JPH077182A - 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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- JPH077182A JPH077182A JP14638393A JP14638393A JPH077182A JP H077182 A JPH077182 A JP H077182A JP 14638393 A JP14638393 A JP 14638393A JP 14638393 A JP14638393 A JP 14638393A JP H077182 A JPH077182 A JP H077182A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ｐ−ｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を
用いて発光素子の輝度、および発光出力を向上させる。 【構成】 ｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ（０＜Y＜１）層とｐ型
Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層との間に、ｎ型ドーパ
ントとｐ型ドーパントとがドープされたｎ型Ｇａ 1-XＡ
ｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）層を発光層５として具
備するダブルへテロ構造の発光素子。
用いて発光素子の輝度、および発光出力を向上させる。 【構成】 ｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ（０＜Y＜１）層とｐ型
Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層との間に、ｎ型ドーパ
ントとｐ型ドーパントとがドープされたｎ型Ｇａ 1-XＡ
ｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）層を発光層５として具
備するダブルへテロ構造の発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化ガリウム系化合物半
導体を用いた発光素子に係り、特にｐ−ｎ接合を有する
ダブルへテロ構造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に関する。
導体を用いた発光素子に係り、特にｐ−ｎ接合を有する
ダブルへテロ構造の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】ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移
を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ〜６ｅＶまで変
化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発
光素子の材料として有望視されている。現在、この材料
を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の
窒化ガリウム系化合物半導体を積層したいわゆるＭＩＳ
構造の青色発光ダイオードが知られている。
ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移
を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ〜６ｅＶまで変
化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発
光素子の材料として有望視されている。現在、この材料
を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の
窒化ガリウム系化合物半導体を積層したいわゆるＭＩＳ
構造の青色発光ダイオードが知られている。
【０００３】ＭＩＳ構造の発光素子として、例えば特開
平４−１０６６５号公報、特開平４−１０６６６号公
報、特開平４−１０６６７号公報において、ｎ型ＧａＡ
ｌＮ層の上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型のＧａ
ＡｌＮ層を積層して、そのｉ型層を発光層とする技術が
開示されている。これらの技術によると、Ｚｎに対する
Ｓｉのドーピング割合を変化させることで、発光色を青
色、白色、赤色と変化させることができる。
平４−１０６６５号公報、特開平４−１０６６６号公
報、特開平４−１０６６７号公報において、ｎ型ＧａＡ
ｌＮ層の上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型のＧａ
ＡｌＮ層を積層して、そのｉ型層を発光層とする技術が
開示されている。これらの技術によると、Ｚｎに対する
Ｓｉのドーピング割合を変化させることで、発光色を青
色、白色、赤色と変化させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術のように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドープし、さ
らにｎ型ドーパントであるＳｉをドープして高抵抗なｉ
型ＧａＡｌＮ層を発光層とするＭＩＳ構造の発光素子は
輝度、発光出力共低く、発光素子として実用化するには
未だ不十分であった。
術のように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドープし、さ
らにｎ型ドーパントであるＳｉをドープして高抵抗なｉ
型ＧａＡｌＮ層を発光層とするＭＩＳ構造の発光素子は
輝度、発光出力共低く、発光素子として実用化するには
未だ不十分であった。
【０００５】従って本発明は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、ｐ−ｎ接
合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いて発光素子の輝
度、および発光出力を向上させることにある。
されたものであり、その目的とするところは、ｐ−ｎ接
合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いて発光素子の輝
度、および発光出力を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は、ＧａＡｌＮを従
来のように高抵抗なｉ型の発光層とせず、低抵抗なｎ型
とし、新たにこのｎ型ＧａＡｌＮ層を発光層としたｐ−
ｎ接合ダブルへテロ構造の発光素子を実現することによ
り上記課題を解決するに至った。即ち、本発明の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子はｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ
（０＜Y＜１）層とｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層
との間に、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとがドープ
されたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）
層を発光層として具備することを特徴とする。
来のように高抵抗なｉ型の発光層とせず、低抵抗なｎ型
とし、新たにこのｎ型ＧａＡｌＮ層を発光層としたｐ−
ｎ接合ダブルへテロ構造の発光素子を実現することによ
り上記課題を解決するに至った。即ち、本発明の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子はｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ
（０＜Y＜１）層とｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層
との間に、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとがドープ
されたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）
層を発光層として具備することを特徴とする。
【０００７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子において、クラッド層であるｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ層
（以下、ｎクラッド層という。）とは、ＧａＡｌＮに例
えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドー
プしてｎ型特性を示すように成長させた層をいう。ま
た、ＧａＡｌＮの場合ノンドープでもｎ型になる性質が
ある。
素子において、クラッド層であるｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ層
（以下、ｎクラッド層という。）とは、ＧａＡｌＮに例
えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドー
プしてｎ型特性を示すように成長させた層をいう。ま
た、ＧａＡｌＮの場合ノンドープでもｎ型になる性質が
ある。
【０００８】さらに、前記ｎクラッド層はｎ型ＧａＮ層
の上に積層されていることがさらに好ましい。なぜな
ら、結晶性に優れた発光層を具備する発光素子ほど発光
強度、発光効率に優れており、結晶性に優れた発光層を
得るためには、結晶性に優れたｎクラッド層の上に発光
層を積層する必要があるからである。我々の実験による
と、窒化ガリウム系化合物半導体は三元混晶、四元混晶
となるに従い、その結晶性が悪くなる傾向にある。従っ
て、結晶性に優れた三元混晶、または四元混晶のｎクラ
ッド層を得るためには、そのｎクラッド層をｎ型ＧａＮ
層の上に積層することにより、最も結晶性に優れたｎク
ラッド層を得ることができる。
の上に積層されていることがさらに好ましい。なぜな
ら、結晶性に優れた発光層を具備する発光素子ほど発光
強度、発光効率に優れており、結晶性に優れた発光層を
得るためには、結晶性に優れたｎクラッド層の上に発光
層を積層する必要があるからである。我々の実験による
と、窒化ガリウム系化合物半導体は三元混晶、四元混晶
となるに従い、その結晶性が悪くなる傾向にある。従っ
て、結晶性に優れた三元混晶、または四元混晶のｎクラ
ッド層を得るためには、そのｎクラッド層をｎ型ＧａＮ
層の上に積層することにより、最も結晶性に優れたｎク
ラッド層を得ることができる。
【０００９】また、同じくクラッド層であるｐ型Ｇａ
1-ZＡｌZＮ層（以下、ｐクラッド層という。）とは、Ｇ
ａＡｌＮにＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のｐ型ドー
パントをドープして、ｐ型特性を示すように成長した層
をいう。さらに、ｐ型ドーパントをドープして成長した
ＧａＡｌＮ層を、我々が先に出願した特願平３−３５７
０４６号に開示するように、４００℃以上でアニーリン
グ処理を行うことにより、抵抗率１００Ω・cm以下のｐ
型が実現でき、さらに好ましい。
1-ZＡｌZＮ層（以下、ｐクラッド層という。）とは、Ｇ
ａＡｌＮにＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のｐ型ドー
パントをドープして、ｐ型特性を示すように成長した層
をいう。さらに、ｐ型ドーパントをドープして成長した
ＧａＡｌＮ層を、我々が先に出願した特願平３−３５７
０４６号に開示するように、４００℃以上でアニーリン
グ処理を行うことにより、抵抗率１００Ω・cm以下のｐ
型が実現でき、さらに好ましい。
【００１０】さらにまた、ｎクラッド層とｐクラッド層
のＡｌ混晶比、即ちY値およびZ値ははX値よりも大きく
する必要がある。それらの値をX値よりも大きくするこ
とにより、好ましいダブルへテロ構造として発光出力を
向上させることができる。
のＡｌ混晶比、即ちY値およびZ値ははX値よりも大きく
する必要がある。それらの値をX値よりも大きくするこ
とにより、好ましいダブルへテロ構造として発光出力を
向上させることができる。
【００１１】一方、発光層であるｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層
（以下、ｎ発光層という）中の電子キャリア濃度は１×
１０17／cm3〜１×１０22／cm3の範囲に調整することが
好ましい。電子キャリア濃度が１×１０17／cm3より少
ないか、または１×１０22／cm3よりも多いと、実用的
に十分な発光出力が得られない傾向にある。また、電子
キャリア濃度と抵抗率とは反比例し、その濃度がおよそ
１×１０15／cm3以下であると、ｎ発光層は高抵抗なｉ
型となる傾向にあり、電子キャリア濃度測定不能とな
る。電子キャリア濃度は、ｎ発光層にドープするｎ型ド
ーパントとｐ型ドーパントのドープ量を適宜調整する
か、あるいは成長条件を適宜調整することにより調整す
ることができる。ｎ発光層の電子キャリア濃度の効果に
ついては後に詳しく述べる。また、ｎ型ドーパントをｐ
型ドーパントよりも多くドープすることによりｎ発光層
を好ましくｎ型とすることができる。なお、この発光層
にドープするｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントの種類も
上記したドーパントと同じであることはいうまでもな
い。
（以下、ｎ発光層という）中の電子キャリア濃度は１×
１０17／cm3〜１×１０22／cm3の範囲に調整することが
好ましい。電子キャリア濃度が１×１０17／cm3より少
ないか、または１×１０22／cm3よりも多いと、実用的
に十分な発光出力が得られない傾向にある。また、電子
キャリア濃度と抵抗率とは反比例し、その濃度がおよそ
１×１０15／cm3以下であると、ｎ発光層は高抵抗なｉ
型となる傾向にあり、電子キャリア濃度測定不能とな
る。電子キャリア濃度は、ｎ発光層にドープするｎ型ド
ーパントとｐ型ドーパントのドープ量を適宜調整する
か、あるいは成長条件を適宜調整することにより調整す
ることができる。ｎ発光層の電子キャリア濃度の効果に
ついては後に詳しく述べる。また、ｎ型ドーパントをｐ
型ドーパントよりも多くドープすることによりｎ発光層
を好ましくｎ型とすることができる。なお、この発光層
にドープするｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントの種類も
上記したドーパントと同じであることはいうまでもな
い。
【００１２】また、ｐクラッド層の上にコンタクト層と
してｐ型ＧａＮ層（以下、ｐコンタクト層という。）を
形成することにより、正電極とｐコンタクト層とのオー
ミック接触が得られやすくなり、発光素子に係る順方向
電圧を下げ、発光効率を向上させることができる。なぜ
なら、我々の実験によるとＧａＡｌＮ層よりもＡｌを含
まないＧａＮ層の方が電極とオーミックコンタクトが得
られやすい傾向にあるため、ＧａＮ層をｐクラッド層の
上に積層することにより、電極とのオーミック性がよく
なる。このｐ型ＧａＮ層のｐ型ドーパントも上記ｐ型ド
ーパントと変わるものではなく、さらにｐクラッド層と
同様に、ｐ型ドーパントをドープして成長したＧａＮ層
を４００℃以上でアニーリング処理を行うことにより、
抵抗率１００Ω・cm以下のｐ型が実現でき、さらに好ま
しい。
してｐ型ＧａＮ層（以下、ｐコンタクト層という。）を
形成することにより、正電極とｐコンタクト層とのオー
ミック接触が得られやすくなり、発光素子に係る順方向
電圧を下げ、発光効率を向上させることができる。なぜ
なら、我々の実験によるとＧａＡｌＮ層よりもＡｌを含
まないＧａＮ層の方が電極とオーミックコンタクトが得
られやすい傾向にあるため、ＧａＮ層をｐクラッド層の
上に積層することにより、電極とのオーミック性がよく
なる。このｐ型ＧａＮ層のｐ型ドーパントも上記ｐ型ド
ーパントと変わるものではなく、さらにｐクラッド層と
同様に、ｐ型ドーパントをドープして成長したＧａＮ層
を４００℃以上でアニーリング処理を行うことにより、
抵抗率１００Ω・cm以下のｐ型が実現でき、さらに好ま
しい。
【００１３】
【作用】図１に、基板上に、ｎ型ＧａＮ層と、ｎクラッ
ド層としてＳｉドープｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.2Ｎ層と、ｎ発
光層としてＺｎ、Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層
と、ｐクラッド層としてＭｇドープｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎ層と、ｐコンタクト層としてＭｇドープｐ型ＧａＮ層
とを順に積層したｐ−ｎ接合のダブルへテロ構造の発光
素子を作製し、その発光素子を発光させた場合に、前記
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層の電子キャリア濃度と、その
発光素子の相対発光出力との関係を示す。
ド層としてＳｉドープｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.2Ｎ層と、ｎ発
光層としてＺｎ、Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層
と、ｐクラッド層としてＭｇドープｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎ層と、ｐコンタクト層としてＭｇドープｐ型ＧａＮ層
とを順に積層したｐ−ｎ接合のダブルへテロ構造の発光
素子を作製し、その発光素子を発光させた場合に、前記
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層の電子キャリア濃度と、その
発光素子の相対発光出力との関係を示す。
【００１４】この図に示すように、ｐ型ドーパントとｎ
型ドーパントをドープしたｎ発光層を具備するダブルへ
テロ構造窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の場合、
ｎ発光層の電子キャリア濃度により発光素子の発光出力
が変化する。発光出力はｎ発光層の電子キャリア濃度が
１０16／cm3付近より急激に増加し、およそ１×１０1 9
〜１０20／cm3付近で最大となり、それを超えると再び
急激に減少する傾向にある。現在実用化されているｎ型
ＧａＮとｉ型ＧａＮよりなるＭＩＳ構造の発光素子の発
光出力は、本発明の発光素子の最大値の発光出力のおよ
そ１／１００以下でしかなく、また実用範囲を考慮した
結果、電子キャリア濃度は１×１０17／cm 3〜５×１０
22／cm3の範囲が好ましい。また、この図はＺｎ、Ｓｉ
ドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎについて示したものである
が、他のｐ型ドーパント、ｎ型ドーパントを同時にドー
プしたｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ発光層についても同様の
相対発光出力が得られた。さらに、Ａｌの混晶比を大き
くしたＧａＡｌＮについても、発光波長が短くなるだけ
で相対発光出力に関しては同様の結果が得られた。この
ように、本発明の発光素子において、ｎ発光層の電子キ
ャリア濃度の変化により、発光出力が変化するのは以下
の理由であると推察される。
型ドーパントをドープしたｎ発光層を具備するダブルへ
テロ構造窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の場合、
ｎ発光層の電子キャリア濃度により発光素子の発光出力
が変化する。発光出力はｎ発光層の電子キャリア濃度が
１０16／cm3付近より急激に増加し、およそ１×１０1 9
〜１０20／cm3付近で最大となり、それを超えると再び
急激に減少する傾向にある。現在実用化されているｎ型
ＧａＮとｉ型ＧａＮよりなるＭＩＳ構造の発光素子の発
光出力は、本発明の発光素子の最大値の発光出力のおよ
そ１／１００以下でしかなく、また実用範囲を考慮した
結果、電子キャリア濃度は１×１０17／cm 3〜５×１０
22／cm3の範囲が好ましい。また、この図はＺｎ、Ｓｉ
ドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎについて示したものである
が、他のｐ型ドーパント、ｎ型ドーパントを同時にドー
プしたｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ発光層についても同様の
相対発光出力が得られた。さらに、Ａｌの混晶比を大き
くしたＧａＡｌＮについても、発光波長が短くなるだけ
で相対発光出力に関しては同様の結果が得られた。この
ように、本発明の発光素子において、ｎ発光層の電子キ
ャリア濃度の変化により、発光出力が変化するのは以下
の理由であると推察される。
【００１５】ＧａＮはノンドープ（無添加）で成長する
と、窒素空孔ができることによりｎ型を示すことは知ら
れている。このノンドープｎ型ＧａＮの残留電子キャリ
ア濃度は、成長条件によりおよそ１×１０17／cm3〜１
×１０22／cm3ぐらいの値を示す。さらに、このｎ型Ｇ
ａＮ層に発光中心となるｐ型ドーパント（図１の場合は
Ｚｎ）をドープすることにより、ｎ型ＧａＮ層中の電子
キャリア濃度が減少する。このため、ｐ型ドーパントを
電子キャリア濃度が極端に減少するようにドープする
と、ｎ型ＧａＮは高抵抗なｉ型となってしまう。この電
子キャリア濃度を調整することにより発光出力が変化す
るのは、ｐ型ドーパントであるＺｎの発光中心がドナー
不純物とペアを作って発光するＤ−Ａペア発光の可能性
を示唆しているが、詳細なメカニズムはよくわからな
い。重要なことは、ある程度の電子キャリアを作るドナ
ー不純物（例えばｎ型ドーパント、ノンドープＧａＡｌ
Ｎ）と、アクセプター不純物であるｐ型ドーパントとが
両方存在するｎ型ＧａＡｌＮでは、ダブルへテロ構造の
発光素子において、発光中心の強度が明らかに増大する
ということである。
と、窒素空孔ができることによりｎ型を示すことは知ら
れている。このノンドープｎ型ＧａＮの残留電子キャリ
ア濃度は、成長条件によりおよそ１×１０17／cm3〜１
×１０22／cm3ぐらいの値を示す。さらに、このｎ型Ｇ
ａＮ層に発光中心となるｐ型ドーパント（図１の場合は
Ｚｎ）をドープすることにより、ｎ型ＧａＮ層中の電子
キャリア濃度が減少する。このため、ｐ型ドーパントを
電子キャリア濃度が極端に減少するようにドープする
と、ｎ型ＧａＮは高抵抗なｉ型となってしまう。この電
子キャリア濃度を調整することにより発光出力が変化す
るのは、ｐ型ドーパントであるＺｎの発光中心がドナー
不純物とペアを作って発光するＤ−Ａペア発光の可能性
を示唆しているが、詳細なメカニズムはよくわからな
い。重要なことは、ある程度の電子キャリアを作るドナ
ー不純物（例えばｎ型ドーパント、ノンドープＧａＡｌ
Ｎ）と、アクセプター不純物であるｐ型ドーパントとが
両方存在するｎ型ＧａＡｌＮでは、ダブルへテロ構造の
発光素子において、発光中心の強度が明らかに増大する
ということである。
【００１６】
【実施例】図２は本発明の一実施例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であり、以下こ
の図に基づき、本発明の発光素子を有機金属気相成長法
により製造する方法を述べる。
合物半導体発光素子の構造を示す断面図であり、以下こ
の図に基づき、本発明の発光素子を有機金属気相成長法
により製造する方法を述べる。
【００１７】［実施例１］サファイア基板１を反応容器
内に設置し、サファイア基板１のクリーニングを行った
後、成長温度を５１０℃にセットし、キャリアガスとし
て水素、原料ガスとしてアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮバッ
ファ層２を約２００オングストロームの膜厚で成長させ
る。
内に設置し、サファイア基板１のクリーニングを行った
後、成長温度を５１０℃にセットし、キャリアガスとし
て水素、原料ガスとしてアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮバッ
ファ層２を約２００オングストロームの膜厚で成長させ
る。
【００１８】バッファ層２成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層３を４μｍ成長させる。
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層３を４μｍ成長させる。
【００１９】ｎ型ＧａＮ層３成長後、原料ガスとしてＴ
ＭＧとＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニ
ア、ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｎクラッ
ド層４としてＳｉドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．１５
μｍ成長させる。
ＭＧとＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニ
ア、ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｎクラッ
ド層４としてＳｉドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．１５
μｍ成長させる。
【００２０】ｎクラッド層４成長後、ＴＭＡガスの流量
を絞り、ドーパントガスとしてシランガス、およびＤＥ
Ｚ（シエチルジンク）を用い、ｎ発光層５としてＳｉ、
ＺｎドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を５００オングストロ
ーム成長させる。なお、このｎ発光層５層の電子キャリ
ア濃度は１×１０19／cm3であった。
を絞り、ドーパントガスとしてシランガス、およびＤＥ
Ｚ（シエチルジンク）を用い、ｎ発光層５としてＳｉ、
ＺｎドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を５００オングストロ
ーム成長させる。なお、このｎ発光層５層の電子キャリ
ア濃度は１×１０19／cm3であった。
【００２１】次に、ドーパントガスを止め、原料ガスと
してＴＭＧと、ＴＭＡと、アンモニア、ドーパントガス
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）とを用い、ｐクラッド層６として、Ｍｇをドープし
たｐ型Ｇａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．２μｍ成長させる。
してＴＭＧと、ＴＭＡと、アンモニア、ドーパントガス
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）とを用い、ｐクラッド層６として、Ｍｇをドープし
たｐ型Ｇａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．２μｍ成長させる。
【００２２】さらにｐクラッド層６成長後、ＴＭＡガス
を止め、ｐコンタクト層７として、Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮ層を０．５μｍ成長させる。
を止め、ｐコンタクト層７として、Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮ層を０．５μｍ成長させる。
【００２３】成長後、ウエハーを反応容器から取り出
し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００℃で２
０分間アニーリングを行い、最上層のｐコンタクト層７
と、ｐクラッド層６とをさらに低抵抗化し、それぞれ抵
抗率１０Ω・cm以下にする。
し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００℃で２
０分間アニーリングを行い、最上層のｐコンタクト層７
と、ｐクラッド層６とをさらに低抵抗化し、それぞれ抵
抗率１０Ω・cm以下にする。
【００２４】以上のようにして得られたウエハーのｐコ
ンタクト層７、ｐクラッド層６、ｎ発光層５、およびｎ
クラッド層４の一部をエッチングにより取り除き、ｎ型
ＧａＮ層３を露出させ、ｐコンタクト層７と、ｎ型Ｇａ
Ｎ層３とにそれぞれオーミック電極８、９を設け、５０
０μｍ角のチップにカットした後、常法に従い発光ダイ
オードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにおいて４０
０μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４９０ｎｍであっ
た。
ンタクト層７、ｐクラッド層６、ｎ発光層５、およびｎ
クラッド層４の一部をエッチングにより取り除き、ｎ型
ＧａＮ層３を露出させ、ｐコンタクト層７と、ｎ型Ｇａ
Ｎ層３とにそれぞれオーミック電極８、９を設け、５０
０μｍ角のチップにカットした後、常法に従い発光ダイ
オードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにおいて４０
０μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４９０ｎｍであっ
た。
【００２５】［実施例２］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
【００２６】［実施例３］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
21／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
21／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
【００２７】［実施例４］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
【００２８】［実施例５］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
22／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
22／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。
【００２９】［実施例６］実施例１のｎ型ＧａＮ層３を
成長させず、ＧａＮバッファ層２の上に直接ｎクラッド
層４を成長させる他は、実施例１と同様にして発光ダイ
オードとしたところ、２０ｍＡにおいて発光出力１００
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。なお、電極９はｎクラッド層４に形成したことはい
うまでもない。
成長させず、ＧａＮバッファ層２の上に直接ｎクラッド
層４を成長させる他は、実施例１と同様にして発光ダイ
オードとしたところ、２０ｍＡにおいて発光出力１００
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。なお、電極９はｎクラッド層４に形成したことはい
うまでもない。
【００３０】［実施例７］実施例１のｐコンタクト層７
を成長させず、ｐクラッド層６の上に電極８を形成する
他は実施例１と同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、２０ｍＡにおいて発光出力４００μＷ、発光波長４
９０ｎｍであったが、順方向電圧が１０Ｖであった。
を成長させず、ｐクラッド層６の上に電極８を形成する
他は実施例１と同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、２０ｍＡにおいて発光出力４００μＷ、発光波長４
９０ｎｍであったが、順方向電圧が１０Ｖであった。
【００３１】［実施例８］実施例１において、ｎ型発光
層５のｐ型ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）ガス、ｎ型ドーパントとしてゲ
ルマンガスを用い、電子キャリア濃度１×１０19／cm3
のＭｇ、ＧｅドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長させる
他は同様にして発光ダイオードとしたところ、発光出力
４００μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４８０ｎｍであ
った。
層５のｐ型ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）ガス、ｎ型ドーパントとしてゲ
ルマンガスを用い、電子キャリア濃度１×１０19／cm3
のＭｇ、ＧｅドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長させる
他は同様にして発光ダイオードとしたところ、発光出力
４００μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４８０ｎｍであ
った。
【００３２】［比較例１］実施例１のｎ型ＧａＮ層３の
上に、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ型Ｇａ
Ｎ層成長後、ｉ型ＧａＮ層の一部をエッチングし、ｎ型
ＧａＮ層を露出させ、ｎ型ＧａＮ層とｉ型ＧａＮ層とに
電極を設けて、ＭＩＳ構造の発光ダイオードとしたとこ
ろ、発光出力は２０ｍＡにおいて１μＷ、順方向電圧２
０Ｖ、輝度２ｍｃｄしかなかった。
上に、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ型Ｇａ
Ｎ層成長後、ｉ型ＧａＮ層の一部をエッチングし、ｎ型
ＧａＮ層を露出させ、ｎ型ＧａＮ層とｉ型ＧａＮ層とに
電極を設けて、ＭＩＳ構造の発光ダイオードとしたとこ
ろ、発光出力は２０ｍＡにおいて１μＷ、順方向電圧２
０Ｖ、輝度２ｍｃｄしかなかった。
【００３３】［比較例２］実施例１のｎ型ＧａＮ層３の
上に、Ｓｉ、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ
型ＧａＮ層成長後、比較例１と同様にして電極を設け、
ＭＩＳ構造の発光ダイオードところ、発光出力は２０ｍ
Ａにおいて１μＷ、順方向電圧２０Ｖ、輝度０．１ｍｃ
ｄしかなかった。
上に、Ｓｉ、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ
型ＧａＮ層成長後、比較例１と同様にして電極を設け、
ＭＩＳ構造の発光ダイオードところ、発光出力は２０ｍ
Ａにおいて１μＷ、順方向電圧２０Ｖ、輝度０．１ｍｃ
ｄしかなかった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子は、ｐ型ドーパントおよび
ｎ型ドーパントをドープしたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層を発
光層とするダブルへテロ構造としているため、従来のＭ
ＩＳ構造の発光素子に比して、格段に発光出力が増大す
る。また、ｐコンタクト層をｐクラッド層の上に積層す
ることにより発光素子の順方向電圧が下がり、発光効率
が向上する。これにより、ＳｉＣ、ＭＩＳ構造ＧａＮし
か利用されていなかった従来の青色発光素子にとってか
わり、本発明の発光素子が十分に実用可能となり、平面
ディスプレイ、フルカラー発光ダイオード等が実現でき
る。
ウム系化合物半導体発光素子は、ｐ型ドーパントおよび
ｎ型ドーパントをドープしたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層を発
光層とするダブルへテロ構造としているため、従来のＭ
ＩＳ構造の発光素子に比して、格段に発光出力が増大す
る。また、ｐコンタクト層をｐクラッド層の上に積層す
ることにより発光素子の順方向電圧が下がり、発光効率
が向上する。これにより、ＳｉＣ、ＭＩＳ構造ＧａＮし
か利用されていなかった従来の青色発光素子にとってか
わり、本発明の発光素子が十分に実用可能となり、平面
ディスプレイ、フルカラー発光ダイオード等が実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子のｎ型Ｇａ
ＡｌＮ層の電子キャリア濃度と、相対発光出力との関係
を示す図。
ＡｌＮ層の電子キャリア濃度と、相対発光出力との関係
を示す図。
【図２】 本発明の一実施例に係る発光素子構造を示す
模式断面図。
模式断面図。
１・・・サファイア基板 ２・・・ＧａＮバッファ層 ３・・・ｎ型ＧａＮ層 ４・・・ｎクラッド層 ５・・・ｎ発光層 ６・・・ｐクラッド層 ７・・・ｐコンタクト層
Claims (5)
- 【請求項１】 ｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ（０＜Y＜１）層と
ｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層との間に、ｎ型ド
ーパントとｐ型ドーパントとがドープされたｎ型Ｇａ
1-XＡｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）層を発光層とし
て具備する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ｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層の電子キャリ
ア濃度は１×１０17／cm3〜１×１０22／cm3の範囲にあ
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ｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮの上に、さらに
コンタクト層としてｐ型ＧａＮ層が積層されていること
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４】 前記ｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮおよび／または
前記ｐ型ＧａＮ層は４００℃以上でアニーリングされて
抵抗率１００Ω・cm以下に調整されていることを特徴と
する請求項１または請求項３に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記ｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ層はｎ型ＧａＮ
層の上に積層されてい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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14638393A JP2918139B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14638393A JP2918139B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077182A true JPH077182A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2918139B2 JP2918139B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=15406467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14638393A Expired - Fee Related JP2918139B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2918139B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08167735A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子 |
| WO1996036080A1 (en) * | 1995-05-08 | 1996-11-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| JPH09153644A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体表示装置 |
| US5751013A (en) * | 1994-07-21 | 1998-05-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| JP2002050796A (ja) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | Rohm Co Ltd | ｐｎ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置 |
| JP2005225693A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法 |
| US7045809B2 (en) | 1998-09-10 | 2006-05-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US7271243B2 (en) | 1999-12-08 | 2007-09-18 | Serono Genetics Institute S.A. | Full-length human cDNAs encoding potentially secreted proteins |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP14638393A patent/JP2918139B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6133058A (en) * | 1994-07-21 | 2000-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fabrication of semiconductor light-emitting device |
| US5751013A (en) * | 1994-07-21 | 1998-05-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US5895225A (en) * | 1994-07-21 | 1999-04-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JPH08167735A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子 |
| US6120600A (en) * | 1995-05-08 | 2000-09-19 | Cree, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| WO1996036080A1 (en) * | 1995-05-08 | 1996-11-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| JPH09153644A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | ３族窒化物半導体表示装置 |
| US7045809B2 (en) | 1998-09-10 | 2006-05-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US7271243B2 (en) | 1999-12-08 | 2007-09-18 | Serono Genetics Institute S.A. | Full-length human cDNAs encoding potentially secreted proteins |
| JP2002050796A (ja) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | Rohm Co Ltd | ｐｎ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置 |
| JP2005225693A (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2918139B2 (ja) | 1999-07-12 |
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