JPH11191635A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁性基板を用いる窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子において、動作電圧の低減を図るととも
に、結晶成長時のクラックの発生を抑制し製造歩留まり
を向上させる。 【解決手段】 絶縁性の基板１の上にｎ型層３と発光層
とｐ型層５，６とを順次形成した積層構造を有し、ｎ型
層３の表面上にｎ側電極８を形成する窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子において、ｎ型層３を、基板１側か
ら順に第１のｎ型層３１とこの第１のｎ型層３１よりも
キャリア濃度が高い第２のｎ型層３２とを少なくとも積
層体とする。ここで、第１のｎ型層３１のキャリア濃度
は１×１０1６〜２×１０18ｃｍ-3及び第２のｎ型層３
２のキャリア濃度は２×１０18〜１×１０19ｃｍ-3の範
囲とすることが最適であり、それぞれの層厚は１〜５μ
ｍ及び０．１〜０．５μｍの範囲とすることが好まし
い。
導体発光素子において、動作電圧の低減を図るととも
に、結晶成長時のクラックの発生を抑制し製造歩留まり
を向上させる。 【解決手段】 絶縁性の基板１の上にｎ型層３と発光層
とｐ型層５，６とを順次形成した積層構造を有し、ｎ型
層３の表面上にｎ側電極８を形成する窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子において、ｎ型層３を、基板１側か
ら順に第１のｎ型層３１とこの第１のｎ型層３１よりも
キャリア濃度が高い第２のｎ型層３２とを少なくとも積
層体とする。ここで、第１のｎ型層３１のキャリア濃度
は１×１０1６〜２×１０18ｃｍ-3及び第２のｎ型層３
２のキャリア濃度は２×１０18〜１×１０19ｃｍ-3の範
囲とすることが最適であり、それぞれの層厚は１〜５μ
ｍ及び０．１〜０．５μｍの範囲とすることが好まし
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードや
レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子に関する。
レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになり、青色や緑色の発光ダイオー
ドの分野での展開が進んでいる。
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになり、青色や緑色の発光ダイオー
ドの分野での展開が進んでいる。
【０００３】この窒化ガリウム系化合物半導体の製造で
は、半導体膜を成長させるための基板として、一般に絶
縁性のサファイアが用いられている。このサファイアの
ような絶縁性の基板を用いる場合では、窒化ガリウム系
以外の例えばＧａＡｓやＩｎＧａＰ等の半導体の基板を
利用する発光素子とは異なって、基板側から電極を取り
出すことができないため、半導体層に設けるｎ側及びｐ
側の電極は基板の半導体膜を形成した一面側に形成され
ることになる。
は、半導体膜を成長させるための基板として、一般に絶
縁性のサファイアが用いられている。このサファイアの
ような絶縁性の基板を用いる場合では、窒化ガリウム系
以外の例えばＧａＡｓやＩｎＧａＰ等の半導体の基板を
利用する発光素子とは異なって、基板側から電極を取り
出すことができないため、半導体層に設けるｎ側及びｐ
側の電極は基板の半導体膜を形成した一面側に形成され
ることになる。
【０００４】一方、サファイアを基板とするものも含め
て、発光素子の製造においては、有機金属気相成長法に
よって窒化ガリウム系半導体薄膜を成長させるのが近来
では主流である。この方法は、基板を装入して設置した
反応管の中に、ＩＩＩ族元素の原料ガスとして有機金属
化合物ガス（トリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と
略称する。）、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭ
Ａ」と略称する。）、トリメチルインジウム（以下、
「ＴＭＩ」と略称する。）等）と、・族元素の原料ガス
としてアンモニアやヒドラジン等を供給し、基板温度を
およそ９００℃〜１１００℃の高温で保持して、基板上
にｎ型層と発光層とｐ型層とを成長させてこれらを積層
形成するというものである。そして、この成長形成の
後、ｐ型層および発光層の一部の領域をエッチングによ
り除去してｎ型層を露出させ、露出した部分のｎ型層の
表面およびｐ型層の表面のそれぞれにｎ側電極およびｐ
側電極を、例えば蒸着法によって接合形成したものとし
て発光素子を得ることができる。
て、発光素子の製造においては、有機金属気相成長法に
よって窒化ガリウム系半導体薄膜を成長させるのが近来
では主流である。この方法は、基板を装入して設置した
反応管の中に、ＩＩＩ族元素の原料ガスとして有機金属
化合物ガス（トリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と
略称する。）、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭ
Ａ」と略称する。）、トリメチルインジウム（以下、
「ＴＭＩ」と略称する。）等）と、・族元素の原料ガス
としてアンモニアやヒドラジン等を供給し、基板温度を
およそ９００℃〜１１００℃の高温で保持して、基板上
にｎ型層と発光層とｐ型層とを成長させてこれらを積層
形成するというものである。そして、この成長形成の
後、ｐ型層および発光層の一部の領域をエッチングによ
り除去してｎ型層を露出させ、露出した部分のｎ型層の
表面およびｐ型層の表面のそれぞれにｎ側電極およびｐ
側電極を、例えば蒸着法によって接合形成したものとし
て発光素子を得ることができる。
【０００５】近来では、このようなサファイアを基板と
して窒化ガリウム系化合物半導体の薄膜を積層して作製
されたダブルヘテロ構造を含む発光素子が主流である。
図２に従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構
造を示す断面図を示す。
して窒化ガリウム系化合物半導体の薄膜を積層して作製
されたダブルヘテロ構造を含む発光素子が主流である。
図２に従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構
造を示す断面図を示す。
【０００６】図２において、サファイアからなる基板１
１上に、バッファ層１２と、窒化ガリウム（ＧａＮ）か
らなるｎ型層１３と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧ
ａＮ）からなる発光層１４と、窒化アルミニウムガリウ
ム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層１５と、Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層１６とによる積層構造が形
成されている。ｐ型コンタクト層１６上にはｐ側電極１
７が形成され、ｐ型コンタクト層１６，ｐ型クラッド層
１５及び発光層１４の３層の一部を除去してｎ型層１３
を露出させ、このｎ型層１３の表面上にｎ側電極１８が
形成されている。このｎ側電極１８の材料としては、ア
ルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）等
の金属が一般に用いられる。このような構造の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子は、たとえば特開平６−２
６８２５９号公報に開示されている。
１上に、バッファ層１２と、窒化ガリウム（ＧａＮ）か
らなるｎ型層１３と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧ
ａＮ）からなる発光層１４と、窒化アルミニウムガリウ
ム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層１５と、Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層１６とによる積層構造が形
成されている。ｐ型コンタクト層１６上にはｐ側電極１
７が形成され、ｐ型コンタクト層１６，ｐ型クラッド層
１５及び発光層１４の３層の一部を除去してｎ型層１３
を露出させ、このｎ型層１３の表面上にｎ側電極１８が
形成されている。このｎ側電極１８の材料としては、ア
ルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）等
の金属が一般に用いられる。このような構造の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子は、たとえば特開平６−２
６８２５９号公報に開示されている。
【０００７】このような構造の従来の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子においては、ｎ型層１３はシリコン
（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物をドー
プした窒化ガリウム系化合物半導体で形成される。より
具体的には、前述の有機金属気相成長法により窒化ガリ
ウム系化合物半導体からなるｎ型層を成長させる際に、
原料ガスとともにＳｉの原料ガスとして、例えば、シラ
ンやモノメチルシラン等、あるいはＧｅの原料ガスとし
て、例えば、ゲルマンやモノメチルゲルマン等を流して
成長させることにより形成される。そして、ｎ型層１３
のキャリア濃度はこれらのｎ型不純物の原料ガスの流量
を調整することにより制御される。
合物半導体発光素子においては、ｎ型層１３はシリコン
（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物をドー
プした窒化ガリウム系化合物半導体で形成される。より
具体的には、前述の有機金属気相成長法により窒化ガリ
ウム系化合物半導体からなるｎ型層を成長させる際に、
原料ガスとともにＳｉの原料ガスとして、例えば、シラ
ンやモノメチルシラン等、あるいはＧｅの原料ガスとし
て、例えば、ゲルマンやモノメチルゲルマン等を流して
成長させることにより形成される。そして、ｎ型層１３
のキャリア濃度はこれらのｎ型不純物の原料ガスの流量
を調整することにより制御される。
【０００８】なお、窒化ガリウム系化合物半導体におい
ては、ｎ型不純物をドープしないアンドープとしてもｎ
型となる性質があるので、意図的にｎ型不純物をドープ
せずにｎ型層を形成することも可能である。
ては、ｎ型不純物をドープしないアンドープとしてもｎ
型となる性質があるので、意図的にｎ型不純物をドープ
せずにｎ型層を形成することも可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子においては、その発光効率を高く維持す
るためには、動作電圧を低減する必要がある。したがっ
て、動作電圧を小さく抑えるためには、基板１１の上に
積層するそれぞれの半導体化合物の層の直列抵抗や電極
との接触抵抗を小さくしなければならない。
半導体発光素子においては、その発光効率を高く維持す
るためには、動作電圧を低減する必要がある。したがっ
て、動作電圧を小さく抑えるためには、基板１１の上に
積層するそれぞれの半導体化合物の層の直列抵抗や電極
との接触抵抗を小さくしなければならない。
【００１０】そこで、ｎ型層１３の直接抵抗やｎ側電極
１８との接触抵抗を小さくするために、有機金属気相成
長法においてｎ型層１３の成長時にｎ型不純物のドープ
量を増やすことが一つの有効な手段として考えられる。
ところが、ｎ型不純物のドープ量が増えると、成長した
ｎ型層１３に歪みが発生してこの歪みの量が大きくなる
ので、ｎ型層１３でクラックが発生しやすくなるという
問題がある。このようにｎ型層１３にクラックが発生す
ると、均一な面発光が得られなかったり、発光素子の信
頼性が低下したりするため好ましくない。
１８との接触抵抗を小さくするために、有機金属気相成
長法においてｎ型層１３の成長時にｎ型不純物のドープ
量を増やすことが一つの有効な手段として考えられる。
ところが、ｎ型不純物のドープ量が増えると、成長した
ｎ型層１３に歪みが発生してこの歪みの量が大きくなる
ので、ｎ型層１３でクラックが発生しやすくなるという
問題がある。このようにｎ型層１３にクラックが発生す
ると、均一な面発光が得られなかったり、発光素子の信
頼性が低下したりするため好ましくない。
【００１１】一方、ｎ型層１３のクラックの発生の抑制
を優先させる場合では、ｎ型不純物のドープ量を低減し
てｎ型層１３を成長形成させることが好ましいが、ｎ側
電極１８との接触抵抗を低くすることが困難になる。こ
れを補償するために、発光素子の直列抵抗を低減しよう
としてｎ型層１３の層厚を数μｍから十数μｍと厚くし
て形成すると、この場合にも前述と同様なクラックの発
生が起きやすくなるという問題がある。また、結晶の成
長時間も長くする必要があり、製造上好ましくない。
を優先させる場合では、ｎ型不純物のドープ量を低減し
てｎ型層１３を成長形成させることが好ましいが、ｎ側
電極１８との接触抵抗を低くすることが困難になる。こ
れを補償するために、発光素子の直列抵抗を低減しよう
としてｎ型層１３の層厚を数μｍから十数μｍと厚くし
て形成すると、この場合にも前述と同様なクラックの発
生が起きやすくなるという問題がある。また、結晶の成
長時間も長くする必要があり、製造上好ましくない。
【００１２】このように、窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子においては、その動作電圧を下げるためにｎ型
層のｎ型不純物ドープ量を増やしたり、層厚を厚くする
などの手段を用いると、クラックの発生が避けられな
い。したがって、素子の発光性能や製造歩留まりが悪く
なる。
発光素子においては、その動作電圧を下げるためにｎ型
層のｎ型不純物ドープ量を増やしたり、層厚を厚くする
などの手段を用いると、クラックの発生が避けられな
い。したがって、素子の発光性能や製造歩留まりが悪く
なる。
【００１３】本発明において解決すべき課題は、絶縁性
基板を用いる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子にお
いて、第１に動作電圧を低減して、第２に成長時のクラ
ックの発生を抑制し製造歩留まりを向上させるようにす
ることにある。
基板を用いる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子にお
いて、第１に動作電圧を低減して、第２に成長時のクラ
ックの発生を抑制し製造歩留まりを向上させるようにす
ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性の基板
の上にｎ型層と発光層とｐ型層とを順次形成した積層構
造を有し、前記ｐ型層及び発光層の一部を前記基板の積
層構造形成面側から除去して露出させたｎ型層の表面上
に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
であって、前記ｎ型層は、前記基板側から順に第１のｎ
型層と第１のｎ型層よりもキャリア濃度が高い第２のｎ
型層とを少なくとも含み、前記電極を前記第２のｎ型層
に設けたことを特徴とする。
の上にｎ型層と発光層とｐ型層とを順次形成した積層構
造を有し、前記ｐ型層及び発光層の一部を前記基板の積
層構造形成面側から除去して露出させたｎ型層の表面上
に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
であって、前記ｎ型層は、前記基板側から順に第１のｎ
型層と第１のｎ型層よりもキャリア濃度が高い第２のｎ
型層とを少なくとも含み、前記電極を前記第２のｎ型層
に設けたことを特徴とする。
【００１５】この構成により、発光素子の動作電圧が低
減され、かつ、製造歩留まりの高い窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子を提供することが可能となる。
減され、かつ、製造歩留まりの高い窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、絶縁性
の基板の上にｎ型層と発光層とｐ型層とを順次形成した
積層構造を有し、前記ｐ型層及び発光層の一部を前記基
板の積層構造形成面側から除去して露出させたｎ型層の
表面上に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子であって、前記ｎ型層は、前記基板側から順に第
１のｎ型層と第１のｎ型層よりもキャリア濃度が高い第
２のｎ型層とを少なくとも含み、前記電極を前記第２の
ｎ型層に設けたことを特徴とするものであり、ｎ型層と
ｎ側電極の接触抵抗を低減して発光素子の動作電圧を下
げることができるという作用を有する。
の基板の上にｎ型層と発光層とｐ型層とを順次形成した
積層構造を有し、前記ｐ型層及び発光層の一部を前記基
板の積層構造形成面側から除去して露出させたｎ型層の
表面上に電極を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子であって、前記ｎ型層は、前記基板側から順に第
１のｎ型層と第１のｎ型層よりもキャリア濃度が高い第
２のｎ型層とを少なくとも含み、前記電極を前記第２の
ｎ型層に設けたことを特徴とするものであり、ｎ型層と
ｎ側電極の接触抵抗を低減して発光素子の動作電圧を下
げることができるという作用を有する。
【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記第１のｎ型層のキャリア濃度は１
×１０16〜２×１０18ｃｍ-3の範囲であり、前記第２の
ｎ型層のキャリア濃度は２×１０18〜１×１０19ｃｍ-3
の範囲としたものであり、クラックの発生を抑制するこ
とができるとともに、ｎ型層と電極の接触抵抗を低減で
きるという作用を有する。
の発明において、前記第１のｎ型層のキャリア濃度は１
×１０16〜２×１０18ｃｍ-3の範囲であり、前記第２の
ｎ型層のキャリア濃度は２×１０18〜１×１０19ｃｍ-3
の範囲としたものであり、クラックの発生を抑制するこ
とができるとともに、ｎ型層と電極の接触抵抗を低減で
きるという作用を有する。
【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記第２のｎ型層の層厚は、
前記第１のｎ型層の層厚よりも小さくしたものであり、
クラックの発生を抑制することができるという作用を有
する。
２に記載の発明において、前記第２のｎ型層の層厚は、
前記第１のｎ型層の層厚よりも小さくしたものであり、
クラックの発生を抑制することができるという作用を有
する。
【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記第１のｎ型層の層厚は１〜５μｍ
の範囲であり、前記第２のｎ型層の層厚は０．１〜０．
５μｍの範囲としたものであり、ｎ型層の層厚の範囲を
特定することにより、クラックの発生を効果的に抑制す
ることができるとともに、ｐ型層と発光層の一部を除去
してｎ型層の表面を露出させるエッチングの深さの精度
を高く維持できるという作用を有する。
の発明において、前記第１のｎ型層の層厚は１〜５μｍ
の範囲であり、前記第２のｎ型層の層厚は０．１〜０．
５μｍの範囲としたものであり、ｎ型層の層厚の範囲を
特定することにより、クラックの発生を効果的に抑制す
ることができるとともに、ｐ型層と発光層の一部を除去
してｎ型層の表面を露出させるエッチングの深さの精度
を高く維持できるという作用を有する。
【００２０】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を
示す断面図である。
面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を
示す断面図である。
【００２１】図１において、サファイアからなる基板１
上にバッファ層２が形成されている。このバッファ層２
としては、ＧａＮやＧａＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ等
を用いることができる。バッファ層２の上には、下から
順にｎ型層３，発光層４，ｐ型クラッド層５及びｐ型コ
ンタクト層６が積層されている。ｎ型層３は、基板１側
から順にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３１とキャリ
ア濃度の高い第２のｎ型層３２とを形成した積層構造を
持つ。なお、ｎ型層３を形成するためのｎ型不純物とし
ては、ＳｉやＧｅ等を用いることができる。
上にバッファ層２が形成されている。このバッファ層２
としては、ＧａＮやＧａＡｌＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮ等
を用いることができる。バッファ層２の上には、下から
順にｎ型層３，発光層４，ｐ型クラッド層５及びｐ型コ
ンタクト層６が積層されている。ｎ型層３は、基板１側
から順にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３１とキャリ
ア濃度の高い第２のｎ型層３２とを形成した積層構造を
持つ。なお、ｎ型層３を形成するためのｎ型不純物とし
ては、ＳｉやＧｅ等を用いることができる。
【００２２】ＩｎＧａＮによって形成される発光層４は
亜鉛やＳｉ等をドープして不純物準位を利用した発光層
とすることもできるが、アンドープとして層厚を１０ｎ
ｍ以下と薄くし、量子準位を利用した発光層とすること
もできる。なお、アンドープとは成長形成時にｐ型不純
物、ｎ型不純物が添加されていないということである。
亜鉛やＳｉ等をドープして不純物準位を利用した発光層
とすることもできるが、アンドープとして層厚を１０ｎ
ｍ以下と薄くし、量子準位を利用した発光層とすること
もできる。なお、アンドープとは成長形成時にｐ型不純
物、ｎ型不純物が添加されていないということである。
【００２３】ｐ型クラッド層５としては、ＡｌＧａＮや
ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。ま
た、ｐ型コンタクト層６にはＧａＮやＩｎＧａＮ等を用
いることができる。そして、ｐ型クラッド層５およびｐ
型コンタクト層６にドープされるｐ型不純物としてはＭ
ｇが用いられる。
ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等を用いることができる。ま
た、ｐ型コンタクト層６にはＧａＮやＩｎＧａＮ等を用
いることができる。そして、ｐ型クラッド層５およびｐ
型コンタクト層６にドープされるｐ型不純物としてはＭ
ｇが用いられる。
【００２４】ｐ型コンタクト層６の上にはｐ側電極７を
形成し、一方ｎ型層３のうち第２のｎ型層３２の上には
ｎ側電極８を設ける。このｎ側電極８の形成材料として
は、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属を
用いることができる。
形成し、一方ｎ型層３のうち第２のｎ型層３２の上には
ｎ側電極８を設ける。このｎ側電極８の形成材料として
は、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属を
用いることができる。
【００２５】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子の製造においては、素子の動作電圧を低減するため
にｎ型層のｎ型不純物ドープ量を増やしたり、ｎ型層の
層厚を厚くしたりすると、成長時のクラックの発生頻度
が高くなり、製造歩留まりが低下することを既に説明し
た。このようなクラックの発生は、ｎ型不純物を高濃度
にドープすることにより成長したｎ型層に歪みが発生
し、さらに層厚を厚くすることにより歪みの量が大きく
なることが一つの原因と考えられる。
素子の製造においては、素子の動作電圧を低減するため
にｎ型層のｎ型不純物ドープ量を増やしたり、ｎ型層の
層厚を厚くしたりすると、成長時のクラックの発生頻度
が高くなり、製造歩留まりが低下することを既に説明し
た。このようなクラックの発生は、ｎ型不純物を高濃度
にドープすることにより成長したｎ型層に歪みが発生
し、さらに層厚を厚くすることにより歪みの量が大きく
なることが一つの原因と考えられる。
【００２６】すなわち、ｎ型層のｎ型不純物ドープ量と
層厚の適正化による動作電圧の低減は、これらのｎ型不
純物ドープ量とｎ型層の層厚との間にクラックの発生に
ついてのトレードオフが存在することにより、制限され
ているというのが従来の技術であった。換言すると、ｎ
型層のｎ型不純物ドープ量と層厚との間には、ｎ型層の
クラックの発生についてのトレードオフがあるので、こ
れらを適正化しても動作電圧の低減は制限されてしま
う。
層厚の適正化による動作電圧の低減は、これらのｎ型不
純物ドープ量とｎ型層の層厚との間にクラックの発生に
ついてのトレードオフが存在することにより、制限され
ているというのが従来の技術であった。換言すると、ｎ
型層のｎ型不純物ドープ量と層厚との間には、ｎ型層の
クラックの発生についてのトレードオフがあるので、こ
れらを適正化しても動作電圧の低減は制限されてしま
う。
【００２７】これに対し、本実施の形態では、ｎ型層３
を基板１側から順にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３
１とキャリア濃度の高い第２のｎ型層３２とを含む積層
構造とし、ｎ側電極８を第２のｎ型層３１の上に設ける
というｎ型層３の多層構造化によって、動作電圧の低減
化と製造歩留まりを高く維持することが可能となる。以
下、このことを説明する。
を基板１側から順にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３
１とキャリア濃度の高い第２のｎ型層３２とを含む積層
構造とし、ｎ側電極８を第２のｎ型層３１の上に設ける
というｎ型層３の多層構造化によって、動作電圧の低減
化と製造歩留まりを高く維持することが可能となる。以
下、このことを説明する。
【００２８】図１に示した本実施の形態の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子は、ｎ型層３は基板１側からキ
ャリア濃度の低い第１のｎ型層３１とキャリア濃度の高
い第２のｎ型層３２を含む積層構造を持つ。すなわち、
基板１側にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３１を形成
した後、この第１のｎ型層３１の上にキャリア濃度の高
い第２のｎ型層３２を形成し、この第２のｎ型層３２の
上にｎ側電極８を形成したものである。
系化合物半導体発光素子は、ｎ型層３は基板１側からキ
ャリア濃度の低い第１のｎ型層３１とキャリア濃度の高
い第２のｎ型層３２を含む積層構造を持つ。すなわち、
基板１側にキャリア濃度の低い第１のｎ型層３１を形成
した後、この第１のｎ型層３１の上にキャリア濃度の高
い第２のｎ型層３２を形成し、この第２のｎ型層３２の
上にｎ側電極８を形成したものである。
【００２９】このようなキャリア濃度が異なる第１のｎ
型層３１及び第２のｎ型層３２を基板１側から順に形成
した積層構造とすることによって、第１のｎ型層３１の
ｎ型不純物ドープ量を小さくしてキャリア濃度を低くし
ても、第１のｎ型層３１の層厚を厚く形成することがで
きるので、この第１のｎ型層３１における抵抗の増加と
クラックの発生を同時に抑制することができる。そし
て、第１のｎ型層３１の上に、ｎ型不純物のドープ量を
第１のｎ型層３１よりも大きくしてキャリア濃度を高く
した第２のｎ型層３２にｎ側電極８を形成することで、
第２のｎ型層３２とｎ側電極８の間の接触抵抗を低減す
ることができるので、発光素子の動作電圧を下げること
ができ、消費電力の削減が可能となる。
型層３１及び第２のｎ型層３２を基板１側から順に形成
した積層構造とすることによって、第１のｎ型層３１の
ｎ型不純物ドープ量を小さくしてキャリア濃度を低くし
ても、第１のｎ型層３１の層厚を厚く形成することがで
きるので、この第１のｎ型層３１における抵抗の増加と
クラックの発生を同時に抑制することができる。そし
て、第１のｎ型層３１の上に、ｎ型不純物のドープ量を
第１のｎ型層３１よりも大きくしてキャリア濃度を高く
した第２のｎ型層３２にｎ側電極８を形成することで、
第２のｎ型層３２とｎ側電極８の間の接触抵抗を低減す
ることができるので、発光素子の動作電圧を下げること
ができ、消費電力の削減が可能となる。
【００３０】このように、第１及び第２のｎ型層３１，
３２のそれぞれのキャリア濃度の差を持たせることが、
動作電圧の低減及びクラック発生防止の両面での最適化
を促すことができる。そして、それぞれのキャリア濃度
の具体的な数値の特定は、本発明者等の知見によれば、
以下のとおりである。
３２のそれぞれのキャリア濃度の差を持たせることが、
動作電圧の低減及びクラック発生防止の両面での最適化
を促すことができる。そして、それぞれのキャリア濃度
の具体的な数値の特定は、本発明者等の知見によれば、
以下のとおりである。
【００３１】まず、第１のｎ型層３１のキャリア濃度
は、１×１０16ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲とする
ことが望ましい。この第１のｎ型層３１キャリア濃度が
１×１０16ｃｍ-3よりも小さくなると、第１のｎ型層３
１自身における直列抵抗が大きくなって素子の動作電圧
が高くなる傾向があり、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ
-3よりも大きくなると、クラックが発生しやすくなる傾
向があるためである。
は、１×１０16ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲とする
ことが望ましい。この第１のｎ型層３１キャリア濃度が
１×１０16ｃｍ-3よりも小さくなると、第１のｎ型層３
１自身における直列抵抗が大きくなって素子の動作電圧
が高くなる傾向があり、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ
-3よりも大きくなると、クラックが発生しやすくなる傾
向があるためである。
【００３２】第１のｎ型層３１よりもキャリア濃度の高
い第２のｎ型層３２のキャリア濃度は、２×１０18ｃｍ
-3〜１×１０19ｃｍ-3とすることが望ましい。この第２
のｎ型層３２のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3よりも
小さくなると、ｎ側電極８との間の接触抵抗を十分に低
減することは困難になり、１×１０19ｃｍ-3よりも大き
くなると、この層の結晶性が悪くなる傾向があり、この
上に成長させる発光層やｐ型層の結晶性が悪くなって発
光出力が低下する恐れがある。
い第２のｎ型層３２のキャリア濃度は、２×１０18ｃｍ
-3〜１×１０19ｃｍ-3とすることが望ましい。この第２
のｎ型層３２のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3よりも
小さくなると、ｎ側電極８との間の接触抵抗を十分に低
減することは困難になり、１×１０19ｃｍ-3よりも大き
くなると、この層の結晶性が悪くなる傾向があり、この
上に成長させる発光層やｐ型層の結晶性が悪くなって発
光出力が低下する恐れがある。
【００３３】また、第２のｎ型層３２は第１のｎ型層３
１の層厚よりも小さくし、特に０．１〜０．５μｍの範
囲とすることが好ましい。０．１μｍよりも薄くなる
と、ｐ型クラッド層５とｐ型コンタクト層６とによるｐ
型層及び発光層４の一部を除去してｎ型層３の表面を露
出させるエッチングの深さを制御することが困難にな
る。また、０．５μｍよりも厚くなると、第２のｎ型層
３２の結晶性が悪くなり、この第２のｎ型層３２の上に
成長させる発光層４やｐ型クラッド層５及びｐ型コンタ
クト層６の結晶性が悪くなって発光出力が低下する恐れ
がある。
１の層厚よりも小さくし、特に０．１〜０．５μｍの範
囲とすることが好ましい。０．１μｍよりも薄くなる
と、ｐ型クラッド層５とｐ型コンタクト層６とによるｐ
型層及び発光層４の一部を除去してｎ型層３の表面を露
出させるエッチングの深さを制御することが困難にな
る。また、０．５μｍよりも厚くなると、第２のｎ型層
３２の結晶性が悪くなり、この第２のｎ型層３２の上に
成長させる発光層４やｐ型クラッド層５及びｐ型コンタ
クト層６の結晶性が悪くなって発光出力が低下する恐れ
がある。
【００３４】第１のｎ型層３１の層厚は、１〜５μｍの
範囲とすることが好ましい。１μｍよりも薄くなると、
素子の直列抵抗が大きくなって動作電圧が高くなる傾向
があり、５μｍより厚くなると、クラックが発生しやす
くなる傾向があるためである。
範囲とすることが好ましい。１μｍよりも薄くなると、
素子の直列抵抗が大きくなって動作電圧が高くなる傾向
があり、５μｍより厚くなると、クラックが発生しやす
くなる傾向があるためである。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の半導体発光素子をその具体的
な製造方法に基づいて説明する。
な製造方法に基づいて説明する。
【００３６】本実施例は、有機金属気相成長法を用いた
窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を示すものであ
る。
窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を示すものであ
る。
【００３７】（実施例１）本実施例を図１を参照しなが
ら説明する。
ら説明する。
【００３８】まず、表面を鏡面に仕上げたサファイアの
基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１
の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガスを流
しながら基板を加熱することにより、基板１の表面に付
着している有機物等の汚れや水分を取り除くためのクリ
ーニングを行う。
基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１
の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガスを流
しながら基板を加熱することにより、基板１の表面に付
着している有機物等の汚れや水分を取り除くためのクリ
ーニングを行う。
【００３９】次に、基板１の表面温度を６００℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リッ
トル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルア
ルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用
のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮか
らなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さとなるように成長
させる。
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リッ
トル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルア
ルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用
のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮか
らなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さとなるように成長
させる。
【００４０】次いで、ＴＭＡのキャリアガスの供給を止
めて１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとし
て、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リ
ットル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム
（以下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ
／分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ4（モノシラ
ン）ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のｎ型層３１
を２μｍの厚さで成長させる。このとき、第１のｎ型層
３１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3であった。
めて１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとし
て、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リ
ットル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム
（以下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ
／分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ4（モノシラ
ン）ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のｎ型層３１
を２μｍの厚さで成長させる。このとき、第１のｎ型層
３１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3であった。
【００４１】第１のｎ型層３１の成長形成後、引き続い
て主キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのま
まの流量で流しながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを５０
ｃｃ／分に変更して６分間流して、ＳｉをドープしたＧ
ａＮからなる第２のｎ型層３２を０．２μｍの厚さで成
長させる。このとき、第２のｎ型層３２キャリア濃度は
５×１０18ｃｍ-3であった。
て主キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのま
まの流量で流しながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを５０
ｃｃ／分に変更して６分間流して、ＳｉをドープしたＧ
ａＮからなる第２のｎ型層３２を０．２μｍの厚さで成
長させる。このとき、第２のｎ型層３２キャリア濃度は
５×１０18ｃｍ-3であった。
【００４２】第２のｎ型層３２を成長形成後、ＴＭＧ用
のキャリアガスとＳｉＨ4ガスを止め、基板１の表面温
度を７５０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとし
て窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガ
スを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭ
Ｉ」と記す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流し
ながら３０秒間成長させて、アンドープのＩｎＧａＮか
らなる発光層４を３ｎｍの厚さで成長させる。
のキャリアガスとＳｉＨ4ガスを止め、基板１の表面温
度を７５０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとし
て窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガ
スを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭ
Ｉ」と記す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流し
ながら３０秒間成長させて、アンドープのＩｎＧａＮか
らなる発光層４を３ｎｍの厚さで成長させる。
【００４３】更に、発光層４の成膜後、ＴＭＩ用のキャ
リアガスとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板１の表
面温度を１０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガ
スとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９
４リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／
分、ＴＭＡ用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であ
るビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃ
ｐ2Ｍｇ」と記す）用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で
流しながら４分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧ
ａＮからなるｐ型クラッド層５を０．１μｍの厚さで成
長させる。
リアガスとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板１の表
面温度を１０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガ
スとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９
４リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／
分、ＴＭＡ用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であ
るビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃ
ｐ2Ｍｇ」と記す）用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で
流しながら４分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧ
ａＮからなるｐ型クラッド層５を０．１μｍの厚さで成
長させる。
【００４４】引き続き、ＴＭＡ用のキャリアガスのみを
止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル
／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ2
Ｍｇ用のキャリアガスを１００ｃｃ／分で流しながら３
分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型コ
ンタクト層６を０．１μｍの厚さで成長させる。そし
て、ｐ型コンタクト層６の成長後には、原料ガスである
ＴＭＧ用のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガス
と水素ガスをそのままの流量で流しながら室温まで冷却
した後、ウェハーを反応管から取り出す。
止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル
／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ2
Ｍｇ用のキャリアガスを１００ｃｃ／分で流しながら３
分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型コ
ンタクト層６を０．１μｍの厚さで成長させる。そし
て、ｐ型コンタクト層６の成長後には、原料ガスである
ＴＭＧ用のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガス
と水素ガスをそのままの流量で流しながら室温まで冷却
した後、ウェハーを反応管から取り出す。
【００４５】このようにして形成した窒化ガリウム系化
合物半導体からなる量子井戸構造を含む積層構造に対し
て、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させ
た後、フォトリソグラフィーにより所定の形状にパター
ンニングしてエッチング用のマスクを形成する。そし
て、反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト
層６とｐ型クラッド層５と発光層４の一部を約０．２５
μｍの深さで除去して、第１のｎ型層３１の表面を露出
させる。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により
露出させた第２のｎ型層３１の表面上にＡｌからなるｎ
側電極８を蒸着形成する。さらに、同様にしてｐ型コン
タクト層６の表面上にＮｉとＡｕとからなるｐ側電極７
を蒸着形成する。
合物半導体からなる量子井戸構造を含む積層構造に対し
て、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させ
た後、フォトリソグラフィーにより所定の形状にパター
ンニングしてエッチング用のマスクを形成する。そし
て、反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト
層６とｐ型クラッド層５と発光層４の一部を約０．２５
μｍの深さで除去して、第１のｎ型層３１の表面を露出
させる。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により
露出させた第２のｎ型層３１の表面上にＡｌからなるｎ
側電極８を蒸着形成する。さらに、同様にしてｐ型コン
タクト層６の表面上にＮｉとＡｕとからなるｐ側電極７
を蒸着形成する。
【００４６】この後、サファイアの基板１の裏面を研磨
して１００μｍ程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離する。このチップを電極形成面側を上向き
にしてステムに接着した後、チップのｎ側電極８とｐ側
電極７をそれぞれステム上の電極にワイヤで結線し、そ
の後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この
発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したとこ
ろ、波長４３０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方
向動作電圧は３．４Ｖであった。
して１００μｍ程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離する。このチップを電極形成面側を上向き
にしてステムに接着した後、チップのｎ側電極８とｐ側
電極７をそれぞれステム上の電極にワイヤで結線し、そ
の後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この
発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したとこ
ろ、波長４３０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方
向動作電圧は３．４Ｖであった。
【００４７】これに対し、比較例１として、実施例１の
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして、窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル
／分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ
4ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６６分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層３を単一の
層で成長させる以外は、実施例１と同様にして、発光ダ
イオードを作製した。
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして、窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル
／分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ
4ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６６分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層３を単一の
層で成長させる以外は、実施例１と同様にして、発光ダ
イオードを作製した。
【００４８】この比較例１による製造方法で得られたも
のでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例１と同様に波長４３０ｎ
ｍの青紫色に発光したが、このときの順方向動作電圧は
４．０Ｖであって、実施例１のものに比べて０．６Ｖ高
かった。
のでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例１と同様に波長４３０ｎ
ｍの青紫色に発光したが、このときの順方向動作電圧は
４．０Ｖであって、実施例１のものに比べて０．６Ｖ高
かった。
【００４９】（実施例２）実施例１における第１のｎ型
層３１を成長させる工程において、１０５０℃にて、主
キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素
ガスを０．９５リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガス
を４ｃｃ／分、ＳｉＨ4ガスを２０ｃｃ／分で流しなが
ら３０分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからな
る第１のｎ型層３１を１μｍの厚さで成長させ、この第
１のｎ型層３１の成長形成後に引き続いて主キャリアガ
スとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのままの流量で流し
ながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを１００ｃｃ／分に変
更して３分間流して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる
第２のｎ型層３２を０．１μｍの厚さで成長させる以外
は、実施例１と同様にして発光ダイオードを作製した。
層３１を成長させる工程において、１０５０℃にて、主
キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素
ガスを０．９５リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガス
を４ｃｃ／分、ＳｉＨ4ガスを２０ｃｃ／分で流しなが
ら３０分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからな
る第１のｎ型層３１を１μｍの厚さで成長させ、この第
１のｎ型層３１の成長形成後に引き続いて主キャリアガ
スとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのままの流量で流し
ながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを１００ｃｃ／分に変
更して３分間流して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる
第２のｎ型層３２を０．１μｍの厚さで成長させる以外
は、実施例１と同様にして発光ダイオードを作製した。
【００５０】本実施例２における第１のｎ型層３１と第
２のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ２×１０18
ｃｍ-3及び１×１０19ｃｍ-3であった。この発光ダイオ
ードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４
３０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧
は３．３Ｖであった。
２のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ２×１０18
ｃｍ-3及び１×１０19ｃｍ-3であった。この発光ダイオ
ードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４
３０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧
は３．３Ｖであった。
【００５１】これに対し、比較例２として、実施例２の
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして窒素
ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル／
分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ4
ガスを１００ｃｃ／分で流しながら３３分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層を単一の層
で成長させる以外は、実施例２と同様にして、発光ダイ
オードを作製した。
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして窒素
ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル／
分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ4
ガスを１００ｃｃ／分で流しながら３３分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層を単一の層
で成長させる以外は、実施例２と同様にして、発光ダイ
オードを作製した。
【００５２】この比較例２による製造方法で得られたも
のでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例２とは異なり青白色の発
光を呈した。発光状態を顕微鏡で観察したところ、ｎ側
電極の周辺部の一部でのみ発光しているのが確認された
が、これはｎ型層でクラックが発生したためと考えられ
る。また、比較例２における発光ダイオードでは、２０
ｍＡの順方向電流で駆動したときの順方向動作電圧は
４．８Ｖであり、実施例２により得られたものよりも
１．５Ｖ高かった。
のでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例２とは異なり青白色の発
光を呈した。発光状態を顕微鏡で観察したところ、ｎ側
電極の周辺部の一部でのみ発光しているのが確認された
が、これはｎ型層でクラックが発生したためと考えられ
る。また、比較例２における発光ダイオードでは、２０
ｍＡの順方向電流で駆動したときの順方向動作電圧は
４．８Ｖであり、実施例２により得られたものよりも
１．５Ｖ高かった。
【００５３】（実施例３）実施例１の第１のｎ型層３１
を成長させる工程において、１０５０℃にて、主キャリ
アガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９５リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分、ＳｉＨ4ガスを１ｃｃ／分で流しながら１５０
分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１
のｎ型層３１を５μｍの成長させ、第１のｎ型層３１の
成長形成後、引き続いて主キャリアガスとＴＭＧ用のキ
ャリアガスとをそのままの流量で流しながら、ＳｉＨ4
ガスの流量のみを２０ｃｃ／分に変更して１５分間流し
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第２のｎ型層３２
を０．５μｍの厚さで成長させる以外は実施例１と同様
にして発光ダイオードを作製した。
を成長させる工程において、１０５０℃にて、主キャリ
アガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９５リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分、ＳｉＨ4ガスを１ｃｃ／分で流しながら１５０
分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１
のｎ型層３１を５μｍの成長させ、第１のｎ型層３１の
成長形成後、引き続いて主キャリアガスとＴＭＧ用のキ
ャリアガスとをそのままの流量で流しながら、ＳｉＨ4
ガスの流量のみを２０ｃｃ／分に変更して１５分間流し
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第２のｎ型層３２
を０．５μｍの厚さで成長させる以外は実施例１と同様
にして発光ダイオードを作製した。
【００５４】本実施例における第１のｎ型層３１と第２
のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ１×１０16ｃ
ｍ-3及び２×１０18ｃｍ-3であった。この発光ダイオー
ドを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４３
０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は
３．６Ｖであった。
のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ１×１０16ｃ
ｍ-3及び２×１０18ｃｍ-3であった。この発光ダイオー
ドを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４３
０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は
３．６Ｖであった。
【００５５】これに対し、比較例３として、実施例３の
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして、窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル
／分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ
4ガスを１ｃｃ／分で流しながら１６５分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層３を単一の
層で成長させる以外は実施例３と同様にして、発光ダイ
オードを作製した。
第１のｎ型層３１と第２のｎ型層３２を成長させる工程
において、１０５０℃にて、主キャリアガスとして、窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル
／分で、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＳｉＨ
4ガスを１ｃｃ／分で流しながら１６５分間成長させ
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層３を単一の
層で成長させる以外は実施例３と同様にして、発光ダイ
オードを作製した。
【００５６】この比較例３として得られた発光ダイオー
ドでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例３と同様に波長４３０ｎ
ｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は４．
７Ｖであり実施例３で得られたものに比較して１．１Ｖ
高かった。
ドでは、ｎ型層のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3であ
った。そして、この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向
電流で駆動したところ、実施例３と同様に波長４３０ｎ
ｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は４．
７Ｖであり実施例３で得られたものに比較して１．１Ｖ
高かった。
【００５７】（実施例４）実施例１における第１のｎ型
層３１を成長させる工程において、１０５０℃にて、主
キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素
ガスを１リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分でそれぞれ流しながら１２０分間成長させて、ア
ンドープのＧａＮからなる第１のｎ型層３１を４μｍの
厚さで成長させ、この第１のｎ型層３１の成長後に引き
続いて主キャリアガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分、そして新たにＳｉＨ4ガスを１００ｃｃ／分で
それぞれ流しながら９分間成長させて、Ｓｉをドープし
たＧａＮからなる第２のｎ型層３２を０．３μｍの厚さ
で成長させる以外は、実施例１と同様にして発光ダイオ
ードを作成した。
層３１を成長させる工程において、１０５０℃にて、主
キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素
ガスを１リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分でそれぞれ流しながら１２０分間成長させて、ア
ンドープのＧａＮからなる第１のｎ型層３１を４μｍの
厚さで成長させ、この第１のｎ型層３１の成長後に引き
続いて主キャリアガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃ
ｃ／分、そして新たにＳｉＨ4ガスを１００ｃｃ／分で
それぞれ流しながら９分間成長させて、Ｓｉをドープし
たＧａＮからなる第２のｎ型層３２を０．３μｍの厚さ
で成長させる以外は、実施例１と同様にして発光ダイオ
ードを作成した。
【００５８】本実施例における第１のｎ型層３１と第２
のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ２×１０16ｃ
ｍ-3及び１×１０19ｃｍ-3であった。この発光ダイオー
ドを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４３
０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は
３．６Ｖであった。
のｎ型層３２のキャリア濃度は、それぞれ２×１０16ｃ
ｍ-3及び１×１０19ｃｍ-3であった。この発光ダイオー
ドを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、波長４３
０ｎｍの青紫色に発光し、このときの順方向動作電圧は
３．６Ｖであった。
【００５９】
【発明の効果】請求項１の発明では、基板の上に積層す
るｎ型層を、キャリア濃度が小さい第１のｎ型層とこの
上に積層されたキャリア濃度が大きい第２のｎ型層の２
層構造とすることによって、ｎ型層とこの上に形成する
ｎ側電極の接触抵抗を低減することができるので、発光
素子の動作電圧を下げることができ、消費電力の削減が
可能となる。
るｎ型層を、キャリア濃度が小さい第１のｎ型層とこの
上に積層されたキャリア濃度が大きい第２のｎ型層の２
層構造とすることによって、ｎ型層とこの上に形成する
ｎ側電極の接触抵抗を低減することができるので、発光
素子の動作電圧を下げることができ、消費電力の削減が
可能となる。
【００６０】請求項２の発明では、第１及び第２のｎ型
層のそれぞれのキャリア濃度を特定することによって、
消費電力の削減に加えて、発光素子のクラックの発生を
抑制することができる。
層のそれぞれのキャリア濃度を特定することによって、
消費電力の削減に加えて、発光素子のクラックの発生を
抑制することができる。
【００６１】請求項３の発明では、第１及び第２のｎ型
層のそれぞれの層厚の大きさの関係を特定することによ
り、発光素子のクラックの発生を抑制することができ
る。
層のそれぞれの層厚の大きさの関係を特定することによ
り、発光素子のクラックの発生を抑制することができ
る。
【００６２】請求項４の発明では、第１及び第２のｎ型
層のそれぞれの層厚の値の範囲を特定することにより、
クラックの発生を効果的に抑制することができるととも
に、ｐ型層と発光層の一部を除去してｎ型層の表面を露
出させるエッチングの深さの精度を高く維持できる。
層のそれぞれの層厚の値の範囲を特定することにより、
クラックの発生を効果的に抑制することができるととも
に、ｐ型層と発光層の一部を除去してｎ型層の表面を露
出させるエッチングの深さの精度を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
【図２】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図
構造を示す断面図
１ 基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型層 ４ 発光層 ５ ｐ型クラッド層 ６ ｐ型コンタクト層 ７ ｐ側電極 ８ ｎ側電極 ３１ 第１のｎ型層 ３２ 第２のｎ型層
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁性の基板の上にｎ型層と発光層とｐ型
層とを順次形成した積層構造を有し、前記ｐ型層及び発
光層の一部を前記基板の積層構造形成面側から除去して
露出させたｎ型層の表面上に電極を形成する窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子であって、前記ｎ型層は、前
記基板側から順に第１のｎ型層と第１のｎ型層よりもキ
ャリア濃度が高い第２のｎ型層とを少なくとも含み、前
記電極を前記第２のｎ型層に設けたことを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記第１のｎ型層のキャリア濃度は１×１
０16〜２×１０18ｃｍ -3の範囲であり、前記第２のｎ型
層のキャリア濃度は２×１０18〜１×１０19ｃｍ-3の範
囲であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】前記第２のｎ型層の層厚は、前記第１のｎ
型層の層厚よりも小さいことを特徴とする請求項１また
は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】前記第１のｎ型層の層厚は１〜５μｍの範
囲であり、前記第２のｎ型層の層厚は０．１〜０．５μ
ｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35961697A JP3589000B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| US09/219,428 US6497944B1 (en) | 1997-12-26 | 1998-12-23 | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US10/299,065 US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2002-11-19 | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US11/022,801 US7002184B2 (en) | 1997-12-26 | 2004-12-28 | Light-emitting device comprising a gallum-nitride-group compound-semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35961697A JP3589000B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004016813A Division JP2004134815A (ja) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11191635A true JPH11191635A (ja) | 1999-07-13 |
| JP3589000B2 JP3589000B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=18465411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35961697A Expired - Lifetime JP3589000B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6497944B1 (ja) |
| JP (1) | JP3589000B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US6841800B2 (en) * | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| JP2010087217A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2015079844A (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体積層体及びそれを用いた発光素子 |
| JP2016066691A (ja) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
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|---|---|---|---|---|
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| TWI312582B (en) * | 2003-07-24 | 2009-07-21 | Epistar Corporatio | Led device, flip-chip led package and light reflecting structure |
| KR100576849B1 (ko) * | 2003-09-19 | 2006-05-10 | 삼성전기주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| TWI550909B (zh) | 2014-03-21 | 2016-09-21 | A flip chip type light emitting diode and a method for manufacturing the same, and a flip chip type structure thereof |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3065780B2 (ja) | 1992-03-31 | 2000-07-17 | 旭化成工業株式会社 | 窒化ガリウム系発光素子および製造法 |
| JP2778405B2 (ja) | 1993-03-12 | 1998-07-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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