JPH0410665A - 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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- JPH0410665A JPH0410665A JP2114191A JP11419190A JPH0410665A JP H0410665 A JPH0410665 A JP H0410665A JP 2114191 A JP2114191 A JP 2114191A JP 11419190 A JP11419190 A JP 11419190A JP H0410665 A JPH0410665 A JP H0410665A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する
。
。
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ｉ型
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ｉ型
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）
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。 そこで、本発明の目的は、ＧａＮ系の化合物半導体の発
光ダイオードの発光色を変えることである。
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。 そこで、本発明の目的は、ＧａＮ系の化合物半導体の発
光ダイオードの発光色を変えることである。
本発明は、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｊｌ
！ｘＧａ １−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（Ａｊｌ！ｘＧａ
、 −ＸＮ ；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、 前記ｉｌｌのドーピング元素は、亜鉛（Ｚｎ）とシリコ
ン（Ｓｉ）であることを特徴とする。
！ｘＧａ １−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（Ａｊｌ！ｘＧａ
、 −ＸＮ ；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、 前記ｉｌｌのドーピング元素は、亜鉛（Ｚｎ）とシリコ
ン（Ｓｉ）であることを特徴とする。
本発明は、ｊ層のドーピング元素に亜鉛（Ｚｎ）とシリ
コン（Ｓｉ）とを用いたために、発光色が可変できた。 即ち、亜鉛に対してシリコンのドーピング割合を変化さ
せることで、青色、白色、赤色と変化させることができ
た。
コン（Ｓｉ）とを用いたために、発光色が可変できた。 即ち、亜鉛に対してシリコンのドーピング割合を変化さ
せることで、青色、白色、赤色と変化させることができ
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○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１８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・とじ、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
（Ｚ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７ ｃｍで
あり、Ｚ軸方向の長さは１゜２ ｃｍ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１マニホールド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■とトリメチルガリウム（以下ｒＴＭＧ、＋
と記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下
ｒＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下
ｒＤＥＺ」と記す）の供給系統りとシラン（Ｓｉｌ１４
）の供給系統Ｍが接続されている。第２７二ホールド３
２にはＮＨ，の供給系統Ｈとキャリアガスの供給系統Ｉ
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で導がれた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 Ｉｔ 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 Ｉｔ ｘＧ ａ 、−、Ｎ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 ｊｌ！ ＸＧ ａ Ｉ−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
５１に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長す
るＡ ｊｌ！ ｘＧ ａ 、−ＸＮにドーピングされて
、ｉ型のＡ Ｉ！ ｘＧ ａ １−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２１／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１
２に流しながら、温度１１００℃でサファイア基板５１
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５０ｍ１７分、第２ガス管２９からＨ２を１０
１／分、ＮＨ，を１０１７分で２分間供給した。この成
長工程で、ＡＡＮ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２００ｍｊ２／分、Ｈ２で１ｐＩ］
ｍに希釈したシラン（Ｓｉ）１４）を２００ｍ７ｆ／分
、第２ガス管２９からＨ２を１１分、ＮＨ３を１０１／
分で１５分間供給して、膜厚的２．５帆、キャリア濃度
２Ｘ１０１８／ ｃｎｔ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１００ｍｊ２７分、ＮＨ３を１０１／分の割合で
２０分間供給し、膜厚的１．５７ｍ、キャリア濃度ｌＸ
ｌ０１６／ｃｏ！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１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングしたＨ
２を１００ｍｊｌ！／分、５℃のＤＥＺ中をバブリング
したＨ ２５００ｍｊｌ！ ７分、Ｈ２でｌｐｐｍに希
釈したシラン（ＳｉＨ４）を１００ｒｎＩ！、７分、Ｎ
Ｈ，を１０１／分の割合で１分間供給して、膜厚７５〇
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 ＸＩＯ”、／ ｃｆｆＩ
で、シリコンの密度はｌＸｌ０”／ｃｆｆｔ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Ｓｉｎ、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Ｓｉｎ、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
５１０２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゜０４Ｔｏｒ５高周波電
力０．４４Ｗ／ｃｎｔ、流速１０ｃｃ／分のＣＣ１２Ｐ
２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
ＳｉＯ□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Ａｐ層６３の
上にフォトレジスト６４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Ａ１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−１
ｎｓｕｌａｔｅｒ−３ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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１００発光強
度を測定したところ、Ｏ，１ｍｃｄであった。 又、このｉ 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）と波長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Ｉ
Ｘ １０”／ ｃｎｔニ対シテ、ｌ／１ｏｏ〜１／２ｏ
ｏノ割合で変化させて、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５Ｘ１０”／ｃｎｔ〜
３Ｘ１０”／ｃｎｌとし、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にあける亜鉛密度を２Ｘ １０”／ｃ１１
１シリコン密度を２ ＸＩＯ”／ｃｉ 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におシる亜鉛密度を５Ｘ１０”／ｃｎｔ〜
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
な曲線きなった。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１ ｘｉＯ”／ ｃ＋＋
Ｉとし、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４
８０ｎｍ （青色）のＥＬ強度は遥かに大きく、波長５
５０ｎｍ （緑色）の８１強度は同じ位に現れ、逆に、
波長７００ｎｍ （赤色）のＥＬ強度は遥かに小さくな
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（（ＣＪｓ） ４ＳＩ ：ＴＢＳ
ｒ）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○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１８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・とじ、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
（Ｚ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７ ｃｍで
あり、Ｚ軸方向の長さは１゜２ ｃｍ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１マニホールド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■とトリメチルガリウム（以下ｒＴＭＧ、＋
と記す）の供給系統Ｊとトリメチルアルミニウム（以下
ｒＴＭＡ」と記す）の供給系統にとジエチル亜鉛（以下
ｒＤＥＺ」と記す）の供給系統りとシラン（Ｓｉｌ１４
）の供給系統Ｍが接続されている。第２７二ホールド３
２にはＮＨ，の供給系統Ｈとキャリアガスの供給系統Ｉ
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で導がれた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 Ｉｔ 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 Ｉｔ ｘＧ ａ 、−、Ｎ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 ｊｌ！ ＸＧ ａ Ｉ−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
５１に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長す
るＡ ｊｌ！ ｘＧ ａ 、−ＸＮにドーピングされて
、ｉ型のＡ Ｉ！ ｘＧ ａ １−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２１／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１
２に流しながら、温度１１００℃でサファイア基板５１
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５０ｍ１７分、第２ガス管２９からＨ２を１０
１／分、ＮＨ，を１０１７分で２分間供給した。この成
長工程で、ＡＡＮ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２００ｍｊ２／分、Ｈ２で１ｐＩ］
ｍに希釈したシラン（Ｓｉ）１４）を２００ｍ７ｆ／分
、第２ガス管２９からＨ２を１１分、ＮＨ３を１０１／
分で１５分間供給して、膜厚的２．５帆、キャリア濃度
２Ｘ１０１８／ ｃｎｔ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１００ｍｊ２７分、ＮＨ３を１０１／分の割合で
２０分間供給し、膜厚的１．５７ｍ、キャリア濃度ｌＸ
ｌ０１６／ｃｏ！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１０１／分、−１５℃のＴＭＧ中をバブリングしたＨ
２を１００ｍｊｌ！／分、５℃のＤＥＺ中をバブリング
したＨ ２５００ｍｊｌ！ ７分、Ｈ２でｌｐｐｍに希
釈したシラン（ＳｉＨ４）を１００ｒｎＩ！、７分、Ｎ
Ｈ，を１０１／分の割合で１分間供給して、膜厚７５〇
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 ＸＩＯ”、／ ｃｆｆＩ
で、シリコンの密度はｌＸｌ０”／ｃｆｆｔ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Ｓｉｎ、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Ｓｉｎ、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
５１０２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゜０４Ｔｏｒ５高周波電
力０．４４Ｗ／ｃｎｔ、流速１０ｃｃ／分のＣＣ１２Ｐ
２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
ＳｉＯ□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Ａｐ層６３の
上にフォトレジスト６４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Ａ１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−１
ｎｓｕｌａｔｅｒ−３ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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１００発光強
度を測定したところ、Ｏ，１ｍｃｄであった。 又、このｉ 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）と波長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Ｉ
Ｘ １０”／ ｃｎｔニ対シテ、ｌ／１ｏｏ〜１／２ｏ
ｏノ割合で変化させて、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５Ｘ１０”／ｃｎｔ〜
３Ｘ１０”／ｃｎｌとし、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にあける亜鉛密度を２Ｘ １０”／ｃ１１
１シリコン密度を２ ＸＩＯ”／ｃｉ 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におシる亜鉛密度を５Ｘ１０”／ｃｎｔ〜
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
な曲線きなった。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１ ｘｉＯ”／ ｃ＋＋
Ｉとし、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４
８０ｎｍ （青色）のＥＬ強度は遥かに大きく、波長５
５０ｎｍ （緑色）の８１強度は同じ位に現れ、逆に、
波長７００ｎｍ （赤色）のＥＬ強度は遥かに小さくな
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（（ＣＪｓ） ４ＳＩ ：ＴＢＳ
ｒ）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−高キャリア濃度１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−高キャリア濃度１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）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 |
|---|---|---|---|
| JP11419190A JP2623464B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP11419190A JP2623464B2 (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 |
|---|---|
| JPH0410665A true JPH0410665A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2623464B2 JP2623464B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=14631483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11419190A Expired - Lifetime JP2623464B2 (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) | JP2623464B2 (ja) |
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