JP3470622B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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- JP3470622B2 JP3470622B2 JP32863198A JP32863198A JP3470622B2 JP 3470622 B2 JP3470622 B2 JP 3470622B2 JP 32863198 A JP32863198 A JP 32863198A JP 32863198 A JP32863198 A JP 32863198A JP 3470622 B2 JP3470622 B2 JP 3470622B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体を利用
したより長波長が発光可能な発光素子に係わり、特に信
頼性高く長波長を高輝度に発光可能な発光素子に関す
る。
したより長波長が発光可能な発光素子に係わり、特に信
頼性高く長波長を高輝度に発光可能な発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来技術】今日、発光素子の材料として紫外から赤色
まで高輝度に発光可能な半導体材料として窒化物半導体
を利用した発光素子が挙げられる。特に、紫外線が発光
可能な発光素子、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度
に発光可能な青色、青緑色、緑色などが発光可能な発光
素子が開発されフルカラーやマルチカラーのＬＥＤディ
スプレイなどとして利用され始めている。現在のところ
窒化物半導体を利用してより長波長な黄色や赤色などを
高輝度に発光する発光素子を形成することが極めて難し
いため、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰなどを発
光層の材料とする赤色や黄色が高輝度に発光可能な発光
素子と合わせてフルカラーディスプレイなどを実現して
いるのが現状である。
まで高輝度に発光可能な半導体材料として窒化物半導体
を利用した発光素子が挙げられる。特に、紫外線が発光
可能な発光素子、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度
に発光可能な青色、青緑色、緑色などが発光可能な発光
素子が開発されフルカラーやマルチカラーのＬＥＤディ
スプレイなどとして利用され始めている。現在のところ
窒化物半導体を利用してより長波長な黄色や赤色などを
高輝度に発光する発光素子を形成することが極めて難し
いため、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰなどを発
光層の材料とする赤色や黄色が高輝度に発光可能な発光
素子と合わせてフルカラーディスプレイなどを実現して
いるのが現状である。
【０００３】しかしながら、ＲＧＢ（赤、緑、青）が発
光可能な発光素子を異なる半導体材料で形成させると、
半導体材料による電気的や光学的など各種特性が異なっ
てくる。例えば、窒化物半導体は現在のところ他の半導
体材料を利用した発光素子よりも駆動電圧が高い。その
ため、半導体材料の異なる発光素子を同時に利用する場
合は電源電圧から別々に設計しなければならない。ま
た、昇温、冷却に伴い発光光度が変化するが半導体材料
ごとに著しくその特性が異なる。そのため、同一半導体
材料を用いて紫外域から可視光の長波長である赤色など
種々の発光スペクトルを高出力で発光可能な半導体発光
素子が切望されている。
光可能な発光素子を異なる半導体材料で形成させると、
半導体材料による電気的や光学的など各種特性が異なっ
てくる。例えば、窒化物半導体は現在のところ他の半導
体材料を利用した発光素子よりも駆動電圧が高い。その
ため、半導体材料の異なる発光素子を同時に利用する場
合は電源電圧から別々に設計しなければならない。ま
た、昇温、冷却に伴い発光光度が変化するが半導体材料
ごとに著しくその特性が異なる。そのため、同一半導体
材料を用いて紫外域から可視光の長波長である赤色など
種々の発光スペクトルを高出力で発光可能な半導体発光
素子が切望されている。
【０００４】発光層に窒化物半導体を利用した発光素子
の一例を図２に示す。この発光素子は可視光の短波長側
である緑色までを高輝度に発光することができる。具体
的にはサファイア基板２１３上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇ
ａＡｌＮなどを低温で成膜させたバッファ層２０８、ｎ
型電極が形成されるコンタクト層を形成させる下地層２
０７、ｎ型電極が形成されるコンタクト層２０６、ｎ型
不純物が変調ドープされた多層膜２０５、障壁層となる
ＧａＮ２０３と井戸層となるＩｎＧａＮ２０２を交互に
積層させ多重量子井戸構造とされる活性層が形成されて
いる。活性層上にはｐ型クラッド層としてｐ型ドーパン
トであるＭｇをドープさせたＡｌＧａＮとＧａＮの多層
膜２０４、ｐ型コンタクト層としてＭｇドープさせたＧ
ａＮ層２０９を積層させてある。ｐ型及びｎ型の各コン
タクト層を露出させた後各コンタクト層にそれぞれ電極
２１０、２１１、２１２を形成させた発光素子を構成さ
せることができる。
の一例を図２に示す。この発光素子は可視光の短波長側
である緑色までを高輝度に発光することができる。具体
的にはサファイア基板２１３上に、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇ
ａＡｌＮなどを低温で成膜させたバッファ層２０８、ｎ
型電極が形成されるコンタクト層を形成させる下地層２
０７、ｎ型電極が形成されるコンタクト層２０６、ｎ型
不純物が変調ドープされた多層膜２０５、障壁層となる
ＧａＮ２０３と井戸層となるＩｎＧａＮ２０２を交互に
積層させ多重量子井戸構造とされる活性層が形成されて
いる。活性層上にはｐ型クラッド層としてｐ型ドーパン
トであるＭｇをドープさせたＡｌＧａＮとＧａＮの多層
膜２０４、ｐ型コンタクト層としてＭｇドープさせたＧ
ａＮ層２０９を積層させてある。ｐ型及びｎ型の各コン
タクト層を露出させた後各コンタクト層にそれぞれ電極
２１０、２１１、２１２を形成させた発光素子を構成さ
せることができる。
【０００５】発光素子から放出される発光スペクトルは
発光層である活性層を構成する半導体のバンドギャップ
によって依存するため、活性層に含有されるＩｎの量を
多くすることでより長波長の半導体発光素子を構成する
ことができる。また、発光層の少なくとも一方にＡｌＧ
ａＮを成膜することで発光波長を長くすることもでき
る。特にＡｌの量を多くすることでより長波長の半導体
発光素子を構成することができる。
発光層である活性層を構成する半導体のバンドギャップ
によって依存するため、活性層に含有されるＩｎの量を
多くすることでより長波長の半導体発光素子を構成する
ことができる。また、発光層の少なくとも一方にＡｌＧ
ａＮを成膜することで発光波長を長くすることもでき
る。特にＡｌの量を多くすることでより長波長の半導体
発光素子を構成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光層
に含有されるＩｎ量が増えるにつれ、窒化物半導体の結
晶性が著しく低下する傾向にある。そのため、緑色から
より長波長のスペクトルを発する窒化物半導体発光素子
においては、輝度が極端に低下する或いは発光しないと
いう問題が生ずる。同様に、発光層の少なくとも一方に
形成させたＡｌＧａＮ層のＡｌ混晶比を増やすにつれ、
使用環境によっては出力低下を招く或いは発光しないと
いう問題が生ずる。特に、使用用途の広がりと共に種々
の分野に利用され始めている発光素子においては大きな
問題となる。従って、本発明は例えば可視光における緑
色よりもより長波長の発光スペクトルを信頼性よく高輝
度に発光可能な窒化物半導体発光素子を提供することに
ある。
に含有されるＩｎ量が増えるにつれ、窒化物半導体の結
晶性が著しく低下する傾向にある。そのため、緑色から
より長波長のスペクトルを発する窒化物半導体発光素子
においては、輝度が極端に低下する或いは発光しないと
いう問題が生ずる。同様に、発光層の少なくとも一方に
形成させたＡｌＧａＮ層のＡｌ混晶比を増やすにつれ、
使用環境によっては出力低下を招く或いは発光しないと
いう問題が生ずる。特に、使用用途の広がりと共に種々
の分野に利用され始めている発光素子においては大きな
問題となる。従って、本発明は例えば可視光における緑
色よりもより長波長の発光スペクトルを信頼性よく高輝
度に発光可能な窒化物半導体発光素子を提供することに
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素
子は、ｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体との間にＩ
ｎとＧａとを含む窒化物半導体を包含する活性層を有す
る窒化物半導体発光素子であって、前記窒化物半導体発
光素子は、前記活性層のｎ型窒化物半導体側とｐ型窒化
物半導体側の少なくとも一方にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層
（但し、０＜ｘ≦１である）を有しており、前記活性層
は、ＧａＮとＩｎＧａＮよりなる量子井戸構造であると
共に、その両端がＧａＮであることを特徴とする。ま
た、基板側から順に、ｎ型窒化物半導体と、ＩｎとＧａ
とを含む窒化物半導体を包含する活性層と、ｐ型窒化物
半導体と、を有する窒化物半導体発光素子であって、前
記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のｐ型窒化物半
導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１で
ある）を有しており、かつ、前記活性層のｎ型窒化物半
導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１で
ある）を有しないことを特徴とする。これにより、発光
層の結晶性を維持させながら、より長波長の発光スペク
トルを発光可能な窒化物半導体発光素子を構成すること
ができると共に高温高湿下においても長期にわたって高
輝度が発光可能な窒化物半導体発光素子として信頼性を
維持することができる。
子は、ｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体との間にＩ
ｎとＧａとを含む窒化物半導体を包含する活性層を有す
る窒化物半導体発光素子であって、前記窒化物半導体発
光素子は、前記活性層のｎ型窒化物半導体側とｐ型窒化
物半導体側の少なくとも一方にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層
（但し、０＜ｘ≦１である）を有しており、前記活性層
は、ＧａＮとＩｎＧａＮよりなる量子井戸構造であると
共に、その両端がＧａＮであることを特徴とする。ま
た、基板側から順に、ｎ型窒化物半導体と、ＩｎとＧａ
とを含む窒化物半導体を包含する活性層と、ｐ型窒化物
半導体と、を有する窒化物半導体発光素子であって、前
記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のｐ型窒化物半
導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１で
ある）を有しており、かつ、前記活性層のｎ型窒化物半
導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１で
ある）を有しないことを特徴とする。これにより、発光
層の結晶性を維持させながら、より長波長の発光スペク
トルを発光可能な窒化物半導体発光素子を構成すること
ができると共に高温高湿下においても長期にわたって高
輝度が発光可能な窒化物半導体発光素子として信頼性を
維持することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、Ｉ
ｎとＧａとを含有する窒化物半導体を包含する発光層の
少なくとも一方に特定の窒化物半導体層を形成させるこ
とにより、発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長にすることができると共に信
頼性の高い発光素子とすることができることを見出し本
発明を成すに至った。
ｎとＧａとを含有する窒化物半導体を包含する発光層の
少なくとも一方に特定の窒化物半導体層を形成させるこ
とにより、発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長にすることができると共に信
頼性の高い発光素子とすることができることを見出し本
発明を成すに至った。
【０００９】即ち、本発明による効果は定かではない
が、格子定数の違う同族系の元素からなる特定の層を発
光層の少なくとも一方に配置させることにより発光素子
から放出される発光波長をより長波長側とすることがで
きる。また、長波長側にするために特定の層を構成する
元素濃度を増やした場合、元素によっては発光素子の信
頼性等の特性に大きな影響を与えることを見出したもの
である。
が、格子定数の違う同族系の元素からなる特定の層を発
光層の少なくとも一方に配置させることにより発光素子
から放出される発光波長をより長波長側とすることがで
きる。また、長波長側にするために特定の層を構成する
元素濃度を増やした場合、元素によっては発光素子の信
頼性等の特性に大きな影響を与えることを見出したもの
である。
【００１０】ＧａＡｌＮを発光層の少なくとも一方に形
成させると発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長とすることができる。従っ
て、より長波長の発光素子を形成させるためにはＡｌ含
有量を増やせばよい。
成させると発光層のバンドギャップから計算される発光
波長の理論値よりも長波長とすることができる。従っ
て、より長波長の発光素子を形成させるためにはＡｌ含
有量を増やせばよい。
【００１１】しかし、活性層から放出される理論上の発
光波長をより長波長とするために発光層の少なくとも一
方に形成させたＧａＡｌＮ層のＡｌの含有量を増やした
場合、形成された窒化物半導体発光素子は高温高湿下に
おいては急激に輝度が低下する傾向にある。これは外部
からの酸素の浸入による酸化等により急激にＧａＡｌＮ
層の膜質が低下するためと考えられる。本出願人はＧａ
ＡｌＮ層よりも高温高湿下等においても安定したＢxＧ
ａ(1-x)Ｎ層を活性層の少なくとも一方に設けることに
より信頼性を維持させつつ、窒化物半導体発光素子の発
光波長をより長波長にすることができるものである。
光波長をより長波長とするために発光層の少なくとも一
方に形成させたＧａＡｌＮ層のＡｌの含有量を増やした
場合、形成された窒化物半導体発光素子は高温高湿下に
おいては急激に輝度が低下する傾向にある。これは外部
からの酸素の浸入による酸化等により急激にＧａＡｌＮ
層の膜質が低下するためと考えられる。本出願人はＧａ
ＡｌＮ層よりも高温高湿下等においても安定したＢxＧ
ａ(1-x)Ｎ層を活性層の少なくとも一方に設けることに
より信頼性を維持させつつ、窒化物半導体発光素子の発
光波長をより長波長にすることができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳述するが本発明はこれのみに限られるものでないこ
とはいうまでもない。
て詳述するが本発明はこれのみに限られるものでないこ
とはいうまでもない。
【００１３】（実施例１）本発明の窒化物半導体からな
る発光素子をＭＯＣＶＤ法を用いて予め洗浄したサファ
イア基板上に成膜させた。なお、窒化物半導体を形成さ
せる基板としてはサファイア基板の他、スピネル、窒化
ガリウム単結晶、炭化珪素など所望に応じて種々のもの
を選択することができる。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応
容器内にサファイア基板を配置させて水素ガスを流しな
がら８００℃でベーキングさせクリーニングする。
る発光素子をＭＯＣＶＤ法を用いて予め洗浄したサファ
イア基板上に成膜させた。なお、窒化物半導体を形成さ
せる基板としてはサファイア基板の他、スピネル、窒化
ガリウム単結晶、炭化珪素など所望に応じて種々のもの
を選択することができる。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応
容器内にサファイア基板を配置させて水素ガスを流しな
がら８００℃でベーキングさせクリーニングする。
【００１４】次に、原料ガスとしてＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）ガス、アンモニアガス及びキャリアガスとし
て窒素ガスを流し、基板温度５５０℃でサファイア基板
上にバッファ層としてＧａＮを厚さ１５０Åで成膜させ
た。バッファ層はその上に形成させる窒化物半導体層の
結晶性を向上させるために設けられるものであり、Ｇａ
Ｎの他、ＡｌＮやＧａＡｌＮを低温で形成させることが
できる。
ガリウム）ガス、アンモニアガス及びキャリアガスとし
て窒素ガスを流し、基板温度５５０℃でサファイア基板
上にバッファ層としてＧａＮを厚さ１５０Åで成膜させ
た。バッファ層はその上に形成させる窒化物半導体層の
結晶性を向上させるために設けられるものであり、Ｇａ
Ｎの他、ＡｌＮやＧａＡｌＮを低温で形成させることが
できる。
【００１５】バッファ層を成膜後、原料ガスの流入を止
め成膜温度を１０５０℃に上げて、再び、原料ガスとし
てＴＭＧ、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒素
ガスを流しｎ型ＧａＮを厚さ１．５μｍで成膜させた。
め成膜温度を１０５０℃に上げて、再び、原料ガスとし
てＴＭＧ、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒素
ガスを流しｎ型ＧａＮを厚さ１．５μｍで成膜させた。
【００１６】続いて、ｎ型ＧａＮ上にｎ型電極を形成さ
せるｎ型ＧａＮ層を成膜させる。成膜温度を維持させた
まま、原料ガスとしてＴＭＧ、アンモニアガス、キャリ
アガスとして窒素ガス及びシランガスを流しｎ+型Ｇａ
Ｎを厚さ２．３μｍで成膜させた。
せるｎ型ＧａＮ層を成膜させる。成膜温度を維持させた
まま、原料ガスとしてＴＭＧ、アンモニアガス、キャリ
アガスとして窒素ガス及びシランガスを流しｎ+型Ｇａ
Ｎを厚さ２．３μｍで成膜させた。
【００１７】成膜温度を維持させたまま、ｎ+型ＧａＮ
上に原料ガスとしてＴＭＧ、窒素ガス及びキャリアガス
として水素ガスを流しアンドープのＧａＮとＳｉドープ
のＧａＮを２０周期でそれぞれ成膜させる。なお、Ｇａ
Ｎ層は、ｎ型不純物となるＳｉの不純物濃度が異なる変
調ドープとしてある。
上に原料ガスとしてＴＭＧ、窒素ガス及びキャリアガス
として水素ガスを流しアンドープのＧａＮとＳｉドープ
のＧａＮを２０周期でそれぞれ成膜させる。なお、Ｇａ
Ｎ層は、ｎ型不純物となるＳｉの不純物濃度が異なる変
調ドープとしてある。
【００１８】次に、本発明の特定の層として活性層に歪
みを導入させるＢＧａＮ層を厚さ１００Åで成膜させ
る。成膜温度を１０５０℃として原料ガスをＴＭＧ、ア
ンモニアガス、ＴＥＢ（トリエチルボロン）ガス、キャ
リアガスとして窒素ガス及びシランガスを流して厚さ１
００ÅのＢ0.2 Ｇａ0.8Ｎ層を成膜させる。本発明の歪
み導入層は活性層の平均熱膨張率よりも小さく、活性層
の少なくとも一方に形成させることによって発光波長を
長波長にすることができる。活性層にゆがみを導入させ
るためには、同じ膜厚であればＢの含有量を増やすこと
で発光素子からの発光波長をより長波長とすることがで
きる。同様に、同じ組成であれば膜厚を厚くさせること
により発光素子から放出される発光波長をより長波長に
させることができる。
みを導入させるＢＧａＮ層を厚さ１００Åで成膜させ
る。成膜温度を１０５０℃として原料ガスをＴＭＧ、ア
ンモニアガス、ＴＥＢ（トリエチルボロン）ガス、キャ
リアガスとして窒素ガス及びシランガスを流して厚さ１
００ÅのＢ0.2 Ｇａ0.8Ｎ層を成膜させる。本発明の歪
み導入層は活性層の平均熱膨張率よりも小さく、活性層
の少なくとも一方に形成させることによって発光波長を
長波長にすることができる。活性層にゆがみを導入させ
るためには、同じ膜厚であればＢの含有量を増やすこと
で発光素子からの発光波長をより長波長とすることがで
きる。同様に、同じ組成であれば膜厚を厚くさせること
により発光素子から放出される発光波長をより長波長に
させることができる。
【００１９】従って、ＢxＧａ(1-x)Ｎ層は、その上に形
成される活性層など窒化物半導体の結晶性を損なわない
限り厚みを厚くすることができる。具体的には５Åから
１０００Åが好ましく、より好ましくは、２０Åから２
５０Åである。同様にＢの組成比は０＜ｘ≦１とするこ
とができるが、より好ましくは０＜ｘ≦０．４である。
本発明において更に好ましくは０．１≦ｘ≦０．３にお
いて結晶性や信頼性を低下させることない窒化物半導体
発光素子を構成することができる。
成される活性層など窒化物半導体の結晶性を損なわない
限り厚みを厚くすることができる。具体的には５Åから
１０００Åが好ましく、より好ましくは、２０Åから２
５０Åである。同様にＢの組成比は０＜ｘ≦１とするこ
とができるが、より好ましくは０＜ｘ≦０．４である。
本発明において更に好ましくは０．１≦ｘ≦０．３にお
いて結晶性や信頼性を低下させることない窒化物半導体
発光素子を構成することができる。
【００２０】続いて、Ｂ0.2Ｇａ0.8Ｎ層上には活性層と
して２５０ÅのＧａＮと厚さ３０ÅのＩｎＧａＮを６周
期繰り返した多重量子井戸構造であり、両端がＧａＮで
ある活性層を構成する。
して２５０ÅのＧａＮと厚さ３０ÅのＩｎＧａＮを６周
期繰り返した多重量子井戸構造であり、両端がＧａＮで
ある活性層を構成する。
【００２１】具体的には、成膜温度を１０５０℃に維持
したまま、変調ドープしたＧａＮ層上に原料ガスとして
ＴＭＧガス、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒
素ガスを流しアンドープのＧａＮを３０Åで成膜させ
る。続いて、キャリアガスだけを流しながら、成膜温度
を８００℃にまで下げる。原料ガスとしてＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）ガス、ＴＭＧガス、窒素ガス及びキ
ャリアガスとして水素ガスを流し、アンドープのＩｎ
0.8Ｇａ0.2Ｎを２５０Åで成膜させる。これを、６周期
繰り返した後、最後に成膜温度を１０５０℃にし、原料
ガスとしてＴＭＧガス、アンモニアガス及びキャリアガ
スとして窒素ガスを流しアンドープのＧａＮを３０Åで
成膜させ活性層を形成させる。なお、本実施例において
多重量子井戸構造の窒化物半導体発光素子において説明
するが、厚さが約３ｎｍであるＩｎＧａＮ層などをＩｎ
が含有された単一量子井戸構造の発光層として窒化物半
導体発光素子に利用することもできる。また、本発明は
多重量子井戸構造における井戸層のＩｎ組成を層によっ
て異ならしめた多色発光可能な発光素子にも利用するこ
ともできる。この場合、より長波長を発光させたい井戸
層側にＢxＧａ1-xＮ層を設けることが好ましい。さら
に、本発明においてはＩｎの組成比が増えると発光層を
形成させることが極めて難しくなるためＩｎaＧａ1-aＮ
におけるＩｎの組成比ａが０．５より大きい場合におい
て特に顕著な効果がある。
したまま、変調ドープしたＧａＮ層上に原料ガスとして
ＴＭＧガス、アンモニアガス及びキャリアガスとして窒
素ガスを流しアンドープのＧａＮを３０Åで成膜させ
る。続いて、キャリアガスだけを流しながら、成膜温度
を８００℃にまで下げる。原料ガスとしてＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）ガス、ＴＭＧガス、窒素ガス及びキ
ャリアガスとして水素ガスを流し、アンドープのＩｎ
0.8Ｇａ0.2Ｎを２５０Åで成膜させる。これを、６周期
繰り返した後、最後に成膜温度を１０５０℃にし、原料
ガスとしてＴＭＧガス、アンモニアガス及びキャリアガ
スとして窒素ガスを流しアンドープのＧａＮを３０Åで
成膜させ活性層を形成させる。なお、本実施例において
多重量子井戸構造の窒化物半導体発光素子において説明
するが、厚さが約３ｎｍであるＩｎＧａＮ層などをＩｎ
が含有された単一量子井戸構造の発光層として窒化物半
導体発光素子に利用することもできる。また、本発明は
多重量子井戸構造における井戸層のＩｎ組成を層によっ
て異ならしめた多色発光可能な発光素子にも利用するこ
ともできる。この場合、より長波長を発光させたい井戸
層側にＢxＧａ1-xＮ層を設けることが好ましい。さら
に、本発明においてはＩｎの組成比が増えると発光層を
形成させることが極めて難しくなるためＩｎaＧａ1-aＮ
におけるＩｎの組成比ａが０．５より大きい場合におい
て特に顕著な効果がある。
【００２２】次に、上述のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を活性層上
にｎ型不純物であるシランガスを導入せずに、厚さを２
０Åとした以外は同様にして形成させる。なお、ここで
導電型を決定する不純物を導入させなかったが所望に応
じてｎ型、ｐ型の不純物を導入させることもできる。活
性層に接してＢxＧａ1-xＮ層が形成される場合は、活性
層に余分な不純物が導入されることを防止するためにノ
ンドープとすることができる。他方、ノンドープとする
と短絡電流が少なくなり耐電圧が向上するものの、抵抗
成分が増えるため所望に応じて各種不純物元素を添加す
ることもできる。ＢxＧａ1-xＮ層は、各導電型の不純物
元素を添加してもよいし、例えばｐ型不純物となるＭｇ
とｎ型不純物となるＳｉを同時に混入させてもよい。さ
らに、層内に均一に分布させるのではなく膜厚方向に置
いて組成比を傾斜的にドープさせることもできる。さら
に、所望に応じて発光層を構成する井戸層間に設けるこ
ともできる。また、ＢＧａＮ層に耐候性を損なわない限
り、さらにＡｌを含有させＢxＡｌyＧａ1-x-yＮ層とす
ることもできる。この場合、Ａｌの組成比ｙ＜０．２と
することで長波長にしつつ耐候性をある程度保持するこ
とが可能である。なお、本発明においては特に断らない
限り、ＢxＧａ1-xＮ層においてＡｌを含む場合を除外す
るものではない。同様に長波長にしつつ耐候性を保持で
きるものであれば他の元素を混入させることもできる。
にｎ型不純物であるシランガスを導入せずに、厚さを２
０Åとした以外は同様にして形成させる。なお、ここで
導電型を決定する不純物を導入させなかったが所望に応
じてｎ型、ｐ型の不純物を導入させることもできる。活
性層に接してＢxＧａ1-xＮ層が形成される場合は、活性
層に余分な不純物が導入されることを防止するためにノ
ンドープとすることができる。他方、ノンドープとする
と短絡電流が少なくなり耐電圧が向上するものの、抵抗
成分が増えるため所望に応じて各種不純物元素を添加す
ることもできる。ＢxＧａ1-xＮ層は、各導電型の不純物
元素を添加してもよいし、例えばｐ型不純物となるＭｇ
とｎ型不純物となるＳｉを同時に混入させてもよい。さ
らに、層内に均一に分布させるのではなく膜厚方向に置
いて組成比を傾斜的にドープさせることもできる。さら
に、所望に応じて発光層を構成する井戸層間に設けるこ
ともできる。また、ＢＧａＮ層に耐候性を損なわない限
り、さらにＡｌを含有させＢxＡｌyＧａ1-x-yＮ層とす
ることもできる。この場合、Ａｌの組成比ｙ＜０．２と
することで長波長にしつつ耐候性をある程度保持するこ
とが可能である。なお、本発明においては特に断らない
限り、ＢxＧａ1-xＮ層においてＡｌを含む場合を除外す
るものではない。同様に長波長にしつつ耐候性を保持で
きるものであれば他の元素を混入させることもできる。
【００２３】続いて、ｐ型クラッド層として厚さ４０Å
でＭｇドープのＡｌＧａＮと厚さ２５ÅでＭｇドープの
ＩｎＧａＮを５回繰り返した超格子ｐ型クラッド層を形
成させる。成膜温度を１０５０℃に維持したまま、原料
ガスとしてＴＭＧガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）ガス、アンモニアガス、キャリアガスとして窒素ガ
ス及びｐ型ドーパントしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジ
エニルマグネシウム）ガスを導入してｐ型ＡｌＧａＮを
４０Åで成膜させる。
でＭｇドープのＡｌＧａＮと厚さ２５ÅでＭｇドープの
ＩｎＧａＮを５回繰り返した超格子ｐ型クラッド層を形
成させる。成膜温度を１０５０℃に維持したまま、原料
ガスとしてＴＭＧガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）ガス、アンモニアガス、キャリアガスとして窒素ガ
ス及びｐ型ドーパントしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジ
エニルマグネシウム）ガスを導入してｐ型ＡｌＧａＮを
４０Åで成膜させる。
【００２４】最後に成膜温度を１０５０℃に維持したま
ま原料ガスをＴＭＧガス、アンモニアガス、キャリアガ
スとして窒素ガス及び不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを流
しｐ型コンタクト層としてＭｇドープのＧａＮを成膜さ
せる。
ま原料ガスをＴＭＧガス、アンモニアガス、キャリアガ
スとして窒素ガス及び不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを流
しｐ型コンタクト層としてＭｇドープのＧａＮを成膜さ
せる。
【００２５】窒化物半導体ウエハを成膜後、ＲＩＥ（リ
アクティブイオンエッチング）によりｎ型コンタクト層
までが一部露出できるように活性層などを除去する。そ
の後、ｐ型及びｎ型の各コンタクト層にスパッタリング
を用いてｐ型及びｎ型の各電極を形成させる。なお、ｐ
型コンタクト層には透光性電極とその上のｐ型パッド電
極とを形成させてある。窒化物半導体ウエハをスクライ
ブして各ＬＥＤチップを形成させる。
アクティブイオンエッチング）によりｎ型コンタクト層
までが一部露出できるように活性層などを除去する。そ
の後、ｐ型及びｎ型の各コンタクト層にスパッタリング
を用いてｐ型及びｎ型の各電極を形成させる。なお、ｐ
型コンタクト層には透光性電極とその上のｐ型パッド電
極とを形成させてある。窒化物半導体ウエハをスクライ
ブして各ＬＥＤチップを形成させる。
【００２６】こうして形成された図１の如き、発光素子
は発光層に含有されたＩｎの組成比から理論的に計算さ
れる発光波長よりも長波長の発光が可能な発光素子とし
て形成させることができる。
は発光層に含有されたＩｎの組成比から理論的に計算さ
れる発光波長よりも長波長の発光が可能な発光素子とし
て形成させることができる。
【００２７】（比較例１）実施例１において、Ｂ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ層の代わりにＡｌＧａＮ層を形成させた以外は
同様にして発光素子を形成させた。共に発光波長である
主発光ピークが約５８０ｎｍの発光素子を形成させた。
なお、この段階でＢＧａＮ層を用いた窒化物半導体発光
素子はＡｌＧａＮ層を用いた窒化物半導体発光素子に比
べて１．７倍以上の明るさがあった。このときのＢの組
成比ｘは０．２であり、Ａｌの組成比はｙは０．２であ
った。
ａ0.8Ｎ層の代わりにＡｌＧａＮ層を形成させた以外は
同様にして発光素子を形成させた。共に発光波長である
主発光ピークが約５８０ｎｍの発光素子を形成させた。
なお、この段階でＢＧａＮ層を用いた窒化物半導体発光
素子はＡｌＧａＮ層を用いた窒化物半導体発光素子に比
べて１．７倍以上の明るさがあった。このときのＢの組
成比ｘは０．２であり、Ａｌの組成比はｙは０．２であ
った。
【００２８】各発光素子に電力を供給しつつ、２０℃、
ＲＨ６０、１ｈ及び８０℃、ＲＨ５０、１ｈを１０００
サイクル行い１０００個ずつの平均で耐候試験を行っ
た。Ｂ 0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を
用いた比較例の発光素子では約７０％が発光不能になっ
ていたのに比べ、本発明の発光素子は不灯となった発光
素子はわずか３％にしかすぎなかった。これにより本発
明の発光素子が長波長を発光することができると共に信
頼性の高い窒化物半導体発光素子であることが分かる。
ＲＨ６０、１ｈ及び８０℃、ＲＨ５０、１ｈを１０００
サイクル行い１０００個ずつの平均で耐候試験を行っ
た。Ｂ 0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を
用いた比較例の発光素子では約７０％が発光不能になっ
ていたのに比べ、本発明の発光素子は不灯となった発光
素子はわずか３％にしかすぎなかった。これにより本発
明の発光素子が長波長を発光することができると共に信
頼性の高い窒化物半導体発光素子であることが分かる。
【００２９】（実施例２）本発明の実施例１において、
活性層下のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりにＢ0.1Ｇａ0.9Ｎ
層を用い活性層上のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を形成させなかっ
た以外は実施例１と同様に窒化物半導体発光素子を形成
させた。実施例２の発光素子は実施例１に比べ短波長で
あったものの実施例１と同様に優れた耐候性を示した。
活性層下のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりにＢ0.1Ｇａ0.9Ｎ
層を用い活性層上のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を形成させなかっ
た以外は実施例１と同様に窒化物半導体発光素子を形成
させた。実施例２の発光素子は実施例１に比べ短波長で
あったものの実施例１と同様に優れた耐候性を示した。
【００３０】（実施例３）本発明の実施例１において、
活性層下のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を形成させず、活性層上の
Ｂ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりに２５０ÅのＢ0.4Ｇａ0.6Ｎ
層を用いた以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発
光素子を形成する。実施例３の発光素子は実施例２に比
べ長波長であり、実施例１及び実施例２と同様に優れた
耐候性を示す。
活性層下のＢ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を形成させず、活性層上の
Ｂ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の代わりに２５０ÅのＢ0.4Ｇａ0.6Ｎ
層を用いた以外は実施例１と同様にして窒化物半導体発
光素子を形成する。実施例３の発光素子は実施例２に比
べ長波長であり、実施例１及び実施例２と同様に優れた
耐候性を示す。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、窒化物半導体発光素子におけ
るＩｎを含む発光層の少なくとも一方にＢxＧａ(1-x)Ｎ
層を設けることにより、Ｉｎの組成比から考えられる理
論値よりも長波長の発光スペクトルが発光可能であり、
且つ使用環境によらず信頼性の高い窒化物半導体発光素
子とすることができる。
るＩｎを含む発光層の少なくとも一方にＢxＧａ(1-x)Ｎ
層を設けることにより、Ｉｎの組成比から考えられる理
論値よりも長波長の発光スペクトルが発光可能であり、
且つ使用環境によらず信頼性の高い窒化物半導体発光素
子とすることができる。
【図１】 本発明の窒化物半導体発光素子の模式的断面
図を示す。
図を示す。
【図２】 本発明と比較のために示す窒化物半導体発光
素子の模式的断面図を示す。
素子の模式的断面図を示す。
１００・・・発光層の上に形成されたＢxＧａ(1-x)Ｎ層
１０１・・・発光層の下に形成されたＢxＧａ(1-x)Ｎ層
１０２・・・発光層を構成する井戸層
１０３・・・発光層を構成する障壁層
１０４・・・ｐ型クラッド層
１０５・・・ｎ型不純物が変調ドープされた多層膜
１０６・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層
１０７・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層を形成
させる下地層 １０８・・・バッファ層 １０９・・・ｐ型コンタクト層 １１０・・・透光性電極 １１１・・・ｐ型パッド電極 １１２・・・ｎ型パッド電極 １１３・・・サファイア基板 ２０２・・・発光層を構成する井戸層 ２０３・・・発光層を構成する障壁層 ２０４・・・ｐ型クラッド層 ２０５・・・ｎ型不純物が変調ドープされた多層膜 ２０６・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層 ２０７・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層を形成
させる下地層 ２０８・・・バッファ層 ２０９・・・ｐ型コンタクト層 ２１０・・・透光性電極 ２１１・・・ｐ型パッド電極 ２１２・・・ｎ型パッド電極 ２１３・・・サファイア基板
させる下地層 １０８・・・バッファ層 １０９・・・ｐ型コンタクト層 １１０・・・透光性電極 １１１・・・ｐ型パッド電極 １１２・・・ｎ型パッド電極 １１３・・・サファイア基板 ２０２・・・発光層を構成する井戸層 ２０３・・・発光層を構成する障壁層 ２０４・・・ｐ型クラッド層 ２０５・・・ｎ型不純物が変調ドープされた多層膜 ２０６・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層 ２０７・・・ｎ型電極が形成されるコンタクト層を形成
させる下地層 ２０８・・・バッファ層 ２０９・・・ｐ型コンタクト層 ２１０・・・透光性電極 ２１１・・・ｐ型パッド電極 ２１２・・・ｎ型パッド電極 ２１３・・・サファイア基板
Claims (2)
- 【請求項１】 ｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体と
の間にＩｎとＧａとを含む窒化物半導体を包含する活性
層を有する窒化物半導体発光素子であって、 前記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のｎ型窒化物
半導体側とｐ型窒化物半導体側の少なくとも一方にＢｘ
Ｇａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１である）を有し
ており、 前記活性層は、ＧａＮとＩｎＧａＮよりなる量子井戸構
造であると共に、その両端がＧａＮであることを特徴と
する窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 基板側から順に、ｎ型窒化物半導体と、
ＩｎとＧａとを含む窒化物半導体を包含する活性層と、
ｐ型窒化物半導体と、を有する窒化物半導体発光素子で
あって、 前記窒化物半導体発光素子は、前記活性層のｐ型窒化物
半導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１
である）を有しており、かつ、前記活性層のｎ型窒化物
半導体側にＢｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層（但し、０＜ｘ≦１
である）を有しないことを特徴とする窒化物半導体発光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32863198A JP3470622B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32863198A JP3470622B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150956A JP2000150956A (ja) | 2000-05-30 |
| JP3470622B2 true JP3470622B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=18212432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32863198A Expired - Fee Related JP3470622B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470622B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860353A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-06-07 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3335975B2 (ja) * | 2000-01-24 | 2002-10-21 | 星和電機株式会社 | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
| US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US7534633B2 (en) | 2004-07-02 | 2009-05-19 | Cree, Inc. | LED with substrate modifications for enhanced light extraction and method of making same |
| US20060267043A1 (en) | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Emerson David T | Deep ultraviolet light emitting devices and methods of fabricating deep ultraviolet light emitting devices |
| US7769066B2 (en) | 2006-11-15 | 2010-08-03 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
| US7834367B2 (en) | 2007-01-19 | 2010-11-16 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
| US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
| US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
| KR101017396B1 (ko) * | 2008-08-20 | 2011-02-28 | 서울옵토디바이스주식회사 | 변조도핑층을 갖는 발광 다이오드 |
| US8536615B1 (en) | 2009-12-16 | 2013-09-17 | Cree, Inc. | Semiconductor device structures with modulated and delta doping and related methods |
| US8604461B2 (en) | 2009-12-16 | 2013-12-10 | Cree, Inc. | Semiconductor device structures with modulated doping and related methods |
| US8575592B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-11-05 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
| JP6856214B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2021-04-07 | 国立大学法人静岡大学 | 中性子半導体検出構造、中性子半導体検出器、及び中性子半導体検出構造の製造方法 |
| CN109509817B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-10-08 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
-
1998
- 1998-11-18 JP JP32863198A patent/JP3470622B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109860353A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-06-07 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
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|---|---|
| JP2000150956A (ja) | 2000-05-30 |
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