JP3335975B2 - 窒化ガリウム系半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
レーザーダイオード等に利用される窒化ガリウム系半導
体発光素子に関する。
レーザーダイオード等に利用される窒化ガリウム系半導
体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ系半導
体）は、かねてから困難であった青色発光を実現して発
光ダイオード素子に用いられるものである。この種の窒
化ガリウム系半導体では、活性層を形成した後にＰ型Ａ
ｌＧａＮ半導体層からなるキャップ層を形成し、その上
にＰ型ＧａＮ半導体層を形成していた。Ｐ型ＡｌＧａＮ
半導体層からなるキャップ層を形成することは、発光効
率の向上に資するものである。
体）は、かねてから困難であった青色発光を実現して発
光ダイオード素子に用いられるものである。この種の窒
化ガリウム系半導体では、活性層を形成した後にＰ型Ａ
ｌＧａＮ半導体層からなるキャップ層を形成し、その上
にＰ型ＧａＮ半導体層を形成していた。Ｐ型ＡｌＧａＮ
半導体層からなるキャップ層を形成することは、発光効
率の向上に資するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ半導体層中のＡｌ濃度を小さくするとリーク電流が増
加し、Ａｌ濃度を大きくすると動作電圧が増大するとい
う傾向がある。
Ｎ半導体層中のＡｌ濃度を小さくするとリーク電流が増
加し、Ａｌ濃度を大きくすると動作電圧が増大するとい
う傾向がある。
【０００４】また、Ａｌ原子の供給源として通常使用さ
れるトリメチルアルミニウムは、気相中でＮ原子供給源
であるアンモニアと反応するため、ＡｌＧａＮ半導体層
中のＡｌとＧａとの割合を再現性よく制御するのは困難
という問題点もある。
れるトリメチルアルミニウムは、気相中でＮ原子供給源
であるアンモニアと反応するため、ＡｌＧａＮ半導体層
中のＡｌとＧａとの割合を再現性よく制御するのは困難
という問題点もある。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みて創案されたも
ので、リーク電流が小さく動作電圧が低く、かつ発光効
率に優れ、再現性の高い窒化ガリウム系半導体発光素子
を提供することを目的としている。
ので、リーク電流が小さく動作電圧が低く、かつ発光効
率に優れ、再現性の高い窒化ガリウム系半導体発光素子
を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化ガリウ
ム系半導体発光素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム
系半導体発光素子において、活性層の上にＭｇドープＢ
Ｇａ半導体からなるキャップ層が形成されており、前記
ＭｇドープＢＧａ半導体からなるキャップ層のＢの含有
率は０．１％以上５．０％以下であり、キャップ層の厚
さは１０Å以上２００Å以下である。
ム系半導体発光素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム
系半導体発光素子において、活性層の上にＭｇドープＢ
Ｇａ半導体からなるキャップ層が形成されており、前記
ＭｇドープＢＧａ半導体からなるキャップ層のＢの含有
率は０．１％以上５．０％以下であり、キャップ層の厚
さは１０Å以上２００Å以下である。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図である。
窒化ガリウム系半導体発光素子の概略的断面図である。
【０００８】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系
半導体発光素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム系半
導体発光素子であって、活性層４００の上にＭｇドープ
ＢＧａＮ半導体からなるキャップ層５００が形成されて
いる。
半導体発光素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム系半
導体発光素子であって、活性層４００の上にＭｇドープ
ＢＧａＮ半導体からなるキャップ層５００が形成されて
いる。
【０００９】かかる窒化ガリウム系半導体発光素子は、
以下のような製造工程で製造される。
以下のような製造工程で製造される。
【００１０】まず、サファイア基板１００にサーマルク
リーニングを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減
圧気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
リーニングを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減
圧気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
【００１１】次に、サファイア基板１００の温度を５１
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åで
ある。
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面に低温ＡｌＮバッファ層２００を
形成する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åで
ある。
【００１２】次に、サファイア基板１００の温度を１０
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮ半導体層と
してのＳｉドープＧａＮ半導体層３００を約１．２μｍ
成長させる。
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮ半導体層と
してのＳｉドープＧａＮ半導体層３００を約１．２μｍ
成長させる。
【００１３】次に、サファイア基板１００の温度を約７
３０℃に下降させ、トリメチルインジウムを断続的に流
しつつ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる
活性層４００をＳｉドープＧａＮ層３００の上に約４０
０Å成長させる。
３０℃に下降させ、トリメチルインジウムを断続的に流
しつつ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる
活性層４００をＳｉドープＧａＮ層３００の上に約４０
０Å成長させる。
【００１４】さらに、サファイア基板１００の温度を９
００℃に上昇させ、マグネシウムをドーピングしたＢＧ
ａＮ半導体層であるキャップ層５００を前記活性層４０
０の上に成長させる。このキャップ層５００は約１００
Åの厚さである。また、このキャップ層５００における
Ｂの含有率は２％である。
００℃に上昇させ、マグネシウムをドーピングしたＢＧ
ａＮ半導体層であるキャップ層５００を前記活性層４０
０の上に成長させる。このキャップ層５００は約１００
Åの厚さである。また、このキャップ層５００における
Ｂの含有率は２％である。
【００１５】次に、サファイア基板１００の温度を８５
０℃に下降させ、キャリアガスに不純物としてマグネシ
ウムを加え、Ｐ型ＧａＮ半導体層としてのＭｇドープＧ
ａＮ半導体層６００を約０．２μｍ成長させる。
０℃に下降させ、キャリアガスに不純物としてマグネシ
ウムを加え、Ｐ型ＧａＮ半導体層としてのＭｇドープＧ
ａＮ半導体層６００を約０．２μｍ成長させる。
【００１６】次に、サファイア基板１００の温度を８０
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧ＭＯ
ＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガスに切
り替える。
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を６６５０Ｐａ
（５０ｔｏｒｒ）とする。これと同時に、アンモニア等
の水素を含む混合ガスの雰囲気から、速やかに減圧ＭＯ
ＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガスに切
り替える。
【００１７】そして、キャリアガスとして窒素ガスを用
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。そして、このままの状態、すなわち
窒素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００
℃以下にまで低下させる。
【００１８】この後、真空蒸着装置にＺｎ膜７００まで
が形成されたサファイア基板１００を入れ、ＳｎＯ2 が
１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて膜厚が約
０．５μｍの電流拡散層としてのＩＴＯ膜８００をＺｎ
膜７００の上に形成する。この際のサファイア基板１０
０の温度は２００℃にした。
が形成されたサファイア基板１００を入れ、ＳｎＯ2 が
１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて膜厚が約
０．５μｍの電流拡散層としてのＩＴＯ膜８００をＺｎ
膜７００の上に形成する。この際のサファイア基板１０
０の温度は２００℃にした。
【００１９】次に、ＩＴＯ膜８００の一部をドライエッ
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ半導体層３００にＮ
型電極９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極
９２０を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ
／Ａｕ薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したもの
である。
チングし、ＳｉドープＧａＮ層３００の一部を露出させ
る。この露出したＳｉドープＧａＮ半導体層３００にＮ
型電極９１０を、前記ＩＴＯ膜８００の一部にＰ型電極
９２０を形成する。この両電極９１０、９２０は、Ｔｉ
／Ａｕ薄膜を約５００Å／５０００Å程度蒸着したもの
である。
【００２０】このようにして製造された窒化ガリウム系
半導体発光素子は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６
Ｖと十分に低く、発光効率もＭｇドープＰ型ＡｌＧａＮ
半導体層をキャップ層として使用した従来の窒化ガリウ
ム系半導体発光素子と遜色がないことが確認された。ま
た、リーク電流も５Ｖで１０μＡ以下と実用上問題のな
いレベルになっていることが確認された。
半導体発光素子は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６
Ｖと十分に低く、発光効率もＭｇドープＰ型ＡｌＧａＮ
半導体層をキャップ層として使用した従来の窒化ガリウ
ム系半導体発光素子と遜色がないことが確認された。ま
た、リーク電流も５Ｖで１０μＡ以下と実用上問題のな
いレベルになっていることが確認された。
【００２１】なお、上述した実施の形態では、電流拡散
層としてのＩＴＯ膜８００を真空蒸着法で形成している
が、このＩＴＯ膜８００を形成しなくとも、Ｎｉ／Ａｕ
薄膜又はＡｕＧｅ／Ａｕ薄膜を半透明補助電極として用
いれば、光の外部取り出し効率は多少は落ちるが従来と
同等の窒化ガリウム系半導体発光素子を形成すことが可
能である。
層としてのＩＴＯ膜８００を真空蒸着法で形成している
が、このＩＴＯ膜８００を形成しなくとも、Ｎｉ／Ａｕ
薄膜又はＡｕＧｅ／Ａｕ薄膜を半透明補助電極として用
いれば、光の外部取り出し効率は多少は落ちるが従来と
同等の窒化ガリウム系半導体発光素子を形成すことが可
能である。
【００２２】
【発明の効果】本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光
素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム系半導体発光素
子において、活性層の上にＭｇドープＢＧａＮ半導体か
らなるキャップ層が形成されている。
素子は、ＰＮ接合を有する窒化ガリウム系半導体発光素
子において、活性層の上にＭｇドープＢＧａＮ半導体か
らなるキャップ層が形成されている。
【００２３】このような窒化ガリウム系半導体発光素子
は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと十分に低
く、発光効率も従来のものと遜色がないことが確認され
た。また、リーク電流も５Ｖで１０μＡ以下と実用上問
題のないレベルになっていることが確認された。さら
に、再現性が高い窒化ガリウム系半導体発光素子とする
ことができた。
は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと十分に低
く、発光効率も従来のものと遜色がないことが確認され
た。また、リーク電流も５Ｖで１０μＡ以下と実用上問
題のないレベルになっていることが確認された。さら
に、再現性が高い窒化ガリウム系半導体発光素子とする
ことができた。
【００２４】また、前記ＭｇドープＢＧａＮ半導体から
なるキャップ層のＢの含有率は、以下の表１からも判明
するように、０．１％以上５．０％以下が望ましく、キ
ャップ層の厚さは以下の表２からも判明するように、１
０Å以上２００Å以下であることが望ましい。
なるキャップ層のＢの含有率は、以下の表１からも判明
するように、０．１％以上５．０％以下が望ましく、キ
ャップ層の厚さは以下の表２からも判明するように、１
０Å以上２００Å以下であることが望ましい。
【００２５】表１ 厚さが１００ÅのＭｇドープＢＧａＮ半導体からなるキ
ャップ層のＢの含有率の違いによるリーク電流と動作電
圧との違い Ｂ（％） リーク電流（μＡ） 動作電圧（Ｖ） ０．１ １００ ３．２ １．０ ５ ３．４ ２．０ ２ ３．６ ５．０ ０ ４．５
ャップ層のＢの含有率の違いによるリーク電流と動作電
圧との違い Ｂ（％） リーク電流（μＡ） 動作電圧（Ｖ） ０．１ １００ ３．２ １．０ ５ ３．４ ２．０ ２ ３．６ ５．０ ０ ４．５
【００２６】表２ Ｂの含有率が１％のＭｇドープＢＧａＮ半導体からなる
キャップ層の膜厚の違いによるリーク電流と動作電圧と
の違い
キャップ層の膜厚の違いによるリーク電流と動作電圧と
の違い
【００２７】Ｂの含有率が０．１％以下であるとリーク
電流が大きくなり、５％以上であると結晶性が悪化する
ため動作電圧が上昇し、ひいては発光効率も悪化するこ
とが確認された。また、キャップ層の厚さが１０Å以下
であるとリーク電流が大きくなり、２００Å以上である
と動作電圧が上昇し発光効率が悪化する傾向が確認され
た。この理論的な理由の詳細には不明な点があるが、Ｂ
とＧａとの原子の大きさの違いに起因し、良好な結晶を
得るためにの臨界組成や臨界膜厚があるものと考えられ
る。
電流が大きくなり、５％以上であると結晶性が悪化する
ため動作電圧が上昇し、ひいては発光効率も悪化するこ
とが確認された。また、キャップ層の厚さが１０Å以下
であるとリーク電流が大きくなり、２００Å以上である
と動作電圧が上昇し発光効率が悪化する傾向が確認され
た。この理論的な理由の詳細には不明な点があるが、Ｂ
とＧａとの原子の大きさの違いに起因し、良好な結晶を
得るためにの臨界組成や臨界膜厚があるものと考えられ
る。
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系半導
体発光素子の概略的断面図である。
体発光素子の概略的断面図である。
１００ サファイア基板 ２００ ＡｌＮバッファ層 ３００ ＳｉドープＧａＮ層 ４００ 活性層 ５００ キャップ層 ６００ ＭｇドープＧａＮ層 ７００ Ｚｎ層 ８００ Ｎ型電極 ９００ Ｐ型電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−332295（ＪＰ，Ａ) 特開2000−196194（ＪＰ，Ａ) 特開2000−150956（ＪＰ，Ａ) 第40回工学院大学研究発表講演会講演 要旨，1997年，ｐ．125 電子情報通信学会技術研究報告 ＣＰ Ｍ98−136〜150，98［386］（1998）ｐ. 83−88 Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅ ｒｉａｌｓ，26［３］（1997），ｐ. 237−242 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/323 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 ＰＮ接合を有する窒化ガリウム系半導体
発光素子において、活性層の上にＭｇドープＢＧａ半導
体からなるキャップ層が形成されており、前記Ｍｇドー
プＢＧａ半導体からなるキャップ層のＢの含有率は０．
１％以上５．０％以下であり、キャップ層の厚さは１０
Å以上２００Å以下であることを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014447A JP3335975B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014447A JP3335975B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001210862A JP2001210862A (ja) | 2001-08-03 |
| JP3335975B2 true JP3335975B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=18541902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000014447A Expired - Fee Related JP3335975B2 (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335975B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011056140A1 (de) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterchip |
| CN109509817B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-10-08 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3470622B2 (ja) * | 1998-11-18 | 2003-11-25 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2000196194A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP3796065B2 (ja) * | 1999-05-24 | 2006-07-12 | 三洋電機株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-01-24 JP JP2000014447A patent/JP3335975B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２６［３］（１９９７），ｐ．２３７−２４２ |
| 第４０回工学院大学研究発表講演会講演要旨，１９９７年，ｐ．１２５ |
| 電子情報通信学会技術研究報告 ＣＰＭ９８−１３６〜１５０，９８［３８６］（１９９８）ｐ．８３−８８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001210862A (ja) | 2001-08-03 |
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