JP2560964B2 - 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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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関する。
導体を用いた発光素子に関する。
【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ＧａＹ
Ａｌ１−ＹＮの上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型
ＧａＹＡｌ１−ＹＮを積層する技術が開示されている。
これらの技術によると、Ｓｉ、ＺｎをＧａ Ｙ Ａｌ１−Ｙ
Ｎにドープしてｉ型の発光層とすることにより発光素子
の発光色を白色にすることができる。
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ＧａＹ
Ａｌ１−ＹＮの上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型
ＧａＹＡｌ１−ＹＮを積層する技術が開示されている。
これらの技術によると、Ｓｉ、ＺｎをＧａ Ｙ Ａｌ１−Ｙ
Ｎにドープしてｉ型の発光層とすることにより発光素子
の発光色を白色にすることができる。
【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をドープした高抵抗なｉ
型ＧａＹＡｌ１−ＹＮ層を発光層とするＭＩＳ構造の発
光素子は発光出力が低く、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をドープした高抵抗なｉ
型ＧａＹＡｌ１−ＹＮ層を発光層とするＭＩＳ構造の発
光素子は発光出力が低く、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、発光素子の発光
出力を向上させようとするものである。
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、発光素子の発光
出力を向上させようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】我々は、窒化ガリウム系
化合物半導体の中でも特にＩｎＧａＮに着目し、ＩｎＧ
ａＮにｐ型ドーパントをドープしてｎ型とし、このｎ型
ＩｎＧａＮを発光層とした窒化ガリウム系化合物半導体
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型窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層との間に、ｐ型ドーパントがド
ープされたｎ型ＩｎｘＣａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ
＜１の範囲である。）を発光層として具備することを特
徴とする。
化合物半導体の中でも特にＩｎＧａＮに着目し、ＩｎＧ
ａＮにｐ型ドーパントをドープしてｎ型とし、このｎ型
ＩｎＧａＮを発光層とした窒化ガリウム系化合物半導体
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型窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層との間に、ｐ型ドーパントがド
ープされたｎ型ＩｎｘＣａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ
＜１の範囲である。）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、ｎ型およびｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層とは、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡ
ｌＧａＮ等、窒化ガリウムを含む窒化ガリウム系化合物
半導体に、ｎ型であれば例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ
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
成長した層をいい、ｐ型であれば例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃ
ｄ、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。ｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体の場合はノンドープでもｎ型になる性質が
ある。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の場
合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層をさらに低抵抗
化する手段として、我々が先に出願した特願平３−３５
７０４６号に開示するアニーリング処理を行ってもよ
い。低抵抗化することにより発光出力をさらに向上させ
ることができる。
素子において、ｎ型およびｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層とは、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡ
ｌＧａＮ等、窒化ガリウムを含む窒化ガリウム系化合物
半導体に、ｎ型であれば例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ
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
成長した層をいい、ｐ型であれば例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃ
ｄ、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。ｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体の場合はノンドープでもｎ型になる性質が
ある。また、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の場
合、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層をさらに低抵抗
化する手段として、我々が先に出願した特願平３−３５
７０４６号に開示するアニーリング処理を行ってもよ
い。低抵抗化することにより発光出力をさらに向上させ
ることができる。
【０００８】特に、ｎ型ＩｎＧａＮ層中の電子キャリア
濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜５×１０２１／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５×１０２１
／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、ＩｎＧａＮ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、例えば、ＩｎＧａＮ中のｐ型ドーパント濃度を調
整する方法、またはＩｎＧａＮ中にｐ型ドーパントと同
時にｎ型ドーパントをドープする方法等によって前記範
囲に調整することができる。ＩｎＧａＮにドープするｐ
型ドーパント、およびｎ型ドーパントは特に変わるもの
ではなく、ｐ型ドーパントとしては、前記したように例
えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等、ｎ型ドーパント
としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ等が使用できる。
濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜５×１０２１／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５×１０２１
／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、ＩｎＧａＮ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、例えば、ＩｎＧａＮ中のｐ型ドーパント濃度を調
整する方法、またはＩｎＧａＮ中にｐ型ドーパントと同
時にｎ型ドーパントをドープする方法等によって前記範
囲に調整することができる。ＩｎＧａＮにドープするｐ
型ドーパント、およびｎ型ドーパントは特に変わるもの
ではなく、ｐ型ドーパントとしては、前記したように例
えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等、ｎ型ドーパント
としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｅ等が使用できる。
【０００９】また、ｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮのＸ値は０
＜Ｘ＜０．５の範囲に調整することが好ましい。Ｘ値を
０より多くすることにより、発光色はおよそ紫色領域と
なる。Ｘ値を増加するに従い発光色は短波長側から長波
長側に移行し、Ｘ値が１付近で赤色にまで変化させるこ
とができる。しかしながら、Ｘ値が０．５以上では結晶
性に優れたＩｎＧａＮが得られにくく、発光効率に優れ
た発光素子が得られにくくなるため、Ｘ値は０．５未満
が好ましい。
＜Ｘ＜０．５の範囲に調整することが好ましい。Ｘ値を
０より多くすることにより、発光色はおよそ紫色領域と
なる。Ｘ値を増加するに従い発光色は短波長側から長波
長側に移行し、Ｘ値が１付近で赤色にまで変化させるこ
とができる。しかしながら、Ｘ値が０．５以上では結晶
性に優れたＩｎＧａＮが得られにくく、発光効率に優れ
た発光素子が得られにくくなるため、Ｘ値は０．５未満
が好ましい。
【００１０】
【作用】図１に、基坂上にまずＳｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層を成長させ、次にｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５
Ｎ層を成長させ、その次にＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ
層を成長させてｐ−ｎ接合のダブルヘテロ構造の発光素
子とし、それを発光ダイオードとして発光させた場合
に、前記ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの電子キャリ
ア濃度と、その発光ダイオードの相対発光出力との関係
を示す。なお、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層は、
ｐ型ドーパントとしてＺｎをドープして成長した後、ホ
ール測定装置にてその層の電子キャリア濃度を測定し
た。図１の各点は左から順に１×１０１６、１×１０
１７、４×１０１７、１×１０１８、３×１０１８、１
×１０１９、４×１０１９、１×１０２０、３×１０
２０、１×１０２１、５×１０２１／ｃｍ３の電子キャ
リア濃度を示している。
ａＮ層を成長させ、次にｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５
Ｎ層を成長させ、その次にＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ
層を成長させてｐ−ｎ接合のダブルヘテロ構造の発光素
子とし、それを発光ダイオードとして発光させた場合
に、前記ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの電子キャリ
ア濃度と、その発光ダイオードの相対発光出力との関係
を示す。なお、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層は、
ｐ型ドーパントとしてＺｎをドープして成長した後、ホ
ール測定装置にてその層の電子キャリア濃度を測定し
た。図１の各点は左から順に１×１０１６、１×１０
１７、４×１０１７、１×１０１８、３×１０１８、１
×１０１９、４×１０１９、１×１０２０、３×１０
２０、１×１０２１、５×１０２１／ｃｍ３の電子キャ
リア濃度を示している。
【００１１】この図に示すように、本発明のｎ型ＩｎＧ
ａＮを発光層とした窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子の場合、ｎ型ＩｎＧａＮ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型ＩｎＧａ
Ｎ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１×１０１９／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。
この図において、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１／１０
０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／ｃｍ３〜５×１０２１／
ｃｍ３の範囲が好ましい。このように、本発明の発光素
子において、発光層であるｎ型ＩｎＧａＮ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。
ａＮを発光層とした窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子の場合、ｎ型ＩｎＧａＮ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型ＩｎＧａ
Ｎ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１×１０１９／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。
この図において、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１／１０
０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／ｃｍ３〜５×１０２１／
ｃｍ３の範囲が好ましい。このように、本発明の発光素
子において、発光層であるｎ型ＩｎＧａＮ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。
【００１２】ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ）、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ＩｎＧａＮで
は、発光中心の強度が明らかに増大するということであ
る。
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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ）、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ＩｎＧａＮで
は、発光中心の強度が明らかに増大するということであ
る。
【００１３】以上、ノンドープのｎ型ＩｎＧａＮ層にｐ
型ドーパントをドープして電子キャリア濃度を変化させ
る方法について述べたが、ｎ型ＩｎＧａＮ層に電子キャ
リアを作る他のドナー不純物、即ちｎ型ドーパントをｐ
型ドーパントと同時にｎ型ＩｎＧａＮ層にドープしても
よい。
型ドーパントをドープして電子キャリア濃度を変化させ
る方法について述べたが、ｎ型ＩｎＧａＮ層に電子キャ
リアを作る他のドナー不純物、即ちｎ型ドーパントをｐ
型ドーパントと同時にｎ型ＩｎＧａＮ層にドープしても
よい。
【００１４】
【実施例】以下有機金属気相成長法により、本発明の発
光素子を製造する方法を述べる。
光素子を製造する方法を述べる。
【００１５】［実施例１］ よく洗浄したサファイア基板を反応容器内にセットし、
反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流しなが
ら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させサファイア基
板のクリーニングを行う。
反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流しなが
ら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させサファイア基
板のクリーニングを行う。
【００１６】続いて、温度を５１０℃まで下げ、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よりなるバッファ層を約２００オングストローム
の膜厚で成長させる。
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よりなるバッファ層を約２００オングストローム
の膜厚で成長させる。
【００１７】バッファ層成長後、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層を４μｍ成長させる。
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層を４μｍ成長させる。
【００１８】ｎ型ＧａＮ層成長後、原料ガス、ドーパン
トガスを止め、温度を８００℃にして、キャリアガスを
窒素に切り賛え、原科ガスとしてＴＭＧとＴＭ１（トリ
メチルインジウム）とアンモニア、ドーパントガスとし
てＤＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｚｎをドープした
ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層を１００オングスト
ローム成長させる。なお、このｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ
０．８５Ｎ層の電子キャリア濃度は１×１０１９／ｃｍ
３であった。
トガスを止め、温度を８００℃にして、キャリアガスを
窒素に切り賛え、原科ガスとしてＴＭＧとＴＭ１（トリ
メチルインジウム）とアンモニア、ドーパントガスとし
てＤＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｚｎをドープした
ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層を１００オングスト
ローム成長させる。なお、このｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ
０．８５Ｎ層の電子キャリア濃度は１×１０１９／ｃｍ
３であった。
【００１９】次に、原料ガス、ドーパントガスを止め、
再び温度を１０２０℃まで上昇させ、原料ガスとしてＴ
ＭＧ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、Ｍｇ
をドープしたｐ型ＧａＮ層を０．８μｍ成長させる。
再び温度を１０２０℃まで上昇させ、原料ガスとしてＴ
ＭＧ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、Ｍｇ
をドープしたｐ型ＧａＮ層を０．８μｍ成長させる。
【００２０】ｐ型ＧａＮ層成長後、基板を反応容器から
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００
℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ
層をさらに低抵抗化する。
取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００
℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ
層をさらに低抵抗化する。
【００２１】以上のようにして得られたウェハーのｐ型
ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層の
一部をエッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出
させ、ｐ型ＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層とにオーミック電
極を設け、５００μｍ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２０ｍ
Ａにおいて３００μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
ＧａＮ層、およびｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層の
一部をエッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出
させ、ｐ型ＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層とにオーミック電
極を設け、５００μｍ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２０ｍ
Ａにおいて３００μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
【００２２】［実施例２］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
を成長する際、ＤＥＺのガス流量を調整して、電子キャ
リア濃度を４×１０１７／ｃｍ３とする他は、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３０μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
を成長する際、ＤＥＺのガス流量を調整して、電子キャ
リア濃度を４×１０１７／ｃｍ３とする他は、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３０μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
【００２３】［実施例３］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
を成長する際、電子キャリア濃度を１×１０２１／ｃｍ
３とする他は、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３０μＷ、発光波長４
９０ｎｍであった。
を成長する際、電子キャリア濃度を１×１０２１／ｃｍ
３とする他は、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３０μＷ、発光波長４
９０ｎｍであった。
【００２４】［実施例４］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
を成長する際、電子キャリア濃度を１×１０１７／ｃｍ
３とする他は、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５μＷ、発光波長４９
０ｎｍであった。
を成長する際、電子キャリア濃度を１×１０１７／ｃｍ
３とする他は、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５μＷ、発光波長４９
０ｎｍであった。
【００２５】［実施例５］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
を成長する際、電子キャリア濃度を５×１０２１／ｃｍ
３とする他は、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３μＷ、発光波長４９
０ｎｍであった。
を成長する際、電子キャリア濃度を５×１０２１／ｃｍ
３とする他は、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３μＷ、発光波長４９
０ｎｍであった。
【００２６】［実施例６］ 実施例１において、ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層
を成長する際、新たにドーパントガスとしてシランガス
を加え、ＺｎおよびＳｉをドープして、電子キャリア濃
度を１×１０１９／ｃｍ３とする他は、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３００μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
を成長する際、新たにドーパントガスとしてシランガス
を加え、ＺｎおよびＳｉをドープして、電子キャリア濃
度を１×１０１９／ｃｍ３とする他は、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３００μＷ、発光波長４９０ｎｍであった。
【００２７】［比較例１］ 実施例１のＺｎドープｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ
層を成長させる工程において、原料ガスにＴＭＧ、アン
モニア、ドーパントガスにＤＥＺを用いて、Ｚｎをドー
プした高抵抗なｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ型ＧａＮ
層成長後、同様にして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Ｇａ
Ｎ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、輝度
２ｍｃｄしかなかった。
層を成長させる工程において、原料ガスにＴＭＧ、アン
モニア、ドーパントガスにＤＥＺを用いて、Ｚｎをドー
プした高抵抗なｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ型ＧａＮ
層成長後、同様にして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Ｇａ
Ｎ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、輝度
２ｍｃｄしかなかった。
【００２８】
【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層の間に、ｐ型ドーパントを
ドープしたｎ型ＩｎＧａＮを発光層として配設する独得
の構成により、従来のＭＩＳ構造の発光素子に比して、
格段に発光効率、発光強度が増大する。また、ｎ型Ｉｎ
ＧａＮ層中の電子キャリア濃度を最適値にすることによ
って、従来の発光素子に比して、１００倍以上の発光出
力、および発光輝度とすることもできる。
光素子は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層の間に、ｐ型ドーパントを
ドープしたｎ型ＩｎＧａＮを発光層として配設する独得
の構成により、従来のＭＩＳ構造の発光素子に比して、
格段に発光効率、発光強度が増大する。また、ｎ型Ｉｎ
ＧａＮ層中の電子キャリア濃度を最適値にすることによ
って、従来の発光素子に比して、１００倍以上の発光出
力、および発光輝度とすることもできる。
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子のｎ型Ｉｎ
ＧａＮ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。
ＧａＮ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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−10665（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−10666（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−10667（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−252175（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−236477（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−236478（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199752（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層との間に、ｐ型ドー
パントがドープされたｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（但
し、Ｘは０＜Ｘ＜１の範囲である。）を発光層として具
備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ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層の電子キ
ャリア濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜５×１０２１／ｃ
ｍ３の範囲で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。
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|---|---|---|---|
| JP7087493A JP2560964B2 (ja) | 1993-03-05 | 1993-03-05 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| EP93118670A EP0599224B2 (en) | 1992-11-20 | 1993-11-19 | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
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| US20070045638A1 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59228776A (ja) * | 1983-06-10 | 1984-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体ヘテロ接合素子 |
| JPS61183977A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Toshiba Corp | 発光素子及びその製造方法 |
| JPH06101587B2 (ja) * | 1989-03-01 | 1994-12-12 | 日本電信電話株式会社 | 半導体発光素子 |
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| JP3026102B2 (ja) * | 1990-10-27 | 2000-03-27 | 豊田合成株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH04236477A (ja) * | 1991-01-21 | 1992-08-25 | Pioneer Electron Corp | 半導体発光素子 |
| JP2934337B2 (ja) * | 1991-04-23 | 1999-08-16 | 旭化成工業株式会社 | 窒化ガリウム系半導体発光素子材料 |
| JP2791448B2 (ja) * | 1991-04-19 | 1998-08-27 | 日亜化学工業 株式会社 | 発光ダイオード |
-
1993
- 1993-03-05 JP JP7087493A patent/JP2560964B2/ja not_active Expired - Fee Related
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