JP3184202B2 - 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
本発明は、白色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子に関する。
光素子に関する。
【従来技術】 従来、青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、ｎ型のGaN系の化合
物半導体から成るｎ層を成長させ、そのｎ層の上にｉ型
のGaN系の化合物半導体から成るｉ層を成長させた構造
をとっている（特開昭62−119196号公報、特開昭63−18
8977号公報）。
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、ｎ型のGaN系の化合
物半導体から成るｎ層を成長させ、そのｎ層の上にｉ型
のGaN系の化合物半導体から成るｉ層を成長させた構造
をとっている（特開昭62−119196号公報、特開昭63−18
8977号公報）。
しかし、上記構造の発光ダイオードにおけるｉ層のド
ーピング元素には、亜鉛が用いられている。このため、
発光色が青色に固定されてしまい他の例えば白色を発光
させることは出来なかった。又、１チップで白色を発光
する発光ダイオードは、知られていない。従って、白色
発光を得るためには、青、緑、赤の発光ダイオードをチ
ップを集合させて、１つのランプとすることが行われて
いた。このようなランプは、製造工程が複雑となるとい
う問題がある。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体を用
いて、１チップで白色発光を得ることである。
ーピング元素には、亜鉛が用いられている。このため、
発光色が青色に固定されてしまい他の例えば白色を発光
させることは出来なかった。又、１チップで白色を発光
する発光ダイオードは、知られていない。従って、白色
発光を得るためには、青、緑、赤の発光ダイオードをチ
ップを集合させて、１つのランプとすることが行われて
いた。このようなランプは、製造工程が複雑となるとい
う問題がある。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体を用
いて、１チップで白色発光を得ることである。
本発明は、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（AlxG
a1-xN;X＝０を含む）からなるｎ層と、ｉ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体（AlxGa1-xN;X＝０を含む）からな
るｉ層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、 ｉ層ドーピング元素は、亜鉛（Zn）とシリコン（Si）
から成り、シリコンのドーピング密度の亜鉛のドーピン
グ密度に対する割合は、1/100〜1/200であることを特徴
とする。
a1-xN;X＝０を含む）からなるｎ層と、ｉ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体（AlxGa1-xN;X＝０を含む）からな
るｉ層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、 ｉ層ドーピング元素は、亜鉛（Zn）とシリコン（Si）
から成り、シリコンのドーピング密度の亜鉛のドーピン
グ密度に対する割合は、1/100〜1/200であることを特徴
とする。
本発明は、ｉ層のドーピング元素に亜鉛（Zn）とシリ
コン（Si）とを用い、亜鉛に対するシリコンの割合を1/
100〜1/200とすることで、白色発光を得ることができ
た。
コン（Si）とを用い、亜鉛に対するシリコンの割合を1/
100〜1/200とすることで、白色発光を得ることができ
た。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 まず、本実施例に係る発光ダイオードの製造装置につ
いて説明する。 第２図は本発明の窒化ガリウム発光ダイオードを製造
する気相成長装置の断面図である。 石英管10はその左端でＯリング15でシールされてフラ
ンジ14に当接し、緩衝材38と固定具39を用い、ボルト4
6,47とナット48,49等により数箇所にてフランジ14に固
定されている。又、石英管10の右端はＯリング40でシー
ルされてフランジ27に螺子締固定具41,42により固定さ
れている。 石英管10で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。そのライナー管12の一端13
はフランジ14に固設された保持プレート17で保持され、
その他端16の底部18は保持脚19で石英管10に保持されて
いる。 ライナー管12の平面形状は第７図に示すように、下流
程拡がっており、石英管10の長軸（Ｘ軸）に垂直なライ
ナー管12の断面は、第３図〜第６図に示すように、Ｘ軸
方向での位置によって異なる。即ち、反応ガスはＸ軸方
向に流れるが、ガス流の上流側では第２図に示すように
円形であり、下流側（Ｘ軸正方向）に進むに従って、Ｙ
軸方向を長軸とし、長軸方向に拡大され、短軸方向に縮
小された楕円形状となり、セサプタ20を載置するやや上
流側のＡ位置では第５図に示すように上下方向（Ｚ軸）
方向に薄くＹ軸方向に長い偏平楕円形状となっている。
Ａ位置における第５図に示すIV−IV矢視方向断面図にお
ける開口部のＹ軸方向の長さは7cmであり、Ｚ軸方向の
長さは1.2cmである。 ライナー管12の下流側には、セサプタ20を載置するＸ
軸に垂直な断面形状が長方形の試料載置室21が一体的に
連設されている。その試料載置室21の底部22にサセプタ
20が載置される。そのサセプタ20はＸ軸に垂直な断面は
長方形であるが、その上面23はＸ軸に対して緩やかにＺ
軸正方向に傾斜している。そのセサプタ20の上面23に試
料、即ち、長方形のサファイア基板51が載置されるが、
そのサファイア基板51とそれに面するライナー管12の上
部管壁24との間隙は、上流部で12mm,下流部4mmである。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板51
を載置したサセプタ20を試料載置室21へ設置したり、結
晶成長の終わった時に、試料載置室21からサセプタ20を
取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが開口している。第１ガス管28は第２ガス管
29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重管
構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29から突出
した部分の周辺部には多数の穴30が開けられており、又
第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そし
て、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナー
管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導入
されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガスの供給系
統Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供
給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給系統Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとシラン（SiH4）の供給系統Ｍが接続
されている。第２マニホールド32にはNH3の供給系統Ｈ
とキャリアガスの供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、試料載置室21には、側方から導入管36がフランジ
14を通過して外部から伸びており、その導入管36内に試
料の温度を測定する熱電対43とその導線44,45が配設さ
れており、試料温度を外部から測定できるように構成さ
れている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとH2とDEZとシランとの混合ガスと、第２ガス
管29で導かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出
口付近で混合され、その混合反応ガスはライナー管12に
より試料載置室21へ導かれ、サファイア基板51とライナ
ー管12の上部管壁24との間で形成された間隙を通過す
る。この時、サファイア基板51上の反応ガスの流れが均
一となり、場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 ｎ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZとシラ
ンの供給を停止して第１ガス管28と第２ガス管29とから
混合ガスを流出させれば良く、ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を
形成する場合には、DEZとシランとを供給して第１ガス
管28と第２ガス管29とからそれぞれの混合ガスを流出さ
せれば良い。ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合に
は、DEZとシランはサファイア基板51に吹き付けられ熱
分解し、ドーパント元素は成長するAlxGa1-xNにドーピ
ングされて、ｉ型のAlxGa1-xNが得られる。 次に本装置を用いて、第１図に示す構成の発光ダイオ
ード50を製造する方法について説明する。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面
とする単結晶のサファイア基板51をサセプタ20に装着す
る。次に、反応室11の圧力を１×10-5Torrに減圧した
後、H2を２／分で、第１ガス管28及び第２ガス管29及
び外部管35を介してライナー管12に流しながら、温度11
00℃でサファイア基板51を気相エッチングした。 次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28からH
2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を50ml/
分、第２ガス管29からH2を10分、NH3を10／分で２
分間供給した。この成長工程で、AlNのバッファ層52が
約500Åの厚さに形成された。 次に、２分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板51の温度を1150℃に保持し、第１ガス管28か
らH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を2
00ml/分、H2で1ppmに希釈したシラン（SiH4）を200ml/
分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／分で1
5分間供給して、膜厚約2.5μｍ、キャリア濃度２×1018
/cm3のGaNから成る高キャリア濃度ｎ層53を形成した。 続いて、サファイア基板51の温度を1150℃に保持し、
同様に、第１ガス管28、第２ガス管29から、H2を20／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、NH3
を10／分の割合で20分間供給し、膜厚約1.5μｍ、キ
ャリア濃度１×1016/cm3のGaNから成る低キャリア濃度
ｎ層54を形成した。 次に、サファイア基板51を900℃にして、同様に、第
１ガス管28、第２ガス管29から、それぞれ、H2を10／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、５
℃のDEZ中をバブリングしたH2500ml/分、H2で1ppmに希
釈したシラン（SiH4）を100ml/分、NH3を10／分の割
合で１分間供給して、膜厚750ÅのGaNから成るｉ層55を
形成した。この時、ｉ層55における亜鉛の密度は１×10
20/cm3で、シリコンの密度は１×1018/cm3であった。 このようにして、第８図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第９図に示すように、ｉ層55の上に、スパッタ
リングによりSiO2層61を2000Åの厚さに形成した。次
に、そのSiO2層61上にフォトレジスト62を塗布して、フ
ォトリソグラフにより、そのフォトレジスト62を高キャ
リア濃度ｎ層53に対する電極形成部位のフォトレジスト
を除去したパターンに形成した。 次に、第10図に示すように、フォトレジスト62によっ
て覆われていないSiO2層61をフッ化水素酸系エッチング
液で除去した。 次に、第11図に示すように、フォトレジスト62及びSi
O2層61によって覆われていない部位のｉ層55とその下の
低キャリア濃度ｎ層54と高キャリア濃度ｎ層53の上面一
部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、流速10c
c/分のCCl2F2ガスでエッチングした後、Arでドライエッ
チングした。 次に、第12図に示すように、ｉ層55上に残っているSi
O2層61をフッ化水素酸で除去した。 次に、第13図に示すように、試料の上全面に、Al層63
を蒸着により形成した。そして、そのAl層63の上にフォ
トレジスト64を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト64が高キャリア濃度ｎ層53及びｉ層55
に対する電極部が残るように、所定形状にパターン形成
した。 次に、第13図に示すようにそのフォトレジスト64をマ
スクとして下層のAl層63の露出部を硝酸系エッチング液
でエッチングし、フォトレジスト64をアセトンで除去
し、高キャリア濃度ｎ層53の電極８、ｉ層55の電極７を
形成した。 このようにして、第１図に示すMIS（Metal−Insulate
r−Semiconductor）構造の窒化ガリウム系発光素を製造
することができる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.1mcdであった。 又、このｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測
定した。その結果を第14図において曲線Ａで示す。 波長480nm（青色）のピークが現れる他、長波長側に
スペクトルが広がっているのが理解される。即ち、波長
550nm（緑色）と波長700nm（赤色）も発光しており、こ
の結果、人間の目で視認される色は白色となる。 次に、ｉ層55をSIMSより分析した。その結果を第15図
に示す。ｉ層55における亜鉛とシリコンの分布が理解さ
れる。 又、ｉ層55におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１×
1020/cm3に対して、1/100〜1/200の割合で変化させて、
同様に発光ダイオードを製造した。 ｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した
が、第14図の曲線Ａと同様になった。又、発光ダイオー
ドの発光色は、白色であった。 又、ｉ層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×10
21/cm3とし、その亜鉛密度に対して、シリコンを1/100
〜1/200の割合で変化させて、同様に発光ダイオードを
製造した。ｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測
定したが、第14図の曲線Ａとほぼ同様な曲線が得られ
た。又、それらの発光ダイオードの発光色は、白色であ
った。 又、ｉ層55における亜鉛密度を２×1020/cm3シリコン
密度を２×1018/cm3とする発光ダイオードを上記の方法
で同様に製造した。そして、その発光ダイオードのｉ層
55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した。第14図
の曲線Ｂに示す特性が得られた。即ち、曲線Ａに比べ
て、波長480nm（青色）のEL強度は減少し、波長550nm
（緑色）のEL強度は同じ位に現れ、逆に、波長700nm
（赤色）のEL強度は遙かに大きくなっている。この結
果、人間の目で視認される色は赤色となる。又、これら
の発光ダイオードの発光色は、赤色であった。 又、ｉ層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×10
21/cm3とし、その範囲の亜鉛密度に対するシリコン密度
の割合を1/200〜1/1000とする発光ダイオードを複数製
造した。そして、その発光ダイオードのｉ層55のエレク
トロルミネッセンス強度を測定した。その測定結果は、
第14図の曲線Ｂとほぼ同様な曲線となった。又、それら
の発光ダイオードの人間によって判断される色は赤色で
あった。 又、比較のために、亜鉛密度を１×1020/cm3とし、シ
リコンをドープしない発光ダイオードを製造した。そし
て、その発光ダイオードのｉ層55のエレクトロルミネッ
センス強度を測定した。第14図の曲線Ｃに示す特性が得
られた。即ち、曲線Ａに比べて、波長480nm（青色）のE
L強度は遙かに大きく、波長550nm（緑色）のEL強度は同
じ位に現れ、逆に、波長700nm（赤色）のEL強度は遙か
に小さくなっている。これらの発光ダイオードに人間に
よって認識される発光色は、青色であった。 以上のことから、次のことが結論される。 （１）ｉ層55に亜鉛だけドープした場合の発光ダイオー
ドの発光色は、青色である。 （２）ｉ層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコン
のドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/200〜1/1
000で比較的少ない場合には、発光ダイオードの発光色
は赤色となる。 （３）ｉ層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコン
のドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/100〜1/2
00で比較的多い場合には、発光ダイオードの発光色は白
色となる。 尚、上記実施例では、シリコンの原料にシランを用い
たがテトラエチルシラン（（C2H5）4Si:TBSi）を用いて
も良い。
いて説明する。 第２図は本発明の窒化ガリウム発光ダイオードを製造
する気相成長装置の断面図である。 石英管10はその左端でＯリング15でシールされてフラ
ンジ14に当接し、緩衝材38と固定具39を用い、ボルト4
6,47とナット48,49等により数箇所にてフランジ14に固
定されている。又、石英管10の右端はＯリング40でシー
ルされてフランジ27に螺子締固定具41,42により固定さ
れている。 石英管10で囲われた内室11には、反応ガスを導くライ
ナー管12が配設されている。そのライナー管12の一端13
はフランジ14に固設された保持プレート17で保持され、
その他端16の底部18は保持脚19で石英管10に保持されて
いる。 ライナー管12の平面形状は第７図に示すように、下流
程拡がっており、石英管10の長軸（Ｘ軸）に垂直なライ
ナー管12の断面は、第３図〜第６図に示すように、Ｘ軸
方向での位置によって異なる。即ち、反応ガスはＸ軸方
向に流れるが、ガス流の上流側では第２図に示すように
円形であり、下流側（Ｘ軸正方向）に進むに従って、Ｙ
軸方向を長軸とし、長軸方向に拡大され、短軸方向に縮
小された楕円形状となり、セサプタ20を載置するやや上
流側のＡ位置では第５図に示すように上下方向（Ｚ軸）
方向に薄くＹ軸方向に長い偏平楕円形状となっている。
Ａ位置における第５図に示すIV−IV矢視方向断面図にお
ける開口部のＹ軸方向の長さは7cmであり、Ｚ軸方向の
長さは1.2cmである。 ライナー管12の下流側には、セサプタ20を載置するＸ
軸に垂直な断面形状が長方形の試料載置室21が一体的に
連設されている。その試料載置室21の底部22にサセプタ
20が載置される。そのサセプタ20はＸ軸に垂直な断面は
長方形であるが、その上面23はＸ軸に対して緩やかにＺ
軸正方向に傾斜している。そのセサプタ20の上面23に試
料、即ち、長方形のサファイア基板51が載置されるが、
そのサファイア基板51とそれに面するライナー管12の上
部管壁24との間隙は、上流部で12mm,下流部4mmである。 サセプタ20には操作棒26が接続されており、フランジ
27を取り外してその操作棒26により、サファイア基板51
を載置したサセプタ20を試料載置室21へ設置したり、結
晶成長の終わった時に、試料載置室21からサセプタ20を
取り出せるようになっている。 又、ライナー管12の上流側には、第１ガス管28と第２
ガス管29とが開口している。第１ガス管28は第２ガス管
29の内部にあり、それらの両管28,29は同軸状に２重管
構造をしている。第１ガス管28の第２ガス管29から突出
した部分の周辺部には多数の穴30が開けられており、又
第２ガス管29にも多数の穴30が開けられている。そし
て、第１ガス管28により導入された反応ガスはライナー
管12内へ吹出し、その場所で、第２ガス管29により導入
されたガスと初めて混合される。 その第１ガス管28は第１マニホールド31に接続され、
第２ガス管29は第２マニホールド32に接続されている。
そして、第１マニホールド31にはキャリアガスの供給系
統Ｉとトリメチルガリウム（以下「TMG」と記す）の供
給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下「TMA」と記
す）の供給系統Ｋとジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記
す）の供給系統Ｌとシラン（SiH4）の供給系統Ｍが接続
されている。第２マニホールド32にはNH3の供給系統Ｈ
とキャリアガスの供給系統Ｉとが接続されている。 又、石英管10の外周部には冷却水を循環させる冷却管
33が形成され、その外周部には高周波電界を印加するた
めの高周波コイル34が配設されている。 又、ライナー管12はフランジ14を介して外部管35と接
続されており、その外部管35からはキャリアガスが導入
されるようになっている。 又、試料載置室21には、側方から導入管36がフランジ
14を通過して外部から伸びており、その導入管36内に試
料の温度を測定する熱電対43とその導線44,45が配設さ
れており、試料温度を外部から測定できるように構成さ
れている。 このような装置構成により、第１ガス管28で導かれた
TMGとTMAとH2とDEZとシランとの混合ガスと、第２ガス
管29で導かれたNH3とH2との混合ガスがそれらの管の出
口付近で混合され、その混合反応ガスはライナー管12に
より試料載置室21へ導かれ、サファイア基板51とライナ
ー管12の上部管壁24との間で形成された間隙を通過す
る。この時、サファイア基板51上の反応ガスの流れが均
一となり、場所依存性の少ない良質な結晶が成長する。 ｎ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、DEZとシラ
ンの供給を停止して第１ガス管28と第２ガス管29とから
混合ガスを流出させれば良く、ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を
形成する場合には、DEZとシランとを供給して第１ガス
管28と第２ガス管29とからそれぞれの混合ガスを流出さ
せれば良い。ｉ型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合に
は、DEZとシランはサファイア基板51に吹き付けられ熱
分解し、ドーパント元素は成長するAlxGa1-xNにドーピ
ングされて、ｉ型のAlxGa1-xNが得られる。 次に本装置を用いて、第１図に示す構成の発光ダイオ
ード50を製造する方法について説明する。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面
とする単結晶のサファイア基板51をサセプタ20に装着す
る。次に、反応室11の圧力を１×10-5Torrに減圧した
後、H2を２／分で、第１ガス管28及び第２ガス管29及
び外部管35を介してライナー管12に流しながら、温度11
00℃でサファイア基板51を気相エッチングした。 次に温度を400℃まで低下させて、第１ガス管28からH
2を10／分、15℃のTMA中をバブリングしたH2を50ml/
分、第２ガス管29からH2を10分、NH3を10／分で２
分間供給した。この成長工程で、AlNのバッファ層52が
約500Åの厚さに形成された。 次に、２分経過した時にTMAの供給を停止して、サフ
ァイア基板51の温度を1150℃に保持し、第１ガス管28か
らH2を10／分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を2
00ml/分、H2で1ppmに希釈したシラン（SiH4）を200ml/
分、第２ガス管29からH2を10／分、NH3を10／分で1
5分間供給して、膜厚約2.5μｍ、キャリア濃度２×1018
/cm3のGaNから成る高キャリア濃度ｎ層53を形成した。 続いて、サファイア基板51の温度を1150℃に保持し、
同様に、第１ガス管28、第２ガス管29から、H2を20／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、NH3
を10／分の割合で20分間供給し、膜厚約1.5μｍ、キ
ャリア濃度１×1016/cm3のGaNから成る低キャリア濃度
ｎ層54を形成した。 次に、サファイア基板51を900℃にして、同様に、第
１ガス管28、第２ガス管29から、それぞれ、H2を10／
分、−15℃のTMG中をバブリングしたH2を100ml/分、５
℃のDEZ中をバブリングしたH2500ml/分、H2で1ppmに希
釈したシラン（SiH4）を100ml/分、NH3を10／分の割
合で１分間供給して、膜厚750ÅのGaNから成るｉ層55を
形成した。この時、ｉ層55における亜鉛の密度は１×10
20/cm3で、シリコンの密度は１×1018/cm3であった。 このようにして、第８図に示すような多層構造が得ら
れた。 次に、第９図に示すように、ｉ層55の上に、スパッタ
リングによりSiO2層61を2000Åの厚さに形成した。次
に、そのSiO2層61上にフォトレジスト62を塗布して、フ
ォトリソグラフにより、そのフォトレジスト62を高キャ
リア濃度ｎ層53に対する電極形成部位のフォトレジスト
を除去したパターンに形成した。 次に、第10図に示すように、フォトレジスト62によっ
て覆われていないSiO2層61をフッ化水素酸系エッチング
液で除去した。 次に、第11図に示すように、フォトレジスト62及びSi
O2層61によって覆われていない部位のｉ層55とその下の
低キャリア濃度ｎ層54と高キャリア濃度ｎ層53の上面一
部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、流速10c
c/分のCCl2F2ガスでエッチングした後、Arでドライエッ
チングした。 次に、第12図に示すように、ｉ層55上に残っているSi
O2層61をフッ化水素酸で除去した。 次に、第13図に示すように、試料の上全面に、Al層63
を蒸着により形成した。そして、そのAl層63の上にフォ
トレジスト64を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト64が高キャリア濃度ｎ層53及びｉ層55
に対する電極部が残るように、所定形状にパターン形成
した。 次に、第13図に示すようにそのフォトレジスト64をマ
スクとして下層のAl層63の露出部を硝酸系エッチング液
でエッチングし、フォトレジスト64をアセトンで除去
し、高キャリア濃度ｎ層53の電極８、ｉ層55の電極７を
形成した。 このようにして、第１図に示すMIS（Metal−Insulate
r−Semiconductor）構造の窒化ガリウム系発光素を製造
することができる。 このようにして製造された発光ダイオード10の発光強
度を測定したところ、0.1mcdであった。 又、このｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測
定した。その結果を第14図において曲線Ａで示す。 波長480nm（青色）のピークが現れる他、長波長側に
スペクトルが広がっているのが理解される。即ち、波長
550nm（緑色）と波長700nm（赤色）も発光しており、こ
の結果、人間の目で視認される色は白色となる。 次に、ｉ層55をSIMSより分析した。その結果を第15図
に示す。ｉ層55における亜鉛とシリコンの分布が理解さ
れる。 又、ｉ層55におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１×
1020/cm3に対して、1/100〜1/200の割合で変化させて、
同様に発光ダイオードを製造した。 ｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した
が、第14図の曲線Ａと同様になった。又、発光ダイオー
ドの発光色は、白色であった。 又、ｉ層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×10
21/cm3とし、その亜鉛密度に対して、シリコンを1/100
〜1/200の割合で変化させて、同様に発光ダイオードを
製造した。ｉ層55のエレクトロルミネッセンス強度を測
定したが、第14図の曲線Ａとほぼ同様な曲線が得られ
た。又、それらの発光ダイオードの発光色は、白色であ
った。 又、ｉ層55における亜鉛密度を２×1020/cm3シリコン
密度を２×1018/cm3とする発光ダイオードを上記の方法
で同様に製造した。そして、その発光ダイオードのｉ層
55のエレクトロルミネッセンス強度を測定した。第14図
の曲線Ｂに示す特性が得られた。即ち、曲線Ａに比べ
て、波長480nm（青色）のEL強度は減少し、波長550nm
（緑色）のEL強度は同じ位に現れ、逆に、波長700nm
（赤色）のEL強度は遙かに大きくなっている。この結
果、人間の目で視認される色は赤色となる。又、これら
の発光ダイオードの発光色は、赤色であった。 又、ｉ層55における亜鉛密度を５×1019/cm3〜３×10
21/cm3とし、その範囲の亜鉛密度に対するシリコン密度
の割合を1/200〜1/1000とする発光ダイオードを複数製
造した。そして、その発光ダイオードのｉ層55のエレク
トロルミネッセンス強度を測定した。その測定結果は、
第14図の曲線Ｂとほぼ同様な曲線となった。又、それら
の発光ダイオードの人間によって判断される色は赤色で
あった。 又、比較のために、亜鉛密度を１×1020/cm3とし、シ
リコンをドープしない発光ダイオードを製造した。そし
て、その発光ダイオードのｉ層55のエレクトロルミネッ
センス強度を測定した。第14図の曲線Ｃに示す特性が得
られた。即ち、曲線Ａに比べて、波長480nm（青色）のE
L強度は遙かに大きく、波長550nm（緑色）のEL強度は同
じ位に現れ、逆に、波長700nm（赤色）のEL強度は遙か
に小さくなっている。これらの発光ダイオードに人間に
よって認識される発光色は、青色であった。 以上のことから、次のことが結論される。 （１）ｉ層55に亜鉛だけドープした場合の発光ダイオー
ドの発光色は、青色である。 （２）ｉ層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコン
のドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/200〜1/1
000で比較的少ない場合には、発光ダイオードの発光色
は赤色となる。 （３）ｉ層55に亜鉛とシリコンとをドープし、シリコン
のドープ量が、その亜鉛密度に対する割合が1/100〜1/2
00で比較的多い場合には、発光ダイオードの発光色は白
色となる。 尚、上記実施例では、シリコンの原料にシランを用い
たがテトラエチルシラン（（C2H5）4Si:TBSi）を用いて
も良い。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図、第２図はその発光ダイオード
を製造する装置を示した構成図、第３図乃至第６図はそ
の装置で使用されたライナー管の断面図、第７図はその
ライナー管の平面図、第８図乃至第13図は発光ダイオー
ドの製造工程を示した断面図、第14図はその発光ダイオ
ードのｉ層のエレクトロルミネッセンスによる測定結果
を示した測定図、第15図はｉ層のSIMSによる分析結果を
示した測定図である。 10……発光ダイオード、１……サファイア基板 ２……バッファ層、３……高キャリア濃度ｎ層 ４……低キャリア濃度ｎ層、５……ｉ層 7,8……電極
ドの構成を示した構成図、第２図はその発光ダイオード
を製造する装置を示した構成図、第３図乃至第６図はそ
の装置で使用されたライナー管の断面図、第７図はその
ライナー管の平面図、第８図乃至第13図は発光ダイオー
ドの製造工程を示した断面図、第14図はその発光ダイオ
ードのｉ層のエレクトロルミネッセンスによる測定結果
を示した測定図、第15図はｉ層のSIMSによる分析結果を
示した測定図である。 10……発光ダイオード、１……サファイア基板 ２……バッファ層、３……高キャリア濃度ｎ層 ４……低キャリア濃度ｎ層、５……ｉ層 7,8……電極
フロントページの続き (72)発明者 馬淵 彰 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−188937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−60076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−77592（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−21984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−12381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−87184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−134288（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（AlxG
a1-xN;X＝０を含む）からなるｎ層と、ｉ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体（AlxGa1-xN;X＝０を含む）からな
るｉ層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、 前記ｉ層のドーピング元素は、亜鉛（Zn）とシリコン
（Si）から成り、シリコンのドーピング密度の亜鉛のド
ーピング密度に対する割合は、1/100〜1/200であること
を特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11419290A JP3184202B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP11419290A JP3184202B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410666A JPH0410666A (ja) | 1992-01-14 |
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ID=14631507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11419290A Expired - Lifetime JP3184202B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
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| JP (1) | JP3184202B2 (ja) |
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| US9004705B2 (en) | 2011-04-13 | 2015-04-14 | Intematix Corporation | LED-based light sources for light emitting devices and lighting arrangements with photoluminescence wavelength conversion |
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-
1990
- 1990-04-27 JP JP11419290A patent/JP3184202B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH0410666A (ja) | 1992-01-14 |
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