JPH11330552A - 窒化物半導体発光素子及び発光装置 - Google Patents
窒化物半導体発光素子及び発光装置Info
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- JPH11330552A JPH11330552A JP13482398A JP13482398A JPH11330552A JP H11330552 A JPH11330552 A JP H11330552A JP 13482398 A JP13482398 A JP 13482398A JP 13482398 A JP13482398 A JP 13482398A JP H11330552 A JPH11330552 A JP H11330552A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長波長の窒化物半導体発光素子の出力を向上
させると共に、窒化物半導体発光素子を用いた高出力な
発光装置を実現する。 【構成】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発光素
子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層
を有する第２の発光素子とを有する窒化物半導体発光装
置において、第２の発光素子の井戸層数が、前記第１の
発光素子の井戸層数よりも多い。井戸層の数を増やすこ
とによって障壁層の数が増え、その障壁層で井戸層の結
晶性を良くすることにより、Ｉｎの多い井戸層が成長で
きる。
させると共に、窒化物半導体発光素子を用いた高出力な
発光装置を実現する。 【構成】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発光素
子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層
を有する第２の発光素子とを有する窒化物半導体発光装
置において、第２の発光素子の井戸層数が、前記第１の
発光素子の井戸層数よりも多い。井戸層の数を増やすこ
とによって障壁層の数が増え、その障壁層で井戸層の結
晶性を良くすることにより、Ｉｎの多い井戸層が成長で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる発
光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光
素子及びその発光素子を用いたフルカラーディスプレ
イ、信号灯のような発光装置に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる発
光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光
素子及びその発光素子を用いたフルカラーディスプレ
イ、信号灯のような発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は青色ＬＥＤとして１９９
３年末より実用化され、続いて緑色ＬＥＤとして９４年
中旬に実用化され、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ系赤色Ｌ
ＥＤと共に、フルカラーディスプレイとして、既に各所
に設置されている。現在の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤはＩ
ｎＧａＮ井戸層１層の単一量子井戸構造、又はＩｎＧａ
Ｎ井戸層と、ＧａＮ若しくはＩｎＧａＮ障壁層とが積層
された多重量子井戸構造からなる活性層が、ｎ型とｐ型
の窒化物半導体で挟まれたダブルへテロ構造を有する。
ＬＥＤの発光波長は井戸層のＩｎ組成を増減することに
よって決定されている。
３年末より実用化され、続いて緑色ＬＥＤとして９４年
中旬に実用化され、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ系赤色Ｌ
ＥＤと共に、フルカラーディスプレイとして、既に各所
に設置されている。現在の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤはＩ
ｎＧａＮ井戸層１層の単一量子井戸構造、又はＩｎＧａ
Ｎ井戸層と、ＧａＮ若しくはＩｎＧａＮ障壁層とが積層
された多重量子井戸構造からなる活性層が、ｎ型とｐ型
の窒化物半導体で挟まれたダブルへテロ構造を有する。
ＬＥＤの発光波長は井戸層のＩｎ組成を増減することに
よって決定されている。
【０００３】窒化物半導体のようなワイドギャップ半導
体では、その活性層の組成の一つであるＩｎ組成を変化
させることにより、その発光領域が紫外〜赤色にまで変
化することが知られている。異なるＩｎ組成を有する活
性層を複数層形成して単一の発光素子で多色発光させる
技術が、例えば特開平７−１８３５７６号公報に開示さ
れている。また、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ
３種類のＬＥＤ素子を用いたディスプレイ装置が既に各
所で設置されている。このディスプレイ装置の青色成分
と緑色成分は窒化物半導体から成る。
体では、その活性層の組成の一つであるＩｎ組成を変化
させることにより、その発光領域が紫外〜赤色にまで変
化することが知られている。異なるＩｎ組成を有する活
性層を複数層形成して単一の発光素子で多色発光させる
技術が、例えば特開平７−１８３５７６号公報に開示さ
れている。また、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ
３種類のＬＥＤ素子を用いたディスプレイ装置が既に各
所で設置されている。このディスプレイ装置の青色成分
と緑色成分は窒化物半導体から成る。
【０００４】また、ＬＥＤの他、我々は窒化物半導体基
板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製
して、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達
成したことを発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-3
1,1997,P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）
pp.L1568-1571、Part2,No.12A,1 December 1997）。
板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製
して、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達
成したことを発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-3
1,1997,P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）
pp.L1568-1571、Part2,No.12A,1 December 1997）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようにＬＥＤでは
既に窒化物半導体により、青色と緑色とが実用化されて
おり、例えば２０ｍＡにおける青色ＬＥＤの出力は約５
ｍＷ、緑色ＬＥＤでは約３ｍＷである。さらに窒化物半
導体の場合、黄緑色、黄色、橙色と順に長波長になるに
従って、出力が低下する傾向にある。これは井戸層のＩ
ｎ組成を多くするに伴い井戸層の結晶性が悪くなるため
である。
既に窒化物半導体により、青色と緑色とが実用化されて
おり、例えば２０ｍＡにおける青色ＬＥＤの出力は約５
ｍＷ、緑色ＬＥＤでは約３ｍＷである。さらに窒化物半
導体の場合、黄緑色、黄色、橙色と順に長波長になるに
従って、出力が低下する傾向にある。これは井戸層のＩ
ｎ組成を多くするに伴い井戸層の結晶性が悪くなるため
である。
【０００６】例えば信号灯では黄色、若しくは黄橙が必
要となるが、黄色を窒化物半導体で実現しようとする
と、他の緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤの出力に比較して、や
や出力が不十分である。またフルカラーディスプレイで
は緑色ＬＥＤの出力が向上すればさらに低消費電力が実
現できる。本発明のこのような事情を鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、長波長の窒化物半
導体発光素子の出力を向上させると共に、窒化物半導体
発光素子を用いた高出力な発光装置を実現することにあ
る。
要となるが、黄色を窒化物半導体で実現しようとする
と、他の緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤの出力に比較して、や
や出力が不十分である。またフルカラーディスプレイで
は緑色ＬＥＤの出力が向上すればさらに低消費電力が実
現できる。本発明のこのような事情を鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、長波長の窒化物半
導体発光素子の出力を向上させると共に、窒化物半導体
発光素子を用いた高出力な発光装置を実現することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体発
光素子は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発光素
子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層
を有する第２の発光素子とを比較して、前記第２の発光
素子の井戸層数が、前記第１の発光素子の井戸層数より
も多いことを特徴とする。井戸層はＩｎXＧａ1-XＮ（０
＜X＜１）で構成することが望ましく、その膜厚は１０
０オングストローム以下、さらに好ましくは７０オング
ストローム以下最も好ましくは５０オングストローム以
下にすると量子効果により、高出力な発光素子が得られ
る。またその他、３元混晶のＩｎＡｌＮ、４元混晶のＩ
ｎＡｌＧａＮで構成することもできる。
光素子は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発光素
子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層
を有する第２の発光素子とを比較して、前記第２の発光
素子の井戸層数が、前記第１の発光素子の井戸層数より
も多いことを特徴とする。井戸層はＩｎXＧａ1-XＮ（０
＜X＜１）で構成することが望ましく、その膜厚は１０
０オングストローム以下、さらに好ましくは７０オング
ストローム以下最も好ましくは５０オングストローム以
下にすると量子効果により、高出力な発光素子が得られ
る。またその他、３元混晶のＩｎＡｌＮ、４元混晶のＩ
ｎＡｌＧａＮで構成することもできる。
【０００８】また本発明の窒化物半導体発光装置は、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層を
具備する第１の発光素子と、第１の発光素子よりもＩｎ
含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層を有する第２
の発光素子とを有する窒化物半導体発光装置において、
前記第２の発光素子の井戸層数が、前記第１の発光素子
の井戸層数よりも多いことを特徴とする。
ｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層を
具備する第１の発光素子と、第１の発光素子よりもＩｎ
含有量が多い窒化物半導体からなる井戸層を有する第２
の発光素子とを有する窒化物半導体発光装置において、
前記第２の発光素子の井戸層数が、前記第１の発光素子
の井戸層数よりも多いことを特徴とする。
【０００９】本発明の窒化物半導体素子及び装置におい
て、前記第１の発光素子の井戸層数が１乃至４であり、
前記第２の発光素子の井戸層数が２以上であることが望
ましい。具体的には４７０ｎｍ以下の青色発光素子であ
れば、井戸層数が１乃至２層、４７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
であれば２乃至４層、５８０ｎｍ以上であれば４層以上
にすることが望ましい。
て、前記第１の発光素子の井戸層数が１乃至４であり、
前記第２の発光素子の井戸層数が２以上であることが望
ましい。具体的には４７０ｎｍ以下の青色発光素子であ
れば、井戸層数が１乃至２層、４７０ｎｍ〜５８０ｎｍ
であれば２乃至４層、５８０ｎｍ以上であれば４層以上
にすることが望ましい。
【００１０】さらに、少なくとも第２の発光素子は、井
戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造を有し、
その井戸層と障壁層との間に、膜厚３０オングストロー
ム以下の、少なくともＡｌを含む窒化物半導体若しくは
ＧａＮからなる中間層を有することを特徴とする。障壁
層は井戸層よりも膜厚が厚いか、若しくはバンドギャッ
プエネルギーが大きい窒化物半導体で形成し、好ましく
はＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Y＜１、Y＜X）とする。障壁層
の好ましい膜厚としては２００オングストローム以下、
さらに好ましくは１００オングストローム以下、最も好
ましくは７０オングストローム以下にする。また障壁層
を井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい３元
混晶のＩｎＡｌＮ、４元混晶のＩｎＡｌＧａＮとするこ
ともできる。なお第１の発光素子も多重量子井戸構造で
も良い。
戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造を有し、
その井戸層と障壁層との間に、膜厚３０オングストロー
ム以下の、少なくともＡｌを含む窒化物半導体若しくは
ＧａＮからなる中間層を有することを特徴とする。障壁
層は井戸層よりも膜厚が厚いか、若しくはバンドギャッ
プエネルギーが大きい窒化物半導体で形成し、好ましく
はＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Y＜１、Y＜X）とする。障壁層
の好ましい膜厚としては２００オングストローム以下、
さらに好ましくは１００オングストローム以下、最も好
ましくは７０オングストローム以下にする。また障壁層
を井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい３元
混晶のＩｎＡｌＮ、４元混晶のＩｎＡｌＧａＮとするこ
ともできる。なお第１の発光素子も多重量子井戸構造で
も良い。
【００１１】さらに本発明の好ましい態様において、前
記中間層のバンドギャップエネルギーは障壁層と同じ
か、若しくは障壁層よりも大きいことを特徴とする。
記中間層のバンドギャップエネルギーは障壁層と同じ
か、若しくは障壁層よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】本発明ではＩｎを含む窒化物半導体より成
る井戸層を有する活性層において、長波長にする、即ち
井戸層のＩｎ組成を多くするに従って、井戸層数を多く
する。これは、井戸層の結晶性に関係する。例えばＩｎ
ＧａＮではＩｎ組成が多くなるに従って結晶性が悪くな
り、発光素子の出力が低下する傾向にある。しかし、井
戸層の上に井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大
きい障壁層を積層すると、その障壁層により井戸層の結
晶性が改善される。つまり、障壁層は井戸層よりもＩｎ
量が少ないために結晶性がよく、その障壁層を積むこと
により活性層全体の結晶性が良くなる。従ってＩｎ組成
の大きい井戸層では、井戸層を多くして、同時に障壁層
を多くすることにより、井戸層の少ないものに比較して
発光出力が向上する。また井戸層のＩｎ組成を増加する
と歪みが大きくなりピエゾ効果でも光らなくなる。この
ため井戸層を増やし、各井戸層に係る歪みを減少させ
て、ピエゾ効果を緩和することにより、さらに光らせる
という作用もある。
る井戸層を有する活性層において、長波長にする、即ち
井戸層のＩｎ組成を多くするに従って、井戸層数を多く
する。これは、井戸層の結晶性に関係する。例えばＩｎ
ＧａＮではＩｎ組成が多くなるに従って結晶性が悪くな
り、発光素子の出力が低下する傾向にある。しかし、井
戸層の上に井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大
きい障壁層を積層すると、その障壁層により井戸層の結
晶性が改善される。つまり、障壁層は井戸層よりもＩｎ
量が少ないために結晶性がよく、その障壁層を積むこと
により活性層全体の結晶性が良くなる。従ってＩｎ組成
の大きい井戸層では、井戸層を多くして、同時に障壁層
を多くすることにより、井戸層の少ないものに比較して
発光出力が向上する。また井戸層のＩｎ組成を増加する
と歪みが大きくなりピエゾ効果でも光らなくなる。この
ため井戸層を増やし、各井戸層に係る歪みを減少させ
て、ピエゾ効果を緩和することにより、さらに光らせる
という作用もある。
【００１３】さらに、好ましい態様として、井戸層と障
壁層との間に、障壁層とバンドギャップエネルギーが同
じか、若しくはそれよりも大きい中間層を挿入すること
により、障壁層の結晶性が良くなり、発光出力が向上す
るのである。
壁層との間に、障壁層とバンドギャップエネルギーが同
じか、若しくはそれよりも大きい中間層を挿入すること
により、障壁層の結晶性が良くなり、発光出力が向上す
るのである。
【００１４】
【実施例】［実施例１］図１は本実施例に係るＬＥＤ素
子の構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を
基に実施例１について説明する。
子の構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を
基に実施例１について説明する。
【００１５】１インチ角のＳｉドープＧａＮよりなる窒
化物半導体基板１を用意する。この窒化物半導体基板１
は、以下のようにして成長させたものである。
化物半導体基板１を用意する。この窒化物半導体基板１
は、以下のようにして成長させたものである。
【００１６】（窒化物半導体基板１）２インチφ、Ｃ面
を主面とするサファイアよりなる異種基板１をＭＯＶＰ
Ｅ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用
い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０
５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの
膜厚で成長させる。
を主面とするサファイアよりなる異種基板１をＭＯＶＰ
Ｅ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用
い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０
５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの
膜厚で成長させる。
【００１７】下地層成長後、ウェーハを反応容器から取
り出し、この下地層の表面に、ストライプ幅１０μｍ、
ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護
膜を形成する。保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、
ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮ層を５μ
ｍ成長させ、ＳｉＯ2の表面を覆う。成長後、ウェーハ
をＭＯＶＰＥ装置からＨＶＰＥ装置に移送しＧａメタル
と、アンモニア、ＨＣｌ、シランガスを用い、Ｓｉを１
×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮ層を２００μｍの
膜厚で成長させる。成長後、サファイア基板側から研磨
して、サファイア基板、バッファ層、下地層、保護膜を
除去することにより、総膜厚１７０μｍのＳｉドープＧ
ａＮからなる窒化物半導体基板１を作製する。Ｓｉドー
プＧａＮのＳｉ濃度は５×１０17〜１×１０19／cm3の
範囲に調整することが望ましい。
り出し、この下地層の表面に、ストライプ幅１０μｍ、
ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護
膜を形成する。保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、
ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮ層を５μ
ｍ成長させ、ＳｉＯ2の表面を覆う。成長後、ウェーハ
をＭＯＶＰＥ装置からＨＶＰＥ装置に移送しＧａメタル
と、アンモニア、ＨＣｌ、シランガスを用い、Ｓｉを１
×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮ層を２００μｍの
膜厚で成長させる。成長後、サファイア基板側から研磨
して、サファイア基板、バッファ層、下地層、保護膜を
除去することにより、総膜厚１７０μｍのＳｉドープＧ
ａＮからなる窒化物半導体基板１を作製する。Ｓｉドー
プＧａＮのＳｉ濃度は５×１０17〜１×１０19／cm3の
範囲に調整することが望ましい。
【００１８】（バッファ層２）以上のようにして作製し
た窒化物半導体基板１をＭＯＶＰＥ装置に移送し、アン
モニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、
AS-GROWN側の窒化物半導体基板面に、１０５０℃でＳｉ
を１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるバッファ
層２を２μｍの膜厚で成長させる。このように窒化物半
導体と異なる材料よりなる異種基板上に、１００μｍ以
上の膜厚で基板となるような窒化物半導体を成長させ、
その後異種基板を除去して窒化物半導体基板を作製した
場合、その窒化物半導体基板のAS-GROWN面（異種基板除
去側と反対側面）に、まずＧａＮを１０μｍ以下の膜厚
で成長させてバッファ層とすると、次に成長させる窒化
物半導体の結晶性が良くなる傾向にある。
た窒化物半導体基板１をＭＯＶＰＥ装置に移送し、アン
モニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、
AS-GROWN側の窒化物半導体基板面に、１０５０℃でＳｉ
を１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるバッファ
層２を２μｍの膜厚で成長させる。このように窒化物半
導体と異なる材料よりなる異種基板上に、１００μｍ以
上の膜厚で基板となるような窒化物半導体を成長させ、
その後異種基板を除去して窒化物半導体基板を作製した
場合、その窒化物半導体基板のAS-GROWN面（異種基板除
去側と反対側面）に、まずＧａＮを１０μｍ以下の膜厚
で成長させてバッファ層とすると、次に成長させる窒化
物半導体の結晶性が良くなる傾向にある。
【００１９】（活性層３）次に、８００℃で、Ｓｉを１
×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ
る。続いて７５０℃で、アンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよ
りなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させ
る。次に温度を７５０℃に保持したままＴＭＡを原料ガ
スに加え、アンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる中間層
を１０オングストローム成長させる。次に温度を８００
℃に上昇してＳｉを１×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる障壁層を１００オングストロー
ム成長させる。
×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ
る。続いて７５０℃で、アンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよ
りなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させ
る。次に温度を７５０℃に保持したままＴＭＡを原料ガ
スに加え、アンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる中間層
を１０オングストローム成長させる。次に温度を８００
℃に上昇してＳｉを１×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる障壁層を１００オングストロー
ム成長させる。
【００２０】障壁層成長後、温度を７５０℃に下げ、続
いてアンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層を３０
オングストロームの膜厚で成長させる、続いて７５０℃
にて、アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる中間層を１
０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にし
てＳｉドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を１０
０オングストローム成長させる。
いてアンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層を３０
オングストロームの膜厚で成長させる、続いて７５０℃
にて、アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる中間層を１
０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にし
てＳｉドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を１０
０オングストローム成長させる。
【００２１】このようにして障壁＋（井戸＋中間＋障
壁）×３とを積層した総膜厚８００オングストロームの
多重量子井戸構造（井戸層数３）からなる活性層３を成
長させる。
壁）×３とを積層した総膜厚８００オングストロームの
多重量子井戸構造（井戸層数３）からなる活性層３を成
長させる。
【００２２】活性層３では、ＩｎＧａＮからなる井戸層
と、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい
か、若しくは膜厚が厚い障壁層との間に、３０オングス
トローム以下で、障壁層とバンドギャップエネルギーが
同一か、それよりも大きいＡｌＧａＮ、ＧａＮ（ＡｌX
Ｇａ1-XＮ、０≦X＜１）からなる中間層を成長させるこ
とが望ましい。一般に中間層の分解温度は井戸層よりも
高い。従って、その分解温度の高い中間層の上にＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ（この場合、Ｉｎ組成比は井戸層よりも
小さい）等からなる障壁層を成長させると、障壁層を厚
膜で成長させた場合に結晶性が良くなる。また井戸層と
障壁層との間にＡｌを含む窒化物半導体層若しくはＧａ
Ｎ層が存在すると、発光開始電圧が低下しやすい傾向に
ある。従って井戸層＋中間層＋障壁層を繰り返して積層
した多重量子井戸構造の活性層を成長させることによ
り、長波長の素子が得られて、素子の出力が向上する。
と、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい
か、若しくは膜厚が厚い障壁層との間に、３０オングス
トローム以下で、障壁層とバンドギャップエネルギーが
同一か、それよりも大きいＡｌＧａＮ、ＧａＮ（ＡｌX
Ｇａ1-XＮ、０≦X＜１）からなる中間層を成長させるこ
とが望ましい。一般に中間層の分解温度は井戸層よりも
高い。従って、その分解温度の高い中間層の上にＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ（この場合、Ｉｎ組成比は井戸層よりも
小さい）等からなる障壁層を成長させると、障壁層を厚
膜で成長させた場合に結晶性が良くなる。また井戸層と
障壁層との間にＡｌを含む窒化物半導体層若しくはＧａ
Ｎ層が存在すると、発光開始電圧が低下しやすい傾向に
ある。従って井戸層＋中間層＋障壁層を繰り返して積層
した多重量子井戸構造の活性層を成長させることによ
り、長波長の素子が得られて、素子の出力が向上する。
【００２３】（ｐ側クラッド層４）続いて、８５０℃で
Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎよりなるｐ側クラッド層４を０．１μｍ成長させ
る。なお、このｐ側クラッド層４は省略可能である。
Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎよりなるｐ側クラッド層４を０．１μｍ成長させ
る。なお、このｐ側クラッド層４は省略可能である。
【００２４】（ｐ側コンタクト層５）最後に、８５０℃
でＭｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりな
るｐ側コンタクト層５を５００オングストロームの膜厚
で成長させる。ｐ側コンタクト層はｐ型のＩｎXＡｌYＧ
ａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成すること
ができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎとすれば、ｐ電極６と最も好ましいオーミック接触が
得られる。またＭｇ濃度はＶｆを低下させる上でｐ側ク
ラッド層４よりも大きくすることが望ましい。
でＭｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりな
るｐ側コンタクト層５を５００オングストロームの膜厚
で成長させる。ｐ側コンタクト層はｐ型のＩｎXＡｌYＧ
ａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成すること
ができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎとすれば、ｐ電極６と最も好ましいオーミック接触が
得られる。またＭｇ濃度はＶｆを低下させる上でｐ側ク
ラッド層４よりも大きくすることが望ましい。
【００２５】成長後、ウェーハを反応容器から取り出
し、最上層のｐ側コンタクト層５の表面にオーミック用
のＮｉ／Ａｕからなる透光性のｐ電極６を２００オング
ストロームの膜厚で形成し、その上にＡｕからなるボン
ディング用のｐパッド電極７を形成する。一方窒化物半
導体基板の裏面のほぼ全面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電
極８を形成する。
し、最上層のｐ側コンタクト層５の表面にオーミック用
のＮｉ／Ａｕからなる透光性のｐ電極６を２００オング
ストロームの膜厚で形成し、その上にＡｕからなるボン
ディング用のｐパッド電極７を形成する。一方窒化物半
導体基板の裏面のほぼ全面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電
極８を形成する。
【００２６】電極形成後、矩形状のチップに分離してＬ
ＥＤ素子としたところ、２０ｍＡにおいて５２０ｎｍの
緑色発光を示し、順方向電圧３．２Ｖ、発光出力４．２
ｍＷであった。
ＥＤ素子としたところ、２０ｍＡにおいて５２０ｎｍの
緑色発光を示し、順方向電圧３．２Ｖ、発光出力４．２
ｍＷであった。
【００２７】一方比較のため、井戸層の組成を同一組成
とし、井戸層１層から成る単一量子井戸構造の活性層を
成長させたＬＥＤ素子は、２０ｍＡにおける順方向電圧
は３．４Ｖで、発光出力は３．５ｍＷであった。
とし、井戸層１層から成る単一量子井戸構造の活性層を
成長させたＬＥＤ素子は、２０ｍＡにおける順方向電圧
は３．４Ｖで、発光出力は３．５ｍＷであった。
【００２８】また、前述の緑色ＬＥＤ素子とは別に、前
述のＬＥＤ素子を作製する工程においてＬＥＤ活性層３
を成長させる際、井戸層の組成をＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎと
し、井戸層１層のみからなる単一量子井戸構造の青色Ｌ
ＥＤを作製する。この青色ＬＥＤは、２０ｍＡにおける
順方向電圧は３．４Ｖ、発光出力は７ｍＷであった。こ
のように構造が同じである場合、波長が長くなるに従っ
て井戸層の数を増やすと出力が向上する。
述のＬＥＤ素子を作製する工程においてＬＥＤ活性層３
を成長させる際、井戸層の組成をＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎと
し、井戸層１層のみからなる単一量子井戸構造の青色Ｌ
ＥＤを作製する。この青色ＬＥＤは、２０ｍＡにおける
順方向電圧は３．４Ｖ、発光出力は７ｍＷであった。こ
のように構造が同じである場合、波長が長くなるに従っ
て井戸層の数を増やすと出力が向上する。
【００２９】さらにまた、前述の緑色ＬＥＤ素子とは別
に、前述の緑色ＬＥＤ素子を作製する工程においてＬＥ
Ｄ活性層３を成長させる工程を次のように行う。つま
り、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて７５０℃で、アンドープＩｎ0.6Ｇａ0.4Ｎよ
りなる井戸層を３０オングストローム成長させる。次に
温度を７５０℃に保持したままＴＭＡを原料ガスに加
え、アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２の窒化物
半導体層を１０オングストローム成長させる。次に温度
を８００℃に上昇してＳｉを１×１０18／cm3ドープし
たｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる障壁層（第３の窒化物
半導体層）を１００オングストローム成長させ、障壁＋
（井戸＋第２＋障壁）×５とを積層した総膜厚８００オ
ングストロームの多重量子井戸構造（井戸層数５）から
なる活性層３を成長させる。このＬＥＤ素子は６５０ｎ
ｍの赤色発光を示し、２０ｍＡにおいて、順方向電圧
３．２Ｖ、発光出力１．５ｍＷであった。
に、前述の緑色ＬＥＤ素子を作製する工程においてＬＥ
Ｄ活性層３を成長させる工程を次のように行う。つま
り、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて７５０℃で、アンドープＩｎ0.6Ｇａ0.4Ｎよ
りなる井戸層を３０オングストローム成長させる。次に
温度を７５０℃に保持したままＴＭＡを原料ガスに加
え、アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第２の窒化物
半導体層を１０オングストローム成長させる。次に温度
を８００℃に上昇してＳｉを１×１０18／cm3ドープし
たｎ型Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる障壁層（第３の窒化物
半導体層）を１００オングストローム成長させ、障壁＋
（井戸＋第２＋障壁）×５とを積層した総膜厚８００オ
ングストロームの多重量子井戸構造（井戸層数５）から
なる活性層３を成長させる。このＬＥＤ素子は６５０ｎ
ｍの赤色発光を示し、２０ｍＡにおいて、順方向電圧
３．２Ｖ、発光出力１．５ｍＷであった。
【００３０】それに対し、同一組成のＩｎＧａＮ井戸層
を有する単一量子井戸構造から成る赤色ＬＥＤは、順方
向電圧３．５Ｖで発光出力０．５ｍＷであった。
を有する単一量子井戸構造から成る赤色ＬＥＤは、順方
向電圧３．５Ｖで発光出力０．５ｍＷであった。
【００３１】以上のようにして得られた井戸層１の青色
ＬＥＤと、井戸層３の緑色ＬＥＤと、井戸層５の赤色Ｌ
ＥＤとを用いてフルカラーＬＥＤディスプレイを作製し
たところ、従来の単一量子井戸構造の青色ＬＥＤ、緑色
ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを用いたディスプレイに比較して白
色輝度で１．２倍以上向上し、消費電力で１０％以上の
削減ができた。
ＬＥＤと、井戸層３の緑色ＬＥＤと、井戸層５の赤色Ｌ
ＥＤとを用いてフルカラーＬＥＤディスプレイを作製し
たところ、従来の単一量子井戸構造の青色ＬＥＤ、緑色
ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを用いたディスプレイに比較して白
色輝度で１．２倍以上向上し、消費電力で１０％以上の
削減ができた。
【００３２】［実施例２］実施例１において、緑色ＬＥ
Ｄの活性層を成長させる際に次のような工程を行う。つ
まり、８００℃で、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープした
ｎ型ＧａＮよりなる障壁層を１００オングストロームの
膜厚で成長させ、続いて７５０℃で、アンドープＩｎ
0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層（第１の窒化物半導体層）
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。次に温度
を７５０℃に保持したまま、アンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層を１０オングストローム成長させ
る。次に温度を８００℃に上昇してＳｉを１×１０18／
cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる障壁層（第３の窒化
物半導体層）を１００オングストローム成長させる。
Ｄの活性層を成長させる際に次のような工程を行う。つ
まり、８００℃で、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープした
ｎ型ＧａＮよりなる障壁層を１００オングストロームの
膜厚で成長させ、続いて７５０℃で、アンドープＩｎ
0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層（第１の窒化物半導体層）
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。次に温度
を７５０℃に保持したまま、アンドープＧａＮよりなる
第２の窒化物半導体層を１０オングストローム成長させ
る。次に温度を８００℃に上昇してＳｉを１×１０18／
cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる障壁層（第３の窒化
物半導体層）を１００オングストローム成長させる。
【００３３】その他は実施例１と同様にして緑色ＬＥＤ
を得たところ、実施例１の緑色ＬＥＤとほぼ同等の特性
を有する緑色ＬＥＤが得られた。
を得たところ、実施例１の緑色ＬＥＤとほぼ同等の特性
を有する緑色ＬＥＤが得られた。
【００３４】また、この緑色ＬＥＤと、実施例１で得ら
れた青色ＬＥＤと、出力５ｍＷのＡｌＩｎＧａＰ系赤色
ＬＥＤ等とを用いて、フルカラーＬＥＤディスプレイを
作製したこところ、実施例１のディスプレイに比較し
て、少ない赤色ＬＥＤの個数で、白色輝度は２倍に向上
し、消費電力もさらに少なくなった。
れた青色ＬＥＤと、出力５ｍＷのＡｌＩｎＧａＰ系赤色
ＬＥＤ等とを用いて、フルカラーＬＥＤディスプレイを
作製したこところ、実施例１のディスプレイに比較し
て、少ない赤色ＬＥＤの個数で、白色輝度は２倍に向上
し、消費電力もさらに少なくなった。
【００３５】また、図２は本発明の他の実施例を示す模
式断面図である。この図は同一素子内において多色が発
光できる窒化物半導体素子であり、基板１０の上にｎ型
コンタクト層１１が積層され、そのｎ型コンタクト層１
１の上に独立した青色発光部分１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ
と、緑色発光部分１２Ｇ、１３Ｇ、１４Ｇと、赤色発光
部分１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒとが形成されている。１２
はｎ型クラッド層であり、１３はＩｎＧａＮを含む活性
層、１４はｐ型クラッド層であり、それぞれダブルへテ
ロ構造を有している。なお１５はｐ電極、１６はｎ電極
である。青色発光部分の活性層１３ＢはＩｎＧａＮ井戸
層を２層有する多重量子井戸構造から成り、緑色発光部
分の活性層１３ＧはＩｎＧａＮ井戸層を３層有する多重
量子井戸構造から成り、赤色発光部分の活性層１３Ｒは
ＩｎＧａＮ井戸層を５層有する多重量子井戸構造から成
っている。それぞれの井戸層のＩｎ組成は長波長のもの
ほど多く調整する。本発明では同一素子に活性層を複数
有する多色発光素子にも適用できる。
式断面図である。この図は同一素子内において多色が発
光できる窒化物半導体素子であり、基板１０の上にｎ型
コンタクト層１１が積層され、そのｎ型コンタクト層１
１の上に独立した青色発光部分１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ
と、緑色発光部分１２Ｇ、１３Ｇ、１４Ｇと、赤色発光
部分１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒとが形成されている。１２
はｎ型クラッド層であり、１３はＩｎＧａＮを含む活性
層、１４はｐ型クラッド層であり、それぞれダブルへテ
ロ構造を有している。なお１５はｐ電極、１６はｎ電極
である。青色発光部分の活性層１３ＢはＩｎＧａＮ井戸
層を２層有する多重量子井戸構造から成り、緑色発光部
分の活性層１３ＧはＩｎＧａＮ井戸層を３層有する多重
量子井戸構造から成り、赤色発光部分の活性層１３Ｒは
ＩｎＧａＮ井戸層を５層有する多重量子井戸構造から成
っている。それぞれの井戸層のＩｎ組成は長波長のもの
ほど多く調整する。本発明では同一素子に活性層を複数
有する多色発光素子にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】本発明では、窒化物半導体発光素子を長
波長に設計するに従って、井戸数を多くすることによ
り、その発光素子の発光出力を高めることができる。即
ちＩｎを含む窒化物半導体より成る井戸層を有する活性
層を用いたダブルへテロ構造の窒化物半導体素子では、
活性層のＩｎを多くした長波長発光素子を設計する場
合、Ｉｎ組成を多くするに従って、その井戸層を多くす
ると、発光素子の出力を向上させることができる。な
お、本明細書では主としてＬＥＤ素子について説明した
が、本発明はＬＥＤだけでなく、レーザ素子、ＳＬＤ素
子等にも適用可能であることはいうまでもない。
波長に設計するに従って、井戸数を多くすることによ
り、その発光素子の発光出力を高めることができる。即
ちＩｎを含む窒化物半導体より成る井戸層を有する活性
層を用いたダブルへテロ構造の窒化物半導体素子では、
活性層のＩｎを多くした長波長発光素子を設計する場
合、Ｉｎ組成を多くするに従って、その井戸層を多くす
ると、発光素子の出力を向上させることができる。な
お、本明細書では主としてＬＥＤ素子について説明した
が、本発明はＬＥＤだけでなく、レーザ素子、ＳＬＤ素
子等にも適用可能であることはいうまでもない。
【図１】 本発明の一実施例に係るＬＥＤ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図２】 本発明の他の実施例に係るＬＥＤ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
１・・・窒化物半導体基板 ２・・・バッファ層 ３・・・活性層 ４・・・ｐ側クラッド層 ５・・・ｐ側コンタクト層 ６・・・ｐ電極 ７・・・ｐパッド電極 ８・・・・・・ｎ電極
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層
を有する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発
光素子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井
戸層を有する第２の発光素子とを比較して、前記第２の
発光素子の井戸層数が、前記第１の発光素子の井戸層数
よりも多いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層
を有する活性層を具備する第１の発光素子と、第１の発
光素子よりもＩｎ含有量が多い窒化物半導体からなる井
戸層を有する第２の発光素子とを有する窒化物半導体発
光装置において、 前記第２の発光素子の井戸層数が、前記第１の発光素子
の井戸層数よりも多いことを特徴とする窒化物半導体発
光装置。 - 【請求項３】 少なくとも前記第２の発光素子は、井戸
層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造を有し、そ
の井戸層と障壁層との間に、膜厚３０オングストローム
以下の、少なくともＡｌを含む窒化物半導体若しくはＧ
ａＮからなる中間層を有することを特徴とする請求項１
または２に記載の窒化物半導体発光素子及び発光装置。 - 【請求項４】 前記中間層のバンドギャップエネルギー
は障壁層と同じか、若しくは障壁層よりも大きいことを
特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子及び
発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13482398A JPH11330552A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 窒化物半導体発光素子及び発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13482398A JPH11330552A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 窒化物半導体発光素子及び発光装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003334578A Division JP2004015072A (ja) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11330552A true JPH11330552A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15137317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13482398A Pending JPH11330552A (ja) | 1998-05-18 | 1998-05-18 | 窒化物半導体発光素子及び発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11330552A (ja) |
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1998
- 1998-05-18 JP JP13482398A patent/JPH11330552A/ja active Pending
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