JPH0992880A - 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
- Publication number
- JPH0992880A JPH0992880A JP26792595A JP26792595A JPH0992880A JP H0992880 A JPH0992880 A JP H0992880A JP 26792595 A JP26792595 A JP 26792595A JP 26792595 A JP26792595 A JP 26792595A JP H0992880 A JPH0992880 A JP H0992880A
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- JP
- Japan
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- light emitting
- nitride semiconductor
- group iii
- iii nitride
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Abstract
(57)【要約】
【課題】正方向の正電圧に対する耐絶縁破壊性を向上さ
せること。 【解決手段】ｎ伝導型の高キャリア濃度ｎ+ 層３、発光
層５、ｐ伝導型のｐ層６１とが３族窒化物半導体で形成
された発光素子１０において、発光層５と高キャリア濃
度ｎ+ 層３との間に、発光層５及び高キャリア濃度ｎ+
層３よりも電子濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物半導体
から成るｎ層４を設けた。ｎ層４は、厚さ５００〜６０
００Å、キャリア濃度５×１０16〜５×１０17/cm3のｎ
伝導型の３族窒化物半導体で構成されている。ｎ層４に
より、正方向の静電圧が印加された場合に、各層６１、
５、４、３及び各層間の電界が小さくなり、正方向の静
電耐圧が向上する。５００Ｖの正方向の静電耐圧が得ら
れた。この値は従来の構造の発光素子の正方向の静電耐
圧の５倍である。
せること。 【解決手段】ｎ伝導型の高キャリア濃度ｎ+ 層３、発光
層５、ｐ伝導型のｐ層６１とが３族窒化物半導体で形成
された発光素子１０において、発光層５と高キャリア濃
度ｎ+ 層３との間に、発光層５及び高キャリア濃度ｎ+
層３よりも電子濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物半導体
から成るｎ層４を設けた。ｎ層４は、厚さ５００〜６０
００Å、キャリア濃度５×１０16〜５×１０17/cm3のｎ
伝導型の３族窒化物半導体で構成されている。ｎ層４に
より、正方向の静電圧が印加された場合に、各層６１、
５、４、３及び各層間の電界が小さくなり、正方向の静
電耐圧が向上する。５００Ｖの正方向の静電耐圧が得ら
れた。この値は従来の構造の発光素子の正方向の静電耐
圧の５倍である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は正方向の静電耐圧を
向上させた３族窒化物半導体を用いた発光素子に関す
る。
向上させた３族窒化物半導体を用いた発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来、３族窒化物半導体発光素子として、
ZnとSiとを添加したIn1-XGaXN から成る発光層をホール
濃度 1×1018/cm3以下のｐ伝導型のAlGaN からなるｐ層
と電子濃度 2×1018/cm3のGaN から成るｎ層とで挟んだ
ダブルヘテロ構造のものが知られている。この発光素子
は、420 〜520nm の青色の発光が得られている。
ZnとSiとを添加したIn1-XGaXN から成る発光層をホール
濃度 1×1018/cm3以下のｐ伝導型のAlGaN からなるｐ層
と電子濃度 2×1018/cm3のGaN から成るｎ層とで挟んだ
ダブルヘテロ構造のものが知られている。この発光素子
は、420 〜520nm の青色の発光が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成の
発光素子は、ｐ層のホール濃度が1 ×1018/cm3以下と小
さく、活性層のキャリア濃度が5 ×1017〜2 ×1018/cm3
と比較的高いため、空乏層の厚さが非常に狭い。このた
め、この発光素子は正方向の100V程度の正電圧により容
易に破壊されるという問題がある。
発光素子は、ｐ層のホール濃度が1 ×1018/cm3以下と小
さく、活性層のキャリア濃度が5 ×1017〜2 ×1018/cm3
と比較的高いため、空乏層の厚さが非常に狭い。このた
め、この発光素子は正方向の100V程度の正電圧により容
易に破壊されるという問題がある。
【０００４】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、正方向の正電圧に対する
耐絶縁破壊性を向上させることである。
れたものであり、その目的は、正方向の正電圧に対する
耐絶縁破壊性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ伝導型の高
キャリア濃度ｎ+ 層、発光層、ｐ伝導型のｐ層とが３族
窒化物半導体で形成された発光素子において、発光層と
高キャリア濃度ｎ+ 層との間に、発光層及び高キャリア
濃度ｎ+ 層よりも電子濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物
半導体から成るｎ層を設けたことを特徴とする。
キャリア濃度ｎ+ 層、発光層、ｐ伝導型のｐ層とが３族
窒化物半導体で形成された発光素子において、発光層と
高キャリア濃度ｎ+ 層との間に、発光層及び高キャリア
濃度ｎ+ 層よりも電子濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物
半導体から成るｎ層を設けたことを特徴とする。
【０００６】又、発明の他の特徴は、そのｎ層を、厚さ
500 〜6000Å、キャリア濃度5 ×1016〜5 ×1017/cm3の
ｎ伝導型の３族窒化物半導体で構成したことである。さ
らに、発明の他の特徴は、ｎ層及び高キャリア濃度ｎ+
層をGaN で構成したことである。
500 〜6000Å、キャリア濃度5 ×1016〜5 ×1017/cm3の
ｎ伝導型の３族窒化物半導体で構成したことである。さ
らに、発明の他の特徴は、ｎ層及び高キャリア濃度ｎ+
層をGaN で構成したことである。
【０００７】
【発明の作用及び効果】上記のように、発光層とｎ+ 層
との間に、発光層及び高キャリア濃度ｎ+ 層よりも電子
濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物半導体から成るｎ層を
設けたので、正方向の静電圧が印加された場合に、各層
及び各層間の電界が小さくなり、正方向の静電耐圧が向
上する。又、ｎ層は、厚さ500 〜6000Å、キャリア濃度
5 ×1016〜5 ×1017/cm3のｎ伝導型の３族窒化物半導体
とすることが望ましく、500Vの正方向の静電耐圧が得ら
れた。この値は従来の構造の発光素子の正方向の静電耐
圧の５倍である。
との間に、発光層及び高キャリア濃度ｎ+ 層よりも電子
濃度の低いｎ伝導型の３族窒化物半導体から成るｎ層を
設けたので、正方向の静電圧が印加された場合に、各層
及び各層間の電界が小さくなり、正方向の静電耐圧が向
上する。又、ｎ層は、厚さ500 〜6000Å、キャリア濃度
5 ×1016〜5 ×1017/cm3のｎ伝導型の３族窒化物半導体
とすることが望ましく、500Vの正方向の静電耐圧が得ら
れた。この値は従来の構造の発光素子の正方向の静電耐
圧の５倍である。
【０００８】
【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3000Å、電子濃度 1×1017/cm3のシリコンドー
プのGaN から成るｎ層４、膜厚約0.05μｍのIn0.08Ga
0.92N から成る発光層５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度
5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグネシウムがドー
プされたAl0.08Ga0.92N から成るｐ層６１、膜厚約0.2
μｍ、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネシウム濃度 2×
1020/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
上にはその層６２に接合するNiから成る電極７が形成さ
れている。さらに、高キャリア濃度ｎ+ 層３の表面の一
部は露出しており、その露出部上にその層３に接合する
Niから成る電極８が形成されている。
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3000Å、電子濃度 1×1017/cm3のシリコンドー
プのGaN から成るｎ層４、膜厚約0.05μｍのIn0.08Ga
0.92N から成る発光層５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度
5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグネシウムがドー
プされたAl0.08Ga0.92N から成るｐ層６１、膜厚約0.2
μｍ、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネシウム濃度 2×
1020/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
上にはその層６２に接合するNiから成る電極７が形成さ
れている。さらに、高キャリア濃度ｎ+ 層３の表面の一
部は露出しており、その露出部上にその層３に接合する
Niから成る電極８が形成されている。
【０００９】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、シラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)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、シラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）である。
【００１０】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファ
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面を主面とする厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファ
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。
【００１１】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、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを20×10-8mol/分で30分供給して、膜厚約
2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGa
N 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、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを20×10-8mol/分で30分供給して、膜厚約
2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGa
N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００１２】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、H2ガスにより0.
86ppmに希釈されたシランを 1×10-8mol/分で、 4分供
給して、膜厚約3000Å、濃度1×1017/cm3のシリコンド
ープのGaN から成るｎ層４を形成した。
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、H2ガスにより0.
86ppmに希釈されたシランを 1×10-8mol/分で、 4分供
給して、膜厚約3000Å、濃度1×1017/cm3のシリコンド
ープのGaN から成るｎ層４を形成した。
【００１３】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、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で、6 分
間供給して0.05μｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５
を形成した。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で、6 分
間供給して0.05μｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５
を形成した。
【００１４】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、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ層
６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1×1
020/cm3である。この状態では、ｐ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 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ層
６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1×1
020/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１５】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、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 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 2×1020/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10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 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 2×1020/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。
【００１６】このようにして、図２に示す断面構造のウ
エハが得られた。次に、このウエハを、４５０℃で４５
分間、熱処理した。この熱処理により、コンタクト層６
２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3，
5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm のｐ伝導型半
導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得
られた。
エハが得られた。次に、このウエハを、４５０℃で４５
分間、熱処理した。この熱処理により、コンタクト層６
２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3，
5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm のｐ伝導型半
導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得
られた。
【００１７】次に、図３に示すように、コンタクト層６
２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１０を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図３に示す
ように、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度
ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ' のフォトレジスト１
０を除去した。次に、図４に示すように、フォトレジス
ト１０によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１０を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図３に示す
ように、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度
ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ' のフォトレジスト１
０を除去した。次に、図４に示すように、フォトレジス
ト１０によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
【００１８】次に、フォトレジスト１０及びSiO2層９に
よって覆われていない部位のコンタクト層６２、ｐ層６
１、発光層５、ｎ層４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、図５に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対
する電極取出しのための孔Ａが形成された。
よって覆われていない部位のコンタクト層６２、ｐ層６
１、発光層５、ｎ層４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、図５に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対
する電極取出しのための孔Ａが形成された。
【００１９】次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図１に示すように、高キャリア
濃度ｎ+ 層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図１に示すように、高キャリア
濃度ｎ+ 層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
【００２０】このようにして得られた発光素子の発光ス
ペトルを測定した。図６に示すように、駆動電流20mA
で、発光ピーク波長450nm 、発光強度1000mcd であっ
た。このように製造された発光ダイオードに正方向に静
電圧を印加して、その静電耐圧を測定した。500Vの静電
圧を印加しても絶縁破壊は見られなかった。これは、発
光層５とｎ+ 層３との間に、電子濃度が発光層やｎ+ 層
３よりも低いｎ層を設けたために、正方向の正電圧によ
る各層及び各層間での電界が小さくなるためと思われ
る。
ペトルを測定した。図６に示すように、駆動電流20mA
で、発光ピーク波長450nm 、発光強度1000mcd であっ
た。このように製造された発光ダイオードに正方向に静
電圧を印加して、その静電耐圧を測定した。500Vの静電
圧を印加しても絶縁破壊は見られなかった。これは、発
光層５とｎ+ 層３との間に、電子濃度が発光層やｎ+ 層
３よりも低いｎ層を設けたために、正方向の正電圧によ
る各層及び各層間での電界が小さくなるためと思われ
る。
【００２１】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６１と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、発光層５とｐ層６１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。さ
らに、上記実施例は、発光ダイオードの例を示したが、
レーザダイオードであっても同様に構成可能である。
ップが両側に存在するｐ層６１と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、発光層５とｐ層６１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。さ
らに、上記実施例は、発光ダイオードの例を示したが、
レーザダイオードであっても同様に構成可能である。
【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。
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…ｎ層 ５…発光層 ６１…ｐ層 ６２…コンタトク層 ７，８…電極
Claims (3)
- 【請求項１】ｎ伝導型の高キャリア濃度ｎ+ 層、発光
層、ｐ伝導型のｐ層とが３族窒化物半導体で形成された
発光素子において、 前記発光層と前記高キャリア濃度ｎ+ 層との間に、前記
発光層及び前記高キャリア濃度ｎ+ 層よりも電子濃度の
低いｎ伝導型の３族窒化物半導体から成るｎ層を設けた
ことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記ｎ層は、厚さ500 〜6000Å、キャリア
濃度5 ×1016〜5 ×1017/cm3 のｎ伝導型の３族窒化物
半導体であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒
化物半導体発光素子。 - 【請求項３】前記ｎ層及び前記高キャリア濃度ｎ+ 層は
GaN であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化
物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26792595A JPH0992880A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26792595A JPH0992880A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992880A true JPH0992880A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17451524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26792595A Pending JPH0992880A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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