JPH07263748A - ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH07263748A JPH07263748A JP7651394A JP7651394A JPH07263748A JP H07263748 A JPH07263748 A JP H07263748A JP 7651394 A JP7651394 A JP 7651394A JP 7651394 A JP7651394 A JP 7651394A JP H07263748 A JPH07263748 A JP H07263748A
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- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発光強度の向上及び製造方法の容易化
【構成】サファイア基板１上に500 ÅのAlN のバッファ
層２が形成され、その上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、
電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N か
ら成る高キャリア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛
及びマグネシウムドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から
成る発光層５、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウムドープの
(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るｉ層６が形成されてい
る。そして、発光層５の一部はｐ型領域５０を有し、ｉ
層６の一部はｐ型領域６０を有している。ｐ型領域５０
及びｐ型領域６０はホール濃度2 ×1017/cm3でｐ伝導型
を示し、ｐ型領域５０、６０を除く、発光層５とｉ層６
は半絶縁性である。
層２が形成され、その上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、
電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N か
ら成る高キャリア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛
及びマグネシウムドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から
成る発光層５、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウムドープの
(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るｉ層６が形成されてい
る。そして、発光層５の一部はｐ型領域５０を有し、ｉ
層６の一部はｐ型領域６０を有している。ｐ型領域５０
及びｐ型領域６０はホール濃度2 ×1017/cm3でｐ伝導型
を示し、ｐ型領域５０、６０を除く、発光層５とｉ層６
は半絶縁性である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
た発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN 化
合物半導体のｐｎ接合を用いたものが知られている。そ
の化合物半導体は直接遷移型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。
合物半導体のｐｎ接合を用いたものが知られている。そ
の化合物半導体は直接遷移型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。
【０００３】上記の発光素子では、ｐ層は、GaN にマグ
ネシウム(Mg)をドープした後、電子線を照射することで
形成している。
ネシウム(Mg)をドープした後、電子線を照射することで
形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の発光素
子は、ｐｎ接合を用いているため、同一面側から２つの
電極を形成するには、電極を分離するための溝をｐ層に
形成する必要があった。このため、この溝を形成する工
程が必要となり、しかも、この工程は、ＲＩＥ（リアク
ティブイオンエッチング）によるため、ｐｎ接合面がＲ
ＩＥ工程によりダメージを受ける。このダメージは、ｐ
ｎ接合面に流される順方向電流において、非発光再結合
電流となり、発光ダイオードの発光効率を著しく損なう
原因となっている。
子は、ｐｎ接合を用いているため、同一面側から２つの
電極を形成するには、電極を分離するための溝をｐ層に
形成する必要があった。このため、この溝を形成する工
程が必要となり、しかも、この工程は、ＲＩＥ（リアク
ティブイオンエッチング）によるため、ｐｎ接合面がＲ
ＩＥ工程によりダメージを受ける。このダメージは、ｐ
ｎ接合面に流される順方向電流において、非発光再結合
電流となり、発光ダイオードの発光効率を著しく損なう
原因となっている。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体を用い
た発光素子の発光強度を向上させることである。
れたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体を用い
た発光素子の発光強度を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、半絶縁性の
ｉ層とを有する発光素子において、ｉ層の表面において
形成され、ｐ型化する領域を除く部分が覆われた絶縁膜
を有し、ｉ層は、絶縁膜の覆われた状態で、窒素雰囲気
中で加熱処理されることで、部分的にｐ型化されたｐ型
領域を有することを特徴とする。
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、半絶縁性の
ｉ層とを有する発光素子において、ｉ層の表面において
形成され、ｐ型化する領域を除く部分が覆われた絶縁膜
を有し、ｉ層は、絶縁膜の覆われた状態で、窒素雰囲気
中で加熱処理されることで、部分的にｐ型化されたｐ型
領域を有することを特徴とする。
【０００７】請求項２に記載の発明は、３族窒化物半導
体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、
ｎ伝導型を示すｎ層と、半絶縁性のｉ層とを示すｉ層と
を有する発光素子の製造方法において、ｉ層の表面にｐ
型化する領域を除く部分に絶縁膜を形成し、絶縁膜の覆
われた状態で、窒素雰囲気中で加熱処理することで、ｉ
層を部分的にｐ型化することを特徴とする発光素子の製
造方法である。
体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、
ｎ伝導型を示すｎ層と、半絶縁性のｉ層とを示すｉ層と
を有する発光素子の製造方法において、ｉ層の表面にｐ
型化する領域を除く部分に絶縁膜を形成し、絶縁膜の覆
われた状態で、窒素雰囲気中で加熱処理することで、ｉ
層を部分的にｐ型化することを特徴とする発光素子の製
造方法である。
【０００８】請求項３に記載の発明は、ｉ層は部分的に
共にｐ型化されるｐ型領域を有する２層構造であり、ｎ
層に接合する層に、発光センタを有する発光領域を有す
ることを特徴とする。
共にｐ型化されるｐ型領域を有する２層構造であり、ｎ
層に接合する層に、発光センタを有する発光領域を有す
ることを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載の発明は、発光領域の形成
される発光層はマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とが添加さ
れており、発光層の上のｉ層はマグネシウム(Mg)が添加
されていることを特徴とする。
される発光層はマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とが添加さ
れており、発光層の上のｉ層はマグネシウム(Mg)が添加
されていることを特徴とする。
【００１０】請求項５に記載の発明は、発光領域の形成
される発光層はシリコン(Si)と亜鉛(Zn)、又は、シリコ
ン(Si)とカドミニウム(Cd)、又は、シリコン(Si)とマグ
ネシウム(Mg)とが添加されていることを特徴とする。
される発光層はシリコン(Si)と亜鉛(Zn)、又は、シリコ
ン(Si)とカドミニウム(Cd)、又は、シリコン(Si)とマグ
ネシウム(Mg)とが添加されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用及び効果】ｉ層に部分的にｐ型化された領
域を形成するのに、その領域を除いて表面層に絶縁膜を
形成して、その後に、窒素雰囲気中で加熱処理すること
で、ｉ層にｐ型領域を形成するようにしている。従っ
て、このｐ型領域の周辺はｉ層で囲まれているので、ｐ
型領域はｎ層のための電極と絶縁分離されている。よっ
て、従来の発光ダイオードの構造のように、ｐ層とｎ層
のための電極とを分離する溝をｐ層に形成する必要がな
いために、発光面にはダメージが発生しない。この結
果、発光輝度が向上する。又、溝を形成する工程が必要
でないため製造方法が容易となる。
域を形成するのに、その領域を除いて表面層に絶縁膜を
形成して、その後に、窒素雰囲気中で加熱処理すること
で、ｉ層にｐ型領域を形成するようにしている。従っ
て、このｐ型領域の周辺はｉ層で囲まれているので、ｐ
型領域はｎ層のための電極と絶縁分離されている。よっ
て、従来の発光ダイオードの構造のように、ｐ層とｎ層
のための電極とを分離する溝をｐ層に形成する必要がな
いために、発光面にはダメージが発生しない。この結
果、発光輝度が向上する。又、溝を形成する工程が必要
でないため製造方法が容易となる。
【００１２】
【実施例】第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層
３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及びマグネシウムド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る発光層５、膜厚
約0.5 μｍ、マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N から成るｉ層６が形成されている。そして、発光
層５の一部はｐ型領域５０を有し、ｉ層６の一部はｐ型
領域６０を有している。ｐ型領域５０及びｐ型領域６０
はホール濃度2 ×1017/cm3でｐ伝導型を示し、ｐ型領域
５０、６０を除く、発光層５とｉ層６は半絶縁性であ
る。特許請求の範囲のｉ層は、この発光層５とｉ層６の
２層が対応する。
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層
３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、亜鉛及びマグネシウムド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る発光層５、膜厚
約0.5 μｍ、マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N から成るｉ層６が形成されている。そして、発光
層５の一部はｐ型領域５０を有し、ｉ層６の一部はｐ型
領域６０を有している。ｐ型領域５０及びｐ型領域６０
はホール濃度2 ×1017/cm3でｐ伝導型を示し、ｐ型領域
５０、６０を除く、発光層５とｉ層６は半絶縁性であ
る。特許請求の範囲のｉ層は、この発光層５とｉ層６の
２層が対応する。
【００１３】又、ｉ層６の上には、ｐ型領域６０を除い
て、Si3N4 から成る絶縁膜２１が形成されている。さら
に、ｐ型化領域６０に接続するニッケルで形成された電
極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形
成された電極８が形成されている。
て、Si3N4 から成る絶縁膜２１が形成されている。さら
に、ｐ型化領域６０に接続するニッケルで形成された電
極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形
成された電極８が形成されている。
【００１４】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。
【００１５】用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2
又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」
と記す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下
「TMA」と記す) とトリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す) と、ジエチル亜鉛((C2H5)2Zn)
(以下、「DEZ 」と記す) とシラン(SiH4)とシクロペン
タジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と
記す）である。
又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」
と記す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下
「TMA」と記す) とトリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す) と、ジエチル亜鉛((C2H5)2Zn)
(以下、「DEZ 」と記す) とシラン(SiH4)とシクロペン
タジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と
記す）である。
【００１６】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１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１７】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
【００１８】以下、亜鉛(Zn)を発光中心として発光ピー
ク波長を500nm に設定した場合の発光層５（アクティブ
層）及び高キャリア濃度ｎ+ 層４（クラッド層）、ｉ層
６（クラッド層）の組成比及び結晶成長条件の実施例を
記す。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、続
いて、サファイア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2を
20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10
-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)0.94
In0.06N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
ク波長を500nm に設定した場合の発光層５（アクティブ
層）及び高キャリア濃度ｎ+ 層４（クラッド層）、ｉ層
６（クラッド層）の組成比及び結晶成長条件の実施例を
記す。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、続
いて、サファイア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2を
20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4
モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10
-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)0.94
In0.06N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１９】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル／分、DEZ を2 ×
10-4モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシ
ウム(Mg)と亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。発光層５は未だ
この状態で抵抗率108Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層５におけるマグネシウム(Mg)の濃度は、2×1019/cm
3であり、亜鉛(Zn)の濃度は、5 ×1018/cm3である。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル／分、DEZ を2 ×
10-4モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシ
ウム(Mg)と亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層５を形成した。発光層５は未だ
この状態で抵抗率108Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層５におけるマグネシウム(Mg)の濃度は、2×1019/cm
3であり、亜鉛(Zn)の濃度は、5 ×1018/cm3である。
【００２０】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-6モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｉ層６を形成した。ｉ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｉ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
この様にして図２に示す多層構造が得られた。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-6モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｉ層６を形成した。ｉ層６のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
ｉ層６は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
この様にして図２に示す多層構造が得られた。
【００２１】次に、ｉ層６の上に、スパッタリングによ
りSi3N4 から成る絶縁膜２１を2000Åの厚さに形成し
た。次に、そのSi3N4 から成る絶縁膜２１上にフォトレ
ジスト２２を塗布した。そして、図３に示すように、フ
ォトリソグラフにより、ｐ型領域６０及び５０を形成す
る部分Ｂのホトレジストを除去した。
りSi3N4 から成る絶縁膜２１を2000Åの厚さに形成し
た。次に、そのSi3N4 から成る絶縁膜２１上にフォトレ
ジスト２２を塗布した。そして、図３に示すように、フ
ォトリソグラフにより、ｐ型領域６０及び５０を形成す
る部分Ｂのホトレジストを除去した。
【００２２】次に、図４に示すように、フォトレジスト
２２によって覆われていないSi3N4から成る絶縁膜２１
をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。そして、残
ったフォトレジスト２２を除去した。このようにして、
ｐ型領域６０及び５０以外のｉ層６の上面を覆ったSi3N
4 から成る絶縁膜２１が形成された。
２２によって覆われていないSi3N4から成る絶縁膜２１
をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。そして、残
ったフォトレジスト２２を除去した。このようにして、
ｐ型領域６０及び５０以外のｉ層６の上面を覆ったSi3N
4 から成る絶縁膜２１が形成された。
【００２３】次に、この状態で、窒素ガス雰囲気中にお
いて、６００〜９００℃で５分〜３０分熱処理した。こ
の結果、Si3N4 から成る絶縁膜２１で覆われていないマ
グネシウムの添加された層の一部、即ち、ｉ層６と発光
層５の一部がｐ型領域６０と５０に変化した。このｐ型
化はマグネシウムと結合した水素が結晶外に放出される
ために生じると思われる。この処理により、ｐ型領域６
０と５０は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmの
ｐ伝導型半導体となり、残りの発光層５とｉ層６は依然
として半絶縁性であった。
いて、６００〜９００℃で５分〜３０分熱処理した。こ
の結果、Si3N4 から成る絶縁膜２１で覆われていないマ
グネシウムの添加された層の一部、即ち、ｉ層６と発光
層５の一部がｐ型領域６０と５０に変化した。このｐ型
化はマグネシウムと結合した水素が結晶外に放出される
ために生じると思われる。この処理により、ｐ型領域６
０と５０は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmの
ｐ伝導型半導体となり、残りの発光層５とｉ層６は依然
として半絶縁性であった。
【００２４】次に、図５に示すように、ｉ層６及び絶縁
膜２１の表面に、スパッタリングによりSiO2層１１を20
00Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォ
トレジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフ
により、ｉ層６上において、高キャリア濃度ｎ+ 層４に
至るように形成される孔１５に対応する電極形成部位Ａ
のフォトレジストを除去した。
膜２１の表面に、スパッタリングによりSiO2層１１を20
00Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォ
トレジスト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフ
により、ｉ層６上において、高キャリア濃度ｎ+ 層４に
至るように形成される孔１５に対応する電極形成部位Ａ
のフォトレジストを除去した。
【００２５】次に、図６に示すように、フォトレジスト
１２によって覆われていないSiO2層１１と絶縁膜２１と
をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。次に、図７
に示すように、フォトレジスト１２及びSiO2層１１によ
って覆われていない部位のｉ層６とその下の発光層５、
高キャリア濃度ｎ+ 層４を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しの
ための孔１５が形成された。
１２によって覆われていないSiO2層１１と絶縁膜２１と
をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。次に、図７
に示すように、フォトレジスト１２及びSiO2層１１によ
って覆われていない部位のｉ層６とその下の発光層５、
高キャリア濃度ｎ+ 層４を、真空度0.04Torr、高周波電
力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドラ
イエッチングした後、Arでドライエッチングした。この
工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しの
ための孔１５が形成された。
【００２６】次に、図８に示すように、ｉ層６上に残っ
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図
９に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着によ
り形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度
ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図９に示すように、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４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１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
型領域６０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。
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図
９に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着によ
り形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度
ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。
そして、図９に示すように、そのNi層１３の上にフォト
レジスト１４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１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４及びｐ
型領域６０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。
【００２７】次に、そのフォトレジスト１４をマスクと
して下層のNi層１３の露出部を硝酸系エッチング液でエ
ッチングした。次に、フォトレジスト１４をアセトンで
除去し、高キャリア濃度ｎ+ 層４の電極８、ｐ型領域６
０の電極７が残された。その後、上記の如く処理された
ウエハは、各素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の
窒化ガリウム系発光素子を得た。
して下層のNi層１３の露出部を硝酸系エッチング液でエ
ッチングした。次に、フォトレジスト１４をアセトンで
除去し、高キャリア濃度ｎ+ 層４の電極８、ｐ型領域６
０の電極７が残された。その後、上記の如く処理された
ウエハは、各素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の
窒化ガリウム系発光素子を得た。
【００２８】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長420nm、発光強度100mcdで
あった。
電流20mAで、発光ピーク波長420nm、発光強度100mcdで
あった。
【００２９】又、上記の発光層５のマグネシウム(Mg)と
亜鉛(Zn)の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20
の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
亜鉛(Zn)の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20
の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
【００３０】第２実施例 第２実施例の発光ダイオード１０の構造を図１０に示
す。この発光ダイオード１０では、発光層５がマグネシ
ウム(Mg)のドープされた薄膜５１と亜鉛(Zn)のドープさ
れた薄膜５２とが繰り返された多重薄膜構造をしてい
る。薄膜５１と薄膜５２の膜厚は０．０５μｍである。
す。この発光ダイオード１０では、発光層５がマグネシ
ウム(Mg)のドープされた薄膜５１と亜鉛(Zn)のドープさ
れた薄膜５２とが繰り返された多重薄膜構造をしてい
る。薄膜５１と薄膜５２の膜厚は０．０５μｍである。
【００３１】高キャリア濃度ｎ+ ４の上に形成される発
光層５は次のようにして製造される。温度を1150℃に保
持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を
1.53×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI
を0.02×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル／
分導入して、膜厚約0.05μｍのマグネシウム(Mg)のドー
プされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る薄膜５１
を形成した。
光層５は次のようにして製造される。温度を1150℃に保
持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を
1.53×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI
を0.02×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル／
分導入して、膜厚約0.05μｍのマグネシウム(Mg)のドー
プされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る薄膜５１
を形成した。
【００３２】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、及び、DEZ を3 ×10-4モル／分導入し、膜厚約
0.05μｍの亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る薄膜５２を形成した。
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、及び、DEZ を3 ×10-4モル／分導入し、膜厚約
0.05μｍの亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る薄膜５２を形成した。
【００３３】この繰り返しにより、薄膜５１と薄膜５２
とを１組として３組、計６層に薄膜多重層を形成した。
そして、多重層の最も上の薄膜５２の上に、第１実施例
と同様にｐ層６を形成した。そして、ｐ層６と発光層５
に第１実施例と同一条件で電子線を照射させて、層５、
層６をｐ伝導型にした。その後の製造方法は第１実施例
と同一である。
とを１組として３組、計６層に薄膜多重層を形成した。
そして、多重層の最も上の薄膜５２の上に、第１実施例
と同様にｐ層６を形成した。そして、ｐ層６と発光層５
に第１実施例と同一条件で電子線を照射させて、層５、
層６をｐ伝導型にした。その後の製造方法は第１実施例
と同一である。
【００３４】第３実施例 図１１は、第３実施例にかかる発光ダイオード１０の構
成を示した図である。この発光ダイオード１０は、高キ
ャリア濃度ｎ+ 層４と発光層５がGaN で形成されてい
る。高キャリア濃度ｎ+ 層４は、シリコン(Si)がドープ
されており、電子濃度2 ×1018/cm3、厚さ2.2 μm であ
る。発光層５は、マグネシウム(Mg)の濃度が2 ×1019/c
m3であり、亜鉛(Zn)の濃度が5 ×1018/cm3である。この
発光層５の一部は第１実施例と同一条件にて窒素雰囲気
中で加熱処理することでｐ型伝導を示すｐ型領域５０と
なる。
成を示した図である。この発光ダイオード１０は、高キ
ャリア濃度ｎ+ 層４と発光層５がGaN で形成されてい
る。高キャリア濃度ｎ+ 層４は、シリコン(Si)がドープ
されており、電子濃度2 ×1018/cm3、厚さ2.2 μm であ
る。発光層５は、マグネシウム(Mg)の濃度が2 ×1019/c
m3であり、亜鉛(Zn)の濃度が5 ×1018/cm3である。この
発光層５の一部は第１実施例と同一条件にて窒素雰囲気
中で加熱処理することでｐ型伝導を示すｐ型領域５０と
なる。
【００３５】第４実施例 図１２は、第４実施例にかかる発光ダイオード１０の構
造を示した図である。本実施例では、発光層５は、カド
ミニウム(Cd)及びシリコン(Si)がドープされている。ｉ
層６はマグネシウムがドープされている。この発光層５
におけるカドミニウム(Cd)の濃度は、2 ×1018/cm3であ
り、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018/cm3である。
造を示した図である。本実施例では、発光層５は、カド
ミニウム(Cd)及びシリコン(Si)がドープされている。ｉ
層６はマグネシウムがドープされている。この発光層５
におけるカドミニウム(Cd)の濃度は、2 ×1018/cm3であ
り、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018/cm3である。
【００３６】以下、第１実施例と同様な製造工程で製造
される。但し、本実施例では、発光層５はマグネシウム
が添加されていないので、半絶縁性のままであり、ｉ層
６にのみｐ型領域６０が形成される。
される。但し、本実施例では、発光層５はマグネシウム
が添加されていないので、半絶縁性のままであり、ｉ層
６にのみｐ型領域６０が形成される。
【００３７】又、発光層５は、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)
を添加しても良い。亜鉛(Zn)の濃度は、5 ×1018/cm3で
あり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018/cm3である。
を添加しても良い。亜鉛(Zn)の濃度は、5 ×1018/cm3で
あり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018/cm3である。
【００３８】上記の第１、第２及び第４実施例では、発
光層５のバンドギャップが両側に存在するｉ層６と高キ
ャリア濃度ｎ+ 層４のバンドギャップよりも小さくなる
ようなダブルヘテロ接合に形成されている。又、これら
の３つの層のAl、Ga、In、Nの成分比は、GaN の高キャ
リア濃度ｎ+ 層３の格子定数に一致するように選択され
ている。
光層５のバンドギャップが両側に存在するｉ層６と高キ
ャリア濃度ｎ+ 層４のバンドギャップよりも小さくなる
ようなダブルヘテロ接合に形成されている。又、これら
の３つの層のAl、Ga、In、Nの成分比は、GaN の高キャ
リア濃度ｎ+ 層３の格子定数に一致するように選択され
ている。
【００３９】又、上記の第１、第２、第４実施例ではダ
ブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ接合構
造であっても良い。
ブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ接合構
造であっても良い。
【００４０】又、上記の第１、第２、第４の実施例にお
いて、発光ピーク波長を４２０ｎｍとする場合には、高
キャリア濃度ｎ+ 層４及びｉ層６をAl0.36Ga0.56In0.08
N 、発光層５をAl0.36Ga0.56In0.08N とする。又、発光
ピーク波長を５２０ｎｍとする場合には、高キャリア濃
度ｎ+ 層４及びｉ層６をAl0.004Ga0.091In0.905N、発光
層５をAl0.36Ga0.56In0.08N とする。
いて、発光ピーク波長を４２０ｎｍとする場合には、高
キャリア濃度ｎ+ 層４及びｉ層６をAl0.36Ga0.56In0.08
N 、発光層５をAl0.36Ga0.56In0.08N とする。又、発光
ピーク波長を５２０ｎｍとする場合には、高キャリア濃
度ｎ+ 層４及びｉ層６をAl0.004Ga0.091In0.905N、発光
層５をAl0.36Ga0.56In0.08N とする。
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
ードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図８】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図９】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図１０】第２実施例の発光ダイオードの構成を示した
構成図。
構成図。
【図１１】第３実施例の発光ダイオードの構成を示した
構成図。
構成図。
【図１２】第４実施例の発光ダイオードの構成を示した
構成図。
構成図。
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…高キャリア濃度ｎ+ 層 ５…発光層（ｉ層） ６…ｉ層 ７，８…電極 １０…発光ダイオード ２１…絶縁膜 ５０，６０…ｐ型領域
Claims (5)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
半絶縁性のｉ層とを有する発光素子において、 前記ｉ層の表面において形成され、ｐ型化する領域を除
く部分が覆われた絶縁膜を有し、 前記ｉ層は、前記絶縁膜の覆われた状態で、窒素雰囲気
中で加熱処理されることで、部分的にｐ型化されたｐ型
領域を有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、ｎ伝導型を示すｎ層と、
半絶縁性のｉ層とを示すｉ層とを有する発光素子の製造
方法において、 前記ｉ層の表面にｐ型化する領域を除く部分に絶縁膜を
形成し、 前記絶縁膜の覆われた状態で、窒素雰囲気中で加熱処理
することで、ｉ層を部分的にｐ型化することを特徴とす
る発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記ｉ層は部分的に共にｐ型化されるｐ
型領域を有する２層構造であり、前記ｎ層に接合する層
に、発光センタを有する発光領域を有する請求項１に記
載の発光素子。 - 【請求項４】 前記発光領域の形成される発光層はマグ
ネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とが添加されており、前記発光
層の上のｉ層はマグネシウム(Mg)が添加されていること
を特徴とする請求項３に記載の発光素子。 - 【請求項５】 前記発光領域の形成される発光層はシリ
コン(Si)と亜鉛(Zn)、又は、シリコン(Si)とカドミニウ
ム(Cd)、又は、シリコン(Si)とマグネシウム(Mg)とが添
加されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7651394A JPH07263748A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US08/406,415 US5700713A (en) | 1994-03-22 | 1995-03-20 | Light emitting semiconductor device using group III nitride compound and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7651394A JPH07263748A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263748A true JPH07263748A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13607358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7651394A Pending JPH07263748A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5700713A (ja) |
| JP (1) | JPH07263748A (ja) |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5700713A (en) | 1997-12-23 |
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