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JP2002232000A - Group-iii nitride semiconductor light-emitting diode - Google Patents

Group-iii nitride semiconductor light-emitting diode

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Publication number
JP2002232000A
JP2002232000A JP2001028941A JP2001028941A JP2002232000A JP 2002232000 A JP2002232000 A JP 2002232000A JP 2001028941 A JP2001028941 A JP 2001028941A JP 2001028941 A JP2001028941 A JP 2001028941A JP 2002232000 A JP2002232000 A JP 2002232000A
Authority
JP
Japan
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layer
group iii
light emitting
nitride semiconductor
iii nitride
Prior art date
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Application number
JP2001028941A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3646655B2 (en
Inventor
Takashi Udagawa
隆 宇田川
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Group-III nitride semiconductor light-emitting device having high light-emission intensity, by making a hetero-junction light-emitting region and a current diffusion layer disposed on a silicon single crystal substrate from a good-quality Group-III nitride semiconductor crystalline layer with low crystal defect density. SOLUTION: A light-emitting device with high light-emission intensity is constructed by providing a lattice-matched light-emitting region and a current diffusion layer on a Si substrate via a buffer layer containing phosphorus or arsenic, so that a device driving current is diffused over a wide range of the light-emitting region. For this purpose, a preferable combination of materials of an upper clad layer and the current diffusion layer is specified.

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、Si単結晶基板上
に緩衝層を介して、格子整合系のpn接合型ダブルヘテ
ロ(DH)接合構造の発光部と素子駆動電流の拡散を促
進する電流拡散層とを形成して、高発光強度のIII族
窒化物半導体発光ダイオードを得るための技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting portion having a pn junction type double hetero (DH) junction structure of a lattice matching system and a current for promoting diffusion of a device driving current on a Si single crystal substrate via a buffer layer. The present invention relates to a technique for obtaining a group III nitride semiconductor light emitting diode having high emission intensity by forming a diffusion layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気絶縁性サファイア(α−Al23
結晶)に代替して(Mat.Res.Soc.Sym
p.Proc.,Vol.468(1977)、481
〜486頁参照)、珪素(Si)単結晶(シリコン)を
基板としてIII族窒化物半導体からなる発光ダイオー
ド(LED)を構成する技術が開示されている(Ele
ctron.Lett.,33(23)(1997)、
1986〜1987頁参照)。導電性を有するSi単結
晶を基板とすれば、基板裏面に電極を敷設でき、簡便に
LEDを構成できる利点がある。また、Si単結晶を基
板とすれば、劈開を利用して簡便に個別の素子(チッ
プ)に分割できる利点もある(Appl.Phys.L
ett.,72(4)(1998)、415〜417頁
参照)。
2. Description of the Related Art Instead of electrically insulating sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) (Mat. Res. Soc. Sym)
p. Proc. , Vol. 468 (1977), 481
486), and a technique for forming a light emitting diode (LED) made of a group III nitride semiconductor using silicon (Si) single crystal (silicon) as a substrate is disclosed (Ele).
ctron. Lett. , 33 (23) (1997),
1986-1987). When a substrate is made of a conductive Si single crystal, an electrode can be laid on the back surface of the substrate, and there is an advantage that an LED can be easily configured. In addition, if a Si single crystal is used as a substrate, there is an advantage that it can be easily divided into individual elements (chips) using cleavage (Appl. Phys. L).
ett. , 72 (4) (1998), pp. 415-417).

【0003】III族窒化物半導体発光素子には、II
I族窒化物半導体から成るpn接合型のダブルヘテロ
(DH)接合構造の発光部が備えられている。発光部と
は、p形及びn形クラッド(clad)層に挟持された
発光層とから構成される、発光を担う機能部である。従
来技術にあって、クラッド層は六方晶(hexagon
al)の窒化アルミニウム・ガリウム(AlaGa
1-aN、但し0≦a≦1)から構成されている。青色帯
或いは緑色帯の短波長可視光を出射するための発光層
は、六方晶の窒化ガリウム・インジウム(GabIn1-b
N、但し0<b<1)から構成されるのがもっぱらであ
る(特公昭55−3834号公報参照)。
[0003] Group III nitride semiconductor light emitting devices include II
A light emitting section having a pn junction type double hetero (DH) junction structure made of a group I nitride semiconductor is provided. The light-emitting unit is a functional unit that emits light and includes a light-emitting layer sandwiched between p-type and n-type clad layers. In the prior art, the cladding layer is hexagonal (hexagon).
al) aluminum gallium nitride (Al a Ga
1- aN, where 0 ≦ a ≦ 1). Emitting layer for emitting short wavelength visible light in the blue band or green band, hexagonal gallium indium nitride (Ga b In 1-b
N, where 0 <b <1) (see Japanese Patent Publication No. 55-3834).

【0004】ウルツ鉱(wurtzite)結晶型の窒
化ガリウム(GaN)のa軸の格子定数は3.189オ
ングストローム(Å)である。また、窒化アルミニウム
(AlN)と窒化インジウム(InN)のa軸の格子定
数は各々、3.111Å及び3.533Åである(格子
定数値は何れも寺本 巌著、「半導体デバイス概論」
(1995年3月30日、(株)培風館発行初版、28
頁参照)。従って、発光層をなすGabIn1-bN(一般
に0<b<1)とクラッド層のAlaGa1-aN(0≦a
≦1)とでは格子定数を相違する。即ち、従来のSi単
結晶を基板とするIII族窒化物半導体LEDの発光部
は、格子定数を異にするIII族窒化物半導体層から構
成される格子不整合系の構成となっていた(上記のAp
pl.Phys.Lett,72(4)(1998)参
照)。
[0004] The lattice constant of the a-axis of wurtzite gallium nitride (GaN) is 3.189 angstroms (Å). The a-axis lattice constants of aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN) are 3.111 ° and 3.533 °, respectively. (The lattice constant values are both Iwao Teramoto, “Introduction to Semiconductor Devices.”)
(March 30, 1995, first edition published by Baifukan Co., Ltd., 28
Page). Therefore, Ga b In 1-b N (generally 0 <b <1) forming the light emitting layer and Al a Ga 1-a N (0 ≦ a) forming the cladding layer.
≦ 1), the lattice constant is different. That is, the light-emitting portion of the conventional group III nitride semiconductor LED using a Si single crystal as a substrate has a lattice mismatched structure composed of group III nitride semiconductor layers having different lattice constants (see above). Ap
pl. Phys. Lett, 72 (4) (1998)).

【0005】リン化ガリウム(GaP)等の立方晶結晶
基板上にリン化硼素(BP)緩衝層を介して設けたAl
GaN混晶系層からなる発光部を利用してIII族窒化
物半導体LEDを構成する技術が開示されている(特開
平2−288388号公報参照)。また、等軸立方晶の
Si単結晶を基板としてInXAlYGa1-X-YN(0≦
X、0≦Y、X+Y=1)系LEDを構成する技術も開
示されている(特開平10−321911号公報)。S
i単結晶を基板とする従来のLEDにあって、発光部
を、n形及びp形Al0.2Ga0.8Nからなるクラッド層
と、GaNからなる発光層とのpn接合型ヘテロ接合構
造から構成する例がある(特開平10−242586号
公報明細書)。クラッド層を構成するAl0.2Ga0.8
とGaNとでは格子定数が異なっており、従って、Si
単結晶を基板とする従来のLEDの発光部は格子不整合
系の構成となっている。
Al provided on a cubic crystal substrate such as gallium phosphide (GaP) via a boron phosphide (BP) buffer layer
There has been disclosed a technique for forming a group III nitride semiconductor LED using a light emitting portion formed of a GaN mixed crystal system layer (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-288388). Further, using an equiaxed cubic Si single crystal as a substrate, In x Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦
A technique for forming an X, 0 ≦ Y, X + Y = 1) LED has also been disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-321911). S
In a conventional LED using an i-single crystal as a substrate, a light-emitting portion is composed of a pn-junction type hetero-junction structure of a clad layer made of n-type and p-type Al 0.2 Ga 0.8 N and a light-emitting layer made of GaN. There is an example (JP-A-10-242586). Al 0.2 Ga 0.8 N constituting the cladding layer
And GaN have different lattice constants.
The light emitting portion of a conventional LED using a single crystal as a substrate has a lattice mismatching structure.

【0006】III族窒化物半導体レーザーダイオード
(LD)では、発光部の上方にIIIV族窒化合物半導
体からなるコンタクト(contact)層を設ける構
成も知られている(特開平10−242567号公
報)。例えば、AlGaN系混晶層からなるクラッド層
上にリン化硼素(BP)からなるコンタクト(cont
act)層を設けてLDを構成する技術が公知となって
いる(特開平10−242569号公報)。また、Si
単結晶基板上に設けたp形Al0.15Ga0.85Nからなる
上部クラッド層上にp形窒化ガリウム(GaN)コンタ
クト層を設ける手段が開示されている(特開平11−4
0850号公報)。Al0.15Ga0.85NとGaNとでは
格子定数は相違している。従って、接触抵抗の低い電極
を形成するための良導層として作用し、また、特にLE
Dにあっては素子駆動電流を発光部の広範囲に亘り拡散
するための電流拡散層としての作用をも担うコンタクト
層は、従来例では上記の如くクラッド層とは格子整合の
関係に無いIII−V族化合物半導体から構成されてい
るのが通常となっていた。
In a group III nitride semiconductor laser diode (LD), there is also known a structure in which a contact layer made of a group IIIV nitride compound semiconductor is provided above a light emitting portion (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242567). For example, a contact (cont) made of boron phosphide (BP) is formed on a clad layer made of an AlGaN-based mixed crystal layer.
There is known a technique for forming an LD by providing an act) layer (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-242569). In addition, Si
Means of providing a p-type gallium nitride (GaN) contact layer on an upper cladding layer made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N provided on a single crystal substrate has been disclosed (JP-A-11-4).
No. 0850). The lattice constants of Al 0.15 Ga 0.85 N and GaN are different. Therefore, it acts as a good conductive layer for forming an electrode having a low contact resistance, and in particular, LE
In the case of D, the contact layer, which also functions as a current spreading layer for diffusing the element driving current over a wide range of the light emitting portion, has a conventional structure which does not have a lattice matching relationship with the cladding layer as described above. It has been usual to be composed of a group V compound semiconductor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のIII−V族化
合物半導体発光素子のpn接合型DH構造の発光部は上
記の如く格子不整合系の積層構造となっている。このた
め、下部クラッド層を下地層として積層された発光層
は、格子のミスマッチ(mismatch)に起因して
発生するミスフィット転位等の結晶欠陥を多量に含む結
晶性に劣るものとなり、発光強度の増大に支障を来して
いる問題点あった。発光層から出射される発光の強度は
発光層の結晶性が良好である程、高くなる。従って、高
発光強度のIII族窒化物半導体発光素子を得るには、
格子の不整合性に起因する結晶欠陥の密度の低い結晶層
から発光層を構成する必要がある。
As described above, the light emitting portion of the conventional pn junction type DH structure of the group III-V compound semiconductor light emitting device has a lattice mismatched laminated structure. For this reason, the light emitting layer laminated with the lower clad layer as an underlayer has poor crystallinity including a large amount of crystal defects such as misfit dislocations generated due to lattice mismatch, and has a low light emission intensity. There was a problem that hindered the increase. The intensity of light emitted from the light emitting layer increases as the crystallinity of the light emitting layer becomes better. Therefore, in order to obtain a group III nitride semiconductor light emitting device with high emission intensity,
It is necessary to form the light-emitting layer from a crystal layer having a low density of crystal defects caused by lattice mismatch.

【0008】また、発光層と上部クラッド層とが格子整
合の関係にない場合、上部クラッド層の結晶性も乱れた
ものとなる。上部クラッド層の内部にミスフィット転位
等が多量に含まれていると、転位を介して、素子駆動電
流が局所的に且つ集中的に発光層に流通してしまう問題
点がある。下地層となす発光層の結晶性が格子の不整合
性に因り上記の如く粗悪であると、上層の上部クラッド
層の品質も尚更、劣悪なものとなる。このため、発光層
の全面の広範囲に亘り、素子動作電流を分配できず、発
光面積の拡張に支障を来している。発光層の広範囲に亘
り平面的に素子駆動電流を分配するには、結晶品質に優
れる発光層上に、これまた結晶性に優れる上部クラッド
層を積層する必要がある。
When the light emitting layer and the upper cladding layer do not have a lattice matching relationship, the crystallinity of the upper cladding layer is also disturbed. If a large amount of misfit dislocations and the like are contained in the upper cladding layer, there is a problem that the element driving current locally and intensively flows through the light emitting layer via the dislocations. If the crystallinity of the light-emitting layer serving as the underlayer is poor as described above due to the lattice mismatch, the quality of the upper upper cladding layer is even worse. Therefore, the device operating current cannot be distributed over a wide area of the entire surface of the light emitting layer, which hinders expansion of the light emitting area. In order to distribute the device drive current in a planar manner over a wide range of the light emitting layer, it is necessary to stack an upper clad layer having excellent crystallinity on the light emitting layer having excellent crystal quality.

【0009】更に、上部クラッド層が格子不整合に起因
した結晶欠陥を多量に含む品質的に劣る結晶層である
と、その上に、結晶性に優れる電流拡散層を積層するに
難を来す。電流拡散層上に設ける電極から供給される素
子駆動用電流が、電流拡散層に内在するミスフィット転
位等の結晶欠陥を介して局所的に短絡的に上部クラッド
層に流通する事態を招き、しいては、発光面積を充分に
拡張できない不都合が発生する。
Further, if the upper cladding layer is a poor quality crystal layer containing a large amount of crystal defects caused by lattice mismatch, it is difficult to stack a current diffusion layer having excellent crystallinity thereon. . An element driving current supplied from an electrode provided on the current diffusion layer may locally short-circuit to the upper cladding layer via a crystal defect such as a misfit dislocation existing in the current diffusion layer, and Therefore, there arises a problem that the light emitting area cannot be sufficiently expanded.

【0010】高発光強度のIII族窒化物半導体発光素
子を得るには、素子駆動用電流を発光層の広範囲に亘り
拡散できる結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から
発光部を構成する必要がある。また、発光層自体も結晶
性に優れるIII族窒化物半導体層から構成するのが肝
要となる。本発明では、発光部を互いに格子整合の関係
にあるIII族窒化物半導体層から構成することによ
り、格子不整合性に起因して発生する結晶欠陥密度の低
い良質のIII族窒化物半導体層から発光部を構成する
手段を提供する。また、発光部上に設けるコンタクト層
としても好都合に利用できる電流拡散層を発光部の構成
層と格子整合するIII−V族化合物半導体層から構成
して、格子不整合性に因る結晶欠陥を介しての素子駆動
用電流の発光部への短絡的な通流を防止して、発光部へ
略均等に電流を分配できる構成とした高発光強度のSi
基板系III族窒化物半導体LEDを得る技術手段を提
供する。
In order to obtain a group III nitride semiconductor light emitting device having a high light emission intensity, it is necessary to constitute a light emitting portion from a group III nitride semiconductor layer having excellent crystallinity capable of diffusing an element driving current over a wide range of the light emitting layer. is there. It is also important that the light emitting layer itself is formed of a group III nitride semiconductor layer having excellent crystallinity. In the present invention, by forming the light emitting portion from a group III nitride semiconductor layer having a lattice matching relationship with each other, a high quality group III nitride semiconductor layer having a low crystal defect density generated due to lattice mismatch can be obtained. Means for constituting a light emitting unit is provided. In addition, a current diffusion layer which can be conveniently used as a contact layer provided on the light emitting portion is formed of a group III-V compound semiconductor layer which is lattice-matched with a constituent layer of the light emitting portion, so that crystal defects caused by lattice mismatch can be reduced. High emission intensity Si that is configured to prevent short-circuit flow of the element driving current to the light emitting portion through the light emitting portion and distribute the current to the light emitting portion almost uniformly.
Technical means for obtaining a substrate-based group III nitride semiconductor LED are provided.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、(1)
Si単結晶基板と、該基板表面上に設けられたリン
(P)または砒素(As)を構成元素として含むIII
−V族化合物半導体からなる緩衝層と、該緩衝層上に設
けられた含インジウムIII族窒化物半導体からなる発
光層を該発光層に格子整合するp形並びにn形III族
窒化物半導体からなるクラッド層で挟持したpn接合型
ダブルヘテロ接合構造の発光部と、該発光部上に設けら
れたIII−V族化合物半導体からなる電流拡散層とを
少なくとも備えてなる、III族窒化物半導体LEDを
提供する。
That is, the present invention provides (1)
Si single crystal substrate and III containing phosphorus (P) or arsenic (As) provided as constituent elements on the substrate surface
A buffer layer made of a group V compound semiconductor, and a p-type and n-type group III nitride semiconductor which lattice-matches a light emitting layer made of an indium group III nitride semiconductor provided on the buffer layer with the light emitting layer. A group III nitride semiconductor LED comprising at least a light emitting part of a pn junction type double hetero junction structure sandwiched between cladding layers and a current diffusion layer made of a III-V compound semiconductor provided on the light emitting part. provide.

【0012】また本発明では、上記(1)の発明の構成
に加えて、(2)クラッド層を、インジウム組成比(イ
ンジウム濃度)を異にする複数の相(phase)から
なる多相構造の発光層の主体相をなすIII族窒化物半
導体に格子整合するIII族窒化物半導体から構成した
ことを特徴とするIII族窒化物半導体LEDを提供す
る。
In the present invention, in addition to the constitution of the above-mentioned (1), (2) the clad layer has a multi-phase structure composed of a plurality of phases having different indium composition ratios (indium concentrations). Provided is a group III nitride semiconductor LED comprising a group III nitride semiconductor lattice-matched to a group III nitride semiconductor constituting a main phase of a light emitting layer.

【0013】また本発明では、上記(1)または(2)
の発明の構成に加えて、(3)クラッド層を構成するI
II族窒化物半導体と格子整合する、リン(P)または
砒素(As)を構成元素として含むIII−V族化合物
半導体から電流拡散層を構成したことを特徴とするII
I族窒化物半導体LEDを提供する。
In the present invention, the above (1) or (2)
In addition to the constitution of the invention of (1), (3) I forming the cladding layer
A current diffusion layer comprising a group III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element, which is lattice-matched with a group II nitride semiconductor, wherein the current diffusion layer is composed of II.
Provided is a Group I nitride semiconductor LED.

【0014】特に、本発明では、上記(3)に記載の発
明の構成に於いて、クラッド層を立方晶を主体としてな
る窒化ガリウム・インジウム(GaXIn1-XN、但し
0.94≦X≦1)から構成する。この場合、電流拡散
層を窒化リン化硼素(BN1-XX、但し0.97≦X≦
1)から構成するのが好ましい。
In particular, according to the present invention, in the structure of the invention described in the above (3), the cladding layer is made of gallium indium nitride (Ga x In 1 -xN, where 0.94 ≦ X ≦ 1). In this case, the current diffusion layer is made of boron nitride phosphide (BN 1-X P X , where 0.97 ≦ X ≦
It is preferable to configure from 1).

【0015】また、本発明では、上記(3)に記載の発
明の構成に於いて、クラッド層を立方晶を主体としてな
る窒化ガリウム・インジウム(GaXIn1-XN:0.4
3≦X≦1)から構成する。この場合、電流拡散層を窒
化砒化硼素(BN1-XAsX、但し0.77≦X≦1)か
ら構成するのが好ましい。
[0015] In the present invention, in the configuration of the invention described in (3) clad layers cubic nitride gallium indium consisting mainly (Ga X In 1-X N : 0.4
3 ≦ X ≦ 1). In this case, the current spreading layer is preferably made of boron arsenide (BN 1-x As x , where 0.77 ≦ X ≦ 1).

【0016】また、本発明では、上記(3)に記載の発
明の構成に加えて、クラッド層を窒素組成比を0.97
とする立方晶を主体としてなる窒化リン化ガリウム(G
aN0. 970.03)から構成する。或いは、クラッド層を
窒素組成比を0.98とする立方晶を主体としてなる窒
化砒化ガリウム(GaN0.98As0.02)から構成する。
この場合、電流拡散層をリン化硼素(BP)から構成す
るのが好ましい。
According to the present invention, in addition to the constitution of the invention described in the above (3), the cladding layer has a nitrogen composition ratio of 0.97.
Gallium nitride phosphide (G
It consists of aN 0. 97 P 0.03). Alternatively, the clad layer of nitrogen composition ratio cubic nitride gallium arsenide consisting mainly to 0.98 (GaN 0.98 As 0.02).
In this case, the current spreading layer is preferably made of boron phosphide (BP).

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施形態では、n
形またはp形の低抵抗Si単結晶を基板としてIII族
窒化物半導体LED用途の積層構造体を構成する。比抵
抗(抵抗率)にして数ミリオーム・センチメートル(m
Ω・cm)或いはそれ以下の良導性のSi単結晶は基板
として好適に利用できる。例えば、リン(P)或いは砒
素(As)またはアンチモン(Sb)を添加した低抵抗
のn形Si単結晶を基板として所謂、n−サイドアップ
(side−up)型LED用途の積層構造体を構成す
る。また、例えば、硼素(B)を添加した低抵抗のp形
Si単結晶を基板とすれば、p−サイドアップ型のLE
D用途の積層構造体が構成できる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a first embodiment of the present invention, n
A stacked structure for use in a group III nitride semiconductor LED is formed using a low-resistance or single-crystal Si single crystal as a substrate. A few milliohm-centimeters (m
(Ω · cm) or less, and a Si single crystal having good conductivity can be suitably used as a substrate. For example, a laminated structure for a so-called n-side-up type LED is formed using a low-resistance n-type Si single crystal to which phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb) is added as a substrate. I do. For example, if a low-resistance p-type Si single crystal to which boron (B) is added is used as a substrate, a p-side-up type LE
A laminated structure for application D can be configured.

【0018】Si単結晶基板の面方位は{100}、
{110}または{111}等から選択できる。これら
低ミラー指数面より角度に数度から数十度の範囲で傾斜
した面方位を有するSi単結晶も基板として利用でき
る。{111}結晶面は、{100}結晶面に比較して
Si原子が稠密に存在している。このため、{111}
−Si単結晶では、リン(P)または砒素(As)のS
i単結晶内への拡散、侵入が有効に抑制され、リン
(P)または砒素(As)を含むIII−V族化合物半
導体からなる緩衝層を成膜するに好都合となる。{31
1}や{511}等の高次のミラー指数面を有するSi
単結晶もリン(P)や砒素(As)のチャネリング(c
hanneling)如きのSi単結晶基板への侵入を
抑制するに効果がある。しかし、基板表面の面方位を反
映して上層の成長方位も高次なものとなり、個別のLE
Dへの裁断が複雑となるなどの不都合を生ずる場合があ
る。
The plane orientation of the Si single crystal substrate is {100},
It can be selected from {110} or {111}. A Si single crystal having a plane orientation inclined from several degrees to several tens degrees from the low Miller index plane can also be used as the substrate. The {111} crystal plane has denser Si atoms than the {100} crystal plane. Therefore, {111}
-Si single crystal, phosphorus (P) or arsenic (As) S
Diffusion and intrusion into the i-single crystal are effectively suppressed, which is convenient for forming a buffer layer made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As). $ 31
Si having high-order Miller index plane such as 1} or {511}
Single-crystal channeling of phosphorus (P) or arsenic (As) (c)
This is effective in suppressing intrusion into the Si single crystal substrate such as in the case of conducting a channeling process. However, the growth orientation of the upper layer is also higher, reflecting the plane orientation of the substrate surface.
There may be inconveniences such as complicated cutting into D.

【0019】Si単結晶基板上に設ける緩衝(buff
er)層はリン(P)または砒素(As)を含むIII
−V族化合物半導体から構成する。例えば、リン化硼素
(BP)または砒化硼素(BAs)などから構成する。
その他、緩衝層を構成する材料として、Si単結晶(格
子定数=5.4309Å)と同一の格子定数を有する窒
化リン化ガリウム混晶(GaN0.020.98)、窒化砒化
ガリウム混晶(GaN0. 19As0.81)、リン化硼素ガリ
ウム混晶(B0.02Ga0.98P)(特開平11−2660
06号公報)、及び砒化硼素ガリウム混晶(B0.25Ga
0.75As)(特開平11−260720号公報)等から
構成できる。また、インジウム(In)を構成元素とし
て含むリン化硼素インジウム混晶(B0.33In0.67P)
及び砒化硼素インジウム混晶等(B0.40In0.60As)
から構成できる。また、立方晶の窒化リン化インジウム
混晶(InN0.490.51)及び窒化砒化インジウム混晶
(InN0.58As0.42)から構成できる。これらの混晶
は、Si単結晶と格子整合するため、格子不整合に起因
する結晶欠陥の少ない良質の緩衝層が構成できる。緩衝
層の伝導形は基板伝導形に合致させるのが望ましい。
A buffer (buff) provided on a Si single crystal substrate
er) layer contains phosphorus (P) or arsenic (As) III
-It is made of a Group V compound semiconductor. For example, it is composed of boron phosphide (BP) or boron arsenide (BAs).
In addition, as a material constituting the buffer layer, a gallium phosphide mixed crystal (GaN 0.02 P 0.98 ) or a gallium arsenide mixed crystal (GaN 0.04 ) having the same lattice constant as a Si single crystal (lattice constant: 5.4309 °) . 19 As 0.81 ), gallium boron gallium phosphide mixed crystal (B 0.02 Ga 0.98 P) (JP-A-11-2660)
06 No.), and arsenide boron gallium mixed crystal (B 0.25 Ga
0.75 As) (JP-A-11-260720). Further, a mixed crystal of indium boron phosphide containing indium (In) as a constituent element (B 0.33 In 0.67 P)
And mixed crystals of indium boron arsenide (B 0.40 In 0.60 As)
Can be composed of Further, it can be composed of a cubic indium nitride phosphide mixed crystal (InN 0.49 P 0.51 ) and an indium nitride arsenide mixed crystal (InN 0.58 As 0.42 ). Since these mixed crystals are lattice-matched with the Si single crystal, a high-quality buffer layer with few crystal defects due to lattice mismatch can be formed. Preferably, the conductivity type of the buffer layer matches the substrate conductivity type.

【0020】Si単結晶とは格子定数を異にする例え
ば、リン化硼素(BP)や砒化硼素(BAs)の場合、
比較的低温で成長させると、Si単結晶との格子ミスマ
ッチ(mismatch)を緩和して結晶性に優れるI
II族窒化物半導体層をもたらす作用を発揮する緩衝層
が構成できる。例えば、250℃以上500℃以下の比
較的低温で成膜したBP低温緩衝層は、約16%に及ぶ
Si単結晶との格子ミスマッチ(「日本結晶成長学会
誌」、Vol.24,No.2(1997)、150頁
参照)を緩和して、ミスフィット転位等の結晶欠陥密度
の少ない良質の多層構造体の構成層をもたらすに効果を
奏する。低温緩衝の層厚としては、一般に数ナノメータ
(nm)から数十nmが適する。薄膜の低温緩衝層にも
Si単結晶基板と同一の伝導性が得られる様に不純物ド
ーピングを施すと、LEDにあっては、順方向電圧(V
f)の低減に効果が挙げられる。BP低温緩衝層上に、
低温緩衝層の成長温度よりも高温の750℃〜1200
℃で成長させたBP高温層を重層させて全体として緩衝
層を構成する技術手段もある(米国特許6069021
号参照)。
For example, in the case of boron phosphide (BP) or boron arsenide (BAs) having a different lattice constant from the Si single crystal,
When grown at a relatively low temperature, lattice mismatch (mismatch) with the Si single crystal is alleviated, and the I
A buffer layer having an effect of providing a group II nitride semiconductor layer can be configured. For example, a BP low-temperature buffer layer formed at a relatively low temperature of 250 ° C. or more and 500 ° C. or less has a lattice mismatch with an Si single crystal of about 16% (“Journal of the Japan Society for Crystal Growth”, Vol. 24, No. 2). (1997, p. 150), which is effective in providing a high-quality multi-layered structure having a low density of crystal defects such as misfit dislocations. Generally, several nanometers (nm) to several tens of nm are suitable as the layer thickness of the low-temperature buffer. Impurity doping is applied to the thin film low-temperature buffer layer so as to obtain the same conductivity as that of the Si single crystal substrate.
This is effective in reducing f). On the BP cold buffer layer,
750 ° C. to 1200 which is higher than the growth temperature of the low-temperature buffer layer
There is also a technical means in which a BP high-temperature layer grown at ℃ is overlaid to constitute a buffer layer as a whole (US Pat. No. 6,069,021).
No.).

【0021】緩衝層上には、pn接合型ヘテロ接合の発
光部の一構成層である下部クラッド層を積層する。下部
クラッドの伝導形はSi単結晶基板及び緩衝層の伝導形
に合致させるのが通例である。クラッド層を緩衝層と格
子整合するIII族窒化物半導体から構成すると、格子
ミスマッチに起因して発生する結晶欠陥密度が低く結晶
性に優れるIII族窒化物半導体から発光部を構成でき
る。例えば、n形またはp形リン化硼素(格子定数=
4.531Å)緩衝層上には、窒素組成比を0.97
(=97%)とする立方晶の窒化リン化ガリウム(Ga
0.970.03)なる下部クラッド層を積層する。また、
BP層とGaN0.970.03の各層を交互に重層させた多
層構造からなる緩衝層上に設けたGaN0.970.03から
は、緩衝層に格子整合する下部クラッド層を構成でき
る。この多層構造は、それを構成する各層の層厚(n
m)を、発光波長(λ:nm)と屈折率(n)との関係
式λ/(4・n)で与えられる値に合致させるとブラッ
グ反射層(伊賀、小山共著、「面発光レーザ」(199
0年9月25日、(株)オ−ム社発行第1版第1刷、1
18〜119頁参照)としても利用できる。また、砒化
硼素(格子定数=4.777Å)緩衝層上には、窒素組
成比を0.72とする立方晶のGaN0.720.28を下部
クラッド層として積層できる。
On the buffer layer, a lower clad layer, which is a constituent layer of a light emitting portion of a pn junction type heterojunction, is laminated. The conduction type of the lower cladding is usually matched to the conduction type of the Si single crystal substrate and the buffer layer. When the cladding layer is made of a group III nitride semiconductor lattice-matched to the buffer layer, the light emitting unit can be made of a group III nitride semiconductor having a low crystal defect density and a high crystallinity due to a lattice mismatch. For example, n-type or p-type boron phosphide (lattice constant =
4.531Å) The nitrogen composition ratio is 0.97 on the buffer layer.
(= 97%) cubic gallium nitride phosphide (Ga
N 0.97 P 0.03 ). Also,
From BP layer and the GaN 0.97 P 0.03 provided the GaN 0.97 buffer layer of each layer of the P 0.03 a multilayer structure with layered alternately can be configured a lower cladding layer lattice-matched to the buffer layer. This multilayer structure has a layer thickness (n
m) is matched to the value given by the relational expression λ / (4 · n) between the emission wavelength (λ: nm) and the refractive index (n), the Bragg reflection layer (Iga and Koyama, “Surface emitting laser”) (199
September 25, 0, 1st Edition, 1st Edition, 1st Edition
(See pages 18 to 119). On the boron arsenide (lattice constant = 4.777 °) buffer layer, cubic GaN 0.72 P 0.28 having a nitrogen composition ratio of 0.72 can be laminated as a lower cladding layer.

【0022】下部クラッド層上には、下部クラッド層と
格子整合するIII族窒化物半導体からなる発光(活
性)層を積層する。例えば、BP緩衝層と格子整合を果
たす立方晶GaN0.970.03(格子定数=4.538
Å)からなる下部クラッド層上には、インジウム(I
n)組成比を0.10とする窒化ガリウム・インジウム
(Ga 0.90In0.10N)を発光層として積層する。下部
クラッド層と格子整合の関係にあるIII族窒化物半導
体から発光層を構成すれば、ミスフィット転位等の結晶
欠陥密度の低い結晶性に優れる発光層がもたらされる利
点がある。また、例えば、BAs緩衝層と格子整合する
立方晶GaN0.720.28(格子定数=4.777Å)上
には、インジウム組成比を0.43とするGa0.57In
0.43N発光層を積層させる。上記の様な下部クラッド層
の構成材料から障壁(barrier)層を、また、発
光層構成材料から井戸(well)層を各々、構成して
なした単一量子井戸(SQW)または多重量子井戸(M
QW)構造を発光層として利用することもできる。この
場合、井戸層と障壁層とは互いに格子整合するため、結
晶性に優れる井戸層を保有する発光層がもたらされる。
このため、発光強度の増大を果たすに効果が奏される。
On the lower cladding layer, a lower cladding layer
Light emission (active) composed of a lattice-matched group III nitride semiconductor
Layer). For example, lattice matching with the BP buffer layer is achieved.
Addition cubic GaN0.97P0.03(Lattice constant = 4.538
Indium (I)
n) Gallium indium nitride having a composition ratio of 0.10.
(Ga 0.90In0.10N) as a light emitting layer. beneath
III-nitride semiconductor in lattice matching with cladding layer
If the light-emitting layer is composed of the body, crystals such as misfit dislocations
An advantage is that a light emitting layer with low defect density and excellent crystallinity is provided.
There is a point. Further, for example, lattice matching with the BAs buffer layer is performed.
Cubic GaN0.72P0.28(Lattice constant = 4.777 °)
Contains Ga with an indium composition ratio of 0.43.0.57In
0.43An N light emitting layer is laminated. Lower cladding layer as above
A barrier layer from the material of the
Each well layer is formed from an optical layer constituent material.
A single quantum well (SQW) or multiple quantum well (M
The QW) structure can be used as a light emitting layer. this
In this case, since the well layer and the barrier layer are lattice-matched to each other,
A light emitting layer having a well layer with excellent crystallinity is provided.
For this reason, an effect is achieved in increasing the light emission intensity.

【0023】発光層は不純物を故意に添加していないア
ンドープ(undope)層から構成できる。また、p
形及びn形の不純物をドーピングしたIII族窒化物半
導体から構成できる。n形或いはp形緩衝層または下部
クラッド層を得る場合と同様に、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)がp形ドーパント
として使用できる。n形ドーパントの例には、Siや錫
(Sn)等の第IV族元素或いは硫黄(S)、セレン
(Se)、テルル(Te)等の第VI族元素が使用でき
る。炭素(C)等の両性不純物もドーパントとして利用
できる。緩衝層並びに下部クラッド層には、例えばLE
Dにあって順方向電圧(Vf)の徒な増加を来さない程
度のキャリア濃度を顕現する様に不純物が添加されてい
るのが望ましい。キャリア濃度としては概ね、5×10
17cm-3以上、5×1019cm-3以下の範囲が適する。
約5×1019cm-3を越える高いキャリア濃度を得んが
ために多量に不純物をドーピングすると緩衝層或いはク
ラッド層を構成する結晶層に歪みが発生する場合があ
る。このため、緩衝層と下部クラッド層間で、或いは下
部クラッド層間の良好な格子整合性が維持できなくな
り、結晶性に優れる下部クラッド層または発光層を得る
に不都合となる。
The light emitting layer can be composed of an undoped layer to which no impurity is intentionally added. Also, p
It can be made of a group III nitride semiconductor doped with n-type and n-type impurities. As in the case of obtaining an n-type or p-type buffer layer or a lower cladding layer, beryllium (Be),
Magnesium (Mg) or zinc (Zn) can be used as the p-type dopant. Examples of the n-type dopant include Group IV elements such as Si and tin (Sn) or Group VI elements such as sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te). Amphoteric impurities such as carbon (C) can also be used as dopants. For the buffer layer and the lower cladding layer, for example, LE
It is preferable that impurities are added to D so as to exhibit a carrier concentration that does not cause a sudden increase in the forward voltage (Vf). The carrier concentration is approximately 5 × 10
A range of 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less is suitable.
If a large amount of impurities are doped in order to obtain a high carrier concentration exceeding about 5 × 10 19 cm −3 , distortion may occur in the crystal layer constituting the buffer layer or the cladding layer. Therefore, good lattice matching between the buffer layer and the lower clad layer or between the lower clad layers cannot be maintained, which is inconvenient for obtaining a lower clad layer or a light emitting layer having excellent crystallinity.

【0024】発光層のキャリア濃度としては大凡、5×
1016cm-3〜5×1018cm-3の範囲が適する。この
範囲のキャリア濃度は、不純物をさして多量にドーピン
グすることもなく帰結できる。このため、下部クラッド
層との格子整合性を乱すことなく良質の発光層がもたら
される。量子井戸構造からなる発光層の場合、酸素
(O)を含む高抵抗のIII族窒化物半導体薄層は障壁
層等としても利用できる。
The carrier concentration of the light emitting layer is approximately 5 ×
A range of 10 16 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 is suitable. A carrier concentration in this range can be obtained without doping a large amount of impurities. For this reason, a high-quality light emitting layer can be provided without disturbing the lattice matching with the lower cladding layer. In the case of a light emitting layer having a quantum well structure, a high-resistance group III nitride semiconductor thin layer containing oxygen (O) can be used as a barrier layer or the like.

【0025】本発明の第2の実施形態では、発光層を多
相構造の含インジウム窒化物半導体から構成する。含イ
ンジウム窒化物半導体には、窒化硼素・インジウム(B
XIn1 -XN、但し0≦X<1)、窒化アルミニウム・イ
ンジウム(AlXIn1-XN、但し0≦X<1)、窒化ガ
リウム・インジウム(GaXIn1-XN、但し0≦X<
1)等一般式BαAlβGaγInδN(0≦α、β、
γ≦1、0<δ≦1、 α+β+γ+δ=1)で表記さ
れるIII族窒化物半導体が例示できる。また、窒素
(N)と窒素(N)とは別の例えば、リン(P)や砒素
(As)等の第V族元素を構成元素として含む一般式B
αAlβGaγInδ1-ZZ(0≦α、β、γ≦1、
0<δ≦1、 α+β+γ+δ=1、0<Z<1)で表
記されるIII族窒化物半導体も含インジウム窒化物半
導体である。これには、例えば、立方晶の窒化リン化イ
ンジウム(InN1-ZZ:0<Z<1)、立方晶の窒化
リン化ガリウム・インジウム(GaαInβ1-ZZ
但し0≦α≦1、0<β≦1、α+β=1、0<Z<
1)、立方晶の窒化砒化インジウム(InN1-ZAsZ
0<Z<1)、または立方晶の窒化砒化ガリウム・イン
ジウム(GaαInβ1-ZAsZ、但し0≦α≦1、0
<β≦1、α+β=1、0<Z<1)等から構成でき
る。混晶の組成比は下部クラッド層を格子整合を果たせ
る組成に設定する。
In the second embodiment of the present invention, the light emitting layer is made of an indium nitride semiconductor having a multiphase structure. Indium-containing nitride semiconductors include boron nitride and indium (B
X In 1 -X N, where 0 ≦ X <1; aluminum indium nitride (Al X In 1-X N, where 0 ≦ X <1); gallium indium nitride (Ga X In 1-X N, where 0 ≦ X <
1) The general formula B α Al β Ga γ In δ N (0 ≦ α, β,
Group III nitride semiconductors represented by γ ≦ 1, 0 <δ ≦ 1, α + β + γ + δ = 1) can be exemplified. In addition, nitrogen (N) and a general formula B containing a group V element other than nitrogen (N), such as phosphorus (P) or arsenic (As), as a constituent element
α Al β Ga γ In δ N 1 -Z M Z (0 ≦ α, β, γ ≦ 1,
Group III nitride semiconductors represented by 0 <δ ≦ 1, α + β + γ + δ = 1, and 0 <Z <1) are also indium nitride semiconductors. These include, for example, cubic indium phosphide nitride (InN 1-Z P Z: 0 <Z <1), cubic gallium phosphide, indium nitride (Ga α In β N 1- Z P Z,
Where 0 ≦ α ≦ 1, 0 <β ≦ 1, α + β = 1, 0 <Z <
1), cubic indium arsenide nitride (InN 1 -Z As Z :
0 <Z <1) or cubic gallium arsenide indium nitride, (Ga α In β N 1 -Z As Z, where 0 ≦ α ≦ 1,0
<Β ≦ 1, α + β = 1, 0 <Z <1), etc. The composition ratio of the mixed crystal is set so that the lower clad layer can achieve lattice matching.

【0026】上記の如くの含インジウム化合物半導体か
らなる多相構造の発光層とは、インジウムの組成または
濃度を異にする複数のドメイン(domain)或いは
相(phase)からなることを指す(特開平10−5
6202号公報)。多相構造の発光層にあって、空間的
に大きな占有率を有する相を主体相(matrix p
hase)と称する。主体相の中には、微小な結晶粒等
の形態をもって存在する相がある。例えば、直径を概し
て、数nmから数十nmとする量子ドット(dot)状
の形態で存在する微結晶体がある。これを従属相(su
bsidaryphase)と仮称する。発光層を多相
構造のIII族窒化物半導体層から構成することの利点
は高強度の発光が得られることによる(上記の特開平1
0−56202号公報)。従属相は主体相に比較してイ
ンジウム組成または濃度を大とするのが通例である。ま
た、従属相の相互でもインジウム組成または濃度を相違
するのが一般である。
The light-emitting layer having a multiphase structure made of an indium-containing compound semiconductor as described above indicates that the light-emitting layer is composed of a plurality of domains or phases having different indium compositions or concentrations. 10-5
No. 6202). In the light emitting layer having a multiphase structure, a phase having a large spatial occupancy is defined as a main phase (matrix p
hase). Some of the main phases exist in the form of fine crystal grains or the like. For example, there is a microcrystal that exists in the form of a quantum dot (dot) having a diameter of several nm to several tens nm. This is called the dependent phase (su
bsidaryphase). The advantage of forming the light-emitting layer from a group III nitride semiconductor layer having a multiphase structure is that high-intensity light emission is obtained (see Japanese Patent Application Laid-open No.
0-56202). The dependent phase typically has a higher indium composition or concentration as compared to the main phase. In general, the indium composition or concentration differs between the dependent phases.

【0027】多相構造からなる発光層では、主体相中に
従属的に散在する従属相のインジウム組成比或いは濃度
の差異に主に起因して主たる発光に加えて副次的な発光
が発生する場合がある。副次的な発光が発生すると単色
性を欠いた発光がもたらされ不都合となる。係る様な副
次的な発光は、発光層の成長後に於いて適切な冷却速度
の冷却過程を経由させて、従属相の大きさ(体積)の画
一化を達成することにより回避することができる(特開
平10−313133号公報)。
In the light emitting layer having a multiphase structure, secondary light emission occurs in addition to main light emission mainly due to the difference in indium composition ratio or concentration of the subordinate phase scattered subordinately in the main phase. There are cases. When secondary light emission occurs, light emission lacking in monochromaticity is brought about, which is inconvenient. Such secondary light emission can be avoided by achieving a uniform size (volume) of the dependent phase through a cooling process with an appropriate cooling rate after the growth of the light emitting layer. (JP-A-10-313133).

【0028】また、第2の実施形態では、多相構造をな
す主体相に対して格子整合するIII族窒化物半導体か
らクラッド層を構成する。多相構造発光層内で空間的に
占有する体積の微小な従属相に格子整合するIII−V
族化合物半導体からクラッド層を構成しても、発光層の
全般に対して充分に良好な格子整合性を発揮するクラッ
ド層は構成できない。また、従属相は主体相に比して、
インジウム組成比が大であるため、禁止帯幅(band
gap)は小さい。このため、従属相と格子整合する
III族窒化物半導体からクラッド層を構成すると、主
体相に対する禁止帯幅の差異が、従属相とのそれに比べ
てより小となる場合がある。このため、主体相に対して
は、充分なクラッド作用が発揮できない場合がある。一
方、主体相について格子整合をなすIII族窒化物半導
体からは、発光層は主体相を主として構成されているた
め、全般として発光に良好な格子整合性をなすクラッド
層が構成できる。また、従属相よりも禁止帯幅を大とす
る主体相を基準にしてクラッド作用を及ぼすIII−V
族化合物半導体からクラッド層を構成すれば、従属相に
対してもクラッド作用を果すことができる。従って、本
発明の第2の実施形態では、多相構造の発光層の主体相
に対し格子整合するIII−V族化合物半導体からクラ
ッド層を構成することとする。此処で云うクラッド層と
は、単一(single)ヘテロ構造の発光部では、発
光層の一面に接合するクラッド層である。また、ダブル
ヘテロ(DH)接合構造の発光部では、発光層の両面に
接合している上部、下部クラッド層を指す。
In the second embodiment, the cladding layer is made of a group III nitride semiconductor lattice-matched to the main phase having a multiphase structure. III-V lattice-matched to a sub-phase with a small volume that occupies spatially in the multi-phase structured light-emitting layer
Even if the cladding layer is formed from a group III compound semiconductor, a cladding layer exhibiting sufficiently satisfactory lattice matching with the entire light emitting layer cannot be formed. In addition, the dependent phase is
Due to the large indium composition ratio, the band gap (band)
gap) is small. Therefore, when the cladding layer is made of a group III nitride semiconductor lattice-matched with the dependent phase, the difference in the band gap with respect to the main phase may be smaller than that with the dependent phase. For this reason, a sufficient cladding effect may not be exerted on the main phase in some cases. On the other hand, from a group III nitride semiconductor that forms a lattice match with the main phase, the light emitting layer is mainly composed of the main phase, so that a cladding layer that generally has good lattice matching for light emission can be formed. In addition, III-V which exerts a cladding action on the basis of the main phase having a larger band gap than the dependent phase.
If the cladding layer is made of a group III compound semiconductor, the cladding function can also be performed on the subordinate phase. Therefore, in the second embodiment of the present invention, the cladding layer is made of a III-V compound semiconductor lattice-matched to the main phase of the light emitting layer having a multiphase structure. The cladding layer referred to here is a cladding layer that is bonded to one surface of the light emitting layer in a light emitting portion having a single hetero structure. In the light emitting portion having a double hetero (DH) junction structure, it refers to upper and lower cladding layers joined to both surfaces of the light emitting layer.

【0029】本発明の第3の実施形態では、発光部上に
設ける電流拡散層を、上部クラッド層を構成するIII
族窒化物半導体と格子整合する、リン(P)または砒素
(As)を構成元素として含むIII−V族化合物半導
体から構成する。例えば、n形またはp形のGaN0.97
0.03(格子定数=4.538Å)からなる上部クラッ
ド層上には同じくn形またはp形のGaN0.970.03
らなる電流拡散層を設ける。上部クラッド層と電流拡散
層の伝導形は一致させる。また、n形またはp形GaN
0.970.03からなる上部クラッド層に格子整合するリン
化硼素(BP:格子定数=4.538Å)からn形また
はp形の電流拡散層を構成する。上部クラッド層に格子
整合する材料から構成された電流拡散層は、格子不整合
に起因して発生するミスフィット転位等の結晶欠陥密度
の小さい良質の結晶層となる。このため、転位等の結晶
欠陥を介して素子駆動用電流が発光部に短絡的に且つ局
所的に流通するのを抑制できる。また、発光部の略全面
の広範囲に亘りに駆動用電流を拡散でき、しいては発光
面積の拡張が達成される。なお、本発明で上部クラッド
層と電流拡散層は格子不整合度が±1%、望ましくは±
0.5%の範囲で格子整合していればよく、クラッド層
ないし電流拡散層の組成は上記の範囲で格子整合する範
囲でばらつきがあってもよい。
In the third embodiment of the present invention, the current diffusion layer provided on the light emitting portion is formed by using the III that constitutes the upper cladding layer.
It is made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element, which lattice-matches with a group nitride semiconductor. For example, n-type or p-type GaN 0.97
A current diffusion layer of n-type or p-type GaN 0.97 P 0.03 is also provided on the upper cladding layer of P 0.03 (lattice constant = 4.538 °). The conduction types of the upper cladding layer and the current spreading layer are matched. N-type or p-type GaN
An n-type or p-type current diffusion layer is formed from boron phosphide (BP: lattice constant = 4.538 °) lattice-matched to the upper cladding layer made of 0.97 P 0.03 . The current spreading layer made of a material lattice-matched to the upper cladding layer becomes a high-quality crystal layer having a low density of crystal defects such as misfit dislocations generated due to lattice mismatch. For this reason, it is possible to suppress the element driving current from flowing short-circuited and locally to the light emitting portion via crystal defects such as dislocations. Further, the driving current can be diffused over a wide area of substantially the entire surface of the light emitting section, and the light emitting area can be expanded. In the present invention, the lattice mismatch between the upper cladding layer and the current diffusion layer is ± 1%, preferably ± 1%.
It is sufficient that the lattice matching is performed within the range of 0.5%, and the composition of the cladding layer or the current diffusion layer may vary within the range where the lattice matching is performed in the above range.

【0030】電流拡散層は、素子駆動用電流を発光部の
広範囲に均等に分散できる様な低抵抗層であるのが好ま
しい。キャリア濃度に換算して5×1017cm-3以上
で、より好ましくは1×1018cm-3以上で約1×10
20cm-3以下とする。約1×10 20cm-3を越える高キ
ャリア濃度となる様に不純物が過剰にドーピングされた
結晶層は、ドーピング不純物と結晶層の構成原子との原
子半径の差異に主に起因して発生する歪や転位等を含む
ものとなる。素子駆動電流は転位等の結晶欠陥を介して
短絡的に発光部へ流入することとなり、発光面積を拡張
するに支障を来す。電流拡散層をオーミック電極形成用
のコンタクト層を兼用する層として設ける構成を考慮す
ると、電流拡散層の層厚は大凡、20nm以上であるの
が望ましい。約20nm未満の薄層とすると、オーミッ
ク電極を構成する金属材料が発光部に侵入して、発光部
構成層と直接的に接触してしまう場合がある。このた
め、素子駆動用電流が電流拡散層内を平面的に拡散して
通流するのではなく、発光部へ短絡的に流通する事態を
招き、発光面積が充分に拡張されない不都合を生ずる。
電極を構成材料の浸透を電流拡散層内に止めておくため
に、電流拡散層の層厚は約50nm以上とするのがより
望ましい。電流拡散層のキャリア濃度と層厚の乗算値
(=N×D)が大である程、得られる電流拡散の効果は
大きい。換言すれば、キャリア濃度(N:単位cm-3
が高い程、電流拡散層の層厚(D)を薄層としても略同
等の電流拡散の効果が得られる。
The current diffusion layer supplies an element driving current to the light emitting portion.
A low resistance layer that can be evenly distributed over a wide area is preferred.
New 5 × 10 in terms of carrier concentration17cm-3that's all
And more preferably 1 × 1018cm-3About 1 × 10
20cm-3The following is assumed. About 1 × 10 20cm-3Higher than
Impurities were excessively doped to achieve carrier concentration
The crystal layer is the source of doping impurities and the constituent atoms of the crystal layer.
Includes distortions and dislocations mainly caused by differences in element radii
It will be. The device drive current passes through crystal defects such as dislocations
It flows into the light emitting part in a short-circuit, expanding the light emitting area
It hinders you from doing so. Current spreading layer for forming ohmic electrode
Consider the configuration provided as a layer that also serves as the contact layer of
Then, the thickness of the current spreading layer is approximately 20 nm or more.
Is desirable. With a thin layer less than about 20 nm, ohmic
The metal material that forms the contact electrode enters the light-emitting section,
It may come into direct contact with the constituent layers. others
Therefore, the element driving current diffuses in the current diffusion layer
Instead of flowing through the light-emitting part,
This causes a disadvantage that the light emitting area is not sufficiently expanded.
In order to keep the electrode from penetrating the constituent material into the current diffusion layer
In addition, it is more preferable that the thickness of the current diffusion layer be about 50 nm or more.
desirable. Multiplied value of carrier concentration and layer thickness of current diffusion layer
(= N × D) is larger, the obtained current diffusion effect is
large. In other words, the carrier concentration (N: cm)-3)
Is higher, the thickness (D) of the current spreading layer is substantially the same even when the layer is thinner.
And the like, and the effect of current diffusion can be obtained.

【0031】また、発光層から出射される発光を外部に
効率的に取り出すために、発光波長に対応するよりも大
きな禁止帯幅の材料から構成するのが望ましい。III
−V族化合物半導体にあって、V族構成元素をリン
(P)または砒素(As)とする半導体結晶は、アンチ
モン(Sb)を構成元素とする結晶に比較して高い禁止
幅を有している(寺本 巌著、「半導体デバイス概論」
(1995年3月30日、(株)培風館発行初版、28
頁参照)。従って、リン(P)または砒素(As)をV
族構成元素として含有するIII−V族化合物半導体か
らは発光を外部に透過する窓(window)層の役目
も担う電流拡散層を好都合に構成できる。
In order to efficiently extract the light emitted from the light emitting layer to the outside, it is desirable that the light emitting layer is made of a material having a larger band gap than the light emitting wavelength. III
-In a group V compound semiconductor, a semiconductor crystal in which the group V constituent element is phosphorus (P) or arsenic (As) has a higher forbidden width than a crystal in which antimony (Sb) is a constituent element. (Iwao Teramoto, "Introduction to Semiconductor Devices")
(March 30, 1995, first edition published by Baifukan Co., Ltd., 28
Page). Therefore, phosphorus (P) or arsenic (As) is converted to V
From the group III-V compound semiconductor contained as a group-constituting element, a current diffusion layer also serving as a window layer for transmitting light emission to the outside can be conveniently formed.

【0032】本発明の第4の実施形態では、特に、クラ
ッド層を立方晶を主体としてなる窒化ガリウム・インジ
ウム(GaXIn1-XN)から構成する。この場合、電流
拡散層を窒化リン化硼素(BN1-XX)から構成するの
が好ましい。立方晶を主体としてなるとは、立方晶の占
有する体積が全体の概ね、90%以上であることをい
う。他の構成要素は六方晶(hexagonal)のG
aInN結晶である。結晶層内の立方晶の体積占有率
は、例えば精密X線回折法を利用して解析できる。立方
晶のGaXIn1-XNと立方晶BN1-XXの格子定数が合
致する範囲は、GaXIn1-XNにあって0.94≦X≦
1の範囲であり、また、BN1-XXにあって0.97≦
X≦1の範囲である。クラッド層と格子整合の関係にあ
る結晶層から、ミスフィット転位等の結晶欠陥密度の小
さい良質の電流拡散層が構成できる。このため、結晶性
に優れる電流拡散層が構成できるため、素子駆動電流の
発光部への短絡的な流通を抑制して、発光部の略全面に
均等の駆動用電流を拡散するに効果が奏される。
In the fourth embodiment of the present invention, in particular, the clad layer is made of gallium indium nitride (Ga X In 1 -XN) mainly composed of cubic crystals. In this case, it is preferable that the current diffusion layer is formed of boron nitride phosphide (BN 1-X P X ). Mainly cubic means that the volume occupied by the cubic is about 90% or more of the whole. The other component is hexagonal G
aInN crystal. The volume occupancy of the cubic crystals in the crystal layer can be analyzed using, for example, a precise X-ray diffraction method. Range, 0.94 ≦ X ≦ In the Ga X In 1-X N where the lattice constant of the cubic Ga X In 1-X N and cubic BN 1-X P X matches
1, and in BN 1-X P X , 0.97 ≦
X ≦ 1. From the crystal layer having a lattice matching relationship with the cladding layer, a high-quality current diffusion layer having a small crystal defect density such as misfit dislocation can be formed. For this reason, a current spreading layer having excellent crystallinity can be formed, so that the short-circuit flow of the element driving current to the light emitting portion is suppressed, and the effect is obtained that the driving current is spread evenly over substantially the entire surface of the light emitting portion. Is done.

【0033】本発明の第5の実施形態では、特に、クラ
ッド層を立方晶を主体としてなる窒化ガリウム・インジ
ウム(GaXIn1-XN)から構成する。この場合、電流
拡散層を窒化砒化硼素(BN1-XAsX)から構成してI
II族窒化物半導体LEDを得るのが好ましい。立方晶
のGaXIn1-XNと立方晶BN1-XAsXの格子定数が合
致する範囲は、GaXIn1-XNにあって0.43≦X≦
1の範囲であり、また、BN1-XAsXにあって0.77
≦X≦1の範囲である。クラッド層と格子整合するBN
1-XAsXからは、良質の電流拡散層が構成できるため、
素子駆動電流の発光部への短絡的な流通を抑制して、発
光部の略全面に均等の駆動用電流を拡散するに効果が奏
される。
In the fifth embodiment of the present invention, in particular, the cladding layer is made of gallium indium nitride (Ga x In 1 -xN) mainly composed of cubic crystals. In this case, the current spreading layer is made of boron arsenide (BN 1-x As x ) and
It is preferable to obtain a group II nitride semiconductor LED. The range in which the lattice constants of cubic Ga X In 1 -X N and cubic BN 1 -X As X match is 0.43 ≤ X ≤ Ga X In 1 -X N
1, and 0.77 in BN 1-X As X
≦ X ≦ 1. BN lattice-matched with cladding layer
From 1-X As X , a good quality current spreading layer can be constructed.
This is effective in suppressing the short-circuit flow of the element driving current to the light emitting unit and diffusing a uniform driving current over substantially the entire surface of the light emitting unit.

【0034】本発明の第6の実施形態では、クラッド層
を窒素組成比を0.97とする立方晶を主体としてなる
窒化リン化ガリウム(GaN0.970.03)から構成す
る。この場合、電流拡散層をリン化硼素(BP)から構
成して、III族窒化物半導体LEDを得るのが好まし
い。リン化硼素(BP)はGaN0.970.03に格子整合
をなす閃亜鉛鉱型の結晶(格子定数=4.538Å)で
あるため、素子駆動用電流を平面的に拡散するに好都合
となる電流拡散層を構成できる。また、BPは立方晶の
結晶であり、そのバンド(band)構造から電流拡散
層に好適なキャリア濃度の結晶層が簡便に得られる利点
がある。
In the sixth embodiment of the present invention, the cladding layer is made of gallium nitride phosphide (GaN 0.97 P 0.03 ) mainly composed of cubic crystals having a nitrogen composition ratio of 0.97. In this case, it is preferable to obtain a group III nitride semiconductor LED by forming the current diffusion layer from boron phosphide (BP). Boron phosphide (BP) is a zinc-blende-type crystal (lattice constant = 4.538 °) that lattice-matches with GaN 0.97 P 0.03 , so that current diffusion that is convenient for diffusing current for driving the device in a plane is convenient. Layers can be configured. Further, BP is a cubic crystal, and has an advantage that a crystal layer having a carrier concentration suitable for the current diffusion layer can be easily obtained from its band structure.

【0035】また、本発明の第7の実施形態では、クラ
ッド層を窒素組成比を0.98とする立方晶を主体とし
てなる窒化砒化ガリウム(GaN0.98As0.02)から構
成する。この場合、電流拡散層をリン化硼素(BP)か
ら構成してIII族窒化物半導体LEDを得るのが好ま
しい。立方晶のGaN0.98As0.02の格子定数は4.5
38Å)であり、その上には格子整合関係にあるBP結
晶から駆動用電流の平面的な拡散を促す良質の電流拡散
層を積層できる。
In the seventh embodiment of the present invention, the cladding layer is made of gallium arsenide (GaN 0.98 As 0.02 ) mainly composed of cubic crystals having a nitrogen composition ratio of 0.98. In this case, it is preferable to obtain the group III nitride semiconductor LED by forming the current diffusion layer from boron phosphide (BP). The lattice constant of cubic GaN 0.98 As 0.02 is 4.5.
38 °), and a high-quality current diffusion layer which promotes planar diffusion of a driving current from a BP crystal having a lattice matching relationship can be stacked thereon.

【0036】一方、BPは室温での禁止帯幅を約2.0
eVとする間接遷移型の半導体である(上記の「半導体
デバイス概論」、28頁参照)、従って、例えば波長を
450nmとする青色発光或いは波長を520nmとす
る緑色発光を充分に透過するに至らない。従って、BP
結晶層を電流拡散層として発光の取り出し方向に配置す
る方式のLEDにあっては、BP電流拡散層の層厚を概
ね、100nm未満とするのが好ましい。上記の如く、
電流拡散層の層厚を減ずるに伴いキャリア濃度を適宣、
増加させることとすれば、電流拡散の効果は獲得でき
る。BP結晶では、価電子帯が縮帯しているバンド構造
上の優位さから(生駒 俊明、生駒 英明共著、「化合
物半導体の基礎物性入門」(1991年9月10日、
(株)培風館発行初版、17頁参照)、p形、n形共
々、高キャリア濃度の結晶層が得られ易い。特に、本発
明に記載の如く、低温BP緩衝層を介して成長させた高
温BP緩衝層では、高濃度の不純物ドーピングは容易に
達成できる。
On the other hand, BP has a band gap of about 2.0 at room temperature.
It is an indirect transition type semiconductor having an eV (see the above “General Description of Semiconductor Devices”, page 28), and therefore does not sufficiently transmit, for example, blue light having a wavelength of 450 nm or green light having a wavelength of 520 nm. . Therefore, BP
In an LED of a system in which the crystal layer is arranged as a current diffusion layer in the direction of light emission, it is preferable that the thickness of the BP current diffusion layer is generally less than 100 nm. As mentioned above,
As the thickness of the current spreading layer is reduced, the carrier concentration is appropriately adjusted.
If it is increased, the effect of current spreading can be obtained. In the BP crystal, due to the superiority of the band structure in which the valence band is constricted (Toshiaki Ikoma and Hideaki Ikoma, “Introduction to Basic Properties of Compound Semiconductors” (September 10, 1991,
The first edition published by Baifukan Co., Ltd., p. 17), a p-type and n-type crystal layer with a high carrier concentration can be easily obtained. In particular, in the high-temperature BP buffer layer grown through the low-temperature BP buffer layer as described in the present invention, high-concentration impurity doping can be easily achieved.

【0037】本発明に記載の緩衝層、下部及び上部クラ
ッド層、発光層並びに電流拡散層は有機金属熱分解気相
成長法(MOCVD法)、ハロゲン(halogen)
気相成長(VPE)法、ハイドライド(hydrid
e)VPE法、分子線エピタキシャル成長法(MBE
法)等により形成できる。電流拡散層をなすBP結晶層
を例えば、トリエチル硼素((C253B)/ホスフ
ィン(PH3)/水素(H2)反応系を利用して成膜する
場合、約900℃から約1200℃が適する。より高温
で成長すると、単量体のBPの他に、例えば、化学式B
132で表される多量体のBPが形成され易くなり、B
P単結晶層を得るに不都合となる。BPと格子整合を果
たすGaN0.970.03結晶層も略同様の温度範囲を好適
として成長できる。
The buffer layer, the lower and upper cladding layers, the light emitting layer and the current spreading layer according to the present invention are made of metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), halogen (halogen).
Vapor phase epitaxy (VPE) method, hydride (hydrid)
e) VPE method, molecular beam epitaxial growth method (MBE)
Method) or the like. For example, when forming a BP crystal layer serving as a current diffusion layer using a triethyl boron ((C 2 H 5 ) 3 B) / phosphine (PH 3 ) / hydrogen (H 2 ) reaction system, a temperature of about 900 ° C. About 1200 ° C. is suitable. When grown at a higher temperature, besides the monomeric BP, for example, the chemical formula B
Multimeric BP represented by 13 P 2 is easily formed,
This is inconvenient for obtaining a P single crystal layer. A GaN 0.97 P 0.03 crystal layer that achieves lattice matching with BP can be grown preferably in substantially the same temperature range.

【0038】本発明に係わる発光部を備えた積層構造体
の上面と下面(Si基板裏面)に正、負のオーミック
(Ohimic)電極を敷設すれば、LED等のLED
が構成できる。nサイドアップ型用途の積層構造体で
は、基板はp形のSi単結晶であり、上表面はn形の電
流拡散層となるため、正(陽)オーミック電極を基板裏
面に、負(陰)オーミック電極を電流拡散層上に設けて
LEDを構成する。pサイドアップ型用途の積層構造体
では、逆にSi基板裏面にn形オーミック電極を設け、
上表面にp形オーミック電極を設けてLEDを構成す
る。オーミック電極の接触抵抗を減ずるために、電流拡
散層上に改めて良導性のコンタクト層を設けることもで
きる。この場合、オーミック電極はコンタクト層上に敷
設する。コンタクト層を電流拡散層に格子整合し、且つ
発光波長に対応する遷移エネルギーよりも大きな禁止帯
幅を有する材料から構成すると、入力抵抗が低く且つ発
光の外部への透光性に優れるIII族窒化物半導体LE
Dが得られる。
By laying positive and negative ohmic electrodes on the upper surface and the lower surface (back surface of the Si substrate) of the laminated structure provided with the light emitting portion according to the present invention, an LED such as an LED can be obtained.
Can be configured. In the laminated structure for n-side-up type applications, the substrate is a p-type Si single crystal and the upper surface is an n-type current diffusion layer, so that a positive (positive) ohmic electrode is provided on the back surface of the substrate and a negative (negative) An LED is formed by providing an ohmic electrode on the current spreading layer. In the stacked structure for the p-side-up type application, an n-type ohmic electrode is provided on the reverse side of the Si substrate,
An LED is formed by providing a p-type ohmic electrode on the upper surface. In order to reduce the contact resistance of the ohmic electrode, a highly conductive contact layer can be provided on the current diffusion layer. In this case, the ohmic electrode is laid on the contact layer. When the contact layer is made of a material lattice-matched to the current diffusion layer and made of a material having a band gap larger than the transition energy corresponding to the emission wavelength, a group III nitride having low input resistance and excellent light transmission to the outside of light emission is provided. Material semiconductor LE
D is obtained.

【0039】[0039]

【作用】含インジウムIII族窒化物半導体からなる発
光層を挟持するクラッド層は、発光層との格子整合性か
ら格子の不整合性に起因するミスフィット転位などの結
晶欠陥の少ない結晶性に優れる発光層をもたらす作用を
有する。
The cladding layer sandwiching the light emitting layer made of an indium-containing group III nitride semiconductor has excellent crystallinity with few crystal defects such as misfit dislocations caused by lattice mismatch from the lattice matching with the light emitting layer. It has an effect of providing a light emitting layer.

【0040】インジウム組成比(インジウム濃度)を異
にする複数の相(phase)からなる多相構造の発光
層の主体相をなすIII族窒化物半導体に対して、格子
整合するIII族窒化物半導体から構成したクラッド層
は、発光層の主体相及び従属相の何れにも有効なポテン
シャル障壁となる障壁層として作用する。
A group III nitride semiconductor lattice-matched to a group III nitride semiconductor constituting a main phase of a light emitting layer having a multiphase structure composed of a plurality of phases having different indium composition ratios (indium concentrations). Constitutes a barrier layer serving as an effective potential barrier for both the main phase and the dependent phase of the light emitting layer.

【0041】クラッド層を構成するIII族窒化物半導
体と格子整合する、リン(P)または砒素(As)を構
成元素として含むIII−V族化合物半導体からからな
る電流拡散層は、素子駆動用電流を発光部に平面的に拡
散させる作用を有する。
A current diffusion layer made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element, which lattice-matches with a group III nitride semiconductor constituting a cladding layer, has a current for driving an element. Has a function of diffusing the light into the light emitting portion in a planar manner.

【0042】特に、クラッド層と格子整合をなすリン
(P)または砒素(As)含有III−V族化合物半導
体から構成した電流拡散層は、素子駆動用電流を発光部
に平面的に均等に拡散させ、発光面積の拡張を促す作用
を有する。
In particular, the current diffusion layer composed of a III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As), which lattice-matches with the cladding layer, uniformly diffuses the element driving current to the light emitting portion in a plane. It has the effect of promoting the expansion of the light emitting area.

【0043】[0043]

【実施例】(実施例1)Si単結晶上にリン化硼素(B
P)緩衝層を介して設けた窒化リン化ガリウム混晶(G
aN1-XX、但し0≦X≦1)と窒化ガリウム・インジ
ウム(GaXIn1 -XN、但し0≦X≦1)からなる格子
整合系の発光部を具備したIII族窒化物半導体LED
を例にして本発明を具体的に説明する。本実施例1に係
わるLED10の断面模式図を図1に示す。
EXAMPLES (Example 1) Boron phosphide (B
P) Gallium phosphide mixed crystal (G
Group III nitride having a lattice-matched light emitting portion composed of aN 1-X P X , where 0 ≦ X ≦ 1 and gallium indium nitride (Ga X In 1 -X N, where 0 ≦ X ≦ 1) Semiconductor LED
The present invention will be specifically described by way of an example. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the LED 10 according to the first embodiment.

【0044】基板101には、硼素(B)ドープp形
(111)−Si単結晶を用いた。基板101上にはリ
ン化硼素(BP)からなる低温緩衝層102を堆積し
た。低温緩衝層102はトリエチル硼素((C253
B)/ホスフィン(PH3)/水素(H2)系常圧MOC
VD法により、350℃で成長させた。緩衝層102の
層厚は約14nmとした。低温緩衝層102の表面に
は、上記のMOCVD気相成長手段を利用して、950
℃でマグネシウム(Mg)をドーピングしたp形BP層
を高温緩衝層103として積層した。マグネシウムのド
ーピング源にはビス−シクロペンタジエニルマグネシウ
ム(bis−(C542Mg)を用いた。高温緩衝層
103のキャリア濃度は約7×1018cm-3とした。層
厚は250nmとした。
As the substrate 101, a boron (B) -doped p-type (111) -Si single crystal was used. On the substrate 101, a low-temperature buffer layer 102 made of boron phosphide (BP) was deposited. The low-temperature buffer layer 102 is made of triethyl boron ((C 2 H 5 ) 3
B) / phosphine (PH 3 ) / hydrogen (H 2 ) based atmospheric pressure MOC
It was grown at 350 ° C. by the VD method. The thickness of the buffer layer 102 was about 14 nm. On the surface of the low-temperature buffer layer 102, 950 is applied using the MOCVD vapor deposition means described above.
A p-type BP layer doped with magnesium (Mg) at ° C. was laminated as a high-temperature buffer layer 103. The doping source magnesium bis - using cyclopentadienyl magnesium (bis- (C 5 H 4) 2 Mg). The carrier concentration of the high-temperature buffer layer 103 was about 7 × 10 18 cm −3 . The layer thickness was 250 nm.

【0045】高温緩衝層103上には、リン化硼素(B
P)と格子整合するリン(P)組成比を0.03(=3
%)とするマグネシウムドープp形窒化リン化ガリウム
(GaN0.970.03)層を下部クラッド層104として
積層した。立方晶GaN0.97 0.03層は、トリメチルガ
リウム((CH33Ga)/PH3/アンモニア(N
3)/H2系常圧MOCVD法により1000℃で成長
させた。下部クラッド層104のキャリア濃度は約8×
1017cm-3とし、層厚は約12nmとした。
On the high temperature buffer layer 103, boron phosphide (B
The phosphorus (P) composition ratio lattice-matching with P) is 0.03 (= 3
%) Magnesium doped p-type gallium phosphide
(GaN0.97P0.03) Layer as lower cladding layer 104
Laminated. Cubic GaN0.97P 0.03The layer is trimethylga
Lium ((CHThree)ThreeGa) / PHThree/ Ammonia (N
HThree) / HTwoGrown at 1000 ° C by MOCVD under normal pressure
I let it. The carrier concentration of the lower cladding layer 104 is about 8 ×
1017cm-3And the layer thickness was about 12 nm.

【0046】下部クラッド層104上には、層厚を約1
0nmとするn形窒化ガリウム・インジウム(Ga1-X
InXN)からなる発光層105を積層した。インジウ
ム組成比(=X)は下部クラッド層104を構成するG
aN0.970.03層に格子整合を果たす0.10とした。
発光層105は、(CH33Ga/シクロペンタジエニ
ルインジウム(C55In)/PH3/NH3/H2系常
圧MOCVD法により830℃で成長させた。
On the lower cladding layer 104, a thickness of about 1
N-type gallium indium nitride (Ga 1-X
A light emitting layer 105 made of In x N) was laminated. The indium composition ratio (= X) is equal to the G of the lower cladding layer 104.
The aN 0.97 P 0.03 layer was set to 0.10.
The light-emitting layer 105 was grown at 830 ° C. by a normal pressure MOCVD method based on (CH 3 ) 3 Ga / cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In) / PH 3 / NH 3 / H 2 .

【0047】発光層105の表面上には、(CH33
a/PH3/NH3/H2系常圧MOCVD法により10
00℃で上部クラッド層106を積層した。上部クラッ
ド層106は、立方晶のGa0.90In0.10N発光層10
5に格子整合する珪素(Si)ドープn形GaN0.97
0.03層から構成した。上部クラッド層106のキャリア
濃度は約8×1017cm-3とし、層厚は240nmとし
た。立方晶のp形GaN 0.970.03下部クラッド104
と立方晶Ga0.90In0.10N発光層105と立方晶のn
形GaN0.970.03上部クラッド層106とから格子整
合系のpn接合型ダブルヘテロ接合構造の発光部108
を構成した。
On the surface of the light emitting layer 105, (CHThree)ThreeG
a / PHThree/ NHThree/ HTwo10 by normal atmospheric pressure MOCVD
The upper cladding layer 106 was laminated at 00 ° C. Upper crack
Layer 106 is made of cubic Ga.0.90In0.10N light emitting layer 10
(Si) doped n-type GaN lattice matched to 50.97P
0.03It consisted of layers. Carrier of upper cladding layer 106
The concentration is about 8 × 1017cm-3And the layer thickness is 240 nm
Was. Cubic p-type GaN 0.97P0.03Lower cladding 104
And cubic Ga0.90In0.10N light emitting layer 105 and cubic n
GaN0.97P0.03Lattice alignment from upper cladding layer 106
Light emitting unit 108 having a combined pn junction type double hetero junction structure
Was configured.

【0048】上部クラッド層106上には、GaN0.97
0.03層に格子整合するn形リン化硼素(BP)からな
る電流拡散層107を積層させた。電流拡散層107を
なすSiドープBP層は、(C253B/PH3/H2
系常圧MOCVD法により、1000℃で成長させた。
電流拡散層107の層厚は約50nmとし、また、キャ
リア濃度は約1×1019cm-3に設定した。
On the upper cladding layer 106, GaN 0.97
A current diffusion layer 107 made of n-type boron phosphide (BP) lattice-matched to the P 0.03 layer was laminated. The Si-doped BP layer forming the current diffusion layer 107 is (C 2 H 5 ) 3 B / PH 3 / H 2
It was grown at 1000 ° C. by a system normal pressure MOCVD method.
The thickness of the current diffusing layer 107 was about 50 nm, The carrier concentration was set at about 1 × 10 19 cm -3.

【0049】p形Si単結晶基板101の裏面には、ア
ルミニウム(Al)からなるp形オーミック(Ohmi
c)電極109を形成した。また、電流拡散層107の
表面の中央には、金(Au)からなるn形オーミック電
極110を配置した。n形オーミック電極110の直径
は約130μmとした。然る後、基板101としたSi
単結晶を[211]方向に平行及び垂直な方向に裁断し
て、一辺を約300μmとするLEDチップ(chi
p)10となした。
On the back surface of the p-type Si single crystal substrate 101, a p-type ohmic (Ohmi) made of aluminum (Al) is provided.
c) The electrode 109 was formed. Further, an n-type ohmic electrode 110 made of gold (Au) was arranged at the center of the surface of the current diffusion layer 107. The diameter of the n-type ohmic electrode 110 was about 130 μm. After that, Si used as the substrate 101
The single crystal is cut in a direction parallel to and perpendicular to the [211] direction, and an LED chip (chi) having a side of about 300 μm.
p) was 10.

【0050】両オーミック電極109〜110間にLE
D駆動用電流を通流した。電流−電圧(I−V特性)は
発光部108の良好なpn接合特性に基づく正常な整流
特性を示した。I−V特性から求めた順方向電圧(V
f)は約3.1V(但し、順方向電流は20mA)とな
った。また、逆方向電圧は約15V(但し、逆方向電流
は10μA)となった。順方向に20ミリアンペア(m
A)の動作電流を通流した際には、発光中心波長を約4
60nmとする青色光が出射された。発光スペクトルの
半値幅は約18nmであった。一般的な積分球を利用し
て測定されるチップ状態での発光強度は約16マイクロ
ワット(μW)となり、高発光強度のIII族窒化物半
導体LEDが提供された。
LE between both ohmic electrodes 109-110
D drive current was passed. The current-voltage (IV characteristics) showed normal rectification characteristics based on good pn junction characteristics of the light emitting unit 108. The forward voltage (V) determined from the IV characteristics
f) was about 3.1 V (however, the forward current was 20 mA). The reverse voltage was about 15 V (however, the reverse current was 10 μA). 20 mA in the forward direction (m
When the operating current of A) is passed, the central emission wavelength is about 4
Blue light having a wavelength of 60 nm was emitted. The half width of the emission spectrum was about 18 nm. The light emission intensity in a chip state measured using a general integrating sphere was about 16 microwatts (μW), and a Group III nitride semiconductor LED with high light emission intensity was provided.

【0051】(実施例2)実施例1に記載の積層構造体
に於いて、上部クラッド層(図1の符号106)のみを
砒化窒化ガリウム(GaN0.98As0.02)層に変更し、
他の構成層は実施例1と同一としてLEDを構成した。
上部クラッド層をなすn形砒化窒化ガリウムの砒素組成
比は、Ga0.90In0.10N発光層及びBP電流拡散層と
同一の格子定数(=4.538Å)となる2%(=0.
02)に設定した。上部クラッド層のキャリア濃度は約
2×1018cm-3とし、層厚は約200nmとした。
(Embodiment 2) In the laminated structure described in Embodiment 1, only the upper clad layer (106 in FIG. 1) is changed to a gallium arsenide nitride (GaN 0.98 As 0.02 ) layer.
The other constituent layers were the same as in Example 1 to form an LED.
The arsenic composition ratio of the n-type gallium arsenide nitride forming the upper clad layer is 2% (= 0.538), which is the same lattice constant (= 4.538 °) as the Ga 0.90 In 0.10 N light emitting layer and the BP current diffusion layer.
02). The carrier concentration of the upper cladding layer was about 2 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness was about 200 nm.

【0052】その他は実施例1と同様にして形成したL
EDの正・負両オーミック電極間に20mAの順方向電
流を通流したところ、中心波長を約460nmとする青
色光が出射された。順方向電圧(Vf)は約3.1Vと
なった。チップ状態での発光強度は約15μWであり、
高発光強度のIII族窒化物半導体LEDが提供され
た。
Otherwise, the L was formed in the same manner as in Example 1.
When a forward current of 20 mA was passed between the positive and negative ohmic electrodes of the ED, blue light having a center wavelength of about 460 nm was emitted. The forward voltage (Vf) was about 3.1 V. The light emission intensity in a chip state is about 15 μW,
A high emission intensity group III nitride semiconductor LED has been provided.

【0053】(実施例3)本実施例3に係わるLED2
0の断面模式図を図2に示す。リン(P)ドープn形
(111)−Si単結晶基板201上に、ジボラン(B
26)/(CH33Ga/アルシン(AsH3)/H2
減圧MOCVD法で400℃で砒化硼素・ガリウム(B
XGa1-XAs、但し0≦X≦1)から構成した低温緩衝
層202を積層させた。硼素(B)組成比(=X)はS
i単結晶に格子整合する0.25とした。低温緩衝層2
02は約1.3×104パスカル(Pa)の減圧下で成
長させた。低温緩衝層202の層厚は約15nmとし
た。
(Embodiment 3) LED 2 according to Embodiment 3
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view taken along line 0 of FIG. On a phosphorus (P) -doped n-type (111) -Si single crystal substrate 201, diborane (B
2 H 6) / (CH 3 ) 3 Ga / arsine (AsH 3) / H 2 system arsenide boron gallium at 400 ° C. under reduced pressure MOCVD method (B
A low-temperature buffer layer 202 composed of X Ga 1-X As, where 0 ≦ X ≦ 1) was laminated. The composition ratio (= X) of boron (B) is S
It was set to 0.25 which lattice-matched to the i single crystal. Low temperature buffer layer 2
02 was grown under reduced pressure of about 1.3 × 10 4 Pascal (Pa). The layer thickness of the low-temperature buffer layer 202 was about 15 nm.

【0054】断面透過電子顕微鏡(TEM)法での観察
に依れば、成膜時のアズ・グローン(as−grow
n)状態のB0.25Ga0.75As低温緩衝層202では、
Si単結晶基板201との接合面から大凡、3nmに至
る上方の領域は単結晶となっていた。また、B0.25Ga
0.75As低温緩衝層202とn形Si単結晶基板201
とには、剥離は認められず良好な密着性が保持された。
低温緩衝層202の上部は非晶質体を主体として構成さ
れていた。
According to observation by a cross-sectional transmission electron microscope (TEM) method, as-grown (as-grown) film is formed.
In the B 0.25 Ga 0.75 As low temperature buffer layer 202 in the n) state,
The upper region approximately 3 nm from the bonding surface with the Si single crystal substrate 201 was a single crystal. In addition, B 0.25 Ga
0.75 As low temperature buffer layer 202 and n-type Si single crystal substrate 201
No good peeling was observed and good adhesion was maintained.
The upper part of the low-temperature buffer layer 202 was mainly composed of an amorphous body.

【0055】B0.25Ga0.75As低温緩衝層202上に
は、上記の減圧MOCVD反応系を利用して、950℃
で硼素組成(=X)に組成勾配を付与したSiドープB
XGa1 -XP高温結晶層203を積層した。硼素(B)の
組成比は、高温緩衝層203の層厚の増加方向に0.0
2より1.0に直線的に増加させた。即ち、組成勾配高
温緩衝層203の表面はリン化硼素(BP)層とした。
硼素(B)の組成勾配はMOCVD反応系へのジボラン
の供給量を経時的に一律に増加させ、逆にトリメチルガ
リウムの供給量を一律に減少させて付した。層厚は約1
7nmとした。高温緩衝層203の成長時の反応系の圧
力は約1.3×104Paに設定した。BXGa1-XP組
成勾配(X=0.02→1.0)緩衝層203の成長時
には、ジシラン(Si26)−H2混合ガスを使用して
Siをドーピングした。キャリア濃度は約1×1018
-3に設定した。X線回折分析法での解析に依れば、高
温結晶層203は(111)配向性の立方晶のBXGa
1-XP(X=0.02→1.0)単結晶層であると認め
られた。
[0055] On B 0.25 Ga 0.75 As low-temperature buffer layer 202, using the above reduced pressure MOCVD reaction system, 950 ° C.
-Doped B with boron composition (= X) with composition gradient
An X Ga 1 -XP high temperature crystal layer 203 was laminated. The composition ratio of boron (B) is 0.0 in the increasing direction of the thickness of the high-temperature buffer layer 203.
It was increased linearly from 2 to 1.0. That is, the surface of the composition gradient high-temperature buffer layer 203 was a boron phosphide (BP) layer.
The composition gradient of boron (B) was applied by uniformly increasing the supply amount of diborane to the MOCVD reaction system over time and decreasing the supply amount of trimethylgallium uniformly. About 1 layer thickness
7 nm. The pressure of the reaction system during the growth of the high-temperature buffer layer 203 was set to about 1.3 × 10 4 Pa. B X Ga 1-X P compositional gradient (X = 0.02 → 1.0) at the time of growth of the buffer layer 203, doped with Si using disilane (Si 2 H 6) -H 2 mixed gas. Carrier concentration is about 1 × 10 18 c
m -3 was set. According to the analysis by the X-ray diffraction analysis method, the high-temperature crystal layer 203 has a (111) -oriented cubic B X Ga
1-X P (X = 0.02 → 1.0) were found to be single crystal layer.

【0056】高温緩衝層203としたBXGa1-XP組成
勾配層の成膜を終了した後では、B0. 25Ga0.75As低
温緩衝層202内部の非晶質体の大部分は、as−gr
own状態でSi単結晶基板201との境界領域に存在
していた単結晶層を基として単結晶)化した。また、B
XGa1-XP(X=0.02→1.0)高温緩衝層203
は、Si単結晶と格子整合する組成のB0.25Ga0.75
s(格子定数=5.431Å)からなる低温緩衝層20
2上に設けたため、剥離することのない連続膜となっ
た。
[0056] After completing the formation of the high-temperature buffer layer 203 was B X Ga 1-X P compositional gradient layer, most of the B 0. 25 Ga 0.75 As low-temperature buffer layer 202 inside of the amorphous body, as-gr
The single crystal was converted to a single crystal based on the single crystal layer existing in the boundary region with the Si single crystal substrate 201 in the down state. Also, B
X Ga 1 -X P (X = 0.02 → 1.0) High temperature buffer layer 203
Is B 0.25 Ga 0.75 A having a composition lattice-matched with the Si single crystal.
s (lattice constant = 5.431 °) low-temperature buffer layer 20
2, a continuous film without peeling was obtained.

【0057】高温緩衝層203上には、(CH33Ga
/C55In/NH3/H2系減圧MOCVD法により9
00℃で、インジウム組成比を1%(=0.01)とす
るn形窒化ガリウム・インジウム混晶(Ga0.99In
0.01N)からなる下部クラッド層204を設けた。下部
クラッド層204のキャリア濃度は約5×1018cm-3
とし、、層厚は約300nmとした。下部クラッド層2
04上には、(CH33Ga/C55In/NH3/H2
系減圧MOCVD法により900℃で、主体相のインジ
ウム組成比を0.01とし、平均的なインジウム組成比
を約0.06とする多相構造のn形発光層205を設け
た。発光層205の層厚は約80nmとした。多相構造
発光層205上には、上記のMOCVD反応系を利用し
て、p形のGa0.99In0.01Nからなる上部クラッド層
206を積層させてpn接合型DH構造の発光部208
を構成した。上部クラッド層206のキャリア濃度は7
×10 17cm-3とし、層厚は約10nmとした。
On the high temperature buffer layer 203, (CHThree)ThreeGa
/ CFiveHFiveIn / NHThree/ HTwo9 by the reduced pressure MOCVD method
At 00 ° C., the indium composition ratio is set to 1% (= 0.01).
N-type gallium nitride-indium mixed crystal (Ga0.99In
0.01The lower cladding layer 204 made of N) was provided. beneath
The carrier concentration of the cladding layer 204 is about 5 × 1018cm-3
And the layer thickness was about 300 nm. Lower cladding layer 2
04 on (CHThree)ThreeGa / CFiveHFiveIn / NHThree/ HTwo
At 900 ° C by low-pressure MOCVD method.
Indium composition ratio is 0.01, average indium composition ratio
Is provided with an n-type light emitting layer 205 having a multiphase structure of about 0.06.
Was. The layer thickness of the light emitting layer 205 was about 80 nm. Multi-phase structure
On the light emitting layer 205, the above MOCVD reaction system is used.
And p-type Ga0.99In0.01Upper cladding layer made of N
The light emitting section 208 having a pn junction type DH structure
Was configured. The carrier concentration of the upper cladding layer 206 is 7
× 10 17cm-3And the layer thickness was about 10 nm.

【0058】p形Ga0.99In0.01N上部クラッド層2
06上には、p形窒化リン化硼素(BN1-XX、但し
0.97≦X≦1)層を電流拡散層207として積層し
た。窒素組成比は上部クラッド層と同一の格子定数(=
4.515Å)となる0.02とした。
[0058] p-type Ga 0.99 In 0.01 N upper cladding layer 2
On p. 06, a p-type boron nitrided phosphide (BN 1 -X P x , where 0.97 ≦ X ≦ 1) layer was laminated as a current diffusion layer 207. The nitrogen composition ratio is the same as the lattice constant of the upper cladding layer (=
4.515 °).

【0059】n形Si単結晶基板201の裏面には、ア
ルミニウム(Al)からなるn形オーミック(Ohmi
c)電極209を形成した。また、電流拡散層207の
表面の中央には、金(Au)からなるp形オーミック電
極210を配置した。p形オーミック電極210の直径
は約130μmとした。然る後、基板201としたSi
単結晶を[211]方向に平行及び垂直な方向に裁断し
て、一辺を約260μmとするLEDチップ(chi
p)20となした。
On the back surface of n-type Si single crystal substrate 201, an n-type ohmic (Ohmi) made of aluminum (Al) is provided.
c) An electrode 209 was formed. In addition, a p-type ohmic electrode 210 made of gold (Au) was arranged at the center of the surface of the current diffusion layer 207. The diameter of the p-type ohmic electrode 210 was about 130 μm. After that, the Si used as the substrate 201 was formed.
The single crystal is cut in a direction parallel and perpendicular to the [211] direction, and an LED chip (chi) having a side of about 260 μm
p) 20.

【0060】両オーミック電極209〜210間にLE
D駆動用電流を通流した。電流−電圧(I−V特性)は
発光部208の良好なpn接合特性に基づく正常な整流
特性を示した。I−V特性から求めた順方向電圧(V
f)は約3.5V(但し、順方向電流は20mA)とな
った。また、逆方向電圧は約15V(但し、逆方向電流
は10μA)となった。順方向に20ミリアンペア(m
A)の動作電流を通流した際には、発光中心波長を約4
10nmとする青色光が出射された。発光スペクトルの
半値幅は約22nmであった。一般的な積分球を利用し
て測定されるチップ状態での発光強度は約12マイクロ
ワット(μW)となり、高発光強度のIII族窒化物半
導体LEDが提供された。
LE between both ohmic electrodes 209-210
D drive current was passed. The current-voltage (IV characteristics) showed normal rectification characteristics based on good pn junction characteristics of the light emitting section 208. The forward voltage (V) determined from the IV characteristics
f) was about 3.5 V (however, the forward current was 20 mA). The reverse voltage was about 15 V (however, the reverse current was 10 μA). 20 mA in the forward direction (m
When the operating current of A) is passed, the central emission wavelength is about 4
Blue light of 10 nm was emitted. The half width of the emission spectrum was about 22 nm. The light emission intensity in a chip state measured using a general integrating sphere was about 12 microwatts (μW), and a Group III nitride semiconductor LED with high light emission intensity was provided.

【0061】(実施例4)実施例3に記載の積層構造体
に於いて、電流拡散層(図2の符号207)のみを砒化
窒化硼素(BN1-XAsX、但し0.77≦X≦1)層に
変更し、他の構成層は実施例3と同一としてLEDを構
成した。電流拡散層をなすマグネシウム(Mg)ドープ
p形砒化窒化硼素の砒素組成比は、発光層の主体相及び
上部クラッド層をなすGa0.99In0.01Nと同一の格子
定数(=4.515Å)となる77%(=0.77)に
設定した。電流拡散層のキャリア濃度は約2×1018
-3とし、層厚は約200nmとした。
(Embodiment 4) In the laminated structure described in Embodiment 3, only the current spreading layer (207 in FIG. 2) is made of boron arsenide (BN 1 -x As x , where 0.77 ≦ X). .Ltoreq.1), and the other constituent layers were the same as in Example 3 to form an LED. The arsenic composition ratio of the magnesium (Mg) -doped p-type boron arsenide constituting the current diffusion layer has the same lattice constant (= 4.515 °) as that of Ga 0.99 In 0.01 N constituting the main phase of the light emitting layer and the upper cladding layer. It was set to 77% (= 0.77). The carrier concentration of the current diffusion layer is about 2 × 10 18 c
m −3 and a layer thickness of about 200 nm.

【0062】その他は実施例3と同様にして形成したL
EDの正・負両オーミック電極間に20mAの順方向電
流を通流したところ、中心波長を約410nmとする青
色光が出射された。順方向電圧(Vf)は約3.3Vと
なった。チップ状態での発光強度は約11μWであり、
高発光強度のIII族窒化物半導体LEDが提供され
た。
Otherwise, the L was formed in the same manner as in Example 3.
When a forward current of 20 mA was passed between the positive and negative ohmic electrodes of the ED, blue light having a center wavelength of about 410 nm was emitted. The forward voltage (Vf) was about 3.3V. The light emission intensity in a chip state is about 11 μW,
A high emission intensity group III nitride semiconductor LED has been provided.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明に依れば、Si単結晶基板表面上
に、リン(P)または砒素(As)を構成元素として含
むIII−V族化合物半導体からなる緩衝層を介して、
格子整合関係にあるIII族窒化物半導体層からpn接
合型DH接合構造の発光部を設けたので、格子のミスマ
ッチに起因する結晶性の悪化を回避して、良質のIII
族窒化物半導体層から発光部を構成することができる。
また、発光部上に設ける電流拡散層を発光部を構成する
クラッド層に格子整合するIII−V族化合物半導体か
ら構成したので、LED駆動電流を発光部の広範囲に全
般に拡散させる効果が得られ、高発光強度のIII族窒
化物半導体発光ダイオードを提供できる。
According to the present invention, a buffer layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element is formed on the surface of a Si single crystal substrate.
Since a light-emitting portion having a pn junction type DH junction structure is provided from a group III nitride semiconductor layer having a lattice matching relationship, deterioration of crystallinity due to lattice mismatch is avoided, and high quality III
The light emitting section can be composed of the group III nitride semiconductor layer.
In addition, since the current spreading layer provided on the light emitting unit is made of a group III-V compound semiconductor lattice-matched to the cladding layer constituting the light emitting unit, an effect of diffusing the LED drive current over a wide range of the light emitting unit can be obtained. And a group III nitride semiconductor light emitting diode having high light emission intensity.

【0064】特に、クラッド層をインジウム組成比を異
にする複数の相からなる多相構造の発光層の主体相をな
すIII族窒化物半導体に格子整合するIII族窒化物
半導体から構成すると、発光層との格子整合による良好
な結晶性を有するIII族窒化物半導体層からクラッド
層を構成できると共に、多相構造発光層に対して確実に
障壁(クラッド)作用を及ぼすクラッド層を構成するこ
とができ、しいては、高発光強度のIII族窒化物半導
体発光ダイオードを提供できる。
In particular, when the cladding layer is made of a group III nitride semiconductor lattice-matched to the group III nitride semiconductor which is the main phase of the light emitting layer having a multiphase structure composed of a plurality of phases having different indium composition ratios, It is possible to form the cladding layer from a group III nitride semiconductor layer having good crystallinity by lattice matching with the layer and to form a cladding layer that reliably acts as a barrier (cladding) on the multi-phase structured light emitting layer. Accordingly, it is possible to provide a group III nitride semiconductor light emitting diode having high light emission intensity.

【0065】また、クラッド層を構成するIII族窒化
物半導体と格子整合する、リン(P)または砒素(A
s)を構成元素として含むIII−V族化合物半導体か
ら電流拡散層を構成すると、LED駆動電流を発光部の
全域に亘り、広範囲に拡散できる電流拡散層を構成する
ことができ、高発光強度のIII族窒化物半導体発光ダ
イオードを提供できる。
Further, phosphorus (P) or arsenic (A) which lattice matches with the group III nitride semiconductor constituting the cladding layer
When the current diffusion layer is formed from a group III-V compound semiconductor containing s) as a constituent element, a current diffusion layer that can diffuse the LED drive current over the entire area of the light emitting section can be formed, and high emission intensity can be obtained. A group III nitride semiconductor light emitting diode can be provided.

【0066】特に、立方晶を主体としてなる窒化ガリウ
ム・インジウム(GaXIn1-XN、但し0≦X≦0.9
0)からなるクラッド層について、電流拡散層を窒化リ
ン化硼素(BP1-XX、但し0≦X≦0.03)から構
成すると、LED駆動電流を発光部の広範囲に拡散する
に好都合な、格子ミスマッチに起因する結晶欠陥の密度
が小さく結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から電
流拡散層を構成でき、しいては、発光面積を拡張するに
効果が奏され、III族窒化物半導体発光ダイオードを
提供できる。
In particular, gallium indium nitride (Ga x In 1 -xN, which is mainly composed of cubic crystals, provided that 0 ≦ X ≦ 0.9
When the current spreading layer is made of boron nitride nitride (BP 1-x N x , where 0 ≦ X ≦ 0.03) with respect to the cladding layer made of (0), it is convenient for diffusing the LED driving current over a wide range of the light emitting portion. In addition, the current diffusion layer can be formed from a group III nitride semiconductor layer having a small density of crystal defects due to lattice mismatch and excellent crystallinity. A semiconductor light emitting diode can be provided.

【0067】特に、立方晶を主体としてなる窒化ガリウ
ム・インジウム(GaXIn1-XN:0.43≦X≦1)
からなるクラッド層について、電流拡散層を窒化砒化硼
素(BAs1-XX、但し0≦X≦0.23)から構成す
ると、LED駆動電流を発光部の広範囲に拡散するに好
都合な、格子ミスマッチに起因する結晶欠陥の密度が小
さく結晶性に優れるIII族窒化物半導体層から電流拡
散層を構成でき、しいては、発光面積を拡張するに効果
が奏され、III族窒化物半導体発光ダイオードを提供
できる。
In particular, gallium indium nitride mainly composed of cubic crystals (Ga X In 1 -X N: 0.43 ≦ X ≦ 1)
When the current spreading layer is made of boron nitride arsenide (BAs 1−X N x , where 0 ≦ X ≦ 0.23), a grid that is convenient for diffusing the LED drive current over a wide area of the light emitting portion is formed. The current diffusion layer can be composed of a group III nitride semiconductor layer having a small density of crystal defects due to mismatch and excellent in crystallinity, and thus has an effect of expanding a light emitting area, and is a group III nitride semiconductor light emitting diode. Can be provided.

【0068】特に、窒素組成比を0.97とする立方晶
を主体としてなる窒化リン化ガリウム(GaN0.97
0.03)からなるクラッド層について、電流拡散層をリン
化硼素(BP)から構成すると、LED駆動電流を発光
部の広範囲に拡散するに好都合な、格子ミスマッチに起
因する結晶欠陥の密度が小さく結晶性に優れるIII族
窒化物半導体層から電流拡散層を構成でき、しいては、
発光面積を拡張するに効果が奏され、III族窒化物半
導体発光ダイオードを提供できる。
In particular, gallium phosphide (GaN 0.97 P) mainly composed of cubic crystals having a nitrogen composition ratio of 0.97
When the current spreading layer is made of boron phosphide (BP) for the cladding layer made of 0.03 ), the density of crystal defects caused by lattice mismatch, which is favorable for diffusing the LED driving current over a wide area of the light emitting portion, is small, and the crystallinity is low. The current spreading layer can be composed of a group III nitride semiconductor layer excellent in
This is effective in expanding the light emitting area, and can provide a group III nitride semiconductor light emitting diode.

【0069】また特に、窒素組成比を0.98とする立
方晶を主体としてなる窒化砒化ガリウム(GaN0.98
0.02)からなるクラッド層について、電流拡散層をリ
ン化硼素(BP)から構成すると、LED駆動電流を発
光部の広範囲に拡散するに好都合な、格子ミスマッチに
起因する結晶欠陥の密度が小さく結晶性に優れるIII
族窒化物半導体層から電流拡散層を構成でき、しいて
は、発光面積を拡張するに効果が奏され、III族窒化
物半導体発光ダイオードを提供できる。
In particular, gallium arsenide nitride (GaN 0.98 A) mainly composed of cubic crystals having a nitrogen composition ratio of 0.98
s 0.02 ), when the current spreading layer is made of boron phosphide (BP), the density of crystal defects due to lattice mismatch, which is favorable for diffusing the LED driving current over a wide range of the light emitting portion, is small. III with excellent properties
The current diffusion layer can be formed from the group-III nitride semiconductor layer, which is effective in expanding the light-emitting area, and can provide a group-III nitride semiconductor light-emitting diode.

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

【図1】実施例1、2に係わるLEDの断面模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an LED according to Examples 1 and 2.

【図2】実施例3、4に係わるLEDの断面模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view of an LED according to Examples 3 and 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20 LED 101、201 Si単結晶基板 102、202 低温緩衝層 103、203 高温緩衝層 104、204 下部クラッド層 105、205 発光層 106、206 上部クラッド層 107、207 電流拡散層 108、208 発光部 109、209 裏面オーミック電極 110、210 表面オーミック電極 10, 20 LED 101, 201 Si single crystal substrate 102, 202 Low temperature buffer layer 103, 203 High temperature buffer layer 104, 204 Lower cladding layer 105, 205 Light emitting layer 106, 206 Upper cladding layer 107, 207 Current diffusion layer 108, 208 Light emission Part 109, 209 Back ohmic electrode 110, 210 Front ohmic electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】珪素(Si)単結晶基板と、該基板表面上
に設けられたリン(P)または砒素(As)を構成元素
として含むIII−V族化合物半導体からなる緩衝層
と、該緩衝層上に設けられた含インジウムIII族窒化
物半導体からなる発光層を該発光層に格子整合するp形
並びにn形III族窒化物半導体からなるクラッド層で
挟持したpn接合型ダブルヘテロ接合構造の発光部と、
該発光部上に設けられたIII−V族化合物半導体から
なる電流拡散層とを少なくとも備えてなるIII族窒化
物半導体発光ダイオード。
1. A silicon (Si) single crystal substrate, a buffer layer provided on the surface of the substrate and made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element, and the buffer layer A pn-junction double heterojunction structure in which a light-emitting layer made of indium-containing group III nitride semiconductor provided on the layer is sandwiched between cladding layers made of p-type and n-type group III nitride semiconductors lattice-matched to the light-emitting layer A light emitting unit,
A group III nitride semiconductor light emitting diode comprising at least a current diffusion layer made of a group III-V compound semiconductor provided on the light emitting part.
【請求項2】クラッド層を、インジウム組成比(インジ
ウム濃度)を異にする複数の相(phase)からなる
多相構造の発光層の主体相をなすIII族窒化物半導体
に格子整合するIII族窒化物半導体から構成したこと
を特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物半導体発
光ダイオード。
2. A group III lattice-matching the cladding layer to a group III nitride semiconductor constituting a main phase of a light emitting layer having a multiphase structure composed of a plurality of phases having different indium composition ratios (indium concentrations). The group III nitride semiconductor light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting diode is made of a nitride semiconductor.
【請求項3】クラッド層を構成するIII族窒化物半導
体と格子整合する、リン(P)または砒素(As)を構
成元素として含むIII−V族化合物半導体から電流拡
散層を構成したことを特徴とする請求項1または2に記
載のIII族窒化物半導体発光ダイオード。
3. A current diffusion layer comprising a group III-V compound semiconductor containing phosphorus (P) or arsenic (As) as a constituent element, which lattice-matches with a group III nitride semiconductor forming a cladding layer. The group III nitride semiconductor light emitting diode according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】クラッド層を立方晶を主体としてなる窒化
ガリウム・インジウム(GaXIn1-XN、但し0.94
≦X≦1)から構成したことを特徴とする請求項3に記
載のIII族窒化物半導体発光ダイオード。
4. A gallium nitride comprising a cladding layer of the cubic mainly indium (Ga X In 1-X N , where 0.94
≦ X ≦ 1), wherein the group III nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 3, wherein
【請求項5】電流拡散層を窒化リン化硼素(BN
1-XX、但し0.97≦X≦1)から構成したことを特
徴とする請求項4に記載のIII族窒化物半導体発光ダ
イオード。
5. The method according to claim 1, wherein the current spreading layer is formed of boron nitride phosphide (BN).
5. The group III nitride semiconductor light emitting diode according to claim 4, wherein 1-X P x is provided, wherein 0.97 ≦ X ≦ 1).
【請求項6】クラッド層を立方晶を主体としてなる窒化
ガリウム・インジウム(GaXIn1-XN、但し0.43
≦X≦1)から構成したことを特徴とする請求項3に記
載のIII族窒化物半導体発光ダイオード。
6. A gallium indium nitride (Ga X In 1 -XN, 0.43
≦ X ≦ 1), wherein the group III nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 3, wherein
【請求項7】電流拡散層を窒化砒化硼素(BN1-X
X、但し0.77≦X≦1)から構成したことを特徴
とする請求項6に記載のIII族窒化物半導体発光ダイ
オード。
7. The current spreading layer is made of boron arsenide (BN 1-X A
7. The group III nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 6, wherein s x satisfies 0.77 ≦ X ≦ 1).
【請求項8】クラッド層を立方晶を主体としてなる窒化
リン化ガリウム(GaN 0.970.03)から構成したこと
を特徴とする請求項3に記載のIII族窒化物半導体発
光ダイオード。
8. A nitride comprising a cubic crystal as a main component in a cladding layer.
Gallium phosphide (GaN 0.97P0.03)
The group III nitride semiconductor device according to claim 3, wherein
Photo diodes.
【請求項9】クラッド層を立方晶を主体としてなる窒化
砒化ガリウム(GaN0. 98As0.02)から構成したこと
を特徴とする請求項3に記載のIII族窒化物半導体発
光ダイオード。
9. Group III nitride semiconductor light emitting diode according to claim 3, characterized in that consisted nitride gallium arsenide comprising a cladding layer of the cubic mainly (GaN 0. 98 As 0.02).
【請求項10】電流拡散層をリン化硼素(BP)から構
成したことを特徴とする請求項8または9に記載のII
I族窒化物半導体発光ダイオード。
10. The II according to claim 8, wherein the current spreading layer is made of boron phosphide (BP).
Group I nitride semiconductor light emitting diode.
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