を有する
窒化物半導体層を形成した後、第一の活性層とは別に、
第一の活性層とバンドギャップエネルギーが異なる第二
の活性層を有する窒化物半導体層を部分的に成長させて
いる。
【００３４】まず、図１２に示すようにサファイア基板
の上にＧａＮよりなるバッファ層を介して、Ｓｉドープ
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２を成長させ、そ
の上にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第一の活性層３１を成
長させた後、ウェーハを反応容器から取り出す。
の上にＧａＮよりなるバッファ層を介して、Ｓｉドープ
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２を成長させ、そ
の上にＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第一の活性層３１を成
長させた後、ウェーハを反応容器から取り出す。
【００３５】第一の活性層３１の上に、ＳｉＯ2よりな
る第四のマスク９０を部分的に形成する。つまり、第一
の活性層３１を成長させる部分を除いてマスクを形成す
る。そしてマスクが形成されたウェーハを再度反応容器
に戻し、ｎ型コンタクト層２の上に第一の活性層３１、
第一のｐ型クラッド層４１、第一のｐ型コンタクト層５
１を成長させる。成長後のウェーハの部分的な断面図が
図１２である。
る第四のマスク９０を部分的に形成する。つまり、第一
の活性層３１を成長させる部分を除いてマスクを形成す
る。そしてマスクが形成されたウェーハを再度反応容器
に戻し、ｎ型コンタクト層２の上に第一の活性層３１、
第一のｐ型クラッド層４１、第一のｐ型コンタクト層５
１を成長させる。成長後のウェーハの部分的な断面図が
図１２である。
【００３６】成長後マスクを除去して、再び第一の活性
層３１、第一のｐ型クラッド層４１、第一のｐ型コンタ
クト層５１を含む発光素子全面と、ｎ型コンタクト層２
の表面の一部に第五のマスクを形成して、同様にして第
二の活性層３２、第二のｐ型クラッド層４２、第二のｐ
型コンタクト層５２を成長させる。この工程以後の断面
図は図１２と類似しているので特に図示しない。
層３１、第一のｐ型クラッド層４１、第一のｐ型コンタ
クト層５１を含む発光素子全面と、ｎ型コンタクト層２
の表面の一部に第五のマスクを形成して、同様にして第
二の活性層３２、第二のｐ型クラッド層４２、第二のｐ
型コンタクト層５２を成長させる。この工程以後の断面
図は図１２と類似しているので特に図示しない。
【００３７】第二のｐ型コンタクト層を成長させた後、
マスクを除去して同様にして、第三の活性層３３、第二
のｐ型クラッド層４３、第三のｐ型コンタクト層５３を
成長させる。後は常法に従い、各コンタクト層に電極を
設けることにより図１１に示す構造の多色発光素子を得
ることができる。
マスクを除去して同様にして、第三の活性層３３、第二
のｐ型クラッド層４３、第三のｐ型コンタクト層５３を
成長させる。後は常法に従い、各コンタクト層に電極を
設けることにより図１１に示す構造の多色発光素子を得
ることができる。
【００３８】なお、実施例１、２はｎ型コンタクト層の
上に数々の保護膜を形成して後、バンドギャップの異な
る活性層を成長させる方法について述べたが、本発明の
方法では、ｎ型コンタクト層２と、第一の活性層３１、
第二の活性層３２、及び第三の活性層３３とをアイラン
ド状に成長させ、それらの活性層の表面を除く部分に新
たな保護膜を形成した後、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタ
クト層を一度に形成しても良い。
上に数々の保護膜を形成して後、バンドギャップの異な
る活性層を成長させる方法について述べたが、本発明の
方法では、ｎ型コンタクト層２と、第一の活性層３１、
第二の活性層３２、及び第三の活性層３３とをアイラン
ド状に成長させ、それらの活性層の表面を除く部分に新
たな保護膜を形成した後、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタ
クト層を一度に形成しても良い。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の多色発光素
子は同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異
なる窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子
が、隔離して形成されていることにより、単一発光色が
混色せずに発光できる。しかも活性層を従来のように高
抵抗なｉ型とせず、低抵抗なＩｎＧａＮとして、ダブル
へテロ構造とすると低電圧で駆動でき、素子の効率が非
常に優れている。このようにして一チップに複数の窒化
物半導体の発光素子を作製することにより、一画素が小
さくできるため高精細度なディスプレイを実現する上
で、本発明は非常に有利である。また一枚のウェーハ上
に多数の電極を有する素子ができるため、チップ状にウ
ェーハを分離せず、そのままウェーハの電極を接続して
ディスプレイとすることもできる。
子は同一基板上に互いにバンドギャップエネルギーが異
なる窒化物半導体よりなる活性層を有する単位発光素子
が、隔離して形成されていることにより、単一発光色が
混色せずに発光できる。しかも活性層を従来のように高
抵抗なｉ型とせず、低抵抗なＩｎＧａＮとして、ダブル
へテロ構造とすると低電圧で駆動でき、素子の効率が非
常に優れている。このようにして一チップに複数の窒化
物半導体の発光素子を作製することにより、一画素が小
さくできるため高精細度なディスプレイを実現する上
で、本発明は非常に有利である。また一枚のウェーハ上
に多数の電極を有する素子ができるため、チップ状にウ
ェーハを分離せず、そのままウェーハの電極を接続して
ディスプレイとすることもできる。
【図１】 本発明の一実施例に係る多色発光素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
【図２】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図３】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図４】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図５】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図６】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図７】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図８】 本発明の方法の一工程において得られる素子
の構造を示す模式断面図。
の構造を示す模式断面図。
【図９】 本発明一実施例に係る素子を電極側から見た
平面図。
平面図。
【図１０】 図９の素子の形状を示す斜視図
【図１１】 本発明の他の実施例に係る素子の構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図１２】 本発明の方法の一工程において得られる素
子の構造を示す模式断面図。
子の構造を示す模式断面図。
１・・・基板 ２・・・ｎ型コンタクト層 ３１、３２、３３・・・活性層 ４１、４２、４３・・・ｐ型クラッド層 ５１、５２、５３・・・ｐ型コンタクト層 １０、２０、３０・・・正電極 ４０・・・負電極
【手続補正書】
【提出日】平成７年１２月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (4)
- 【請求項１】 同一基板上に互いにバンドギャップエネ
ルギーが異なる窒化物半導体よりなる活性層を有する単
位発光素子が、それぞれ隔離して形成されていることを
特徴とする窒化物半導体多色発光素子。 - 【請求項２】 基板上に第一の活性層を有する窒化物半
導体層を形成した後、第一の活性層とは別に、第一の活
性層とバンドギャップエネルギーが異なる第二の活性層
を有する窒化物半導体層を部分的に成長させることを特
徴とする窒化物半導体多色発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 基板上に第一の活性層を有する第一の窒
化物半導体層を形成した後、その第一の窒化物半導体層
の一部をエッチングにより除去し、エッチングにより露
出された面に、第一の活性層とバンドギャップエネルギ
ーが異なる第二の活性層を有する第二の窒化物半導体層
を成長させることを特徴とする窒化物半導体多色発光素
子の製造方法。 - 【請求項４】 前記第二の活性層のバンドギャップエネ
ルギーが第一のバンドギャップエネルギーよりも小さい
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の窒化
物半導体多色発光素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP32175595A JP3298390B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 窒化物半導体多色発光素子の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32175595A JP3298390B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 窒化物半導体多色発光素子の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2021534574A (ja) * | 2018-08-17 | 2021-12-09 | ソウル バイオシス カンパニー リミテッドSeoul Viosys Co., Ltd. | 発光素子 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-12-11 JP JP32175595A patent/JP3298390B2/ja not_active Expired - Fee Related
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