JP2001320089A - GaN-based light emitting device and method for producing the same - Google Patents
GaN-based light emitting device and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 GaNPやGaNAsを活性層とした良質な
GaN系発光素子およびその作成方法を提供すること。
【解決手段】 n型GaN層13上に積層されたp型G
aN層14中にPをイオン注入し、その後加熱すること
によって、活性層となるGaNP層15を形成する。
(57) [Problem] To provide a high-quality GaN-based light-emitting device using GaNP or GNAs as an active layer, and a method for producing the same. SOLUTION: A p-type G laminated on an n-type GaN layer 13 is provided.
P ions are ion-implanted into the aN layer 14 and then heated to form a GaNP layer 15 serving as an active layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、AsまたはPを含
むGaN系発光素子およびその作成方法に関し、特にそ
の活性層の形成にあたり、GaN層にAsまたはPをイ
オン注入することで混晶化したGaN系発光素子および
その作成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a GaN-based light emitting device containing As or P and a method for producing the same, and more particularly, to forming an active layer of the GaN-based light emitting device, As or P is ion-implanted into a GaN layer. The present invention relates to a GaN-based light emitting device and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】発光ダイオード(LED)によってフル
カラー化を実現するには、赤、緑、青の三原色の発光が
必要であるが、高輝度でかつ実用性に耐える青色のLE
Dについては、長年の間、開発が進まなかった。ところ
が、近年、GaN系化合物半導体を用いた高輝度の青色
LEDが実現され、さらに同系の材料を用いた高輝度の
緑色LEDをも開発された。これにより、既存の赤色L
EDとともに、LEDを用いたフルカラー発光デバイス
および白色発光デバイスの研究・開発が盛んにおこなわ
れている。2. Description of the Related Art In order to realize full color by a light emitting diode (LED), it is necessary to emit light of three primary colors of red, green and blue.
Development of D has not progressed for many years. However, in recent years, a high-brightness blue LED using a GaN-based compound semiconductor has been realized, and a high-brightness green LED using a similar material has also been developed. With this, the existing red L
Along with the ED, research and development of full color light emitting devices and white light emitting devices using LEDs have been actively conducted.
【0003】GaN(窒化ガリウム)は、周期律表を元
にした化合物半導体の分類からすると、III−V族窒化
物半導体に属する材料であり、その結晶構造は六方晶系
のウルツ鉱型構造である。このIII−V族窒化物半導体
に属する材料としては、他に窒化アルミニウム(Al
N)、窒化インジウム(InN)などがある。これらは
すべてエネルギーバンド構造が直接遷移型なので、Si
Cなど間接遷移型に属する材料に比べると発光効率の点
で本質的に優れた特性をもつ材料として知られている。GaN (gallium nitride) is a material belonging to a group III-V nitride semiconductor according to the classification of compound semiconductors based on the periodic table, and has a hexagonal wurtzite structure. is there. Other materials belonging to this group III-V nitride semiconductor include aluminum nitride (Al
N) and indium nitride (InN). Since all of these have direct transition energy band structures, Si
It is known as a material having essentially excellent characteristics in terms of luminous efficiency as compared with a material belonging to the indirect transition type such as C.
【0004】また、これらの混晶である(Al,Ga,
In)Nは、混晶比によってバンドギャップエネルギー
Egを1.95〜6.28eVと広い範囲で変えること
ができる。したがって、青色に限らず、紫外から赤色ま
で可視領域の色のすべてを発色光として実現できる可能
性をもっている。さらに、これらの材料に共通する高融
点、高硬度、高熱伝導度などの特徴は、耐環境性に優れ
た信頼性の高いデバイスとなりうるため、発光デバイス
の材料として特に有望視されている。Further, these mixed crystals (Al, Ga,
In) N can change the band gap energy Eg in a wide range from 1.95 to 6.28 eV depending on the mixed crystal ratio. Therefore, there is a possibility that not only blue light but also all colors in the visible region from ultraviolet to red can be realized as colored light. Furthermore, features such as high melting point, high hardness, and high thermal conductivity common to these materials can be a highly reliable device having excellent environmental resistance, and thus are particularly promising as a material for a light emitting device.
【0005】一般に、LEDやLD(レーザダイオー
ド)の作成にあたっては、エピタキシャル成長によって
薄膜を形成するが、使用する基板としてその格子定数が
発光材料と十分高い整合性を有するものが要求される。
この要求を満たさない場合には、薄膜の結晶構造が基板
の結晶構造と異なり、格子定数にミスマッチが生じるた
め、薄膜成長の初期に薄膜構造が乱れたものになりやす
く、発光効率や寿命の低下を招いてしまう。In general, a thin film is formed by epitaxial growth when producing an LED or LD (laser diode), and a substrate to be used is required to have a lattice constant that is high enough to match the luminescent material.
If this requirement is not satisfied, the crystal structure of the thin film is different from the crystal structure of the substrate, and a mismatch occurs in the lattice constant. Will be invited.
【0006】ところが、GaN系のLEDの作成におい
ては、市販のエピタキシャル成長用基板の中に格子定数
の整合したものがなく、実際に成長用として使われてい
るサファイア基板でも15%近く格子定数がずれてい
る。このことから、良質の結晶を成長させるのは大変困
難であり、過去において長く、発光素子としての技術進
展がみられなかった。However, in the production of GaN-based LEDs, there are no commercially available substrates for epitaxial growth with matching lattice constants, and even in a sapphire substrate actually used for growth, the lattice constant is shifted by almost 15%. ing. For this reason, it is very difficult to grow a high-quality crystal, and it has been long in the past that no technological progress has been made as a light-emitting element.
【0007】また、GaNを成長するには、基板を約1
000℃まで加熱しなければならないが、この温度にな
ると、GaNの蒸気圧が高くなってしまうため、GaN
膜の結晶性を向上させるのはきわめて難しく、さらに、
GaNにはp型結晶ができないという問題もあったた
め、GaN系発光素子の実現をより困難にしていた。In order to grow GaN, the substrate needs to be
2,000 ° C., but at this temperature the vapor pressure of GaN increases,
It is extremely difficult to improve the crystallinity of the film,
GaN also had a problem that a p-type crystal could not be formed, which made it more difficult to realize a GaN-based light emitting device.
【0008】このような背景のもと、基板上にまずAl
NまたはGaNで薄いバッファ層を形成した後にGaN
膜を成長させると、結晶性が飛躍的に向上するというこ
とが見出され、これにより格子不整合による結晶性の問
題が解決された。また、MgをドープしたGaN膜に対
して、電子線の照射あるいは熱的アニーリング処理をお
こなうと低抵抗のp型GaN膜が作成されるという知見
も得られた。このような結果、現在においては、GaN
系材料のpn接合が実現可能となり、GaN系化合物半
導体による青色LEDが得られるに至っている。さら
に、現在においては、より発光効率を高めたInGaN
等の混晶膜によっても青色LEDが実現されている。Under such a background, first, Al
GaN after forming a thin buffer layer with N or GaN
It has been found that growing the film dramatically improves the crystallinity, thereby solving the problem of crystallinity due to lattice mismatch. In addition, it has been found that a low-resistance p-type GaN film is formed by irradiating an electron beam or performing a thermal annealing process on the Mg-doped GaN film. As a result, at present, GaN
A pn junction of a system material can be realized, and a blue LED using a GaN compound semiconductor has been obtained. Furthermore, at present, InGaN with higher luminous efficiency
A blue LED is also realized by such a mixed crystal film.
【0009】以下に、活性層をInGaNとしたGaN
系LEDの代表的な作成方法について説明する。GaN
系LEDは、薄膜の多層構造として提供されるが、ここ
では、その薄膜の作成方法としてMOCVD(Meta
l−Organic Chemical Vapor
Deposition)法を採用した場合について説明
する。In the following, GaN having an active layer of InGaN will be described.
A typical method for producing a system LED will be described. GaN
A system LED is provided as a multilayer structure of thin films, and here, MOCVD (Meta) is used as a method of forming the thin films.
l-Organic Chemical Vapor
The case where the (Deposition) method is adopted will be described.
【0010】まず、GaN系LEDを作成するにあたっ
て、半絶縁性のサファイア基板または導電性のSiC基
板上に、ジメチルヒドラジン(DMH)およびトリメチ
ルガリウム(TMG)を用いて、GaNバッファ層を成
長させる。First, when fabricating a GaN-based LED, a GaN buffer layer is grown on a semi-insulating sapphire substrate or a conductive SiC substrate using dimethylhydrazine (DMH) and trimethylgallium (TMG).
【0011】さらに、その上に、TMG、アンモニア
(NH3)およびシラン(SiH4)をガス原料として、
成長温度1050℃のもと、Siドープのn型GaN層
を成長させる。さらにその上に、上記原料にトリメチル
アルミニウム(TMA)を加えて、成長温度1050℃
のもと、クラッド層として機能するn型AlGaN層を
成長させる。そしてその上に、トリメチルインジウム
(TMI)、TMGおよびNH3をガス原料として、同
温度で、活性層となるノンドープのInGaN層を形成
する。Furthermore, TMG, ammonia (NH 3 ) and silane (SiH 4 ) are further used as gas raw materials.
At a growth temperature of 1050 ° C., a Si-doped n-type GaN layer is grown. Further, trimethylaluminum (TMA) was added to the above raw material, and a growth temperature of 1050 ° C.
, An n-type AlGaN layer functioning as a cladding layer is grown. Then, a non-doped InGaN layer serving as an active layer is formed thereon at the same temperature using trimethylindium (TMI), TMG, and NH 3 as gas raw materials.
【0012】さらに、その上に、シクロペンタジエニル
マグネシウム(CpMg)をドーパントとして、同温度
で、もう一方のクラッド層となるp型AlGaN層を成
長させる。そして最後に、ビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム(bCpMg)をドーパントとして、同温度
のもと、p型GaN層を成長させる。Further, a p-type AlGaN layer serving as another clad layer is grown thereon at the same temperature using cyclopentadienyl magnesium (CpMg) as a dopant. Finally, a p-type GaN layer is grown at the same temperature using biscyclopentadienyl magnesium (bCpMg) as a dopant.
【0013】このように、LEDを構成する積層膜は、
サファイア基板等の上に低温で堆積されたバッファ層、
n型低抵抗層、n型クラッド層、活性層、p型クラッド
層、p型低抵抗層の順とするのが一般的である。As described above, the laminated film constituting the LED is:
A buffer layer deposited at low temperature on a sapphire substrate, etc.
Generally, the order of the n-type low resistance layer, the n-type cladding layer, the active layer, the p-type cladding layer, and the p-type low resistance layer is as follows.
【0014】上記薄膜の積層後は、プラズマCVD装置
を用いて、SiO2等をその表面に堆積させ、フォトレ
ジストおよびドライエッチング等を用いてn型電極を形
成するためのパターニングをおこなう。この場合、上記
したn型GaN層の一部までがエッチングされ、その上
面にTi/Al等の金属を蒸着することで、n型電極が
形成される。一方、p型電極は、上記したp型GaN層
の上面に、Au/Ni等の金属を蒸着することで形成さ
れる。After laminating the above thin film, SiO 2 or the like is deposited on the surface thereof using a plasma CVD apparatus, and patterning for forming an n-type electrode is performed using a photoresist and dry etching. In this case, the n-type GaN layer is partially etched, and a metal such as Ti / Al is vapor-deposited on the upper surface to form an n-type electrode. On the other hand, the p-type electrode is formed by depositing a metal such as Au / Ni on the upper surface of the p-type GaN layer.
【0015】このように、InGaNを活性層としたG
aN系LEDは、その作成方法も確立されており、さら
に、Inの添加による発光中心の形成によって高輝度の
発光が得られることから、実際の製品として市場に多く
出回っている。ところが、このInGaNを活性層とし
たLEDでは、Inのドープ量を変化させることで他の
発色を実現しようとした場合、青色および緑色の発光は
十分な実用を満たすものの、長波長側においてはせいぜ
い橙色までの発光が確認されるだけであり、RGBの基
本色の一つである赤色の高輝度発光は実現されていない
のが現状である。すなわち、InGaNを活性層とした
LEDのみで、そのドープ率(組成比)を変化させるこ
とによるRGB全基本色の高輝度発光は、実現されてい
なかった。As described above, the G layer having InGaN as the active layer
An aN-based LED has also been well-established in its production method, and furthermore, has high luminance emission obtained by forming a luminescence center by adding In. Therefore, the aN-based LED has been widely marketed as an actual product. However, in the LED using InGaN as an active layer, when trying to realize other colors by changing the doping amount of In, blue and green light emission satisfies sufficient practical use, but at most on the long wavelength side. At present, only light emission up to orange is confirmed, and at present, high-luminance light emission of red, which is one of the basic colors of RGB, has not been realized. That is, only the LED using InGaN as the active layer has not realized high-luminance light emission of all RGB basic colors by changing the doping ratio (composition ratio).
【0016】ところが、近年、燐(P)または砒素(A
s)を添加したGaN系材料も青色LEDの材料として
有望であることがわかってきた。これら添加物をドープ
したGaNPやGaNAsは、その添加物のドープ量
(組成比)に応じて、実際に紫外から赤色まで幅広い高
輝度の発光が可能であり、高輝度フルカラーLEDが実
現されるものと期待されている。特に、GaN中に添加
されたAs、PはGaN中の格子欠陥を減らすとともに
発光中心としての働きを持ち、GaNのバンド端発光を
高めるのに効果がある。However, in recent years, phosphorus (P) or arsenic (A
It has been found that a GaN-based material added with s) is also promising as a material for a blue LED. Depending on the doping amount (composition ratio) of the additive, GaNP or GANAs doped with these additives can actually emit a wide range of high-brightness light from ultraviolet to red, thereby realizing a high-brightness full-color LED. It is expected. In particular, As and P added to GaN reduce lattice defects in GaN and act as an emission center, and are effective in increasing GaN band edge emission.
【0017】たとえば、GaNPは、組成式GaNxP
1-xにおいて、組成比xが0.95付近の値である場合
には青色に発光し、組成比xが0.90付近の値である
場合には緑色に発光し、組成比xが0.87付近の値で
ある場合には赤色に発光する。このように、GaNP
は、Pの添加量に応じて、紫外から赤外まで(3.34
eV〜−0.2eV)の発光が可能である。For example, GaNP has a composition formula of GaN x P
In 1-x , when the composition ratio x is a value near 0.95, blue light is emitted. When the composition ratio x is a value near 0.90, green light is emitted. It emits red light when the value is around .87. Thus, the GNP
Is from ultraviolet to infrared (3.34) depending on the amount of P added.
eV to -0.2 eV).
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaP
やGaAsがPやAsのドープ量に対して略線形の変化
範囲の小さなエネルギーギャップを有する一方で、Ga
NAsやGaNPは、上記したようにPやAsのドープ
量に対してエネルギーギャップの変化が大きく、その変
化の形態も非線形であるので制御しにくいという問題が
あった。However, GaP
And GaAs have a small energy gap with a substantially linear variation range with respect to the doping amount of P or As,
As described above, there is a problem that the energy gap of NAs and GANP changes greatly with respect to the doping amount of P and As, and the form of the change is non-linear, so that it is difficult to control the energy gap.
【0019】また、薄膜の形成においては、基板や薄膜
の表面に衝突した原子・分子は、一部反射し、他は表面
上に留まることが知られている。表面上に留まった原子
・分子は、自らの持つエネルギーと基板の温度によるエ
ネルギーで表面拡散(マイグレーション)され、一部は
再蒸発(脱離)し、他はポテンシャルの谷に落ち着く
(吸着)。すなわち、薄膜が形成されるには、材料原子
・分子の脱離を低減させ、基板全体亘る十分なマイグレ
ーションと吸着が必要とされる。In the formation of a thin film, it is known that atoms and molecules that have collided with the surface of the substrate or the thin film are partially reflected, while others are left on the surface. The atoms and molecules remaining on the surface are surface-diffused (migrated) by their own energy and the energy of the temperature of the substrate, partly re-evaporated (desorbed), and others settled in a potential valley (adsorption). That is, in order to form a thin film, it is necessary to reduce desorption of material atoms and molecules and to sufficiently migrate and adsorb the entire substrate.
【0020】しかしながら、GaNPやGaNAsをM
OCVD法等で成膜する場合、基板が1000℃程度の
高温状態では、PまたはAsが脱離しやすく、高品質の
GaNPやGaNAsが得られにくいという問題があっ
た。そのため、良質な活性層が得られず、発光効率が小
さいという問題が生じていた。However, GNP and GNAs are converted to M
When a film is formed by the OCVD method or the like, when the substrate is at a high temperature of about 1000 ° C., P or As is easily desorbed, and there is a problem that it is difficult to obtain high-quality GNP or GNAs. Therefore, there has been a problem that a high quality active layer cannot be obtained and the luminous efficiency is low.
【0021】この脱離の発生は、GaNPやGaNAs
の結晶構造とサファイア基板等の結晶構造との整合性が
悪いため、バッファ層が介在したとしても、上記したよ
うな1000℃程度の比較的高温状態にある基板上で
は、PやAsは長時間定位置にとどまっていられないこ
とを起因としている。なお、以下において、マイグレー
ションとは、GaNPやGaNAs等の所望の混晶を得
るために必要とされる表面吸着の状態を意味するものと
する。The occurrence of this desorption is caused by the occurrence of GNP or GNAs.
And the crystal structure of a sapphire substrate or the like are inconsistent. Therefore, even if a buffer layer is interposed, P and As remain on the substrate in a relatively high temperature state of about 1000 ° C. for a long time. This is due to the inability to stay in place. In the following, the term “migration” refers to a state of surface adsorption required to obtain a desired mixed crystal such as GANP or GANAs.
【0022】したがって、MOCVD等の気相成長法に
よる薄膜作成方法では、GaNPやGaNAsをその特
性が顕著に現れるまでの十分な量のPやAsをドープす
ることが困難であった。このため、たとえば、互いに異
なる組成比のGaNPタブルヘテロ接合層を積層させる
ことで、一素子によるフルカラーLEDを得ようとした
場合にも、その実現は困難であった。Therefore, it is difficult to dope a sufficient amount of P or As to GaNP or GNAs until the characteristics thereof become remarkable in a thin film forming method by a vapor phase growth method such as MOCVD. For this reason, for example, it is difficult to realize a full-color LED using one element by stacking GaNP double heterojunction layers having different composition ratios from each other.
【0023】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、活性層としてGaNPやGaNAs等のIII−V族
窒化物半導体を得るのにイオン注入法を用い、これによ
り従来のInGaN以上の発光波長範囲を有する良質な
GaN系発光素子およびその作成方法を提供することを
目的とする。The present invention has been made in view of the above, and uses an ion implantation method to obtain a group III-V nitride semiconductor such as GaNP or GaNAs as an active layer, thereby obtaining a light emission more than conventional InGaN. It is an object of the present invention to provide a high-quality GaN-based light emitting device having a wavelength range and a method for manufacturing the same.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1にかかる発明は、p型GaN系化合物半導
体層と、前記p型GaN系化合物半導体層に接合された
n型GaN系化合物半導体層と、活性層として、前記p
型GaN系化合物半導体層または前記n型GaN系化合
物半導体層にAs(砒素)またはP(燐)をイオン注入
した後に熱処理を施すことで形成されたGaNAs層ま
たはGaNP層と、を備えて構成されたことを特徴とす
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a p-type GaN-based compound semiconductor layer; and an n-type GaN-based compound semiconductor layer joined to the p-type GaN-based compound semiconductor layer. A compound semiconductor layer;
A GaN-based compound semiconductor layer or a n-type GaN-based compound semiconductor layer, which is formed by ion-implanting As (arsenic) or P (phosphorus) into the n-type GaN-based compound semiconductor layer and then performing a heat treatment. It is characterized by having.
【0025】この発明によれば、GaNAs層またはG
aNP層を、pn接合されたp型GaN系化合物半導体
層とn型GaN系化合物半導体層のうちのいずれか一方
のGaN系化合物半導体層にAsまたはPをイオン注入
後加熱することで形成しているので、AsやPと十分に
混晶されたGaNAs層またはGaNP層を、LEDの
活性層として提供することができる。According to the present invention, the GNAs layer or G
An aNP layer is formed by ion-implanting As or P into one of the pn-junction p-type GaN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer, and then heating the GaN-based compound semiconductor layer. Therefore, a GaNAs layer or a GaNP layer sufficiently mixed with As or P can be provided as an active layer of the LED.
【0026】また、請求項2にかかる発明は、p型Ga
N系化合物半導体層と、前記p型GaN系化合物半導体
層に接合されたn型GaN系化合物半導体層と、活性層
として、前記p型GaN系化合物半導体層または前記n
型GaN系化合物半導体層にAsまたはPをイオン注入
した後に熱処理を施すことで形成されたGaNAs層ま
たはGaNP層と、から構成される発光部が、複数積層
され、当該複数の発光部間において前記GaNAs層ま
たはGaNP層の組成比が異なることを特徴とする。Further, the invention according to claim 2 provides a p-type Ga
An N-based compound semiconductor layer, an n-type GaN-based compound semiconductor layer bonded to the p-type GaN-based compound semiconductor layer, and an active layer, the p-type GaN-based compound semiconductor layer or the n-type GaN-based compound semiconductor layer.
And a GaNP layer formed by performing a heat treatment after ion implantation of As or P into the p-type GaN-based compound semiconductor layer. It is characterized in that the composition ratio of the GaNAs layer or the GaNP layer is different.
【0027】この発明によれば、イオン注入後加熱する
ことによってAsやPと十分に混晶されたGaNAs層
またはGaNP層と、上記したp型GaN系化合物半導
体層およびn型GaN系化合物半導体層と、から構成さ
れる発光部を、GaNAs層またはGaNP層の組成比
が互いに異なるように複数個備えているので、一素子に
おいて複数の色を発光するLEDを提供することができ
る。According to the present invention, a GaNAs layer or a GaNP layer which is sufficiently mixed with As or P by heating after ion implantation, the p-type GaN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer Since a plurality of light-emitting portions are provided so that the composition ratio of the GaNAs layer or the GaNP layer is different from each other, an LED that emits a plurality of colors in one element can be provided.
【0028】また、請求項3にかかる発明は、請求項2
に記載のGaN系発光素子において、前記発光部を三つ
積層して備え、当該三つの発光部において前記GaNA
s層またはGaNP層が、それぞれ青、緑、赤を発光す
る組成比により形成されることを特徴とする。Further, the invention according to claim 3 is based on claim 2
3. The GaN-based light-emitting device according to item 1, wherein the three light-emitting units are stacked and provided, and the three
The s layer or the GaNP layer is formed with a composition ratio of emitting blue, green, and red light, respectively.
【0029】この発明によれば、積層された三つの発光
部において、それぞれ青、緑、赤を発光するような組成
比でGaNAs層またはGaNP層が形成されているの
で、一素子において三原色となる青、緑、赤をそれぞれ
独立に発光するLEDを提供することができる。According to the present invention, since the GaNAs layer or the GaNP layer is formed in the three light emitting portions stacked so as to emit blue, green and red light, respectively, so that one element has three primary colors. An LED that independently emits blue, green, and red light can be provided.
【0030】また、請求項4にかかる発明は、p型Ga
N系化合物半導体層と、前記p型GaN系化合物半導体
層に接合されたn型GaN系化合物半導体層と、活性層
として、前記p型GaN系化合物半導体層または前記n
型GaN系化合物半導体層にAsまたはPを、複数の異
なる深さの領域にイオン注入した後に熱処理を施すこと
で形成された複数のGaNAs層またはGaNP層と、
を備えて構成され、前記複数のGaNAs層またはGa
NP層の組成比が互いに異なることを特徴とする。Further, according to a fourth aspect of the present invention, a p-type Ga
An N-based compound semiconductor layer, an n-type GaN-based compound semiconductor layer bonded to the p-type GaN-based compound semiconductor layer, and an active layer, the p-type GaN-based compound semiconductor layer or the n-type GaN-based compound semiconductor layer.
A plurality of GNAs layers or GNP layers formed by performing a heat treatment after ion-implanting As or P into a plurality of regions having different depths into the p-type GaN-based compound semiconductor layer;
And the plurality of GaNAs layers or Ga
The composition ratios of the NP layers are different from each other.
【0031】この発明によれば、イオン注入後加熱する
ことによってAsやPと十分に混晶されたGaNAs層
またはGaNP層を、上記したp型GaN系化合物半導
体層およびn型GaN系化合物半導体層に複数の異なる
深さに、かつそれぞれの組成比が互いに異なるように形
成しているので、一素子において複数の異なる色を同時
に発光するLEDを提供することができる。According to the present invention, the GaNAs layer or the GaNP layer which is sufficiently mixed with As or P by heating after ion implantation is replaced with the p-type GaN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer. Since the LEDs are formed at a plurality of different depths and have different composition ratios from each other, it is possible to provide an LED that simultaneously emits a plurality of different colors in one device.
【0032】また、請求項5にかかる発明は、請求項4
に記載のGaN系発光素子において、前記GaNAs層
またはGaNP層を三つ備え、当該三つのGaNAs層
またはGaNP層が、それぞれ青、緑、赤を発光する組
成比により形成されることを特徴とする。Further, the invention according to claim 5 is based on claim 4
3. The GaN-based light-emitting device according to (1), wherein the three GaNAs layers or the GaNP layers are provided, and the three GaNas layers or the GaNP layers are formed with composition ratios of emitting blue, green, and red, respectively. .
【0033】この発明によれば、活性層となる三つのG
aNAs層またはGaNP層において、それぞれ青、
緑、赤を発光するような組成比でGaNAs層またはG
aNP層が形成されているので、一素子において三原色
となる青、緑、赤を同時に発光するLED、すなわち白
色発光LEDを提供することができる。According to the present invention, three G layers serving as active layers are formed.
In the aNAs layer or the GNP layer, blue,
The GNAs layer or G has a composition ratio that emits green and red light.
Since the aNP layer is formed, it is possible to provide an LED that simultaneously emits three primary colors of blue, green, and red in one element, that is, a white light emitting LED.
【0034】また、請求項6にかかる発明は、請求項1
〜5のいずれか一つに記載のGaN系発光素子におい
て、前記AsまたはPとともに、In(インジウム)が
イオン注入されることで、前記GaNAs層またはGa
NP層に代えて形成されたGaInNAs層またはGa
InNP層を備えたことを特徴とする。The invention according to claim 6 is based on claim 1.
In the GaN-based light-emitting device according to any one of the above-described items 5, the InAs (In) is ion-implanted together with the As or P to form the GaNAs layer or Ga.
GaInNAs layer or Ga formed instead of NP layer
It is characterized by having an InNP layer.
【0035】この発明によれば、GaInNAs層また
はGaInNP層を、pn接合されたp型GaN系化合
物半導体層とn型GaN系化合物半導体層のうちのいず
れか一方のGaN系化合物半導体層にAsまたはPとI
nをイオン注入後加熱することで形成しているので、A
sまたはPとInとに十分に混晶されたGaInNAs
層またはGaInNP層を、LEDの活性層として提供
することができる。According to the present invention, a GaInNAs layer or a GaInNP layer is provided with As or As on either one of a pn-junction p-type GaN-based compound semiconductor layer and an n-type GaN-based compound semiconductor layer. P and I
Since n is formed by heating after ion implantation, A
GaInNAs sufficiently mixed with s or P and In
A layer or a GaInNP layer can be provided as the active layer of the LED.
【0036】また、請求項7にかかる発明は、p型また
はn型の第1のGaN系化合物半導体層を形成する工程
と、前記第1のGaN系化合物半導体層と異なる導電型
の第2のGaN系化合物半導体層を形成する工程と、前
記第2のGaN系化合物半導体層にAsまたはPをイオ
ン注入する工程と、前記第2のGaN系化合物半導体層
に熱処理を施してGaNAs層またはGaNP層を形成
する工程と、を含むことを特徴とする。The invention according to claim 7 is a step of forming the p-type or n-type first GaN-based compound semiconductor layer, and the step of forming the second GaN-based compound semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first GaN-based compound semiconductor layer. A step of forming a GaN-based compound semiconductor layer, a step of implanting As or P into the second GaN-based compound semiconductor layer, and a step of subjecting the second GaN-based compound semiconductor layer to a heat treatment to form a GaNAs layer or a GaNP layer. And forming a.
【0037】この発明によれば、pn接合されたp型G
aN系化合物半導体層とn型GaN系化合物半導体層の
うちのいずれか一方のGaN系化合物半導体層にAsま
たはPをイオン注入後加熱することで、活性層となるG
aNAs層またはGaNP層を形成しているので、As
やPをGaN系化合物半導体層に十分に閉じ込めた状態
でGaNAsまたはGaNPを混晶化させることができ
る。According to the present invention, the p-type G having a pn junction
As or P is ion-implanted into either one of the aN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer and then heated, whereby G serving as an active layer is formed.
Since the aNAs layer or the GNP layer is formed, As
In a state where P or P is sufficiently confined in the GaN-based compound semiconductor layer, GaNAs or GaNP can be mixed-crystallized.
【0038】また、請求項8にかかる発明は、p型また
はn型の第1のGaN系化合物半導体層を形成する工程
と、前記第1のGaN系化合物半導体層とは異なる導電
型の第2のGaN系化合物半導体層を形成する工程と、
前記第2のGaN系化合物半導体層にAsまたはPとI
nをイオン注入する工程と、前記第2のGaN系化合物
半導体層に熱処理を施してGaNInAs層またはGa
NInP層を形成する工程と、を含むことを特徴とす
る。The invention according to claim 8 is a step of forming the p-type or n-type first GaN-based compound semiconductor layer, and the step of forming the second GaN-based compound semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first GaN-based compound semiconductor layer. Forming a GaN-based compound semiconductor layer of
As or P and I are added to the second GaN-based compound semiconductor layer.
n ion implantation, and heat-treating the second GaN-based compound semiconductor layer to form a GaN InAs layer or Ga
Forming a NInP layer.
【0039】この発明によれば、pn接合されたp型G
aN系化合物半導体層とn型GaN系化合物半導体層の
うちのいずれか一方のGaN系化合物半導体層にAsま
たはPとInをイオン注入後加熱することで、活性層と
なるGaNInAs層またはGaNInP層を形成して
いるので、AsまたはPとInをGaN系化合物半導体
層に十分に閉じ込めた状態でGaNInAsまたはGa
NInPを混晶化させることができる。According to the present invention, the p-type G having the pn junction
By ion-implanting As, P, and In into one of the GaN-based compound semiconductor layers of the aN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer and then heating, a GaNInAs layer or a GaNInP layer serving as an active layer is formed. GaNInAs or Ga in a state where As or P and In are sufficiently confined in the GaN-based compound semiconductor layer
NInP can be mixed-crystallized.
【0040】[0040]
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるGaN系
発光素子およびその作成方法の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの
発明が限定されるものではない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a GaN-based light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
【0041】(実施の形態1)まず、実施の形態1にか
かるGaN系発光素子およびその作成方法について説明
する。特に、実施の形態1は、MOMBE(Metal
−Organic Molecular Beam E
pitaxy)法にしたがった方法により作成されたG
aN系発光素子を示すものである。(Embodiment 1) First, a GaN-based light emitting device according to Embodiment 1 and a method for manufacturing the same will be described. In particular, the first embodiment is based on the MOMBE (Metal
-Organic Molecular Beam E
pitaxy) G created by a method according to the method
1 shows an aN-based light emitting device.
【0042】図1は、実施の形態1にかかるGaN系発
光素子の断面図である。特に、図1に示すGaN系発光
素子は、活性層をGaNPとしたLED構造を示してい
る。図1に示すように、実施の形態1にかかるGaN系
発光素子100は、pn接合されたn型GaN層13上
にp型GaN層14が積層されることによりpn接合さ
れ、p型GaN層14中にPをイオン注入することによ
りGaNP層15が形成されている。FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based light emitting device according to the first embodiment. In particular, the GaN-based light emitting device shown in FIG. 1 has an LED structure in which the active layer is made of GaNP. As shown in FIG. 1, the GaN-based light emitting device 100 according to the first embodiment has a pn junction by stacking a p-type GaN layer 14 on an n-type GaN layer 13 having a pn junction. A GaNP layer 15 is formed by ion-implanting P into 14.
【0043】また、n型GaN層13の上面には、n型
電極E1が形成され、p型GaN層14の上面には、p
型電極E2が形成されている。よって、GaN系発光素
子100は、巨視的にみれば、n型GaN層13がn型
クラッド層かつn型低抵抗層の機能を果たし、GaNP
層15が活性層の機能を果たし、p型GaN層14がp
型低抵抗層かつp型クラッド層の機能を果たして、それ
らが順に積層された構造となっている。すなわち、この
GaN系発光素子100は、従来のGaN系発光素子の
活性層をGaNP層に置き換えた構造にすぎないが、G
aNとPとの混晶化に特徴がある。An n-type electrode E 1 is formed on the upper surface of the n-type GaN layer 13, and a p-type electrode E 1 is formed on the upper surface of the p-type GaN layer 14.
A mold electrode E2 is formed. Therefore, in the GaN-based light-emitting device 100, when viewed macroscopically, the n-type GaN layer 13 functions as an n-type cladding layer and an n-type low resistance layer, and
The layer 15 functions as an active layer, and the p-type GaN layer 14
It functions as a low resistance layer and a p-type cladding layer, and has a structure in which they are sequentially stacked. That is, the GaN-based light-emitting device 100 has only a structure in which the active layer of the conventional GaN-based light-emitting device is replaced with a GNP layer.
It is characterized by a mixed crystal of aN and P.
【0044】つぎに、図1に示したGaN系発光素子1
00の作成手順について説明する。図2は、実施の形態
1にかかるGaN系発光素子100の作成手順を示すフ
ローチャートである。また、図3は、図2に示すフロー
チャートにしたがって作成されるGaN系発光素子を説
明するための断面図である。なお、MOMBE装置とし
ては、成長室とパターニング室を有する超高真空装置を
用いることとする。Next, the GaN-based light emitting device 1 shown in FIG.
A description will be given of a procedure for creating the 00. FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the GaN-based light emitting device 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light emitting device created according to the flowchart shown in FIG. Note that an ultra-high vacuum apparatus having a growth chamber and a patterning chamber is used as the MOMBE apparatus.
【0045】まず、サファイア基板、SiCまたはシリ
コン基板等の結晶基板を成長室のサセプタ上に設置す
る。なお、ここでは、結晶基板としてサファイア基板を
用いることとする。そして、この状態において、サファ
イア基板の温度を640℃に維持し、GaNバッファ層
の形成を開始する(ステップS101)。First, a crystal substrate such as a sapphire substrate, a SiC or silicon substrate is placed on a susceptor in a growth chamber. Here, a sapphire substrate is used as a crystal substrate. Then, in this state, the temperature of the sapphire substrate is maintained at 640 ° C., and the formation of the GaN buffer layer is started (Step S101).
【0046】このGaNバッファ層12は、蒸気圧3×
10-6TorrのDMHと、蒸気圧5×10-7Torr
のGaの各分子線を用いて、上記したサファイア基板1
1上に、厚み1000ÅのGaN層として得られる(図
3(a))。The GaN buffer layer 12 has a vapor pressure of 3 ×
DMH of 10 -6 Torr and vapor pressure of 5 × 10 -7 Torr
The above-mentioned sapphire substrate 1 is obtained by using each molecular beam of Ga.
1 is obtained as a GaN layer having a thickness of 1000 ° (FIG. 3A).
【0047】つづいて、基板温度を850℃に維持し、
n型のGaN層を形成する(ステップS102)。この
n型GaN層13は、蒸気圧5×10-5TorrのNH
3と、蒸気圧1×10-6TorrのGaと、蒸気圧6×
10-8TorrのSiの各分子線を用いて、上記したG
aNバッファ層12上に、Siがドープされた厚み2μ
mのGaN層として得られる(図3(b))。Subsequently, the substrate temperature is maintained at 850 ° C.
An n-type GaN layer is formed (Step S102). This n-type GaN layer 13 has a vapor pressure of 5 × 10 −5 Torr of NH.
3 , Ga at a vapor pressure of 1 × 10 −6 Torr, and a vapor pressure of 6 ×
Using each molecular beam of Si of 10 -8 Torr, the above G
On the aN buffer layer 12, a Si-doped thickness of 2 μm
m is obtained as a GaN layer (FIG. 3B).
【0048】そしてさらにその上に、p型のGaN層を
形成する(ステップS103)。このp型GaN層14
は、蒸気圧5×10-5TorrのNH3と蒸気圧5×1
0-6TorrのGaと、蒸気圧5×10-8TorrのM
gとの分子線を用いて、上記したn型GaN層13上
に、Mgがドープされた厚み2500ÅのGaN層とし
て得られる(図3(c))。Then, a p-type GaN layer is further formed thereon (step S103). This p-type GaN layer 14
Is NH 3 at a vapor pressure of 5 × 10 −5 Torr and a vapor pressure of 5 × 1
Ga of 0 -6 Torr and M of vapor pressure 5 × 10 -8 Torr
Using a molecular beam of g, a 2,500-mm-thick GaN layer doped with Mg is obtained on the n-type GaN layer 13 (FIG. 3C).
【0049】そして、このp型GaN層14中に、Pを
イオン注入する(ステップS104)。このイオン注入
は、p型GaN層14とn型GaN層13の界面付近
に、たとえば、加速エネルギー400keVで、組成式
GaNxP1-xにおいて組成比xが0.95付近となるよ
うなドーズ量のPを打ち込むことによりおこなう。これ
により、P原子が、p型GaN層14中の、ある深さ近
傍に集中して分布することになる(図3(d))。Then, P ions are implanted into the p-type GaN layer 14 (step S104). This ion implantation is performed in the vicinity of the interface between the p-type GaN layer 14 and the n-type GaN layer 13 at, for example, an acceleration energy of 400 keV such that the composition ratio x becomes about 0.95 in the composition formula GaN x P 1-x . This is done by driving in the amount of P. As a result, P atoms are concentrated and distributed near a certain depth in the p-type GaN layer 14 (FIG. 3D).
【0050】特に、このイオン注入するドーズ量は、後
述する熱処理よって混晶化されたGaNPの発光特性を
決定するパラメータとなり、上記したドーズ量では、青
色の発光が得られる。すなわち、このドーズ量を、上記
した組成比xに基づいて変更することにより、所望の発
色のGaN系発光素子を形成することができることにな
る。In particular, the dose for the ion implantation is a parameter for determining the emission characteristics of the GaNP mixed and crystallized by the heat treatment to be described later, and blue light emission can be obtained with the above dose. That is, by changing the dose based on the composition ratio x described above, a GaN-based light-emitting element having a desired color can be formed.
【0051】イオン注入をした直後の状態においては、
その注入により生じた欠陥や、注入イオンの多くが結晶
格子の中で置換位置になくキャリアとして機能しておら
ず、Pの存在は単なる高抵抗要因にすぎない。すなわ
ち、この状態では、Pとp型GaN層のGaNとは混晶
されておらず、GaNPは形成されてない。そこで、そ
の欠陥の排除と混晶化をおこなうために熱処理を施す
(ステップS105)。Immediately after ion implantation,
Many of the defects caused by the implantation and many of the implanted ions are not located at the substitution positions in the crystal lattice and do not function as carriers, and the presence of P is merely a factor of high resistance. That is, in this state, P and GaN of the p-type GaN layer are not mixed crystals, and no GNP is formed. Therefore, a heat treatment is performed to eliminate the defects and perform the mixed crystal formation (step S105).
【0052】図4は、熱処理を施すための高圧熱処理装
置の概略構成を示す図である。図4に示す高圧熱処理装
置20において、まず、図3(d)に示した状態の基板
を、石英管23内に固定された試料台22上に設置す
る。そして、この状態において、電気炉21により容器
内を1200〜1500℃に加熱するとともに、5〜1
5気圧の窒素圧を印加する。なお、熱処理時間は5分程
度である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a high-pressure heat treatment apparatus for performing a heat treatment. In the high-pressure heat treatment apparatus 20 shown in FIG. 4, first, the substrate in the state shown in FIG. 3D is set on the sample stage 22 fixed in the quartz tube 23. Then, in this state, the inside of the container is heated to 1200 to 1500 ° C.
A nitrogen pressure of 5 atm is applied. The heat treatment time is about 5 minutes.
【0053】これにより、従来においては、PH3およ
びNH3の各分子線によってGaNP薄膜を成長させよ
うとした場合に、Pのマイグレーションの困難性が問題
となっていたのに対し、この実施の形態1にかかる方法
によれば、イオン注入されたPは、GaN層中に閉じ込
められるため、十分なマイグレーションが可能となり、
さらに与えられる熱エネルギーによってGaNP層15
(この場合、p型のGaNP)の混晶化が実現される
(図3(e))。As a result, in the prior art, when trying to grow a GaNP thin film with each molecular beam of PH 3 and NH 3 , the difficulty of migration of P has been a problem. According to the method according to the first aspect, since the ion-implanted P is confined in the GaN layer, sufficient migration becomes possible,
Further, the applied heat energy causes the GNP layer 15
(In this case, mixed crystal of p-type GANP) is realized (FIG. 3E).
【0054】このようにしてGaNPの混晶化が完了す
ると、つぎに、上記積層膜上に電極を形成する(ステッ
プS106)。この電極作成は、まず、積層基板をパタ
ーニング室に移動させ、SiO2等をその表面に、たと
えば、プラズマCVD装置を用いて堆積させ、フォトレ
ジストおよびドライエッチング等を用いてエッチングし
パターニングする。この場合、上記したn型GaN層1
3の一部までがエッチングされ、その上面にTi/Al
等の金属を蒸着することで、n型電極E1が形成され
る。一方、p型電極E2は、上記したp型GaN層14
の上面に、Au/Ni等の金属を蒸着することで形成さ
れる。Upon completion of the mixed crystal formation of the GaNP, an electrode is formed on the laminated film (step S106). In order to form the electrodes, first, the laminated substrate is moved to a patterning chamber, and SiO 2 or the like is deposited on the surface thereof using, for example, a plasma CVD apparatus, and is etched and patterned using a photoresist and dry etching. In this case, the above-described n-type GaN layer 1
3 is partially etched, and Ti / Al
The n-type electrode E1 is formed by vapor-depositing such a metal. On the other hand, the p-type electrode E2 is
Is formed by evaporating a metal such as Au / Ni on the upper surface of the substrate.
【0055】図5は、所定のドーズ量に対して得られた
発光特性と熱処理条件との関係を示す実験データであ
る。図5は、特に、上記したPのドーズ量を5×1020
cm-3〜1×1022cm-3の範囲とした場合に得られた
PL(フォトルミネッセンス)強度を示すものである。
このドーズ量の範囲内においていくつかのドーズ量を特
定してイオン注入をおこなったところ、390nm、4
50nm、550nm、580nmにPLピークが確認
された。なお、図5において、390nm、450n
m、550nmのそれぞれに対して示された数値は、5
80nmのピーク強度で割った比を示している。すなわ
ち、イオン注入によるGaNPの形成においても、ドー
ズ量の変化により、所望の発色のLEDを作成すること
が可能であることが確認された。FIG. 5 is experimental data showing the relationship between the light emission characteristics obtained for a predetermined dose and the heat treatment conditions. FIG. 5 shows that the dose of P is 5 × 10 20.
It shows the PL (photoluminescence) intensity obtained when the range is from cm −3 to 1 × 10 22 cm −3 .
When ion implantation was performed by specifying several doses within the range of the dose, it was found that
PL peaks were confirmed at 50 nm, 550 nm, and 580 nm. In FIG. 5, 390 nm, 450 n
m, the value shown for each of 550 nm is 5
The ratio divided by the peak intensity at 80 nm is shown. That is, it was confirmed that, even in the formation of GaNP by ion implantation, it is possible to produce an LED having a desired color by changing the dose.
【0056】以上に説明したとおり、実施の形態1にか
かるGaN系発光素子によれば、MOMBE法にしたが
ってそのGaN系発光素子を作成する際に、n型GaN
層13とp型GaN層14とによりpn接合を形成した
後、その接合界面付近であってかつp型GaN層中に、
P原子をイオン注入し、その後、熱処理を施すことでG
aNPの混晶化をおこなうので、Pの気相による添加で
は混晶化が困難とされるGaNPを、発光効率等の十分
大きなものとして得ることができる。特に、GaNPを
活性層とするLEDの特徴から、Pのドーズ量を制御す
ることにより、所望の発色のLEDを得ることができ
る。As described above, according to the GaN-based light emitting device according to the first embodiment, when the GaN-based light emitting device is manufactured according to the MOMBE method, the n-type GaN
After forming a pn junction by the layer 13 and the p-type GaN layer 14, near the junction interface and in the p-type GaN layer,
P atoms are ion-implanted and then heat-treated to obtain G
Since the mixed crystal of aNP is performed, it is possible to obtain GaNP which is difficult to form a mixed crystal by adding P in a gas phase, with sufficiently high luminous efficiency and the like. In particular, by controlling the dose of P, an LED having a desired color can be obtained from the characteristics of the LED having the active layer of GaNP.
【0057】(実施の形態2)つぎに、実施の形態2に
かかるGaN系発光素子およびその作成方法について説
明する。実施の形態1において説明したLEDが、所定
のドーズ量のイオン注入によって定まる一色のみの発光
を実現したデバイスであるのに対し、実施の形態2にか
かるGaN系発光素子は、図3(d)に示したn型Ga
N層13、p型GaN層14およびイオン注入した層の
作成を順次繰り返し、その後に熱処理を施すことで、一
つの素子において、三つの独立したGaNP活性層を形
成することを特徴としている。(Embodiment 2) Next, a GaN-based light emitting device according to Embodiment 2 and a method of manufacturing the same will be described. The LED described in the first embodiment is a device that emits light of only one color determined by ion implantation at a predetermined dose, whereas the GaN-based light emitting device according to the second embodiment is shown in FIG. N-type Ga shown in
The method is characterized in that the formation of the N layer 13, the p-type GaN layer 14, and the ion-implanted layer is sequentially repeated, and thereafter, heat treatment is performed to form three independent GaNP active layers in one device.
【0058】図6は、実施の形態2にかかるGaN系発
光素子の断面図である。図6に示すGaN系発光素子2
00は、結晶基板となるサファイア基板31上に、順
に、GaNバッファ層32、n型GaN層33、p型G
aN層34、絶縁層41、n型GaN層35、p型Ga
N層36、絶縁層42、n型GaN層37およびp型G
aN層38が積層されて構成される。FIG. 6 is a sectional view of a GaN-based light emitting device according to the second embodiment. GaN-based light emitting device 2 shown in FIG.
Reference numeral 00 denotes a GaN buffer layer 32, an n-type GaN layer 33, and a p-type G
aN layer 34, insulating layer 41, n-type GaN layer 35, p-type Ga
N layer 36, insulating layer 42, n-type GaN layer 37 and p-type G
The aN layer 38 is formed by lamination.
【0059】さらに、n型GaN層33とp型GaN層
34の界面付近であってp型GaN層34中に第1のド
ーズ量のPがイオン注入され、n型GaN層35とp型
GaN層36の界面付近であってp型GaN層36中に
第2のドーズ量のPがイオン注入され、n型GaN層3
7とp型GaN層38の界面付近であってp型GaN層
38中に第3のドーズ量のPがイオン注入され、これら
に熱処理を施すことで、各イオン注入層においてGaN
P層51、52および53が形成されている。Further, a first dose of P is ion-implanted into the p-type GaN layer 34 near the interface between the n-type GaN layer 33 and the p-type GaN layer 34, and the n-type GaN layer 35 and the p-type GaN A second dose of P is ion-implanted into the p-type GaN layer 36 near the interface of the layer 36 to form the n-type GaN layer 3.
A third dose of P is ion-implanted into the p-type GaN layer 38 near the interface between the p-type GaN layer 38 and the p-type GaN layer 38. By subjecting these to heat treatment, GaN is implanted in each ion-implanted layer.
P layers 51, 52 and 53 are formed.
【0060】すなわち、GaN系発光素子200は、n
型GaN層33、GaNP層51およびp型GaN層3
5によって第1の発光部を構成し、n型GaN層35、
GaNP層52およびp型GaN層36によって第2の
発光部を構成し、n型GaN層37、GaNP層53お
よびp型GaN層38によって第3の発光部を構成して
いる。That is, the GaN-based light emitting device 200 has n
-Type GaN layer 33, GaNP layer 51 and p-type GaN layer 3
5 constitutes a first light emitting unit, and an n-type GaN layer 35;
The second light emitting section is constituted by the GaNP layer 52 and the p-type GaN layer 36, and the third light emitting section is constituted by the n-type GaN layer 37, the GaNP layer 53 and the p-type GaN layer 38.
【0061】特に、上記した第1〜第3のドーズ量は互
いに異なる量であり、各GaNP層において発光させた
い色に対応する組成比によって定まる。たとえば、組成
式GaNxP1-xにおいて、GaNP層51を青色に発光
する活性層として機能させたい場合には、第1のドーズ
量を、組成比xが0.95付近の値となる量とし、Ga
NP層52を緑色に発光する活性層として機能させたい
場合には、第2のドーズ量を、組成比xが0.90付近
の値となる量とし、GaNP層53を赤色に発光する活
性層として機能させたい場合には、第3のドーズ量を、
組成比xが0.87付近の値となる量とする。すなわ
ち、このドープ量の例では、GaN系発光素子200
は、一素子においてRGB各色の発光を可能とする三つ
の独立した活性層を有することになる。In particular, the above-mentioned first to third doses are different from each other and are determined by the composition ratio corresponding to the color desired to emit light in each of the GANP layers. For example, in the composition formula GaN x P 1-x , when it is desired that the GaNP layer 51 function as an active layer that emits blue light, the first dose is set so that the composition ratio x becomes a value near 0.95. And Ga
When the NP layer 52 is desired to function as an active layer that emits green light, the second dose is set so that the composition ratio x becomes a value near 0.90, and the GNP layer 53 is an active layer that emits red light. If you want to function as a third dose,
The amount is such that the composition ratio x has a value near 0.87. That is, in the example of the doping amount, the GaN-based light emitting device 200
Will have three independent active layers that allow each element to emit RGB light.
【0062】また、図6に示すGaN系発光素子200
においては、実施の形態1と同様に、フォトレジストお
よびドライエッチングによりパターニングした後、金属
を蒸着することで、n型GaN層33上、p型GaN層
34上、n型GaN層35上、p型GaN層36上、n
型GaN層37上およびp型GaN層38上に順に、n
型電極E11、p型電極E12、n型電極E21、p型
電極E22、n型電極E31およびp型電極E32が形
成されている。The GaN-based light emitting device 200 shown in FIG.
In the same manner as in the first embodiment, after patterning by photoresist and dry etching, a metal is evaporated, so that the n-type GaN layer 33, the p-type GaN layer 34, the n-type GaN layer 35, N on the GaN layer 36
N-type GaN layer 37 and p-type GaN layer 38
A type electrode E11, a p-type electrode E12, an n-type electrode E21, a p-type electrode E22, an n-type electrode E31 and a p-type electrode E32 are formed.
【0063】これにより、第1の発光部においては、n
型電極E11とp型電極E12との間の電圧印加によ
り、第2の発光部においては、n型電極E21とp型電
極E22との間の電圧印加により、第3の発光部におい
ては、n型電極E31とp型電極E32との間の電圧印
加により、それぞれ独立に発光を制御することが可能に
なる。Thus, in the first light emitting section, n
By applying a voltage between the type electrode E11 and the p-type electrode E12, in the second light emitting unit, by applying a voltage between the n-type electrode E21 and the p-type electrode E22, n is applied in the third light emitting unit. By applying a voltage between the pattern electrode E31 and the p-type electrode E32, light emission can be controlled independently of each other.
【0064】そのため、特に、第1の発光部と第2の発
光部との間には絶縁層41が形成され、第2の発光部と
第3の発光部との間には絶縁層42が形成されている。
すなわち、発光波長が異なる光を発光する各発光部はこ
の絶縁層が介在することにより、それぞれ独立して機能
することができる。このような働きをする絶縁層41お
よび42としては、たとえば、CドープGaN、高抵抗
のダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはAl
N等で形成することができる。なお、上記した各n型G
aN層、p型GaN層およびGaNP層の形成方法は、
実施の形態1と同様であるため、ここではその説明を省
略する。Therefore, in particular, an insulating layer 41 is formed between the first light emitting section and the second light emitting section, and an insulating layer 42 is formed between the second light emitting section and the third light emitting section. Is formed.
That is, each light emitting portion that emits light having a different emission wavelength can function independently with the insulating layer interposed therebetween. As the insulating layers 41 and 42 having such a function, for example, C-doped GaN, high-resistance diamond, diamond-like carbon, or Al
N or the like. Note that each of the n-type G
The method for forming the aN layer, the p-type GaN layer, and the GANP layer includes:
Since it is the same as the first embodiment, the description is omitted here.
【0065】なお、実施の形態2においては、第1〜3
のドーズ量を順に、青、緑、赤となるように制御すると
したが、これらの順番は特に限定しない。In the second embodiment, the first to third embodiments
Are controlled in order to be blue, green, and red, but the order is not particularly limited.
【0066】以上に説明したとおり、実施の形態2にか
かるGaN系発光素子によれば、n型GaN層とp型G
aN層との接合界面付近であってかつp型GaN層中に
P原子をイオン注入し、その後、熱処理を施すことでG
aNPを混晶化した発光部を、順次絶縁層41および4
2を介在させて積層して、GaNPを活性層とした三つ
の発光部を備えているので、各発光部でのGaNPの混
晶化にあたり、Pのドーズ量が互いに異なるように制御
することによって、独立した三つの異なる発色が可能な
LEDを得ることができる。As described above, according to the GaN-based light emitting device according to the second embodiment, the n-type GaN layer and the p-type G
P atoms are ion-implanted in the vicinity of the junction interface with the aN layer and in the p-type GaN layer, and then heat treatment is performed.
The light-emitting portion in which aNP was mixed was sequentially formed on insulating layers 41 and 4.
2 are interposed and stacked, and three light-emitting portions each having a GNP as an active layer are provided. By controlling the doses of P to be different from each other when mixing GNP in each light-emitting portion, Thus, it is possible to obtain an independent LED capable of three different colors.
【0067】特に、三つの発光部のGaNP層51、5
2および53の発光が、青、緑、赤の三原色となるよう
にドーズ量を制御することで、一素子のGaN系発光素
子200で、フルカラーの発光を実現することができ、
特に、この場合、全発光層の発光により白色発光LED
を実現することができる。In particular, the three light emitting portions of the GNP layers 51, 5
By controlling the dose so that the light emission of 2 and 53 becomes the three primary colors of blue, green, and red, full-color light emission can be realized with one GaN-based light-emitting element 200.
In particular, in this case, white light emitting LED
Can be realized.
【0068】(実施の形態3)つぎに、実施の形態3に
かかるGaN系発光素子およびその作成方法について説
明する。実施の形態3は、一層のp型GaN層中に、互
いに異なるドーズ量によってイオン注入された三つの活
性層を有することを特徴としている。(Embodiment 3) Next, a GaN-based light emitting device according to Embodiment 3 and a method of manufacturing the same will be described. Embodiment 3 is characterized in that three active layers ion-implanted with different doses from each other are provided in one p-type GaN layer.
【0069】図7は、実施の形態3にかかるGaN系発
光素子の断面図である。特に、図7に示すGaN系発光
素子は、活性層をGaNPとしたLED構造を示してい
る。図7に示すように、実施の形態3にかかるGaN系
発光素子300は、pn接合されたn型GaN層63上
にp型GaN層64が積層されることでpn接合され、
p型GaN層64中に、三つの異なる深さでPをイオン
注入することにより三つのGaNP層71、72および
73が形成されている。また、n型GaN層63の上面
には、n型電極E51が形成され、p型GaN層64の
上面には、p型電極E52が形成されている。FIG. 7 is a sectional view of a GaN-based light emitting device according to the third embodiment. In particular, the GaN-based light emitting device shown in FIG. 7 has an LED structure in which the active layer is made of GaNP. As shown in FIG. 7, the GaN-based light emitting device 300 according to the third embodiment has a pn junction by stacking a p-type GaN layer 64 on an n-type GaN layer 63 having a pn junction.
In the p-type GaN layer 64, three GaNP layers 71, 72 and 73 are formed by ion-implanting P at three different depths. An n-type electrode E51 is formed on the upper surface of the n-type GaN layer 63, and a p-type electrode E52 is formed on the upper surface of the p-type GaN layer 64.
【0070】つぎに、図7に示したGaN系発光素子3
00の作成手順について説明する。図8は、実施の形態
3にかかるGaN系発光素子300の作成手順を示すフ
ローチャートである。また、図9および10は、図8に
示すフローチャートにしたがって作成されるGaN系発
光素子を説明するための断面図である。なお、MOMB
E装置としては、成長室とパターニング室を有する超高
真空装置を用いることとする。Next, the GaN-based light emitting device 3 shown in FIG.
A description will be given of a procedure for creating the 00. FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the GaN-based light emitting device 300 according to the third embodiment. FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views illustrating a GaN-based light emitting device created according to the flowchart shown in FIG. In addition, MOMB
As the E apparatus, an ultrahigh vacuum apparatus having a growth chamber and a patterning chamber is used.
【0071】まず、結晶基板となるサファイア基板を成
長室のサセプタ上に設置する。そして、この状態におい
て、サファイア基板の温度を640℃に維持し、GaN
バッファ層の形成を開始する(ステップS201)。な
お、このGaNバッファ層62は、実施の形態1に示し
たGaNバッファ層12と同様の手順で得られる(図9
(a))。First, a sapphire substrate serving as a crystal substrate is set on a susceptor in a growth chamber. In this state, the temperature of the sapphire substrate is maintained at 640 ° C.
The formation of the buffer layer is started (Step S201). The GaN buffer layer 62 is obtained in the same procedure as the GaN buffer layer 12 shown in the first embodiment (FIG. 9).
(A)).
【0072】つづいて、基板温度を850℃に維持し、
n型のGaN層を形成する(ステップS202)。この
n型GaN層63もまた、実施の形態1に示したn型G
aN層13と同様の手順で得られる(図9(b))。Subsequently, the substrate temperature is maintained at 850 ° C.
An n-type GaN layer is formed (Step S202). This n-type GaN layer 63 is also the same as n-type G
It is obtained in the same procedure as for the aN layer 13 (FIG. 9B).
【0073】そしてさらにその上に、p型のGaN層を
形成する(ステップS203)。このp型GaN層64
もまた、実施の形態1に示したp型GaN層14と同様
の手順で得られる(図9(c))。Then, a p-type GaN layer is further formed thereon (step S203). This p-type GaN layer 64
Is also obtained by the same procedure as that for the p-type GaN layer 14 shown in the first embodiment (FIG. 9C).
【0074】そして、このp型GaN層64中に、第1
層目となるPのイオン注入をおこなう(ステップS20
4)。このイオン注入は、p型GaN層14とn型Ga
N層13の界面付近に、加速エネルギー200keV〜
400keVで、組成式GaNxP1-xにおいて組成比x
が0.95付近となるようなドーズ量(青色発光)のP
を打ち込むことでおこなう。これにより、P原子が、p
型GaN層14上面から、たとえば、深さ250nm近
傍に集中して分布することになる(図9(d))。Then, in the p-type GaN layer 64, the first
P ions serving as a layer are implanted (Step S20)
4). This ion implantation is performed with the p-type GaN layer 14 and the n-type Ga
Near the interface of the N layer 13, an acceleration energy of 200 keV
At 400 keV, the composition ratio x in the composition formula GaN x P 1- x
Of dose (blue light emission) such that is approximately 0.95
It is done by typing. Thus, the P atom becomes p
From the upper surface of the p-type GaN layer 14, for example, it is concentrated and distributed in the vicinity of a depth of 250 nm (FIG. 9D).
【0075】この状態においてさらに、p型GaN層6
4中に、第2層目となるPのイオン注入をおこなう(ス
テップS205)。このイオン注入は、上記した第1層
目の上面付近に、加速エネルギー100keV〜150
keVで、組成式GaNxP1 -xにおいて組成比xが0.
90付近となるようなドーズ量(緑色発光)のPを打ち
込むことでおこなう。これにより、P原子が、p型Ga
N層14上面から、たとえば、深さ150nm近傍に集
中して分布することになる(図10(e))。In this state, the p-type GaN layer 6
During P4, ion implantation of P serving as a second layer is performed (step S205). This ion implantation is performed in the vicinity of the upper surface of the first layer, at an acceleration energy of 100 keV to 150 keV.
At keV, the composition ratio x in the composition formula GaN x P 1 -x is 0.
This is performed by implanting a dose of P (green light emission) near 90. Thereby, the P atom becomes p-type Ga
From the upper surface of the N layer 14, for example, it is concentrated and distributed in the vicinity of a depth of 150 nm (FIG. 10E).
【0076】そして、さらに、p型GaN層64中に、
第3層目となるPのイオン注入をおこなう(ステップS
206)。このイオン注入は、上記した第2層目の上面
付近に、加速エネルギー50keV〜80keVで、組
成式GaNxP1-xにおいて組成比xが0.87付近とな
るようなドーズ量(赤色発光)のPを打ち込むことでお
こなう。これにより、P原子が、p型GaN層14上面
から、たとえば、深さ50nm近傍に集中して分布する
ことになる(図10(f))。Further, in the p-type GaN layer 64,
P ion serving as the third layer is implanted (step S
206). This ion implantation is performed in the vicinity of the upper surface of the second layer at a dose of 50 keV to 80 keV so that the composition ratio x becomes about 0.87 in the composition formula GaN x P 1-x (red emission). This is done by typing P. As a result, P atoms are concentrated and distributed from the upper surface of the p-type GaN layer 14 to, for example, a depth of about 50 nm (FIG. 10F).
【0077】この結果、同一のp型GaN層64中に、
深さとドーズ量の異なるイオン注入層が形成される。そ
して、この状態において、実施の形態1と同様に、欠陥
の排除と混晶化をおこなうための熱処理を施す(ステッ
プS207)。As a result, in the same p-type GaN layer 64,
Ion-implanted layers having different depths and doses are formed. Then, in this state, as in the first embodiment, heat treatment for eliminating defects and performing mixed crystal formation is performed (step S207).
【0078】この熱処理によって与えられる熱エネルギ
ーにより、上記した第1〜3層においてそれぞれGaN
P71、72および73の混晶化(この場合、p型のG
aNP)が実現される(図10(g))。With the thermal energy given by this heat treatment, GaN is formed in the first to third layers, respectively.
Crystallization of P71, 72 and 73 (in this case, p-type G
aNP) is realized (FIG. 10 (g)).
【0079】このようにしてGaNPの混晶化が完了す
ると、つぎに、上記積層膜上に電極を形成する(ステッ
プS208)。この電極作成もまた、実施の形態1と同
様であるので、ここではその説明を省略する。すなわ
ち、n型GaN層63の上面にTi/Al等の金属を蒸
着することでn型電極E51が形成され、p型GaN層
64の上面にAu/Ni等の金属を蒸着することでp型
電極E52が形成される。When the mixed crystal of GaNP is completed in this way, an electrode is formed on the laminated film (step S208). This electrode preparation is also the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted here. That is, the n-type electrode E51 is formed by depositing a metal such as Ti / Al on the upper surface of the n-type GaN layer 63, and the p-type electrode is deposited by depositing a metal such as Au / Ni on the upper surface of the p-type GaN layer 64. The electrode E52 is formed.
【0080】また、実施の形態3においては、イオン注
入層である第1〜3層において、順に、青、緑、赤とな
るようにドーズ量を制御するとしたが、これらの順番は
特に限定しない。In the third embodiment, the dose is controlled so as to be blue, green, and red in the first to third layers, which are ion-implanted layers, respectively. However, the order is not particularly limited. .
【0081】以上に説明したとおり、実施の形態3にか
かるGaN系発光素子によれば、GaN系発光素子を作
成する際に、n型GaN層63とp型GaN層64とに
よりpn接合を形成した後、p型GaN層中に互いに異
なるドーズ量の三つのイオン注入層を形成し、その後、
熱処理を施すことで三つのGaNP層71、72および
73の混晶化をおこなうので、実施の形態1によって得
られる効果を享受するとともに、三つのGaNP層7
1、72および73の各発光が青、緑および赤となるよ
うにドーズ量を制御することで、一素子かつ一対の電極
での白色発光を可能とするLEDを実現することができ
る。As described above, according to the GaN-based light emitting device according to the third embodiment, a pn junction is formed by the n-type GaN layer 63 and the p-type GaN layer 64 when manufacturing the GaN-based light emitting device. After that, three ion implantation layers having different doses are formed in the p-type GaN layer.
By performing the heat treatment, the three GaNP layers 71, 72, and 73 are mixed and crystallized, so that the effects obtained by the first embodiment can be enjoyed and the three GaNP layers 7 can be obtained.
By controlling the dose so that the light emission of 1, 72, and 73 becomes blue, green, and red, an LED that can emit white light with one element and a pair of electrodes can be realized.
【0082】なお、実施の形態1〜3においては、p型
GaN層にPをイオン注入するとしたが、p型GaN層
の上にn型GaN層を積層し、n型GaN層側にイオン
注入するようにしてもよい。In the first to third embodiments, P ions are implanted into the p-type GaN layer. However, an n-type GaN layer is laminated on the p-type GaN layer, and ion implantation is performed on the n-type GaN layer side. You may make it.
【0083】また、活性層をGaNPとした場合を示し
たが、GaNAsについても、同様にAsをイオン注入
し、その後の熱処理によってGaNAsの混晶化を達成
することができる。また、GaNaAs以外にも、Pや
AsとともにInをイオン注入することで、GaInN
PやGaInNAs等の他のGaN系多元混晶膜を活性
層とする場合にも、本発明を適用することができる。Although the case where the active layer is made of GaNP is shown, GaNAs can be mixed-crystallized by ion-implanting As and then heat-treating the same. In addition to GaNaAs, InIn is ion-implanted together with P and As to obtain GaInN.
The present invention can be applied to a case where another GaN-based multi-element mixed crystal film such as P or GaInNAs is used as an active layer.
【0084】さらに、活性層を構成する原料として、ド
ーパントとなるMgやSiを同時にイオン注入すること
で、n型またはp型のドープ率が制御された活性層を形
成することもできる。Further, by simultaneously implanting ions of Mg and Si as dopants as raw materials for forming the active layer, an active layer having a controlled n-type or p-type doping ratio can be formed.
【0085】また、実施の形態1〜3に示した気相成長
法として、MOMBE以外にも、MOCVDやプラズマ
CVD、または、原料に塩化ガリウム等の塩化物を用い
るクロライド系または水素化物を用いるハライド系の気
相成長法を採用することもできる。In addition to MOMBE, MOCVD, plasma CVD, or a chloride-based material using a chloride such as gallium chloride or a halide using a hydride may be used as the vapor phase growth method described in the first to third embodiments. A system vapor phase growth method can also be employed.
【0086】[0086]
【発明の効果】以上に説明したように請求項1にかかる
発明によれば、GaNAs層またはGaNP層を、pn
接合されたp型GaN系化合物半導体層とn型GaN系
化合物半導体層のうちのいずれか一方のGaN系化合物
半導体層にAsまたはPをイオン注入後加熱することで
形成しているので、AsやPと十分に混晶されたGaN
As層またはGaNP層を、発光効率等の十分大きな活
性層として得ることができるという効果を奏する。According to the first aspect of the present invention, as described above, the GaN layer or the GaN layer is formed by a pn layer.
Since As or P is ion-implanted into one of the joined p-type GaN-based compound semiconductor layer and n-type GaN-based compound semiconductor layer and then heated, As or P is used. GaN sufficiently mixed with P
There is an effect that the As layer or the GaNP layer can be obtained as an active layer having sufficiently large luminous efficiency.
【0087】また、請求項2にかかる発明によれば、イ
オン注入後加熱することによってAsやPと十分に混晶
されたGaNAs層またはGaNP層と、上記したp型
GaN系化合物半導体層およびn型GaN系化合物半導
体層と、から構成される発光部を、GaNAs層または
GaNP層の組成比が互いに異なるように複数個備えて
いるので、一素子において複数の色を発光させることが
できるという効果を奏する。According to the second aspect of the invention, a GaNAs layer or a GaNP layer sufficiently mixed with As or P by heating after ion implantation, the p-type GaN-based compound semiconductor layer and the n-type And a plurality of light-emitting portions composed of a GaN-based compound semiconductor layer so that the composition ratio of the GaNAs layer or the GNP layer is different from each other, so that a plurality of colors can be emitted in one device. To play.
【0088】また、請求項3にかかる発明によれば、積
層された三つの発光部において、それぞれ青、緑、赤を
発光するような組成比でGaNAs層またはGaNP層
が形成されているので、一素子において三原色となる
青、緑、赤をそれぞれ独立に発光させることができると
いう効果を奏する。According to the third aspect of the present invention, in the three light emitting portions stacked, the GaNAs layer or the GANP layer is formed at a composition ratio that emits blue, green, and red light, respectively. The effect is that the three primary colors blue, green and red can be independently emitted from one element.
【0089】また、請求項4にかかる発明によれば、イ
オン注入後加熱することによってAsやPと十分に混晶
されたGaNAs層またはGaNP層を、上記したp型
GaN系化合物半導体層およびn型GaN系化合物半導
体層に複数の異なる深さに、かつそれぞれの組成比が互
いに異なるように形成しているので、一素子において複
数の異なる色を同時に発光させることができるという効
果を奏する。According to the fourth aspect of the present invention, a GaNAs layer or a GaNP layer sufficiently mixed with As or P by heating after ion implantation is replaced with the p-type GaN-based compound semiconductor layer and n layer. Since the element type GaN-based compound semiconductor layer is formed at a plurality of different depths and has different composition ratios from each other, it is possible to simultaneously emit a plurality of different colors in one device.
【0090】また、請求項5にかかる発明によれば、活
性層となる三つのGaNAs層またはGaNP層におい
て、それぞれ青、緑、赤を発光するような組成比でGa
NAs層またはGaNP層が形成されているので、一素
子において三原色となる青、緑、赤を同時に発光させる
ことができ、白色発光を実現することができるという効
果を奏する。Further, according to the fifth aspect of the present invention, the three GaNAs layers or the GaNP layers serving as the active layers have Ga, Ga, and Ga in a composition ratio that emits blue, green, and red light, respectively.
Since the NAs layer or the GANP layer is formed, the three primary colors blue, green, and red can be simultaneously emitted in one element, and white light can be emitted.
【0091】また、請求項6にかかる発明によれば、G
aInNAs層またはGaInNP層を、pn接合され
たp型GaN系化合物半導体層とn型GaN系化合物半
導体層のうちのいずれか一方のGaN系化合物半導体層
にAsまたはPとInをイオン注入後加熱することで形
成しているので、AsまたはPとInとに十分に混晶さ
れたGaInNAs層またはGaInNP層を、発光効
率等の十分大きな活性層として得ることができるという
効果を奏する。According to the sixth aspect of the present invention, G
The aInNAs layer or the GaInNP layer is heated after As or P and In are ion-implanted into one of the pn-junction p-type GaN-based compound semiconductor layer and the n-type GaN-based compound semiconductor layer. Therefore, there is an effect that a GaInNAs layer or GaInNP layer sufficiently mixed with As or P and In can be obtained as an active layer having sufficiently large luminous efficiency.
【0092】また、請求項7にかかる発明によれば、p
n接合されたp型GaN系化合物半導体層とn型GaN
系化合物半導体層のうちのいずれか一方のGaN系化合
物半導体層にAsまたはPをイオン注入後加熱すること
で、活性層となるGaNAs層またはGaNP層を形成
しているので、AsやPをGaN系化合物半導体層に十
分に閉じ込めた状態でGaNAsまたはGaNPを混晶
化させることができ、発光効率の大きな活性層を得るこ
とが可能となるという効果を奏する。According to the seventh aspect of the present invention, p
N-type p-type GaN-based compound semiconductor layer and n-type GaN
Since As or P is ion-implanted into one of the GaN-based compound semiconductor layers and then heated to form a GaNAs layer or a GNP layer serving as an active layer, As or P is converted to GaN. It is possible to form a mixed crystal of GaNAs or GaNP in a state where the active layer is sufficiently confined in the system compound semiconductor layer, and it is possible to obtain an active layer having high luminous efficiency.
【0093】また、請求項8にかかる発明によれば、p
n接合されたp型GaN系化合物半導体層とn型GaN
系化合物半導体層のうちのいずれか一方のGaN系化合
物半導体層にAsまたはPとInをイオン注入後加熱す
ることで、活性層となるGaNInAs層またはGaN
InP層を形成しているので、AsまたはPとInをG
aN系化合物半導体層に十分に閉じ込めた状態でGaN
InAsまたはGaNInPを混晶化させることがで
き、発光効率の大きな活性層を得ることが可能となると
いう効果を奏する。According to the eighth aspect of the present invention, p
N-type p-type GaN-based compound semiconductor layer and n-type GaN
As or P and In are ion-implanted into one of the GaN-based compound semiconductor layers among the GaN-based compound semiconductor layers and then heated, so that a GaN InAs layer or a GaN
Since the InP layer is formed, As or P and In
GaN with sufficient confinement in the aN-based compound semiconductor layer
It is possible to mix InAs or GaN InP, and it is possible to obtain an active layer with high luminous efficiency.
【図1】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の構成
を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GaN-based light emitting device according to a first embodiment.
【図2】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
手順を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the GaN-based light emitting device according to the first embodiment.
【図3】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
方法にしたがって作成されるGaN系発光素子を説明す
るための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light-emitting device manufactured according to the method for manufacturing a GaN-based light-emitting device according to the first embodiment.
【図4】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
方法において、熱処理を施すための高圧熱処理装置の概
略構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a high-pressure heat treatment apparatus for performing a heat treatment in the method of manufacturing a GaN-based light emitting device according to the first embodiment.
【図5】実施の形態1にかかるGaN系発光素子におい
て、所定のドーズ量に対して得られた発光特性と熱処理
条件との関係を示す実験データである。FIG. 5 is experimental data showing the relationship between the light emission characteristics obtained for a predetermined dose and the heat treatment conditions in the GaN-based light emitting device according to the first embodiment.
【図6】実施の形態2にかかるGaN系発光素子の構成
を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GaN-based light emitting device according to a second embodiment.
【図7】実施の形態3にかかるGaN系発光素子の構成
を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GaN-based light emitting device according to a third embodiment.
【図8】実施の形態3にかかるGaN系発光素子の作成
手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for producing a GaN-based light emitting device according to the third embodiment.
【図9】実施の形態3にかかるGaN系発光素子の作成
方法にしたがって作成されるGaN系発光素子を説明す
るための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light-emitting device manufactured according to the method for manufacturing a GaN-based light-emitting device according to the third embodiment.
【図10】実施の形態3にかかるGaN系発光素子の作
成方法にしたがって作成されるGaN系発光素子を説明
するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light emitting device manufactured according to the method for manufacturing a GaN-based light emitting device according to the third embodiment.
11,31,61 サファイア基板 12,32,62 GaNバッファ層 13,33,35,37,63 n型GaN層 14,34,36,38,64 p型GaN層 15,51,52,53,71,72,73 GaNP
層 E1,E11,E21,E31,E51 n型電極 E2,E12,E22,E32,E52 p型電極11, 31, 61 Sapphire substrate 12, 32, 62 GaN buffer layer 13, 33, 35, 37, 63 n-type GaN layer 14, 34, 36, 38, 64 p-type GaN layer 15, 51, 52, 53, 71 , 72,73 GaNP
Layers E1, E11, E21, E31, E51 n-type electrode E2, E12, E22, E32, E52 p-type electrode
Claims (8)
N系化合物半導体層と、 活性層として、前記p型GaN系化合物半導体層または
前記n型GaN系化合物半導体層にAs(砒素)または
P(燐)をイオン注入した後に熱処理を施すことで形成
されたGaNAs層またはGaNP層と、 を備えて構成されたことを特徴とするGaN系発光素
子。A p-type GaN-based compound semiconductor layer; and an n-type Ga bonded to the p-type GaN-based compound semiconductor layer.
The N-type compound semiconductor layer and the active layer are formed by performing a heat treatment after ion-implanting As (arsenic) or P (phosphorus) into the p-type GaN-based compound semiconductor layer or the n-type GaN-based compound semiconductor layer. A GaN-based light-emitting device, comprising: a GaNAs layer or a GaNP layer.
N系化合物半導体層と、 活性層として、前記p型GaN系化合物半導体層または
前記n型GaN系化合物半導体層にAsまたはPをイオ
ン注入した後に熱処理を施すことで形成されたGaNA
s層またはGaNP層と、 から構成される発光部が、複数積層され、当該複数の発
光部間において前記GaNAs層またはGaNP層の組
成比が異なることを特徴とするGaN系発光素子。2. A p-type GaN-based compound semiconductor layer, and an n-type Ga bonded to the p-type GaN-based compound semiconductor layer.
An N-based compound semiconductor layer, and a GaNA formed by performing a heat treatment after ion-implanting As or P into the p-type GaN-based compound semiconductor layer or the n-type GaN-based compound semiconductor layer as an active layer.
A GaN-based light-emitting device, comprising: a plurality of light-emitting portions each comprising: an s layer or a GaNP layer; and a composition ratio of the GaNAs layer or the GaNP layer is different among the plurality of light-emitting portions.
つの発光部において前記GaNAs層またはGaNP層
が、それぞれ青、緑、赤を発光する組成比により形成さ
れることを特徴とする請求項2に記載のGaN系発光素
子。3. The light emitting unit according to claim 3, wherein three light emitting units are stacked, and in the three light emitting units, the GaNAs layer or the GaNP layer is formed with a composition ratio of emitting blue, green, and red light, respectively. The GaN-based light emitting device according to claim 2.
N系化合物半導体層と、 活性層として、前記p型GaN系化合物半導体層または
前記n型GaN系化合物半導体層にAsまたはPを、複
数の異なる深さの領域にイオン注入した後に熱処理を施
すことで形成された複数のGaNAs層またはGaNP
層と、 を備えて構成され、前記複数のGaNAs層またはGa
NP層の組成比が互いに異なることを特徴とするGaN
系発光素子。4. A p-type GaN-based compound semiconductor layer; and n-type Ga bonded to the p-type GaN-based compound semiconductor layer.
Performing heat treatment after ion-implanting As or P into the p-type GaN-based compound semiconductor layer or the n-type GaN-based compound semiconductor layer as an active layer into a plurality of regions having different depths; GaNAs layers or GaNPs formed by
A plurality of GaNAs layers or Ga layers.
GaN having different composition ratios of NP layers
System light emitting element.
つ備え、当該三つのGaNAs層またはGaNP層が、
それぞれ青、緑、赤を発光する組成比により形成される
ことを特徴とする請求項4に記載のGaN系発光素子。5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising three GaNas layers or GaNP layers, wherein the three GaNas layers or GaNP layers are:
The GaN-based light-emitting device according to claim 4, wherein the GaN-based light-emitting device is formed with a composition ratio of emitting blue, green, and red light, respectively.
ジウム)がイオン注入されることで、前記GaNAs層
またはGaNP層に代えて形成されたGaInNAs層
またはGaInNP層を備えたことを特徴とする請求項
1〜5のいずれか一つに記載のGaN系発光素子。6. A GaInNAs layer or a GaInNP layer formed in place of the GaNAs layer or the GaNP layer by implanting In (indium) ions together with the As or P. 6. The GaN-based light emitting device according to any one of 1 to 5.
半導体層を形成する工程と、 前記第1のGaN系化合物半導体層と異なる導電型の第
2のGaN系化合物半導体層を形成する工程と、 前記第2のGaN系化合物半導体層にAsまたはPをイ
オン注入する工程と、 前記第2のGaN系化合物半導体層に熱処理を施してG
aNAs層またはGaNP層を形成する工程と、 を含むことを特徴とするGaN系発光素子の作成方法。7. A step of forming a p-type or n-type first GaN-based compound semiconductor layer, and forming a second GaN-based compound semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first GaN-based compound semiconductor layer. A step of ion-implanting As or P into the second GaN-based compound semiconductor layer;
forming a aNAs layer or a GaNP layer. A method for producing a GaN-based light-emitting device, comprising:
半導体層を形成する工程と、 前記第1のGaN系化合物半導体層とは異なる導電型の
第2のGaN系化合物半導体層を形成する工程と、 前記第2のGaN系化合物半導体層にAsまたはPとI
nをイオン注入する工程と、 前記第2のGaN系化合物半導体層に熱処理を施してG
aNInAs層またはGaNInP層を形成する工程
と、 を含むことを特徴とするGaN系発光素子の作成方法。8. A step of forming a p-type or n-type first GaN-based compound semiconductor layer; and forming a second GaN-based compound semiconductor layer having a conductivity type different from that of the first GaN-based compound semiconductor layer. And As or P and I in the second GaN-based compound semiconductor layer.
ion-implanting n; heat-treating the second GaN-based compound semiconductor layer to obtain a G
forming a aNInAs layer or a GaNInP layer.
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2001320089A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006008416A (en) * | 2003-05-29 | 2006-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Group III nitride crystal usable as group III nitride substrate, method for producing the same, and semiconductor device using the same |
| JP2008004779A (en) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitride semiconductor bipolar transistor and method of manufacturing nitride semiconductor bipolar transistor |
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-
2000
- 2000-05-11 JP JP2000138978A patent/JP2001320089A/en active Pending
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