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JPH0410666A - Light-emitting element of gallium nitride-based compound semiconductor - Google Patents

Light-emitting element of gallium nitride-based compound semiconductor

Info

Publication number
JPH0410666A
JPH0410666A JP2114192A JP11419290A JPH0410666A JP H0410666 A JPH0410666 A JP H0410666A JP 2114192 A JP2114192 A JP 2114192A JP 11419290 A JP11419290 A JP 11419290A JP H0410666 A JPH0410666 A JP H0410666A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
compound semiconductor
gallium nitride
light
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.)
Granted
Application number
JP2114192A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3184202B2 (en
Inventor
Katsuhide Manabe
勝英 真部
Hisayoshi Kato
久喜 加藤
Akira Mabuchi
彰 馬淵
Norikatsu Koide
典克 小出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Development Corp of Japan, Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Research Development Corp of Japan
Priority to JP11419290A priority Critical patent/JP3184202B2/en
Publication of JPH0410666A publication Critical patent/JPH0410666A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3184202B2 publication Critical patent/JP3184202B2/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain light to be emitted in a white color by a method wherein zinc(Zn) and silicon(Si) are used as elements to be doped for an i-layer and the ratio of silicon to zinc is specified. CONSTITUTION:A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element is provided with the following: an n-layer composed of an n-type gallium nitride-based compound semiconductor (AlxGa1-xN; including X=0); and an i-layer composed of an i-type gallium nitride-based compound semiconductor (AlxGa1-xN; including X=0). At the light-emitting element, elements to be doped for the i-layer are zinc(Zn) and silicon(Si), and the ratio of the doping density of silicon to the doping density of zinc is set at 1/100 to 1/200.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、白色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子に関する。
The present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor light emitting device that emits white light.

【従来技術】[Prior art]

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型の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1
型の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)。
Conventionally, blue light emitting diodes using GaN-based compound semiconductors are known. The GaN-based compound semiconductor is attracting attention because it has high luminous efficiency due to direct transition, and because it emits blue light, which is one of the three primary colors of light. A light emitting diode using such a GaN-based compound semiconductor is produced by growing an n-layer made of an n-type GaN-based compound semiconductor on a sapphire substrate directly or with a buffer layer made of aluminum nitride interposed therebetween. 1 on top of the layer
It has a structure in which an i-layer made of a type of GaN-based compound semiconductor is grown (Japanese Patent Application Laid-open No. 119196/1983,
(Japanese Unexamined Patent Publication No. 188977/1983).

【発明が解決しようとする課題1 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。 又、1チツプで白色を発光する発光ダイオードは、知ら
れていない。従って、白色発光を得るためには、青、緑
、赤の発光ダイオードをチップを集合させて、1つのラ
ンプとすることが行われていた。 このようなランプは、製造工程が複雑となるという問題
がある。 そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体を用
いて、1チツプで白色発光を得ることである。 【課題を解決するための手段】 本発明は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体(Aj!
xGa I−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(AlXGa1−x
N;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、 i層のドーピング元素は、亜鉛(Zn)とシリコン(S
l)から成り、シリコンのドーピング密度の亜鉛のドー
ピング密度に対する割合は、1/100〜1/200で
あることを特徴とする。
Problem 1 to be Solved by the Invention However, zinc is used as a doping element for the i-layer in the light emitting diode having the above structure. For this reason, the emitted light color is fixed to blue, and other colors such as white cannot be emitted. Furthermore, there is no known light emitting diode that emits white light with a single chip. Therefore, in order to obtain white light emission, chips of blue, green, and red light emitting diodes were assembled into one lamp. Such lamps have a problem in that the manufacturing process is complicated. Therefore, an object of the present invention is to obtain white light emission with a single chip using a GaN-based compound semiconductor. [Means for Solving the Problems] The present invention provides an n-type gallium nitride compound semiconductor (Aj!
xGaI−xN: n layer consisting of (including X=O);
i-type gallium nitride compound semiconductor (AlXGa1-x
In a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having one layer consisting of N;
l), and is characterized in that the ratio of silicon doping density to zinc doping density is 1/100 to 1/200.

【発明の作用及び効果】[Operation and effects of the invention]

本発明は、i層のドーピング元素に亜鉛(Zn)とシリ
コン(Si)とを用い、亜鉛に対するシリコンの割合を
1/100〜1/200とすることで、白色発光を得る
ことができた。
In the present invention, white light emission could be obtained by using zinc (Zn) and silicon (Si) as doping elements for the i-layer and setting the ratio of silicon to zinc to be 1/100 to 1/200.

【実施例】【Example】

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O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1・8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軸方向を長軸とし、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(
X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7cmであり
、X軸方向の長さは1゜2cm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17二ホールド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Iとトリメチルガリウム(以下rTMGJと
記す)の供給系統Jとトリメチルアルミニウム(以下r
TMA」と記す)の供給系統にとジエチル亜鉛(以下r
DEZ」と記す)の供給系統りとシラン(SiH2)の
供給系統Mが接続されている。第2マニホールド32に
はNH3の供給系統Hとキャリアガスの供給系統■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で導かれた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 II 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 j2 xG a I−XN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 (l xG a +−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5
1に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成長する
A 12 XG a 、−XNにドーピングされて、i
型のA I XG a 、−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2I2/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
12に流しながら、温度1100℃でサファイア基板5
1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50mA!/分、第2ガス管29からH2を1
1分、N Haを101/分で2分間供給した。この成
長工程で、AIN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200ml1Z分、H2でlppm
に希釈したシラン(SiH2)を200 m11!/分
、第2ガス管29からH2を101/分、NH3を10
1/分で15分間供給して、膜厚的2.5JJm、キャ
リア濃度2X1018/ cxd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10On+j!/分、NH3を101/分の割合
で20分間供給し、膜厚的1.5犀、キャリア濃度lX
l016/cnl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1oll1分、−15℃のTMG中をバブリングした
H2を100mjl! 7分、5℃のDEZ中をバブリ
ングしたH 2500m Il 7分、H2でippm
に希釈したシラン(Sift−)を100rn1.7分
、NH3を101/分の割合で1分間供給して、膜厚7
5〇への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 X 1020/ cn!で、シリコンの
密度はIX 10”/ cr/!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5層02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SiO□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
5層02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゜04Torr、高周波
電力0.44W/cnt 、流速10cc/分のCC6
2F2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
5層02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AI層63の
上にフォトレジスト64を塗布して、フォトリングラフ
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AI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−In
sulater−3em 1conductor)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10の発光強
度を測定したところ、O,1mcdであった。 又、この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)2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1 
xlQ2i1/ cotに対して、1/100〜1/2
00の割合で変化させて、同様に発光ダイオードを製造
した。 i 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5×1OI9/clT
1〜3X10”/cn!とじ、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における亜鉛密度を2X1020/r++
tシリコン密度を2 Xl0I6/cut  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における亜鉛密度を5X10”/cnl〜
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
な曲線となった。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I X 10”/ cd
止し、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48
0nm (青色)のEl、強度は遥かに大きく、波長5
50nm (緑色)のEL強度は同じ位に現れ、逆に、
波長700r+n+ (赤色)のEL強度は痕かに小さ
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((C21(5) 4S+ :T
ES+)を用いても良い。
The present invention will be described below based on specific examples. First, a light emitting diode manufacturing apparatus according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a sectional view of a vapor phase growth apparatus for manufacturing a gallium nitride light emitting diode of the present invention. The quartz tube 10 is sealed with an O-ring 15 at its left end and abuts the flange 14, and using a buffer material 38 and a fixture 39,
It is fixed to the flange 14 at several locations with bolts 46, 47 and nuts 48, 49, etc. The right end of the quartz tube 10 is sealed with an O-ring 40 and fixed to the flange 27 with screw fixing devices 41 and 42. An inner chamber 11 surrounded by a quartz tube 10 is provided with a liner tube 12 for guiding a reaction gas. One end 13 of the liner tube 12 is connected to a retaining plate 17 fixed to the flange 14.
The bottom portions 1 and 8 of the other end 16 are held on the quartz tube 10 by holding legs 19. As shown in FIG. 7, the planar shape of the liner tube 12 widens downstream, and the cross section of the liner tube 12 perpendicular to the long axis (X-axis) of the quartz tube 10 is shown in FIGS. 3 to 6. like,
It varies depending on the position in the X-axis direction. That is, the reaction gas is
It flows in the axial direction, but on the upstream side of the gas flow, it is circular as shown in Figure 2, and as it advances downstream (X-axis stop direction), it expands in the long axis direction with the Y-axis direction as the long axis. It has an elliptical shape that is reduced in the short axis direction, and at position A on the slightly upstream side where the susceptor 20 is placed, it has an elliptical shape in the vertical direction (
It has an oblate elliptical shape that is thinner in the X-axis direction and longer in the Y-axis direction. The length of the opening in the Y-axis direction in the sectional view taken along arrows IV--IV shown in FIG. 5 at position A is 7 cm, and the length in the X-axis direction is 1.degree. 2 cm. On the downstream side of the liner tube 12, a sample mounting chamber 21 having a rectangular cross section perpendicular to the X-axis in which the susceptor 20 is mounted is integrally connected. A susceptor 20 is placed on the bottom 22 of the sample placement chamber 21 . The susceptor 20 has a rectangular cross section perpendicular to the X-axis, but its upper surface 23 is gently inclined in the Z-axis stopping direction with respect to the X-axis. A sample, that is, a rectangular sapphire substrate 51 is placed on the upper surface 23 of the susceptor 20, and the gap between the sapphire substrate 51 and the upper tube wall 24 of the liner tube 12 facing it is 12 mm at the upstream portion and 12 mm at the downstream portion. Part 4mm
It is. An operating rod 26 is connected to the susceptor 20, and by removing the flange 27 and using the operating rod 26, the susceptor 20 on which the sapphire substrate 51 is mounted can be placed in the sample mounting chamber 21, or when crystal growth is finished. , the susceptor 20 can be taken out from the sample placement chamber 21. Furthermore, a first gas pipe 28 and a second gas pipe 29 are open on the upstream side of the liner pipe 12. The first gas pipe 28
It is located inside the gas pipe 29, and both pipes 28 and 29 are coaxial and have a double pipe structure. A large number of holes 30 are formed around the portion of the first gas pipe 28 that protrudes from the second gas pipe 29, and a large number of holes 30 are also formed in the second gas pipe 29. Then, the reaction gas introduced through the first gas pipe 28 is blown into the liner pipe 12, where it is first mixed with the gas introduced through the second gas pipe 29. The first gas pipe 28 is connected to the seventeenth second hold 31, and the second gas pipe 29 is connected to the second manifold 32. The first manifold 31 includes a carrier gas supply system I, a trimethyl gallium (hereinafter referred to as rTMGJ) supply system J, and a trimethyl aluminum (hereinafter referred to as rTMGJ) supply system
diethylzinc (hereinafter referred to as r) in the supply system of
DEZ) supply system and a silane (SiH2) supply system M are connected. The second manifold 32 is connected to an NH3 supply system H and a carrier gas supply system ■. A cooling pipe 33 for circulating cooling water is formed on the outer periphery of the quartz tube 10, and a high frequency coil 34 for applying a high frequency electric field is disposed on the outer periphery of the cooling pipe 33. Further, the liner pipe 12 is connected to the outer pipe 35 via the flange 14.
The carrier gas is introduced from the external pipe 35. Further, an introduction pipe 36 extends from the outside into the sample holding chamber 21 by passing through the flange 14 from the side.
A thermocouple 43 and its conductive wire 44 are installed to measure the temperature of the sample.
45, and is configured so that the sample temperature can be measured from the outside. With this device configuration, the mixed gas of TMG, TMA, H2, DEZ, and silane led through the first gas pipe 28 and the mixed gas of NH3 and H2 led through the second gas pipe 29 are mixed. The mixed reaction gases are mixed near the outlet of the tube and are led to the sample holding chamber 21 by the liner tube 12 and pass through the gap formed between the sapphire substrate 51 and the upper tube wall 24 of the liner tube 12. At this time, the flow of the reaction gas on the sapphire substrate 51 becomes uniform, and a high-quality crystal with little location dependence grows. When forming an n-type A II XG a, -XN thin film, the supply of DEZ and silane is stopped and the first gas pipe 2
8 and the second gas pipe 29. When forming an i-type A j2
It is sufficient if the respective mixed gases are allowed to flow out from the second gas pipe 29 and the second gas pipe 29. When forming an i-type A (l x Ga + - xN thin film, DEZ and silane are placed on the sapphire substrate 5.
The dopant element is doped into the growing A 12 XG a , -XN, and i
A I XG a , -XN is obtained. Next, a method for manufacturing the light emitting diode 50 having the configuration shown in FIG. 1 using this apparatus will be described. First, a single-crystal sapphire substrate 51 having an a-plane main surface that has been cleaned by organic cleaning and heat treatment is attached to the susceptor 20 . Next, the pressure in the reaction chamber 11 is set to lx 1O-5 Tor
After reducing the pressure to
The sapphire substrate 5 is heated at a temperature of 1100° C. while flowing into the liner tube 12 through the second gas pipe 29 and the external pipe 35.
1 was subjected to vapor phase etching. Next, the temperature was lowered to 400°C, H2 was bubbled through the first gas pipe 28 at 10β/min, and H2 was bubbled through TMA at 15°C at 50mA! /min, 1 H2 from the second gas pipe 29
1 min, and N Ha was supplied at 101/min for 2 min. In this growth step, a buffer layer 52 of AIN was formed to a thickness of approximately 500 nm. Next, when 2 minutes have elapsed, the supply of TMA is stopped, the temperature of the sapphire substrate 51 is maintained at 1150°C, and H2 is bubbled through the TMG at -15°C at 101/min from the first gas pipe 28. 200ml 1Z portion, lppm with H2
200 m11 of silane (SiH2) diluted to /min, H2 from the second gas pipe 29 at 101/min, NH3 at 10/min.
1/min for 15 minutes to form a high carrier concentration n layer 53 made of GaN with a film thickness of 2.5 JJm and a carrier concentration of 2×10 18 /cxd. Subsequently, the temperature of the sapphire substrate 51 is maintained at 1150° C., and H is similarly supplied from the first gas pipe 28 and the second gas pipe 29.
2 at 201/min, 10On+j of H2 bubbled in TMG at -15℃! /min, NH3 was supplied for 20 minutes at a rate of 101/min, the film thickness was 1.5cm, and the carrier concentration was 1X.
A low carrier concentration n-layer 54 made of GaN of 1016/cnl was formed. Next, the sapphire substrate 51 was heated to 900°C, and similarly,
H2 from the first gas pipe 28 and the second gas pipe 29, respectively.
1 oll for 1 minute, and 100 mjl of H2 bubbled in TMG at -15°C! 7 min, 2500 m Il of H bubbled in DEZ at 5°C 7 min, ippm with H2
Silane (Sift-) diluted to
From GaN to 50. One layer 55 was formed. At this time, the density of zinc in the first layer 55 is I x 1020/cn! The density of silicon was IX 10"/cr/! In this way, a multilayer structure as shown in FIG. 8 was obtained. Next, as shown in FIG. A SiO□ layer 61 was formed thereon by sputtering to a thickness of 2000 nm.Next, a photoresist 6 was formed on the 5 layer 02 layer 61.
2 was applied, and the photoresist 62 was formed by photolithography into a pattern in which the photoresist at the electrode formation site for the high carrier concentration n layer 53 was removed. Next, as shown in FIG. 10, the SiO□ layer 61 not covered by the photoresist 62 was removed using a hydrofluoric acid etching solution. Next, as shown in FIG.
, a low carrier concentration n layer 54 below it, and a high carrier concentration n layer 54
A part of the upper surface of the layer 53 was covered with CC6 under a vacuum degree of 0°04 Torr, a high frequency power of 0.44 W/cnt, and a flow rate of 10 cc/min.
After etching with 2F2 gas, dry etching was performed with Ar. Next, as shown in FIG. 12, the fifth layer 02 layer 61 remaining on the first layer 55 was removed with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 13, an AI layer 63 was formed over the entire surface of the sample by vapor deposition. Then, a photoresist 64 is coated on the AI layer 63, and the photoresist 64 is patterned into a predetermined shape using a photorin graph so that electrode portions for the high carrier concentration n layer 53 and the first layer 55 remain. did. Next, as shown in FIG. 13, using the photoresist 64 as a mask, the exposed portion of the lower AI layer 63 is etched with a nitric acid-based etching solution, the photoresist 64 is removed with acetone, and the high carrier concentration n-layer 53 is etched. Electrode 8.1 layer 55
The electrode 7 was formed. In this way, the old S (Metal-In) shown in FIG.
A gallium nitride-based light emitting device having a slater-3<em>1 conductor structure can be manufactured. When the light emitting intensity of the light emitting diode 10 manufactured in this way was measured, it was O.1 mcd. Further, the electroluminescence intensity of this single layer 55 was measured. The results are shown by curve A in FIG. It is understood that in addition to a peak at a wavelength of 480 nm (blue) appearing, the spectrum spreads toward longer wavelengths. That is, wavelength 550nm (green) 2 wavelengths 700nm (
(Red) also emits light, and as a result, the color visible to the human eye is white. Next, the first layer 55 was analyzed by SIMS. The results are shown in FIG. The distribution of zinc and silicon in layer 55 is understood. In addition, the density of silicon in one layer 55 is set to the density of zinc 1
xlQ2i1/cot, 1/100~1/2
Light emitting diodes were manufactured in the same manner by changing the ratio by 0.00. The electroluminescence intensity of the i layer 55 was measured and was similar to curve A in FIG. Further, the light emitted from the light emitting diode was white. In addition, the zinc density in one layer 55 is set to 5×1OI9/clT.
1~3X10”/cn! binding, for its zinc density,
Light emitting diodes were similarly manufactured by changing the silicon content at a rate of 1/100 to 1/200. The electroluminescence intensity of the first layer 55 was measured, and a curve almost similar to curve A in FIG. 14 was obtained. Furthermore, the light emitted by these light emitting diodes was white. In addition, the zinc density in one layer 55 is 2X1020/r++
A light emitting diode having a silicon density of 2 Xl0I6/cut was similarly manufactured using the method described above. and,
The electroluminescence intensity of one layer 55 of the light emitting diode was measured. The characteristics shown by curve B in FIG. 14 were obtained. That is, compared to curve A, the BL intensity at a wavelength of 480 nm (blue) decreases, and the BL intensity at a wavelength of 550 nm (green) decreases.
The EL intensity appears at the same level, and conversely, the EL intensity at a wavelength of 700 nm (red) is significantly larger. As a result,
The color visible to the human eye is red. Furthermore, the emission color of these light emitting diodes was red. In addition, the zinc density in one layer 55 is 5X10"/cnl ~
A plurality of light emitting diodes were manufactured in which the ratio of silicon density to zinc density was 1/200 to 1/1000, and the electroluminescence intensity of one layer 55 of the light emitting diodes was measured. The measurement result was a curve almost similar to curve B in Figure 14.Also, the color of those light emitting diodes as judged by humans was red.Also, for comparison, the zinc density was I x 10”/cd
A light-emitting diode without doping silicon was manufactured. Then, the electroluminescence intensity of one layer 55 of the light emitting diode was measured. The characteristics shown by curve C in FIG. 14 were obtained. That is, compared to curve A, wavelength 48
0 nm (blue) El, the intensity is much larger, wavelength 5
The EL intensity of 50 nm (green) appears at the same level, and conversely,
The EL intensity at wavelength 700r+n+ (red) is slightly small. The emitted light color of these light emitting diodes recognized by humans was blue. From the above, the following can be concluded. (1) When one layer 55 is doped only with zinc, the light emitting color of the light emitting diode is blue. (2) One layer 55 is doped with zinc and silicon, and the doping amount of silicon is 1/20 in proportion to the zinc density.
When the amount is relatively small in the range of 0 to 1/1000, the light emitted by the light emitting diode is red. (3) One layer 55 is doped with zinc and silicon, and the doping amount of silicon is 1/10 in proportion to the zinc density.
When the amount is relatively large (0 to 1/200), the light emitted by the light emitting diode is white. In the above example, silane was used as the silicon raw material, but tetraethylsilane ((C21(5) 4S+ :T
ES+) may also be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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−高キヤリア濃度n層4−低キヤリア濃度
n層 5−i層 7.8゛電極
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a light emitting diode according to a specific embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for manufacturing the light emitting diode, and FIGS. 3 to 6 are 7 is a plan view of the liner tube, FIGS. 8 to 13 are sectional views showing the manufacturing process of the light emitting diode, and FIG. 14 is a cross sectional view of the liner tube used in the device. FIG. 15 is a measurement diagram showing the results of electroluminescence measurement of the i-layer. FIG. 15 is a measurement diagram showing the results of SIMS analysis of the i-layer. 10°゛Light emitting diode 1-Sapphire substrate 2-Buffer layer 3-High carrier concentration n layer 4-Low carrier concentration n layer 5-I layer 7.8゛electrode

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)から成り、シリコンのドーピング密度の亜鉛の
ドーピング密度に対する割合は、1/100〜1/20
0であることを特徴とする発光素子。
[Claims] N-type gallium nitride compound semiconductor (Al_XGa_
1_-_XN; including X=0) and an i-type gallium nitride compound semiconductor (Al_XGa_1_-
In a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having an i-layer consisting of Zn; The ratio to the doping density is 1/100 to 1/20
A light emitting element characterized in that: 0.0.
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