JPS6118184A - 発光素子 - Google Patents
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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
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/02—Semiconductor 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
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
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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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59138570A JPS6118184A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59138570A JPS6118184A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6118184A true JPS6118184A (ja) | 1986-01-27 |
Family
ID=15225219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59138570A Pending JPS6118184A (ja) | 1984-07-04 | 1984-07-04 | 発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6118184A (ja) |
Cited By (3)
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 |
-
1984
- 1984-07-04 JP JP59138570A patent/JPS6118184A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
THE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1982US * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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