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JP2001177188A - Gallium nitride-base compound semiconductor light emitting element - Google Patents

Gallium nitride-base compound semiconductor light emitting element

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Publication number
JP2001177188A
JP2001177188A JP2000389392A JP2000389392A JP2001177188A JP 2001177188 A JP2001177188 A JP 2001177188A JP 2000389392 A JP2000389392 A JP 2000389392A JP 2000389392 A JP2000389392 A JP 2000389392A JP 2001177188 A JP2001177188 A JP 2001177188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gallium nitride
light emitting
semiconductor light
emitting device
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
Application number
JP2000389392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Okazaki
伸夫 岡崎
Katsuhide Manabe
勝英 真部
Isamu Akasaki
勇 赤崎
Hiroshi Amano
浩 天野
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.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
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 Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP2000389392A priority Critical patent/JP2001177188A/en
Publication of JP2001177188A publication Critical patent/JP2001177188A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light emitting element in a blue region, a violet region or an ultraviolet light region is a short wavelength. SOLUTION: An AlN layer 2, an Si-doped n-type GaAlN layer 3 (as an n- layer), a GaN layer 4 (as an active layer) and an Mg-doped GaAlN layer 5 (as a p-layer) are formed on a sapphire substrate 1. An SiO2 layer 7 is deposited on the Mg-doped GaAlN layer 5 (as the p-layer). After that, a window 7A is opened in a rectangular shape in a length of 1 mm and a width of 50 μm. A metal electrode is formed in the part of a window 8 in the Mg-doped GaAlN layer 5 (as the p-layer), and a metal electrode is formed in the Si-doped n-type GaAlN layer 3 (as the n-layer).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、可視光、可視単波
長、特に、青色領域から紫色領域まで、及び紫外光領域
で発光可能な半導体発光素子に関する。例えば、発光ダ
イオード、レーザダイオードに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of emitting light in a visible light, a visible single wavelength, particularly in a blue region to a violet region, and in an ultraviolet region. For example, it relates to a light emitting diode and a laser diode.

【0002】本発明の半導体発光素子である発光ダイオ
ードやレーザダイオードは、本発明者らにより初めて明
らかにされた電子線照射処理による((AlxGa1-x)yIn1-y
N:0≦x≦1,0≦y≦1)層のp型化技術を基盤として、新た
に開発さた技術を加えて、初めて、((AlxGa1-x)yIn1-y
N:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体発光素子の製作が可能となっ
たものである。
A light emitting diode or a laser diode, which is a semiconductor light emitting device of the present invention, is subjected to an electron beam irradiation treatment ((Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y ) first revealed by the present inventors.
For the first time, ((Al x Ga 1-x ) y In 1-y
N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) It is possible to manufacture a semiconductor light emitting device.

【0003】[0003]

【従来技術】現在、実用化されている最短波長の電流注
入型半導体レーザダイオードは、リン化インジウムガリ
ウムアルミニウム(InGaAlP)系結晶により作製されてい
る。その発振波長は可視長波長領域、即ち、赤色領域で
ある0.6 〜0.7 μm帯に属する。
2. Description of the Related Art The shortest wavelength current injection type semiconductor laser diode which has been put into practical use at present is made of indium gallium aluminum phosphide (InGaAlP) based crystal. Its oscillation wavelength belongs to the visible long wavelength region, that is, the 0.6 to 0.7 μm band which is the red region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、更に、
短波長である青色、紫色領域或いは紫外光領域での発光
が可能な半導体レーザを実現するのは、この材料では物
性上困難である。より広い禁制帯幅を持つ半導体材料を
用いる必要がある。(AlxGa1-x)yIn1-yN はその候補の一
つである。
However, further,
It is difficult to realize a semiconductor laser capable of emitting light in the blue, violet, or ultraviolet region, which is a short wavelength, due to the physical properties of this material. It is necessary to use a semiconductor material having a wider band gap. (Al x Ga 1-x ) y In 1-y N is one of the candidates.

【0005】(AlxGa1-x)yIn1-yN )、特に、GaN は室温
(300K)で光励起により誘導放出することが確認されてい
る(H. Amano 等;Japanese Journal of Applied Physics
第29巻1990年 L205-L206頁)。 このことから、上記
半導体でレーザダイオードが構成できる可能性がある。
[0005] (Al x Ga 1-x ) y In 1-y N), in particular, GaN
(300K) has been confirmed to be stimulated emission by photoexcitation (H. Amano et al .; Japanese Journal of Applied Physics)
Vol. 29, 1990, pp. L205-L206). For this reason, there is a possibility that a laser diode can be formed from the above semiconductor.

【0006】しかしながら、上記系統の化合物半導体は
p型単結晶薄膜の作製が困難であるため、現在に到るま
で(AlxGa1-x)yIn1-yN を用いた電流注入による半導体レ
ーザダイオードは実現していない。
However, since it is difficult to produce a p-type single crystal thin film with the above-mentioned compound semiconductors, up to the present, semiconductors have been manufactured by current injection using (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N. Laser diode is not realized.

【0007】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、短波長で
ある青色、紫色領域或いは紫外光領域における発光ダイ
オード、レーザ等の発光素子の製造方法を得ることであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device such as a light-emitting diode or a laser in a short-wavelength blue, purple or ultraviolet region. Is to obtain a manufacturing method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、窒化
ガリウム(GaN)基板と、窒化ガリウム(GaN)基板の上方
に形成されたn型伝導性を示す((Alx1Ga1-x1)y1In1-y1
N:0≦x1≦1,0≦y1≦1)から成るn層と、p型伝導性を
示す((Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2≦1,0≦y2≦1 )か
ら成るp層と、n層とp層との間に存在し、n層及びp
層よりも、禁制帯幅の狭い((Alx3Ga1-x3)y3In1-y3N:0
≦x3≦1,0≦y3≦1,但しx3=y3=1 は含まない)から成る
発光層とから成る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
である。
The invention of claim 1 shows a gallium nitride (GaN) substrate and an n-type conductivity formed above the gallium nitride (GaN) substrate ((Al x1 Ga 1-x1 ) y1 In 1-y1
N: 0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and p-type conductivity ((Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N: 0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1), between the n-layer and the p-layer, the n-layer and the p-layer
Narrower bandgap than layer ((Al x3 Ga 1-x3 ) y3 In 1-y3 N: 0
≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, provided that x3 = y3 = 1 is not included).

【0009】請求項2の発明は、請求項1に記載の発明
において、窒化ガリウム(GaN)基板上には、緩衝層が形
成されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a buffer layer is formed on the gallium nitride (GaN) substrate.

【0010】請求項3の発明は、請求項2に記載の発明
において、緩衝層は窒化ガリウム(GaN)であることを特
徴とする。
A third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, the buffer layer is made of gallium nitride (GaN).

【0011】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、緩衝層はn伝導型であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the buffer layer is of an n-type.

【0012】請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4
のいずれか1項に記載の発明において、窒化ガリウム
(GaN)基板はn型単結晶であることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1 to 4.
The gallium nitride (GaN) substrate is an n-type single crystal.

【0013】請求項6の発明は、請求項1乃至請求項5
のいずれか1項に記載の発明において、発光層は、比較
的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小さい
薄膜結晶を複数接合した層から成ることを特徴とする。
[0013] The invention of claim 6 is the first to fifth aspects of the present invention.
In the invention described in any one of the above, the light emitting layer is characterized by comprising a thin film crystal having a relatively large band gap and a plurality of thin film crystals having a relatively small band gap joined together.

【0014】請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6
のいずれか1項に記載の発明において、窒化ガリウム
(GaN)基板の裏面にn層に対する負電極が形成されてい
ることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the first to sixth aspects.
In the invention described in any one of the above, a negative electrode for the n-layer is formed on the back surface of the gallium nitride (GaN) substrate.

【0015】請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7
のいずれか1項に記載の発明において、発光層は、n伝
導型であることを特徴とする。
[0015] The invention of claim 8 is the first to seventh aspects of the present invention.
In the invention described in any one of the above, the light-emitting layer is an n-conduction type.

【0016】請求項9の発明は、請求項1乃至請求項8
のいずれか1項に記載の発明において、正電極と負電極
のうち少なくとも一方において、その電極が接合する領
域は、高キャリア濃度に形成されていることを特徴とす
る。
According to the ninth aspect of the present invention, there are provided the first to eighth aspects.
In the invention described in any one of the above, in at least one of the positive electrode and the negative electrode, a region where the electrode is joined is formed with a high carrier concentration.

【0017】請求項10の発明は、請求項1乃至請求項
9のいずれか1項に記載の発明において、正電極と負電
極のうち少なくとも一方に接触し、高キャリア濃度の実
現が容易な結晶からなる層が、さらに設けられているこ
とを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the crystal according to any one of the first to ninth aspects, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is in contact with the crystal, and a high carrier concentration can be easily realized. Is further provided.

【0018】請求項11の発明は、請求項1乃至請求項
10のいずれか1項に記載の発明において、窒化ガリウ
ム(GaN)基板における結晶成長させる主面は、(000
1)面であることを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the principal surface of the gallium nitride (GaN) substrate on which the crystal is grown is (000).
1) It is a surface.

【0019】請求項12の発明は、請求項1乃至請求項
11のいずれか1項に記載の発明において、窒化ガリウ
ム(GaN)基板は、低抵抗であることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the gallium nitride (GaN) substrate has a low resistance.

【0020】請求項13の発明は、請求項1乃至請求項
12のいずれか1項に記載の発明において、n層は、Ga
AlN から成ることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the n-layer is made of Ga.
It is characterized by being made of AlN.

【0021】請求項14の発明は、請求項1乃至請求項
13のいずれか1項に記載の発明において、p層は、Ga
AlN から成ることを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the p-layer is made of Ga.
It is characterized by being made of AlN.

【0022】請求項15の発明は、請求項1乃至請求項
14のいずれか1項に記載の発明において、n層は、シ
リコン(Si)、酸素(O) 、硫黄(S) 、セレン(Se)、テルル
(Te)のうち少なくとも1つのドナー不純物元素が添加さ
れていることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fourteenth aspects, the n-layer comprises silicon (Si), oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se). ),tellurium
At least one donor impurity element of (Te) is added.

【0023】請求項16の発明は、請求項1乃至請求項
15のいずれか1項に記載の発明において、p層は、ベ
リウム(Be)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム
(Cd)、炭素(C) のうち少なくとも1つのアクセプタ不純
物元素が添加されていることを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the p-layer is made of beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium.
(Cd) and at least one acceptor impurity element of carbon (C) is added.

【0024】請求項17の発明は、請求項1乃至請求項
16のいずれか1項に記載の発明において、p層のキャ
リア濃度は、アクセプタ不純物元素の濃度及び電子線照
射条件により制御されていることを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in any one of the first to sixteenth aspects, the carrier concentration of the p-layer is controlled by the concentration of the acceptor impurity element and the electron beam irradiation conditions. It is characterized by the following.

【0025】請求項18の発明は、請求項1乃至請求項
17のいずれか1項に記載の発明において、窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子はレーザダイオードであるこ
とを特徴とする。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in any one of the first to seventeenth aspects, the gallium nitride based compound semiconductor light emitting device is a laser diode.

【0026】請求項19の発明は、請求項18に記載の
発明において、p層とその正電極とが接合する部分は、
短冊状であることを特徴とする。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the invention according to the eighteenth aspect, a portion where the p layer and its positive electrode are joined is
It is characterized by a strip shape.

【0027】[0027]

【作用及び効果】((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦
1)半導体において、本発明者等により、初めてp型電導
性を示す層の製作が可能となった。これにより、上記の
窒化ガリウム系化合物半導体で構成されたキャリア注入
型の発光素子である発光ダイオードやレーザダイオード
の製作及びその発振が可能となった。
[Action and Effect] ((Al x Ga 1-x ) y In 1-y N: 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦
1) For semiconductors, the present inventors have made it possible for the first time to manufacture a layer exhibiting p-type conductivity. As a result, it has become possible to manufacture and oscillate a light emitting diode or a laser diode, which is a carrier injection type light emitting element made of the gallium nitride compound semiconductor.

【0028】本発明のように電子線照射処理による(Alx
Ga1-x)yIn1-yN のp型化効果と、構造を工夫することに
より、青色から紫色及び紫外光領域の発光波長、発振波
長を持つ発光素子である半導体発光ダイオードや半導体
レーザダイオードが実現された。
According to the present invention, (Al x
Ga 1-x ) y In 1-y N semiconductor light-emitting diodes and semiconductor lasers with emission wavelengths and oscillation wavelengths in the blue to violet and ultraviolet regions by devising the p-type effect and the structure. Diodes have been realized.

【0029】[0029]

【発明の概要】上記発明において、窒化アルミニウムガ
リウムインジウム(AlxGa1-x)yIn1-yN単結晶作製用基板
には、サファイア, 珪素(Si),6H 炭化珪素(6H-SiC)ない
し窒化ガリウム(GaN) を用いることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In the above invention, sapphire, silicon (Si), 6H silicon carbide (6H-SiC) is used as the substrate for preparing aluminum gallium indium nitride (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N single crystal. Alternatively, gallium nitride (GaN) can be used.

【0030】サファイアを基板とする場合には少なくと
も低温(例えば約600 ℃) で堆積したAlN 薄膜を含む層
を緩衝層とするのが望ましい。
When sapphire is used as the substrate, it is preferable that at least a layer containing an AlN thin film deposited at a low temperature (for example, about 600 ° C.) be used as the buffer layer.

【0031】Siを基板とする場合には少なくとも3C-SiC
薄膜一層か或いは3C-SiC薄膜及びAlN 薄膜の二層を含む
層を緩衝層とするのが望ましい。
When Si is used as a substrate, at least 3C-SiC
It is desirable that the buffer layer be a thin film or a layer including two layers of a 3C-SiC thin film and an AlN thin film.

【0032】6H-SiCを基板とする場合には直接ないしGa
N を緩衝層とするのが望ましい。GaN を基板とする場合
には直接単結晶作製が行なわれる。Si,6H-SiC 及びGaN
を基板とする場合にはn型単結晶が用いられる。
When 6H-SiC is used as a substrate, it is not directly or Ga
It is desirable that N be a buffer layer. When GaN is used as a substrate, a single crystal is directly produced. Si, 6H-SiC and GaN
Is used as a substrate, an n-type single crystal is used.

【0033】まず、同一組成同士の結晶によるpn接合
構造を作製する場合につき述べる。サファイアを基板と
する場合、(AlxGa1-x)yIn1-yN を成長させる直前に、基
板温度を所望の値(例えば 600℃)に設定し、成長炉内
に少なくともアルミニウム(Al) を含む化合物及び窒素
の水酸化物を導入し、サファイア基板表面にAlN 薄膜緩
衝層を形成する。
First, the case of producing a pn junction structure using crystals of the same composition will be described. When sapphire is used as the substrate, the substrate temperature is set to a desired value (for example, 600 ° C.) immediately before (Al x Ga 1-x ) y In 1-y N is grown, and at least aluminum (Al) is introduced into the growth furnace. ) And a hydroxide of nitrogen are introduced to form an AlN thin film buffer layer on the sapphire substrate surface.

【0034】その後、Alを含む化合物の導入を止め、基
板温度の再設定を行う。そして、所望の混晶組成となる
ようにAlを含む化合物、ガリウム(Ga)を含む化合物及び
インジウム(In)を含む化合物を導入してn型(AlxGa1-x)
yIn1-yN 単結晶の成長を行う。
Thereafter, the introduction of the compound containing Al is stopped, and the substrate temperature is reset. Then, a compound containing Al, a compound containing gallium (Ga) and a compound containing indium (In) are introduced so as to have a desired mixed crystal composition, and n-type (Al x Ga 1-x ) is introduced.
y In 1-y N A single crystal is grown.

【0035】なお、この場合n型単結晶の抵抗率を下げ
るためにSi, 酸素(O),硫黄(S),セレン(Se), テルル(Te)
などドナー不純物となる元素を含む化合物を同時に導入
しても良い。
In this case, in order to lower the resistivity of the n-type single crystal, Si, oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te) are used.
For example, a compound containing an element serving as a donor impurity may be introduced at the same time.

【0036】ドナー不純物をドーピングする場合、その
濃度に関してはn層に均一にドーピングしても良い。
又、n層のオーム性電極形成を容易にするためにn層成
長初期に高濃度にドーピングし、pn接合付近ではドー
ピングしないか或いは低濃度にドーピングしても良い。
In the case of doping with a donor impurity, the concentration may be uniform in the n-layer.
Further, in order to facilitate the formation of the n-layer ohmic electrode, the n-layer may be doped at a high concentration at the initial stage of growth and may not be doped near the pn junction or may be doped at a low concentration.

【0037】次に、一度、ウエハを成長炉から取り出
し、試料表面の一部を選択成長用マスクとなる物質、例
えば酸化珪素(SiO2 ) により覆い、再びウエハを成長炉
に戻す。又は、ウエハを取り出さずそのまま成長を続け
る。
Next, the wafer is once taken out of the growth furnace, a part of the sample surface is covered with a material serving as a mask for selective growth, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and the wafer is returned to the growth furnace again. Alternatively, the growth is continued without taking out the wafer.

【0038】少なくとも所望の混晶組成となるようなAl
を含む化合物、Gaを含む化合物、Inを含む化合物及び窒
素の水素化物及びアクセプタ不純物となる元素、例えば
ベリリウム(Be), マグネシウム(Mg), 亜鉛(Zn), カドミ
ウム(Cd), 炭素(C) を含む化合物を成長炉に導入してア
クセプタ不純物をドープした(AlxGa1-x)yIn1-yN 単結晶
(p層) の成長を行う。
Al having at least a desired mixed crystal composition
A compound containing, a compound containing Ga, a compound containing In and a hydride of nitrogen and an element serving as an acceptor impurity such as beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), and carbon (C). Is introduced into a growth furnace to grow an (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N single crystal (p layer) doped with acceptor impurities.

【0039】アクセプタドープ層の成長膜厚は電子線照
射処理する場合の電子線侵入長を考慮して決定する。
次にウェハを成長炉から取り出し、アクセプタドープ(A
lxGa 1-x)yIn1-yN 層の電子線照射処理を行う。
The growth thickness of the acceptor-doped layer was determined by electron beam irradiation.
It is determined in consideration of the electron beam penetration length in the case of irradiation processing.
Next, the wafer is removed from the growth furnace, and the acceptor dope (A
lxGa 1-x)yIn1-yPerform N layer electron beam irradiation treatment.

【0040】電子線照射処理する領域は試料表面全体或
いは一部、例えば短冊状とする。試料表面全体に電子線
を照射する場合には、更に、アクセプタドープ層(p
層)の上に絶縁層を堆積し、その絶縁層の一部に短冊状
の窓を開け、その窓の上に金属を接触させ、p層に対す
るオーム性電極を形成する。 短冊状に電子線照射処理
する場合には、電子線の照射された領域の一部或いは全
部を覆うように金属を接触させ、p層に対するオーム性
電極を形成する。
The region to be subjected to the electron beam irradiation treatment is formed on the whole or a part of the sample surface, for example, a strip shape. When the entire sample surface is irradiated with an electron beam, the acceptor-doped layer (p
An insulating layer is deposited on the layer, a strip-shaped window is opened in a part of the insulating layer, and a metal is contacted on the window to form an ohmic electrode for the p-layer. In the case where the electron beam irradiation treatment is performed in a strip shape, a metal is brought into contact so as to cover part or all of the region irradiated with the electron beam, and an ohmic electrode for the p-layer is formed.

【0041】最終的に、p層と金属の接触する部分の形
状は短冊である。n層の電極は選択成長用マスクを取り
外して、その後に形成するか、或いはアクセプタドープ
層(p層)の一部を表面側からエッチングして下層のn
層に対して窓を開け、金属を接触させオーム性電極を形
成する。
Finally, the shape of the portion where the metal contacts the p-layer is a strip. The electrode of the n-layer is formed after removing the selective growth mask, or by etching a part of the acceptor-doped layer (p-layer) from the surface side to form the n-layer electrode.
Open a window to the layer and contact the metal to form an ohmic electrode.

【0042】n型のSi、6H-SiC或いはGaN を基板として
用いる場合もほぼ同様の手段により素子作製を行う。し
かし、選択成長技術は用いず、p層とn層に対する電極
は素子の上下の両側に形成する。即ち、n層電極は基板
裏面全体に金属を接触させオーム性電極を形成する。
When n-type Si, 6H-SiC or GaN is used as a substrate, an element is manufactured by substantially the same means. However, the selective growth technique is not used, and the electrodes for the p layer and the n layer are formed on both the upper and lower sides of the device. That is, the n-layer electrode contacts the metal on the entire back surface of the substrate to form an ohmic electrode.

【0043】以上が同一組成の結晶によるpn接合構造
の半導体レーザダイオードを作製する場合の基本的方法
である。異種混晶組成の結晶の接合、いわゆるヘテロ接
合を利用した素子を作製する場合にも、pn接合を形成
するという点では上記同一混晶組成の結晶の接合を利用
する場合と同様である。
The above is a basic method for fabricating a semiconductor laser diode having a pn junction structure using crystals of the same composition. Also in the case of manufacturing a device using a junction of crystals of different mixed crystal compositions, that is, a so-called hetero junction, the formation of a pn junction is the same as the case of using the above-described junction of crystals of the same mixed crystal composition.

【0044】単一のヘテロ接合を形成する場合、同一混
晶組成の結晶によるpn接合に加え、更にn層側に禁制
帯幅が大きいn型の結晶を接合して少数キャリアである
正孔の拡散阻止層とする。
When a single heterojunction is formed, in addition to a pn junction made of crystals having the same mixed crystal composition, an n-type crystal having a large forbidden band width is further joined to the n-layer to form holes, which are minority carriers. A diffusion blocking layer.

【0045】(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶の禁制帯幅付
近の発光はn層で特に強いため、活性層はn型結晶を用
いる必要がある。(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶のバンド
構造は(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yIn1-y
P 系単結晶と似ており、バンド不連続の割合は価電子帯
よりも伝導帯の方が大きいと考えられる。しかし、(Alx
Ga1-x)yIn1-yN 系単結晶では正孔の有効質量が比較的大
きいためn型同士のヘテロ接合は正孔拡散阻止として有
効に作用する。
Since the emission near the bandgap of the (Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N based single crystal is particularly strong in the n-layer, it is necessary to use an n-type crystal for the active layer. The band structure of the (Al x Ga 1-x ) y In 1-y N-based single crystal is (Al x Ga 1-x ) y In 1-y As-based single crystal or (Al x Ga 1-x ) y In 1 -y
Similar to a P-based single crystal, it is considered that the band discontinuity ratio is larger in the conduction band than in the valence band. However, (Al x
In a Ga 1-x ) y In 1-y N-based single crystal, since the effective mass of holes is relatively large, a heterojunction between n-types effectively acts as a hole diffusion inhibitor.

【0046】二つのヘテロ接合を形成する場合、禁制帯
幅の比較的小さいn型の結晶の両側に各々禁制帯幅の大
きいn型及びp型の結晶を接合し禁制帯幅の小さいn型
の結晶を挟む構造とする。
When two heterojunctions are formed, n-type and p-type crystals having a large forbidden band are joined to both sides of an n-type crystal having a relatively small forbidden band, respectively. The structure sandwiches the crystal.

【0047】多数のヘテロ接合を形成する場合、n型の
比較的禁制帯幅の大きい薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小
さい薄膜結晶を複数接合し、その両側にそれぞれ更に禁
制帯幅の大きいn型及びp型の結晶を接合し、多数のヘ
テロ接合を挟む。
In the case of forming a large number of heterojunctions, a plurality of thin film crystals of an n-type having a relatively large forbidden band width and a plurality of thin film crystals of a relatively small forbidden band width are joined to each other. Type and p-type crystals are joined to sandwich a number of heterojunctions.

【0048】(AlxGa1-x)yIn1-yN 系単結晶の禁制帯幅付
近での光の屈折率は禁制帯幅が小さい程大きいため、他
の(AlxGa1-x)yIn1-yAs系単結晶や(AlxGa1-x)yIn1-yP 系
単結晶による半導体レーザダイオードと同様、禁制帯幅
の大きい結晶で挟むヘテロ構造は光の閉じ込めにも効果
がある。
Since the refractive index of light near the forbidden band width of the (Al x Ga 1-x ) y In 1-y N-based single crystal is larger as the forbidden band width is smaller, the other (Al x Ga 1-x) ) as with y in 1-y as-based single crystal or (Al x Ga 1-x) y in 1-y P type semiconductor laser diode according to a single crystal heterostructure sandwiching a large crystal of the band gap in the confinement of light Is also effective.

【0049】ヘテロ接合を利用する場合も、同一組成の
結晶によるpn接合の場合と同様に、オーム性電極組成
を容易にするため電極と接触する部分付近のキャリア濃
度は高濃度にしても良い。
When a heterojunction is used, similarly to the case of a pn junction made of crystals having the same composition, the carrier concentration near the portion in contact with the electrode may be made high to facilitate the composition of the ohmic electrode.

【0050】n型結晶のキャリア濃度はドナー不純物の
ドーピング濃度により、またp型結晶のキャリア濃度は
アクセプタ不純物のドーピング濃度及び電子線照射処理
条件により制御する。又、特にオーム性電極形成を容易
にするため高キャリア濃度実現が容易な結晶を金属との
接触用に更に接合してもよい。
The carrier concentration of the n-type crystal is controlled by the doping concentration of the donor impurity, and the carrier concentration of the p-type crystal is controlled by the doping concentration of the acceptor impurity and the electron beam irradiation processing conditions. In addition, in order to facilitate the formation of an ohmic electrode, a crystal which can easily realize a high carrier concentration may be further bonded for contact with a metal.

【0051】[0051]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)半導体
レーザダイオード用単結晶の作製には横型有機金属化合
物気相成長装置を用いた。以下基板としてサファイア,
Si,6H-SiC及びGaN を用いた場合各々について成長手順
を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to specific embodiments. ((Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) A horizontal organometallic compound vapor phase epitaxy apparatus was used for producing a single crystal for a semiconductor laser diode. Sapphire as a substrate,
The growth procedures for Si, 6H-SiC and GaN are shown below.

【0052】(1) サファイア基板の場合 図1は、サファイア基板を用いた半導体レーザダイオー
ドの構造を示した断面図である。図1において、(0001)
面を結晶成長面とするサファイア基板1を有機洗浄の
後、結晶成長装置の結晶成長部に設置する。成長炉を真
空排気の後、水素を供給し1200℃程度まで昇温する。こ
れによりサファイア基板1の表面に付着していた炭化水
素系ガスがある程度取り除かれる。
(1) Sapphire Substrate FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor laser diode using a sapphire substrate. In FIG. 1, (0001)
After the organic cleaning of the sapphire substrate 1 having the surface as a crystal growth surface, the sapphire substrate 1 is set in a crystal growth section of a crystal growth apparatus. After evacuation of the growth furnace, hydrogen is supplied and the temperature is raised to about 1200 ° C. Thus, the hydrocarbon-based gas adhering to the surface of the sapphire substrate 1 is removed to some extent.

【0053】次に、サファイア基板1の温度を 600℃程
度まで降温し、トリメチルアルミニウム(TMA) 及びアン
モニア(NH3) を供給して、サファイア基板1上に50nm程
度の膜厚を持つAlN 層2を形成する。 次に、TMA の供
給のみを止め、基板温度を1040℃まで上げ、TMA,トリメ
チルガリウム(TMG) 及びシラン(SiH4 ) を供給しSiドー
プn型GaAlN 層3(n層)を成長する。
Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is lowered to about 600 ° C., trimethylaluminum (TMA) and ammonia (NH 3 ) are supplied, and the AlN layer 2 having a thickness of about 50 nm is formed on the sapphire substrate 1. To form Next, only the supply of TMA is stopped, the substrate temperature is raised to 1040 ° C., and TMA, trimethylgallium (TMG) and silane (SiH 4 ) are supplied to grow the Si-doped n-type GaAlN layer 3 (n layer).

【0054】一旦、ウェハを成長炉から取り出し、GaAl
N 層3の表面の一部をSiO2 でマスクした後、再び成長
炉に戻して真空排気して水素及びNH3 を供給し1040℃ま
で昇温する。次に、TMG を供給して、SiO2 でマスクさ
れていない部分に厚さ 0.5μmのGaN層4を成長させ
る。次に、TMA 及びビスシクロペンタディエニルマクネ
シウム(Cp2Mg) を更に供給してドープGaAlN 層5(p
層)を 0.5μm成長する。
Once the wafer is taken out of the growth furnace, GaAl
After masking a part of the surface of the N layer 3 with SiO 2, it is returned to the growth furnace again, evacuated, supplied with hydrogen and NH 3 , and heated to 1040 ° C. Next, TMG is supplied to grow a GaN layer 4 having a thickness of 0.5 μm on a portion not masked with SiO 2 . Next, TMA and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) are further supplied to the doped GaAlN layer 5 (p
Layer) is grown 0.5 μm.

【0055】次に、マスクとして使用したSiO2 を弗酸
系エッチャントにより除去する。次に、ドープGaAlN 層
5(p層)上にSiO2層7を堆積した後、縦1mm、横50μ
mの短冊状に窓7Aを開け、真空チャンバに移して、ド
ープGaAlN 層5(p層)に電子線照射処理を行う。典型
的な電子線照射処理条件を表に示す。
Next, the SiO 2 used as the mask is removed with a hydrofluoric acid-based etchant. Next, after depositing an SiO 2 layer 7 on the doped GaAlN layer 5 (p layer), the length is 1 mm and the width is 50 μm.
The window 7A is opened in the shape of a strip of m, and the window 7A is moved to a vacuum chamber, and the doped GaAlN layer 5 (p layer) is subjected to an electron beam irradiation process. Tables show typical electron beam irradiation processing conditions.

【表1】 [Table 1]

【0056】次に、ドープGaAlN 層5(p層)の窓8の
部分と、Siドープn型GaAlN 層3(n層)に、それぞ
れ、金属電極を形成する。結晶成長は以上である。
Next, metal electrodes are formed on the windows 8 of the doped GaAlN layer 5 (p layer) and on the Si-doped n-type GaAlN layer 3 (n layer). This is the end of the crystal growth.

【0057】(2)Si 基板の場合 Si基板上に作成したレーザダイオードの構造を図2に示
す。低抵抗n型Siの(111) 面基板8を有機洗浄の後、弗
酸系エッチャントにより表面の酸化物を取り除き結晶成
長部に設置する。成長炉を真空排気の後水素を導入し基
板を1000℃まで昇温して、基板8の表面を洗浄化し、更
に、プロパン(C3H8) あるいはアセチレン(C2H2 ) を供
給する。これにより表面に3C-SiC薄膜9が形成される。
(2) Case of Si Substrate FIG. 2 shows the structure of a laser diode formed on a Si substrate. After the low-resistance n-type Si (111) surface substrate 8 is organically cleaned, the surface oxide is removed by a hydrofluoric acid-based etchant and the substrate 8 is placed on the crystal growth portion. After evacuation of the growth furnace, hydrogen is introduced, the substrate is heated to 1000 ° C., the surface of the substrate 8 is cleaned, and propane (C 3 H 8 ) or acetylene (C 2 H 2 ) is supplied. Thereby, a 3C-SiC thin film 9 is formed on the surface.

【0058】この後、成長炉内を一旦真空排気して余分
なガスを取り除く。次に成長炉に水素を供給し基板温度
を 600℃にし、TMA 及びNH3 を供給してAlN 薄膜10を
3C-SiC薄膜9上に形成する。次に、TMA の供給のみを止
め基板温度を1040℃にして、TMG,TMA 及びSiH4 を供給
してn型GaAlN 層11(n層)を成長する。
Thereafter, the inside of the growth furnace is once evacuated to remove excess gas. Next, hydrogen is supplied to the growth furnace to set the substrate temperature to 600 ° C., and TMA and NH 3 are supplied to remove the AlN thin film 10.
It is formed on the 3C-SiC thin film 9. Next, only the supply of TMA is stopped, the substrate temperature is set to 1040 ° C., and TMG, TMA and SiH 4 are supplied to grow the n-type GaAlN layer 11 (n layer).

【0059】次に、TMA 及びSiH4 のみの供給を止めGaN
層12を 0.5μm成長し、再びTMA及びCP2Mgを加えMg
ドープGaAlN 層13(p層)を 0.5μm成長する。次
に、MgドープGaAlN 層13(p層)上にSiO2層15を堆
積した後、縦1mm、横50μmの短冊状に窓15Aを開
け、真空チャンバに移して、MgドープGaAlN 層13(p
層)に電子線を照射する。電子線の照射条件は前実施例
と同様である。その後、SiO2層15側からMgドープGaAl
N 層13(p層)に対する電極14Aを形成し、他方、
基板8の裏面にn型GaAlN 層11(n層)に対する電極
14Bを形成した。
Next, the supply of only TMA and SiH 4 was stopped and GaN
The layer 12 is grown to 0.5 μm, and TMA and CP 2 Mg are added again and Mg is added.
A doped GaAlN layer 13 (p layer) is grown to a thickness of 0.5 μm. Next, after depositing the SiO 2 layer 15 on the Mg-doped GaAlN layer 13 (p-layer), a window 15A is opened in a rectangular shape of 1 mm long and 50 μm wide, transferred to a vacuum chamber, and the Mg-doped GaAlN layer 13 (p layer) is opened.
Layer) is irradiated with an electron beam. The irradiation conditions of the electron beam are the same as in the previous embodiment. Then, from the SiO 2 layer 15 side, Mg-doped GaAl
An electrode 14A for the N layer 13 (p layer) is formed.
An electrode 14B for the n-type GaAlN layer 11 (n-layer) was formed on the back surface of the substrate 8.

【0060】(3)6H-SiC 基板の場合 6H-SiC基板上に作成したレーザダイオードを図3に示
す。低抵抗n型6H-SiCの(0001)面基板16を有機洗浄の
後、王水系エッチャントによりエッチングの後、結晶成
長部に設置する。成長炉を真空排気の後、水素を供給
し、1200℃まで昇温する。次に、成長炉に水素を供給し
基板温度を1040℃にして、TMG,SiH4 及びNH3 を供給し
てn型GaN 緩衝層17を 0.5〜 1μm程度成長する。次
に、TMA を加え、n型GaN 緩衝層17の上にn型GaAlN
層18(n層)を成長する。
(3) 6H-SiC substrate FIG. 3 shows a laser diode formed on a 6H-SiC substrate. The (0001) plane substrate 16 of the low-resistance n-type 6H-SiC is organically cleaned, etched with an aqua regia etchant, and then placed in a crystal growth part. After evacuation of the growth furnace, hydrogen is supplied and the temperature is increased to 1200 ° C. Next, hydrogen is supplied to the growth furnace, the substrate temperature is set to 1040 ° C., and TMG, SiH 4 and NH 3 are supplied to grow the n-type GaN buffer layer 17 to about 0.5 to 1 μm. Next, TMA is added, and n-type GaAlN is placed on the n-type GaN buffer layer 17.
A layer 18 (n-layer) is grown.

【0061】次に、n型GaAlN層18の上に、前記のSi
基板を用いたレーザダイオードと同一構造に、同一ガス
を用いて、同一成長条件で、それぞれ、GaN 層19を
0.5μm、MgドープGaAlN 層20(p層)を 0.5μmの
厚さに形成した。次に、MgドープGaAlN 層20上にSiO2
層22を堆積した後、縦1mm、横50μmの短冊状に窓2
2Aを開け、真空チャンバに移して、MgドープGaAlN 層
20(p層)に電子線を照射した。電子線の照射条件は
前実施例と同様である。
Next, on the n-type GaAlN layer 18, the Si
The GaN layers 19 were formed in the same structure, using the same gas, and under the same growth conditions as the laser diode using the substrate.
A 0.5 μm, Mg-doped GaAlN layer 20 (p layer) was formed to a thickness of 0.5 μm. Next, SiO 2 is deposited on the Mg-doped GaAlN layer 20.
After the layer 22 is deposited, the window 2 is formed into a strip 1 mm long and 50 μm wide.
2A was opened, transferred to a vacuum chamber, and the Mg-doped GaAlN layer 20 (p layer) was irradiated with an electron beam. The irradiation conditions of the electron beam are the same as in the previous embodiment.

【0062】その後、SiO2層22側からMgドープGaAlN
層20(p層)に対する電極21Aを形成し、他方、基
板16の裏面にn型GaAlN 層18(n層)に対する電極
21Bを形成した。
Then, from the SiO 2 layer 22 side, Mg-doped GaAlN
An electrode 21A for the layer 20 (p layer) was formed, while an electrode 21B for the n-type GaAlN layer 18 (n layer) was formed on the back surface of the substrate 16.

【0063】(4)GaN基板の場合 GaN 基板上に作成したレーザダイオードを図4に示す。
低抵抗n型GaN の(0001)面基板23を有機洗浄の後、リ
ン酸+硫酸系エッチャントによりエッチングの後、この
基板23を結晶成長部に設置する。次に、成長炉を真空
排気の後、水素及びNH3 を供給し、基板温度を1040
℃にして、5分間放置する。次に、TMG 及びSiH4 を更
に加えてn型GaN 緩衝層24を0.5 〜1 μmの厚さに形
成した。
(4) GaN Substrate FIG. 4 shows a laser diode formed on a GaN substrate.
After the low-resistance n-type GaN (0001) plane substrate 23 is organically cleaned and etched with a phosphoric acid + sulfuric acid-based etchant, the substrate 23 is placed in a crystal growth part. Next, after evacuation of the growth furnace, hydrogen and NH 3 were supplied, and the substrate temperature was set to 1040.
C. and leave for 5 minutes. Next, TMG and SiH 4 were further added to form an n-type GaN buffer layer 24 having a thickness of 0.5 to 1 μm.

【0064】次に、TMA を加え、n 型GaAlN 層25を成
長させた。次に、n型GaAlN層25の上に、前記のSi基
板を用いたレーザダイオードと同一構造に、同一ガスを
用いて、同一成長条件で、それぞれ、GaN 層26を 0.5
μm、MgドープGaAlN 層27(p層)を 0.5μmの厚さ
に形成した。次に、MgドープGaAlN 層27上にSiO2層2
9を堆積した後、縦1mm、横50μmの短冊状に窓29A
を開け、真空チャンバに移して、MgドープGaAlN 層27
(p層)に電子線を照射した。電子線の照射条件は前実
施例と同様である。
Next, TMA was added to grow an n-type GaAlN layer 25. Next, on the n-type GaAlN layer 25, a GaN layer 26 is formed on the n-type GaAlN layer 25 in the same structure, using the same gas, and under the same growth conditions as the laser diode using the Si substrate.
A μm, Mg-doped GaAlN layer 27 (p layer) was formed to a thickness of 0.5 μm. Next, the SiO 2 layer 2 is formed on the Mg-doped GaAlN layer 27.
After depositing No. 9, the window 29A is formed into a strip 1 mm long and 50 μm wide.
Is opened and transferred to a vacuum chamber, and the Mg-doped GaAlN layer 27 is removed.
(P layer) was irradiated with an electron beam. The irradiation conditions of the electron beam are the same as in the previous embodiment.

【0065】その後、SiO2層29側からMgドープGaAlN
層27(p層)に対する電極28Aを形成し、他方、基
板23の裏面にn型GaAlN 層25(n層)に対する電極
28Bを形成した。
Then, from the SiO 2 layer 29 side, Mg-doped GaAlN
An electrode 28A for the layer 27 (p layer) was formed, while an electrode 28B for the n-type GaAlN layer 25 (n layer) was formed on the back surface of the substrate 23.

【0066】上記のいづれの構造のレーザダイオード
も、室温においてレーザ発振した。
The laser diodes having any of the above structures oscillated at room temperature.

【0067】尚、本明細書において、上記の記載の他
に、以下の発明も認識されている。 (1)n型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体
((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)から成るn層
と、p型伝導性を示す窒化ガリウム系化合物半導体((A
lx'Ga1-x')y'In1-y'N:0≦x'≦1,0≦y'≦1)(x=x'またはx
≠x',y=y'またはy≠y')から成るp層とが接合された少
なくとも1つのpn接合を設けた。 (2)n層及びp層を、禁制帯幅が同一な窒化ガリウム
系化合物半導体で構成したことを特徴。 (3)pn接合を、禁制帯幅の比較的大きい窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成る層と、禁制帯幅の比較的小さ
い窒化ガリウム系化合物半導体から成る層との接合によ
り構成した特徴。 (4)禁制帯幅の比較的小さい層を、相互に禁制帯幅及
び混晶組成が同一又は異なり、その層に対して禁制帯幅
の比較的大きい層で挟んだ構造を有する特徴。 (5)禁制帯幅の異なる層を2つ以上積層した構造であ
る特徴。 (6)アクセプタ不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体から成る層に電子線を照射してp型化させた
層を有する特徴。 (7)p型化された窒化ガリウム系化合物半導体から成
る層とその層に対する電極用金属との接触部分の形状を
短冊状とした特徴。 (8)基板に、サファイア、Si、6H-SiC又はGaN を用い
る特徴。
In this specification, the following inventions have been recognized in addition to the above description. (1) An n-layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor exhibiting n-type conductivity ((Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1); Gallium nitride based compound semiconductor ((A
l x ' Ga 1-x' ) y ' In 1-y' N: 0 ≤ x '≤ 1, 0 ≤ y' ≤ 1) (x = x 'or x
At least one pn junction is provided which is joined to a p-layer consisting of (x ', y = y' or y ≠ y '). (2) The n-layer and the p-layer are formed of a gallium nitride-based compound semiconductor having the same forbidden band width. (3) A feature in which the pn junction is formed by joining a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor having a relatively large forbidden band width and a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor having a relatively small forbidden band width. (4) A feature in which a layer having a relatively small forbidden band width is sandwiched between layers having the same or different forbidden band widths and mixed crystal compositions, and a layer having a relatively large forbidden band width. (5) A feature in which two or more layers having different forbidden band widths are stacked. (6) A feature in which a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor doped with an acceptor impurity is converted into a p-type layer by irradiating an electron beam. (7) The feature that the shape of the layer made of the p-type gallium nitride based compound semiconductor and the contact portion of the layer with the metal for electrode with respect to the layer is a strip shape. (8) Features of using sapphire, Si, 6H-SiC or GaN for the substrate.

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

【図1】サファイア基板上に作製した本発明の具体的な
一実施例に係る((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)
系半導体レーザダイオードの構成を示した断面図。
FIG. 1 shows a specific example of the present invention fabricated on a sapphire substrate ((Al x Ga 1 -x ) y In 1 -y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)
Sectional drawing which showed the structure of the system semiconductor laser diode.

【図2】Si基板上に作製した本発明の具体的な一実施例
に係る((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導体
レーザダイオードの構成を示した断面図。
FIG. 2 shows a ((Al x Ga 1-x ) y In 1-y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) system according to a specific embodiment of the present invention fabricated on a Si substrate. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser diode.

【図3】6H-SiC基板上に作製した本発明の具体的な一実
施例に係る((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半
導体レーザダイオードの構成を示した断面図。
FIG. 3 shows ((Al x Ga 1-x ) y In 1-y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 according to one specific example of the present invention fabricated on a 6H-SiC substrate. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser diode.

【図4】GaN 基板上に作製した本発明の具体的な一実施
例に係る((AlxGa1-x)yIn1-yN:0≦x≦1,0≦y≦1)系半導
体レーザダイオードの構成を示した断面図。
FIG. 4 shows ((Al x Ga 1-x ) y In 1-y N: 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) according to a specific example of the present invention fabricated on a GaN substrate. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−サファイアの(0001)面基板 2,9,17−AlN 緩衝層 3,11,18,25−n型AlGaN 層(n層) 4,12,19,26−GaN 層 5,13,20,27−MgドープAlGaN 層(p層) 7,15,22,29─SiO2 層 6A,14A,21A,28A─電極(MgドープAlGaN
層(p層)に対する) 6B,14B,21B,28B─電極(n型AlGaN 層
(n層)に対する)
1-sapphire (0001) plane substrate 2,9,17-AlN buffer layer 3,11,18,25-n type AlGaN layer (n layer) 4,12,19,26-GaN layer 5,13,20, 27-Mg doped AlGaN layer (p layer) 7, 15, 22, 29 {SiO 2 layer 6A, 14A, 21A, 28A} electrode (Mg doped AlGaN layer)
6B, 14B, 21B, 28B} electrode (for n-type AlGaN layer (for n-layer))

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591014950 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手2丁目104 宝マンション山の手508号 (72)発明者 岡崎 伸夫 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 (72)発明者 真部 勝英 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 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心1丁目1番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地25号棟505号室 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (71) Applicant 591014950 Hiroshi Amano 2-104 Yamanote, Nato-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Takara Mansion Yamanote 508 (72) Inventor Nobuo Okazaki 1 Ochiai Nagahata, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Prefecture Toyota Toyota Within Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhide Shinbe 1, Ochiai, Nagahata, Kasuga-machi, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Inside Toyoda Gosei Co., Ltd. 72) Inventor Hiroshi Amano 2-21, Kamioka-cho, Meito-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Nijigaoka East Complex Room 25, Room 505

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化ガリウム(GaN)基板と、 前記窒化ガリウム(GaN)基板の上方に形成されたn型伝
導性を示す((Alx1Ga1 -x1)y1In1-y1N:0≦x1≦1,0≦y1≦
1 )から成るn層と、 p型伝導性を示す((Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N:0≦x2≦1,0
≦y2≦1 )から成るp層と、 前記n層と前記p層との間に存在し、前記n層及び前記
p層よりも、禁制帯幅の狭い((Alx3Ga1-x3)y3In1-y3N:
0≦x3≦1,0≦y3≦1,但しx3=y3=1 は含まない)から成る
発光層とから成る窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。
1. A gallium nitride (GaN) substrate and an n-type conductivity formed above the gallium nitride (GaN) substrate ((Al x1 Ga 1 -x1 ) y1 In 1 -y1 N: 0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦
1) and p-type conductivity ((Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N: 0 ≦ x2 ≦ 1,0
≦ y2 ≦ 1) and between the n-layer and the p-layer, the bandgap is narrower than the n-layer and the p-layer ((Al x3 Ga 1-x3 ) y3 In 1-y3 N:
A light emitting layer comprising: 0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, provided that x3 = y3 = 1 is not included).
【請求項2】 前記窒化ガリウム(GaN)基板上には、緩
衝層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
2. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a buffer layer is formed on the gallium nitride (GaN) substrate.
【請求項3】 前記緩衝層は窒化ガリウム(GaN)である
ことを特徴とする請求項2に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。
3. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the buffer layer is gallium nitride (GaN).
【請求項4】 前記緩衝層はn伝導型であることを特徴
とする請求項3に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子。
4. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the buffer layer is of an n-type.
【請求項5】 窒化ガリウム(GaN)基板はn型単結晶で
あることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか
1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. The gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the gallium nitride (GaN) substrate is an n-type single crystal.
【請求項6】 前記発光層は、比較的禁制帯幅の大きい
薄膜結晶と比較的禁制帯幅の小さい薄膜結晶を複数接合
した層から成ることを特徴とする請求項1乃至請求項5
のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子。
6. The light emitting layer according to claim 1, wherein the light emitting layer comprises a plurality of thin film crystals having a relatively large band gap and a plurality of thin film crystals having a relatively small band gap.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above items.
【請求項7】 前記窒化ガリウム(GaN)基板の裏面に前
記n層に対する負電極が形成されていることを特徴とす
る請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。
7. The gallium nitride-based compound according to claim 1, wherein a negative electrode for said n-layer is formed on a back surface of said gallium nitride (GaN) substrate. Semiconductor light emitting device.
【請求項8】 前記発光層は、n伝導型であることを特
徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
8. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer is of an n-conduction type.
【請求項9】 正電極と負電極のうち少なくとも一方に
おいて、その電極が接合する領域は、高キャリア濃度に
形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8
のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子。
9. The method according to claim 1, wherein a region where at least one of the positive electrode and the negative electrode is joined has a high carrier concentration.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above items.
【請求項10】 正電極と負電極のうち少なくとも一方
に接触し、高キャリア濃度の実現が容易な結晶からなる
層が、さらに設けられていることを特徴とする請求項1
乃至請求項9のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。
10. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a layer made of a crystal which is in contact with at least one of the positive electrode and the negative electrode and which can easily realize a high carrier concentration.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1.
【請求項11】 前記窒化ガリウム(GaN)基板における
結晶成長させる主面は、(0001)面であることを特
徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
11. The gallium nitride-based compound according to claim 1, wherein a main surface of the gallium nitride (GaN) substrate on which a crystal is grown is a (0001) plane. Semiconductor light emitting device.
【請求項12】 前記窒化ガリウム(GaN)基板は、低抵
抗であることを特徴とする請求項1乃至請求項11のい
ずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。
12. The gallium nitride compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the gallium nitride (GaN) substrate has a low resistance.
【請求項13】 前記n層は、GaAlN から成ることを特
徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
13. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-layer is made of GaAlN.
【請求項14】 前記p層は、GaAlN から成ることを特
徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
14. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the p-layer is made of GaAlN.
【請求項15】 前記n層は、シリコン(Si)、酸素(O)
、硫黄(S) 、セレン(Se)、テルル(Te)のうち少なくと
も1つのドナー不純物元素が添加されていることを特徴
とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
15. The n-layer comprises silicon (Si), oxygen (O)
The gallium nitride according to any one of claims 1 to 14, wherein at least one donor impurity element among sulfur, sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te) is added. Based compound semiconductor light emitting device.
【請求項16】 前記p層は、ベリウム(Be)、マグネシ
ウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、炭素(C) のうち
少なくとも1つのアクセプタ不純物元素が添加されてい
ることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか
1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
16. The p-layer has at least one acceptor impurity element selected from beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), and carbon (C). The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 15, wherein
【請求項17】 前記p層のキャリア濃度は、アクセプ
タ不純物元素の濃度及び電子線照射条件により制御され
ていることを特徴とする請求項1乃至請求項16のいず
れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。
17. The gallium nitride according to claim 1, wherein the carrier concentration of the p-layer is controlled by a concentration of an acceptor impurity element and an electron beam irradiation condition. Based compound semiconductor light emitting device.
【請求項18】 前記窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子はレーザダイオードであることを特徴とする請求項
1乃至請求項17のいずれか1項に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子。
18. The gallium nitride compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the gallium nitride compound semiconductor light emitting device is a laser diode.
【請求項19】 前記p層とその正電極とが接合する部
分は、短冊状であることを特徴とする請求項18に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
19. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 18, wherein a portion where the p layer and its positive electrode are joined has a strip shape.
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