JPH1041545A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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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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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
子は有機金属化合物気相成長(MOVPE)法により形
成される。
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+ー
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。
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。
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
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(SiH4)及びシ
クロペンタジエンマグネシウム(Mg(C5H5)2)
(以下、「CP2Mg」と記す。)である。
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を
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。
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。
サファイア基板1の温度を1150℃に保持し、H2又
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。
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
N2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。
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。
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。
H2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。
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。
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。
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。
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。
面図である。図2は図1の部分拡大断面図である。
面図である。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20927196A JPH1041545A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20927196A JPH1041545A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1041545A true JPH1041545A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16570189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20927196A Pending JPH1041545A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1041545A (ja) |
Cited By (7)
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 |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP20927196A patent/JPH1041545A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
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US9142717B2 (en) | 2011-05-13 | 2015-09-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and wafer |
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