JPH0955538A - 多波長発光素子 - Google Patents

多波長発光素子

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JPH0955538A
JPH0955538A JP20452295A JP20452295A JPH0955538A JP H0955538 A JPH0955538 A JP H0955538A JP 20452295 A JP20452295 A JP 20452295A JP 20452295 A JP20452295 A JP 20452295A JP H0955538 A JPH0955538 A JP H0955538A
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JP
Japan
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light emitting
emitting diode
layer
compound semiconductor
gan
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JP20452295A
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English (en)
Inventor
Akinobu Nakai
昭暢 中井
Masakiyo Ikeda
正清 池田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一の基板上に形成した1つの素子からな
るフルカラーの発光素子を提供することにある。 【構成】 同一基板1上に、GaP系化合物半導体から
なる発光ダイオード部24を積層し、該発光ダイオード
部24上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオ
ード部25、26を積層して構成し、発光ダイオード部
24と発光ダイオード部25の間に絶縁層としてZnO
膜5を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多波長の可視光発光素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、MOCVD法により、GaN系化
合物半導体を利用する高輝度の青色発光ダイオードが提
案されている(S. Nakamura et al. Appl. Phys. Let
t., 64,28,(1994) p1687) 。この発光ダイオードは、サ
ファイア基板上に順次にエピタキシャル成長したGaN
バッファ層、Siドープのn導電型GaN層(nーGa
N層、以下同様),SiドープのnーAlGaN層、Z
nドープのInGaN活性層、MgドープのpーAlG
aN層及びMgドープのpーGaN層から構成されてい
る。この発光ダイオードでは、InGaNにZnをドー
ピングして得られたInGaN活性層の不純物のエネル
ギー順位によって青色(発光波長450nm)発光を得
るものである。ここで、Inの組成を変えて青緑色(発
光波長470nm)の発光ダイオードを得る構成も提案
されており、また、Znに代えて他の不純物、例えばC
又はCd等をドーピングしても、発光波長が変化するも
のと考えられる。
【0003】上記形式の発光ダイオードを作製するため
には、各エピタキシャル層をp型及びn型にするための
導電型制御を行う必要がある。ここで、p型ドーパント
としてZnやMgをドーピングした成長直後のGaNは
高抵抗にしかならず、発光ダイオードのためのp導電型
層としては実質的に機能しないが、電子線の照射や窒素
中でのアニールによって低抵抗化が可能となり、発光ダ
イオードのp導電型層として機能することが報告されて
いる(I. Akasaka et al. J.J.A.P., 28 No.12, (1989)
L2112及び S. Nakamura et al. J.J.A.P., 31 (1992)
pp1258) 。
【0004】これらの事実を利用して、同一基板上に多
波長の発光ダイオードを形成したものが提案されてい
る。即ち、n型ドーパントを含むGaN系化合物半導体
からなる少なくとも一つのn導電型層と、GaN系化合
物半導体からなる活性層と、p型ドーパントを含むGa
N系化合物半導体からなる少なくとも一つのp導電型層
とを含む発光ダイオード部を同一基板上に複数積層して
備え、該発光ダイオード部のそれぞれに独立に電極を形
成したものである。以上の発光ダイオードは、サファイ
ア基板上にGaN系のバッファー層を形成した後、Ga
N系の化合物半導体層を積層するものであるが、これ以
外にZnO膜をバッファー層としても良好なGaN膜が
得られることが報告されている(Appl. Phys. Lett., 6
1,30,(1992) p2688)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り、GaN系
化合物半導体材料によって青〜緑色の領域での発光ダイ
オードが実現可能である。一方、赤色の発光素子として
は、現在GaP系の発光ダイオードが実現されている。
そこで、これらを組み合わせることで、フルカラーの発
光素子を提供することができる。本発明の目的は、単一
の基板上に形成した1つの素子からなるフルカラーの発
光素子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した多波長発光素子を提供するもので、請求項1記載
の発明は、同一基板上に、GaP系、AlGaAs系、
またはAlGaInP系化合物半導体からなる発光ダイ
オード部を少なくとも1個積層し、該発光ダイオード部
上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオード部
を1個以上積層して備えたことを特徴とするものであ
る。
【0007】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の多波長発光素子において、GaP系、AlGaAs
系、またはAlGaInP系化合物半導体からなる発光
ダイオード部間および該発光ダイオード部と隣接するG
aN系化合物半導体からなる発光ダイオード部との間に
絶縁層を介在させたことを特徴とするものである。
【0008】さらに、請求項3記載の発明は、請求項1
または2記載の多波長発光素子におおて、各発光ダイオ
ード部に独立した電極を形成したことを特徴とするもの
である。
【0009】
【作用】請求項1記載の発明の多波長発光素子による
と、同一基板上に、GaP系化合物半導体からなる発光
ダイオード部を少なくとも1個積層し、該発光ダイオー
ド部上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオー
ド部を1個以上積層して備えているので、GaP系化合
物半導体からなる発光ダイオード部から赤色系の発光を
得ることができ、GaN系化合物半導体からなる発光ダ
イオード部から青〜緑系色の発光を得ることができる。
この場合、基板としてはGaPやGaAsを用いて、へ
き開によりチップを形成することができるので、へき開
のできないサファイア基板を用いる場合よりもチップ作
製が容易になる。
【0010】また、請求項2記載の発明のように、Ga
P系化合物半導体からなる発光ダイオード部間および該
発光ダイオード部と隣接するGaN系化合物半導体から
なる発光ダイオード部との間に絶縁層を介在させ、ま
た、請求項3記載の発明のように、各発光ダイオード部
に独立した電極を形成すると、各発光ダイオード部の発
光を独立に制御することができ、所望の組み合わせの発
光を得ることができる。
【0011】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図1は本発明にかかる多波長発光素
子の一実施例の断面図である。この多波長発光素子は、
以下のような工程で製作される。即ち、 1)先ず、nーGaP基板1上に1μm厚のSiドープ
のnーGaP層2、0.5μm厚のZnドープのGaA
sP層3、0.5μm厚のMgドープのp−GaP層4
を順次積層する。その後、スパッタリングにより200
nm厚のZnO膜5を積層する。このようにして、赤系
の発光をするGaP系の第1の発光ダイオード部24を
形成する。 2)次いで、1μm厚のSiドープのnーGaN層6、
0.15μm厚のSiドープのnーAlGaN層7、厚
さ0.05μmの緑の発光の見られる濃度のZnドープ
のInGaN層8、厚さ0.15μmのMgドープのp
−AlGaN層9、厚さ1μmのMgドープのp−Ga
N層10を順次積層する。このようにして、GaN系の
第2の発光ダイオード部25を形成する。 3)さらに、1μm厚のSiドープのnーGaN層1
1、0.15μm厚のSiドープのnーAlGaN層1
2、0.05μm厚の青の発光をするZnドープのIn
GaN層13、0.15μm厚のMgドープのpーAl
GaN層14、0.5μm厚のMgドープのpーGaN
層15を順次積層する。このようにして、GaN系の第
3の発光ダイオード部26を形成する。 4)次いで、部分的に幅Aの領域を表面からMgドープ
のp−GaN層10の途中までをエッチングする。次い
で、p型領域16、17(ハッチング部分)を除いてマ
スクし、p型領域16、17に電子線を照射して、この
部分を低抵抗化する。 5)次いで、n電極をとるために、SiドープのnーG
aN層6、11まで幅Bおよび幅Cの領域をエッチング
する。さらに、GaP系半導体層のp電極をとるため
に、p−GaP層4まで幅Dの領域をエッチングする。 6)最後に、p電極19、21、23およびn電極2
0、22および裏面のn電極18を形成する。
【0012】上記積層構造において、ZnO膜5は絶縁
膜であり、Mgドープのp−GaN層10は高抵抗層で
ある。従って、SiドープのnーGaP層2からMgド
ープのp−GaP層4で構成される第1の発光ダイオー
ド部24、SiドープのnーGaN層6からMgドープ
のp−AlGaN層9で構成される第2の発光ダイオー
ド部25、およびSiドープのnーGaN層11からM
gドープのpーAlGaN層14で構成される第3の発
光ダイオード部26は、相互に絶縁されており、独立に
3種類の異なる波長で発光する。これら3個の発光ダイ
オード部24、25、26の発光強度を制御すれば、フ
ルカラーの発光を得ることができる。
【0013】なお、GaP系化合物半導体からなる発光
ダイオード部およびGaN系化合物半導体からなる発光
ダイオード部の数は、上記実施例のように、それぞれ1
個および2個に限定されることはない。また、上記実施
例では、ZnをドーピングしたInGaNからなる活性
層を用いたが、CdやMgなどの他のドーパントを用い
てもよい。また、ドーパントの種類、量を変える他に、
Inの組成を変えて活性層の発光波長を変えてもよい。
なお、本実施例では、赤色発光素子としてGaP系材料
を例にしたが、図2に示すように、n−GaAs基板3
1上にAlGaInP系の化合物半導体材料を用いて、
n−AlGaInP層32、GaInP層33、p−A
lGaInP層343を積層しても同様の効果がある。
更に、AlGaAs系半導体を用いても同じ効果があ
る。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、同一基板上に、GaP系、AlGaAs系、
またはAlGaInP系化合物半導体からなる発光ダイ
オード部を少なくとも1個積層し、該発光ダイオード部
上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオード部
を1個以上積層して備えているため、1つの素子からな
るフルカラーの発光素子を得ることができるとともに、
化合物半導体からなる基板を用いることができるので、
サファイア基板の素子よりもへき開により小型のチップ
を容易に形成することができるという優れた効果があ
る。
【0015】また、請求項2記載の発明によれば、Ga
P系、AlGaAs系、またはAlGaInP系化合物
半導体からなる発光ダイオード部間および該発光ダイオ
ード部と隣接するGaN系化合物半導体からなる発光ダ
イオード部との間に絶縁層を介在させているため、ま
た、請求項3の発明によれば、各発光ダイオード部に独
立した電極を形成しているため、各発光ダイオード部の
発光を制御して所望の組み合わせの発光を得ることがで
きるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多波長発光素子の一実施例の断面
図である。
【図2】本発明に係る多波長発光素子の他の実施例の断
面図である。
【符号の説明】
1 nーGaP基板 2 nーGaP層 3 GaAsP層 4 p−GaP層 5 ZnO膜 6 nーGaN層 7 nーAlGaN層 8 InGaN層 9 p−AlGaN層 10 p−GaN層 11 nーGaN層 12 nーAlGaN層 13 InGaN層 14 pーAlGaN層 15 GaN層 16、17 p型領域 18、19、21、23p電極 20、22 n電極 24、25、26 発光ダイオード部 31 n−GaAs基板 32 n−AlGaInP層 33 GaInP層 34 p−AlGaInP層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に、GaP系、AlGaAs
    系、またはAlGaInP系化合物半導体からなる発光
    ダイオード部を少なくとも1個積層し、該発光ダイオー
    ド部上に、GaN系化合物半導体からなる発光ダイオー
    ド部を1個以上積層して備えたことを特徴とする多波長
    発光素子。
  2. 【請求項2】 GaP系、AlGaAs系、またはAl
    GaInP系化合物半導体からなる発光ダイオード部間
    および該発光ダイオード部と隣接するGaN系化合物半
    導体からなる発光ダイオード部との間に絶縁層を介在さ
    せたことを特徴とする請求項1記載の多波長発光素子。
  3. 【請求項3】 各発光ダイオード部に独立した電極を形
    成したことを特徴とする請求項1または2記載の多波長
    発光素子。
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