JP2000269548A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
窒化物半導体素子Info
- Publication number
- JP2000269548A JP2000269548A JP7171099A JP7171099A JP2000269548A JP 2000269548 A JP2000269548 A JP 2000269548A JP 7171099 A JP7171099 A JP 7171099A JP 7171099 A JP7171099 A JP 7171099A JP 2000269548 A JP2000269548 A JP 2000269548A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- semiconductor layer
- layer
- type nitride
- type
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】n型窒化物半導体層から発光層への不純物の拡
散を防ぎ、かつ高い発光効率を維持した発光素子を提供
する。 【構成】基板上に、n型窒化物半導体層、活性層および
p型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子におい
て、前記n型窒化物半導体層を、基板側から順に、アン
ドープの窒化物半導体層からなる第1のn型窒化物半導
体層、n型不純物としてSiがドープされた窒化物半導
体層からなる第2のn型窒化物半導体層、IV族のSi
より原子番号の大きい元素からなるn型不純物がドープ
された第3のn型窒化物半導体層の少なくとも3層とす
る。
散を防ぎ、かつ高い発光効率を維持した発光素子を提供
する。 【構成】基板上に、n型窒化物半導体層、活性層および
p型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子におい
て、前記n型窒化物半導体層を、基板側から順に、アン
ドープの窒化物半導体層からなる第1のn型窒化物半導
体層、n型不純物としてSiがドープされた窒化物半導
体層からなる第2のn型窒化物半導体層、IV族のSi
より原子番号の大きい元素からなるn型不純物がドープ
された第3のn型窒化物半導体層の少なくとも3層とす
る。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード(LE
D)、レーザダイオード(LD)、太陽電池、光センサ
ー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パ
ワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導
体(例えば、InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦
Y、X+Y≦1)素子に関する。
D)、レーザダイオード(LD)、太陽電池、光センサ
ー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パ
ワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導
体(例えば、InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦
Y、X+Y≦1)素子に関する。
【0001】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光LE
D、青色LEDとして、既にフルカラーLEDディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナ光源等の各種光源
で実用化されている。これらのLED素子は基本的に、
サファイア基板上にGaNよりなるn型コンタクト層
と、単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造のI
nGaN層を包含する活性層と、MgドープAlGaN
よりなるp型クラッド層と、MgドープGaNよりなる
p型コンタクト層とが順に積層された構造を有してお
り、20mA、発光波長450nmの青色LEDで、活
性層が単一量子井戸構造の場合、2.5mW、外部量子
効率5パーセント、活性層が多重量子井戸構造の場合、
5mW、外部量子効率9.1パーセント、また発光波長
520nmの緑色LEDで、単一量子井戸構造の場合、
2.2mW、外部量子効率4.3パーセント、多重量子
井戸構造の場合、3mW、外部量子効率6.3パーセン
トと非常に優れた特性を示す。
D、青色LEDとして、既にフルカラーLEDディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナ光源等の各種光源
で実用化されている。これらのLED素子は基本的に、
サファイア基板上にGaNよりなるn型コンタクト層
と、単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造のI
nGaN層を包含する活性層と、MgドープAlGaN
よりなるp型クラッド層と、MgドープGaNよりなる
p型コンタクト層とが順に積層された構造を有してお
り、20mA、発光波長450nmの青色LEDで、活
性層が単一量子井戸構造の場合、2.5mW、外部量子
効率5パーセント、活性層が多重量子井戸構造の場合、
5mW、外部量子効率9.1パーセント、また発光波長
520nmの緑色LEDで、単一量子井戸構造の場合、
2.2mW、外部量子効率4.3パーセント、多重量子
井戸構造の場合、3mW、外部量子効率6.3パーセン
トと非常に優れた特性を示す。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】この窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子は屋外の大型ディスプレイなどへの
種々の応用製品への適用範囲の拡大のために更なる発光
効率の向上が望まれている。この方法としてはn型およ
びp型の窒化物半導体領域にドープする不純物を多くす
ることで、n側およびp側より不純物からの自由電子が
発光層に供給されるようになり発光効率が向上するが、
ドープ量が多くなりすぎるとその不純物が発光層などに
拡散するようになり、発光層の結晶品位が低下してしま
い、逆に発光効率を低減させてしまう。そこで本発明で
は特にn型窒化物半導体層から発光層への不純物の拡散
を防ぎ、かつ高い発光効率を維持した発光素子を提供す
ることを目的とする。
合物半導体発光素子は屋外の大型ディスプレイなどへの
種々の応用製品への適用範囲の拡大のために更なる発光
効率の向上が望まれている。この方法としてはn型およ
びp型の窒化物半導体領域にドープする不純物を多くす
ることで、n側およびp側より不純物からの自由電子が
発光層に供給されるようになり発光効率が向上するが、
ドープ量が多くなりすぎるとその不純物が発光層などに
拡散するようになり、発光層の結晶品位が低下してしま
い、逆に発光効率を低減させてしまう。そこで本発明で
は特にn型窒化物半導体層から発光層への不純物の拡散
を防ぎ、かつ高い発光効率を維持した発光素子を提供す
ることを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、以下
の(1)から(3)の構成により、本発明の目的を達成
することができる。 (1) 基板上に、n型窒化物半導体層、活性層および
p型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子におい
て、前記n型窒化物半導体層が、基板側から順に、アン
ドープの窒化物半導体層からなる第1のn型窒化物半導
体層、n型不純物としてSiがドープされた窒化物半導
体層からなる第2のn型窒化物半導体層、Siとは異な
るn型不純物がドープされた第3のn型窒化物半導体層
の少なくとも3層が積層された構造を有することを特徴
とする。 (2) 前記第3のn型窒化物半導体層のn型不純物
は、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択された少なく
とも1種であり、最も好ましくはSnであることを特徴
とする。 (3) 前記第3のn型窒化物半導体層と活性層との間
にアンドープの窒化物半導体層を設けることを特徴とす
る。
の(1)から(3)の構成により、本発明の目的を達成
することができる。 (1) 基板上に、n型窒化物半導体層、活性層および
p型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子におい
て、前記n型窒化物半導体層が、基板側から順に、アン
ドープの窒化物半導体層からなる第1のn型窒化物半導
体層、n型不純物としてSiがドープされた窒化物半導
体層からなる第2のn型窒化物半導体層、Siとは異な
るn型不純物がドープされた第3のn型窒化物半導体層
の少なくとも3層が積層された構造を有することを特徴
とする。 (2) 前記第3のn型窒化物半導体層のn型不純物
は、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択された少なく
とも1種であり、最も好ましくはSnであることを特徴
とする。 (3) 前記第3のn型窒化物半導体層と活性層との間
にアンドープの窒化物半導体層を設けることを特徴とす
る。
【0004】つまり、本発明では上記のような構成にす
ることで、Siがドープされた第2のn型窒化物半導体
層から発光層に自由電子が速やかに供給されるようなり
発光効率が向上し、またSn、Ge、Pbよりなる群か
ら選択された少なくとも一種、すなわちIV族のSiよ
り原子番号の大きい元素がドープされた第3のn型窒化
物半導体層を設けることで、高ドープされたSiなどの
不純物の発光層への拡散を防ぎ、かつ発光効率の低下を
防ぐことができる。
ることで、Siがドープされた第2のn型窒化物半導体
層から発光層に自由電子が速やかに供給されるようなり
発光効率が向上し、またSn、Ge、Pbよりなる群か
ら選択された少なくとも一種、すなわちIV族のSiよ
り原子番号の大きい元素がドープされた第3のn型窒化
物半導体層を設けることで、高ドープされたSiなどの
不純物の発光層への拡散を防ぎ、かつ発光効率の低下を
防ぐことができる。
【0005】本発明において、アンドープとは、意図的
に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する
層からの不純物の拡散、原料または装置からのコンタミ
ネーションにより不純物が混入した層であっても、意図
的に不純物をドープしていない場合にはアンドープ層と
する。なお、拡散により混入する不純物は層内において
不純物濃度に勾配がついている場合がある。
に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する
層からの不純物の拡散、原料または装置からのコンタミ
ネーションにより不純物が混入した層であっても、意図
的に不純物をドープしていない場合にはアンドープ層と
する。なお、拡散により混入する不純物は層内において
不純物濃度に勾配がついている場合がある。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態であ
る窒化物半導体素子の構造を示す窒化物半導体素子の模
式的断面図である図1を用いて、本発明を詳細に説明す
る。図1は基板1上に、バッファ層2、アンドープの第
1のn型窒化物半導体層3、Siドープの第2のn型窒
化物半導体層4、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択
された少なくとも一種がドープされた第3のn型窒化物
半導体層5、アンドープの第4のn型窒化物半導体層
6、多重量子井戸構造の活性層7、p側アンドープの窒
化物半導体層8、p型不純物ドープのp型クラッド層
9、p型不純物ドープのp型コンタクト層10が順に積
層された構造を有する。さらに、Siドープのn型窒化
物半導体層4上にn電極11、p型コンタクト層10上
にp電極12がそれぞれ形成されている。
る窒化物半導体素子の構造を示す窒化物半導体素子の模
式的断面図である図1を用いて、本発明を詳細に説明す
る。図1は基板1上に、バッファ層2、アンドープの第
1のn型窒化物半導体層3、Siドープの第2のn型窒
化物半導体層4、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択
された少なくとも一種がドープされた第3のn型窒化物
半導体層5、アンドープの第4のn型窒化物半導体層
6、多重量子井戸構造の活性層7、p側アンドープの窒
化物半導体層8、p型不純物ドープのp型クラッド層
9、p型不純物ドープのp型コンタクト層10が順に積
層された構造を有する。さらに、Siドープのn型窒化
物半導体層4上にn電極11、p型コンタクト層10上
にp電極12がそれぞれ形成されている。
【0007】まず本発明において、第1のn型窒化物半
導体層3はアンドープのGaNからなる。バッファ層2
上にアンドープのGaN層を成長させるとアンドープG
aN層の結晶性が良好となり、アンドープGaN層上に
成長させるSiドープの第2のn型窒化物半導体層など
の結晶性も良好となる。また、この第1のn型窒化物半
導体層3の膜厚は1μm〜2μm、好ましくは1.5μ
m〜2μmとする。
導体層3はアンドープのGaNからなる。バッファ層2
上にアンドープのGaN層を成長させるとアンドープG
aN層の結晶性が良好となり、アンドープGaN層上に
成長させるSiドープの第2のn型窒化物半導体層など
の結晶性も良好となる。また、この第1のn型窒化物半
導体層3の膜厚は1μm〜2μm、好ましくは1.5μ
m〜2μmとする。
【0008】本発明において、第2のn型窒化物半導体
層4は、Si濃度が1×1018/cm3以上1×1019
/cm3以下、好ましくは3×1018/cm3以上6×1
018/cm3以下のGaNとする。また、この第2のn
型窒化物半導体層4はSiドープのAlbGa1-bNとし
ても良いが、この場合b値は0.2以下にすると結晶性
の良い窒化物半導体層が得られて好ましい。また、この
第2のn型窒化物半導体層4の膜厚は2μm〜3μm、
好ましくは2.5μm〜3μmで、前記第1のn型窒化
物半導体層3と、第2のn型窒化物半導体層4との総膜
厚は4μm以上とすることが望ましい。このようにSi
ドープの第2のn型窒化物半導体4を形成すると発光層
に自由電子が速やかに供給されるようになる。
層4は、Si濃度が1×1018/cm3以上1×1019
/cm3以下、好ましくは3×1018/cm3以上6×1
018/cm3以下のGaNとする。また、この第2のn
型窒化物半導体層4はSiドープのAlbGa1-bNとし
ても良いが、この場合b値は0.2以下にすると結晶性
の良い窒化物半導体層が得られて好ましい。また、この
第2のn型窒化物半導体層4の膜厚は2μm〜3μm、
好ましくは2.5μm〜3μmで、前記第1のn型窒化
物半導体層3と、第2のn型窒化物半導体層4との総膜
厚は4μm以上とすることが望ましい。このようにSi
ドープの第2のn型窒化物半導体4を形成すると発光層
に自由電子が速やかに供給されるようになる。
【0009】次に本発明において、第3のn型窒化物半
導体層5は、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択され
た少なくとも一種、すなわちIV族のSiより原子番号
の大きい元素がドープされたGaNとする。さらに、検
討した結果、不純物材料としてはSnを用いるのが最も
好ましい。また、ドープ量は5×1017/cm3以上
1.6×1019/cm3以下、好ましくは5×1017/
cm3以上1×1018/cm3以下とすることが望まし
い。これを1.6×1019/cm3より多くドープする
と、表面があれてしまうので好ましくない。また、この
第3のn型窒化物半導体層5の膜厚は1000オングス
トローム以上10000オングストローム以下、好まし
くは1000オングストローム以上5000オングスト
ローム以下、最も好ましくは2000オングストローム
以上4000オングストローム以下とすることが望まし
い。このように第3のn型窒化物半導体5としてIV族
のSiより原子番号の大きい元素がドープされたGaN
を形成することで、Siドープの第2のn型窒化物半導
体層4から発光層への不純物の拡散を防ぐことができ
る。また、この層に含まれる不純物はGe、Sn、Pb
等、Siよりも重い元素であることから、これらの不純
物の発光層への拡散を抑えることができる。
導体層5は、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択され
た少なくとも一種、すなわちIV族のSiより原子番号
の大きい元素がドープされたGaNとする。さらに、検
討した結果、不純物材料としてはSnを用いるのが最も
好ましい。また、ドープ量は5×1017/cm3以上
1.6×1019/cm3以下、好ましくは5×1017/
cm3以上1×1018/cm3以下とすることが望まし
い。これを1.6×1019/cm3より多くドープする
と、表面があれてしまうので好ましくない。また、この
第3のn型窒化物半導体層5の膜厚は1000オングス
トローム以上10000オングストローム以下、好まし
くは1000オングストローム以上5000オングスト
ローム以下、最も好ましくは2000オングストローム
以上4000オングストローム以下とすることが望まし
い。このように第3のn型窒化物半導体5としてIV族
のSiより原子番号の大きい元素がドープされたGaN
を形成することで、Siドープの第2のn型窒化物半導
体層4から発光層への不純物の拡散を防ぐことができ
る。また、この層に含まれる不純物はGe、Sn、Pb
等、Siよりも重い元素であることから、これらの不純
物の発光層への拡散を抑えることができる。
【0010】次に本発明において、第3のn型窒化物半
導体層5上に形成する第4のn型窒化物半導体層6はア
ンドープのGaNとし、膜厚は10オングストローム以
上500オングストローム以下、好ましくは100オン
グストロームと薄く形成する。この層を形成することで
SiおよびGe、Sn、Pb等の不純物の発光層への拡
散をさらに防ぐことができ、またその上に積層する窒化
物半導体層の結晶性を良好にすることができる。
導体層5上に形成する第4のn型窒化物半導体層6はア
ンドープのGaNとし、膜厚は10オングストローム以
上500オングストローム以下、好ましくは100オン
グストロームと薄く形成する。この層を形成することで
SiおよびGe、Sn、Pb等の不純物の発光層への拡
散をさらに防ぐことができ、またその上に積層する窒化
物半導体層の結晶性を良好にすることができる。
【0011】以下に図1に示されるn型窒化物半導体層
以外の他の素子構造を構成する各層について説明する
が、本発明はこれに限定されない。本発明において、基
板1としては、サファイアC面、R面またはA面を主面
とするサファイア、その他スピネル(MgAl2O4)の
ような絶縁性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを
含む)、Si、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基
板を用いることができる。
以外の他の素子構造を構成する各層について説明する
が、本発明はこれに限定されない。本発明において、基
板1としては、サファイアC面、R面またはA面を主面
とするサファイア、その他スピネル(MgAl2O4)の
ような絶縁性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを
含む)、Si、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基
板を用いることができる。
【0012】本発明において、バッファ層2としては、
AlGaNからなる窒化物半導体であり、好ましくはA
lの割合が小さい組成ほど結晶性の改善が顕著となり、
より好ましくはGaNからなる層が挙げられる。
AlGaNからなる窒化物半導体であり、好ましくはA
lの割合が小さい組成ほど結晶性の改善が顕著となり、
より好ましくはGaNからなる層が挙げられる。
【0013】次に本発明において活性層7は、In、G
aを含むアンドープの窒化物半導体、好ましくはInG
aNよりなる井戸層を有する単一または多重の量子井戸
構造とすることが望ましい。
aを含むアンドープの窒化物半導体、好ましくはInG
aNよりなる井戸層を有する単一または多重の量子井戸
構造とすることが望ましい。
【0014】次に本発明においてp側の第2の窒化物半
導体層7は、アンドープのIncAldGa1-c-dN(0
≦c、0≦d、c+d≦1)とし、10オングストロー
ムから、0.1μmの範囲で、好ましくは10オングス
トロームから100オングストロームの範囲で、活性層
に接して形成する。
導体層7は、アンドープのIncAldGa1-c-dN(0
≦c、0≦d、c+d≦1)とし、10オングストロー
ムから、0.1μmの範囲で、好ましくは10オングス
トロームから100オングストロームの範囲で、活性層
に接して形成する。
【0015】次に本発明においてp型クラッド層8は、
p型不純物としてMgをドープしたAlfGa1-fN(0
≦f<1)の単層からなる層でも良いが、好ましくはA
lgGa1-gN(0≦g<1)とMgドープのInhGa
1-hN(0≦h<1)との超格子構造とすることが望ま
しい。p型クラッド層を超格子構造とすると抵抗率が低
下するため、Vfおよび閾値が低下できると共に発光効
率の高い素子を得ることができる。またこの層を超格子
構造とする場合、超格子を構成する窒化物半導体層の膜
厚は100オングストローム以下、さらに好ましくは7
0オングストローム以下、さらに最も好ましくは50オ
ングストローム以下に調整する。
p型不純物としてMgをドープしたAlfGa1-fN(0
≦f<1)の単層からなる層でも良いが、好ましくはA
lgGa1-gN(0≦g<1)とMgドープのInhGa
1-hN(0≦h<1)との超格子構造とすることが望ま
しい。p型クラッド層を超格子構造とすると抵抗率が低
下するため、Vfおよび閾値が低下できると共に発光効
率の高い素子を得ることができる。またこの層を超格子
構造とする場合、超格子を構成する窒化物半導体層の膜
厚は100オングストローム以下、さらに好ましくは7
0オングストローム以下、さらに最も好ましくは50オ
ングストローム以下に調整する。
【0016】次に本発明においてp型コンタクト層9
は、p型不純物としてMgをドープしたGaNとし、不
純物濃度を1×1018〜1×1021/cm3、より好ま
しくは5×1018〜5×1020/cm3、より好ましく
は5×1019〜1×1020/cm3とすることで良好な
p型膜ができ好ましい。
は、p型不純物としてMgをドープしたGaNとし、不
純物濃度を1×1018〜1×1021/cm3、より好ま
しくは5×1018〜5×1020/cm3、より好ましく
は5×1019〜1×1020/cm3とすることで良好な
p型膜ができ好ましい。
【0017】
【実施例】以下に、本発明の一実施の形態である実施例
を示すが、本発明はこれに限定されない。 [実施例1]図1を元に実施例1について説明する。サ
ファイア(C面)よりなる基板1をMOVPEの反応容
器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を10
50℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
を示すが、本発明はこれに限定されない。 [実施例1]図1を元に実施例1について説明する。サ
ファイア(C面)よりなる基板1をMOVPEの反応容
器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を10
50℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
【0018】(バッファ層2)続いて、温度を510℃
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板1上に
GaNよりなるバッファ層2を150オングストローム
の膜厚で成長させる。
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板1上に
GaNよりなるバッファ層2を150オングストローム
の膜厚で成長させる。
【0019】(第1のn型窒化物半導体層3)バッファ
層2成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで
昇温させる。続いて1050℃で、同じく原料ガスに、
TMG、アンモニアを用い、アンドープGaNからなる
第1のn型窒化物半導体層3を1.5μmの膜厚で成長
させる。
層2成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで
昇温させる。続いて1050℃で、同じく原料ガスに、
TMG、アンモニアを用い、アンドープGaNからなる
第1のn型窒化物半導体層3を1.5μmの膜厚で成長
させる。
【0020】(第2のn型窒化物半導体層4)続いて1
050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、Siを4×1018/
cm3ドープしたGaNよりなる第2のn型窒化物半導
体層4を2.5μmの膜厚で成長させる。
050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、Siを4×1018/
cm3ドープしたGaNよりなる第2のn型窒化物半導
体層4を2.5μmの膜厚で成長させる。
【0021】(第3のn型窒化物半導体層5)続いて同
じく1050℃で、原料ガスにTMG、アンモニア、不
純物ガスとしてTESn(テトラエチルスズ)を用い、
Snを3×1018/cm3ドープしたGaNよりなる第
3のn型窒化物半導体層5を2500オングストローム
の膜厚で成長させる。
じく1050℃で、原料ガスにTMG、アンモニア、不
純物ガスとしてTESn(テトラエチルスズ)を用い、
Snを3×1018/cm3ドープしたGaNよりなる第
3のn型窒化物半導体層5を2500オングストローム
の膜厚で成長させる。
【0022】(第4のn型窒化物半導体層6)続いて同
じく1050℃で、原料ガスに、TMG、アンモニアを
用い、アンドープのGaNよりなる第4のn型窒化物半
導体層6を100オングストロームの膜厚で成長させ
る。
じく1050℃で、原料ガスに、TMG、アンモニアを
用い、アンドープのGaNよりなる第4のn型窒化物半
導体層6を100オングストロームの膜厚で成長させ
る。
【0023】(活性層7)次に同じく1050℃で、ア
ンドープのGaNよりなる障壁層を200オングストロ
ームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、
TMG、TMI、アンモニアを用いてアンドープIn
0.3Ga0.7Nよりなる井戸層を30オングストロームの
膜厚で成長させる。そして障壁+井戸+障壁+井戸・・
・・+障壁の順で障壁層を5層、井戸層を4層、交互に
積層して、総膜厚1120オングストロームの多重量子
井戸構造よりなる活性層7を成長させる。
ンドープのGaNよりなる障壁層を200オングストロ
ームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、
TMG、TMI、アンモニアを用いてアンドープIn
0.3Ga0.7Nよりなる井戸層を30オングストロームの
膜厚で成長させる。そして障壁+井戸+障壁+井戸・・
・・+障壁の順で障壁層を5層、井戸層を4層、交互に
積層して、総膜厚1120オングストロームの多重量子
井戸構造よりなる活性層7を成長させる。
【0024】(p側アンドープの窒化物半導体層8)次
に窒素、TMIを止め、温度を1050℃まで昇温し、
TMG、TMA、アンモニアを用い、アンドープAlG
aN層8を10オングストロームの膜厚で成長させる。
に窒素、TMIを止め、温度を1050℃まで昇温し、
TMG、TMA、アンモニアを用い、アンドープAlG
aN層8を10オングストロームの膜厚で成長させる。
【0025】(p型クラッド層9)続いて1050℃
で、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mgを用い、
Mgを1×1020/cm3ドープしたAlGaNよりな
る層を40オングストローム成長させ、次に温度を80
0℃にして、TMAを止めTMIを流し、同じくMgを
1×1020/cm3ドープしたInGaNよりなる層を
25オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれ
らの操作を交互に繰り返し、5層ずつ積層させた、超格
子からなるp型クラッド層9を成長させる。
で、TMG、TMA、アンモニア、Cp2Mgを用い、
Mgを1×1020/cm3ドープしたAlGaNよりな
る層を40オングストローム成長させ、次に温度を80
0℃にして、TMAを止めTMIを流し、同じくMgを
1×1020/cm3ドープしたInGaNよりなる層を
25オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれ
らの操作を交互に繰り返し、5層ずつ積層させた、超格
子からなるp型クラッド層9を成長させる。
【0026】(p型コンタクト層10)続いて1050
℃で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用い、Mgを
1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型
コンタクト層10を0.15μmの膜厚で成長させる。
℃で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用い、Mgを
1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型
コンタクト層10を0.15μmの膜厚で成長させる。
【0027】反応終了後、温度を室温まで下げ、更に窒
素雰囲気中、ウエハーを反応容器内において、700℃
でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。ア
ニーリング後、ウエハーを反応容器から取り出し、最上
層のp型コンタクト層10の表面に所定のマスクを形成
し、RIE(反応性イオンエッチング)装置でp型コン
タクト層側からエッチングを行い、図1に示すようにn
型コンタクト層4の表面を露出させる。
素雰囲気中、ウエハーを反応容器内において、700℃
でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。ア
ニーリング後、ウエハーを反応容器から取り出し、最上
層のp型コンタクト層10の表面に所定のマスクを形成
し、RIE(反応性イオンエッチング)装置でp型コン
タクト層側からエッチングを行い、図1に示すようにn
型コンタクト層4の表面を露出させる。
【0028】エッチング後、最上層にあるp型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNi、
Auを含む透光性のp電極10を0.5μmの膜厚で形
成し、一方エッチングにより露出させたn側のSiドー
プの窒化物半導体層4の表面にはWとAlを含むn電極
11を形成してLED素子とした。
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNi、
Auを含む透光性のp電極10を0.5μmの膜厚で形
成し、一方エッチングにより露出させたn側のSiドー
プの窒化物半導体層4の表面にはWとAlを含むn電極
11を形成してLED素子とした。
【0029】このLED素子は順方向電圧20mAにお
いて、順方向電圧3.4V、470nmの青色発光を示
し、発光出力は6.2mWであった。
いて、順方向電圧3.4V、470nmの青色発光を示
し、発光出力は6.2mWであった。
【0030】[実施例2]実施例1において、第3のn
型窒化物半導体層5を以下のようにした他は同様にして
LED素子を作製した。 (第3のn型窒化物半導体層5)続いて同じく1050
℃で、原料ガスにTMG、アンモニア、不純物ガスとし
てTEGe(テトラエチルゲルマニウム)を用い、Ge
を5×1018/cm3ドープしたGaNよりなる第3の
n型窒化物半導体層5を2500オングストロームの膜
厚で成長させる。
型窒化物半導体層5を以下のようにした他は同様にして
LED素子を作製した。 (第3のn型窒化物半導体層5)続いて同じく1050
℃で、原料ガスにTMG、アンモニア、不純物ガスとし
てTEGe(テトラエチルゲルマニウム)を用い、Ge
を5×1018/cm3ドープしたGaNよりなる第3の
n型窒化物半導体層5を2500オングストロームの膜
厚で成長させる。
【0031】その結果、このLED素子は順方向電圧2
0mAにおいて、順方向電圧3.8V、470nmの青
色発光を示し、発光出力は5.2mWであった。
0mAにおいて、順方向電圧3.8V、470nmの青
色発光を示し、発光出力は5.2mWであった。
【0032】[実施例3]実施例1において、第4のn
型窒化物半導体層6を以下のようにした他は同様にして
LED素子を作製した。 (第4のn型窒化物半導体層6)続いて1050℃で、
原料ガスに、TMG、アンモニアを用い、アンドープの
GaNよりなる第4のn型窒化物半導体層6を400オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
型窒化物半導体層6を以下のようにした他は同様にして
LED素子を作製した。 (第4のn型窒化物半導体層6)続いて1050℃で、
原料ガスに、TMG、アンモニアを用い、アンドープの
GaNよりなる第4のn型窒化物半導体層6を400オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
【0033】その結果、このLED素子は順方向電圧2
0mAにおいて、順方向電圧3.6V、470nmの青
色発光を示し、発光出力は6.2mWであった。
0mAにおいて、順方向電圧3.6V、470nmの青
色発光を示し、発光出力は6.2mWであった。
【0034】[実施例4]実施例1において、活性層7
を以下のような単一の量子井戸構造とした他は同様にし
てLED素子を作製した。 (活性層7)次に温度を800℃まで下げ、TMG、T
MI、アンモニアを用い、アンドープIn0.3Ga0.7N
よりなる活性層7を30オングストロームの膜厚で成長
させる。
を以下のような単一の量子井戸構造とした他は同様にし
てLED素子を作製した。 (活性層7)次に温度を800℃まで下げ、TMG、T
MI、アンモニアを用い、アンドープIn0.3Ga0.7N
よりなる活性層7を30オングストロームの膜厚で成長
させる。
【0035】その結果、このLED素子は順方向電圧2
0mAにおいて、順方向電圧3.4V、468nmの青
色発光を示し、発光出力は3.2mWであった。
0mAにおいて、順方向電圧3.4V、468nmの青
色発光を示し、発光出力は3.2mWであった。
【0036】[実施例5]実施例1において、第3のn
型窒化物半導体層5から活性層7までを以下のようにし
た他は同様にしてLED素子を作製した。 (第3のn型窒化物半導体層5)1050℃で、原料ガ
スにTMG、アンモニア、不純物ガスとしてTEGe
(テトラエチルゲルマニウム)を用い、Geを5×10
18/cm3ドープしたGaNよりなる第3のn型窒化物
半導体層5を2500オングストロームの膜厚で成長さ
せる。
型窒化物半導体層5から活性層7までを以下のようにし
た他は同様にしてLED素子を作製した。 (第3のn型窒化物半導体層5)1050℃で、原料ガ
スにTMG、アンモニア、不純物ガスとしてTEGe
(テトラエチルゲルマニウム)を用い、Geを5×10
18/cm3ドープしたGaNよりなる第3のn型窒化物
半導体層5を2500オングストロームの膜厚で成長さ
せる。
【0037】(第4のn型窒化物半導体層6)続いて同
じく1050℃で、原料ガスに、TMG、アンモニアを
用い、アンドープのGaNよりなる第4のn型窒化物半
導体層6を100オングストロームの膜厚で成長させ
る。
じく1050℃で、原料ガスに、TMG、アンモニアを
用い、アンドープのGaNよりなる第4のn型窒化物半
導体層6を100オングストロームの膜厚で成長させ
る。
【0038】(活性層7)温度を800℃まで下げ、T
MG、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn0.3
Ga0.7Nよりなる活性層7を30オングストロームの
膜厚で成長させる。
MG、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn0.3
Ga0.7Nよりなる活性層7を30オングストロームの
膜厚で成長させる。
【0039】その結果、このLED素子は順方向電圧2
0mAにおいて、順方向電圧3.8V、468nmの青
色発光を示し、発光出力は2.7mWであった。
0mAにおいて、順方向電圧3.8V、468nmの青
色発光を示し、発光出力は2.7mWであった。
【0040】[実施例6]実施例1において、活性層7
を以下のようにした他は同様にしてLED素子を作製し
た。 (活性層7)1050℃で、アンドープのGaNよりな
る障壁層を200オングストロームの膜厚で成長させ、
続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモ
ニアを用いてアンドープIn0.35Ga0.65Nよりなる井
戸層を30オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁+井戸+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層
を5層、井戸層を4層、交互に積層して、総膜厚112
0オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層
7を成長させる。
を以下のようにした他は同様にしてLED素子を作製し
た。 (活性層7)1050℃で、アンドープのGaNよりな
る障壁層を200オングストロームの膜厚で成長させ、
続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモ
ニアを用いてアンドープIn0.35Ga0.65Nよりなる井
戸層を30オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁+井戸+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層
を5層、井戸層を4層、交互に積層して、総膜厚112
0オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層
7を成長させる。
【0041】このLED素子は順方向電圧20mAにお
いて、順方向電圧3.6V、520nmの緑色発光を示
し、発光出力は3.6mWであった。
いて、順方向電圧3.6V、520nmの緑色発光を示
し、発光出力は3.6mWであった。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
n型窒化物半導体層を基板側から順に、アンドープのG
aNからなる第1のn型窒化物半導体層、Siがドープ
されたGaNからなる第2のn型窒化物半導体層、S
n、Ge、Pbよりなる群から選択された少なくとも一
種、すなわちIV族のSiより原子番号の大きい元素が
ドープされたGaNからなる第3のn型窒化物半導体層
の少なくとも3層が積層された構造とすることで、Si
がドープされた第2のn型窒化物半導体層から発光層に
自由電子が速やかに供給されるようになり発光効率が向
上し、またIV族のSiより原子番号の大きい元素がド
ープされた第3のn型窒化物半導体層を設けることで、
高ドープされたSiなどの不純物の発光層への拡散を防
ぎ、かつ発光効率の低下を防ぐことができる。
n型窒化物半導体層を基板側から順に、アンドープのG
aNからなる第1のn型窒化物半導体層、Siがドープ
されたGaNからなる第2のn型窒化物半導体層、S
n、Ge、Pbよりなる群から選択された少なくとも一
種、すなわちIV族のSiより原子番号の大きい元素が
ドープされたGaNからなる第3のn型窒化物半導体層
の少なくとも3層が積層された構造とすることで、Si
がドープされた第2のn型窒化物半導体層から発光層に
自由電子が速やかに供給されるようになり発光効率が向
上し、またIV族のSiより原子番号の大きい元素がド
ープされた第3のn型窒化物半導体層を設けることで、
高ドープされたSiなどの不純物の発光層への拡散を防
ぎ、かつ発光効率の低下を防ぐことができる。
【図1】本発明の一実施例にかかるLED素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
1・・・基板 2・・・バッファ層 3・・・第1のn型窒化物半導体層 4・・・第2のn型窒化物半導体層 5・・・第3のn型窒化物半導体層 6・・・第4のn型窒化物半導体層 7・・・活性層 8・・・p側アンドープの窒化物半導体層 9・・・p型クラッド層 10・・・p型コンタクト層 11・・・p電極 12・・・n電極
Claims (3)
- 【請求項1】基板上に、n型窒化物半導体層、活性層お
よびp型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子にお
いて、前記n型窒化物半導体層が、基板側から順に、ア
ンドープの窒化物半導体層からなる第1のn型窒化物半
導体層、n型不純物としてSiがドープされた窒化物半
導体層からなる第2のn型窒化物半導体層、Siとは異
なるn型不純物がドープされた窒化物半導体層からなる
第3のn型窒化物半導体層の少なくとも3層が積層され
た構造を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項2】前記第3のn型窒化物半導体層のn型不純
物は、Sn、Ge、Pbよりなる群から選択された少な
くとも1種であり、最も好ましくはSnであることを特
徴とする請求項1に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項3】前記第3のn型窒化物半導体層と活性層と
の間にアンドープの窒化物半導体層を設けることを特徴
とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の窒化
物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7171099A JP2000269548A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7171099A JP2000269548A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000269548A true JP2000269548A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13468379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7171099A Pending JP2000269548A (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | 窒化物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000269548A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006080378A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| JP2006093681A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-04-06 | Showa Denko Kk | 化合物半導体用ゲルマニウム添加源、それを用いた化合物半導体の製造方法、および化合物半導体 |
| US7125732B2 (en) | 2002-01-24 | 2006-10-24 | Sony Corporation | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method |
| JP2009135532A (ja) * | 2009-03-13 | 2009-06-18 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP7171099A patent/JP2000269548A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7125732B2 (en) | 2002-01-24 | 2006-10-24 | Sony Corporation | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method |
| JP2006093681A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-04-06 | Showa Denko Kk | 化合物半導体用ゲルマニウム添加源、それを用いた化合物半導体の製造方法、および化合物半導体 |
| JP2006080378A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| JP2009135532A (ja) * | 2009-03-13 | 2009-06-18 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、半導体素子の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3868136B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP3719047B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3622562B2 (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| JP4629178B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3135041B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| US20050035360A1 (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP3890930B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2001148507A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2006108585A (ja) | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 | |
| JP2000068594A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JPH11340509A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2001102629A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2002305323A (ja) | n型窒化物半導体積層体およびそれを用いる半導体素子 | |
| JP2002033512A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| TW201717429A (zh) | 半導體發光元件 | |
| JP2001168390A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2000133883A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP3602856B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
| JP4356555B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| US12132145B2 (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor light-emitting element | |
| JP4815732B2 (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JPH11191639A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2011018869A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
| JP2918139B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| JP4622466B2 (ja) | 窒化物半導体素子 |