JPH0410666A - 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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- JPH0410666A JPH0410666A JP2114192A JP11419290A JPH0410666A JP H0410666 A JPH0410666 A JP H0410666A JP 2114192 A JP2114192 A JP 2114192A JP 11419290 A JP11419290 A JP 11419290A JP H0410666 A JPH0410666 A JP H0410666A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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。
素子に関する。
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１
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６３−１８８９７７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１
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６３−１８８９７７号公報）。
【発明が解決しようとする課題１
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チツ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チツプで白色発光を得ることである。 【課題を解決するための手段】 本発明は、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｊ！
ｘＧａ Ｉ−ｘＮ ：Ｘ＝Ｏ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−ｘ
Ｎ；ｘ＝０を含む）からなる１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層のドーピング元素は、亜鉛（Ｚｎ）とシリコン（Ｓ
ｌ）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。
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チツ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チツプで白色発光を得ることである。 【課題を解決するための手段】 本発明は、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｊ！
ｘＧａ Ｉ−ｘＮ ：Ｘ＝Ｏ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−ｘ
Ｎ；ｘ＝０を含む）からなる１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層のドーピング元素は、亜鉛（Ｚｎ）とシリコン（Ｓ
ｌ）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４６．４７とナツト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０リング４０でシールされてフランジ２７に螺子線
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１・８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軸止方向）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、サセプタ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（
Ｘ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
、Ｘ軸方向の長さは１゜２ｃｍである。 ライナー管１２の下流側には、サセプタ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軸止方向に傾
斜している。そのサセプタ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１７二ホールド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ｒＴＭＧＪと
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥＺ」と記す）の供給系統りとシラン（ＳｉＨ２）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■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Ａ ＩＩ ＸＧ ａ 、−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２
８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Ａ ｊ２ ｘＧ ａ Ｉ−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Ａ （ｌ ｘＧ ａ ＋−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５
１に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長する
Ａ １２ ＸＧ ａ 、−ＸＮにドーピングされて、ｉ
型のＡ Ｉ ＸＧ ａ 、−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ｌｘ １Ｏ−５Ｔｏｒ
ｒに減圧した後、Ｈ２を２Ｉ２／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１１００℃でサファイア基板５
１を気相エツチングした。 次に温度を４００℃まで低下させて、第１ガス管２８か
らＨ２を１０β／分、１５℃のＴＭＡ中をバブリングし
たＨ２を５０ｍＡ！／分、第２ガス管２９からＨ２を１
１分、Ｎ Ｈａを１０１／分で２分間供給した。この成
長工程で、ＡＩＮのバッファ層５２が約５００への厚さ
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１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバ
ブリングしたＨ２を２００ｍｌ１Ｚ分、Ｈ２でｌｐｐｍ
に希釈したシラン（ＳｉＨ２）を２００ ｍ１１！／分
、第２ガス管２９からＨ２を１０１／分、ＮＨ３を１０
１／分で１５分間供給して、膜厚的２．５ＪＪｍ、キャ
リア濃度２Ｘ１０１８／ ｃｘｄのＧａＮから成る高キ
ヤリア濃度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、Ｈ
２を２０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングした
Ｈ２を１０Ｏｎ＋ｊ！／分、ＮＨ３を１０１／分の割合
で２０分間供給し、膜厚的１．５犀、キャリア濃度ｌＸ
ｌ０１６／ｃｎｌのＧａＮから成る低キヤリア濃度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１ｏｌｌ１分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングした
Ｈ２を１００ｍｊｌ！ ７分、５℃のＤＥＺ中をバブリ
ングしたＨ ２５００ｍ Ｉｌ ７分、Ｈ２でｉｐｐｍ
に希釈したシラン（Ｓｉｆｔ−）を１００ｒｎ１．７分
、ＮＨ３を１０１／分の割合で１分間供給して、膜厚７
５〇へのＧａＮから。 成る１層５５を形成した。この時、１層５５における亜
鉛の密度はＩ Ｘ １０２０／ ｃｎ！で、シリコンの
密度はＩＸ １０”／ ｃｒ／！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、１層５５の上に、スパッタ
リングによりＳｉＯ□層６１を２０００への厚さに形成
した。次に、その５層０２層６１上にフォトレジスト６
２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を高キヤリア濃度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ＳｉＯ□層６１をフッ化水素酸系エ
ツ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
５層０２層６１によって覆われていない部位の１層５５
とその下の低キヤリア濃度ｎ層５４と高キヤリア濃度ｎ
層５３の上面一部を、真空度０゜０４Ｔｏｒｒ、高周波
電力０．４４Ｗ／ｃｎｔ 、流速１０ｃｃ／分のＣＣ６
２Ｆ２ガスでエツチングした後、Ａｒでドライエツチン
グした。 次に、第１２図に示すように、１層５５上に残っている
５層０２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、ＡＩ層
６３を蒸着により形成した。そして、そのＡＩ層６３の
上にフォトレジスト６４を塗布して、フォトリングラフ
により、そのフォトレジスト６４が高キヤリア濃度ｎ層
５３及び１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ＡＩ層６３の露出部を硝酸系エツチ
ング液でエツチングし、フォトレジスト６４をアセトン
で除去し、高キヤリア濃度ｎ層５３の電極８．１層５５
の電極７を形成した。 このようにして、第１図に示す旧Ｓ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｒ−３ｅｍ １ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、Ｏ，１ｍｃｄであった。 又、この１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）２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、１層５５をＳＩＭＳより分析した。その結果を第
１５図に示す。１層５５における亜鉛とシリコンの分布
が理解される。 又、１層５５におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１
ｘｌＱ２ｉ１／ ｃｏｔに対して、１／１００〜１／２
００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、１層５５における亜鉛密度を５×１ＯＩ９／ｃｌＴ
１〜３Ｘ１０”／ｃｎ！とじ、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。１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、１層５５における亜鉛密度を２Ｘ１０２０／ｒ＋＋
ｔシリコン密度を２ Ｘｌ０Ｉ６／ｃｕｔ 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１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ＢＬ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強度は浪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、１層５５における亜鉛密度を５Ｘ１０”／ｃｎｌ〜
３Ｘ１０”／ｃｎ？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１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Ｉ Ｘ １０”／ ｃｄ
止し、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１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４８
０ｎｍ （青色）のＥｌ、強度は遥かに大きく、波長５
５０ｎｍ （緑色）のＥＬ強度は同じ位に現れ、逆に、
波長７００ｒ＋ｎ＋ （赤色）のＥＬ強度は痕かに小さ
くなっている。これらの発光ダイオードの人間によって
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）１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）１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１／２０
０〜１／１０００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）１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１／１０
０〜１／２００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（（Ｃ２１（５） ４Ｓ＋ ：Ｔ
ＥＳ＋）を用いても良い。
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４６．４７とナツト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０リング４０でシールされてフランジ２７に螺子線
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１・８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軸止方向）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、サセプタ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（
Ｘ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
、Ｘ軸方向の長さは１゜２ｃｍである。 ライナー管１２の下流側には、サセプタ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軸止方向に傾
斜している。そのサセプタ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１７二ホールド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ｒＴＭＧＪと
記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下ｒ
ＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下ｒ
ＤＥＺ」と記す）の供給系統りとシラン（ＳｉＨ２）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■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Ａ ＩＩ ＸＧ ａ 、−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２
８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Ａ ｊ２ ｘＧ ａ Ｉ−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Ａ （ｌ ｘＧ ａ ＋−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５
１に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長する
Ａ １２ ＸＧ ａ 、−ＸＮにドーピングされて、ｉ
型のＡ Ｉ ＸＧ ａ 、−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ｌｘ １Ｏ−５Ｔｏｒ
ｒに減圧した後、Ｈ２を２Ｉ２／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１１００℃でサファイア基板５
１を気相エツチングした。 次に温度を４００℃まで低下させて、第１ガス管２８か
らＨ２を１０β／分、１５℃のＴＭＡ中をバブリングし
たＨ２を５０ｍＡ！／分、第２ガス管２９からＨ２を１
１分、Ｎ Ｈａを１０１／分で２分間供給した。この成
長工程で、ＡＩＮのバッファ層５２が約５００への厚さ
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１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバ
ブリングしたＨ２を２００ｍｌ１Ｚ分、Ｈ２でｌｐｐｍ
に希釈したシラン（ＳｉＨ２）を２００ ｍ１１！／分
、第２ガス管２９からＨ２を１０１／分、ＮＨ３を１０
１／分で１５分間供給して、膜厚的２．５ＪＪｍ、キャ
リア濃度２Ｘ１０１８／ ｃｘｄのＧａＮから成る高キ
ヤリア濃度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、Ｈ
２を２０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングした
Ｈ２を１０Ｏｎ＋ｊ！／分、ＮＨ３を１０１／分の割合
で２０分間供給し、膜厚的１．５犀、キャリア濃度ｌＸ
ｌ０１６／ｃｎｌのＧａＮから成る低キヤリア濃度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１ｏｌｌ１分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングした
Ｈ２を１００ｍｊｌ！ ７分、５℃のＤＥＺ中をバブリ
ングしたＨ ２５００ｍ Ｉｌ ７分、Ｈ２でｉｐｐｍ
に希釈したシラン（Ｓｉｆｔ−）を１００ｒｎ１．７分
、ＮＨ３を１０１／分の割合で１分間供給して、膜厚７
５〇へのＧａＮから。 成る１層５５を形成した。この時、１層５５における亜
鉛の密度はＩ Ｘ １０２０／ ｃｎ！で、シリコンの
密度はＩＸ １０”／ ｃｒ／！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、１層５５の上に、スパッタ
リングによりＳｉＯ□層６１を２０００への厚さに形成
した。次に、その５層０２層６１上にフォトレジスト６
２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を高キヤリア濃度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ＳｉＯ□層６１をフッ化水素酸系エ
ツ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
５層０２層６１によって覆われていない部位の１層５５
とその下の低キヤリア濃度ｎ層５４と高キヤリア濃度ｎ
層５３の上面一部を、真空度０゜０４Ｔｏｒｒ、高周波
電力０．４４Ｗ／ｃｎｔ 、流速１０ｃｃ／分のＣＣ６
２Ｆ２ガスでエツチングした後、Ａｒでドライエツチン
グした。 次に、第１２図に示すように、１層５５上に残っている
５層０２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、ＡＩ層
６３を蒸着により形成した。そして、そのＡＩ層６３の
上にフォトレジスト６４を塗布して、フォトリングラフ
により、そのフォトレジスト６４が高キヤリア濃度ｎ層
５３及び１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ＡＩ層６３の露出部を硝酸系エツチ
ング液でエツチングし、フォトレジスト６４をアセトン
で除去し、高キヤリア濃度ｎ層５３の電極８．１層５５
の電極７を形成した。 このようにして、第１図に示す旧Ｓ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｒ−３ｅｍ １ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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、Ｏ，１ｍｃｄであった。 又、この１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）２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、１層５５をＳＩＭＳより分析した。その結果を第
１５図に示す。１層５５における亜鉛とシリコンの分布
が理解される。 又、１層５５におけるシリコンの密度を、亜鉛密度１
ｘｌＱ２ｉ１／ ｃｏｔに対して、１／１００〜１／２
００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、１層５５における亜鉛密度を５×１ＯＩ９／ｃｌＴ
１〜３Ｘ１０”／ｃｎ！とじ、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。１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、１層５５における亜鉛密度を２Ｘ１０２０／ｒ＋＋
ｔシリコン密度を２ Ｘｌ０Ｉ６／ｃｕｔ 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１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ＢＬ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強度は浪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、１層５５における亜鉛密度を５Ｘ１０”／ｃｎｌ〜
３Ｘ１０”／ｃｎ？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１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Ｉ Ｘ １０”／ ｃｄ
止し、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１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４８
０ｎｍ （青色）のＥｌ、強度は遥かに大きく、波長５
５０ｎｍ （緑色）のＥＬ強度は同じ位に現れ、逆に、
波長７００ｒ＋ｎ＋ （赤色）のＥＬ強度は痕かに小さ
くなっている。これらの発光ダイオードの人間によって
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）１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）１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１／２０
０〜１／１０００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）１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１／１０
０〜１／２００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（（Ｃ２１（５） ４Ｓ＋ ：Ｔ
ＥＳ＋）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−高キヤリア濃度ｎ層４−低キヤリア濃度
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−高キヤリア濃度ｎ層４−低キヤリア濃度
ｎ層 ５−ｉ層 ７．８゛電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ＿ＸＧａ＿
１＿−＿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（Ａｌ＿ＸＧａ＿１＿−＿
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、１／１００〜１／２０
０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 true JPH0410666A (ja) | 1992-01-14 |
| JP3184202B2 JP3184202B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3184202B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751013A (en) * | 1994-07-21 | 1998-05-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US5976412A (en) * | 1996-04-22 | 1999-11-02 | Futaba Denshi Kogyo K.K. | Fluorescent material |
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6265726B1 (en) | 1994-03-22 | 2001-07-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting aluminum gallium indium nitride compound semiconductor device having an improved luminous intensity |
| US7943945B2 (en) | 1996-03-26 | 2011-05-17 | Cree, Inc. | Solid state white light emitter and display using same |
| US9739444B2 (en) | 2007-03-05 | 2017-08-22 | Intematix Corporation | Light emitting diode (LED) based lighting systems |
| US10204888B2 (en) | 2011-04-13 | 2019-02-12 | Intematix Corporation | LED-based light sources for light emitting devices and lighting arrangements with photoluminescence wavelength conversion |
| US10234725B2 (en) | 2015-03-23 | 2019-03-19 | Intematix Corporation | Photoluminescence color display |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP11419290A patent/JP3184202B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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| US7332366B2 (en) | 1994-03-22 | 2008-02-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
| US7138286B2 (en) | 1994-03-22 | 2006-11-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound |
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| US8860058B2 (en) | 1996-03-26 | 2014-10-14 | Cree, Inc. | Solid state white light emitter and display using same |
| US8963182B2 (en) | 1996-03-26 | 2015-02-24 | Cree, Inc. | Solid state white light emitter and display using same |
| US9698313B2 (en) | 1996-03-26 | 2017-07-04 | Cree, Inc. | Solid state white light emitter and display using same |
| US5976412A (en) * | 1996-04-22 | 1999-11-02 | Futaba Denshi Kogyo K.K. | Fluorescent material |
| US9739444B2 (en) | 2007-03-05 | 2017-08-22 | Intematix Corporation | Light emitting diode (LED) based lighting systems |
| US10204888B2 (en) | 2011-04-13 | 2019-02-12 | Intematix Corporation | LED-based light sources for light emitting devices and lighting arrangements with photoluminescence wavelength conversion |
| US10234725B2 (en) | 2015-03-23 | 2019-03-19 | Intematix Corporation | Photoluminescence color display |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3184202B2 (ja) | 2001-07-09 |
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