JP2791448B2 - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- Led Devices (AREA)
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
導体よりなる発光ダイオードに係り、特に発光効率が高
く、高輝度、かつ色純度の良い、発光ダイオードに関す
るものである。
導体よりなる発光ダイオードに係り、特に発光効率が高
く、高輝度、かつ色純度の良い、発光ダイオードに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、窒化ガリウム系化合物半導体を使
用した青色発光ダイオードは、図２に示すＭＩＳ構造の
ものがよく知られている。
用した青色発光ダイオードは、図２に示すＭＩＳ構造の
ものがよく知られている。
【０００３】一般にＭＩＳ構造の青色発光ダイオード
は、基本的に、サファイア基板１上に、ＡｌＮよりなる
バッファ層２、Ｓｉドープｎ型ＧａXＡｌ1-XＮ層３、Ｚ
ｎドープｉ型ＧａXＡｌ1-XＮ層４が順に積層され、３お
よび４から電極が取り出された構造となっている。この
ようなＭＩＳ構造の窒化ガリウム系化合物半導体を有す
る青色発光ダイオードは、他のｐ-ｎ接合を有する半導
体材料、例えばＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ等よりなる赤色発
光ダイオード、緑色発光ダイオードに比較して発光効率
が低く、また輝度が低いために、実用化するには未だ不
十分であった。
は、基本的に、サファイア基板１上に、ＡｌＮよりなる
バッファ層２、Ｓｉドープｎ型ＧａXＡｌ1-XＮ層３、Ｚ
ｎドープｉ型ＧａXＡｌ1-XＮ層４が順に積層され、３お
よび４から電極が取り出された構造となっている。この
ようなＭＩＳ構造の窒化ガリウム系化合物半導体を有す
る青色発光ダイオードは、他のｐ-ｎ接合を有する半導
体材料、例えばＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ等よりなる赤色発
光ダイオード、緑色発光ダイオードに比較して発光効率
が低く、また輝度が低いために、実用化するには未だ不
十分であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】なぜ、上記ＭＩＳ構造
の青色発光ダイオードしか実用化できないかというと、
発光する活性層を得るため、ｐ型ドーパントとしてのＺ
ｎを窒化ガリウム系化合物半導体にドープしても、ｐ型
にはならず、高抵抗のｉ型にしかならないからである。
なおここでいう高抵抗のｉ型とは抵抗率１０8Ω・cm以上
をいう。
の青色発光ダイオードしか実用化できないかというと、
発光する活性層を得るため、ｐ型ドーパントとしてのＺ
ｎを窒化ガリウム系化合物半導体にドープしても、ｐ型
にはならず、高抵抗のｉ型にしかならないからである。
なおここでいう高抵抗のｉ型とは抵抗率１０8Ω・cm以上
をいう。
【０００５】またｐ型ドーパントとしてＺｎの代わり
に、Ｍｇをドープしてｐ型層を得ようとする試みもあ
り、一応、Ｍｇをドープすると低抵抗のｐ型層は得られ
る。しかしながら、そのｐ型層の発光波長は、青色より
短波長の紫色であるため、Ｍｇが発光中心となる構造の
ｐ-ｎ接合では色純度の良い青色発光ダイオードを得る
ことは不可能であった。
に、Ｍｇをドープしてｐ型層を得ようとする試みもあ
り、一応、Ｍｇをドープすると低抵抗のｐ型層は得られ
る。しかしながら、そのｐ型層の発光波長は、青色より
短波長の紫色であるため、Ｍｇが発光中心となる構造の
ｐ-ｎ接合では色純度の良い青色発光ダイオードを得る
ことは不可能であった。
【０００６】以上述べたように、窒化ガリウム系化合物
半導体を使用してｐ-ｎ接合の青色発光ダイオードを得
ることは非常に困難であるため、現在ではＭＩＳ構造の
青色発光ダイオードしかできていないのが実状である。
半導体を使用してｐ-ｎ接合の青色発光ダイオードを得
ることは非常に困難であるため、現在ではＭＩＳ構造の
青色発光ダイオードしかできていないのが実状である。
【０００７】周知のように、発光出力に代表される発光
特性、信頼性等を考慮するとＭＩＳ構造よりも、ｐ-ｎ
接合が有利であるのは常識であり、一刻も早く、ｐ-ｎ
接合青色発光ダイオードの実現が強く望まれている。
特性、信頼性等を考慮するとＭＩＳ構造よりも、ｐ-ｎ
接合が有利であるのは常識であり、一刻も早く、ｐ-ｎ
接合青色発光ダイオードの実現が強く望まれている。
【０００８】従って、本発明は上記事情を鑑みて成され
たものであり、発光する活性層をｐ型層とｎ型層ではさ
む構造の発光ダイオードを実現することにより、高効率
で、高輝度かつ色純度等の発光特性に優れた発光ダイオ
ードを提供することを目的とする。
たものであり、発光する活性層をｐ型層とｎ型層ではさ
む構造の発光ダイオードを実現することにより、高効率
で、高輝度かつ色純度等の発光特性に優れた発光ダイオ
ードを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ガリウム
系化合物半導体よりなるダブルへテロ構造の発光ダイオ
ードであって、Ｇａ X Ａｌ 1-X Ｎ（但しXは０＜X≦１の範
囲にある。）よりなるバッファ層と、Ｓｉがドープされ
たｎ型のクラッド層と、Ｚｎがドープされた発光する活
性層と、さらに、Ｍｇがドープされたｐ型のクラッド層
とを具備していることを特徴とする。
系化合物半導体よりなるダブルへテロ構造の発光ダイオ
ードであって、Ｇａ X Ａｌ 1-X Ｎ（但しXは０＜X≦１の範
囲にある。）よりなるバッファ層と、Ｓｉがドープされ
たｎ型のクラッド層と、Ｚｎがドープされた発光する活
性層と、さらに、Ｍｇがドープされたｐ型のクラッド層
とを具備していることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】本発明の一実施例に係る発光ダイオードの構
造を 図１にしめす。図１に示す本発明の発光ダイオード
は、サファイア基板１上に、ＧａXＡｌ1-XＮ（０＜X≦
１）よりなるバッファ層１２、Ｓｉがドープされたｎ型
のクラッド層であるＳｉドープｎ型ＧａXＡｌ1-XＮ層３
（以下ｎ型クラッド層という。）、Ｚｎがドープされた
発光する活性層であるＺｎドープＧａXＡｌ1-XＮ層１４
（以下活性層という。）、Ｍｇがドープされたｐ型のク
ラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａXＡｌ1-XＮ層５（以
下ｐ型クラッド層という。）が順に積層され、さらに、
３および５から電極が取り出された構造となっている。
造を 図１にしめす。図１に示す本発明の発光ダイオード
は、サファイア基板１上に、ＧａXＡｌ1-XＮ（０＜X≦
１）よりなるバッファ層１２、Ｓｉがドープされたｎ型
のクラッド層であるＳｉドープｎ型ＧａXＡｌ1-XＮ層３
（以下ｎ型クラッド層という。）、Ｚｎがドープされた
発光する活性層であるＺｎドープＧａXＡｌ1-XＮ層１４
（以下活性層という。）、Ｍｇがドープされたｐ型のク
ラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａXＡｌ1-XＮ層５（以
下ｐ型クラッド層という。）が順に積層され、さらに、
３および５から電極が取り出された構造となっている。
【００１１】バッファ層１２は、その上に積層する窒化
ガリウム系化合物半導体層の結晶性を向上させるために
必要なものであり、通常数ｎｍ〜数百ｎｍ以下の厚さで
形成する。またバッファ層１２はサファイア基板の他
に、ｎ型クラッド層３、活性層１４の上に形成しても良
い。
ガリウム系化合物半導体層の結晶性を向上させるために
必要なものであり、通常数ｎｍ〜数百ｎｍ以下の厚さで
形成する。またバッファ層１２はサファイア基板の他
に、ｎ型クラッド層３、活性層１４の上に形成しても良
い。
【００１２】活性層１４は、Ｚｎを発光中心とし、発光
波長のピークはおよそ４７０〜４８０ｎｍにある。
波長のピークはおよそ４７０〜４８０ｎｍにある。
【００１３】本発明の発光ダイオードにおいて、バッフ
ァ層１２の作用は、本発明者が先に出願した特願平３−
３２２５９号において詳しく述べている。簡単にいうと
バッファ層の材料を、従来のＡｌＮとするよりも、Ｇａ
XＡｌ1-XＮ（０＜X≦１）とする方が、その上に成長さ
せる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が格段に向上
し、その上に成長させるＭｇドープのＧａXＡｌ1-XＮ層
が容易にｐ型化するということである。
ァ層１２の作用は、本発明者が先に出願した特願平３−
３２２５９号において詳しく述べている。簡単にいうと
バッファ層の材料を、従来のＡｌＮとするよりも、Ｇａ
XＡｌ1-XＮ（０＜X≦１）とする方が、その上に成長さ
せる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が格段に向上
し、その上に成長させるＭｇドープのＧａXＡｌ1-XＮ層
が容易にｐ型化するということである。
【００１４】またバッファ層１２の材料をＧａXＡｌ1-X
Ｎ（０＜X≦１）とすることにより、活性層１４におい
ても、ＡｌＮをバッファ層とした従来のｉ型ＧａXＡｌ
1-XＮ層４に比べ、格段に結晶性が向上するため、抵抗
率も１０5Ω・cm以下となる。
Ｎ（０＜X≦１）とすることにより、活性層１４におい
ても、ＡｌＮをバッファ層とした従来のｉ型ＧａXＡｌ
1-XＮ層４に比べ、格段に結晶性が向上するため、抵抗
率も１０5Ω・cm以下となる。
【００１５】従って、発光ダイオードを上記のような構
造とすると、ｐ型クラッド層５が容易にｐ型となるた
め、ｐ型クラッド層５を＋（プラス）側にして、ｎ型ク
ラッド層３を−（マイナス）側にして電流を流すと、ｐ
型クラッド層５からは活性層４にホールが注入され、同
時にｎ型クラッド層３からは電子が注入され、発光層で
ある活性層４でホールと電子が再結合し、Ｚｎを発光中
心として色純度の良い青色の発光を示す。
造とすると、ｐ型クラッド層５が容易にｐ型となるた
め、ｐ型クラッド層５を＋（プラス）側にして、ｎ型ク
ラッド層３を−（マイナス）側にして電流を流すと、ｐ
型クラッド層５からは活性層４にホールが注入され、同
時にｎ型クラッド層３からは電子が注入され、発光層で
ある活性層４でホールと電子が再結合し、Ｚｎを発光中
心として色純度の良い青色の発光を示す。
【００１６】上記のように、このバッファ層１２なしで
は、ｐ型層が得られず、本発明の構造の発光ダイオード
を得ることは不可能である。
は、ｐ型層が得られず、本発明の構造の発光ダイオード
を得ることは不可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発光ダイオ
ードは、ｐ型およびｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体
層で発光する活性層をはさみ、電子とホールとを活性層
に注入して発光させる、例えばダブルへテロ構造の発光
ダイオードの発光メカニズムと同一であり、それはＭＩ
Ｓ構造の発光ダイオードに比べ、高効率、かつ高輝度
で、色純度の良い発光ダイオードを実現することができ
る。しかも、本発明では、Ｇａ X Ａｌ 1-X Ｎ（０＜X≦
１）よりなるバッファ層と、Ｓｉをドープしたｎ型のク
ラッド層と、Ｚｎをドープした活性層と、Ｍｇをドープ
したｐ型のクラッド層との組み合わせにより、高輝度な
窒化物半導体よりなる発光ダイオードを実現できる。
ードは、ｐ型およびｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体
層で発光する活性層をはさみ、電子とホールとを活性層
に注入して発光させる、例えばダブルへテロ構造の発光
ダイオードの発光メカニズムと同一であり、それはＭＩ
Ｓ構造の発光ダイオードに比べ、高効率、かつ高輝度
で、色純度の良い発光ダイオードを実現することができ
る。しかも、本発明では、Ｇａ X Ａｌ 1-X Ｎ（０＜X≦
１）よりなるバッファ層と、Ｓｉをドープしたｎ型のク
ラッド層と、Ｚｎをドープした活性層と、Ｍｇをドープ
したｐ型のクラッド層との組み合わせにより、高輝度な
窒化物半導体よりなる発光ダイオードを実現できる。
【００１８】さらに本発明の発光ダイオードはバッファ
層にＧａXＡｌ1-XＮ（０＜X≦１）を有しているため、
サファイア基板上に積層した化合物半導体の結晶性が非
常に良くなる。そのため、ＡｌＮバッファ層の上に積層
したｐ型クラッド層と、本発明の構成要件であるＧａX
Ａｌ1-XＮ（０＜X≦１）バッファ層の上に形成したｐ型
クラッド層とでは、その結晶性が格段に異なるのであ
る。従って優れた結晶性を有する本発明の発光ダイオー
ドが当然輝度が高くなる。
層にＧａXＡｌ1-XＮ（０＜X≦１）を有しているため、
サファイア基板上に積層した化合物半導体の結晶性が非
常に良くなる。そのため、ＡｌＮバッファ層の上に積層
したｐ型クラッド層と、本発明の構成要件であるＧａX
Ａｌ1-XＮ（０＜X≦１）バッファ層の上に形成したｐ型
クラッド層とでは、その結晶性が格段に異なるのであ
る。従って優れた結晶性を有する本発明の発光ダイオー
ドが当然輝度が高くなる。
【図１】 本発明の発光ダイオードの構造を示す断面
図。
図。
【図２】 従来の発光ダイオードの構造を示す断面図。
１・・・サファイア基板 ２・・・ＡｌＮバッファ層 ３・・・ｎ型クラッド層 ４・・・ｉ型ＧａXＡｌ1-XＮ層 ５・・・ｐ型クラッド層 １２・・・ＧａXＡｌ1-XＮ（０＜X≦１）バッファ層 １４・・・活性層
Claims (1)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体よりなるダ
ブルへテロ構造の発光ダイオードであって、ＧａXＡｌ
1-XＮ（但しXは０＜X≦１の範囲にある。）よりなるバ
ッファ層と、Ｓｉがドープされたｎ型のクラッド層と、
Ｚｎがドープされた発光する活性層と、さらに、Ｍｇが
ドープされたｐ型のクラッド層とを具備していることを
特徴とする発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11691291A JP2791448B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11691291A JP2791448B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04321280A JPH04321280A (ja) | 1992-11-11 |
| JP2791448B2 true JP2791448B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=14698732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11691291A Expired - Fee Related JP2791448B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791448B2 (ja) |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2657743B2 (ja) * | 1992-10-29 | 1997-09-24 | 豊田合成株式会社 | 窒素−３族元素化合物半導体発光素子 |
| JP2560964B2 (ja) * | 1993-03-05 | 1996-12-04 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2809045B2 (ja) * | 1992-11-20 | 1998-10-08 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| US5578839A (en) * | 1992-11-20 | 1996-11-26 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device |
| JP2770717B2 (ja) * | 1993-09-21 | 1998-07-02 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JPH0783136B2 (ja) * | 1993-02-10 | 1995-09-06 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2778405B2 (ja) † | 1993-03-12 | 1998-07-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| JPH0851235A (ja) * | 1994-08-09 | 1996-02-20 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子の製法 |
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| US5693963A (en) * | 1994-09-19 | 1997-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor device with nitride |
| JP3548442B2 (ja) * | 1994-09-22 | 2004-07-28 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP3646649B2 (ja) * | 1994-09-22 | 2005-05-11 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP3318698B2 (ja) * | 1994-09-30 | 2002-08-26 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPH08167735A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子 |
| JPH08250540A (ja) * | 1995-03-13 | 1996-09-27 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体装置 |
| US5900650A (en) * | 1995-08-31 | 1999-05-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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| FR2853141A1 (fr) | 2003-03-26 | 2004-10-01 | Kyocera Corp | Appareil a semi-conducteur, procede pour faire croitre un semi-conducteur a nitrure et procede de production d'un appareil a semi-conducteur |
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