JPH10173223A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製法Info
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- JPH10173223A JPH10173223A JP32633596A JP32633596A JPH10173223A JP H10173223 A JPH10173223 A JP H10173223A JP 32633596 A JP32633596 A JP 32633596A JP 32633596 A JP32633596 A JP 32633596A JP H10173223 A JPH10173223 A JP H10173223A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダブルヘテロ接合構造の半導体発光素子にお
いて、発光層の結晶構造を損なわない構造とすることに
より、電子の移動度を向上させて発光効率の優れた半導
体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１上にｎ形層３とｐ形層５とにより
挟持される発光層４を有する半導体発光素子であって、
前記発光層が、発光波長を定める第１の半導体層４ａ
と、該第１の半導体層のバンドギャップエネルギーより
大きいバンドギャップエネルギーを有する第２の半導体
層４ｂとの積層体からなっている。
いて、発光層の結晶構造を損なわない構造とすることに
より、電子の移動度を向上させて発光効率の優れた半導
体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板１上にｎ形層３とｐ形層５とにより
挟持される発光層４を有する半導体発光素子であって、
前記発光層が、発光波長を定める第１の半導体層４ａ
と、該第１の半導体層のバンドギャップエネルギーより
大きいバンドギャップエネルギーを有する第２の半導体
層４ｂとの積層体からなっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はダブルヘテロ接合構
造の半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、格子定
数の異なる半導体層により発光層が挟持されても発光層
に歪みが生じない構造の半導体発光素子に関する。
造の半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、格子定
数の異なる半導体層により発光層が挟持されても発光層
に歪みが生じない構造の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、たとえば青色系の光を発光する半
導体発光素子は、図２に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層２２と、高温でｎ形のＧａＮが
エピタキシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３
と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより
も小さくなる材料、たとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ
≦０.５）からなる発光層（活性層）２４と、ｐ形のＧ
ａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とからなり、そ
の表面にｐ側（上部）電極２８が設けられ、積層された
半導体層の一部がエッチングされて露出したｎ形層２３
の表面にｎ側（下部）電極２９が設けられることにより
形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層２５は
キャリアの閉じ込め効果を向上させるため、発光層２３
側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得る
ことを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用いられ
ることが多い。
導体発光素子は、図２に示されるような構造になってい
る。すなわち、サファイア基板２１上にたとえばＧａＮ
からなる低温バッファ層２２と、高温でｎ形のＧａＮが
エピタキシャル成長されたｎ形層（クラッド層）２３
と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれより
も小さくなる材料、たとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ
≦０.５）からなる発光層（活性層）２４と、ｐ形のＧ
ａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とからなり、そ
の表面にｐ側（上部）電極２８が設けられ、積層された
半導体層の一部がエッチングされて露出したｎ形層２３
の表面にｎ側（下部）電極２９が設けられることにより
形成されている。なお、ｎ形層２３およびｐ形層２５は
キャリアの閉じ込め効果を向上させるため、発光層２３
側にＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの比率が種々変わり得る
ことを意味する、以下同じ）化合物半導体層が用いられ
ることが多い。
【０００３】この構造で、発光層２４に用いられる材料
のバンドギャップエネルギーにより、その発光波長が定
まる。すなわち発光層２４として、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを
用いれば、Ｉｎの混晶比率ｘが大きくなれば（バンドギ
ャップエネルギーが小さくなる）発光波長が長くなり、
ｘが小さくなる（バンドギャップエネルギーが大きくな
る）と発光波長が短くなる。したがって、発光波長が４
５０ｎｍ程度の青色（Ｉｎの混晶比率ｘが０.４程度で
青色になるが、０.２程度でＺｎをドープしてもよい）
から緑色程度（ｘが０.５程度）までを発光させる場合
にＩｎＧａＮ系の化合物半導体が用いられる。またそれ
より波長の短い光を発光させる場合には、発光層として
ＧａＮや、ＡｌＧａＮ系化合物半導体なども使用され
る。
のバンドギャップエネルギーにより、その発光波長が定
まる。すなわち発光層２４として、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎを
用いれば、Ｉｎの混晶比率ｘが大きくなれば（バンドギ
ャップエネルギーが小さくなる）発光波長が長くなり、
ｘが小さくなる（バンドギャップエネルギーが大きくな
る）と発光波長が短くなる。したがって、発光波長が４
５０ｎｍ程度の青色（Ｉｎの混晶比率ｘが０.４程度で
青色になるが、０.２程度でＺｎをドープしてもよい）
から緑色程度（ｘが０.５程度）までを発光させる場合
にＩｎＧａＮ系の化合物半導体が用いられる。またそれ
より波長の短い光を発光させる場合には、発光層として
ＧａＮや、ＡｌＧａＮ系化合物半導体なども使用され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ダブル
ヘテロ接合構造では、発光層が格子定数の異なる半導体
層により挟持される。とくにＩｎＧａＮ系化合物半導体
層は、層厚が大きくなるほど結晶構造が不安定となりや
すく、格子定数の異なる半導体層により挟持されている
と、結晶格子のズレが生じやすく、クラックが入った
り、電流が流れにくくなったりする。そのため、発光効
率が低下するという問題がある。
ヘテロ接合構造では、発光層が格子定数の異なる半導体
層により挟持される。とくにＩｎＧａＮ系化合物半導体
層は、層厚が大きくなるほど結晶構造が不安定となりや
すく、格子定数の異なる半導体層により挟持されている
と、結晶格子のズレが生じやすく、クラックが入った
り、電流が流れにくくなったりする。そのため、発光効
率が低下するという問題がある。
【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、ダブルヘテロ接合構造の半導体発光素
子において、発光層の結晶構造を損なわない構造とする
ことにより、電子の移動度を向上させて発光効率の優れ
た半導体発光素子を提供することを目的とする。
なされたもので、ダブルヘテロ接合構造の半導体発光素
子において、発光層の結晶構造を損なわない構造とする
ことにより、電子の移動度を向上させて発光効率の優れ
た半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板上にｎ形層とｐ形層とにより挟持される発
光層を有し、前記発光層が、発光波長を定める第１の半
導体層と、該第１の半導体層のバンドギャップエネルギ
ーより大きいバンドギャップエネルギーを有する第２の
半導体層との積層体からなっている。この構造にするこ
とにより、たとえば第１および第２の半導体層の積層を
それぞれ１０層程度にすれば１層当たり５〜１０ｎｍ以
下とすることができ、歪みの蓄積が生じない。すなわ
ち、歪みの蓄積が生じないうちに別の組成の半導体層に
なるため、全体的に歪みの少ない発光層となる。この積
層される半導体層のそれぞれの厚さは、１０ｎｍ以下程
度の厚さであれば歪みの蓄積が生じ難く、第１の半導体
層が２層でも効果が生じる。一方、発光層の発光波長を
支配するのは、発光層のバンドギャップエネルギーの一
番小さい半導体層であるため、第１の半導体層により発
光波長が定まり、それよりバンドギャップの大きい第２
の半導体層は、発光波長に何等の影響を及ぼさない。
素子は、基板上にｎ形層とｐ形層とにより挟持される発
光層を有し、前記発光層が、発光波長を定める第１の半
導体層と、該第１の半導体層のバンドギャップエネルギ
ーより大きいバンドギャップエネルギーを有する第２の
半導体層との積層体からなっている。この構造にするこ
とにより、たとえば第１および第２の半導体層の積層を
それぞれ１０層程度にすれば１層当たり５〜１０ｎｍ以
下とすることができ、歪みの蓄積が生じない。すなわ
ち、歪みの蓄積が生じないうちに別の組成の半導体層に
なるため、全体的に歪みの少ない発光層となる。この積
層される半導体層のそれぞれの厚さは、１０ｎｍ以下程
度の厚さであれば歪みの蓄積が生じ難く、第１の半導体
層が２層でも効果が生じる。一方、発光層の発光波長を
支配するのは、発光層のバンドギャップエネルギーの一
番小さい半導体層であるため、第１の半導体層により発
光波長が定まり、それよりバンドギャップの大きい第２
の半導体層は、発光波長に何等の影響を及ぼさない。
【０００７】たとえば前記ｎ形層およびｐ形層がチッ化
ガリウム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の
半導体層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦０.５）で、第
２の半導体層がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ系化合物半導体、も
しくはＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（０≦ｚ＜ｘ）であったり、ま
たは前記発光層の第１の半導体層がＡｌs Ｇａ1-s Ｎ
（０≦ｓ≦０.２）で、第２の半導体層がＡｌt Ｇａ
1-t Ｎ（ｓ＜ｔ≦０.５）で構成されることができる。
ガリウム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の
半導体層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦０.５）で、第
２の半導体層がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ系化合物半導体、も
しくはＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（０≦ｚ＜ｘ）であったり、ま
たは前記発光層の第１の半導体層がＡｌs Ｇａ1-s Ｎ
（０≦ｓ≦０.２）で、第２の半導体層がＡｌt Ｇａ
1-t Ｎ（ｓ＜ｔ≦０.５）で構成されることができる。
【０００８】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部
がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
【０００９】前述のＩｎx Ｇａ1-x ＮとＩｎz Ｇａ1-z
Ｎとで積層する場合、各半導体層をＭＯＣＶＤ法により
積層し、前記第１の半導体層と第２の半導体層との積層
を、導入する反応ガスのトリメチルインジウムの流量の
制御および／または成長温度の制御により連続的に行え
ば、簡単に異なる組成の積層体を形成することができ
る。
Ｎとで積層する場合、各半導体層をＭＯＣＶＤ法により
積層し、前記第１の半導体層と第２の半導体層との積層
を、導入する反応ガスのトリメチルインジウムの流量の
制御および／または成長温度の制御により連続的に行え
ば、簡単に異なる組成の積層体を形成することができ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子について説明をする。図１の（ａ）
には、たとえば青色系の発光に適したチッ化ガリウム系
化合物半導体層がサファイア基板上に積層される本発明
の半導体発光素子の一実施形態の断面説明図が示され、
その発光層４の部分拡大図が（ｂ）に示されている。
明の半導体発光素子について説明をする。図１の（ａ）
には、たとえば青色系の発光に適したチッ化ガリウム系
化合物半導体層がサファイア基板上に積層される本発明
の半導体発光素子の一実施形態の断面説明図が示され、
その発光層４の部分拡大図が（ｂ）に示されている。
【００１１】本発明の半導体発光素子は、図１に示され
るように、たとえばサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる基板１の表面に発光領域を形成する半導体層
２〜５が積層されて、その表面に拡散メタル層７を介し
て上部電極（ｐ側電極）８が形成されている。また、積
層された半導体層３〜５の一部が除去されて露出したｎ
形層３に下部電極（ｎ側電極）９が形成されている。こ
の積層される半導体層の発光層４は、図１（ｂ）に示さ
れるように、第１の半導体層４ａと第２の半導体層４ｂ
の薄膜が交互に積層される積層体により形成されてい
る。
るように、たとえばサファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）な
どからなる基板１の表面に発光領域を形成する半導体層
２〜５が積層されて、その表面に拡散メタル層７を介し
て上部電極（ｐ側電極）８が形成されている。また、積
層された半導体層３〜５の一部が除去されて露出したｎ
形層３に下部電極（ｎ側電極）９が形成されている。こ
の積層される半導体層の発光層４は、図１（ｂ）に示さ
れるように、第１の半導体層４ａと第２の半導体層４ｂ
の薄膜が交互に積層される積層体により形成されてい
る。
【００１２】基板１上に積層される半導体層は、たとえ
ばＧａＮからなる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μ
ｍ程度堆積され、ついでｎ形のＧａＮからなるｎ形層
（クラッド層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さ
らに、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよ
りも小さくなる材料、たとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜
ｘ≦０.５、たとえばｘ＝０.０５）からなる第１の半導
体層４ａが５〜１０ｎｍ程度と、ＡｌＮからなる第２の
半導体層４ｂが０.５〜５ｎｍ程度、それぞれ１０層づ
つ繰り返して積層された薄膜積層体からなる発光層４が
全体で５５〜１５０ｎｍ程度形成され、さらにｐ形のＡ
ｌＧａＮ系化合物半導体層５ａおよびＧａＮ層５ｂから
なるｐ形層（クラッド層）５が全体で０.５〜１μｍ程
度それぞれ順次積層されている。なお、ｐ形層５はＡｌ
ＧａＮ系化合物半導体層５ａとＧａＮ層５ｂとの複層に
なっているが、キャリアの閉じ込め効果の点からＡｌを
含む層が設けられることが好ましいためで、ＧａＮ層だ
けでもよい。また、ｎ形層３にもＡｌＧａＮ系化合物半
導体層を設けて複層にしてもよく、またこれらを他のチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層で形成することもでき
る。
ばＧａＮからなる低温バッファ層２が０.０１〜０.２μ
ｍ程度堆積され、ついでｎ形のＧａＮからなるｎ形層
（クラッド層）３が１〜５μｍ程度堆積されている。さ
らに、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよ
りも小さくなる材料、たとえばＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜
ｘ≦０.５、たとえばｘ＝０.０５）からなる第１の半導
体層４ａが５〜１０ｎｍ程度と、ＡｌＮからなる第２の
半導体層４ｂが０.５〜５ｎｍ程度、それぞれ１０層づ
つ繰り返して積層された薄膜積層体からなる発光層４が
全体で５５〜１５０ｎｍ程度形成され、さらにｐ形のＡ
ｌＧａＮ系化合物半導体層５ａおよびＧａＮ層５ｂから
なるｐ形層（クラッド層）５が全体で０.５〜１μｍ程
度それぞれ順次積層されている。なお、ｐ形層５はＡｌ
ＧａＮ系化合物半導体層５ａとＧａＮ層５ｂとの複層に
なっているが、キャリアの閉じ込め効果の点からＡｌを
含む層が設けられることが好ましいためで、ＧａＮ層だ
けでもよい。また、ｎ形層３にもＡｌＧａＮ系化合物半
導体層を設けて複層にしてもよく、またこれらを他のチ
ッ化ガリウム系化合物半導体層で形成することもでき
る。
【００１３】本発明の半導体発光素子では、前述のよう
に、発光層４がクラッド層よりバンドギャップエネルギ
ーが小さく、発光波長を定める第１の半導体層４ａと、
それよりバンドギャップエネルギーの大きい第２の半導
体層４ｂとが交互に積層される積層体からなっているこ
とに特徴がある。この第１の半導体層４ａは、キャリア
の再結合により光を発生させる層で、この半導体層のバ
ンドギャップエネルギーにより定まる発光波長の光を発
生する。したがって、所望の発光波長に応じて半導体材
料が定まり、たとえば青色（波長が４５０ｎｍ）の光を
発光させるためには、ＺｎをドープしたＩｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ（またはノンドープのＩｎ0.4 Ｇａ 0.6 Ｎ）が用
いられる。
に、発光層４がクラッド層よりバンドギャップエネルギ
ーが小さく、発光波長を定める第１の半導体層４ａと、
それよりバンドギャップエネルギーの大きい第２の半導
体層４ｂとが交互に積層される積層体からなっているこ
とに特徴がある。この第１の半導体層４ａは、キャリア
の再結合により光を発生させる層で、この半導体層のバ
ンドギャップエネルギーにより定まる発光波長の光を発
生する。したがって、所望の発光波長に応じて半導体材
料が定まり、たとえば青色（波長が４５０ｎｍ）の光を
発光させるためには、ＺｎをドープしたＩｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ（またはノンドープのＩｎ0.4 Ｇａ 0.6 Ｎ）が用
いられる。
【００１４】第２の半導体層４ｂは、第１の半導体層４
ａが余り厚くならないように挿入されるもので、発光波
長に影響を及ぼさないように、第１の半導体層４ａより
バンドギャップエネルギーが大きい半導体材料が選ばれ
る。たとえばＡｌＮや、ＡｌＧａＮ系化合物半導体や、
ＩｎＧａＮ系化合物半導体でＩｎの混晶比率が第１の半
導体層のバンドギャップエネルギーより小さくなる半導
体材料を使用することができる。この第１の半導体層４
ａは、薄い程歪みが蓄積されなくて好ましく、５〜１０
ｎｍ程度の厚さに成膜される。第２の半導体層４ｂは同
一層の膜厚化を阻止するもので、第１の半導体層と組成
の変化が生じる程度の厚さに形成されればよい。したが
って、０.５〜５ｎｍ程度に形成される。
ａが余り厚くならないように挿入されるもので、発光波
長に影響を及ぼさないように、第１の半導体層４ａより
バンドギャップエネルギーが大きい半導体材料が選ばれ
る。たとえばＡｌＮや、ＡｌＧａＮ系化合物半導体や、
ＩｎＧａＮ系化合物半導体でＩｎの混晶比率が第１の半
導体層のバンドギャップエネルギーより小さくなる半導
体材料を使用することができる。この第１の半導体層４
ａは、薄い程歪みが蓄積されなくて好ましく、５〜１０
ｎｍ程度の厚さに成膜される。第２の半導体層４ｂは同
一層の膜厚化を阻止するもので、第１の半導体層と組成
の変化が生じる程度の厚さに形成されればよい。したが
って、０.５〜５ｎｍ程度に形成される。
【００１５】つぎに、本発明の半導体発光素子の発光層
の作用について説明をする。発光層として用いられるた
とえばＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎと、クラッド層として用いら
れるたとえばＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎとでは、格子定数がそ
れぞれ３.４７Åと３.１２Åで大きく異なり、Ｉｎ0.2
Ｇａ0.8 Ｎのみを５０ｎｍ以上堆積すると、歪みが蓄積
されて電流が流れ難くなったり、活性層などの半導体層
にクラックが入ったりする。しかし、本発明ではこのＩ
ｎx Ｇａ1-x 層を５〜１０ｎｍ堆積した後に、ＡｌＮ層
に変えられるため、歪みが大きく蓄積されないうちに結
晶構造が全く変わり、歪みの蓄積は進まなくなる。
の作用について説明をする。発光層として用いられるた
とえばＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎと、クラッド層として用いら
れるたとえばＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎとでは、格子定数がそ
れぞれ３.４７Åと３.１２Åで大きく異なり、Ｉｎ0.2
Ｇａ0.8 Ｎのみを５０ｎｍ以上堆積すると、歪みが蓄積
されて電流が流れ難くなったり、活性層などの半導体層
にクラックが入ったりする。しかし、本発明ではこのＩ
ｎx Ｇａ1-x 層を５〜１０ｎｍ堆積した後に、ＡｌＮ層
に変えられるため、歪みが大きく蓄積されないうちに結
晶構造が全く変わり、歪みの蓄積は進まなくなる。
【００１６】ＡｌＮ層もＩｎＧａＮ系化合物半導体やＡ
ｌＧａＮ系化合物半導体とは格子定数が異なり、厚くな
ると歪みが蓄積されるが、この層も０.５〜５ｎｍ程度
であるため、歪みは蓄積されず、再度Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ
が堆積される。これが繰り返されるため、各薄膜には歪
みの蓄積は生ぜず、発光層４が全体として歪みのない層
として５５〜１５０ｎｍ程度の厚さに形成される。一
方、キャリアの再結合による光の発生は、前述のように
バンドギャップエネルギーの小さい第１の半導体層４ａ
で行われ、バンドギャップエネルギーの大きい第２の半
導体層４ｂは何等の作用をしない。すなわち、第１の半
導体層４ａの厚さの合計が発光層として寄与し、第２の
半導体層４ｂは、歪みの蓄積を止める緩衝層としてのみ
機能している。
ｌＧａＮ系化合物半導体とは格子定数が異なり、厚くな
ると歪みが蓄積されるが、この層も０.５〜５ｎｍ程度
であるため、歪みは蓄積されず、再度Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ
が堆積される。これが繰り返されるため、各薄膜には歪
みの蓄積は生ぜず、発光層４が全体として歪みのない層
として５５〜１５０ｎｍ程度の厚さに形成される。一
方、キャリアの再結合による光の発生は、前述のように
バンドギャップエネルギーの小さい第１の半導体層４ａ
で行われ、バンドギャップエネルギーの大きい第２の半
導体層４ｂは何等の作用をしない。すなわち、第１の半
導体層４ａの厚さの合計が発光層として寄与し、第２の
半導体層４ｂは、歪みの蓄積を止める緩衝層としてのみ
機能している。
【００１７】第２の半導体層４ｂとして前述のＡｌＮを
使用すれば、発光層として用いられるＩｎＧａＮ系化合
物半導体と、積層されるｎ形層およびｐ形層の大部分を
占めるＧａＮとの間の格子定数は、ＡｌＮ＜ＧａＮ＜Ｉ
ｎＧａＮの関係にあり、格子定数の小さいＡｌＮと格子
定数の大きいＩｎＧａＮとが積層されることになり、平
均的に一番多く用いられているＧａＮの格子定数に平均
化されるため好ましい。なお、発光層４として格子定数
の離れた半導体材料が積層されることになるが、薄膜積
層体では前述のように、歪みの蓄積が行われないため、
歪みの問題は生じない。さらに、ＡｌＮの薄層が設けら
れることにより、量子効果が生じて発光効率が向上する
という利点もある。
使用すれば、発光層として用いられるＩｎＧａＮ系化合
物半導体と、積層されるｎ形層およびｐ形層の大部分を
占めるＧａＮとの間の格子定数は、ＡｌＮ＜ＧａＮ＜Ｉ
ｎＧａＮの関係にあり、格子定数の小さいＡｌＮと格子
定数の大きいＩｎＧａＮとが積層されることになり、平
均的に一番多く用いられているＧａＮの格子定数に平均
化されるため好ましい。なお、発光層４として格子定数
の離れた半導体材料が積層されることになるが、薄膜積
層体では前述のように、歪みの蓄積が行われないため、
歪みの問題は生じない。さらに、ＡｌＮの薄層が設けら
れることにより、量子効果が生じて発光効率が向上する
という利点もある。
【００１８】つぎに、図１に示される半導体発光素子の
製法について説明をする。
製法について説明をする。
【００１９】まず、たとえばサファイアからなる絶縁基
板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に
より、キャリアガスのＨ2 と共にトリメチリガリウム
（ＴＭＧ）、アンモニア（以下、ＮＨ3 という）などの
反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとして
のＳｉＨ4 などを供給して、ＧａＮ層からなる低温バッ
ファ層２を、たとえば４００〜６００℃程度の低温で
０.０１〜０.２μｍ程度、同じ組成のｎ形層（クラッド
層）３を６００〜１２００℃程度の高温で１〜５μｍ程
度成膜する。
板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に
より、キャリアガスのＨ2 と共にトリメチリガリウム
（ＴＭＧ）、アンモニア（以下、ＮＨ3 という）などの
反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとして
のＳｉＨ4 などを供給して、ＧａＮ層からなる低温バッ
ファ層２を、たとえば４００〜６００℃程度の低温で
０.０１〜０.２μｍ程度、同じ組成のｎ形層（クラッド
層）３を６００〜１２００℃程度の高温で１〜５μｍ程
度成膜する。
【００２０】ついで、反応ガスとしてトリメチルインジ
ウム（以下、ＴＭＩｎという）を追加して、たとえばＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる発光層４の第１の半導体層４
ａを５〜１０ｎｍ程度成膜し、たとえば反応ガスをＮＨ
3 とトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）に
変更し、ＡｌＮからなる第２の半導体層４ｂを０.５〜
５ｎｍ程度成膜する。この反応ガスの変更をそれぞれ９
回程度行うことにより、両層が交互に積層される積層体
からなる発光層４が形成される。
ウム（以下、ＴＭＩｎという）を追加して、たとえばＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる発光層４の第１の半導体層４
ａを５〜１０ｎｍ程度成膜し、たとえば反応ガスをＮＨ
3 とトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡという）に
変更し、ＡｌＮからなる第２の半導体層４ｂを０.５〜
５ｎｍ程度成膜する。この反応ガスの変更をそれぞれ９
回程度行うことにより、両層が交互に積層される積層体
からなる発光層４が形成される。
【００２１】ここで、第２の半導体層４ｂとしてＡｌＧ
ａＮ系化合物半導体を積層する場合は、前述のＮＨ3 と
ＴＭＡにさらにＴＭＧを追加することにより形成するこ
とができ、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎを積層する場合は、第１の
半導体層４ａの成膜に続いてＴＭＩｎのガス量を少なく
するか、または反応温度を通常の８００℃程度から高く
することによりＩｎの組成の小さい膜を積層することが
でき、ＴＭＩｎの流量または反応温度を制御するだけで
積層体を形成することができる。さらに、第１の半導体
層４ａとしてＧａＮを用い、第２の半導体層４ｂとして
ＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いるときも、それぞれ前
述の反応ガスに変更すればよく、また、ＡｌＧａＮ系化
合物半導体のＡｌの比率を変えて両層を積層する場合
は、前述のように、反応ガスＴＭＡの流量を変化させる
ことにより、組成の異なる薄膜の積層体を形成すること
ができる。
ａＮ系化合物半導体を積層する場合は、前述のＮＨ3 と
ＴＭＡにさらにＴＭＧを追加することにより形成するこ
とができ、Ｉｎz Ｇａ1-z Ｎを積層する場合は、第１の
半導体層４ａの成膜に続いてＴＭＩｎのガス量を少なく
するか、または反応温度を通常の８００℃程度から高く
することによりＩｎの組成の小さい膜を積層することが
でき、ＴＭＩｎの流量または反応温度を制御するだけで
積層体を形成することができる。さらに、第１の半導体
層４ａとしてＧａＮを用い、第２の半導体層４ｂとして
ＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いるときも、それぞれ前
述の反応ガスに変更すればよく、また、ＡｌＧａＮ系化
合物半導体のＡｌの比率を変えて両層を積層する場合
は、前述のように、反応ガスＴＭＡの流量を変化させる
ことにより、組成の異なる薄膜の積層体を形成すること
ができる。
【００２２】ついで、反応ガスをＮＨ3 とＴＭＧとＴＭ
Ａに変更し、ｐ形のドーパントガスとしてシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）またはジメチル亜
鉛（ＤＭＺｎ）を導入して、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物
半導体層５ａを０.１〜０.５μｍ程度、さらに反応ガス
のＴＭＡを止めてｐ形のＧａＮ層５ｂを０.１〜０.５μ
ｍ程度それぞれ積層し、ｐ形層５を形成する。その後、
たとえばＮｉおよびＡｕを蒸着してシンターすることに
より拡散メタル層７を２〜１００ｎｍ程度形成する。つ
いで、下部電極を形成するためｎ形層３が露出するよう
に、積層された半導体層の一部を塩素ガスなどによる反
応性イオンエッチングによりエッチングをし、電極金属
を蒸着することにより、上部電極８および下部電極９を
形成する。その結果、図１に示される半導体発光素子が
得られる。
Ａに変更し、ｐ形のドーパントガスとしてシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）またはジメチル亜
鉛（ＤＭＺｎ）を導入して、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物
半導体層５ａを０.１〜０.５μｍ程度、さらに反応ガス
のＴＭＡを止めてｐ形のＧａＮ層５ｂを０.１〜０.５μ
ｍ程度それぞれ積層し、ｐ形層５を形成する。その後、
たとえばＮｉおよびＡｕを蒸着してシンターすることに
より拡散メタル層７を２〜１００ｎｍ程度形成する。つ
いで、下部電極を形成するためｎ形層３が露出するよう
に、積層された半導体層の一部を塩素ガスなどによる反
応性イオンエッチングによりエッチングをし、電極金属
を蒸着することにより、上部電極８および下部電極９を
形成する。その結果、図１に示される半導体発光素子が
得られる。
【００２３】前述の各例では、チッ化ガリウム系化合物
半導体を用いた青色の半導体発光素子であったが、青色
発光素子の場合に限らず、格子定数の差が大きい半導体
からなるダブルヘテロ接合構造で、結晶構造に歪みが入
りやすい発光層を有する半導体発光素子に本発明を適用
することができる。
半導体を用いた青色の半導体発光素子であったが、青色
発光素子の場合に限らず、格子定数の差が大きい半導体
からなるダブルヘテロ接合構造で、結晶構造に歪みが入
りやすい発光層を有する半導体発光素子に本発明を適用
することができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、発光層が、異なる格子
定数の半導体層により挟持されるダブルヘテロ接合構造
の半導体発光素子においても、発光層に格子歪みが生じ
なくて、電子移動度を向上させることができる。その結
果、発光効率が向上し高特性の半導体発光素子が得られ
る。
定数の半導体層により挟持されるダブルヘテロ接合構造
の半導体発光素子においても、発光層に格子歪みが生じ
なくて、電子移動度を向上させることができる。その結
果、発光効率が向上し高特性の半導体発光素子が得られ
る。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施形態の断面説
明図である。
明図である。
【図２】従来の半導体発光素子の一例の斜視説明図であ
る。
る。
１ 基板 ３ ｎ形層 ４ 発光層 ４ａ 第１の半導体層 ４ｂ 第２の半導体層 ５ ｐ形層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 毅 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上にｎ形層とｐ形層とにより挟持さ
れる発光層を有する半導体発光素子であって、前記発光
層が、発光波長を定める第１の半導体層と、該第１の半
導体層のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギ
ャップエネルギーを有する第２の半導体層との積層体か
らなる半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｎ形層およびｐ形層がチッ化ガリウ
ム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の半導体
層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦０.５）からなり、第
２の半導体層がＡｌＮからなる請求項１記載の半導体発
光素子。 - 【請求項３】 前記ｎ形層およびｐ形層がチッ化ガリウ
ム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の半導体
層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦０.５）からなり、第
２の半導体層がＡｌＧａＮ系化合物半導体からなる請求
項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記ｎ形層およびｐ形層がチッ化ガリウ
ム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の半導体
層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦０.５）からなり、第
２の半導体層がＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（０≦ｚ＜ｘ）からな
る請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記ｎ形層およびｐ形層がチッ化ガリウ
ム系化合物半導体からなり、前記発光層の第１の半導体
層がＡｌs Ｇａ1-s Ｎ（０≦ｓ≦０.２）からなり、第
２の半導体層がＡｌt Ｇａ1-t Ｎ（ｓ＜ｔ≦０.５）か
らなる請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 請求項４記載の半導体発光素子の製法で
あって、各半導体層をＭＯＣＶＤ法により積層し、前記
第１の半導体層と第２の半導体層との積層を、導入する
反応ガスのトリメチルインジウムの流量の制御および／
または成長温度の制御により連続的に行う半導体発光素
子の製法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32633596A JP4104686B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 半導体発光素子 |
| US09/337,396 US6258619B1 (en) | 1996-12-06 | 1999-06-22 | Fabrication of semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32633596A JP4104686B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007339293A Division JP2008091962A (ja) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10173223A true JPH10173223A (ja) | 1998-06-26 |
| JP4104686B2 JP4104686B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=18186633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32633596A Expired - Fee Related JP4104686B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4104686B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002029907A1 (en) * | 2000-10-05 | 2002-04-11 | Epivalley Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting diode |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP32633596A patent/JP4104686B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002029907A1 (en) * | 2000-10-05 | 2002-04-11 | Epivalley Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting diode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4104686B2 (ja) | 2008-06-18 |
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