JPH10144961A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10144961A JPH10144961A JP31017396A JP31017396A JPH10144961A JP H10144961 A JPH10144961 A JP H10144961A JP 31017396 A JP31017396 A JP 31017396A JP 31017396 A JP31017396 A JP 31017396A JP H10144961 A JPH10144961 A JP H10144961A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単一画素で任意の色度（彩度、色相）の光を発
光させ、基板側から光を取り出すこと。 【解決手段】基板１上に、異なる色度の光を発光する第
１発光層３と第２発光層９とが積層され、第１発光層３
は多重量子井戸構造を成している。第１発光層３及び第
２発光層９のそれぞれの結晶比を変化させることで禁制
帯幅を変化させることができるので、発光のピーク波長
を結晶比により変化させることができ、それら発光層３
及び９からの発光の合成光の波長強度特性を所望の特性
とした。よって、単一画素から任意の色度を有する光を
発光させることができる。又、第１発光層３と第２発光
層９との間にはバッファ層６が設けられ、このバッファ
層６により第１発光層３から電極１４側に発光された光
が基板１側に反射されるので、基板１側からの光の取り
出し効率を高めることができる。
光させ、基板側から光を取り出すこと。 【解決手段】基板１上に、異なる色度の光を発光する第
１発光層３と第２発光層９とが積層され、第１発光層３
は多重量子井戸構造を成している。第１発光層３及び第
２発光層９のそれぞれの結晶比を変化させることで禁制
帯幅を変化させることができるので、発光のピーク波長
を結晶比により変化させることができ、それら発光層３
及び９からの発光の合成光の波長強度特性を所望の特性
とした。よって、単一画素から任意の色度を有する光を
発光させることができる。又、第１発光層３と第２発光
層９との間にはバッファ層６が設けられ、このバッファ
層６により第１発光層３から電極１４側に発光された光
が基板１側に反射されるので、基板１側からの光の取り
出し効率を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、白色発光が可能な
３族窒化物半導体を用いた発光素子に関する。
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、サファイア基板上に３族窒化物半導
体を形成した発光素子が知られている。その発光素子は
光の３原色の１つである青色を発光することから、フル
カラーディスプレイ等への応用が期待されている。一
方、白色は人間の色感覚上、好感の持てる色であり、白
色発光の発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が期待されて
いる。そこで、図８に示すようにステム５７上にAlGaIn
P から成る緑色を発光するＬＥＤ５０ａ、５０ｄと、Al
GaInP から成る赤色を発光するＬＥＤ５０ｂと、AlGaIn
N から成る青色を発光するＬＥＤ５０ｃとを配設して樹
脂封止することで各ＬＥＤ５０ａ〜５０ｄから発光する
光の混合により白色発光を得ていた。
体を形成した発光素子が知られている。その発光素子は
光の３原色の１つである青色を発光することから、フル
カラーディスプレイ等への応用が期待されている。一
方、白色は人間の色感覚上、好感の持てる色であり、白
色発光の発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が期待されて
いる。そこで、図８に示すようにステム５７上にAlGaIn
P から成る緑色を発光するＬＥＤ５０ａ、５０ｄと、Al
GaInP から成る赤色を発光するＬＥＤ５０ｂと、AlGaIn
N から成る青色を発光するＬＥＤ５０ｃとを配設して樹
脂封止することで各ＬＥＤ５０ａ〜５０ｄから発光する
光の混合により白色発光を得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、白色の発光を得るためには、青、赤、及び
緑の各色を発光するＬＥＤ５０ａ〜５０ｄをそれぞれ同
一のステム５７上に配置して樹脂封入する必要があるの
で、チップ数が多くなり、製造が複雑になり、コストが
高くなるという問題が存在した。又、３色のＬＥＤ５０
ａ〜５０ｄを平面配置する構成であるので、光の混色性
が低いという問題があった。又、各ＬＥＤ５０ａ〜５０
ｄから発光される光を電極側から取り出す構成であるた
めに、発光輝度が低いという問題があった。
来技術では、白色の発光を得るためには、青、赤、及び
緑の各色を発光するＬＥＤ５０ａ〜５０ｄをそれぞれ同
一のステム５７上に配置して樹脂封入する必要があるの
で、チップ数が多くなり、製造が複雑になり、コストが
高くなるという問題が存在した。又、３色のＬＥＤ５０
ａ〜５０ｄを平面配置する構成であるので、光の混色性
が低いという問題があった。又、各ＬＥＤ５０ａ〜５０
ｄから発光される光を電極側から取り出す構成であるた
めに、発光輝度が低いという問題があった。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記の課題に鑑
み、単一画素で混色性の高い白色光を発光させるＬＥＤ
を実現することであり、特にサファイア基板側から光を
取り出すことによって発光輝度の高いＬＥＤを得ること
である。
み、単一画素で混色性の高い白色光を発光させるＬＥＤ
を実現することであり、特にサファイア基板側から光を
取り出すことによって発光輝度の高いＬＥＤを得ること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に記載の手段を採用することができる。この
手段によると、基板上に、３族窒化物半導体(AlxGa1-x)
yIn1-yN(0 ≦x ≦1;0≦y ≦1)から成り、所定の色度の
光を発光する第１の発光層が形成され、その第１の発光
層から発光される光と異なる色度の光を発光する第２の
発光層が第１の発光層上に積層される。そして、第１及
び第２の発光層からそれぞれ発光される光の合成光を所
望の波長強度特性とし、基板側から合成光が取り出され
る。これにより、単一画素から任意の色度を有する光を
発光させることができ、従来のように、複数個のチッ
プ、又は、複数画素からの光の混合により任意の色度を
得る構成ではないので、製造が簡単となり、製造コスト
を低減することができる。又、各発光層から発光された
光を基板側から取り出すことにより、発光輝度を高める
ことができる。
に請求項１に記載の手段を採用することができる。この
手段によると、基板上に、３族窒化物半導体(AlxGa1-x)
yIn1-yN(0 ≦x ≦1;0≦y ≦1)から成り、所定の色度の
光を発光する第１の発光層が形成され、その第１の発光
層から発光される光と異なる色度の光を発光する第２の
発光層が第１の発光層上に積層される。そして、第１及
び第２の発光層からそれぞれ発光される光の合成光を所
望の波長強度特性とし、基板側から合成光が取り出され
る。これにより、単一画素から任意の色度を有する光を
発光させることができ、従来のように、複数個のチッ
プ、又は、複数画素からの光の混合により任意の色度を
得る構成ではないので、製造が簡単となり、製造コスト
を低減することができる。又、各発光層から発光された
光を基板側から取り出すことにより、発光輝度を高める
ことができる。
【０００６】又、請求項２に記載の手段によれば、第１
及び第２の発光層からそれぞれ発光される光と異なる色
度の光を発光する第３の発光層が第２の発光層上に積層
され、第１、第２及び第３の発光層からそれぞれ発光さ
れる光の合成光を所望の波長強度特性とし、基板側から
光が取り出される。これにより、３つの異なる色度の発
光層を積層するで、任意の色度を得ることができ、請求
項１に記載の手段と同等の効果を得ることができる。
及び第２の発光層からそれぞれ発光される光と異なる色
度の光を発光する第３の発光層が第２の発光層上に積層
され、第１、第２及び第３の発光層からそれぞれ発光さ
れる光の合成光を所望の波長強度特性とし、基板側から
光が取り出される。これにより、３つの異なる色度の発
光層を積層するで、任意の色度を得ることができ、請求
項１に記載の手段と同等の効果を得ることができる。
【０００７】請求項３に記載の手段によれば、少なくと
も第１の発光層から発光される光を基板側に反射する反
射層を設けることにより、光を基板側から効果的に取り
出すことができ、発光素子の発光輝度を高めることがで
きる。
も第１の発光層から発光される光を基板側に反射する反
射層を設けることにより、光を基板側から効果的に取り
出すことができ、発光素子の発光輝度を高めることがで
きる。
【０００８】請求項４に記載の手段によれば、GaAsから
成る反射層を設けることにより、第１の発光層から発光
された光をより効果的に基板側に反射することができ
る。
成る反射層を設けることにより、第１の発光層から発光
された光をより効果的に基板側に反射することができ
る。
【０００９】請求項５に記載の手段によれば、第２の発
光層をAlzGa1-zAs(0≦z ≦1)で構成することにより、第
２の発光層から赤色発光させることができ、第１及び第
２の発光層からそれぞれ発光される光の合成光から所望
の色度を有した発光を得ることができる。
光層をAlzGa1-zAs(0≦z ≦1)で構成することにより、第
２の発光層から赤色発光させることができ、第１及び第
２の発光層からそれぞれ発光される光の合成光から所望
の色度を有した発光を得ることができる。
【００１０】請求項６に記載の手段によれば、第１の発
光層をInx1Ga1-x1N(0 ≦x1≦1)で構成し、第２の発光層
をInX2Ga1-x2N(0 ≦x2≦1;x1＜x2) で構成し、第３の発
光層をInx3Ga1-x3As(0≦x3≦1)で構成することにより、
各発光層から青、緑、及び赤の３色を発光させることが
でき、第１、第２及び第３の発光層からそれぞれ発光さ
れる光の合成光から所望の色度を有した発光を得ること
ができる。
光層をInx1Ga1-x1N(0 ≦x1≦1)で構成し、第２の発光層
をInX2Ga1-x2N(0 ≦x2≦1;x1＜x2) で構成し、第３の発
光層をInx3Ga1-x3As(0≦x3≦1)で構成することにより、
各発光層から青、緑、及び赤の３色を発光させることが
でき、第１、第２及び第３の発光層からそれぞれ発光さ
れる光の合成光から所望の色度を有した発光を得ること
ができる。
【００１１】請求項７に記載の手段によれば、各発光層
のうち少なくとも１つの発光層が多重量子井戸構造とす
ることにより、発光強度をより高めることができると共
に、井戸層の厚さにより発光強度を制御することができ
る。
のうち少なくとも１つの発光層が多重量子井戸構造とす
ることにより、発光強度をより高めることができると共
に、井戸層の厚さにより発光強度を制御することができ
る。
【００１２】請求項８に記載の手段によれば、各発光層
の発光の色度座標の平均値がｘｙ色度図上において所望
の座標となるように各発光層から光を発光することによ
り、所望の波長強度特性が得られる。
の発光の色度座標の平均値がｘｙ色度図上において所望
の座標となるように各発光層から光を発光することによ
り、所望の波長強度特性が得られる。
【００１３】請求項９に記載の手段によれば、各発光層
の発光の色度座標の平均値が、各発光層からの発光の明
度により加重された平均値とすることにより、所望の色
度の合成光が得られる。
の発光の色度座標の平均値が、各発光層からの発光の明
度により加重された平均値とすることにより、所望の色
度の合成光が得られる。
【００１４】請求項１０に記載の手段によれば、所望の
色度座標を、略、等エネルギー白色光の座標（1/3,1/3)
とすることで、１画素で白色光を得ることができる。
色度座標を、略、等エネルギー白色光の座標（1/3,1/3)
とすることで、１画素で白色光を得ることができる。
【００１５】請求項１１に記載の手段によれば、第１及
び第２の発光層が、それぞれの発光の色度座標がｘｙ色
度図上で互いに補色関係にある２点となるように形成さ
れたことで、１画素で白色光を得ることができる。
び第２の発光層が、それぞれの発光の色度座標がｘｙ色
度図上で互いに補色関係にある２点となるように形成さ
れたことで、１画素で白色光を得ることができる。
【００１６】請求項１２に記載の手段によれば、基板に
近い側から禁制帯幅が広くなるように各発光層の混晶比
を設定することで、各発光層からの発光を前方に存在す
る発光層での光吸収を防止することができ、光の取り出
し効率が高くなると共に、色度の制御性が向上する。
尚、各発光層において、Alの混晶比が高くなるほど禁制
帯幅は広くなり、Inの混晶比が高くなるほど禁制帯幅は
狭くなる。
近い側から禁制帯幅が広くなるように各発光層の混晶比
を設定することで、各発光層からの発光を前方に存在す
る発光層での光吸収を防止することができ、光の取り出
し効率が高くなると共に、色度の制御性が向上する。
尚、各発光層において、Alの混晶比が高くなるほど禁制
帯幅は広くなり、Inの混晶比が高くなるほど禁制帯幅は
狭くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】第１実施例 以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
尚、本発明は下記実施例に限定されるものではない。図
１は本発明の第１実施例に係わる発光素子１００の全体
断面構成図を示し、図２、図３及び図４は製造工程順の
断面構成を示している。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上には、順
に、膜厚約0.05μｍのAlN から成るバッファ層１１１、
膜厚約 2μｍ、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２、全膜厚約 5
50ÅのInGaN の多重量子井戸から成る第１発光層３、膜
厚約 350Å, ホール濃度 2×1017/cm,マグネシウム（M
g) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導型のクラッ
ド層４、膜厚約2000Å，マグネシウム（Mg) ドープのGa
N から成るコンタクト層５が形成されている。尚、第１
発光層３は、図２に示すように、In0.08Ga0.92N から成
るバリア層３１とIn0.4Ga0.6N から成る井戸層３２が交
互に５周期で積層されている。
尚、本発明は下記実施例に限定されるものではない。図
１は本発明の第１実施例に係わる発光素子１００の全体
断面構成図を示し、図２、図３及び図４は製造工程順の
断面構成を示している。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上には、順
に、膜厚約0.05μｍのAlN から成るバッファ層１１１、
膜厚約 2μｍ、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２、全膜厚約 5
50ÅのInGaN の多重量子井戸から成る第１発光層３、膜
厚約 350Å, ホール濃度 2×1017/cm,マグネシウム（M
g) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導型のクラッ
ド層４、膜厚約2000Å，マグネシウム（Mg) ドープのGa
N から成るコンタクト層５が形成されている。尚、第１
発光層３は、図２に示すように、In0.08Ga0.92N から成
るバリア層３１とIn0.4Ga0.6N から成る井戸層３２が交
互に５周期で積層されている。
【００１８】そして、コンタクト層５上には順に、GaAs
から成るバッファ層（反射層）６、亜鉛(Zn)ドープのｐ
型のGaAsから成る層７、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のAl0.6G
a0.4Asから成るｐ層８、Al0.3Ga0.7Asから成る第２発光
層９、シリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成
るｎ層１０、シリコン(Si)ドープのｎ型のGaAsから成る
コンタクト層１１が形成されている。又、ｎ+ 層２及び
コンタクト層５上には、それぞれ電極形成領域Ａ及びＢ
が設けられ、これら領域Ａ及びＢ上にAlから成る電極１
２及びAu/Ni から成る電極１３がそれぞれ形成されてい
る。そして、コンタクト層１１の上面全体にNi/AuGe/Ni
/Au から成る電極１４が形成されている。
から成るバッファ層（反射層）６、亜鉛(Zn)ドープのｐ
型のGaAsから成る層７、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のAl0.6G
a0.4Asから成るｐ層８、Al0.3Ga0.7Asから成る第２発光
層９、シリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成
るｎ層１０、シリコン(Si)ドープのｎ型のGaAsから成る
コンタクト層１１が形成されている。又、ｎ+ 層２及び
コンタクト層５上には、それぞれ電極形成領域Ａ及びＢ
が設けられ、これら領域Ａ及びＢ上にAlから成る電極１
２及びAu/Ni から成る電極１３がそれぞれ形成されてい
る。そして、コンタクト層１１の上面全体にNi/AuGe/Ni
/Au から成る電極１４が形成されている。
【００１９】次に、この構造の発光素子１００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 」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、アンモニア(NH3)
、キャリアガス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(C
H3)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(SiH
4)、ジエチル亜鉛(Zn(C2H5)2) （以下、「DEZ 」と記
す）、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）、アルシン(AsH3)及びジメチ
ル亜鉛（以下「DMZ 」と記す) である。
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 」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、アンモニア(NH3)
、キャリアガス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(C
H3)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(SiH
4)、ジエチル亜鉛(Zn(C2H5)2) （以下、「DEZ 」と記
す）、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）、アルシン(AsH3)及びジメチ
ル亜鉛（以下「DMZ 」と記す) である。
【００２０】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MOVPE 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 2liter/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。次
に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を 20liter／分、
NH3 を 10liter／分、TMA を 1.8×10-5モル／分で約90
秒間供給してAlN から成るバッファ層２を約0.05μｍの
厚さに形成した。次に、温度を1150℃に保持し、H2を 2
0liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を 1.7×10-4モ
ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを20
×10-8モル／分で導入し、膜厚約 2.0μｍ、シリコン(S
i)ドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２を形成
した。
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をMOVPE 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 2liter/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。次
に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を 20liter／分、
NH3 を 10liter／分、TMA を 1.8×10-5モル／分で約90
秒間供給してAlN から成るバッファ層２を約0.05μｍの
厚さに形成した。次に、温度を1150℃に保持し、H2を 2
0liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を 1.7×10-4モ
ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを20
×10-8モル／分で導入し、膜厚約 2.0μｍ、シリコン(S
i)ドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２を形成
した。
【００２１】その後、温度を 900℃に保持し、N2又はH2
を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を 1×10-5
モル／分、TMI を 1×10-5モル／分で1.5 分間導入し
て、成長速度35Å/minで、膜厚約35ÅのGaN から成るバ
リア層３１を形成した。次に、700 ℃にて、N2又はH2、
NH3 の供給量を一定として、成長速度10Å/minで、膜厚
約35ÅのIn0.4Ga0.6N から成る井戸層３２を形成した。
このような手順の繰り返しにより、図２に示すように、
バリア層３１と井戸層３２とを交互に、それぞれ６層と
５層だけ積層した厚さ約 550Åの第１発光層３を形成し
た。
を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を 1×10-5
モル／分、TMI を 1×10-5モル／分で1.5 分間導入し
て、成長速度35Å/minで、膜厚約35ÅのGaN から成るバ
リア層３１を形成した。次に、700 ℃にて、N2又はH2、
NH3 の供給量を一定として、成長速度10Å/minで、膜厚
約35ÅのIn0.4Ga0.6N から成る井戸層３２を形成した。
このような手順の繰り返しにより、図２に示すように、
バリア層３１と井戸層３２とを交互に、それぞれ６層と
５層だけ積層した厚さ約 550Åの第１発光層３を形成し
た。
【００２２】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を0.22×10
-4モル／分、TMA を 0.1×10-4モル／分、及びCP2Mg を
0.02×10-4モル／分導入し、膜厚約 350Åのマグネシウ
ム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85N から成るクラッド層４を
形成した。この状態では、クラッド層４は、まだ、抵抗
率 108Ωcm以上の絶縁体である。次に、同じ温度で、N2
又はH2を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を0.
37×10-4モル／分、CP2Mg を0.03×10-4モル／分それぞ
れ導入し、膜厚約2000Åのマグネシウム(Mg)ドープのGa
N から成るコンタクト層５を形成した。この状態では、
コンタクト層５は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体
である。
を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を0.22×10
-4モル／分、TMA を 0.1×10-4モル／分、及びCP2Mg を
0.02×10-4モル／分導入し、膜厚約 350Åのマグネシウ
ム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85N から成るクラッド層４を
形成した。この状態では、クラッド層４は、まだ、抵抗
率 108Ωcm以上の絶縁体である。次に、同じ温度で、N2
又はH2を 20liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を0.
37×10-4モル／分、CP2Mg を0.03×10-4モル／分それぞ
れ導入し、膜厚約2000Åのマグネシウム(Mg)ドープのGa
N から成るコンタクト層５を形成した。この状態では、
コンタクト層５は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体
である。
【００２３】次に、電子線照射装置を用いて、コンタク
ト層５及びクラッド層４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、試料電流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、コ
ンタクト層５及びクラッド層４は、それぞれ、所定のホ
ール濃度を有したｐ伝導型の半導体となった。
ト層５及びクラッド層４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、試料電流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、コ
ンタクト層５及びクラッド層４は、それぞれ、所定のホ
ール濃度を有したｐ伝導型の半導体となった。
【００２４】次に、温度を400 ℃に保持し、キャリアガ
スと共にTMG を1.12×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3
モル／分それぞれ導入し、GaAsから成るバッファ層６を
コンタクト層５上に形成した。次に、温度を700 ℃に上
昇させ、キャリアガスと共にTMG を1.12×10-4モル／
分、AsH3を 5.6×10-3モル／分、DMZ を 2×10-6モル／
分それぞれ導入し、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のGaAsから成
る層７を形成した。次に、温度を同じにして、キャリア
ガスと共にTMG を0.78×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10
-3モル／分、DMZ を 2×10-6モル／分、TMA を0.34×10
-4モル／分それぞれ導入し、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のAl
0.6Ga0.4Asから成るｐ層８を形成した。
スと共にTMG を1.12×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3
モル／分それぞれ導入し、GaAsから成るバッファ層６を
コンタクト層５上に形成した。次に、温度を700 ℃に上
昇させ、キャリアガスと共にTMG を1.12×10-4モル／
分、AsH3を 5.6×10-3モル／分、DMZ を 2×10-6モル／
分それぞれ導入し、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のGaAsから成
る層７を形成した。次に、温度を同じにして、キャリア
ガスと共にTMG を0.78×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10
-3モル／分、DMZ を 2×10-6モル／分、TMA を0.34×10
-4モル／分それぞれ導入し、亜鉛(Zn)ドープのｐ型のAl
0.6Ga0.4Asから成るｐ層８を形成した。
【００２５】次に、温度を同じにして、キャリアガスと
共にTMG を0.95×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3モル
／分、TMA を0.17×10-4モル／分それぞれ導入し、Al
0.3Ga0.7Asから成る第２発光層９を形成した。次に、温
度を同じにして、キャリアガスと共にTMG を0.78×10-4
モル／分、AsH3を 5.6×10-3モル／分、SiH4を 1×10-6
モル／分、TMA を0.34×10-4モル／分それぞれ導入し、
シリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成るｎ層
１０を形成した。次に、温度を同じにして、キャリアガ
スと共にTMG を1.12×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3
モル／分、SiH4を 2×10-6モル／分それぞれ導入し、シ
リコン(Si)ドープのｎ型のGaAsから成るコンタクト層１
１を形成した。
共にTMG を0.95×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3モル
／分、TMA を0.17×10-4モル／分それぞれ導入し、Al
0.3Ga0.7Asから成る第２発光層９を形成した。次に、温
度を同じにして、キャリアガスと共にTMG を0.78×10-4
モル／分、AsH3を 5.6×10-3モル／分、SiH4を 1×10-6
モル／分、TMA を0.34×10-4モル／分それぞれ導入し、
シリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成るｎ層
１０を形成した。次に、温度を同じにして、キャリアガ
スと共にTMG を1.12×10-4モル／分、AsH3を 5.6×10-3
モル／分、SiH4を 2×10-6モル／分それぞれ導入し、シ
リコン(Si)ドープのｎ型のGaAsから成るコンタクト層１
１を形成した。
【００２６】次に、図２に示すように、コンタクト層１
１の上に、Tiを2000Åの厚さに形成し、そのTi層の上に
Niを9000Åの厚さに形成してTi/Ni の金属マスク層１６
を形成した。そして、その金属マスク層１６の上に、フ
ォトレジスト１７を塗布した。そして、フォトリソグラ
フにより、図２に示すように、金属マスク層１６上にお
いて、高キャリア濃度ｎ+ 層２に対する電極形成部位Ａ
' のフォトレジスト１７を除去した。次に、図３に示す
ように、フォトレジスト１７によって覆われていない金
属マスク層１６を酸性エッチング液で除去した。
１の上に、Tiを2000Åの厚さに形成し、そのTi層の上に
Niを9000Åの厚さに形成してTi/Ni の金属マスク層１６
を形成した。そして、その金属マスク層１６の上に、フ
ォトレジスト１７を塗布した。そして、フォトリソグラ
フにより、図２に示すように、金属マスク層１６上にお
いて、高キャリア濃度ｎ+ 層２に対する電極形成部位Ａ
' のフォトレジスト１７を除去した。次に、図３に示す
ように、フォトレジスト１７によって覆われていない金
属マスク層１６を酸性エッチング液で除去した。
【００２７】次に、金属マスク層１６によって覆われて
いない部位Ａ”のコンタクト層１１、ｎ層１０、第２発
光層９、ｐ層８、層７、バッファ層６、コンタクト層
５、クラッド層４及び第１発光層３を、真空度0.04Tor
r、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４に示すように、高キャリア濃
度ｎ+ 層２上に電極形成領域Ａが形成された。そして、
領域Ａの形成と同様の工程によりコンタクト層１１、ｎ
層１０、第２発光層９、ｐ層８、層７及びバッファ層６
をドライエッチングし、コンタクト層５上に電極形成領
域Ｂが形成された。その後、金属マスク層１６を除去し
た。
いない部位Ａ”のコンタクト層１１、ｎ層１０、第２発
光層９、ｐ層８、層７、バッファ層６、コンタクト層
５、クラッド層４及び第１発光層３を、真空度0.04Tor
r、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４に示すように、高キャリア濃
度ｎ+ 層２上に電極形成領域Ａが形成された。そして、
領域Ａの形成と同様の工程によりコンタクト層１１、ｎ
層１０、第２発光層９、ｐ層８、層７及びバッファ層６
をドライエッチングし、コンタクト層５上に電極形成領
域Ｂが形成された。その後、金属マスク層１６を除去し
た。
【００２８】次に、一様にNi/AuGe/Ni/Au から成る層を
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、コンタクト層１１の上に
電極１４を形成した。一方、ｎ+ 層２に対しては、アル
ミニウム(Al)を蒸着して電極１２を形成し、コンタクト
層５に対しては、Au/Ni から成る層を蒸着して電極１３
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に示す構造の発光素子１
００を得た。
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、コンタクト層１１の上に
電極１４を形成した。一方、ｎ+ 層２に対しては、アル
ミニウム(Al)を蒸着して電極１２を形成し、コンタクト
層５に対しては、Au/Ni から成る層を蒸着して電極１３
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に示す構造の発光素子１
００を得た。
【００２９】この構造の発光素子１００は、第１発光層
３からは、ピーク波長490nm の青緑色を発光し、第２発
光層９からは、ピーク波長660nm の赤色を発光した。こ
の発光は、図５に示す色度図において、それぞれＵ点と
Ｖ点とで表され、Ｕ点とＶ点とを結ぶ直線は、座標（1/
3,1/3)の等エネルギー白色点を通る。即ち、Ｖ点の色度
とＵ点の色度とは補色関係にある。よって、この２つの
発光の混合により、白色発光を得ることができると共
に、第１発光層３から電極１４側に発光された光は、バ
ッファ層６により基板１側に反射され、第２発光層９か
ら電極１４側に発光された光は、電極１４により基板１
側に反射されるために、基板１からの光の取り出し効率
をより高めることができる。
３からは、ピーク波長490nm の青緑色を発光し、第２発
光層９からは、ピーク波長660nm の赤色を発光した。こ
の発光は、図５に示す色度図において、それぞれＵ点と
Ｖ点とで表され、Ｕ点とＶ点とを結ぶ直線は、座標（1/
3,1/3)の等エネルギー白色点を通る。即ち、Ｖ点の色度
とＵ点の色度とは補色関係にある。よって、この２つの
発光の混合により、白色発光を得ることができると共
に、第１発光層３から電極１４側に発光された光は、バ
ッファ層６により基板１側に反射され、第２発光層９か
ら電極１４側に発光された光は、電極１４により基板１
側に反射されるために、基板１からの光の取り出し効率
をより高めることができる。
【００３０】尚、より精密な白色発光を得るためには、
Ｖ点発光の明度とＵ点発光の明度とで重み付けして、Ｖ
点の色度座標とＵ点の色度座標とを平均した値が座標
（1/3,1/3)になるように、設計すれば良い。
Ｖ点発光の明度とＵ点発光の明度とで重み付けして、Ｖ
点の色度座標とＵ点の色度座標とを平均した値が座標
（1/3,1/3)になるように、設計すれば良い。
【００３１】即ち、
【数１】｛( ｘV,ｙV ) ・ＭV ＋( ｘU,ｙU ) ・ＭU ｝
／( ＭV ＋ＭU )=（1/3,1/3) 但し、( ｘV,ｙV ) はＶ点の色度座標、( ｘU,ｙU ) は
Ｕ点の色度座標、ＭV, ＭU は、それぞれ、Ｖ点, Ｕ点
の発光の明度である。
／( ＭV ＋ＭU )=（1/3,1/3) 但し、( ｘV,ｙV ) はＶ点の色度座標、( ｘU,ｙU ) は
Ｕ点の色度座標、ＭV, ＭU は、それぞれ、Ｖ点, Ｕ点
の発光の明度である。
【００３２】明度を決める発光強度は、各井戸層３２の
厚さを変化させれば良い。量子井戸構造の場合には、井
戸層の厚さをより薄くすることで発光効率が向上し、発
光強度を増加させることができる。又、第１発光層３及
び第２発光層９の混晶比をそれぞれ変化させることで、
Ｕ点及びＶ点の色度座標をそれぞれ変化させることがで
きる。よって、第１発光層３の発光の色度座標及び明度
と、第２発光層９の発光の色度座標及び明度とが、上記
の数１式を満たすように、それらの混晶比及び厚さを制
御することで、純粋な白色発光を得ることができる。
厚さを変化させれば良い。量子井戸構造の場合には、井
戸層の厚さをより薄くすることで発光効率が向上し、発
光強度を増加させることができる。又、第１発光層３及
び第２発光層９の混晶比をそれぞれ変化させることで、
Ｕ点及びＶ点の色度座標をそれぞれ変化させることがで
きる。よって、第１発光層３の発光の色度座標及び明度
と、第２発光層９の発光の色度座標及び明度とが、上記
の数１式を満たすように、それらの混晶比及び厚さを制
御することで、純粋な白色発光を得ることができる。
【００３３】又、上記の実施例では、発光波長の短い、
即ち、禁制帯幅の広い第１発光層３が、発光波長の長
い、即ち、禁制帯幅の狭い第２発光層９よりも光の取り
出し面（サファイア基板１）側に存在する。このため、
第２発光層９から発光される波長の長い660nm の光は、
第１発光層３で吸収されることなく、外部に放出される
ので、光の取り出し効率を高めることができる。
即ち、禁制帯幅の広い第１発光層３が、発光波長の長
い、即ち、禁制帯幅の狭い第２発光層９よりも光の取り
出し面（サファイア基板１）側に存在する。このため、
第２発光層９から発光される波長の長い660nm の光は、
第１発光層３で吸収されることなく、外部に放出される
ので、光の取り出し効率を高めることができる。
【００３４】又、本実施例では、第１発光層３及び第２
発光層９から発光される発光波長をそれぞれ490nm と66
0nm としたが、上記の数１式の関係が満たされるなら
ば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を得る
ことができる。さらに、数１式の左辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
発光層９から発光される発光波長をそれぞれ490nm と66
0nm としたが、上記の数１式の関係が満たされるなら
ば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を得る
ことができる。さらに、数１式の左辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
【００３５】又、上記実施例では、第１発光層３を多重
量子井戸構造としたが、単一量子井戸で構成しても良
い。即ち、１井戸層毎に混晶比を変化させた量子井戸構
造で第１発光層３を構成しても良い。又、上記実施例で
は、InGaN 半導体で井戸層３２とバリア層３１とを形成
したが、一般式(AlxGa1-x)yIn1-yN(0 ≦x1;0≦y ≦1)を
満たす半導体により井戸層３２とバリア層３１とを形成
しても良い。又、上記実施例では、第２発光層９の組成
をAl0.3Ga0.7Asとしたが、一般式AlzGa1-zAs(0≦z ≦1)
を満たす任意組成比の層を用いることができる。
量子井戸構造としたが、単一量子井戸で構成しても良
い。即ち、１井戸層毎に混晶比を変化させた量子井戸構
造で第１発光層３を構成しても良い。又、上記実施例で
は、InGaN 半導体で井戸層３２とバリア層３１とを形成
したが、一般式(AlxGa1-x)yIn1-yN(0 ≦x1;0≦y ≦1)を
満たす半導体により井戸層３２とバリア層３１とを形成
しても良い。又、上記実施例では、第２発光層９の組成
をAl0.3Ga0.7Asとしたが、一般式AlzGa1-zAs(0≦z ≦1)
を満たす任意組成比の層を用いることができる。
【００３６】第２実施例 上記の第１実施例では第２発光層９の組成をAl0.3Ga0.7
Asとしたが、本実施例では第２発光層をInGaN で構成し
た点が特徴である。図６は、本発明の第２実施例に係わ
る発光素子１０１の構成を示した模式的断面図である。
発光素子１０１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上には、順に、膜厚約0.05μｍのAl
N から成るバッファ層１１１、膜厚約 2μｍ、電子濃度
2×1018/cm3のシリコン(Si)ドープのGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層２、全膜厚約550 ÅのInGaN の多重量
子井戸から成る第１発光層３００、膜厚約350 Å、マグ
ネシウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導
型のクラッド層４、膜厚約5000Å，マグネシウム（Mg)
ドープのGaN から成るコンタクト層５が形成されてい
る。尚、第１発光層３００は、図示しないがGaNから成
るバリア層とIn0.35Ga0.65N から成る井戸層が交互に５
周期で積層されている。そして、コンタクト層５上には
順に、マグネシウム(Mg)ドープのｐ型のAlGaNから成る
層１８、In0.45Ga0.55N から成る第２発光層１９、及び
シリコン(Si)ドープのGaN から成るコンタクト層２０が
形成されている。
Asとしたが、本実施例では第２発光層をInGaN で構成し
た点が特徴である。図６は、本発明の第２実施例に係わ
る発光素子１０１の構成を示した模式的断面図である。
発光素子１０１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上には、順に、膜厚約0.05μｍのAl
N から成るバッファ層１１１、膜厚約 2μｍ、電子濃度
2×1018/cm3のシリコン(Si)ドープのGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層２、全膜厚約550 ÅのInGaN の多重量
子井戸から成る第１発光層３００、膜厚約350 Å、マグ
ネシウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導
型のクラッド層４、膜厚約5000Å，マグネシウム（Mg)
ドープのGaN から成るコンタクト層５が形成されてい
る。尚、第１発光層３００は、図示しないがGaNから成
るバリア層とIn0.35Ga0.65N から成る井戸層が交互に５
周期で積層されている。そして、コンタクト層５上には
順に、マグネシウム(Mg)ドープのｐ型のAlGaNから成る
層１８、In0.45Ga0.55N から成る第２発光層１９、及び
シリコン(Si)ドープのGaN から成るコンタクト層２０が
形成されている。
【００３７】又、ｎ+ 層２及びコンタクト層５上には、
それぞれ電極形成領域Ｃ及びＤが設けられ、これら領域
Ｃ及びＤ上にAlから成る電極１２及びAu/Ni から成る電
極１３がそれぞれ形成されている。そして、コンタクト
層２０の上面全体にAlから成る電極１５が形成されてい
る。
それぞれ電極形成領域Ｃ及びＤが設けられ、これら領域
Ｃ及びＤ上にAlから成る電極１２及びAu/Ni から成る電
極１３がそれぞれ形成されている。そして、コンタクト
層２０の上面全体にAlから成る電極１５が形成されてい
る。
【００３８】この発光素子１０１の製造方法は、第１実
施例と同様に基板１上に順に、バッファ層１１１、ｎ+
層２、第１発光層３００、クラッド層４、コンタクト層
５及び層１８を形成した後に、電子線照射装置を用い
て、層１８、コンタクト層５及びクラッド層４に一様に
電子線を照射してｐ伝導型にする。この後、層１８上に
順に、第２発光層１９及びコンタクト層２０を形成し、
ドライエッチングによりｎ+ 層２及びコンタクト層５上
にそれぞれ電極形成領域Ｃ及びＤを形成する。そして、
第２コンタクト層２０上に電極１４を形成し、電極形成
領域Ｃ及びＤ上にそれぞれ電極１２及び１３を形成す
る。このようにして図６に示される断面構成の発光素子
１０１が得られる。
施例と同様に基板１上に順に、バッファ層１１１、ｎ+
層２、第１発光層３００、クラッド層４、コンタクト層
５及び層１８を形成した後に、電子線照射装置を用い
て、層１８、コンタクト層５及びクラッド層４に一様に
電子線を照射してｐ伝導型にする。この後、層１８上に
順に、第２発光層１９及びコンタクト層２０を形成し、
ドライエッチングによりｎ+ 層２及びコンタクト層５上
にそれぞれ電極形成領域Ｃ及びＤを形成する。そして、
第２コンタクト層２０上に電極１４を形成し、電極形成
領域Ｃ及びＤ上にそれぞれ電極１２及び１３を形成す
る。このようにして図６に示される断面構成の発光素子
１０１が得られる。
【００３９】この構造の発光素子１０１は、第１発光層
３００からは、ピーク波長470nm の青色を発光し、第２
発光層１９からは、ピーク波長570nm の黄緑色を発光し
た。この発光は、図示しないが色度図において２つの座
標点で表され、その各点間を結ぶ直線は、座標（1/3,1/
3)の等エネルギー白色点を通る。即ち、これら２点は互
いに補色関係にある。よって、この２つの発光の混合に
より、白色発光を得ることができる。又、第１発光層３
００及び第２発光層１９から電極１５側に発光されたそ
れぞれの光は、電極１５により基板１側に反射されるの
で、基板１側から光を効果的に取り出すことができる。
又、基板１側より光を取り出すことにより、発光波長の
短い第１発光層３００が基板１側に配置されているの
で、第２発光層１９から発光される発光波長の長い光は
第１発光層３００で吸収されることがなく、光の取り出
し効率を高めることができる。このように第２発光層１
９をIn0.45Ga0.55N で構成することで第１実施例と同等
の効果を得ることができる。
３００からは、ピーク波長470nm の青色を発光し、第２
発光層１９からは、ピーク波長570nm の黄緑色を発光し
た。この発光は、図示しないが色度図において２つの座
標点で表され、その各点間を結ぶ直線は、座標（1/3,1/
3)の等エネルギー白色点を通る。即ち、これら２点は互
いに補色関係にある。よって、この２つの発光の混合に
より、白色発光を得ることができる。又、第１発光層３
００及び第２発光層１９から電極１５側に発光されたそ
れぞれの光は、電極１５により基板１側に反射されるの
で、基板１側から光を効果的に取り出すことができる。
又、基板１側より光を取り出すことにより、発光波長の
短い第１発光層３００が基板１側に配置されているの
で、第２発光層１９から発光される発光波長の長い光は
第１発光層３００で吸収されることがなく、光の取り出
し効率を高めることができる。このように第２発光層１
９をIn0.45Ga0.55N で構成することで第１実施例と同等
の効果を得ることができる。
【００４０】本実施例では、第１発光層３００及び第２
発光層１９から発光される発光波長をそれぞれ470nm と
570nm としたが、前述の数１式の関係が満たされるなら
ば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を得る
ことができる。さらに、数１式の左辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
発光層１９から発光される発光波長をそれぞれ470nm と
570nm としたが、前述の数１式の関係が満たされるなら
ば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を得る
ことができる。さらに、数１式の左辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
【００４１】本実施例では、第１発光層３００を多重量
子井戸構造としたが、単一量子井戸で構成しても良い。
即ち、１井戸層毎に混晶比を変化させた量子井戸構造で
第１発光層３００を構成しても良い。又、上記実施例で
は、InGaN 半導体で井戸層とバリア層とを形成したが、
一般式(AlxGa1-x)yIn1-yN(0 ≦x1;0≦y ≦1)を満たす半
導体により井戸層とバリア層とを形成しても良い。
子井戸構造としたが、単一量子井戸で構成しても良い。
即ち、１井戸層毎に混晶比を変化させた量子井戸構造で
第１発光層３００を構成しても良い。又、上記実施例で
は、InGaN 半導体で井戸層とバリア層とを形成したが、
一般式(AlxGa1-x)yIn1-yN(0 ≦x1;0≦y ≦1)を満たす半
導体により井戸層とバリア層とを形成しても良い。
【００４２】又、上記各実施例では、井戸層を不純物無
添加としたが、シリコン等のドナー不純物や、亜鉛等の
アクセプタ不純物、その他、２族、４族、６族元素を不
純物として添加しても良い。又、井戸層にドナー不純物
とアクセプタ不純物とを共に添加しても良い。
添加としたが、シリコン等のドナー不純物や、亜鉛等の
アクセプタ不純物、その他、２族、４族、６族元素を不
純物として添加しても良い。又、井戸層にドナー不純物
とアクセプタ不純物とを共に添加しても良い。
【００４３】上記各実施例において、バリア層は無添加
で、井戸層について、ドナー不純物（例えば、シリコ
ン）とアクセプタ不純物（例えば、亜鉛）を交互に添加
しても良い。さらに、井戸層にドナー不純物（例えば、
シリコン）を添加し、バリア層にアクセプタ不純物（例
えば、亜鉛）を添加しても良いし、逆に、井戸層にアク
セプタ不純物を添加し、バリア層にドナー不純物を添加
しても良い。これらの不純物分布に関する特徴は、井戸
層及びバリア層の混晶比と共に発光波長を変化させるこ
とができる。尚、井戸層、バリア層は、ｎ型でもｐ型で
も半絶縁性でも良い。
で、井戸層について、ドナー不純物（例えば、シリコ
ン）とアクセプタ不純物（例えば、亜鉛）を交互に添加
しても良い。さらに、井戸層にドナー不純物（例えば、
シリコン）を添加し、バリア層にアクセプタ不純物（例
えば、亜鉛）を添加しても良いし、逆に、井戸層にアク
セプタ不純物を添加し、バリア層にドナー不純物を添加
しても良い。これらの不純物分布に関する特徴は、井戸
層及びバリア層の混晶比と共に発光波長を変化させるこ
とができる。尚、井戸層、バリア層は、ｎ型でもｐ型で
も半絶縁性でも良い。
【００４４】上記各実施例において、クラッド層４の厚
さは 2nm〜70nmが望ましい。クラッド層４の厚さが 2nm
よりも薄いと、キャリアの閉じ込め効果が低下するため
発光効率が低下するので望ましくない。又、上記各実施
例において、コンタクト層５の厚さは 2nm〜500nm が望
ましい。コンタクト層５の厚さが 2nmよりも薄いと、注
入されるホール数が減少するので発光効率が低下すると
共に、オーミック性が悪くなり接触抵抗が増大するので
望ましくない。又、各層が上記の上限厚さを越えると、
発光層がその成長温度以上に曝される時間が長くなり発
光層の結晶性の改善効果が低下するので望ましくない。
さは 2nm〜70nmが望ましい。クラッド層４の厚さが 2nm
よりも薄いと、キャリアの閉じ込め効果が低下するため
発光効率が低下するので望ましくない。又、上記各実施
例において、コンタクト層５の厚さは 2nm〜500nm が望
ましい。コンタクト層５の厚さが 2nmよりも薄いと、注
入されるホール数が減少するので発光効率が低下すると
共に、オーミック性が悪くなり接触抵抗が増大するので
望ましくない。又、各層が上記の上限厚さを越えると、
発光層がその成長温度以上に曝される時間が長くなり発
光層の結晶性の改善効果が低下するので望ましくない。
【００４５】上記各実施例において、クラッド層４のホ
ール濃度は1 ×1017〜 1×1018／cm3 が望ましい。ホー
ル濃度が 1×1018／cm3 以上となると、不純物濃度が高
くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ましく
なく、 1×1017／cm3 以下となると、直列抵抗が高くな
り過ぎるので望ましくない。
ール濃度は1 ×1017〜 1×1018／cm3 が望ましい。ホー
ル濃度が 1×1018／cm3 以上となると、不純物濃度が高
くなり結晶性が低下し発光効率が低下するので望ましく
なく、 1×1017／cm3 以下となると、直列抵抗が高くな
り過ぎるので望ましくない。
【００４６】第３実施例 上記の第１及び第２実施例では異なる色度の光を発光す
る２つの発光層を備えた構成としたが、本実施例では異
なる色度の光を発光する発光層を３つ備えた点が特徴で
ある。図７は、本発明の第３実施例に係わる発光素子１
０２の構成を示した模式的断面図である。発光素子１０
２は、サファイア基板１を有しており、その基板１上に
は順に、膜厚約0.05μｍのAlN から成るバッファ層１１
１、膜厚約 2μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン(S
i)ドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２、膜厚
約35ÅのIn0.35Ga0.65N から成る第１発光層２３、膜厚
約35ÅのGaN から成る層２４、膜厚約500 Åのマグネシ
ウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導型の
層２５、膜厚約5000Åのマグネシウム（Mg) ドープのGa
N から成るｐ伝導型のコンタクト層２６が形成されてい
る。
る２つの発光層を備えた構成としたが、本実施例では異
なる色度の光を発光する発光層を３つ備えた点が特徴で
ある。図７は、本発明の第３実施例に係わる発光素子１
０２の構成を示した模式的断面図である。発光素子１０
２は、サファイア基板１を有しており、その基板１上に
は順に、膜厚約0.05μｍのAlN から成るバッファ層１１
１、膜厚約 2μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン(S
i)ドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層２、膜厚
約35ÅのIn0.35Ga0.65N から成る第１発光層２３、膜厚
約35ÅのGaN から成る層２４、膜厚約500 Åのマグネシ
ウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N から成るｐ伝導型の
層２５、膜厚約5000Åのマグネシウム（Mg) ドープのGa
N から成るｐ伝導型のコンタクト層２６が形成されてい
る。
【００４７】このコンタクト層２６上には順に、膜厚約
500 Åのマグネシウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N か
ら成るｐ伝導型の層２７、膜厚約35ÅのGaN から成る層
２８、膜厚約35ÅのIn0.45Ga0.55N から成る第２発光層
２９、膜厚約5000Åのシリコン(Si)ドープのGaN から成
るｎ伝導型のコンタクト層３０が形成されている。そし
て、コンタクト層３０上には順に、膜厚約2000ÅのGaAs
から成るバッファ層３１、膜厚約5000Åのシリコン(Si)
ドープのGaAsから成るｎ伝導型の層３２、膜厚約2000Å
のシリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成るｎ
伝導型の層３３、膜厚約1000ÅのAl0.3Ga0.7Asから成る
第３発光層３４、膜厚約2000Åの亜鉛(Zn)ドープのAl
0.6Ga0.4Asから成るｐ伝導型の層３５、膜厚約5000Åの
亜鉛(Zn)ドープのｐ伝導型のGaAsから成るコンタクト層
３６が形成されている。
500 Åのマグネシウム（Mg) ドープのAl0.15Ga0.85N か
ら成るｐ伝導型の層２７、膜厚約35ÅのGaN から成る層
２８、膜厚約35ÅのIn0.45Ga0.55N から成る第２発光層
２９、膜厚約5000Åのシリコン(Si)ドープのGaN から成
るｎ伝導型のコンタクト層３０が形成されている。そし
て、コンタクト層３０上には順に、膜厚約2000ÅのGaAs
から成るバッファ層３１、膜厚約5000Åのシリコン(Si)
ドープのGaAsから成るｎ伝導型の層３２、膜厚約2000Å
のシリコン(Si)ドープのｎ型のAl0.6Ga0.4Asから成るｎ
伝導型の層３３、膜厚約1000ÅのAl0.3Ga0.7Asから成る
第３発光層３４、膜厚約2000Åの亜鉛(Zn)ドープのAl
0.6Ga0.4Asから成るｐ伝導型の層３５、膜厚約5000Åの
亜鉛(Zn)ドープのｐ伝導型のGaAsから成るコンタクト層
３６が形成されている。
【００４８】又、ｎ+ 層２、コンタクト層２６及び３０
上には、それぞれ電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧが設けら
れ、これら領域Ｅ、Ｆ及びＧ上にAlから成る電極３７、
Ni/Auから成る電極３８及びAlから成る電極３９がそれ
ぞれ形成されている。そして、コンタクト層３６の上面
全体にAu/AuZn から成る電極４０が形成されている。
上には、それぞれ電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧが設けら
れ、これら領域Ｅ、Ｆ及びＧ上にAlから成る電極３７、
Ni/Auから成る電極３８及びAlから成る電極３９がそれ
ぞれ形成されている。そして、コンタクト層３６の上面
全体にAu/AuZn から成る電極４０が形成されている。
【００４９】この発光素子１０２の製造方法は、第１及
び第２実施例と同様に基板１上に順に、バッファ層１１
１、ｎ+ 層２、第１発光層２３、層２４、層２５、コン
タクト層２６及び層２７を形成した後に、電子線照射装
置を用いて、層２７、コンタクト層２６及び層２５に一
様に電子線を照射してｐ伝導型にする。この後、層２７
上に順に、層２８、第２発光層２９、コンタクト層３
０、バッファ層３１、層３２、層３３、第３発光層３
４、層３５及びコンタクト層３６を形成する。そして、
ドライエッチングにより電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧをそ
れぞれ形成し、コンタクト層３６上に電極４０を形成
し、電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧ上にそれぞれ電極３７、
３８及び３９を形成する。このようにして図７に示され
る断面構成の発光素子１０２が得られる。
び第２実施例と同様に基板１上に順に、バッファ層１１
１、ｎ+ 層２、第１発光層２３、層２４、層２５、コン
タクト層２６及び層２７を形成した後に、電子線照射装
置を用いて、層２７、コンタクト層２６及び層２５に一
様に電子線を照射してｐ伝導型にする。この後、層２７
上に順に、層２８、第２発光層２９、コンタクト層３
０、バッファ層３１、層３２、層３３、第３発光層３
４、層３５及びコンタクト層３６を形成する。そして、
ドライエッチングにより電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧをそ
れぞれ形成し、コンタクト層３６上に電極４０を形成
し、電極形成領域Ｅ、Ｆ及びＧ上にそれぞれ電極３７、
３８及び３９を形成する。このようにして図７に示され
る断面構成の発光素子１０２が得られる。
【００５０】３つの異なる色度の発光では、各発光は色
度図上において３つの座標点で表され、各座標点を直線
で結んだ三角形の内部に存在する任意の色度の光を得る
ことができる。ここで、得たい光の色度座標を( ｘO,ｙ
O ) 、色度Ｔ，色度Ｒ，色度Ｓの座標と明度を、それぞ
れ、( ｘT,ｙT ) 、( ｘR,ｙR ) 、( ｘS,ｙS ) 、ＭT,
ＭR,ＭS とすれば、次式を満たすように、各発光点の色
度、明度を設定すれば良い。
度図上において３つの座標点で表され、各座標点を直線
で結んだ三角形の内部に存在する任意の色度の光を得る
ことができる。ここで、得たい光の色度座標を( ｘO,ｙ
O ) 、色度Ｔ，色度Ｒ，色度Ｓの座標と明度を、それぞ
れ、( ｘT,ｙT ) 、( ｘR,ｙR ) 、( ｘS,ｙS ) 、ＭT,
ＭR,ＭS とすれば、次式を満たすように、各発光点の色
度、明度を設定すれば良い。
【００５１】
【数２】( ｘO,ｙO ) ＝｛( ｘT,ｙT ) ・ＭT ＋( ｘR,
ｙR ) ・ＭR＋( ｘS,ｙS ) ・ＭS ｝／( ＭT ＋ＭR ＋
ＭS )
ｙR ) ・ＭR＋( ｘS,ｙS ) ・ＭS ｝／( ＭT ＋ＭR ＋
ＭS )
【００５２】尚、各点での発光の輝度をＩT,ＩR,ＩS と
する時、ＭT ＝ＩT ／ｙT ，ＭR ＝ＩR ／ｙR ,ＭS ＝
ＩS ／ｙS でもある。本実施例における発光素子１０２
は、第１発光層２３からは、ピーク波長480nm の青色を
発光し、第２発光層２９からは、ピーク波長570nm の黄
緑色を発光し、第３発光層３４からは、ピーク波長660n
m の赤色を発光した。そして、それら発光の式度座標の
平均値が（1/3,1/3)となり、その合成光から白色光を得
ることができた。又、第１発光層２３及び第２発光層２
９から電極４０側に発光された光は、バッファ層３１に
より基板１側に反射され、又、第３発光層３４から電極
４０側に発光された光は、電極４０により基板１側に反
射されるために、基板１からの光の取り出し効率をより
高めることができた。又、基板１側より光を取り出すこ
とにより、第３発光層３４より発光波長の短い第２発光
層２９が基板２１側に配置され、第２発光層２９より発
光波長の短い第１発光層３００が基板１側に配置されて
いるので、第２発光層１９及び第３発光層３４から発光
される光はそれぞれ前方に位置する発光層で吸収される
ことがなく、光の取り出し効率を高くすることができ
る。このように３つの発光層を設けることで第１及び第
２実施例と同等の効果を得ることができる。
する時、ＭT ＝ＩT ／ｙT ，ＭR ＝ＩR ／ｙR ,ＭS ＝
ＩS ／ｙS でもある。本実施例における発光素子１０２
は、第１発光層２３からは、ピーク波長480nm の青色を
発光し、第２発光層２９からは、ピーク波長570nm の黄
緑色を発光し、第３発光層３４からは、ピーク波長660n
m の赤色を発光した。そして、それら発光の式度座標の
平均値が（1/3,1/3)となり、その合成光から白色光を得
ることができた。又、第１発光層２３及び第２発光層２
９から電極４０側に発光された光は、バッファ層３１に
より基板１側に反射され、又、第３発光層３４から電極
４０側に発光された光は、電極４０により基板１側に反
射されるために、基板１からの光の取り出し効率をより
高めることができた。又、基板１側より光を取り出すこ
とにより、第３発光層３４より発光波長の短い第２発光
層２９が基板２１側に配置され、第２発光層２９より発
光波長の短い第１発光層３００が基板１側に配置されて
いるので、第２発光層１９及び第３発光層３４から発光
される光はそれぞれ前方に位置する発光層で吸収される
ことがなく、光の取り出し効率を高くすることができ
る。このように３つの発光層を設けることで第１及び第
２実施例と同等の効果を得ることができる。
【００５３】本実施例では、第１発光層２３の組成をIn
0.35Ga0.65Nとしたが、一般式Inx1Ga1-x1(0≦x1≦1)を
満たす任意組成比の層を用いることができる。又、本実
施例では、第２発光層１９の組成をIn0.45Ga0.55N とし
たが、一般式InX2Ga1-x2(0≦x2≦1;x1＜x2) を満たす任
意組成比の層を用いることができ、第３発光層３４の組
成をAl0.3Ga0.7Asとしたが、一般式Inx3Ga1-x3(0≦x3≦
1)を満たす任意組成比の層を用いることができる。
0.35Ga0.65Nとしたが、一般式Inx1Ga1-x1(0≦x1≦1)を
満たす任意組成比の層を用いることができる。又、本実
施例では、第２発光層１９の組成をIn0.45Ga0.55N とし
たが、一般式InX2Ga1-x2(0≦x2≦1;x1＜x2) を満たす任
意組成比の層を用いることができ、第３発光層３４の組
成をAl0.3Ga0.7Asとしたが、一般式Inx3Ga1-x3(0≦x3≦
1)を満たす任意組成比の層を用いることができる。
【００５４】尚、本実施例において、各発光層２３、２
９及び３４から発光される光の波長は上記に示される値
に限定されるものではなく、数２式の関係が満たされる
ならば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を
得ることができる。又、数２式の右辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
９及び３４から発光される光の波長は上記に示される値
に限定されるものではなく、数２式の関係が満たされる
ならば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を
得ることができる。又、数２式の右辺が得たい光の色度
座標と等しくなるように、各発光層の混晶比や厚さを決
定することで、所望の色度の光を得ることができる。
【００５５】上記各実施例では、基板としてサファイア
を用いたがSiC 、MgAl2O4 等を用いることができる。
又、GaN、InGaN、AlGaN から成る各層は、任意組成比の
(Alx Ga1-x)yIn1-yN(0 ≦x ≦1;0 ≦y ≦1)から成る３
族窒化物半導体を用いることができる。
を用いたがSiC 、MgAl2O4 等を用いることができる。
又、GaN、InGaN、AlGaN から成る各層は、任意組成比の
(Alx Ga1-x)yIn1-yN(0 ≦x ≦1;0 ≦y ≦1)から成る３
族窒化物半導体を用いることができる。
【００５６】上記に示されるように、本発明によれば、
基板上に異なる色度の光を発光する複数の発光層を積層
し、各発光層から発光される光の合成光を所望の波長強
度特性として基板側から取り出すことにより、単一画素
から任意に色度を有する光を高輝度発光させることがで
きると共に、発光素子の製造コストを低減させることが
できる。又、反射層を用いて発光層から発光された光を
基板側に反射させることにより、発光素子の発光輝度を
より高めることができる。
基板上に異なる色度の光を発光する複数の発光層を積層
し、各発光層から発光される光の合成光を所望の波長強
度特性として基板側から取り出すことにより、単一画素
から任意に色度を有する光を高輝度発光させることがで
きると共に、発光素子の製造コストを低減させることが
できる。又、反射層を用いて発光層から発光された光を
基板側に反射させることにより、発光素子の発光輝度を
より高めることができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る発光素子の構成を示
した模式的断面図。
した模式的断面図。
【図２】本発明の第１実施例に係る発光素子の製造方法
を示した説明図。
を示した説明図。
【図３】本発明の第１実施例に係る発光素子の製造方法
を示した説明図。
を示した説明図。
【図４】本発明の第１実施例に係る発光素子の製造方法
を示した説明図。
を示した説明図。
【図５】本発明の第１実施例に係わる発光素子の色度の
合成を示した説明図。
合成を示した説明図。
【図６】本発明の第２実施例に係わる発光素子の構成を
示した模式的断面図。
示した模式的断面図。
【図７】本発明の第３実施例に係わる発光素子の構成を
示した模式的断面図。
示した模式的断面図。
【図８】従来の発光素子の構成を示した模式的平面図。
１…サファイア基板 ２…高キャリア濃度ｎ+ 層 ３…第１発光層 ３１…井戸層 ３２…バリア層 ４…クラッド層 ５、１１…コンタクト層 ６…バッファ層 ８…ｐ層 ９…第２発光層 １０…ｎ層 １２〜１４…電極 １５…パッド １００…発光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 梅崎 潤一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 湧口 光雄 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 伊藤 健治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加地 徹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 冨田 一義 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小澤 隆弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (12)
- 【請求項１】 基板上に形成され、３族窒化物半導体(A
lxGa1-x)yIn1-yN(0 ≦x ≦1;0 ≦y ≦1)から成り、所定
の色度の光を発光する第１の発光層と、 該第１の発光層から発光される光と異なる色度の光を発
光し、前記第１の発光層上に積層された第２の発光層と
を備え、 前記第１及び第２の発光層からそれぞれ発光される光の
合成光を所望の波長強度特性とし、前記基板側から前記
合成光を取り出したことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１及び第２の発光層からそれぞれ
発光される光と異なる色度の光を発光し、前記第２の発
光層上に積層された第３の発光層を備え、 前記第１、第２及び第３の発光層からそれぞれ発光され
る光の合成光を所望の波長強度特性とし、前記基板側か
ら前記合成光を取り出したことを特徴とする請求項１に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 少なくとも前記第１の発光層から発光さ
れる光を前記基板側に反射する反射層が設けられたこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記反射層はGaAsから成ることを特徴と
する請求項３に記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記第２の発光層がAlzGa1-zAs(0≦z ≦
1)から成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体発
光素子。 - 【請求項６】 前記第１の発光層がInx1Ga1-x1N(0 ≦x1
≦1)から成り、前記第２の発光層がInX2Ga1-x2N(0≦x2
≦1;x1＜x2) から成り、前記第３の発光層がInx3Ga1-x3
As(0≦x3≦1)から成ることを特徴とする請求項２に記載
の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記各発光層のうち少なくとも１つの前
記発光層が多重量子井戸構造から成ることを特徴とする
請求項１又は２に記載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記各発光層の発光の色度座標の平均値
が、ｘｙ色度図上において所望の座標となるように形成
されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体
発光素子。 - 【請求項９】 前記平均値は、前記各発光層からの発光
の明度により加重された平均値であることを特徴とする
請求項８に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記所望の座標は、略、等エネルギー
白色光の座標（1/3,1/3)としたことを特徴とする請求項
８又は９に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】 前記第１及び第２の発光層は、それぞ
れの発光の色度座標がｘｙ色度図上で互いに補色関係に
ある２点となるように形成されたことを特徴とする請求
項８に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 前記各発光層は、前記基板に近い側か
ら禁制帯幅が広くなるように混晶比が設定されているこ
とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の半
導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31017396A JPH10144961A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31017396A JPH10144961A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003164330A Division JP2003332619A (ja) | 2003-06-09 | 2003-06-09 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10144961A true JPH10144961A (ja) | 1998-05-29 |
Family
ID=18002059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31017396A Pending JPH10144961A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10144961A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002056391A1 (fr) * | 2001-01-10 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif electroluminescent |
| US7042153B2 (en) | 2002-02-12 | 2006-05-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light emitting element |
| JP4851648B2 (ja) * | 1999-01-25 | 2012-01-11 | 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 | 混色の電磁放射を発生させる半導体コンポーネント |
| JP2013175674A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nano Material Kenkyusho:Kk | 半導体デバイス |
| EP2365528A3 (en) * | 2010-03-09 | 2014-05-07 | LG Innotek Co., Ltd. | Two light emitting diodes stacked in an n-p-n arrangement and LED package comprising the same |
-
1996
- 1996-11-05 JP JP31017396A patent/JPH10144961A/ja active Pending
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| WO2002056391A1 (fr) * | 2001-01-10 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif electroluminescent |
| EP1357609A1 (en) * | 2001-01-10 | 2003-10-29 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light emitting device |
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