JPH0936424A - 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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- JPH0936424A JPH0936424A JP21007695A JP21007695A JPH0936424A JP H0936424 A JPH0936424 A JP H0936424A JP 21007695 A JP21007695 A JP 21007695A JP 21007695 A JP21007695 A JP 21007695A JP H0936424 A JPH0936424 A JP H0936424A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】発光波長400nm より長い波長の光のスペクトル
のピーク波長の半値幅を狭くして、色純度を向上させる
こと。 【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、その上に順に、膜厚約2.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN の高キャリア濃
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-x2Nの高キャリア濃度ｎ+ 層
４、膜厚約0.5 μｍ、アンドープのGa1-x1Inx1N のｎ層
（発光層）５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/c
m3のマグネシウムドープの Alx2Ga1-x2N のｐ層６１、
ｐ型のコンタクト層６２と高キャリア濃度ｎ+ 層４と
に、それぞれ、接続するニッケルで形成された電極７と
電極８とが形成されている。発光層５は、高温，短時間
の熱処理が加えられている。
のピーク波長の半値幅を狭くして、色純度を向上させる
こと。 【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、その上に順に、膜厚約2.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN の高キャリア濃
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-x2Nの高キャリア濃度ｎ+ 層
４、膜厚約0.5 μｍ、アンドープのGa1-x1Inx1N のｎ層
（発光層）５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度2 ×1017/c
m3のマグネシウムドープの Alx2Ga1-x2N のｐ層６１、
ｐ型のコンタクト層６２と高キャリア濃度ｎ+ 層４と
に、それぞれ、接続するニッケルで形成された電極７と
電極８とが形成されている。発光層５は、高温，短時間
の熱処理が加えられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光の色純度を向上
させた３族窒化物半導体を用いた発光素子に関する。
させた３族窒化物半導体を用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、３族窒化物半導体発光素子として、
ZnとSiとを添加したIn1-XGaXN を発光層にしたダブルヘ
テロ構造のものが知られている。この発光素子は、４２
０〜５２０ｎｍの青色の発光が得られている。バンド間
遷移に基づくスペクトル半値幅の狭い、波長４００ｎｍ
以上の可視光の発光を得るには、発光層のInN のモル分
率を高くする必要がある。しかし、通常のＭＯＣＶＤ法
による気相成長では、InN のモル分率の増加に伴い結晶
品質は劣化し発光効率が低下した。
ZnとSiとを添加したIn1-XGaXN を発光層にしたダブルヘ
テロ構造のものが知られている。この発光素子は、４２
０〜５２０ｎｍの青色の発光が得られている。バンド間
遷移に基づくスペクトル半値幅の狭い、波長４００ｎｍ
以上の可視光の発光を得るには、発光層のInN のモル分
率を高くする必要がある。しかし、通常のＭＯＣＶＤ法
による気相成長では、InN のモル分率の増加に伴い結晶
品質は劣化し発光効率が低下した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】又、発光層に不純物を
添加し、不純物が関与して形成される発光準位を用いる
と、InN のモル分率が低い発光層の場合でも、４００ｎ
ｍ以上の波長を有した発光が得られため、その波長領域
の発光効率が高くできる。しかし、スペクトル半値幅は
広くなり、色純度は悪くなった。又、発光波長が駆動電
流の大きさにより変化するという問題もある。
添加し、不純物が関与して形成される発光準位を用いる
と、InN のモル分率が低い発光層の場合でも、４００ｎ
ｍ以上の波長を有した発光が得られため、その波長領域
の発光効率が高くできる。しかし、スペクトル半値幅は
広くなり、色純度は悪くなった。又、発光波長が駆動電
流の大きさにより変化するという問題もある。
【０００４】上記のダブルヘテロｐｎ接合型の発光ダイ
オードは、発光強度を向上させるために、発光層には発
光中心としてZnとSiがドープされている。しかし、これ
らの不純物添加により、発光スペクトルは左右非対称に
なり、発光半値幅は80nm以上と広くなる。結果として、
色純度が低下する。更に、電流量の増加と共に、発光ピ
ーク値が短波長側へシフトし、視感度が減少する。よっ
て、高い信頼性, 高性能, 高機能を必要とする医療用や
高精細表示用等の表示装置に用いることができない。
オードは、発光強度を向上させるために、発光層には発
光中心としてZnとSiがドープされている。しかし、これ
らの不純物添加により、発光スペクトルは左右非対称に
なり、発光半値幅は80nm以上と広くなる。結果として、
色純度が低下する。更に、電流量の増加と共に、発光ピ
ーク値が短波長側へシフトし、視感度が減少する。よっ
て、高い信頼性, 高性能, 高機能を必要とする医療用や
高精細表示用等の表示装置に用いることができない。
【０００５】よって、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、３族窒化物化合
物半導体を用いた発光素子の発光強度を向上させ、より
純青色に近いスペクトルを得ることである。
めに成されたものであり、その目的は、３族窒化物化合
物半導体を用いた発光素子の発光強度を向上させ、より
純青色に近いスペクトルを得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、発光
層に３族窒化物半導体を用いた発光素子において、発光
層は、不純物の添加されていない少なくともインジウム
と窒素を含む３族窒化物半導体から成り、発光層の変成
に必要な熱を短時間加える熱処理が施されたものである
ことを特徴とする。
層に３族窒化物半導体を用いた発光素子において、発光
層は、不純物の添加されていない少なくともインジウム
と窒素を含む３族窒化物半導体から成り、発光層の変成
に必要な熱を短時間加える熱処理が施されたものである
ことを特徴とする。
【０００７】又、請求項２の発明は、発光層に３族窒化
物半導体を用いた発光素子の製造方法において、発光層
として、不純物の添加されていない少なくともインジウ
ムと窒素を含む３族窒化物半導体から成る層を形成し、
その後、発光層の変成に必要な熱を短時間加える熱処理
を施こすことを特徴とする。
物半導体を用いた発光素子の製造方法において、発光層
として、不純物の添加されていない少なくともインジウ
ムと窒素を含む３族窒化物半導体から成る層を形成し、
その後、発光層の変成に必要な熱を短時間加える熱処理
を施こすことを特徴とする。
【０００８】さらに、請求項３、５の発明は、発光層
は、InX1Ga1-X1N から成る半導体層とInX2Ga1-X2N (X1
＞X2) から成る半導体層の２層以上の多重層で構成され
ていることを特徴とする。
は、InX1Ga1-X1N から成る半導体層とInX2Ga1-X2N (X1
＞X2) から成る半導体層の２層以上の多重層で構成され
ていることを特徴とする。
【０００９】さらに、請求項４、６の発明は、熱処理
は、８００℃〜１２００℃の範囲で、１秒〜５分間実施
されることを特徴とする。
は、８００℃〜１２００℃の範囲で、１秒〜５分間実施
されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用及び効果】上記のように、発光層には不純
物を添加せず、高温，短時間の熱処理を加えた。結果と
して、発光ピーク波長540nm の場合、半値幅は従来の10
0nm と比べ、約60nmと狭くなり、色純度が向上した。更
に、電流量が増加しても、ピーク波長には殆ど変化がな
かった。これは、発光層の多層構造が熱により何らかの
変成を受けた為と考えられる。
物を添加せず、高温，短時間の熱処理を加えた。結果と
して、発光ピーク波長540nm の場合、半値幅は従来の10
0nm と比べ、約60nmと狭くなり、色純度が向上した。更
に、電流量が増加しても、ピーク波長には殆ど変化がな
かった。これは、発光層の多層構造が熱により何らかの
変成を受けた為と考えられる。
【００１１】
【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1.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｎ層４、膜厚約0.05μ
ｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５、膜厚約1.0 μ
ｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグ
ネシウムがドープされたAl0.08Ga0.92N から成るｐ層６
１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネ
シウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN か
ら成るコンタクト層６２が形成されている。そして、コ
ンタクト層６２上にはその層６２に接合するNiから成る
電極７が形成されている。さらに、高キャリア濃度ｎ+
層３の表面の一部は露出しており、その露出部上にその
層３に接合するNiから成る電極８が形成されている。
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1.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｎ層４、膜厚約0.05μ
ｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５、膜厚約1.0 μ
ｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグ
ネシウムがドープされたAl0.08Ga0.92N から成るｐ層６
１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネ
シウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN か
ら成るコンタクト層６２が形成されている。そして、コ
ンタクト層６２上にはその層６２に接合するNiから成る
電極７が形成されている。さらに、高キャリア濃度ｎ+
層３の表面の一部は露出しており、その露出部上にその
層３に接合するNiから成る電極８が形成されている。
【００１２】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。用いられたガスは、NH
3 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、シラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）である。
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。用いられたガスは、NH
3 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、シラン
(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C
5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）である。
【００１３】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファ
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面を主面とする厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファ
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。
【００１４】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、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを200ml/分で３０分供給して、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、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを200ml/分で３０分供給して、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。
【００１５】次に、サファイア基板１の温度を1100℃に
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル
／分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシラン
を10×10-9mol/分で、60分供給して、膜厚約1 μｍ、濃
度1 ×1018/cm3のシリコンドープのAl0.08Ga0.92N から
成るｎ層４を形成した。
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル
／分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシラン
を10×10-9mol/分で、60分供給して、膜厚約1 μｍ、濃
度1 ×1018/cm3のシリコンドープのAl0.08Ga0.92N から
成るｎ層４を形成した。
【００１６】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で、6 分
間供給して0.05μｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５
を形成した。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で、6 分
間供給して0.05μｍのIn0.08Ga0.92N から成る発光層５
を形成した。
【００１７】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
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、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ層
６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1×1
020/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
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、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.08Ga0.92N から成るｐ層
６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1×1
020/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１８】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドー
プのGaN から成るコンタクト層６２を形成した。コンタ
クト層６２のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドー
プのGaN から成るコンタクト層６２を形成した。コンタ
クト層６２のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１９】このようにして、図２に示す断面構造のウ
エハが得られた。次に、このウエハを、４５０℃で４５
分間、熱処理した。この熱処理により、コンタクト層６
２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3，
5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm のｐ伝導型半
導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得
られた。
エハが得られた。次に、このウエハを、４５０℃で４５
分間、熱処理した。この熱処理により、コンタクト層６
２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3，
5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm のｐ伝導型半
導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得
られた。
【００２０】引き続き、上記ウエハを赤外線ランプの加
熱により、温度1140°C で５秒間保持した後、急冷し
た。尚、室温から温度1140°C に達するまでの時間は約
３秒で、温度1140°C から室温に戻るまでの時間は、約
２０秒であった。この発光層５の高温短時間熱処理は、
温度８００℃〜１２００℃の範囲で、時間１秒〜５分の
範囲が適切である。８００℃より低いと処理の効果がな
く、１２００℃より高いと３族窒化物が分解する。又、
１秒より短いと処理の効果がなく、５分より長いと発光
層が変成し効率が低下する。このようにして、図２に示
すような多層構造のウエハが得られた。
熱により、温度1140°C で５秒間保持した後、急冷し
た。尚、室温から温度1140°C に達するまでの時間は約
３秒で、温度1140°C から室温に戻るまでの時間は、約
２０秒であった。この発光層５の高温短時間熱処理は、
温度８００℃〜１２００℃の範囲で、時間１秒〜５分の
範囲が適切である。８００℃より低いと処理の効果がな
く、１２００℃より高いと３族窒化物が分解する。又、
１秒より短いと処理の効果がなく、５分より長いと発光
層が変成し効率が低下する。このようにして、図２に示
すような多層構造のウエハが得られた。
【００２１】次に、図３に示すように、コンタクト層６
２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１０を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図３に示す
ように、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度
ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ' のフォトレジスト１
０を除去した。次に、図４に示すように、フォトレジス
ト１０によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１０を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図３に示す
ように、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度
ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ' のフォトレジスト１
０を除去した。次に、図４に示すように、フォトレジス
ト１０によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
【００２２】次に、フォトレジスト１０及びSiO2層９に
よって覆われていない部位のコンタクト層６２、ｐ層６
１、発光層５、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、図５に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対
する電極取出しのための孔Ａが形成された。
よって覆われていない部位のコンタクト層６２、ｐ層６
１、発光層５、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、図５に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対
する電極取出しのための孔Ａが形成された。
【００２３】次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図１に示すように、高キャリア
濃度ｎ+ 層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図１に示すように、高キャリア
濃度ｎ+ 層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
【００２４】このようにして得られた発光素子の発光ス
ペトルを測定した。図６に示すように、駆動電流20mA
で、発光ピーク波長538nm 、発光強度 200mcd であっ
た。更に、半値幅は、従来の約100nm から、約60nmと狭
くなったことが理解される。
ペトルを測定した。図６に示すように、駆動電流20mA
で、発光ピーク波長538nm 、発光強度 200mcd であっ
た。更に、半値幅は、従来の約100nm から、約60nmと狭
くなったことが理解される。
【００２５】上記の実施例では、発光層５のバンドギャ
ップが両側に存在するｐ層６１と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の成分比
は、GaN の高キャリア濃度ｎ+層の格子定数に一致する
ように選択されている。又、上記実施例では、発光層５
のInのモル分率は８％であり、両側のｐ層６１とｎ層４
はInが存在しなが、発光層５のInN のモル分率よりも、
発光層５に接する少なくとも１つの層が発光層５のInN
のモル分率よりも低いもので構成しても、上記のように
発光ピークの半値幅は狭くなった。上記実施例ではダブ
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。
ップが両側に存在するｐ層６１と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の成分比
は、GaN の高キャリア濃度ｎ+層の格子定数に一致する
ように選択されている。又、上記実施例では、発光層５
のInのモル分率は８％であり、両側のｐ層６１とｎ層４
はInが存在しなが、発光層５のInN のモル分率よりも、
発光層５に接する少なくとも１つの層が発光層５のInN
のモル分率よりも低いもので構成しても、上記のように
発光ピークの半値幅は狭くなった。上記実施例ではダブ
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。
【００２６】第２実施例 図７は、第２実施例に係る発光ダイオード２００の構成
断面図で、図８は多層発光層５０部分の詳細図である。
多層発光層５０は全体が約0.5 μｍで、アンドープの井
戸層５２とアンドープのバリア層５１が、交互に約100
Åずつ、形成される多重量子井戸構造(MQW) から成る。
断面図で、図８は多層発光層５０部分の詳細図である。
多層発光層５０は全体が約0.5 μｍで、アンドープの井
戸層５２とアンドープのバリア層５１が、交互に約100
Åずつ、形成される多重量子井戸構造(MQW) から成る。
【００２７】この構造の発光ダイオード２００を形成す
る製法を示す。ｎ層４までを第１実施例と同様に形成す
る。ｎ層４は、ここではシリコン(Si)ドープのAlx4Iny4
Ga1-x4-y4N層である。
る製法を示す。ｎ層４までを第１実施例と同様に形成す
る。ｎ層４は、ここではシリコン(Si)ドープのAlx4Iny4
Ga1-x4-y4N層である。
【００２８】その後、サファイア基板１の温度を850 ℃
に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を 1×10-5モル／分、TMI を 1×10-4モル／分
を約７分間導入し、発光層５０の成膜を行う。このと
き、まず最初に約100 Åだけ、アンドープのGaN のバリ
ア層５１を形成し、続けて、母材は同じ材料で組成比の
み変化させて、同じ厚さ約100 ÅでIn0.08Ga0.92N のア
ンドープの井戸層５２を形成する。続けて同様な厚さ
で、バリア層５１と井戸層５２を、全体が約0.5 μｍと
なるまで交互に成膜し、図８に示すように多層構造の発
光層５０を形成する。
に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を 1×10-5モル／分、TMI を 1×10-4モル／分
を約７分間導入し、発光層５０の成膜を行う。このと
き、まず最初に約100 Åだけ、アンドープのGaN のバリ
ア層５１を形成し、続けて、母材は同じ材料で組成比の
み変化させて、同じ厚さ約100 ÅでIn0.08Ga0.92N のア
ンドープの井戸層５２を形成する。続けて同様な厚さ
で、バリア層５１と井戸層５２を、全体が約0.5 μｍと
なるまで交互に成膜し、図８に示すように多層構造の発
光層５０を形成する。
【００２９】続いて、従来技術で上側のｐ層６１、コン
タクト層６２、６３を形成し、最後に、第１実施例と同
一条件にて、ｐ型化のための低温熱処理と、発光層５０
の活性化のための高温短時間熱処理を加えた。ｐ型化の
ための低温熱処理により、コンタクト層６３、コンタク
ト層６２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017
/cm3， 5×1017/cm3， 1×1017/cm3、抵抗率 0.5Ωcm，
0.8 Ωcm，4 Ωcmのｐ伝導型半導体となった。又、高温
短時間熱処理により、発光層５０は熱変成を受けて結晶
性が向上したものと思われる。
タクト層６２、６３を形成し、最後に、第１実施例と同
一条件にて、ｐ型化のための低温熱処理と、発光層５０
の活性化のための高温短時間熱処理を加えた。ｐ型化の
ための低温熱処理により、コンタクト層６３、コンタク
ト層６２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017
/cm3， 5×1017/cm3， 1×1017/cm3、抵抗率 0.5Ωcm，
0.8 Ωcm，4 Ωcmのｐ伝導型半導体となった。又、高温
短時間熱処理により、発光層５０は熱変成を受けて結晶
性が向上したものと思われる。
【００３０】以下、第１実施例と同様な手順にて、電極
を形成して発光ダイオードを形成した。この発光ダイオ
ードの発光のスペクトルは、ピーク波長５４０ｎｍ、ピ
ーク波長の半値幅６０ｎｍであった。
を形成して発光ダイオードを形成した。この発光ダイオ
ードの発光のスペクトルは、ピーク波長５４０ｎｍ、ピ
ーク波長の半値幅６０ｎｍであった。
【００３１】上記実施例は、発光ダイオードの例を示し
たが、レーザダイオードであっても同様に構成可能であ
る。
たが、レーザダイオードであっても同様に構成可能であ
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】同実施例に係る発光ダイオードの発光波長と発
光強度の関係を示す特性図。
光強度の関係を示す特性図。
【図７】第２実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
た構成図。
【図８】同実施例の多層発光層の構成の模式的説明図。
１０，２００…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…ｎ層 ５，５０…発光層 ６１…ｐ層 ６２…コンタトク層 ７，８…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 正好 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 浅見 慎也 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 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号
Claims (6)
- 【請求項１】発光層に３族窒化物半導体を用いた発光素
子において、 前記発光層は、不純物の添加されていない少なくともイ
ンジウムと窒素を含む３族窒化物半導体から成り、前記
発光層の変成に必要な熱を短時間加える熱処理が施され
たものであることを特徴とする３族窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項２】発光層に３族窒化物半導体を用いた発光素
子の製造方法において、 前記発光層として、不純物の添加されていない少なくと
もインジウムと窒素を含む３族窒化物半導体から成る層
を形成し、 その後、前記発光層の変成に必要な熱を短時間加える熱
処理を施こすことを特徴とする３族窒化物半導体発光素
子の製造方法。 - 【請求項３】前記発光層は、InX1Ga1-X1N から成る半導
体層とInX2Ga1-X2N (X1 ＞X2) から成る半導体層の２層
以上の多重層で構成されていることを特徴とする請求項
１に記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】前記熱処理は、８００℃〜１２００℃の範
囲で、１秒〜５分間実施されることを特徴とする請求項
１に記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】前記発光層は、InX1Ga1-X1N から成る半導
体層とInX2Ga1-X2N (X1 ＞X2) から成る半導体層の２層
以上の多重層で構成されていることを特徴とする請求項
２に記載の３族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項６】前記熱処理は、８００℃〜１２００℃の範
囲で、１秒〜５分間実施されることを特徴とする請求項
２に記載の３族窒化物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21007695A JPH0936424A (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21007695A JPH0936424A (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 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 |
|---|---|
| JPH0936424A true JPH0936424A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16583424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21007695A Pending JPH0936424A (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0936424A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6580099B2 (en) | 1994-12-02 | 2003-06-17 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting devices |
| US6900465B2 (en) | 1994-12-02 | 2005-05-31 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor light-emitting device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04124816A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-24 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体の製造方法 |
| JPH04242985A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| JPH05183189A (ja) * | 1991-11-08 | 1993-07-23 | Nichia Chem Ind Ltd | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 |
| JPH05206513A (ja) * | 1992-01-28 | 1993-08-13 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JPH065523A (ja) * | 1992-06-18 | 1994-01-14 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体薄膜の製造方法 |
| JPH0621511A (ja) * | 1992-07-06 | 1994-01-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子 |
-
1995
- 1995-07-25 JP JP21007695A patent/JPH0936424A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04124816A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-24 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体の製造方法 |
| JPH04242985A (ja) * | 1990-12-26 | 1992-08-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード |
| JPH05183189A (ja) * | 1991-11-08 | 1993-07-23 | Nichia Chem Ind Ltd | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 |
| JPH05206513A (ja) * | 1992-01-28 | 1993-08-13 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JPH065523A (ja) * | 1992-06-18 | 1994-01-14 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体薄膜の製造方法 |
| JPH0621511A (ja) * | 1992-07-06 | 1994-01-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6580099B2 (en) | 1994-12-02 | 2003-06-17 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting devices |
| US6900465B2 (en) | 1994-12-02 | 2005-05-31 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor light-emitting device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040420 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040616 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |