JPS6118184A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPS6118184A
JPS6118184A JP59138570A JP13857084A JPS6118184A JP S6118184 A JPS6118184 A JP S6118184A JP 59138570 A JP59138570 A JP 59138570A JP 13857084 A JP13857084 A JP 13857084A JP S6118184 A JPS6118184 A JP S6118184A
Authority
JP
Japan
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molecular beam
single crystal
layer
light
evaporation source
Prior art date
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Pending
Application number
JP59138570A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunji Misawa
俊司 三沢
Sadaji Yoshida
吉田 貞史
Shunichi Gonda
権田 俊一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP59138570A priority Critical patent/JPS6118184A/ja
Publication of JPS6118184A publication Critical patent/JPS6118184A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers 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
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、窒化アルミニウムガリウム(AlxQa 
1−x N )単結晶膜を使用した青色の発光素子に関
するものである。
〔従来技術〕
従来、青色の発光素子の実用化の例は少なく、液相成長
法による炭化硅素(SfC)単結晶のp−n接合、化学
気相成長法による窒化ガリウム(GaN)単結晶のMI
S構造を用いた発光素子の実用化がなされている。この
−例を第1図に示す。この図において、1はサファイア
基板、2はGaNの半導体発光層、3は半絶縁層、4は
電極で、例えtfインジウム等の材料により作られてい
る。5は前記電極4と接続される電源である。
GaN単結晶を用いた発光素子においては、GaNの半
導体発光層2に亜鉛(Zn)もしくはマグネジ    
 ′ラム(Mg)をドーピングし青色の発光中心とする
が、半絶縁層3の形成もこれらの不純物を、さらに高濃
度にドーピングすることにより得られて(・る。このた
めドーピングする不純物は、高濃度ドーピングでGaN
が高抵抗化する不純物(ZnとMg)に限られており、
発光波長を任意に変えることはできない欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は、上記の点にかんがみなされたもので、Ga
Nの代りKAl、Ga1−xN単結晶膜を用〜1、発光
層の禁制帯幅を任意に変えることを可能にするとともに
、絶縁層にも人1xGa□−xN単結晶膜を用いるもの
である。以下この発明につ(・て説明する。
〔発明の実施例〕
まず、この発明の原理について説明する。
Alz 0a1−1 Nは、本発明者等がこの単結晶膜
を作製し、その性質について詳細に調べた結果、アルミ
ニウム(AI)およびガリウム(、Ga )と窒素(N
)よりなる三元系混晶瞼質で、Nの量は一定で、AIと
Gaの存在割合(組成X)に応じて窒化アルミニウム(
AIN)と窒化ガリウム(GaN )の中間的性質を持
ち、X値が小さい程GaNの性質に近くなり、X値が大
きくなる程AINの性質に近くなる。電気的性質におい
ては、GaNは半導体的性質を示し、AINは絶縁性を
示す。従って、AIz賃ψ、−、NG裏1成Xが大きく
なるに従い伝導性→半絶縁性→粘縁性を示す。また、光
学的性質においても組成X・の値に応じて変化し、X値
が大きくなるに従いit吸収端がより短波長側ヘシフト
して行く。このようにAIX oal−、N単結晶膜は
、その組成Xを決めて作製することKより、半導体的性
質から半絶縁性の性質を持つことができ、光学的性質に
おい【もその特性が決まる。(参考文献: Journ
al  ofAppHed Physics VOI、
 53/% 10 (1982)6844〜6848.
 S、 Yoshida、 S、 Misawa an
d S、Gonda)。
この発明は、上記の原理に基づいてなされたものであっ
て、その要旨とするところは、紫外域および可視域で透
明な単結晶基板上に、青色の場合組成Xが0.1付近以
下のAlxGa□−xN低抵抗単結晶膜を成長させ、こ
の成長層に発光中心不純物をドーピングした後、組成X
が0.3〜0.4のAIXGaPXN高抵抗層を成長さ
せ、金属膜の電極付を行い発光素子を作製するものであ
る。
この発光素子は、す7アイヤ基板上に組成を制御よ< 
AIX Ga、−xN単結晶膜を成長させる点が重要で
ある。
紫外および可視領域で透明な単結晶基板上に、任意の組
成Xを持つA I X Ga I −X N単結晶膜を
成長させるのは、アンモニアあるいはヒドラジン雰囲気
中でAIとQaを蒸発させる化成蒸着法、あるいはAI
およびGaを含むそれぞれの化合物ガスと7ンモニ7ガ
スを反応管に導入する化学気相成長法罠依ってもよく、
A1とGaの基板への供給割合によって作製した膜の組
成が決まる。
以下、図示の実施例により化成蒸着法によるAlxGa
1−xN単結晶膜を用いた青色の発光素子の作製方法に
ついて説明する。紫外および可視領域透明単結晶基板と
しては、す7フイ7基板を用いている。
第2図はこの発明の青色の発光素子を製造するための装
置を示す概略構成図で、第3図はこの発明の一実施例を
示す側面図である0 10−’Pa以下の超高真空に排気された真空槽11内
には、基板背面あるいは側面に基板加熱ヒータ12があ
り、その前面をシャッタ13で遮断されるようにサファ
イア基板20が配置されている。
サファイア基板20の前方中央にはアンモニアガスを導
入するパイプ14が、その開口部14aをす7フイ7基
板20に向けて配置されている。15は制御弁である。
そして、パイプ1′4を中心とした周囲にAI蒸発源1
6およびGa蒸発源17と不純物ドーピング元素(例え
ばZn)蒸発源18が配置される。また、19は排気口
である。
AI蒸発源16よりA1分子線、Ga蒸発源17よりG
a分子線を、また、サファイア基板20の方向を向いた
ガス導入パイプ14より10−”Paのアンモニアおよ
び不純物ドーピング元素蒸発源18より極く微量のZn
分子線を、700℃に加熱されたす7フイ7基板20に
同時に入射させ、A1.Ga□−xN単結晶膜を成長さ
せる。八1の分子線強度とGaの分子線強度を制御し、
その分子線強度の割合により組成x = 0〜1.0未
満まで得られるので、その組成になるように選んで第3
図の目的の発光波長の半導体発光層21の膜を組成の制
御を行い作製する。なお、24.25は電極(例えばI
n )と電源である。
半導体発光層21の膜の成長速度は約2 A/’ 86
Cである。数μmの膜厚に半導体発光層21を成長させ
た後、Znの分子線の入射を止め、A1分子線とGa分
子線の強度比を調整し、組成Xが0.4付近の半絶縁層
22のAlXGa、−IN単結晶膜を作製するO しかる後、電極24を構成し発光素子を作製する。
また、第4図に示すのはこの発明の他の実施例で、サフ
ァイア基板20上にAIN単結晶膜23を作製し、その
上にZnをドープした半導体発光層21.半絶縁層22
を作製した実施例で、このようにすることにより、発光
素子の発光効率をより高くすることができる。(参考文
献: AppliedPhysics Letters
 Vow、 42’45 (1983) 427〜42
9 S、 Yoshida、 S、 Mjsawa+ 
and S、 Gonda )第5図はA I K (
)a I −1N単結晶膜の組成Xと電気光特性(カソ
ードルミネッセンス強度)が変化する状態を陰極線発光
により調べた特性図で、組成Xの増加にしたがって発光
特性が短波長域へ移行することを示す・ 菖7図は、第3図の構成で作製した発光素子の電流■−
電電圧時特性、M、IS構造による優れたダイオード特
性を示している。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明は、紫外域および可視域で
透明な単結晶基板上に任意の組成を有する低抵抗の窒化
アルミニウムガリウム単結晶または窒化ガリウム単結晶
の半導体発光層を形成し、この半導体発光層の上に任意
の組成を有する高低ある値より大きな値に選べば、不純
物をドーピングしなくても高抵抗となるためドーピング
が不要であり、これKより発光層のドーピング不純物の
制限をなくすことができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の青色の発光素子を示す側面図、第2図は
この発明の青色の発光素子を製造するための装置を示す
概略構成図、第3図はこの発明の一実施例を示す側面図
、第4図はこの発明の他の実施例を示す側面図、m5図
はAI、 Ga、−、N単結晶膜の組成Xと電気抵抗率
との関係を示す特性図、第6図はAIX Gat−x 
N単結晶膜の組成Xに対する発光特性を示す図、第7図
は青色の発光素子の電流と電圧の特性を示す図である。 図中、11は真空槽、12は基板加熱ヒータ、13はシ
ャッタ、14はパイプ、14aは開口部、15は制御弁
、16はAI蒸発源、11はGa蒸発源、18は不純物
ドーピング元素蒸発源、19は排気口、20はサファイ
ア基板、21は半導体発光層、22は半絶縁層、23は
AIN単結晶膜である。 第1151 第2図 第3図 AlXGa1−XN単結晶l!XwLx第6図 一波長(nm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 紫外域および可視域で透明な単結晶基板上に低抵抗の窒
    化アルミニウムガリウム単結晶または窒化ガリウム単結
    晶の半導体発光層を形成し、この半導体発光層の上に高
    抵抗の窒化アルミニウムガリウム単結晶の半絶縁層を形
    成したことを特徴とする発光素子。
JP59138570A 1984-07-04 1984-07-04 発光素子 Pending JPS6118184A (ja)

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JP59138570A JPS6118184A (ja) 1984-07-04 1984-07-04 発光素子

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JP59138570A JPS6118184A (ja) 1984-07-04 1984-07-04 発光素子

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JPS6118184A true JPS6118184A (ja) 1986-01-27

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JP59138570A Pending JPS6118184A (ja) 1984-07-04 1984-07-04 発光素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63239989A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発光素子の作製方法
US5006908A (en) * 1989-02-13 1991-04-09 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Epitaxial Wurtzite growth structure for semiconductor light-emitting device
US5192987A (en) * 1991-05-17 1993-03-09 Apa Optics, Inc. High electron mobility transistor with GaN/Alx Ga1-x N heterojunctions

Non-Patent Citations (1)

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Title
THE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1982US *

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