JPS5931232B2 - ＧａＮ発光素子 - Google Patents
ＧａＮ発光素子Info
- Publication number
- JPS5931232B2 JPS5931232B2 JP52138620A JP13862077A JPS5931232B2 JP S5931232 B2 JPS5931232 B2 JP S5931232B2 JP 52138620 A JP52138620 A JP 52138620A JP 13862077 A JP13862077 A JP 13862077A JP S5931232 B2 JPS5931232 B2 JP S5931232B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emission
- impurities
- emitting device
- impurity
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
- H10H20/8252—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN characterised by the dopants
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電流制御により輝度の変動を２倍以内にして
発光色を可変できるＧａＮ発光素子に関するものである
。
発光色を可変できるＧａＮ発光素子に関するものである
。
ＧａＮを材料として用いた発光素子においては、紫外、
紫、青色の短波長発光が可能であり、また適当な不純物
を適当量導入すれば、黄色から赤色などの長波長光の発
光も可能となり、可視光全域にわたる発光が得られるこ
とが知られている。
紫、青色の短波長発光が可能であり、また適当な不純物
を適当量導入すれば、黄色から赤色などの長波長光の発
光も可能となり、可視光全域にわたる発光が得られるこ
とが知られている。
しかしながら、従来行われているように、一種類の不純
物のみを導入する方法では、どのようにしても単一の素
子からは単一の発光色しか得られない。そこで、二種類
以上の異つた不純物の導入を行えば、エネルギー準位と
して不連続な複数の不純物準位を存在せしめることがで
きるので、それらの不純物準位のうちの特定準位による
発光を選択しうる素子動作上の制御が可能となる。ここ
で選択制御が可能となるためには、各不純物準位のキャ
リア捕獲確率、寿命等の特性に差がなければならない。
二種類以上の不純物準位が存在する時、深い不純物準位
程キャリアを捕獲しやすく、寿命も長いのでこの不純物
準位に関して長波長の発光が最初に起る。
物のみを導入する方法では、どのようにしても単一の素
子からは単一の発光色しか得られない。そこで、二種類
以上の異つた不純物の導入を行えば、エネルギー準位と
して不連続な複数の不純物準位を存在せしめることがで
きるので、それらの不純物準位のうちの特定準位による
発光を選択しうる素子動作上の制御が可能となる。ここ
で選択制御が可能となるためには、各不純物準位のキャ
リア捕獲確率、寿命等の特性に差がなければならない。
二種類以上の不純物準位が存在する時、深い不純物準位
程キャリアを捕獲しやすく、寿命も長いのでこの不純物
準位に関して長波長の発光が最初に起る。
さらに、キャリア注入・励起の強度を増加させると最初
に起つていた発光に飽和が起り、別の不純物準位による
発光が生ずる。後者不純物を前者不純物より高濃度にし
ておけば、第１の発光の飽和後さらに注入・励起を増大
することにより、第２の発光が主となる。従つて、この
ように二種類以上の発光センタとなる不純物を含むＧａ
Ｎ結晶を用いて、発光素子を作成すれば発光色を電流制
御により変えることができる。ここで、重要な点は第２
の発光が起りうる場合でも、輝度が問題となることであ
る。
に起つていた発光に飽和が起り、別の不純物準位による
発光が生ずる。後者不純物を前者不純物より高濃度にし
ておけば、第１の発光の飽和後さらに注入・励起を増大
することにより、第２の発光が主となる。従つて、この
ように二種類以上の発光センタとなる不純物を含むＧａ
Ｎ結晶を用いて、発光素子を作成すれば発光色を電流制
御により変えることができる。ここで、重要な点は第２
の発光が起りうる場合でも、輝度が問題となることであ
る。
第１の発光色の視感度が第２の発光色の視感度より大き
ければ、輝度の変動を最少限に抑えて発光色を変化させ
ることができる。後の実施例に記ず赤色，緑色，青色の
各視感度因子の考察から分るように、青色視感度因子の
ピーク波長（４５６ｎｍ）における、輝度を決定する全
視感度因子（緑色因子と同一）の値のピークに対する比
は〜３×１０−２であるので、例えば黄緑色の発光が飽
和した後、青色発光が増大し黄緑色発光の飽和値の１０
倍の強度に達した場合でも色相は黄緑色から殆んど青色
に近くなるが、輝度は高々３割しか増加しない。従つて
第１の発光波長における視感度が第２のそれより大きく
なるようにすれば、輝度の変動を２倍以内に抑えて、色
相をかえることができる。実際上の明るさの感覚からす
ると輝度の２倍以内の変動は殆んど変化として認められ
ないので、実用上は明るさがほぼ一定とみなせる。次に
、二種類以上の不純物の導入にあたつては、次の点が考
慮されねばならない。
ければ、輝度の変動を最少限に抑えて発光色を変化させ
ることができる。後の実施例に記ず赤色，緑色，青色の
各視感度因子の考察から分るように、青色視感度因子の
ピーク波長（４５６ｎｍ）における、輝度を決定する全
視感度因子（緑色因子と同一）の値のピークに対する比
は〜３×１０−２であるので、例えば黄緑色の発光が飽
和した後、青色発光が増大し黄緑色発光の飽和値の１０
倍の強度に達した場合でも色相は黄緑色から殆んど青色
に近くなるが、輝度は高々３割しか増加しない。従つて
第１の発光波長における視感度が第２のそれより大きく
なるようにすれば、輝度の変動を２倍以内に抑えて、色
相をかえることができる。実際上の明るさの感覚からす
ると輝度の２倍以内の変動は殆んど変化として認められ
ないので、実用上は明るさがほぼ一定とみなせる。次に
、二種類以上の不純物の導入にあたつては、次の点が考
慮されねばならない。
第１は、二種類以上の不純物のいずれについても、発光
素子の接合電流が発光に有効に寄与する領域である同一
の場所に導入しなければならないこと。第２は、輝度変
化が２倍以内で色相が可変になるためには、それらの不
純物濃度について、その相対比が厳密に制御されねばな
らないことである。従つて、これらの点から従来行われ
ている成長時の導入法のみでは、二種類以上の不純物導
入は困難である。二種類以上の不純物導入を結晶成長時
に行なうには、反応管が複雑化するなど、実際の技術上
の問題点もあるが、前述の第２の点から不純物濃度は厳
密に制御されねばならないので有効でない。この点から
、イオン注入による方法がもつとも有効．である。二種
類以上の不純物の導入のすべてをイオン注入法で行なつ
てもよいが、一方の不純物の導入は結晶成長時に行う方
法を用いて、イオン注入法との組合せにより本発明の素
子の作成することも有効である。なぜなら、本発明によ
る素子の特性を実現するには、前述のように、特にそれ
ぞれの不純物の饋度の相対値が重要となるが、第二の不
純物導人をイオン注入で行なえば、先に成長時に導入し
た不純物濃度に対応して、その濃度を厳密に設定し導入
しうるからである。以下実施例において、具体的に説明
する。
素子の接合電流が発光に有効に寄与する領域である同一
の場所に導入しなければならないこと。第２は、輝度変
化が２倍以内で色相が可変になるためには、それらの不
純物濃度について、その相対比が厳密に制御されねばな
らないことである。従つて、これらの点から従来行われ
ている成長時の導入法のみでは、二種類以上の不純物導
入は困難である。二種類以上の不純物導入を結晶成長時
に行なうには、反応管が複雑化するなど、実際の技術上
の問題点もあるが、前述の第２の点から不純物濃度は厳
密に制御されねばならないので有効でない。この点から
、イオン注入による方法がもつとも有効．である。二種
類以上の不純物の導入のすべてをイオン注入法で行なつ
てもよいが、一方の不純物の導入は結晶成長時に行う方
法を用いて、イオン注入法との組合せにより本発明の素
子の作成することも有効である。なぜなら、本発明によ
る素子の特性を実現するには、前述のように、特にそれ
ぞれの不純物の饋度の相対値が重要となるが、第二の不
純物導人をイオン注入で行なえば、先に成長時に導入し
た不純物濃度に対応して、その濃度を厳密に設定し導入
しうるからである。以下実施例において、具体的に説明
する。
サフアイア基板上に気相エピタキシヤル成長させて得た
ＧａＮ結晶を用いて、本発明に基づく、発光素子を作成
した。
ＧａＮ結晶を用いて、本発明に基づく、発光素子を作成
した。
気相成長の際、同時に発光センターとなる第１の不純物
として、Ｚｎを１０１７〜１０１８？−３程度の低濃度
で導入した。続いて、発光センターとなる第２の不純物
Ｍｇを、イオン注入の方法で、濃度が１０１９ｃｍ−３
程度になるように導入した。ここで、Ｍｇの導入は、発
光色に有効に変化させることと同時に高抵抗層（１層）
による接合形成をはかることの両方の理由から高濃度で
行なつた。発光素子の作成について、具体的には第１図
に示す工程により実施した。異なる二種類以上の不純物
の導入は、従来の気相成長時の同時導入法のみでは難し
いので、より簡便で有効なイオン注入法を用いた。まず
第１図ａで示されるように、サフアイア基板１上の、Ｚ
ｎをドープしてあるＧａＮ結晶２にＭｇのイオンビーム
３を照射してイオン注入を行い、ｂに示すように、結晶
の表面に注入層４を形成する。
として、Ｚｎを１０１７〜１０１８？−３程度の低濃度
で導入した。続いて、発光センターとなる第２の不純物
Ｍｇを、イオン注入の方法で、濃度が１０１９ｃｍ−３
程度になるように導入した。ここで、Ｍｇの導入は、発
光色に有効に変化させることと同時に高抵抗層（１層）
による接合形成をはかることの両方の理由から高濃度で
行なつた。発光素子の作成について、具体的には第１図
に示す工程により実施した。異なる二種類以上の不純物
の導入は、従来の気相成長時の同時導入法のみでは難し
いので、より簡便で有効なイオン注入法を用いた。まず
第１図ａで示されるように、サフアイア基板１上の、Ｚ
ｎをドープしてあるＧａＮ結晶２にＭｇのイオンビーム
３を照射してイオン注入を行い、ｂに示すように、結晶
の表面に注入層４を形成する。
イオン注入は、不純物の分布が平坦になるようにエネル
ギー多重方式により行い全ドーズ量は１．９×１０１５
ｃＴｒＬ−２である。次にｃに示すように結晶表面に保
護膜として、ＣＶＤ法により、厚さ２０００人程度のＳ
ｉＯ２膜５を附着させた後、１０５０℃の温度で１時間
〜２０時間の熱処理を窒素雰囲気中で行う。その後Ｓｉ
Ｏ２膜を除去して、ｄに示すように、イオン注入により
形成されたｉ層４の厚さを越えるに十分な深さの溝６を
切つて、ｅの如く結晶表面と溝６の両方に、Ｉｎ金属を
ドツトまたは蒸着などにより附着して電極を構成する。
以上のようにして作成された発光素子のエレクトロルミ
ネツセンス・スペクトルの電流による変化を第２図に示
す。
ギー多重方式により行い全ドーズ量は１．９×１０１５
ｃＴｒＬ−２である。次にｃに示すように結晶表面に保
護膜として、ＣＶＤ法により、厚さ２０００人程度のＳ
ｉＯ２膜５を附着させた後、１０５０℃の温度で１時間
〜２０時間の熱処理を窒素雰囲気中で行う。その後Ｓｉ
Ｏ２膜を除去して、ｄに示すように、イオン注入により
形成されたｉ層４の厚さを越えるに十分な深さの溝６を
切つて、ｅの如く結晶表面と溝６の両方に、Ｉｎ金属を
ドツトまたは蒸着などにより附着して電極を構成する。
以上のようにして作成された発光素子のエレクトロルミ
ネツセンス・スペクトルの電流による変化を第２図に示
す。
Ａ，ｂはそれぞれ熱処理時間が３時間，２０時間のもの
である。（電流値はａで、イは４ｍＡ，口は１０ｍＡｂ
でハは６ｍＡ，二は１０ｍＡ，ホは１６ｍＡである）両
者を通じてスペクトル線が〜３８０ｎｍ，４３０ｎｍ，
〜５１０ｎｍの三本が見られる。これらは、それぞれＭ
ｇアクセクタ準位、Ｚｎアクセプタ準位、およびＭｇの
錯体による深い準位に関係した発光である。第２図で示
したそれぞれのスベクトルに対応して、輝度の相対値Ｙ
と、色度（Ｘ，ｙ）を次式により求めた。但し、 であり、Ｐは、スペクトルの各波長での強度、λは波長
、Ｘ，Ｖ，，Ｖ２はそれぞれ赤、緑、青の視感度因子で
ある。
である。（電流値はａで、イは４ｍＡ，口は１０ｍＡｂ
でハは６ｍＡ，二は１０ｍＡ，ホは１６ｍＡである）両
者を通じてスペクトル線が〜３８０ｎｍ，４３０ｎｍ，
〜５１０ｎｍの三本が見られる。これらは、それぞれＭ
ｇアクセクタ準位、Ｚｎアクセプタ準位、およびＭｇの
錯体による深い準位に関係した発光である。第２図で示
したそれぞれのスベクトルに対応して、輝度の相対値Ｙ
と、色度（Ｘ，ｙ）を次式により求めた。但し、 であり、Ｐは、スペクトルの各波長での強度、λは波長
、Ｘ，Ｖ，，Ｖ２はそれぞれ赤、緑、青の視感度因子で
ある。
第３図は第２図Ａ，ｂそれぞれの色相変化を色度図（Ｘ
，ｙ）において示したものである。
，ｙ）において示したものである。
実線矢印が電流量を増加させた時の、輝度Ｙ一定の範囲
での色相変化である。この実施例では、電流の増加によ
り長波長側の発光が飽和に達した後わずかに減少したた
め厳密に輝度が一定に保たれている。点線は、輝度Ｙの
変化がある場合を含めての色相変化である。これから明
らかなように、電流制御により、輝度一定の条件で、ｂ
）では青緑色 → 青色 ａ）では青色 → 青紫色 なる変化を示している。
での色相変化である。この実施例では、電流の増加によ
り長波長側の発光が飽和に達した後わずかに減少したた
め厳密に輝度が一定に保たれている。点線は、輝度Ｙの
変化がある場合を含めての色相変化である。これから明
らかなように、電流制御により、輝度一定の条件で、ｂ
）では青緑色 → 青色 ａ）では青色 → 青紫色 なる変化を示している。
以上、ＺｎとＭｇの二種の不純物を用いて、電流制御に
より発光色を変化させたが、他の不純物例えばＣｄ（青
）、Ｈｇ（緑）、Ｂｅ（高濃度で黄）などをも組合せて
、本発明を実施することも有効であるＯ以上の如く本発
明は、発光波長の異なる二種類の不純物を用いて、電流
を制御することにより発光色を制御しうるＧａＮ発光素
子を提供するものであり、輝度一定の条件で容易に発光
色を変えることができる等の特徴を有する。
より発光色を変化させたが、他の不純物例えばＣｄ（青
）、Ｈｇ（緑）、Ｂｅ（高濃度で黄）などをも組合せて
、本発明を実施することも有効であるＯ以上の如く本発
明は、発光波長の異なる二種類の不純物を用いて、電流
を制御することにより発光色を制御しうるＧａＮ発光素
子を提供するものであり、輝度一定の条件で容易に発光
色を変えることができる等の特徴を有する。
第１図ａ−ｅは本発明のＧａＮ発光素子の製造工程を示
す断面図、第２図Ａ，ｂは本発明のＧａＮ発光素子のエ
レクトロルミネツセンス・スペクトルを示す図、第３図
は色度図である。 １・・・・・・サフアイア基板、２・・・・・・ＧａＮ
結晶、４・・・・・・ｉ層。
す断面図、第２図Ａ，ｂは本発明のＧａＮ発光素子のエ
レクトロルミネツセンス・スペクトルを示す図、第３図
は色度図である。 １・・・・・・サフアイア基板、２・・・・・・ＧａＮ
結晶、４・・・・・・ｉ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁基板上に形成されたＧａＮ結晶内に、異なる波
長の発光センターとなりうる二種類以上の不純物を含む
領域を有し、上記各不純物の発光波長における視感度を
長波長の発光のもの程順次大きくし、かつ発光センター
となる不純物の濃度を長波長の発光のもの程順次低くし
たことを特徴とするＧａＮ発光素子。 ２ 不純物のうち少なくとも二種類がＺｎとＭｇである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＧａＮ発
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52138620A JPS5931232B2 (ja) | 1977-11-17 | 1977-11-17 | ＧａＮ発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52138620A JPS5931232B2 (ja) | 1977-11-17 | 1977-11-17 | ＧａＮ発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5471590A JPS5471590A (en) | 1979-06-08 |
| JPS5931232B2 true JPS5931232B2 (ja) | 1984-07-31 |
Family
ID=15226319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52138620A Expired JPS5931232B2 (ja) | 1977-11-17 | 1977-11-17 | ＧａＮ発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931232B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08255544A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-01 | Nec Corp | リードレス表面実装用リレー |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH069257B2 (ja) * | 1989-03-30 | 1994-02-02 | 名古屋大学長 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法 |
| US5278433A (en) * | 1990-02-28 | 1994-01-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound with double layer structures for the n-layer and/or the i-layer |
| CA2037198C (en) | 1990-02-28 | 1996-04-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-03-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US6830992B1 (en) | 1990-02-28 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing a gallium nitride group compound semiconductor |
| EP1313153A3 (en) * | 1992-07-23 | 2005-05-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting device of gallium nitride compound semiconductor |
| WO2005086241A1 (en) | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Showa Denko K.K. | Gallium nitride-based semiconductor device |
| JP4901115B2 (ja) | 2004-03-04 | 2012-03-21 | 昭和電工株式会社 | 窒化ガリウム系半導体素子 |
-
1977
- 1977-11-17 JP JP52138620A patent/JPS5931232B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08255544A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-01 | Nec Corp | リードレス表面実装用リレー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5471590A (en) | 1979-06-08 |
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