JPH1022527A - 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
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- JPH1022527A JPH1022527A JP18837096A JP18837096A JPH1022527A JP H1022527 A JPH1022527 A JP H1022527A JP 18837096 A JP18837096 A JP 18837096A JP 18837096 A JP18837096 A JP 18837096A JP H1022527 A JPH1022527 A JP H1022527A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
Abstract
(57)【要約】
【課題】単一画素で白色発光を得ること。
【解決手段】10ｎｍのIn0.20Ga0.80N から成る発光層５
に亜鉛とシリコンが1 ×1020/cm3に添加されている。こ
れにより、420nm のバンド端発光と570nm のドナー不純
物レベルとアクセプタ不純物レベル間の発光が得られ
た。単一画素で白色の発光を得ることができる。
に亜鉛とシリコンが1 ×1020/cm3に添加されている。こ
れにより、420nm のバンド端発光と570nm のドナー不純
物レベルとアクセプタ不純物レベル間の発光が得られ
た。単一画素で白色の発光を得ることができる。
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族窒化物半導体発光素子に関する。
３族窒化物半導体発光素子に関する。
【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。
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。
【０００３】一方、白色は人間の色感覚上、好感を持て
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の発光
ダイオードにおいて、白色の発光を得るには、青色ＬＥ
Ｄ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの３つのチップを同一ステ
ム上に配置して、各チップから発光する光の混合により
白色発光を得ていた。このため、白色を得るためのチッ
プ数が多くなり、製造が複雑になり、製造に時間がかか
ると共にコストが高くなるという問題が存在した。又、
一般に、任意の混色発光のＬＥＤにおいても、３原色の
各色を発光するＬＥＤを同一面に配列しなければなら
ず、同様な問題がある。
ダイオードにおいて、白色の発光を得るには、青色ＬＥ
Ｄ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの３つのチップを同一ステ
ム上に配置して、各チップから発光する光の混合により
白色発光を得ていた。このため、白色を得るためのチッ
プ数が多くなり、製造が複雑になり、製造に時間がかか
ると共にコストが高くなるという問題が存在した。又、
一般に、任意の混色発光のＬＥＤにおいても、３原色の
各色を発光するＬＥＤを同一面に配列しなければなら
ず、同様な問題がある。
【０００５】従って、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、単一画素で白色光を発光す
るようにすることである。
ために成されたものであり、単一画素で白色光を発光す
るようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、３
族窒化物半導体を用いた発光素子において、色度図上に
おいて、互いに、補色関係にある光を発光する発光層を
設け、光取り出し面から放射される光を白色光とした。
これにより、単一画素から白色光を発光させることがで
きる。よって、従来のように、複数チップ、又は、複数
画素からの光の混合により任意の色度を得るものではな
いので、製造が簡単となり、製造コストを削減すること
ができる。
族窒化物半導体を用いた発光素子において、色度図上に
おいて、互いに、補色関係にある光を発光する発光層を
設け、光取り出し面から放射される光を白色光とした。
これにより、単一画素から白色光を発光させることがで
きる。よって、従来のように、複数チップ、又は、複数
画素からの光の混合により任意の色度を得るものではな
いので、製造が簡単となり、製造コストを削減すること
ができる。
【０００７】請求項２の発明では、補色関係にある光
は、発光層のバンド端発光に基づく発光と、アクセプタ
準位とドナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光
とで構成したことで、単一発光層にて、白色光を得るこ
とができる。
は、発光層のバンド端発光に基づく発光と、アクセプタ
準位とドナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光
とで構成したことで、単一発光層にて、白色光を得るこ
とができる。
【０００８】請求項３の発明では、アクセプタ不純物と
ドナー不純物の濃度を、１×1017〜１×1021/cm3とした
結果、バンド端発光に等しい強度の発光を得ることがで
きる。さらに、請求項４の発明では、発光層の厚さを、
バンド端発光に基づく発光強度と、アクセプタ準位とド
ナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光強度と
が、略等しくなる厚さとし、請求項５の発明では、発光
層におけるアクセプタ不純物とドナー不純物の濃度は、
バンド端発光に基づく発光強度と、アクセプタ準位とド
ナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光強度と
が、略等しくなる濃度とした結果、単一発光層により、
白色光を得ることができる。さらに、請求項６の発明で
は、３族窒化物半導体を(AlxGa1-X)yIn1-yN(0 ≦x ≦1;
0 ≦y ≦1)としたことで、広い範囲の補色関係にある２
つの光を発光させることができる。特に、発光層に、In
GaN 系の３族窒化物半導体とした場合には、補色関係に
ある一方の光を420nm の青紫色、他方の色を570nm の黄
緑色とすることができる。又、請求項７の発明では、補
色関係にある光は、ｘｙ色度図上において、各光の各色
度座標の明度に重み付けられた平均値が、略、等エネル
ギー白色光の座標（1/3,1/3)となるようにしたので、純
粋な白色を発光を得ることができる。
ドナー不純物の濃度を、１×1017〜１×1021/cm3とした
結果、バンド端発光に等しい強度の発光を得ることがで
きる。さらに、請求項４の発明では、発光層の厚さを、
バンド端発光に基づく発光強度と、アクセプタ準位とド
ナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光強度と
が、略等しくなる厚さとし、請求項５の発明では、発光
層におけるアクセプタ不純物とドナー不純物の濃度は、
バンド端発光に基づく発光強度と、アクセプタ準位とド
ナー準位との間のキャリアの遷移に基づく発光強度と
が、略等しくなる濃度とした結果、単一発光層により、
白色光を得ることができる。さらに、請求項６の発明で
は、３族窒化物半導体を(AlxGa1-X)yIn1-yN(0 ≦x ≦1;
0 ≦y ≦1)としたことで、広い範囲の補色関係にある２
つの光を発光させることができる。特に、発光層に、In
GaN 系の３族窒化物半導体とした場合には、補色関係に
ある一方の光を420nm の青紫色、他方の色を570nm の黄
緑色とすることができる。又、請求項７の発明では、補
色関係にある光は、ｘｙ色度図上において、各光の各色
度座標の明度に重み付けられた平均値が、略、等エネル
ギー白色光の座標（1/3,1/3)となるようにしたので、純
粋な白色を発光を得ることができる。
【０００９】
【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。図１は本願実施例の発光素子100 全体
図を示す。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。図１は本願実施例の発光素子100 全体
図を示す。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。
【００１０】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0.5 μｍ
の電子濃度5 ×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのGaN か
ら成るｎ層４、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から成る
ｎ層４１、膜厚約10ｎｍのIn0.13Ga0.87N から成るｎ層
４２、膜厚約10ｎｍで、亜鉛(Zn)と、シリコン(Si)と
が、それぞれ、1 ×1020/cm3に添加されたIn0.2Ga0.8N
から成る発光層５、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から
成るホール濃度 2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度
5×1019/cm3のｐ層７０、膜厚100 ｎｍで、ホール濃度
2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度 5×1019/cm3ド
ープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ伝導型のクラッド層７
１、膜厚約200 ｎｍ，ホール濃度 3×1017/cm3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７２、膜厚約50ｎｍ，ホール濃度 6×10
17/cm3のマグネシウム（Mg) 濃度 1×1020/cm3ドープの
GaN から成るｐ+ の第２コンタクト層７３が形成されて
いる。そして、第２コンタクト層７３の上面全体にNi/A
u 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0.5 μｍ
の電子濃度5 ×1017/cm3のシリコン(Si)ドープのGaN か
ら成るｎ層４、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から成る
ｎ層４１、膜厚約10ｎｍのIn0.13Ga0.87N から成るｎ層
４２、膜厚約10ｎｍで、亜鉛(Zn)と、シリコン(Si)と
が、それぞれ、1 ×1020/cm3に添加されたIn0.2Ga0.8N
から成る発光層５、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から
成るホール濃度 2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度
5×1019/cm3のｐ層７０、膜厚100 ｎｍで、ホール濃度
2×1017/cm3, マグネシウム（Mg) 濃度 5×1019/cm3ド
ープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ伝導型のクラッド層７
１、膜厚約200 ｎｍ，ホール濃度 3×1017/cm3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７２、膜厚約50ｎｍ，ホール濃度 6×10
17/cm3のマグネシウム（Mg) 濃度 1×1020/cm3ドープの
GaN から成るｐ+ の第２コンタクト層７３が形成されて
いる。そして、第２コンタクト層７３の上面全体にNi/A
u 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。
【００１１】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)、ジエチル亜鉛
(Zn(C2H5)2) （以下、「DEZ 」と記す）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)、ジエチル亜鉛
(Zn(C2H5)2) （以下、「DEZ 」と記す）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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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1100°C に保持し、H2を20 liter／
分、NH3 を10 liter／分、TMG を 0.5×10-4モル／分、
H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10-9モ
ル／分で30分導入し、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5×10
17/cm3、シリコン濃度 1×1018/cm3のシリコン(Si)ドー
プGaN から成るｎ層４を形成した。
後、続いて温度を1100°C に保持し、H2を20 liter／
分、NH3 を10 liter／分、TMG を 0.5×10-4モル／分、
H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10-9モ
ル／分で30分導入し、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5×10
17/cm3、シリコン濃度 1×1018/cm3のシリコン(Si)ドー
プGaN から成るｎ層４を形成した。
【００１５】その後、サファイア基板１の温度を900 ℃
に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を0.70×10-4モル
／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを 3×
10-9モル／分で３分間導入して、成長速度0.1 μm/h
で、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から成るｎ層４１を
形成した。次に、サファイア基板１の温度を860 ℃に保
持して、N2又はH2、NH3、シランの供給量を一定とし
て、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を1.4 ×10-4モル
／分で３分間導入して、成長速度0.1 μm/h で、膜厚約
10ｎｍのIn0.13Ga0.87N から成るｎ層４２を形成した。
さらに、サファイア基板１の温度を750 ℃に保持して、
N2又はH2、NH3 の供給量を一定として、TMG を2.0 ×10
-5モル／分、TMI を0.92×10-4モル／分、H2ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを0.3 ×10-8モル／分、DE
Z を2 ×10-7モル／分で1.4 分導入して、成長速度0.1
μm/hで、膜厚約10ｎｍのIn0.20Ga0.80N から成る発光
層５を形成した。次に、サファイア基板１の温度を900
℃に保持し、N2又はH2、NH3 の供給量を変化させること
なく、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を0.7 ×10-4モ
ル／分、CP2Mg を2 ×10-7モル／分で３分間導入して、
成長速度0.1 μm/h で、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N
から成るｐ層７０を形成した。
に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を0.70×10-4モル
／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを 3×
10-9モル／分で３分間導入して、成長速度0.1 μm/h
で、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N から成るｎ層４１を
形成した。次に、サファイア基板１の温度を860 ℃に保
持して、N2又はH2、NH3、シランの供給量を一定とし
て、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を1.4 ×10-4モル
／分で３分間導入して、成長速度0.1 μm/h で、膜厚約
10ｎｍのIn0.13Ga0.87N から成るｎ層４２を形成した。
さらに、サファイア基板１の温度を750 ℃に保持して、
N2又はH2、NH3 の供給量を一定として、TMG を2.0 ×10
-5モル／分、TMI を0.92×10-4モル／分、H2ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを0.3 ×10-8モル／分、DE
Z を2 ×10-7モル／分で1.4 分導入して、成長速度0.1
μm/hで、膜厚約10ｎｍのIn0.20Ga0.80N から成る発光
層５を形成した。次に、サファイア基板１の温度を900
℃に保持し、N2又はH2、NH3 の供給量を変化させること
なく、TMG を0.5 ×10-4モル／分、TMI を0.7 ×10-4モ
ル／分、CP2Mg を2 ×10-7モル／分で３分間導入して、
成長速度0.1 μm/h で、膜厚約10ｎｍのIn0.08Ga0.92N
から成るｐ層７０を形成した。
【００１６】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0.5 ×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-5モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で20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７１を形成した。クラッド層７１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
７１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0.5 ×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-5モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で20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７１を形成した。クラッド層７１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
７１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１７】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0.5 ×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-9モル／分で23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７２を形成した。第１コンタ
クト層７２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７２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0.5 ×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-9モル／分で23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７２を形成した。第１コンタ
クト層７２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７２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１８】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0.5 ×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-9モル／分で10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７３を形成した。第２コ
ンタクト層７３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７３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0.5 ×10-4
モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-9モル／分で10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７３を形成した。第２コ
ンタクト層７３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７３は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１９】次に、電子線照射装置を用いて、第２コン
タクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７
１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0.2m
m/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７３，
第１コンタクト層７２及びクラッド層７１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×1017/cm3,3×1017/cm3,2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcm, 1 Ωcm,0.7Ωcm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。
タクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７
１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0.2m
m/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７３，
第１コンタクト層７２及びクラッド層７１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×1017/cm3,3×1017/cm3,2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcm, 1 Ωcm,0.7Ωcm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。
【００２０】次に、第２コンタクト層７３の上に、フォ
トリソグラフにより、金属マスク層を形成し、金属マス
ク層によって覆われていない部位の第２コンタクト層７
３、第１コンタクト層７２、クラッド層７１、発光層
５、ｎ層４２、ｎ層４１、ｎ層４をBCl3ガスで供給しド
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、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。その後、金属マスク層１１
を除去した。
トリソグラフにより、金属マスク層を形成し、金属マス
ク層によって覆われていない部位の第２コンタクト層７
３、第１コンタクト層７２、クラッド層７１、発光層
５、ｎ層４２、ｎ層４１、ｎ層４をBCl3ガスで供給しド
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、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。その後、金属マスク層１１
を除去した。
【００２１】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７３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。
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７３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。
【００２２】この構造の発光ダイオード100 の発光層５
からの光のスペクトルは図２に示すようになり、420 ｎ
ｍと570 ｎｍにピークを有する波形となった。これによ
り、図３に示すような色度図上において、互いに、補色
関係にある光が放出されているのが分かる。420 ｎｍの
発光は、発光層５のIn0.20Ga0.80N 半導体のバンド端発
光に当たり、570 ｎｍの発光は、発光層５のIn0.20Ga
0.80N 半導体に添加されたシリコンによるドナーレベル
と亜鉛によるアクセプタレベル間のキャリアの遷移によ
る発光に相当する。
からの光のスペクトルは図２に示すようになり、420 ｎ
ｍと570 ｎｍにピークを有する波形となった。これによ
り、図３に示すような色度図上において、互いに、補色
関係にある光が放出されているのが分かる。420 ｎｍの
発光は、発光層５のIn0.20Ga0.80N 半導体のバンド端発
光に当たり、570 ｎｍの発光は、発光層５のIn0.20Ga
0.80N 半導体に添加されたシリコンによるドナーレベル
と亜鉛によるアクセプタレベル間のキャリアの遷移によ
る発光に相当する。
【００２３】尚、より精密な白色発光を得るためには、
図３に示すように、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。
図３に示すように、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。
【００２４】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。又、Ｖ点, Ｕ点の発光輝度を
ＩV , ＩU とする時に、ＭV ＝ＩV ／ｙV , ＭU ＝ＩU
／ｙU でもある。
／( 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。又、Ｖ点, Ｕ点の発光輝度を
ＩV , ＩU とする時に、ＭV ＝ＩV ／ｙV , ＭU ＝ＩU
／ｙU でもある。
【００２５】発光層５の厚さにより、バンド端発光の強
度を制御でき、ドナー不純物とアクセプタ不純物の濃度
により、不純物レベル間の発光強度を制御できる。
度を制御でき、ドナー不純物とアクセプタ不純物の濃度
により、不純物レベル間の発光強度を制御できる。
【００２６】上記の実施例では、発光波長を420nm と57
0nm に設定したが、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。
0nm に設定したが、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。
【００２７】尚、上記実施例では、発光層５の厚さを10
ｎｍとしているが、発光層５の厚さは、1 〜100nm の範
囲でバンド端発光と不純物レベル間発光との強度を純粋
な白色が得られる強度とすることができた。又、発光層
５は単層としているが、単一又は多重の量子井戸構造と
しても良い。又、亜鉛とシリコンとの添加量は、1 ×10
17〜1 ×1020/cm3範囲で不純物レベル間の遷移による発
光が得られる。
ｎｍとしているが、発光層５の厚さは、1 〜100nm の範
囲でバンド端発光と不純物レベル間発光との強度を純粋
な白色が得られる強度とすることができた。又、発光層
５は単層としているが、単一又は多重の量子井戸構造と
しても良い。又、亜鉛とシリコンとの添加量は、1 ×10
17〜1 ×1020/cm3範囲で不純物レベル間の遷移による発
光が得られる。
【００２８】上記実施例では、サファイア基板を用いた
がSiC 、MgAl2O4 等を用いることができる。又、バッフ
ァ層にはAlN を用いたがAlGaN 、GaN 、InAlGaN 等を用
いることができる。さらに、ｎ層４には、GaN を用いて
いるが、InxGayAl1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いる
ことができる。同様に、クラッド層７１、第１コンタク
ト層７２、第２コンタクト層７３も、任意混晶比のInxG
ayAl1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いることができ
る。又、アクセプタ不純物元素には亜鉛の他、２族元素
又は、４族元素が、ドナー不純物元素にはシリコンの
他、４族元素、６族元素を用いることができる。
がSiC 、MgAl2O4 等を用いることができる。又、バッフ
ァ層にはAlN を用いたがAlGaN 、GaN 、InAlGaN 等を用
いることができる。さらに、ｎ層４には、GaN を用いて
いるが、InxGayAl1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いる
ことができる。同様に、クラッド層７１、第１コンタク
ト層７２、第２コンタクト層７３も、任意混晶比のInxG
ayAl1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いることができ
る。又、アクセプタ不純物元素には亜鉛の他、２族元素
又は、４族元素が、ドナー不純物元素にはシリコンの
他、４族元素、６族元素を用いることができる。
【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発光層から光のス
ペクトルを表した測定図。
ペクトルを表した測定図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの色度の合成を示し
た説明図。
た説明図。
１００…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 ４，４１，４２…ｎ層 ５…発光層 ７１…クラッド層 ７２…第１コンタクト層 ７２…第２コンタクト層 ９…透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 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
Claims (7)
- 【請求項１】３族窒化物半導体を用いた発光素子におい
て、 色度図上において、互いに、補色関係にある光を発光す
る発光層を設け、光取り出し面から放射される光を白色
光とし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】前記補色関係にある光は、前記発光層のバ
ンド端発光に基づく発光と、アクセプタ準位とドナー準
位との間のキャリアの遷移に基づく発光とで構成される
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】アクセプタ不純物とドナー不純物の濃度
は、１×1017〜１×1021/cm3 であることを特徴とする
請求項２に記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】前記発光層の厚さは、バンド端発光に基づ
く発光強度と、前記アクセプタ準位とドナー準位との間
のキャリアの遷移に基づく発光強度とが、略等しくなる
厚さ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５】前記発光層におけるアクセプタ不純物とド
ナー不純物の濃度は、バンド端発光に基づく発光強度
と、前記アクセプタ準位とドナー準位との間のキャリア
の遷移に基づく発光強度とが、略等しくなる濃度である
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６】前記３族窒化物半導体は(AlxGa1-X)yIn1-y
N(0 ≦x ≦1;0 ≦y ≦1)であることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の３族窒化物半導体発
光素子。 - 【請求項７】前記補色関係にある光は、ｘｙ色度図上に
おいて、各光の各色度座標の明度に重み付けられた平均
値が、略、等エネルギー白色光の座標（1/3,1/3)となる
ようにした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 |
|---|---|---|---|
| JP18837096A JP3675044B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18837096A JP3675044B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022527A true JPH1022527A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3675044B2 JP3675044B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=16222434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18837096A Expired - Fee Related JP3675044B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3675044B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11289108A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2000196142A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光素子 |
| US6252254B1 (en) | 1998-02-06 | 2001-06-26 | General Electric Company | Light emitting device with phosphor composition |
| WO2002056391A1 (fr) * | 2001-01-10 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif electroluminescent |
| US6620643B1 (en) | 1999-08-05 | 2003-09-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| JP2003530703A (ja) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク | ＧａＩｎＮからなる薄い半導体層およびその製造方法ならびにその半導体層を備えたＬＥＤさらにはこのＬＥＤを備えた照明デバイス |
| US6649943B2 (en) | 2001-06-07 | 2003-11-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light-emitting element |
| US6777720B2 (en) | 2001-01-19 | 2004-08-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Semiconductor light-emitting element having first and second epitaxial layer group II-VI semiconductor compounds on a substrate |
| NL1023679C2 (nl) * | 2003-06-17 | 2004-12-20 | Tno | Lichtemitterende diode. |
| US6965126B2 (en) | 2001-06-13 | 2005-11-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting element |
| US7042153B2 (en) | 2002-02-12 | 2006-05-09 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light emitting element |
| JP2006210962A (ja) * | 2006-05-11 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| US7247884B2 (en) | 2001-06-08 | 2007-07-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light-emitting element |
| JP2007188990A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物半導体素子 |
| JP2009081379A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US8740663B2 (en) | 2009-02-19 | 2014-06-03 | Cree, Inc. | Light emitting devices and systems having tunable chromaticity and methods of tuning the chromaticity of light emitting devices and systems |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP18837096A patent/JP3675044B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11289108A (ja) * | 1998-04-03 | 1999-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| JP2003530703A (ja) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク | ＧａＩｎＮからなる薄い半導体層およびその製造方法ならびにその半導体層を備えたＬＥＤさらにはこのＬＥＤを備えた照明デバイス |
| WO2002056391A1 (fr) * | 2001-01-10 | 2002-07-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif electroluminescent |
| US6891203B2 (en) | 2001-01-10 | 2005-05-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light emitting device |
| US6777720B2 (en) | 2001-01-19 | 2004-08-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Semiconductor light-emitting element having first and second epitaxial layer group II-VI semiconductor compounds on a substrate |
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| US6965126B2 (en) | 2001-06-13 | 2005-11-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting element |
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