JPH1041545A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH1041545A
JPH1041545A JP20927196A JP20927196A JPH1041545A JP H1041545 A JPH1041545 A JP H1041545A JP 20927196 A JP20927196 A JP 20927196A JP 20927196 A JP20927196 A JP 20927196A JP H1041545 A JPH1041545 A JP H1041545A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
light emitting
quantum well
semiconductor layer
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Application number
JP20927196A
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English (en)
Inventor
Shinya Asami
慎也 浅見
Masayoshi Koike
正好 小池
Shiro Yamazaki
史郎 山崎
Seiji Nagai
誠二 永井
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Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超格子構造の発光層を持つ半導体発光素子の
発光効率を向上する。 【解決手段】3族窒化物半導体で形成されるn伝導型の
第1の半導体層とp伝導型の第2の半導体層と間に、量
子井戸層と該量子井戸層より薄いバリア層とを繰り返し
積層してなる超格子構造の発光層を設ける。量子井戸層
の層厚を1〜10nmに、バリア層の層厚を0.2〜2
nmに選択する。この発明の適用された発光ダイオード
が実施例として説明されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体発光素子に
関し、特に超格子構造を有した半導体発光素子、例えば
発光ダイオードの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】可視光短波長領域の発光素子として化合
物半導体を用いたものが知られている。なかでも3族窒
化物半導体、特にAlGaInN系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く、かつ光の3原
色の1つである青色発光すること等から、昨今特に注目
を集めている。このような半導体発光素子において、発
光効率を高めるために、超格子構造を発光層としたもの
が提案されている。レーザ発光装置に関すものである
が、例えば、特公平3ー71797号公報、特開昭48
ー26383号公報、特開昭57ー152178号公報
等を参照されたい。超格子構造の発光層を備えた発光ダ
イオードが特開平6ー268257号公報に開示されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】発光層を超格子構造と
することにより発光効率が向上し、かつ目的とする波長
の光を発光させることができるようになった。しかしな
がら、半導体発光素子に要求される発光効率は益々高く
なってきている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明はこのような課
題、即ち発光効率を向上させること、を達成すべくなさ
れたものである。即ち、3族窒化物半導体で形成される
半導体発光素子であって、n伝導型の第1の半導体層
と、p伝導型の第2の半導体層と、前記第1と第2の半
導体層の間に設けられ、量子井戸層と該量子井戸層より
薄いバリア層とを繰り返し積層してなる超格子構造の発
光層と、を備えてなる半導体発光素子である。
【0005】
【発明の作用及び効果】バリア層を量子井戸層より薄く
形成することにより、超格子構造である発光層へ注入さ
れた電子及びホールが発光層内において局在することが
なくなり、発光層内の各量子井戸層へ実質的に均一に存
在することとなる。これは、薄くされたバリア層に対し
て電子とホールがトンネルしやすくなるためである。従
って、発光層における電子とホールとの再結合の確率が
向上し、もって発光効率が向上する。更には、バリア層
を薄くするとバリア層中の結晶欠陥が著しく低下する。
これにより素子としての長寿命化が図れる。
【0006】
【手段の詳細な説明】バリア層の層厚は0.2〜5.0
nmとすることが好ましく、更に好ましくは0.5〜
2.0nmである。0.2nm未満の薄いバリア層を均
一に形成することは非常に困難である。層厚が5.0n
mを超えるバリア層では、電子やホールのトンネルが生
じ難くなる。このバリア層はGaN系化合物半導体で形
成され、必要に応じインジウム及び/又はアルミニウム
を配合することができる。不純物はドープしなくてよ
い。勿論、不純物をドープすることもできる。
【0007】量子井戸層の層厚は1〜10nmとするこ
とが好ましく、更に好ましくは2.0〜4.0nmであ
る。量子井戸層の層厚が1.0nm未満であると、量子
効果により発光波長が紫外領域側に短波長化していま
い、当該層厚が10nmを超えると、量子井戸層中の格
子欠陥が増大するおそれがあるからである。量子井戸層
はバリア層よりバンドギャップの狭いGaN系化合物半
導体で形成され、必要に応じインジウム及び/又はアル
ミニウムを配合することができる。不純物はドープしな
くてよい。勿論、不純物をドープすることもできる。
【0008】超格子構造の発光層を形成するに当たり、
量子井戸層の層数は1〜40層、好ましくは3〜10層
とする。そして、各量子井戸層がそれより薄手のバリア
層でサンドイッチされる。
【0009】上記超格子構造の発光層は、n伝導型のG
aN系化合物半導体層(第1の半導体層)とp伝導型の
GaN系化合物半導体層(第2の半導体層)との間に設
けられる。n伝導型の第1の半導体層とp伝導型の第2
の半導体層はそれぞれ発光層に対するクラッド層とな
る。そして、第1及び第2の半導体層へそれぞれ電極が
接続される。
【0010】n伝導型の第1の半導体層はAlNのバッ
ファ層を介してサファイア基板の上に形成される。この
第1の半導体層を発光層側の低電子濃度n層とバッファ
層側の高電子濃度n+層とからなる2層構造とすること
ができる。
【0011】発光層とp伝導型の第2の半導体層との間
にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバリア層よ
りバンドギャップの広いAlXInYGa1-X-YN(X=0,Y
=0,X=Y=0を含む)層を介在させることができる。これは
発光層中に注入された電子が第2の半導体層に拡散する
のを防止するためである。第2の半導体層を発光層側の
低ホール濃度p層と電極側のの高ホール濃度p+層とか
らなる2層構造とすることができる。
【0012】超格子構造の発光層を備えた半導体発光素
子は有機金属化合物気相成長(MOVPE)法により形
成される。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を実施例に
基づき、図面を参照しながら説明する。実施例の発光ダ
イオード10は、図1に示すとおり、サファイア基板1
の上にAlN製のバッファ層2が形成されている。この
バッファ層2の上には、順に、層厚約4μmのシリコン
ドープトn+ーGaN層3a、層厚約1μmのシリコンド
ープトnーGaN層3b、超格子構造の発光層4、層厚
約100nmのマグネシウムドープトAlGaN層5、
膜厚約200nmのマグネシウムドープトpーGaN層
6b及び層厚約50nmのマグネシウムドープトp+
GaN層6aが積層されている。シリコンドープ量が多
いn伝導型の半導体層3aにはアルミニウム製の電極パ
ッド7が接続され、マグネシウムドープ量が多いp伝導
型の半導体層6a(最上層)には金からなる透明電極8
を介して金製の電極パッド9が接続されている。
【0014】超格子構造の発光層4は、図2に示すとお
り、膜厚1nmのバリア層41と膜厚5nmの量子井戸
層42を順に積層した構成であり、この実施例では5層
の量子井戸層42が形成されている。バリア層41はノ
ンドープトGaNからなり、量子井戸層42はノンドー
プトGa0.5In0.5Nからなる。
【0015】上記の発光ダイオード10は有機金属化合
物気相成長法(以下、「MOVPE」と記す。)により
製造される。用いるガスは、NH3、キャリアガスとし
てのH2又はN2、トリメチルガリウム(Ga(C
33)(以下、「TMG」と記す。)、トリメチルア
ルミニウム(Al(CH33)(以下、「TMA」と記
す。)、トリメチルインジウム(In(CH33)(以
下、「TMI」と記す。)、シラン(SiH4)及びシ
クロペンタジエンマグネシウム(Mg(C552
(以下、「CP2Mg」と記す。)である。
【0016】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶サファイア基板1を周知のMO
VPE装置の反応室内のサセプタに装着した(例えば、
特公平5ー73251号公報参照)。次に、常圧でH2
流速2 liter/min 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。
【0017】次に、温度を400℃まで低下させて、H
2を20 liter/min、NH3を10 liter/min、TMAを
1.8 X 10ー5 mol/min で供給してAlNのバッファ
層2を約50nm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又はN2を10 lit
er/min、NH3を7 liter/min、TMGを5.0 X 10
ー4 mol/min及びシランを4.2 X 10ー8 mol/minを導
入し、膜厚約4μmのシリコンドープトGaNからなる
高キャリア濃度n+層3aを形成した。
【0018】高キャリア濃度n+層3の形成に続いて、
サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、H2
はN2を10 liter/min、NH3を7 liter/min、TMG
を5.0 X 10ー4 mol/min及びシランを2.0 X 10
ー8 mol/min導入し、膜厚約1μmのシリコンドープトG
aNからなる低キャリア濃度n層3bを形成した。
【0019】続いて、基板1の温度を750℃に保持
し、H2又はN2を10 liter/min、NH3を12 liter/
min、TMGを9.0 X 10ー6 mol/min導入し、膜厚約
1nmのノンドープトGaNからなるバリア層41を形
成した。引き続き、温度を750℃に保持し、H2又は
2を10 liter/min、NH3を12 liter/min、TMG
を9.0 X 10ー6 mol/min、TMIを1.2 X 10ー5
mol/min導入し、膜厚約5nmのノンドープトGa0.5
In0.5Nからなる量子井戸層42を形成した。この工
程を繰り返して、5層の量子井戸層42を備えた発光層
4を形成した。
【0020】次に、基板1の温度を1100℃に保持
し、H2又はN2を25 liter/min、NH3を15 liter/
min、TMGを5.0 X 10ー5 mol/min、TMAを6.
0 X10ー6 mol/min、CP2Mgを3.0 X 10ー7 mol
/min導入して層厚約100nmのマグネシウムドープト
Al0.08Ga0.92N層5を形成した。
【0021】続いて、基板の温度を1100℃に保持
し、H2又はN2を10 liter/min、NH3を7 liter/mi
n、TMGを0.25 X 10ー4 mol/min、CP2Mgを
7.0X 10ー9 mol/min導入し、膜厚約200nmのマ
グネシウムドープトpーGaN層6bを形成した。しか
し、この状態で層6bは高抵抗の半絶縁体である。
【0022】更に、基板の温度を1100℃に保持し、
2又はN2を10 liter/min、NH3を7 liter/min、
TMGを0.25 X 10ー4 mol/min、CP2Mgを2.
1 X10ー8 mol/min導入し、膜厚約50nmのマグネシ
ウムドープトp+ーGaN層6aを形成した。しかし、
この状態で層6aは高抵抗の半絶縁体である。
【0023】その後、電子線照射装置を用いて、層6a
及び6bへ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、ビーム移動
速度0.2mm/sec、ビーム径60μmΦ、真空度5.0
X 10ー5Torrである。このような電子線照射によって層
6a及び6bはそれぞれ所望のp+伝導型及びp伝導型
となる。
【0024】このようにして形成された半導体ウエハを
周知の方法でエッチングして、図1に示した半導体層構
成とした。そして、透明電極8を最上層6aの上に蒸着
し、電極パッド7及び9を形成した。その後、図1の構
成の発光ダイオード10を半導体ウエハから切り離し
た。
【0025】このようにして得られた実施例の発光ダイ
オード10は、常温下、20mAの印加電流に対し、2
ないし3cdの光度が得られた。一方、バリア層の厚さ
を量子井戸層と同じ5nmとし、他の部分の構成は全く
同一である比較例の発光ダイオードでは、20mAの印
加電流に対して、1cdの光度しか得られなかった。
【0026】この発明は上記実施例の記載に何ら限定さ
れるものではなく、請求項の記載を逸脱しない範囲で、
当業者が予想できる各種の変形態様を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施例の発光ダイオードの断
面図である。図2は図1の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
3a、3b n伝導型の第1の半導体層 4 発光層 6a、6b p伝導型の第2の半導体層 10 発光ダイオード 41 バリア層 42 量子井戸層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年9月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施例の発光ダイオードの断
面図である。
【図2】図2は図1の部分拡大断面図である。
【符号の説明】 3a、3b n伝導型の第1の半導体層 4 発光層 6a、6b p伝導型の第2の半導体層 10 発光ダイオード 41 バリア層 42 量子井戸層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 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 永井 誠二 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3族窒化物半導体で形成される半導体発
    光素子であって、 n伝導型の第1の半導体層と、 p伝導型の第2の半導体層と、 前記第1と第2の半導体層の間に設けられ、量子井戸層
    と該量子井戸層より薄いバリア層とを繰り返し積層して
    なる超格子構造の発光層と、を備えてなる半導体発光素
    子。
  2. 【請求項2】 前記量子井戸層の層厚が1〜10nmで
    あり、前記バリア層の層厚が0.2〜5nmであること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記発光層はLEDとして発光すること
    を特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
JP20927196A 1996-07-19 1996-07-19 半導体発光素子 Pending JPH1041545A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100887050B1 (ko) 2007-12-06 2009-03-04 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자
US8008647B2 (en) 2006-12-26 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Nitride semiconductor device with superlattice active layer including barrier layers with different energy band gaps
JP2012243780A (ja) * 2011-05-13 2012-12-10 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ
JP2012244154A (ja) * 2012-01-23 2012-12-10 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ
CN102867895A (zh) * 2012-09-17 2013-01-09 聚灿光电科技(苏州)有限公司 一种有效提高led侧面出光的外延结构及其制造方法
US8735935B2 (en) 2007-04-23 2014-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd Small size light emitting device and manufacturing method of the same
JP2016225525A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8008647B2 (en) 2006-12-26 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Nitride semiconductor device with superlattice active layer including barrier layers with different energy band gaps
US8735935B2 (en) 2007-04-23 2014-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd Small size light emitting device and manufacturing method of the same
KR100887050B1 (ko) 2007-12-06 2009-03-04 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자
JP2012243780A (ja) * 2011-05-13 2012-12-10 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ
US9142717B2 (en) 2011-05-13 2015-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device and wafer
JP2012244154A (ja) * 2012-01-23 2012-12-10 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ
CN102867895A (zh) * 2012-09-17 2013-01-09 聚灿光电科技(苏州)有限公司 一种有效提高led侧面出光的外延结构及其制造方法
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