JPH09266327A - ３族窒化物化合物半導体発光素子 - Google Patents
３族窒化物化合物半導体発光素子Info
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- JPH09266327A JPH09266327A JP9909596A JP9909596A JPH09266327A JP H09266327 A JPH09266327 A JP H09266327A JP 9909596 A JP9909596 A JP 9909596A JP 9909596 A JP9909596 A JP 9909596A JP H09266327 A JPH09266327 A JP H09266327A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】青色発光素子の発光強度の増加及び素子寿命の
長期化 【解決手段】ｐ伝導型のクラッド層６１とｎ+ 層３との
間に発光層５が形成されている。発光層５とｎ+ 層３と
の間にそれらの格子不整合を緩和する中間層４が形成さ
れている。中間層４の存在により発光層５の結晶性が改
善され、発光強度が増加した。
長期化 【解決手段】ｐ伝導型のクラッド層６１とｎ+ 層３との
間に発光層５が形成されている。発光層５とｎ+ 層３と
の間にそれらの格子不整合を緩和する中間層４が形成さ
れている。中間層４の存在により発光層５の結晶性が改
善され、発光強度が増加した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３族窒化物半導体を
用いた半導体素子に関する。特に、素子特性や信頼性に
優れた半導体素子に関する。
用いた半導体素子に関する。特に、素子特性や信頼性に
優れた半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、青色や短波長領域の発光素子の材
料としてAlGaInN 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つである青色及
び緑色を発光色とすること等から注目されている。
料としてAlGaInN 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つである青色及
び緑色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】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。
この結果、AlGaN のｐ層と、ZnとSiドープのInGaN の発
光層と、GaN のｎ層とを用いたダブルヘテロ構造を有す
る発光ダイオード（ＬＥＤ）が提案されている。
して電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化できる。
この結果、AlGaN のｐ層と、ZnとSiドープのInGaN の発
光層と、GaN のｎ層とを用いたダブルヘテロ構造を有す
る発光ダイオード（ＬＥＤ）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＬＥＤ
では、InGaN から成る発光層がGaN から成るｎ層の上に
直接積層されているため、両層の構成材料の組成比の違
いから格子不整合が起こり、発光層に結晶欠陥が生じ
る。この結果、発光層からの発光の発光効率は低下す
る。更に、素子の劣化を引き起こして素子寿命は短くな
り、信頼性に欠ける。
では、InGaN から成る発光層がGaN から成るｎ層の上に
直接積層されているため、両層の構成材料の組成比の違
いから格子不整合が起こり、発光層に結晶欠陥が生じ
る。この結果、発光層からの発光の発光効率は低下す
る。更に、素子の劣化を引き起こして素子寿命は短くな
り、信頼性に欠ける。
【０００５】そこで本発明の目的は、発光層の結晶欠陥
を減少させることで、発光強度を増加させると共に素子
寿命を長期化することである。
を減少させることで、発光強度を増加させると共に素子
寿命を長期化することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの請求項１の発明は、３族窒化物半導体から成る発光
層と発光層に接合するｎ層とｐ層とを有する発光素子に
おいて、発光層とｎ層との間に、発光層とｎ層との間の
格子定数の変化を緩和する組成比のｎ伝導型の中間層を
設けたことである。
めの請求項１の発明は、３族窒化物半導体から成る発光
層と発光層に接合するｎ層とｐ層とを有する発光素子に
おいて、発光層とｎ層との間に、発光層とｎ層との間の
格子定数の変化を緩和する組成比のｎ伝導型の中間層を
設けたことである。
【０００７】請求項２の発明は、中間層をｎ層から発光
層にかけて、格子定数を段階的に変化させる組成比の複
層で形成したことを特徴とし、請求項３の発明は、中間
層をｎ層から発光層にかけて、格子定数を連続して変化
させる組成比分布で形成したことを特徴とする。
層にかけて、格子定数を段階的に変化させる組成比の複
層で形成したことを特徴とし、請求項３の発明は、中間
層をｎ層から発光層にかけて、格子定数を連続して変化
させる組成比分布で形成したことを特徴とする。
【０００８】又、請求項４の発明は、発光層と中間層を
４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1,0≦y ≦1, 0≦x+y
≦1)で形成し、中間層の組成比を発光層のバンド幅より
も広く、発光層の格子定数とほぼ一致させた格子定数を
有する組成比に選択したことを特徴とする。又、請求項
５の発明は、発光層を３元系のInx1Ga1-x1N (0≦x1≦1)
とし、ｎ層はGaN であり、中間層は３元系のInx2Ga1-x2
N (0≦x2≦x1≦1)であることを特徴とする。さらに、請
求項６の発明は、発光層は３元系のInxGa1-xN (0≦x ≦
1)であり、ｎ層はGaN であり中間層のインジウム(In)の
組成比を発光層に近づくに連れて発光層のインジウム(I
n)の組成比に近くなるように段階的又は連続的に変化さ
せたことを特徴とする。
４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1,0≦y ≦1, 0≦x+y
≦1)で形成し、中間層の組成比を発光層のバンド幅より
も広く、発光層の格子定数とほぼ一致させた格子定数を
有する組成比に選択したことを特徴とする。又、請求項
５の発明は、発光層を３元系のInx1Ga1-x1N (0≦x1≦1)
とし、ｎ層はGaN であり、中間層は３元系のInx2Ga1-x2
N (0≦x2≦x1≦1)であることを特徴とする。さらに、請
求項６の発明は、発光層は３元系のInxGa1-xN (0≦x ≦
1)であり、ｎ層はGaN であり中間層のインジウム(In)の
組成比を発光層に近づくに連れて発光層のインジウム(I
n)の組成比に近くなるように段階的又は連続的に変化さ
せたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の作用及び効果】発光層とｎ層との間にそれらの
格子定数の変化を緩和するための中間層を設けたため
に、発光層の結晶性が向上した。この結果、発光強度が
増加し、素子の劣化が防止され素子寿命が長くなった。
格子定数の変化を緩和するための中間層を設けたため
に、発光層の結晶性が向上した。この結果、発光強度が
増加し、素子の劣化が防止され素子寿命が長くなった。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。第１実施例 図１は本願実施例の発光素子100 全体図を示す。図２
は、中間層４１，４２の詳細を示す。発光素子100 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0.05μｍのAlN バッファ層２が形成されている。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。第１実施例 図１は本願実施例の発光素子100 全体図を示す。図２
は、中間層４１，４２の詳細を示す。発光素子100 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0.05μｍのAlN バッファ層２が形成されている。
【００１１】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(Si)ドープ
GaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約10ｎｍ，
電子濃度 5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのIn0.08Ga
0.92N から成る第１中間層４１、膜厚約10ｎｍ，電子濃
度 5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのIn0.15Ga0.85N
から成る第２中間層４２、膜厚約100 ｎｍ，亜鉛(Zn)と
シリコン(Si)が、それぞれ、 5×1018/cm3にドープされ
たIn0.20Ga0.80N から成る発光層５，膜厚約100 ｎｍ，
ホール濃度 2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度 5×
1019/cm3ドープのAl0.09Ga0.92N から成るｐ伝導型のク
ラッド層６１、膜厚約200 ｎｍ，ホール濃度 3×1017/c
m3のマグネシウム（Mg) 濃度 5×1019/cm3ドープのGaN
から成る第１コンタクト層６２、膜厚約50ｎｍ，ホール
濃度 6×1017/cm3のマグネシウム（Mg) 濃度 1×1020/c
m3ドープのGaN から成るｐ+ の第２コンタクト層６３が
形成されている。そして、第２コンタクト層６３の上面
全体にNi/Au の２重層からなる透明電極９が形成されそ
の透明電極９の隅の部分にNi/Au の２重層からなるボン
ディングのためのパッド１０が形成されている。又、ｎ
+ 層３上にはAlから成る電極８が形成されている。
4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン(Si)ドープ
GaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約10ｎｍ，
電子濃度 5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのIn0.08Ga
0.92N から成る第１中間層４１、膜厚約10ｎｍ，電子濃
度 5×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのIn0.15Ga0.85N
から成る第２中間層４２、膜厚約100 ｎｍ，亜鉛(Zn)と
シリコン(Si)が、それぞれ、 5×1018/cm3にドープされ
たIn0.20Ga0.80N から成る発光層５，膜厚約100 ｎｍ，
ホール濃度 2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度 5×
1019/cm3ドープのAl0.09Ga0.92N から成るｐ伝導型のク
ラッド層６１、膜厚約200 ｎｍ，ホール濃度 3×1017/c
m3のマグネシウム（Mg) 濃度 5×1019/cm3ドープのGaN
から成る第１コンタクト層６２、膜厚約50ｎｍ，ホール
濃度 6×1017/cm3のマグネシウム（Mg) 濃度 1×1020/c
m3ドープのGaN から成るｐ+ の第２コンタクト層６３が
形成されている。そして、第２コンタクト層６３の上面
全体にNi/Au の２重層からなる透明電極９が形成されそ
の透明電極９の隅の部分にNi/Au の２重層からなるボン
ディングのためのパッド１０が形成されている。又、ｎ
+ 層３上にはAlから成る電極８が形成されている。
【００１２】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光素子100 は、有機金属気相成
長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG
」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す) 、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。
ついて説明する。上記発光素子100 は、有機金属気相成
長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG
」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す) 、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。
【００１３】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、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/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。
ａ面を主面とし、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/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。
【００１４】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／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２を約0.
05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温
度を1150℃に保持し、H2を20liter／分、NH3 を10 lite
r／分、TMG を 1.7×10-4モル／分、H2ガスにより0.86p
pm に希釈されたシランを20×10-8モル／分で40分導入
し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 1×1018/cm3、シリコン
濃度 4×1018/cm3のシリコン(Si)ドープ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／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２を約0.
05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温
度を1150℃に保持し、H2を20liter／分、NH3 を10 lite
r／分、TMG を 1.7×10-4モル／分、H2ガスにより0.86p
pm に希釈されたシランを20×10-8モル／分で40分導入
し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 1×1018/cm3、シリコン
濃度 4×1018/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００１５】上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した
後、続いて温度を900 °C に保持し、N2又はH2を20 lit
er／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10-4モル／
分、TMI を1.0 ×10-4モル／分、H2ガスで0.86ppm に希
釈されたシランを 2×10-8モル／分で 3分導入し、膜厚
約10ｎｍ、濃度5 ×1017/cm3のシリコンドープのIn0.08
Ga0.92N から成る第１中間層４１を形成した。
後、続いて温度を900 °C に保持し、N2又はH2を20 lit
er／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10-4モル／
分、TMI を1.0 ×10-4モル／分、H2ガスで0.86ppm に希
釈されたシランを 2×10-8モル／分で 3分導入し、膜厚
約10ｎｍ、濃度5 ×1017/cm3のシリコンドープのIn0.08
Ga0.92N から成る第１中間層４１を形成した。
【００１６】続いて温度を840 °C に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10
-4モル／分、TMI を1.5 ×10-4モル／分、H2ガスで0.86
ppmに希釈されたシランを 2×10-8モル／分で 3分導入
し、膜厚約10ｎｍ、濃度5 ×1017/cm3のシリコンドープ
のIn0.15Ga0.85N から成る第２中間層４２を形成した。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10
-4モル／分、TMI を1.5 ×10-4モル／分、H2ガスで0.86
ppmに希釈されたシランを 2×10-8モル／分で 3分導入
し、膜厚約10ｎｍ、濃度5 ×1017/cm3のシリコンドープ
のIn0.15Ga0.85N から成る第２中間層４２を形成した。
【００１７】続いて、温度を800 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10
-4モル／分、TMI を1.6 ×10-4モル／分、H2ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを10×10-8mol/分で、DEZ
を 2×10-4モル/ 分で、30分間供給して厚さ100nm のシ
リコンと亜鉛が、それぞれ、 5×1018/cm3にドープさた
In0.20Ga0.80N から成る発光層５を形成した。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を0.2 ×10
-4モル／分、TMI を1.6 ×10-4モル／分、H2ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを10×10-8mol/分で、DEZ
を 2×10-4モル/ 分で、30分間供給して厚さ100nm のシ
リコンと亜鉛が、それぞれ、 5×1018/cm3にドープさた
In0.20Ga0.80N から成る発光層５を形成した。
【００１８】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-5モル／分で 6分間導入し、膜厚約100 ｎｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るクラ
ッド層６１を形成した。クラッド層６１のマグネシウム
濃度は 5×1019/cm3である。この状態では、クラッド層
６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-5モル／分で 6分間導入し、膜厚約100 ｎｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るクラ
ッド層６１を形成した。クラッド層６１のマグネシウム
濃度は 5×1019/cm3である。この状態では、クラッド層
６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１９】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-5モル／分で 1分間導
入し、膜厚約200 ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN
から成る第１コンタクト層６２を形成した。第１コンタ
クト層６２のマグネシウム濃度は 5×1019/cm3である。
この状態では、第１コンタクト層６２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-5モル／分で 1分間導
入し、膜厚約200 ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN
から成る第１コンタクト層６２を形成した。第１コンタ
クト層６２のマグネシウム濃度は 5×1019/cm3である。
この状態では、第１コンタクト層６２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２０】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-5モル／分で3 分間導
入し、膜厚約50ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るｐ+ の第２コンタクト層６３を形成した。第２コ
ンタクト層６３のマグネシウム濃度は 1×1020/cm3であ
る。この状態では、第２コンタクト層６３は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-5モル／分で3 分間導
入し、膜厚約50ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るｐ+ の第２コンタクト層６３を形成した。第２コ
ンタクト層６３のマグネシウム濃度は 1×1020/cm3であ
る。この状態では、第２コンタクト層６３は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２１】次に、反射電子線回折装置を用いて、第２
コンタクト層６３，第１コンタクト層６２，クラッド層
６１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１μＡ、ビームの移動速度0.
2mm/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、第２コンタクト層６
３，第１コンタクト層６２，クラッド層６１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×1017/cm3,3×1017/cm3,2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcm, 1Ωcm,0.7Ωcm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。
コンタクト層６３，第１コンタクト層６２，クラッド層
６１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１μＡ、ビームの移動速度0.
2mm/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、第２コンタクト層６
３，第１コンタクト層６２，クラッド層６１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×1017/cm3,3×1017/cm3,2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcm, 1Ωcm,0.7Ωcm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。
【００２２】続いて図３〜図５に示すように、ｎ+ 層３
の電極８を形成するために、第２コンタクト層６３，第
１コンタクト層６２，クラッド層６１，発光層５，第２
中間層４２，第１中間層４１の一部を、エッチングによ
り除去した。次に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、第２コンタクト層６３の上に透明電極
９を形成した。そして、その透明電極９の一部にNi/Au
の２層を蒸着してパッド１０を形成した。一方、ｎ+ 層
３に対しては、アルミニウムを蒸着して電極８を形成し
た。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子
毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得
た。この発光素子は駆動電流20ｍＡで発光ピーク波長43
0 ｎｍ、発光強度2000ｍＣｄであった。従来構造のＬＥ
Ｄに比べて発光強度は2 倍になった。
の電極８を形成するために、第２コンタクト層６３，第
１コンタクト層６２，クラッド層６１，発光層５，第２
中間層４２，第１中間層４１の一部を、エッチングによ
り除去した。次に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、第２コンタクト層６３の上に透明電極
９を形成した。そして、その透明電極９の一部にNi/Au
の２層を蒸着してパッド１０を形成した。一方、ｎ+ 層
３に対しては、アルミニウムを蒸着して電極８を形成し
た。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子
毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得
た。この発光素子は駆動電流20ｍＡで発光ピーク波長43
0 ｎｍ、発光強度2000ｍＣｄであった。従来構造のＬＥ
Ｄに比べて発光強度は2 倍になった。
【００２３】上記実施例では第１中間層４１のインジウ
ム(In)の組成比を0.08とし、第２中間層４２のインジウ
ム(In)の組成比を0.15としたが、ｎ+ 層３から発光層５
に近づくに連れて、中間層４のインジウム(In)の組成比
を0 から0.20に順次、増加ささせても良い。この時、２
段以上の複層でも、連続的に組成比を変化させても良
い。さらに、４元系の化合物半導体を用いると、バンド
ギャップと格子定数とをそれぞれ独立に変化させること
ができる。よって、InGaN の発光層５に対して、InGaN
よりもバンドギャップが広く、格子定数を発光層５の格
子定数にほぼ一致させた組成比のAlxGayIn1-X-YN(0≦x
≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)を中間層４として用いても
良い。又、この中間層４を、ｎ+ 層３の格子定数に等し
い格子定数とする組成比のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0
≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)から成る第１中間層と、発光層５
の格子定数に等しい格子定数とする組成比のAlxGayIn
1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)から成る第２
中間層との２層構造としても良い。さらに、第１中間層
から第２中間層の間に、格子定数を第２中間層に順次接
近させる１層以上の層を介在させても良い。又、ｎ+ 層
３から発光層５に向けて、格子定数が連続的に変化する
ように４元系化合物の組成比を連続的に変化させても良
い。発光層５はInGaN 、ｎ+ 層３はGaN としたが、これ
らの層も、４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦
1, 0≦x+y ≦1)とし、それらの層の間に上述した構成の
４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y
≦1)から成る中間層を設けても良い。
ム(In)の組成比を0.08とし、第２中間層４２のインジウ
ム(In)の組成比を0.15としたが、ｎ+ 層３から発光層５
に近づくに連れて、中間層４のインジウム(In)の組成比
を0 から0.20に順次、増加ささせても良い。この時、２
段以上の複層でも、連続的に組成比を変化させても良
い。さらに、４元系の化合物半導体を用いると、バンド
ギャップと格子定数とをそれぞれ独立に変化させること
ができる。よって、InGaN の発光層５に対して、InGaN
よりもバンドギャップが広く、格子定数を発光層５の格
子定数にほぼ一致させた組成比のAlxGayIn1-X-YN(0≦x
≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)を中間層４として用いても
良い。又、この中間層４を、ｎ+ 層３の格子定数に等し
い格子定数とする組成比のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0
≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)から成る第１中間層と、発光層５
の格子定数に等しい格子定数とする組成比のAlxGayIn
1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)から成る第２
中間層との２層構造としても良い。さらに、第１中間層
から第２中間層の間に、格子定数を第２中間層に順次接
近させる１層以上の層を介在させても良い。又、ｎ+ 層
３から発光層５に向けて、格子定数が連続的に変化する
ように４元系化合物の組成比を連続的に変化させても良
い。発光層５はInGaN 、ｎ+ 層３はGaN としたが、これ
らの層も、４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦
1, 0≦x+y ≦1)とし、それらの層の間に上述した構成の
４元系のAlxGayIn1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y
≦1)から成る中間層を設けても良い。
【００２４】又、中間層４、ｎ+ 層３のシリコン濃度
は、1 ×1017/cm3〜1 ×1020/cm3が望ましい。1 ×1017
/cm3以下であると高抵抗となり、1 ×1020/cm3以上であ
ると結晶性が低下し望ましくない。中間層４の厚さは0.
5nm 〜50nmが望ましい。0.5nm 以下であると層を均一に
形成できなくなり、50nm以上であると発光効率が低下し
望ましくない。又、ｎ+ 層３の厚さは、0.5 μｍ〜10μ
ｍが望ましい。0.5 μｍ以下であると、エッチングして
ｎ+ 層３を露出させて、ｎ+ 層３に対する電極の形成が
困難となり、10μｍ以上であるとクラックが入り望まし
くない。又、発光層５のシリコン濃度及び亜鉛濃度は、
それぞれ、1 ×1017〜1 ×1020/cm3が望ましい。濃度が
1 ×1017/cm3より低下すると発光強度が低下し、濃度が
1 ×1020/cm3以上となると結晶性が低下するために望ま
しくない。
は、1 ×1017/cm3〜1 ×1020/cm3が望ましい。1 ×1017
/cm3以下であると高抵抗となり、1 ×1020/cm3以上であ
ると結晶性が低下し望ましくない。中間層４の厚さは0.
5nm 〜50nmが望ましい。0.5nm 以下であると層を均一に
形成できなくなり、50nm以上であると発光効率が低下し
望ましくない。又、ｎ+ 層３の厚さは、0.5 μｍ〜10μ
ｍが望ましい。0.5 μｍ以下であると、エッチングして
ｎ+ 層３を露出させて、ｎ+ 層３に対する電極の形成が
困難となり、10μｍ以上であるとクラックが入り望まし
くない。又、発光層５のシリコン濃度及び亜鉛濃度は、
それぞれ、1 ×1017〜1 ×1020/cm3が望ましい。濃度が
1 ×1017/cm3より低下すると発光強度が低下し、濃度が
1 ×1020/cm3以上となると結晶性が低下するために望ま
しくない。
【００２５】又、上記実施例では発光層５に単一層を用
いたが、単一量子井戸構造（ＱＷ）や多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）を用いても良い。
いたが、単一量子井戸構造（ＱＷ）や多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）を用いても良い。
【図１】本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオード
の構成を示した構成図。
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中間層の詳細を示
した断面図。
した断面図。
【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。
100 …発光素子 １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４，４１，４２…中間層 ５…発光層 ６１…クラッド層 ６２…第１コンタクト層 ６３…第２コンタクト層 ９…透明電極 ８…電極 １０…パッド
Claims (6)
- 【請求項１】３族窒化物半導体から成る発光層と発光層
に接合するｎ層とｐ層とを有する発光素子において、 前記発光層と前記ｎ層との間に、前記発光層と前記ｎ層
との間の格子定数の変化を緩和する組成比のｎ伝導型の
中間層を設けたことを特徴とする３族窒化物化合物半導
体発光素子。 - 【請求項２】前記中間層は、前記ｎ層から前記発光層に
かけて、格子定数を段階的に変化させる組成比の複層で
形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３族
窒化物化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】前記中間層は、前記ｎ層から前記発光層に
かけて、格子定数を連続して変化させる組成比分布で形
成されていることを特徴とする請求項１に記載の３族窒
化物化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】前記発光層と前記中間層は４元系のAlxGay
In1-X-YN(0≦x ≦1, 0≦y ≦1, 0≦x+y ≦1)であり、前
記中間層の組成比は前記発光層のバンド幅よりも広く、
前記発光層の格子定数とほぼ一致させた格子定数を有す
る組成比に選択されていることを特徴とする請求項１に
記載の３族窒化物化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】前記発光層は３元系のInx1Ga1-x1N (0≦x1
≦1)であり、前記ｎ層はGaN であり、前記中間層は３元
系のInx2Ga1-x2N (0≦x2≦x1≦1)であることを特徴とす
る請求項１に記載の３族窒化物化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】前記発光層は３元系のInxGa1-xN (0≦x ≦
1)であり、前記ｎ層はGaN であり、前記中間層のインジ
ウム(In)の組成比を発光層に近づくに連れて発光層のイ
ンジウム(In)の組成比に近くなるように段階的又は連続
的に変化させたことを特徴とする請求項１に記載の３族
窒化物化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9909596A JP3341576B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | ３族窒化物化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9909596A JP3341576B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | ３族窒化物化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266327A true JPH09266327A (ja) | 1997-10-07 |
| JP3341576B2 JP3341576B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=14238325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9909596A Expired - Lifetime JP3341576B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | ３族窒化物化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341576B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999009602A1 (fr) * | 1997-08-20 | 1999-02-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Dispositif de semi-conducteur compose, a base de nitrure de gallium |
| US6822270B2 (en) * | 2002-02-12 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device having gallium nitride based compound semiconductor layer |
| US6897484B2 (en) | 2002-09-20 | 2005-05-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof |
| WO2005078813A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Epivalley Co., Ltd. | Iii-nitride compound semiconductor light emitting device |
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| US7547909B2 (en) | 2004-02-05 | 2009-06-16 | Epivalley Co., Ltd. | III-nitride compound semiconductor light emitting device |
| WO2009107516A1 (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | 住友電気工業株式会社 | Iii族窒化物半導体レーザ |
| US7884388B2 (en) | 2003-07-18 | 2011-02-08 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting diode having a first GaN layer and a first semiconductor layer each having a predetermined thickness and fabrication method therof |
| US7923749B2 (en) | 2004-03-25 | 2011-04-12 | EipValley Co., Ltd. | III-nitride compound semiconductor light emitting device |
| KR101039968B1 (ko) * | 2010-05-20 | 2011-06-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| US8426881B2 (en) | 2001-02-01 | 2013-04-23 | Cree, Inc. | Light emitting diodes including two reflector layers |
-
1996
- 1996-03-27 JP JP9909596A patent/JP3341576B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8927960B2 (en) | 2003-07-18 | 2015-01-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode |
| US8674337B2 (en) | 2003-07-18 | 2014-03-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode and fabrication method thereof |
| US7884388B2 (en) | 2003-07-18 | 2011-02-08 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting diode having a first GaN layer and a first semiconductor layer each having a predetermined thickness and fabrication method therof |
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| US9362454B2 (en) | 2003-07-18 | 2016-06-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode |
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