JPH10125956A - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
３族窒化物半導体発光素子Info
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- JPH10125956A JPH10125956A JP29949896A JP29949896A JPH10125956A JP H10125956 A JPH10125956 A JP H10125956A JP 29949896 A JP29949896 A JP 29949896A JP 29949896 A JP29949896 A JP 29949896A JP H10125956 A JPH10125956 A JP H10125956A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 紫外線領域の光を発光する３族窒化物半導体
発光素子の発光強度を向上させること。 【解決手段】 ３族窒化物半導体から成る紫及び紫外線
領域の光を発光する発光層４を有する発光素子におい
て、発光層４の上部に形成されるｐ−クラッド層５のAl
GaN のアルミニウム組成率を８％以上３０％以下とし、
かつ、ｐ−クラッド層５厚さを７０ｎｍ以下にした。さ
らに、ｐ−クラッド層５の上部に形成されるｐ−コンタ
クト層６を薄膜化すること、及び発光層４の下部に形成
されるｎ−クラッド層３をAlGaN で形成すること、及び
基板であるサファイア層１の裏面に反射膜１０を取り付
けることにより、紫及び紫外線領域の光の発光強度が向
上した。
発光素子の発光強度を向上させること。 【解決手段】 ３族窒化物半導体から成る紫及び紫外線
領域の光を発光する発光層４を有する発光素子におい
て、発光層４の上部に形成されるｐ−クラッド層５のAl
GaN のアルミニウム組成率を８％以上３０％以下とし、
かつ、ｐ−クラッド層５厚さを７０ｎｍ以下にした。さ
らに、ｐ−クラッド層５の上部に形成されるｐ−コンタ
クト層６を薄膜化すること、及び発光層４の下部に形成
されるｎ−クラッド層３をAlGaN で形成すること、及び
基板であるサファイア層１の裏面に反射膜１０を取り付
けることにより、紫及び紫外線領域の光の発光強度が向
上した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光効率を向上させた
紫あるいは紫外線領域（４３０ｎｍ以下の波長）の光を
発光する３族窒化物半導体発光素子に関する。
紫あるいは紫外線領域（４３０ｎｍ以下の波長）の光を
発光する３族窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、紫あるいは紫外線領域の光を
発光する３族窒化物半導体にて構成された発光層を有す
る発光素子が知られている。そしてこの発光素子は、発
光層の下部のシリコン(Si)がドーピングされたｎ+ −Ga
N のｎ−クラッド層、発光層の上部のマグネシウム(Mg)
がドーピングされたｐ−Alx1Ga1-x1N のｐ−クラッド
層、ただしｘ１＜０．０８、ｐ−クラッド層の上部のｐ
−GaN のコンタクト層によって構成されている。
発光する３族窒化物半導体にて構成された発光層を有す
る発光素子が知られている。そしてこの発光素子は、発
光層の下部のシリコン(Si)がドーピングされたｎ+ −Ga
N のｎ−クラッド層、発光層の上部のマグネシウム(Mg)
がドーピングされたｐ−Alx1Ga1-x1N のｐ−クラッド
層、ただしｘ１＜０．０８、ｐ−クラッド層の上部のｐ
−GaN のコンタクト層によって構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ｐ−コンタク
ト層及びｐ−クラッド層では、マグネシウム(Mg)は深い
準位のアクセプタレベルを形成している。その深い準位
と伝導帯とのバンドギャップにより４３０ｎｍ以下の波
長の光を吸収する。そのため上記の構造では発光層から
４３０ｎｍ以下の波長の光を発光させる場合、上部から
発光する光の一部がｐ−コンタクト層及びｐ−クラッド
層で吸収されてしまい、発光出力が弱くなるという問題
がある。そこで、発光層より上部の層での光の吸収を最
小限にすることにより、発光強度を増大させることが本
発明の課題である。
ト層及びｐ−クラッド層では、マグネシウム(Mg)は深い
準位のアクセプタレベルを形成している。その深い準位
と伝導帯とのバンドギャップにより４３０ｎｍ以下の波
長の光を吸収する。そのため上記の構造では発光層から
４３０ｎｍ以下の波長の光を発光させる場合、上部から
発光する光の一部がｐ−コンタクト層及びｐ−クラッド
層で吸収されてしまい、発光出力が弱くなるという問題
がある。そこで、発光層より上部の層での光の吸収を最
小限にすることにより、発光強度を増大させることが本
発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の発明は、３族窒化物半導体から成る発光
層と発光層の上部に形成されるｐ−クラッド層とを有す
る発光素子において、ｐ−クラッド層は厚さが７０ｎｍ
以下の０．０８≦ｘ１≦０．３であるマグネシウム(Mg)
ドープAlx1Ga1-x1N から成ることを特徴とする。
めに請求項１の発明は、３族窒化物半導体から成る発光
層と発光層の上部に形成されるｐ−クラッド層とを有す
る発光素子において、ｐ−クラッド層は厚さが７０ｎｍ
以下の０．０８≦ｘ１≦０．３であるマグネシウム(Mg)
ドープAlx1Ga1-x1N から成ることを特徴とする。
【０００５】請求項２の発明は、請求項１に記載の３族
窒化物半導体発光素子のｐ−クラッド層の上部に形成さ
れるマグネシウム(Mg)ドープGaN から成るｐ−コンタク
ト層の厚さを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする。
窒化物半導体発光素子のｐ−クラッド層の上部に形成さ
れるマグネシウム(Mg)ドープGaN から成るｐ−コンタク
ト層の厚さを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする。
【０００６】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の３族窒化物半導体発光素子の発光層の下に形成
されるｎ−クラッド層が０＜ｘ２≦０．３であるシリコ
ン(Si)ドープn + −Alx2Ga1-x2N から成ることを特徴と
する。
に記載の３族窒化物半導体発光素子の発光層の下に形成
されるｎ−クラッド層が０＜ｘ２≦０．３であるシリコ
ン(Si)ドープn + −Alx2Ga1-x2N から成ることを特徴と
する。
【０００７】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載の３族窒化物半導体発光素子におい
て、サファイア基板の裏面に反射膜をつけたことを特徴
とする。また、請求項５の発明は、請求項４に記載の反
射膜がアルミニウムであることを特徴とする。
のいずれかに記載の３族窒化物半導体発光素子におい
て、サファイア基板の裏面に反射膜をつけたことを特徴
とする。また、請求項５の発明は、請求項４に記載の反
射膜がアルミニウムであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用及び効果】請求項１に示すように、３族窒
化物半導体発光素子のｐ−クラッド層は厚さが７０ｎｍ
以下で０．０８≦ｘ１≦０．３であるマグネシウム(Mg)
ドープAlx1Ga1-x1N から成ることを特徴とする。これに
より、従来のｘ１＜０．０８のAlx1Ga1-x1N に比べてバ
ンドギャップが拡がり、深い準位であるマグネシウム(M
g)の準位とAlx1Ga1-x1N の伝導帯とのバンドギャップも
拡がるので、吸収する光の波長が短くなる。さらに、膜
厚が７０ｎｍ以下と薄くなっているので、光の吸収量が
少なくなる。つまり、ｐ−クラッド層で吸収する光の波
長を４３０ｎｍより短波長側にずらして、かつ、膜厚を
薄くしたので、この結果、発光層より４３０ｎｍ以下の
光が発光された場合に吸収される光を最小限にすること
ができ、発光出力を増大することができる。
化物半導体発光素子のｐ−クラッド層は厚さが７０ｎｍ
以下で０．０８≦ｘ１≦０．３であるマグネシウム(Mg)
ドープAlx1Ga1-x1N から成ることを特徴とする。これに
より、従来のｘ１＜０．０８のAlx1Ga1-x1N に比べてバ
ンドギャップが拡がり、深い準位であるマグネシウム(M
g)の準位とAlx1Ga1-x1N の伝導帯とのバンドギャップも
拡がるので、吸収する光の波長が短くなる。さらに、膜
厚が７０ｎｍ以下と薄くなっているので、光の吸収量が
少なくなる。つまり、ｐ−クラッド層で吸収する光の波
長を４３０ｎｍより短波長側にずらして、かつ、膜厚を
薄くしたので、この結果、発光層より４３０ｎｍ以下の
光が発光された場合に吸収される光を最小限にすること
ができ、発光出力を増大することができる。
【０００９】また、請求項２に示すように請求項１に記
載の３族窒化物半導体発光素子のｐ−コンタクト層の厚
さを１００ｎｍ以下としたことにより、４３０ｎｍ以下
の光を吸収する層が薄くなったので吸収される光の量が
減少して、発光強度が増大する。
載の３族窒化物半導体発光素子のｐ−コンタクト層の厚
さを１００ｎｍ以下としたことにより、４３０ｎｍ以下
の光を吸収する層が薄くなったので吸収される光の量が
減少して、発光強度が増大する。
【００１０】請求項３に示すように、請求項１又は請求
項２に記載の３族窒化物半導体発光素子のｎ−クラッド
層はシリコン(Si)ドープn + -AlGaNから成ることを特徴
とする。これにより従来のシリコン(Si)ドープn + -GaN
に比べてバンドギャップが広がることにより、４３０ｎ
ｍ以下の波長の光を吸収することがなくなる。よって、
発光強度が増大することになる。
項２に記載の３族窒化物半導体発光素子のｎ−クラッド
層はシリコン(Si)ドープn + -AlGaNから成ることを特徴
とする。これにより従来のシリコン(Si)ドープn + -GaN
に比べてバンドギャップが広がることにより、４３０ｎ
ｍ以下の波長の光を吸収することがなくなる。よって、
発光強度が増大することになる。
【００１１】請求項４に示すように、請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の３族窒化物半導体発光素子のサ
ファイア基板の裏面に反射膜をつけたこと、また、請求
項５に示すように請求項４に記載の３族窒化物半導体発
光素子の反射膜をアルミニウムにしたことにより発光層
より下部に向かった光も反射膜にて反射させることによ
り上部から発光させることができる。よって上部がら発
光する光の発光強度が増大する。
項３のいずれかに記載の３族窒化物半導体発光素子のサ
ファイア基板の裏面に反射膜をつけたこと、また、請求
項５に示すように請求項４に記載の３族窒化物半導体発
光素子の反射膜をアルミニウムにしたことにより発光層
より下部に向かった光も反射膜にて反射させることによ
り上部から発光させることができる。よって上部がら発
光する光の発光強度が増大する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例の発光素子１００の
全体図を示す。発光素子１００は、サファイア基板１を
有しており、そのサファイア基板１上に５０ｎｍのAlN
バッファ層２が形成されている。また、サファイア基板
１の下部には厚さが２００ｎｍのアルミニウム反射膜１
０が形成されている。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例の発光素子１００の
全体図を示す。発光素子１００は、サファイア基板１を
有しており、そのサファイア基板１上に５０ｎｍのAlN
バッファ層２が形成されている。また、サファイア基板
１の下部には厚さが２００ｎｍのアルミニウム反射膜１
０が形成されている。
【００１３】そのバッファ層２の上には、順に、膜厚
５．０μｍ、電子濃度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン濃
度４×１０18／ｃｍ3 のシリコン(Si)ドープn + −Al
0.08Ga0.92N から成る高キャリア濃度ｎ−クラッド層
３、全膜厚約４１０ｎｍでGaN から成るバリア層とシリ
コン(Si)が５×１０18／ｃｍ3 の濃度で添加されている
In0.07Ga0.93N から成る井戸層から成る多重量子井戸構
造の発光層４、膜厚５０ｎｍ、ホール濃度５×１０17／
ｃｍ3 、マグネシウム(Mg)濃度５×１０20／ｃｍ3 のマ
グネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92N からなるｐ−クラ
ッド層５、膜厚３０ｎｍ、ホール濃度７×１０18／ｃｍ
3 、マグネシウム(Mg)濃度５×１０21／ｃｍ3のマグネ
シウム(Mg)ドープGaN からなるｐ−コンタクト層６が形
成されている。そして、ｐ−コンタクト層６の上面全体
にNi/Au の２重層から成る透明電極８が形成され、その
透明電極８の隅の部分にNi/Au の２重層から成るボンデ
ィングのためのパッド９が形成されている。また、ｎ−
クラッド層３上にはAlから成る電極７が形成されてい
る。
５．０μｍ、電子濃度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン濃
度４×１０18／ｃｍ3 のシリコン(Si)ドープn + −Al
0.08Ga0.92N から成る高キャリア濃度ｎ−クラッド層
３、全膜厚約４１０ｎｍでGaN から成るバリア層とシリ
コン(Si)が５×１０18／ｃｍ3 の濃度で添加されている
In0.07Ga0.93N から成る井戸層から成る多重量子井戸構
造の発光層４、膜厚５０ｎｍ、ホール濃度５×１０17／
ｃｍ3 、マグネシウム(Mg)濃度５×１０20／ｃｍ3 のマ
グネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92N からなるｐ−クラ
ッド層５、膜厚３０ｎｍ、ホール濃度７×１０18／ｃｍ
3 、マグネシウム(Mg)濃度５×１０21／ｃｍ3のマグネ
シウム(Mg)ドープGaN からなるｐ−コンタクト層６が形
成されている。そして、ｐ−コンタクト層６の上面全体
にNi/Au の２重層から成る透明電極８が形成され、その
透明電極８の隅の部分にNi/Au の２重層から成るボンデ
ィングのためのパッド９が形成されている。また、ｎ−
クラッド層３上にはAlから成る電極７が形成されてい
る。
【００１４】発光層５の詳細な構成は、図２に示すよう
に膜厚１０ｎｍのGaN から成る２１層のバリア層４１と
膜厚１０ｎｍのシリコン(Si)が５×１０18／ｃｍ3 の濃
度で添加されているIn0.07Ga0.93N から成る２０層の井
戸層４２とが交互に積層された多重量子井戸構造であ
り、全膜厚は約４１０ｎｍである。
に膜厚１０ｎｍのGaN から成る２１層のバリア層４１と
膜厚１０ｎｍのシリコン(Si)が５×１０18／ｃｍ3 の濃
度で添加されているIn0.07Ga0.93N から成る２０層の井
戸層４２とが交互に積層された多重量子井戸構造であ
り、全膜厚は約４１０ｎｍである。
【００１５】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相
成長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリア
ガスH2又はN2、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)、シクロペ
ンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg
」と記す）である。
ついて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相
成長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリア
ガスH2又はN2、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)、シクロペ
ンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg
」と記す）である。
【００１６】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を流速２liter/分で約３０分間反応室に流しな
がら温度１１００℃でサファイア基板をベーキングし
た。
面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を流速２liter/分で約３０分間反応室に流しな
がら温度１１００℃でサファイア基板をベーキングし
た。
【００１７】次に、温度を４００℃まで低下させて、H2
又はN2を１０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を
１．８×１０-5モル／分で約９０秒間供給してAlN のバ
ッファ層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サフ
ァイア基板１の温度を１１００℃に保持し、H2を２０li
ter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を０．４７×１０-4
モル／分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、H2ガスに
より０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)を２×１
０-7モル／分で１００分導入し、膜厚５．０μｍ、電子
濃度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン濃度４×１０18／ｃ
ｍ3 のシリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92N からなる高キ
ャリア濃度ｎ−クラッド層３を形成した。
又はN2を１０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を
１．８×１０-5モル／分で約９０秒間供給してAlN のバ
ッファ層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サフ
ァイア基板１の温度を１１００℃に保持し、H2を２０li
ter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を０．４７×１０-4
モル／分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、H2ガスに
より０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)を２×１
０-7モル／分で１００分導入し、膜厚５．０μｍ、電子
濃度１×１０18／ｃｍ3 、シリコン濃度４×１０18／ｃ
ｍ3 のシリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92N からなる高キ
ャリア濃度ｎ−クラッド層３を形成した。
【００１８】その後、サファイア基板１の温度を８５０
℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、
TMG を１．７×１０-4モル／分で３分間導入してGaN か
ら成る厚さ１０ｎｍのバリア層４１を形成した。次に、
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を２．１
×１０-4モル／分、TMI を０．０２×１０-4モル／分、
H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)
を１０×１０-8モル／分で３分間導入して、シリコン(S
i)が５×１０18／ｃｍ3 の濃度で添加されているIn0.07
Ga0.93N から成る厚さ１０ｎｍの井戸層４２を形成し
た。このような手順の繰り返しにより、図２に示すよう
にバリア層４１と井戸層４２とを交互に、２１層と２０
層だけ積層した多重量子井戸構造で、全膜厚が４１０ｎ
ｍの発光層４を形成した。
℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、
TMG を１．７×１０-4モル／分で３分間導入してGaN か
ら成る厚さ１０ｎｍのバリア層４１を形成した。次に、
H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を２．１
×１０-4モル／分、TMI を０．０２×１０-4モル／分、
H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシラン(SiH4)
を１０×１０-8モル／分で３分間導入して、シリコン(S
i)が５×１０18／ｃｍ3 の濃度で添加されているIn0.07
Ga0.93N から成る厚さ１０ｎｍの井戸層４２を形成し
た。このような手順の繰り返しにより、図２に示すよう
にバリア層４１と井戸層４２とを交互に、２１層と２０
層だけ積層した多重量子井戸構造で、全膜厚が４１０ｎ
ｍの発光層４を形成した。
【００１９】続いて、温度を１１００℃に保持し、H2又
はN2を１０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を０．
４７×１０-4モル／分、TMG を１．１２×１０-4モル／
分、Cp2Mg を２×１０-5モル／分で０．５分間導入し、
膜厚約５０ｎｍ、マグネシウム(Mg)濃度が５×１０20／
ｃｍ3 のマグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92N からな
るｐ−クラッド層５を形成した。なおこの状態では、ｐ
−クラッド層５は抵抗率１０8 Ωｃｍ以上の絶縁体であ
る。
はN2を１０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を０．
４７×１０-4モル／分、TMG を１．１２×１０-4モル／
分、Cp2Mg を２×１０-5モル／分で０．５分間導入し、
膜厚約５０ｎｍ、マグネシウム(Mg)濃度が５×１０20／
ｃｍ3 のマグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92N からな
るｐ−クラッド層５を形成した。なおこの状態では、ｐ
−クラッド層５は抵抗率１０8 Ωｃｍ以上の絶縁体であ
る。
【００２０】次に、温度を１１００℃に保持し、H2又は
N2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を１．１
２×１０-4モル／分、Cp2Mg を２×１０-5モル／分で
０．５分間導入し、膜厚３０ｎｍ、マグネシウム(Mg)濃
度が５×１０21／ｃｍ3 のマグネシウム(Mg)ドープGaN
からなるｐ−コンタクト層６を形成した。なおこの状態
では、ｐ−コンタクト層６は抵抗率１０8 Ωｃｍ以上の
絶縁体である。
N2を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMG を１．１
２×１０-4モル／分、Cp2Mg を２×１０-5モル／分で
０．５分間導入し、膜厚３０ｎｍ、マグネシウム(Mg)濃
度が５×１０21／ｃｍ3 のマグネシウム(Mg)ドープGaN
からなるｐ−コンタクト層６を形成した。なおこの状態
では、ｐ−コンタクト層６は抵抗率１０8 Ωｃｍ以上の
絶縁体である。
【００２１】次に、電子線照射装置を用いて、ｐ−コン
タクト層６及びｐ−クラッド層５に一様に電子線を照射
した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０ｋＶ、試料
電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／ｓｅｃ、ビ
ーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔｏｒｒであ
る。この電子線の照射により、ｐ−コンタクト層６及び
ｐ−クラッド層５は、それぞれ、ホール濃度５×１０17
／ｃｍ3 、７×１０18／ｃｍ3 、抵抗率１Ωｃｍ、０．
７Ωｃｍのｐ伝導型半導体となった。このようにして多
層構造のウエハが得られた。
タクト層６及びｐ−クラッド層５に一様に電子線を照射
した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０ｋＶ、試料
電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／ｓｅｃ、ビ
ーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔｏｒｒであ
る。この電子線の照射により、ｐ−コンタクト層６及び
ｐ−クラッド層５は、それぞれ、ホール濃度５×１０17
／ｃｍ3 、７×１０18／ｃｍ3 、抵抗率１Ωｃｍ、０．
７Ωｃｍのｐ伝導型半導体となった。このようにして多
層構造のウエハが得られた。
【００２２】次に、図３に示すように、ｐ−コンタクト
層６の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を２００
ｎｍの厚さに形成し、そのSiO2層１１の上にフォトレジ
スト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフにより
図３に示すように、ｐ−コンタクト層６上において、ｎ
−クラッド層３に対する電極形成部位Ａ’のフォトレジ
スト１２を除去した。次に、図４に示すように、フォト
レジスト１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ
化水素酸系エッチング液で除去した。
層６の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を２００
ｎｍの厚さに形成し、そのSiO2層１１の上にフォトレジ
スト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフにより
図３に示すように、ｐ−コンタクト層６上において、ｎ
−クラッド層３に対する電極形成部位Ａ’のフォトレジ
スト１２を除去した。次に、図４に示すように、フォト
レジスト１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ
化水素酸系エッチング液で除去した。
【００２３】次に、フォトレジスト１２及びSiO2層１１
によって覆われていない部位のｐ−コンタクト層６、ｐ
−クラッド層５、発光層４、ｎ−クラッド層３を、真空
度０．０４Ｔｏｒｒ、高周波電力０．４４Ｗ／ｃｍ2 、
BCl3ガスを１０ｍｌ／分の割合で供給しドライエッチン
グした後、Arでドライエッチングした。この工程で、図
５に示すように、ｎ−クラッド層３に対する電極取り出
しのための孔Ａが形成された。その後、フォトレジスト
１２及びSiO2層１１を除去した。
によって覆われていない部位のｐ−コンタクト層６、ｐ
−クラッド層５、発光層４、ｎ−クラッド層３を、真空
度０．０４Ｔｏｒｒ、高周波電力０．４４Ｗ／ｃｍ2 、
BCl3ガスを１０ｍｌ／分の割合で供給しドライエッチン
グした後、Arでドライエッチングした。この工程で、図
５に示すように、ｎ−クラッド層３に対する電極取り出
しのための孔Ａが形成された。その後、フォトレジスト
１２及びSiO2層１１を除去した。
【００２４】次に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィ−工程、エッチ
ング工程を経て、ｐ−コンタクト層６の上に透明電極８
を形成した。そして、その透明電極８の一部にNi/Au の
２層を蒸着してパッド９を形成した。一方、ｎ−クラッ
ド層３に対してはアルミニウムを蒸着して電極７を形成
した。
トレジストの塗布、フォトリソグラフィ−工程、エッチ
ング工程を経て、ｐ−コンタクト層６の上に透明電極８
を形成した。そして、その透明電極８の一部にNi/Au の
２層を蒸着してパッド９を形成した。一方、ｎ−クラッ
ド層３に対してはアルミニウムを蒸着して電極７を形成
した。
【００２５】次に、サファイア基板１の裏面全体にアル
ミニウムを厚さ２００ｎｍ蒸着して反射層１０を形成し
た。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子
毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得
た。この発光素子は駆動電流２０ｍＡで発光ピーク波長
３８０ｎｍであり、従来構造のＬＥＤに比べて発光強度
は１０倍になった。
ミニウムを厚さ２００ｎｍ蒸着して反射層１０を形成し
た。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子
毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得
た。この発光素子は駆動電流２０ｍＡで発光ピーク波長
３８０ｎｍであり、従来構造のＬＥＤに比べて発光強度
は１０倍になった。
【００２６】このように、本発明は紫及び紫外線領域の
光を発光する３族窒化物半導体発光素子の紫及び紫外線
領域の光を吸収するマグネシウム(Mg)が添加されている
ｐ−クラッド層およびｐ−コンタクト層を薄膜化するこ
とにより、紫及び紫外線領域の光が吸収される確率が減
少することにより発光効率が増大した。また、ｐ−クラ
ッド層のアルミニウムの混晶比を増加させることにより
バンドギャップを大きくして紫及び紫外線領域の光が吸
収されないようにしたことにより発光効率が増大した。
また、ｎ−クラッド層をGaN でなくAlGaN にすることに
よりバンドギャップを大きくして紫及び紫外線領域の光
が吸収されないようにし、さらに、サファイア基板の下
部に反射膜を形成することにより発光層より下部に発光
した光も上部から発光するようにした結果、発光強度が
増大した。
光を発光する３族窒化物半導体発光素子の紫及び紫外線
領域の光を吸収するマグネシウム(Mg)が添加されている
ｐ−クラッド層およびｐ−コンタクト層を薄膜化するこ
とにより、紫及び紫外線領域の光が吸収される確率が減
少することにより発光効率が増大した。また、ｐ−クラ
ッド層のアルミニウムの混晶比を増加させることにより
バンドギャップを大きくして紫及び紫外線領域の光が吸
収されないようにしたことにより発光効率が増大した。
また、ｎ−クラッド層をGaN でなくAlGaN にすることに
よりバンドギャップを大きくして紫及び紫外線領域の光
が吸収されないようにし、さらに、サファイア基板の下
部に反射膜を形成することにより発光層より下部に発光
した光も上部から発光するようにした結果、発光強度が
増大した。
【００２７】上記の実施例において発光層は多重量子井
戸構造であるが、単一量子井戸構造あるいはバルク構造
でもよい。また、発光層はGaN 、InGaN でなくても４３
０ｎｍ以下の紫及び紫外線領域の光が発光できるならば
どの３族窒化物半導体を用いてもよい。また、上記実施
例では井戸層にのみシリコンがドーピングされている
が、４３０ｎｍ以下の紫及び紫外線領域の光が発光でき
るならば他のドナー不純物あるいはアクセプタ不純物を
井戸層又は／及びバリア層に添加してもよい。
戸構造であるが、単一量子井戸構造あるいはバルク構造
でもよい。また、発光層はGaN 、InGaN でなくても４３
０ｎｍ以下の紫及び紫外線領域の光が発光できるならば
どの３族窒化物半導体を用いてもよい。また、上記実施
例では井戸層にのみシリコンがドーピングされている
が、４３０ｎｍ以下の紫及び紫外線領域の光が発光でき
るならば他のドナー不純物あるいはアクセプタ不純物を
井戸層又は／及びバリア層に添加してもよい。
【００２８】また、ｎ−クラッド層は１層で形成されて
いるが、ｎ層とｎ+ 層の２層で形成されていてもよい。
さらに、ｐ−コンタクト層も１層で形成されているが、
２層で形成されていてもよい。また、ｐ型化する際に上
記実施例では電子線照射を行っているが、熱アニーリン
グ、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射によっ行
ってもよい。
いるが、ｎ層とｎ+ 層の２層で形成されていてもよい。
さらに、ｐ−コンタクト層も１層で形成されているが、
２層で形成されていてもよい。また、ｐ型化する際に上
記実施例では電子線照射を行っているが、熱アニーリン
グ、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射によっ行
ってもよい。
【００２９】上記実施例において、反射膜はアルミニウ
ムで形成されているが紫及び紫外線領域の光である４３
０ｎｍ以下の波長の光を吸収せずに反射する材料ならば
アルミニウムでなくてもよい。
ムで形成されているが紫及び紫外線領域の光である４３
０ｎｍ以下の波長の光を吸収せずに反射する材料ならば
アルミニウムでなくてもよい。
【００３０】ｎ−クラッド層３のシリコン濃度は１×１
０17〜１×１０20／ｃｍ3 が望ましく、電子濃度は１×
１０16〜１×１０19／ｃｍ3 が望ましい。また、膜厚は
０．５〜１０μｍが望ましい。シリコン濃度が１×１０
17／ｃｍ3 以下であると高抵抗となり、１×１０20／ｃ
ｍ3 以上であると結晶性が低下するので望ましくない。
また、電子濃度が１×１０16／ｃｍ3 以下であると発光
素子の直列抵抗が高くなり、１×１０19／ｃｍ3 以上に
なると結晶性が悪化するので望ましくない。又、膜厚が
１０μｍ以上となると基板が湾曲し、０．５μｍ以下に
なるとエッチングしてｎ−クラッド層３を露出させて、
ｎ−クラッド層３に対する電極の形成が困難になるので
望ましくない。ｎ−クラッド層３のAlGaN のAlの混晶比
は０〜３０％が望ましく、より望ましい範囲は０〜１５
％の範囲である。１５％以下であると結晶性がより良好
な状態となるので望ましい。
０17〜１×１０20／ｃｍ3 が望ましく、電子濃度は１×
１０16〜１×１０19／ｃｍ3 が望ましい。また、膜厚は
０．５〜１０μｍが望ましい。シリコン濃度が１×１０
17／ｃｍ3 以下であると高抵抗となり、１×１０20／ｃ
ｍ3 以上であると結晶性が低下するので望ましくない。
また、電子濃度が１×１０16／ｃｍ3 以下であると発光
素子の直列抵抗が高くなり、１×１０19／ｃｍ3 以上に
なると結晶性が悪化するので望ましくない。又、膜厚が
１０μｍ以上となると基板が湾曲し、０．５μｍ以下に
なるとエッチングしてｎ−クラッド層３を露出させて、
ｎ−クラッド層３に対する電極の形成が困難になるので
望ましくない。ｎ−クラッド層３のAlGaN のAlの混晶比
は０〜３０％が望ましく、より望ましい範囲は０〜１５
％の範囲である。１５％以下であると結晶性がより良好
な状態となるので望ましい。
【００３１】ｐ−クラッド層５のホール濃度は１×１０
17〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。ホール濃度が１×
１０18／ｃｍ3 以上になると結晶性が悪化するために望
ましくなく、１×１０17／ｃｍ3 以下になると発光素子
の直列抵抗が高くなりすぎて望ましくない。また、ｐ−
クラッド層５の膜厚は１〜７０ｎｍが望ましい。７０ｎ
ｍ以上では効果があまりなく、１ｍ以下ではキャリア閉
じ込め効果が低下するために発光効率が低下するので望
ましくない。ｐ−クラッド層５のAlGaN のAlの混晶比は
８〜３０％が望ましい。８％以下であるとバンドギャッ
プが小さいために不純物のマグネシウム(Mg)レベルで紫
及び紫外線領域の光を吸収が大きいために望ましくな
く、３０％以上では結晶性が悪化し、さらにホール濃度
が低下するために望ましくない。
17〜１×１０18／ｃｍ3 が望ましい。ホール濃度が１×
１０18／ｃｍ3 以上になると結晶性が悪化するために望
ましくなく、１×１０17／ｃｍ3 以下になると発光素子
の直列抵抗が高くなりすぎて望ましくない。また、ｐ−
クラッド層５の膜厚は１〜７０ｎｍが望ましい。７０ｎ
ｍ以上では効果があまりなく、１ｍ以下ではキャリア閉
じ込め効果が低下するために発光効率が低下するので望
ましくない。ｐ−クラッド層５のAlGaN のAlの混晶比は
８〜３０％が望ましい。８％以下であるとバンドギャッ
プが小さいために不純物のマグネシウム(Mg)レベルで紫
及び紫外線領域の光を吸収が大きいために望ましくな
く、３０％以上では結晶性が悪化し、さらにホール濃度
が低下するために望ましくない。
【００３２】ｐ−コンタクト層６の膜厚は１０〜１００
ｎｍの範囲が望ましく、さらには１０〜２０ｎｍの範囲
が望ましい。１０〜２０ｎｍの範囲では光の吸収が少な
くなるので望ましい。また、１００ｎｍ以上では効果が
あまりなく、１０ｎｍ以下では金属電極に対してオーミ
ック性を低下させることになるために望ましくない。
ｎｍの範囲が望ましく、さらには１０〜２０ｎｍの範囲
が望ましい。１０〜２０ｎｍの範囲では光の吸収が少な
くなるので望ましい。また、１００ｎｍ以上では効果が
あまりなく、１０ｎｍ以下では金属電極に対してオーミ
ック性を低下させることになるために望ましくない。
【図１】本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオード
の構成を示した構成図。
の構成を示した構成図。
【図２】同実施例に係る発光ダイオードの発光層の構成
を示した構成図。
を示した構成図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
１００…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ｎ+ 層 ４…発光層 ５…ｐ−クラッド層 ６…ｐ−コンタクト層 ７…電極 ８…透明電極 ９…パッド １０…反射膜
フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 平松 敏夫 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】３族窒化物半導体から成る発光層と発光層
の上に形成されるｐ−クラッド層とを有する発光素子に
おいて、 前記ｐ−クラッド層は厚さ７０ｎｍ以下の０．０８≦ｘ
１≦０．３であるマグネシウム(Mg)ドープAlx1Ga1-x1N
から成ることを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記ｐ−クラッド層の上に形成されるマグ
ネシウム(Mg)ドープGaN から成るｐ−コンタクト層の厚
さを１００ｎｍ以下としたことを特徴とする請求項１に
記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】前記発光層の下に形成されるｎ−クラッド
層は０＜ｘ２≦０．３であるシリコン(Si)ドープn + −
Alx2Ga1-x2N から成ることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】３族窒化物半導体から成る発光層を有する
発光素子において、 サファイア基板を有し、そのサファイア基板の裏面に反
射膜をつけたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれかに記載の３族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】前記反射膜はアルミニウムであることを特
徴とする請求項４に記載の３族窒化物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29949896A JP3468644B2 (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29949896A JP3468644B2 (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003283687A Division JP2004006970A (ja) | 2003-07-31 | 2003-07-31 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10125956A true JPH10125956A (ja) | 1998-05-15 |
| JP3468644B2 JP3468644B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=17873363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29949896A Expired - Fee Related JP3468644B2 (ja) | 1996-10-22 | 1996-10-22 | ３族窒化物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3468644B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002100803A (ja) * | 2000-09-22 | 2002-04-05 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及び電極形成方法 |
| JP2009065196A (ja) * | 2004-07-29 | 2009-03-26 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2010512661A (ja) * | 2006-12-11 | 2010-04-22 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 高特性無極性ｉｉｉ族窒化物光デバイスの有機金属化学気相成長法（ｍｏｃｖｄ）による成長 |
| JP2013102243A (ja) * | 2001-10-26 | 2013-05-23 | Lg Electronics Inc | 垂直構造ダイオードとその製造方法 |
| CN103296170A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-09-11 | 浙江优纬光电科技有限公司 | 一种AlGaN基深紫外LED器件及其制造方法 |
| US8884269B2 (en) | 2011-07-22 | 2014-11-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light emitting device |
| US8946056B2 (en) | 2011-05-12 | 2015-02-03 | Disco Corporation | Splitting method for optical device wafer |
| JP2017085010A (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 旭化成株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光装置 |
-
1996
- 1996-10-22 JP JP29949896A patent/JP3468644B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002100803A (ja) * | 2000-09-22 | 2002-04-05 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体素子及び電極形成方法 |
| JP2013102243A (ja) * | 2001-10-26 | 2013-05-23 | Lg Electronics Inc | 垂直構造ダイオードとその製造方法 |
| US9000468B2 (en) | 2001-10-26 | 2015-04-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US9620677B2 (en) | 2001-10-26 | 2017-04-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US10032959B2 (en) | 2001-10-26 | 2018-07-24 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| US10326055B2 (en) | 2001-10-26 | 2019-06-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Diode having vertical structure |
| JP2009065196A (ja) * | 2004-07-29 | 2009-03-26 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2010512661A (ja) * | 2006-12-11 | 2010-04-22 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 高特性無極性ｉｉｉ族窒化物光デバイスの有機金属化学気相成長法（ｍｏｃｖｄ）による成長 |
| US8946056B2 (en) | 2011-05-12 | 2015-02-03 | Disco Corporation | Splitting method for optical device wafer |
| US8884269B2 (en) | 2011-07-22 | 2014-11-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light emitting device |
| CN103296170A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-09-11 | 浙江优纬光电科技有限公司 | 一种AlGaN基深紫外LED器件及其制造方法 |
| JP2017085010A (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 旭化成株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光装置 |
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| JP3468644B2 (ja) | 2003-11-17 |
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