JP3458007B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関す
る。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
る。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【０００２】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
は、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物または
III 族元素のＧａの一部がＡｌ、Ｉｎなど他のIII 族元
素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部が
Ｐ、Ａｓなど他のＶ族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
【０００３】また、半導体発光素子とは、ｐｎ接合また
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
はｐｉｎなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤという）、スーパルミネッセントダイオ
ード（ＳＬＤ）または半導体レーザダイオード（ＬＤ）
などの光を発生する半導体素子をいう。
【０００４】
【従来の技術】従来青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Ｍｇをドーパントした低抵
抗のｐ型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
【０００５】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いたＬＥＤは図４に示されるような構造になっている。
いたＬＥＤは図４に示されるような構造になっている。
【０００６】図４において、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単
結晶）基板２１上にＳｉなどをドーピングしたｎ型のＧ
ａＮなどからなる低温バッファ層２２、同じくｎ型のＧ
ａＮなどからなる高温バッファ層２３、ｎ型のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）などからなるダブルヘテロ接合
形成のためのｎ型クラッド層２４、ノンドープのＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）などからなる活性層２５、Ｍ
ｇなどをドーピングしたｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎなどから
なるｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＮなどからなるキャ
ップ層２７が有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣ
ＶＤ法という）により順次積層され、ｎ型クラッド層２
４と、活性層２５とｐ型クラッド層２６とでダブルヘテ
ロ接合が形成されている。この積層された半導体層の一
部がエッチングにより除去されて露出したｎ型クラッド
層２４または高温バッファ層２３および積層された半導
体層の表層であるキャップ層２７にそれぞれｎ側電極２
９およびｐ側電極２８が設けられることによりＬＥＤが
形成されている。
結晶）基板２１上にＳｉなどをドーピングしたｎ型のＧ
ａＮなどからなる低温バッファ層２２、同じくｎ型のＧ
ａＮなどからなる高温バッファ層２３、ｎ型のＡｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）などからなるダブルヘテロ接合
形成のためのｎ型クラッド層２４、ノンドープのＧａy
Ｉｎ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）などからなる活性層２５、Ｍ
ｇなどをドーピングしたｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎなどから
なるｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＮなどからなるキャ
ップ層２７が有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣ
ＶＤ法という）により順次積層され、ｎ型クラッド層２
４と、活性層２５とｐ型クラッド層２６とでダブルヘテ
ロ接合が形成されている。この積層された半導体層の一
部がエッチングにより除去されて露出したｎ型クラッド
層２４または高温バッファ層２３および積層された半導
体層の表層であるキャップ層２７にそれぞれｎ側電極２
９およびｐ側電極２８が設けられることによりＬＥＤが
形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、前述のよ
うにクラッド層４、６にＳｉまたはＭｇなどをドーピン
グしたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層を、活性層２５にノンドーピ
ングのＧａy Ｉｎ1-y Ｎ層などを用いて活性層２５のバ
ンドギャップエネルギーをクラッド層２４、２６のバン
ドギャップエネルギーより小さくして光の閉じ込め効果
を利用している。この活性層２５にＩｎを添加すること
により、バンドギャップエネルギーを小さくすることが
できるとともに、発光波長はＧａy Ｉｎ1-y Ｎ層中のＩ
ｎの組成比が多くなるほど発光波長を長くすることがで
きるが、Ｉｎの組成比が余り多くなると格子定数がバッ
ファ層であるＧａＮと大きく異なり、発光効率が低下す
るため、Ｉｎの組成比（１−ｙ）は０．２が限度で、発
光波長は４８０ｎｍ程度より長くすることができない。
系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、前述のよ
うにクラッド層４、６にＳｉまたはＭｇなどをドーピン
グしたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層を、活性層２５にノンドーピ
ングのＧａy Ｉｎ1-y Ｎ層などを用いて活性層２５のバ
ンドギャップエネルギーをクラッド層２４、２６のバン
ドギャップエネルギーより小さくして光の閉じ込め効果
を利用している。この活性層２５にＩｎを添加すること
により、バンドギャップエネルギーを小さくすることが
できるとともに、発光波長はＧａy Ｉｎ1-y Ｎ層中のＩ
ｎの組成比が多くなるほど発光波長を長くすることがで
きるが、Ｉｎの組成比が余り多くなると格子定数がバッ
ファ層であるＧａＮと大きく異なり、発光効率が低下す
るため、Ｉｎの組成比（１−ｙ）は０．２が限度で、発
光波長は４８０ｎｍ程度より長くすることができない。
【０００８】そのため、青色発光ＬＥＤや緑色発光ＬＥ
Ｄの目的で４８０ｎｍより長い波長の４９０〜５２０ｎ
ｍ程度の光が求められるが、そのような波長の半導体発
光素子がえられないという問題がある。またＩｎの組成
比を増やして発光波長を長くするばあい、格子不整が顕
者になり、組成比０．２でも活性層の厚さを厚くするこ
とができず、発光量を増やせないという問題がある。
Ｄの目的で４８０ｎｍより長い波長の４９０〜５２０ｎ
ｍ程度の光が求められるが、そのような波長の半導体発
光素子がえられないという問題がある。またＩｎの組成
比を増やして発光波長を長くするばあい、格子不整が顕
者になり、組成比０．２でも活性層の厚さを厚くするこ
とができず、発光量を増やせないという問題がある。
【０００９】本発明はこのような問題を解決し、Ｉｎの
混晶比にかかわらず発光波長の変化の幅が広い半導体発
光素子を提供することを目的とする。
混晶比にかかわらず発光波長の変化の幅が広い半導体発
光素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、サファイア基板上に少なくともｎ型クラッド層およ
びｐ型クラッド層と、該両クラッド層のあいだに挟まれ
該両クラッド層の材料よりバンドギャップエネルギーが
小さい材料からなる活性層とを有するチッ化ガリウム系
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子であっ
て、前記活性層のチッ化ガリウム系化合物半導体のチッ
素の一部がリンおよび／またはヒ素と置換した化合物半
導体からなり、かつ、前記両クラッド層はリンおよびヒ
素を含まないチッ化ガリウム系化合物半導体からなり、
前記活性層にＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｓｅ、Ｓ、ＧｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた
少なくとも２種のドーパントがドーピングされ、かつ、
ｎ型またはｐ型の同種のドーパントが２種以上添加され
ている。
は、サファイア基板上に少なくともｎ型クラッド層およ
びｐ型クラッド層と、該両クラッド層のあいだに挟まれ
該両クラッド層の材料よりバンドギャップエネルギーが
小さい材料からなる活性層とを有するチッ化ガリウム系
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子であっ
て、前記活性層のチッ化ガリウム系化合物半導体のチッ
素の一部がリンおよび／またはヒ素と置換した化合物半
導体からなり、かつ、前記両クラッド層はリンおよびヒ
素を含まないチッ化ガリウム系化合物半導体からなり、
前記活性層にＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｓｅ、Ｓ、ＧｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた
少なくとも２種のドーパントがドーピングされ、かつ、
ｎ型またはｐ型の同種のドーパントが２種以上添加され
ている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】前記活性層がチッ化ガリウム系化合物半導
体のガリウムの一部がＩｎと置換した化合物半導体であ
ることが、発光波長を長くするうえで好ましい。
体のガリウムの一部がＩｎと置換した化合物半導体であ
ることが、発光波長を長くするうえで好ましい。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【作用】本発明の半導体発光素子によれば、発光部、す
なわちダブルヘテロ接合の発光素子であれば活性層をチ
ッ化ガリウム系化合物半導体のＮの一部をＰおよび／ま
たはＡｓと置換した化合物半導体としているため、Ｐま
たはＡｓはＮよりガリウム化合物のエネルギーバンドが
小さい原子であり、長い波長の光を発光する。さらに、
活性層にＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｉ、
Ｓｅ、Ｓ、ＧｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた少な
くとも２種のドーパントがドーピングされているため、
発光波長を長くしやすく、しかもｎ型またはｐ型の同種
のドーパントが２種以上添加されているため、発光波長
を制御しやすい。
なわちダブルヘテロ接合の発光素子であれば活性層をチ
ッ化ガリウム系化合物半導体のＮの一部をＰおよび／ま
たはＡｓと置換した化合物半導体としているため、Ｐま
たはＡｓはＮよりガリウム化合物のエネルギーバンドが
小さい原子であり、長い波長の光を発光する。さらに、
活性層にＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｉ、
Ｓｅ、Ｓ、ＧｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた少な
くとも２種のドーパントがドーピングされているため、
発光波長を長くしやすく、しかもｎ型またはｐ型の同種
のドーパントが２種以上添加されているため、発光波長
を制御しやすい。
【００１９】またＮの一部がＰまたはＡｓと置換した化
合物半導体はＧａの一部がＩｎと置換した化合物半導体
より格子定数の変化のわりに、エネルギーバンド幅の縮
小率が大きいため、ＧａＮやＡｌx Ｇａ1-x Ｎなどとの
格子整合がとり易く発光部（活性層）の膜厚を厚くする
ことができ、発光量を増やすことができる。
合物半導体はＧａの一部がＩｎと置換した化合物半導体
より格子定数の変化のわりに、エネルギーバンド幅の縮
小率が大きいため、ＧａＮやＡｌx Ｇａ1-x Ｎなどとの
格子整合がとり易く発光部（活性層）の膜厚を厚くする
ことができ、発光量を増やすことができる。
【００２０】さらに前記活性層にドーパントを添加する
ことにより、異なる発光準位が結晶のエネルギーバンド
の中にできるため、一層発光波長を長くすることができ
る。さらにドーパントの組合せにより発光波長に対する
発光強度のスペクトルの半値幅を変えることができ、た
とえばＺｎとＳｅをドーパントとして添加すると、個々
のドーパントＺｎ、Ｓｅの発光準位と異なる（ＺｎとＳ
ｅの足し算ではなく）ＺｎＳｅとしての発光準位が定ま
り発光波長を変えることができる。
ことにより、異なる発光準位が結晶のエネルギーバンド
の中にできるため、一層発光波長を長くすることができ
る。さらにドーパントの組合せにより発光波長に対する
発光強度のスペクトルの半値幅を変えることができ、た
とえばＺｎとＳｅをドーパントとして添加すると、個々
のドーパントＺｎ、Ｓｅの発光準位と異なる（ＺｎとＳ
ｅの足し算ではなく）ＺｎＳｅとしての発光準位が定ま
り発光波長を変えることができる。
【００２１】
【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明の半導
体発光素子を説明する。
体発光素子を説明する。
【００２２】図１は本発明の半導体発光素子の断面説明
図、図２はその製造工程を示す図、図３は本発明の半導
体発光素子の他の実施例の断面説明図である。
図、図２はその製造工程を示す図、図３は本発明の半導
体発光素子の他の実施例の断面説明図である。
【００２３】実施例１
図１において、１はサファイアなどからなる基板で、そ
の上にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２が０．０１
〜０．２μｍ程度、ｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層
３が２〜５μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜
１）からなるｎ型クラッド層４を０．１〜０．３μｍ程
度、ノンドープのＧａＮ1-u Ｐu （０＜ｕ＜０．２）か
らなる活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層６を０．１〜０．
３μｍ程度およびｐ型ＧａＮからなるキャップ層７が
０．３〜２μｍ程度順次積層されている。ｎ型層にする
にはＳｉやＧｅがドーピングされ、ｐ型層にするにはＭ
ｇまたはＺｎがドーピングされる。そして積層された化
合物半導体層の少なくともキャップ層７、ｐ型クラッド
層６および活性層５の一部がエッチングにより除去され
て露出したｎ型層である高温バッファ層３および積層さ
れた最表面のｐ型層であるキャップ層７にそれぞれｎ側
電極９およびｐ側電極８が形成されている。
の上にｎ型ＧａＮからなる低温バッファ層２が０．０１
〜０．２μｍ程度、ｎ型ＧａＮからなる高温バッファ層
３が２〜５μｍ程度、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜
１）からなるｎ型クラッド層４を０．１〜０．３μｍ程
度、ノンドープのＧａＮ1-u Ｐu （０＜ｕ＜０．２）か
らなる活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度、ｐ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層６を０．１〜０．
３μｍ程度およびｐ型ＧａＮからなるキャップ層７が
０．３〜２μｍ程度順次積層されている。ｎ型層にする
にはＳｉやＧｅがドーピングされ、ｐ型層にするにはＭ
ｇまたはＺｎがドーピングされる。そして積層された化
合物半導体層の少なくともキャップ層７、ｐ型クラッド
層６および活性層５の一部がエッチングにより除去され
て露出したｎ型層である高温バッファ層３および積層さ
れた最表面のｐ型層であるキャップ層７にそれぞれｎ側
電極９およびｐ側電極８が形成されている。
【００２４】本発明では活性層５の化合物半導体をＧａ
Ｎ1-u Ｐu にして、クラッド層４、６の材料よりバンド
ギャップエネルギーを小さくするだけでなく、Ｎの一部
をＰと置換したＧａＮ1-u Ｐu にしたことに特徴があ
る。このＰの割合は好ましくはｕの値が０．０１〜０．
１、さらに好ましくは０．０２〜０．０５に選ばれる。
Ｐの割合が多すぎると発光波長が長くなりすぎること、
深い準位からの発光が大きくなることとなり、少なすぎ
ると目標とする波長まで長くならないからである。
Ｎ1-u Ｐu にして、クラッド層４、６の材料よりバンド
ギャップエネルギーを小さくするだけでなく、Ｎの一部
をＰと置換したＧａＮ1-u Ｐu にしたことに特徴があ
る。このＰの割合は好ましくはｕの値が０．０１〜０．
１、さらに好ましくは０．０２〜０．０５に選ばれる。
Ｐの割合が多すぎると発光波長が長くなりすぎること、
深い準位からの発光が大きくなることとなり、少なすぎ
ると目標とする波長まで長くならないからである。
【００２５】Ｎの一部がＰと置換されることによりエネ
ルギーバンド幅が小さくなり、発光波長を長くすること
ができる。Ｐの組成比を多くする程発光波長を長くする
ことができるが、格子定数や、結晶としての膜質の理由
から前述の範囲で選定され、発光波長として４９０〜５
２０ｎｍの発光をすることができる。
ルギーバンド幅が小さくなり、発光波長を長くすること
ができる。Ｐの組成比を多くする程発光波長を長くする
ことができるが、格子定数や、結晶としての膜質の理由
から前述の範囲で選定され、発光波長として４９０〜５
２０ｎｍの発光をすることができる。
【００２６】Ｎの一部をＰと置換するのと同じ理由によ
り、Ｐの代りにまたはＰとともにＡｓをＮの一部と置換
しても同様に長波長の発光がえられる。Ｐの代りにＡｓ
を使用したばあい、Ａｓの割合としては０．５〜５原子
％、さらに好ましくは１〜３原子％に選定される。余り
多すぎると発光波長が長くなりすぎること、深い準位か
らの発光が大きくなることとなり、少なすぎると目標と
する波長がえられないからである。またＰとＡｓの両元
素をＮの一部と置換するばあいにはＰとＡｓの割合は各
々前述の範囲内にすることが好ましい。
り、Ｐの代りにまたはＰとともにＡｓをＮの一部と置換
しても同様に長波長の発光がえられる。Ｐの代りにＡｓ
を使用したばあい、Ａｓの割合としては０．５〜５原子
％、さらに好ましくは１〜３原子％に選定される。余り
多すぎると発光波長が長くなりすぎること、深い準位か
らの発光が大きくなることとなり、少なすぎると目標と
する波長がえられないからである。またＰとＡｓの両元
素をＮの一部と置換するばあいにはＰとＡｓの割合は各
々前述の範囲内にすることが好ましい。
【００２７】前述の実施例では活性層５としてＧａＮ
1-u Ｐu の例で説明したが、Ｎの一部の置換のみなら
ず、Ｇａの一部をＩｎにより置換して、Ｇａy Ｉｎ1-y
Ｎ1-u Ｐu （０＜ｙ≦１、０＜ｕ＜０．２）の組成の半
導体としてもさらにバンドギャップエネルギーが小さく
なり、また発光波長を長くすることができる。
1-u Ｐu の例で説明したが、Ｎの一部の置換のみなら
ず、Ｇａの一部をＩｎにより置換して、Ｇａy Ｉｎ1-y
Ｎ1-u Ｐu （０＜ｙ≦１、０＜ｕ＜０．２）の組成の半
導体としてもさらにバンドギャップエネルギーが小さく
なり、また発光波長を長くすることができる。
【００２８】さらに前述の実施例では活性層５としてノ
ンドープの例で説明したが、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、
ＣａまたはＭｎなどの不純物をドーピングしてｐ型層に
したり、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｓ、ＧｅまたはＴｅなどの不純物
をドーピングしてｎ型層にすることにより、エネルギー
バンドギャップ中にその不純物特有のエネルギー準位が
できこの準位を介しての発光再結合がおこるという理由
で発光波長を長くすることができる。これらの不純物の
中でも、とくにＢｅ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｅなどが比較的深
いレベルの準位ができるため発光波長を長くすることが
できて好ましい。さらに不純物として、たとえばＺｎと
Ｂｅ、ＭｇとＭｎ、ＳｉとＴｅとＺｎなどのように、２
種類以上の不純物を混入することにより、足し算以上の
長波長発光に寄与する。これはある程度以上、原子濃度
が増えると、組み合わせた原子同士の相互作用によって
準位ができるためである。
ンドープの例で説明したが、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、
ＣａまたはＭｎなどの不純物をドーピングしてｐ型層に
したり、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｓ、ＧｅまたはＴｅなどの不純物
をドーピングしてｎ型層にすることにより、エネルギー
バンドギャップ中にその不純物特有のエネルギー準位が
できこの準位を介しての発光再結合がおこるという理由
で発光波長を長くすることができる。これらの不純物の
中でも、とくにＢｅ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｅなどが比較的深
いレベルの準位ができるため発光波長を長くすることが
できて好ましい。さらに不純物として、たとえばＺｎと
Ｂｅ、ＭｇとＭｎ、ＳｉとＴｅとＺｎなどのように、２
種類以上の不純物を混入することにより、足し算以上の
長波長発光に寄与する。これはある程度以上、原子濃度
が増えると、組み合わせた原子同士の相互作用によって
準位ができるためである。
【００２９】また、本発明によりチッ化ガリウム系化合
物半導体のＮの一部をＰおよび／またはＡｓで置換して
長波長化を達成しており、Ｉｎを添加するのと同様の効
果がえられるが、ＰやＡｓを添加する方がＩｎを添加す
るよりも格子整合がなされるため、活性層の膜厚を厚く
することができ、発光効率の増大に寄与する。
物半導体のＮの一部をＰおよび／またはＡｓで置換して
長波長化を達成しており、Ｉｎを添加するのと同様の効
果がえられるが、ＰやＡｓを添加する方がＩｎを添加す
るよりも格子整合がなされるため、活性層の膜厚を厚く
することができ、発光効率の増大に寄与する。
【００３０】さらに前記実施例では活性層５以外のバッ
ファ層２、３やキャップ層７をＧａＮで、クラッド層
４、６をＡｌx Ｇａ1-x Ｎの例で説明したが、クラッド
層４、６のバンドギャップエネルギーが活性層のそれよ
り大きくなれば他の組成でもよく、バッファ層２、３な
どもＧａＮ以外の他の組成のチッ化ガリウム系化合物半
導体でもよい。
ファ層２、３やキャップ層７をＧａＮで、クラッド層
４、６をＡｌx Ｇａ1-x Ｎの例で説明したが、クラッド
層４、６のバンドギャップエネルギーが活性層のそれよ
り大きくなれば他の組成でもよく、バッファ層２、３な
どもＧａＮ以外の他の組成のチッ化ガリウム系化合物半
導体でもよい。
【００３１】つぎに図２を参照しながら、図１のＬＥＤ
の製法について説明する。
の製法について説明する。
【００３２】図２（ａ）に示されるように、サファイア
などからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャリアガ
スＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメチルガ
リウム（以下、ＴＭＧという）、ＮＨ3 およびドーパン
トとしてのＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 、ＴｅＨ4 などを供給
し、４００〜７００℃でｎ型ＧａＮ層などのチッ化ガリ
ウム系半導体層からなる低温バッファ層２および７００
〜１２００℃で高温バッファ層３をそれぞれ０．０１〜
０．２μｍ、２〜５μｍ程度づつ成長する。
などからなる基板１に、ＭＯＣＶＤ法によりキャリアガ
スＨ2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメチルガ
リウム（以下、ＴＭＧという）、ＮＨ3 およびドーパン
トとしてのＳｉＨ4 、ＧｅＨ4 、ＴｅＨ4 などを供給
し、４００〜７００℃でｎ型ＧａＮ層などのチッ化ガリ
ウム系半導体層からなる低温バッファ層２および７００
〜１２００℃で高温バッファ層３をそれぞれ０．０１〜
０．２μｍ、２〜５μｍ程度づつ成長する。
【００３３】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム（以下、ＴＭＡという）を加え、ｎ型ドーパン
トのＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどを含有したｎ型クラッド層４
を０．１〜０．３μｍ程度形成する。
ミニウム（以下、ＴＭＡという）を加え、ｎ型ドーパン
トのＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどを含有したｎ型クラッド層４
を０．１〜０．３μｍ程度形成する。
【００３４】つぎに前述の原料ガスＴＭＡに代えてター
シャリブチルホスフィン（以下、ＴＢＰという）を導入
し、バンドギャップエネルギーがクラッド層４のそれよ
り小さくなる材料、たとえばＧａＮ1-u Ｐu からなる発
光部である活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。活性層を変化させることで、発光波長λは４９５〜
５２０ｎｍまで変化できるようになった。
シャリブチルホスフィン（以下、ＴＢＰという）を導入
し、バンドギャップエネルギーがクラッド層４のそれよ
り小さくなる材料、たとえばＧａＮ1-u Ｐu からなる発
光部である活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度形成す
る。活性層を変化させることで、発光波長λは４９５〜
５２０ｎｍまで変化できるようになった。
【００３５】さらに、ｎ型クラッド層４の形成に用いた
ガスと同じ原料のガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎをビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）
またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）として反
応管に導入し、ｐ型クラッド層６であるｐ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎ層を気相成長させる。
ガスと同じ原料のガスで不純物原料ガスをＳｉＨ4 に代
えてｐ型不純物としてのＭｇまたはＺｎをビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2 Ｍｇという）
またはジメチル亜鉛（以下、ＤＭＺｎという）として反
応管に導入し、ｐ型クラッド層６であるｐ型Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎ層を気相成長させる。
【００３６】ついでキャップ層７形成のため、前述のバ
ッファ層３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣｐ2
ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を０．３
〜１μｍ程度の厚さに成長させる。キャップ層７は電極
と半導体層との接触抵抗を減少させるためのものであ
る。
ッファ層３と同様のガスで不純物原料ガスとしてＣｐ2
ＭｇまたはＤＭＺｎを供給してｐ型のＧａＮ層を０．３
〜１μｍ程度の厚さに成長させる。キャップ層７は電極
と半導体層との接触抵抗を減少させるためのものであ
る。
【００３７】そののち図２（ｂ）に示されるように、Ｓ
ｉＯ2 などの保護膜１０を半導体層の成長層表面全面に
設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニー
ルを行い、ｐ型クラッド層６およびキャップ層７の活性
化を図る。
ｉＯ2 などの保護膜１０を半導体層の成長層表面全面に
設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニー
ルを行い、ｐ型クラッド層６およびキャップ層７の活性
化を図る。
【００３８】アニールが完了すると、温度を室温まで下
げて、保護膜１０をウエットエッチングすることにより
除去する。
げて、保護膜１０をウエットエッチングすることにより
除去する。
【００３９】ついで、ｎ側の電極を形成するため、レジ
ストを塗布してパターニングを行い、図２（ｃ）に示さ
れるように保護膜１０の除去されたチッ化ガリウム系化
合物半導体層の表面のレジストの一部をドライエッチン
グにより除去し、ｎ型ＧａＮ層であるバッファ層３を露
出させる。ついで積層された化合物半導体層の表面でｐ
型層に電気的に接続されるＡｕなどの金属膜からなるｐ
側電極８を、露出した高温バッファ層３表面でｎ型層に
電気的に接続されるＡｌなどの金属膜からなるｎ側電極
９をそれぞれスパッタリングなどにより形成する（図２
（ｄ）参照）。
ストを塗布してパターニングを行い、図２（ｃ）に示さ
れるように保護膜１０の除去されたチッ化ガリウム系化
合物半導体層の表面のレジストの一部をドライエッチン
グにより除去し、ｎ型ＧａＮ層であるバッファ層３を露
出させる。ついで積層された化合物半導体層の表面でｐ
型層に電気的に接続されるＡｕなどの金属膜からなるｐ
側電極８を、露出した高温バッファ層３表面でｎ型層に
電気的に接続されるＡｌなどの金属膜からなるｎ側電極
９をそれぞれスパッタリングなどにより形成する（図２
（ｄ）参照）。
【００４０】つぎに、各チップにダイシングして、ＬＥ
Ｄチップが形成される。
Ｄチップが形成される。
【００４１】前述の活性層５を成長する際にＧａＮ1-v
Ａｓv （０＜ｖ＜１）を成長するばあいは前述のＴＢＰ
に代えてターシャリブチルアルシン（以下、ＴＢＡとい
う）のガスを導入することにより、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ
1-u Ｐu （０＜ｙ＜１、０＜ｕ＜１）を成長するばあい
は前述の原料ガスにさらにＴＭＩを導入することによ
り、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ1-v Ａｓv （０＜ｙ＜１、０＜ｖ
＜１）を成長するばあいは前記ＧａＮ1-v Ａｓv の原料
ガスにＴＭＩを導入することによりえられる。
Ａｓv （０＜ｖ＜１）を成長するばあいは前述のＴＢＰ
に代えてターシャリブチルアルシン（以下、ＴＢＡとい
う）のガスを導入することにより、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ
1-u Ｐu （０＜ｙ＜１、０＜ｕ＜１）を成長するばあい
は前述の原料ガスにさらにＴＭＩを導入することによ
り、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ1-v Ａｓv （０＜ｙ＜１、０＜ｖ
＜１）を成長するばあいは前記ＧａＮ1-v Ａｓv の原料
ガスにＴＭＩを導入することによりえられる。
【００４２】また活性層５に不純物をドーピングするば
あいは、前述の活性層５の成長のための原料ガスにさら
に不純物の原料ガスを導入することによりえられる。
あいは、前述の活性層５の成長のための原料ガスにさら
に不純物の原料ガスを導入することによりえられる。
【００４３】実施例２
図３は本発明の半導体発光素子の第２の実施例の断面説
明図である。本実施例は前記実施例１のダブルヘテロ接
合に代えてホモｐｎ接合のＬＥＤとしたものでチッ化ガ
リウム系化合物半導体層の成長法や組成の変化は前述の
実施例１と同様である。
明図である。本実施例は前記実施例１のダブルヘテロ接
合に代えてホモｐｎ接合のＬＥＤとしたものでチッ化ガ
リウム系化合物半導体層の成長法や組成の変化は前述の
実施例１と同様である。
【００４４】図３において、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単
結晶）基板１１上に、たとえばｎ型のＧａＮなどからな
る低温バッファ層１２が４００〜７００℃の低温で、
０．０１〜０．２μｍ程度に形成され、その上に７００
〜１２００℃の高温でＳｉなどをドーピングしたｎ型の
ＧａＮ1-u Ｐu などからなるｎ型層１３が形成され、さ
らにその上にＭｇなどをドーピングしたｐ型のＧａＮ
1-u Ｐu などからなるｐ型層１４が形成されてＧａＮ
1-u Ｐu 層からなるホモｐｎ接合が形成されている。ｐ
型層１４上には、Ａｕ、Ａｌなどからなるｐ側電極１５
が設けられ、ｐ型層１４の一部がエッチング除去されて
露出したｎ型層１３にｎ側電極１６が設けられてｐｎ接
合のＬＥＤが形成されている。
結晶）基板１１上に、たとえばｎ型のＧａＮなどからな
る低温バッファ層１２が４００〜７００℃の低温で、
０．０１〜０．２μｍ程度に形成され、その上に７００
〜１２００℃の高温でＳｉなどをドーピングしたｎ型の
ＧａＮ1-u Ｐu などからなるｎ型層１３が形成され、さ
らにその上にＭｇなどをドーピングしたｐ型のＧａＮ
1-u Ｐu などからなるｐ型層１４が形成されてＧａＮ
1-u Ｐu 層からなるホモｐｎ接合が形成されている。ｐ
型層１４上には、Ａｕ、Ａｌなどからなるｐ側電極１５
が設けられ、ｐ型層１４の一部がエッチング除去されて
露出したｎ型層１３にｎ側電極１６が設けられてｐｎ接
合のＬＥＤが形成されている。
【００４５】本実施例においてもＧａＮ1-u Ｐu の代り
にＧａＮ1-v Ａｓv 、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ1-u Ｐu 、Ｇａ
y Ｉｎ1-y Ｎ1-v Ａｓv などの他の組成の化合物半導体
層を使用することができる。要は発光層として寄与する
半導体層のチッ化ガリウム系半導体のＮの一部をＰおよ
び／またはＡｓで置換した組成とすることにより長い波
長の発光をする半導体発光素子がえられる。
にＧａＮ1-v Ａｓv 、Ｇａy Ｉｎ1-y Ｎ1-u Ｐu 、Ｇａ
y Ｉｎ1-y Ｎ1-v Ａｓv などの他の組成の化合物半導体
層を使用することができる。要は発光層として寄与する
半導体層のチッ化ガリウム系半導体のＮの一部をＰおよ
び／またはＡｓで置換した組成とすることにより長い波
長の発光をする半導体発光素子がえられる。
【００４６】また、前記各実施例ではＬＥＤで説明した
がＬＥＤのほかに半導体レーザなど種々の半導体発光素
子についても本発明を適用できる。
がＬＥＤのほかに半導体レーザなど種々の半導体発光素
子についても本発明を適用できる。
【００４７】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、チッ
化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子の発
光層にＰやＡｓを加えることにより発光波長の幅の広い
発光素子をうることができ、製品価値の高い発光素子を
うることができる。また、Ｉｎを添加するばあいに比べ
て格子不整が小さいので、発光層の膜厚を大きくするこ
とができ発光効率を増大することが可能になり、輝度も
大きくなる。
化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子の発
光層にＰやＡｓを加えることにより発光波長の幅の広い
発光素子をうることができ、製品価値の高い発光素子を
うることができる。また、Ｉｎを添加するばあいに比べ
て格子不整が小さいので、発光層の膜厚を大きくするこ
とができ発光効率を増大することが可能になり、輝度も
大きくなる。
【図１】本発明の半導体発光素子の一実施例であるＬＥ
Ｄの断面説明図である。
Ｄの断面説明図である。
【図２】図１のＬＥＤの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の他の実施例であるＬ
ＥＤの断面説明図である。
ＥＤの断面説明図である。
【図４】従来の半導体発光素子の一例を示す断面説明図
である。
である。
【符号の説明】
１ 基板
４ ｎ型クラッド層
５ 活性層
６ ｐ型クラッド層
７ キャップ層
１１ 基板
１３ ｎ型層
１４ ｐ型層
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−171182（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−117390（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−275682（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−236477（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−192585（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−134288（ＪＰ，Ａ)
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐ
ａｒｔ １，32［10］（1993），ｐ.
4413−4417
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】 サファイア基板上に少なくともｎ型クラ
ッド層およびｐ型クラッド層と、該両クラッド層のあい
だに挟まれ該両クラッド層の材料よりバンドギャップエ
ネルギーが小さい材料からなる活性層とを有するチッ化
ガリウム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発光
素子であって、 前記活性層のチッ化ガリウム系化合物半導体のチッ素の
一部がリンおよび／またはヒ素と置換した化合物半導体
からなり、かつ、前記両クラッド層はリンおよびヒ素を
含まないチッ化ガリウム系化合物半導体からなり、 前記活性層にＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｓｅ、Ｓ、ＧｅおよびＴｅよりなる群から選ばれた
少なくとも２種のドーパントがドーピングされ、かつ、
ｎ型またはｐ型の同種のドーパントが２種以上添加され
てな る半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記活性層が、チッ化ガリウム系化合物
半導体のガリウムの一部がＩｎと置換した化合物半導体
である請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247794A JP3458007B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
| US08/515,569 US5825052A (en) | 1994-08-26 | 1995-08-16 | Semiconductor light emmitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20247794A JP3458007B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864870A JPH0864870A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3458007B2 true JP3458007B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=16458169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20247794A Expired - Fee Related JP3458007B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3458007B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3680337B2 (ja) * | 1995-02-14 | 2005-08-10 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード |
| US6697404B1 (en) * | 1996-08-30 | 2004-02-24 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode operable in 1.3μm or 1.5μm wavelength band with improved efficiency |
| US6466597B1 (en) | 1998-06-17 | 2002-10-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| JP2000114594A (ja) * | 1998-10-06 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| US6787814B2 (en) | 2000-06-22 | 2004-09-07 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Group-III nitride semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| JP4416297B2 (ja) | 2000-09-08 | 2010-02-17 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子、ならびにそれを使用した発光装置および光ピックアップ装置 |
| US6881981B2 (en) | 2001-01-04 | 2005-04-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting device chip |
| JP4683730B2 (ja) * | 2001-01-04 | 2011-05-18 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子とこれを含む装置 |
| US6891201B2 (en) | 2001-01-15 | 2005-05-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor laser element and optical device containing it |
| JP2002232084A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-16 | Sony Corp | 化合物半導体光学装置およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP20247794A patent/JP3458007B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐａｒｔ １，３２［１０］（１９９３），ｐ．４４１３−４４１７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0864870A (ja) | 1996-03-08 |
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