JP2003008059A - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成長温度を下げてp型半導体膜を活性層の上
に成長させても、p型半導体膜に十分なキャリア濃度が
得られ、高輝度の発光特性を有する。
【解決手段】 Mgをドーピングすることによりp型の
導電型とされたAlxGayInzN(x+y+z=1)
からなるキャリアブロック層5におけるInの比率z
を、0.015以上、Gaの比率yを、0.50以上、
Alの比率xとInの比率zとの関係x/zを、0.8
4/0.16以上にしたため、低温条件にて、キャリア
ブロック層を成長しても、高いホール濃度を得ることが
でき、また、高温条件による活性層4への熱的な損傷を
防止することができるため、発光効率の高い半導体発光
素子を得ることができる。
[57] An object of the present invention is to obtain a sufficient carrier concentration in a p-type semiconductor film even when a p-type semiconductor film is grown on an active layer at a lower growth temperature, and to have high luminance light emission characteristics. Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) made p-type conductivity by doping Mg.
In ratio z in the carrier block layer 5 made of
0.015 or more, Ga ratio y is 0.50 or more,
The relationship x / z between the Al ratio x and the In ratio z is 0.8.
Since the ratio is 4 / 0.16 or higher, a high hole concentration can be obtained even when the carrier block layer is grown under low temperature conditions, and thermal damage to the active layer 4 due to high temperature conditions can be prevented. Therefore, a semiconductor light emitting element with high luminous efficiency can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、活性層上に少なく
とも1層のp型半導体膜を成長させた窒化物系半導体発
光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having at least one p-type semiconductor film grown on an active layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、GaN、InN、AlN等の
窒化物化合物及びこれらの混晶物等を窒化物系半導体材
料として用いることが周知であり、例えば、InxGa
1-xN結晶を活性層として用い、この活性層上にP型の
半導体膜を成長させた窒化物系半導体発光素子が作製さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been well known to use nitride compounds such as GaN, InN and AlN, and mixed crystals thereof as a nitride semiconductor material, for example, In x Ga.
A nitride-based semiconductor light emitting device in which a 1-x N crystal is used as an active layer and a P-type semiconductor film is grown on this active layer has been manufactured.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】窒化物化合物及びその
混晶物を用いて発光素子を作製する場合、p型半導体膜
を成長させるための温度は、活性層を成長させるための
温度に比較して高温であり、このために、p型半導体膜
を活性層上に成長させる工程において、活性層に熱的歪
みが生じて転位等が発生し、活性層の発光効率が低下す
るという問題がある。When a light emitting device is manufactured using a nitride compound and its mixed crystal, the temperature for growing the p-type semiconductor film is higher than that for growing the active layer. Therefore, in the step of growing the p-type semiconductor film on the active layer, thermal strain occurs in the active layer, dislocations, etc. occur, and the luminous efficiency of the active layer decreases. .
【0004】一方、この問題を解決するために、P型半
導体膜を成長させる温度を下げると、成長させたp型半
導体膜が、十分なキャリア濃度を有さないため、電子を
ブロックするために必要なヘテロ障壁が得られない。こ
のため、高輝度の発光素子を作製することが容易でない
という問題がある。On the other hand, in order to solve this problem, when the temperature for growing the P-type semiconductor film is lowered, the grown p-type semiconductor film does not have a sufficient carrier concentration, so that electrons are blocked. The required hetero barrier cannot be obtained. Therefore, there is a problem that it is not easy to manufacture a high-luminance light emitting element.
【0005】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、成長温度を下げてp型半導体膜を活性層の上に
成長させても、p型半導体膜に十分なキャリア濃度が得
られ、高輝度の発光特性を有する半導体発光素子を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems. Even if the growth temperature is lowered and the p-type semiconductor film is grown on the active layer, a sufficient carrier concentration can be obtained in the p-type semiconductor film. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a high brightness light emitting characteristic.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の窒化物系半導体発光素子は、活性層の上
に、Mgをドーピングすることによりp型の導電性とさ
れたAlxGayInzN(x+y+z=1)からなるキ
ャリアブロック層が積層された窒化物系半導体発光素子
であって、前記キャリアブロック層におけるInの比率
zが、0.015以上、Gaの比率yが、0.50以
上、Alの比率xとInの比率zとの関係x/zが、
0.84/0.16以上になっていることを特徴とする
ものである。In order to solve the above problems, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention has a structure in which Al x Ga is p-type conductive by doping Mg on the active layer. A nitride-based semiconductor light-emitting device in which a carrier block layer made of y In z N (x + y + z = 1) is laminated, wherein the In ratio z of the carrier block layer is 0.015 or more and the Ga ratio y is: 0.50 or more, the relationship x / z between the Al ratio x and the In ratio z is
It is characterized in that it is 0.84 / 0.16 or more.
【0007】上記本発明において、前記キャリアブロッ
ク層の上に積層されるp型の導電性に形成されるクラッ
ド層が、In元素を含んでいるとともに、Mgがドーピ
ングされることにより、p型の導電性とされることが好
ましい。In the present invention, the p-type conductive clad layer laminated on the carrier block layer contains an In element and is doped with Mg so that the p-type clad layer is formed. It is preferably electrically conductive.
【0008】また、本発明の窒化物系半導体発光素子の
製造方法は、上記本発明の窒化物系半導体発光素子の製
造方法であって、前記キャリアブロック層を、750℃
〜950℃の温度にて成長することを特徴とするもので
ある。The method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present invention is the method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present invention, wherein the carrier block layer is 750 ° C.
It is characterized in that it grows at a temperature of ˜950 ° C.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下、本発明の
実施の形態1に係る窒化物系半導体発光素子1につい
て、図面に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A nitride-based semiconductor light-emitting device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0010】図1は、本実施の形態の窒化物系半導体発
光素子1の断面構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a sectional structure of a nitride-based semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment.
【0011】この窒化物系半導体発光素子1は、H−V
PE(ハイドライドVPE)法を用いて作製されたGa
N基板2上に、n−GaNからなる第一のクラッド層
3、InxGa1-xNからなる活性層4、p−AlGaI
nNからなるキャリアブロック層5、p−GaInNか
らなる第二のクラッド層6が順次積層された構造を有し
ている。また、GaN基板2の下面には電極15、第二
のクラッド層6の上面には透明電極16が、それぞれ設
けられており、さらに、透明電極16の上面には、その
一部分にボンディング電極17が設けられている。This nitride-based semiconductor light emitting device 1 has an HV
Ga produced by PE (Hydride VPE) method
On the N substrate 2, a first cladding layer 3 made of n-GaN, In x Ga 1 -x N composed of the active layer 4, p-AlGaI
It has a structure in which a carrier block layer 5 made of nN and a second cladding layer 6 made of p-GaInN are sequentially stacked. Further, an electrode 15 is provided on the lower surface of the GaN substrate 2, and a transparent electrode 16 is provided on the upper surface of the second cladding layer 6, and a bonding electrode 17 is provided on a part of the upper surface of the transparent electrode 16. It is provided.
【0012】なお、本実施の形態1の窒化物系半導体発
光素子1では、基板としてGaN基板を用いているが、
GaN基板に変えてサファイア基板を用いても活性層4
の発光に影響を与えず、同様の発光素子が得られる。In the nitride-based semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment, a GaN substrate is used as the substrate,
Even if a sapphire substrate is used instead of the GaN substrate, the active layer 4
A similar light emitting device can be obtained without affecting the light emission of.
【0013】活性層4のバンド間発光の波長は、活性層
4を形成するInxGa1-xNにおける組成比xを変更す
ることにより、紫外域から赤色域まで、適宜選択するこ
とができる。本実施の形態1では、青色の発光の波長域
の発光素子とするため、組成比xをx=0.16とし
た。The wavelength of the band-to-band emission of the active layer 4 can be appropriately selected from the ultraviolet region to the red region by changing the composition ratio x in In x Ga 1-x N forming the active layer 4. . In the first embodiment, the composition ratio x is set to x = 0.16 in order to obtain a light emitting element in the wavelength range of blue light emission.
【0014】キャリアブロック層5及び第二のクラッド
層6には、それぞれ所定濃度になるようにマグネシウム
がドーピングされて、p型の導電性を有している。透明
電極16は、20nm以下の薄膜の金属により、第二の
クラッド層6の上面側のほぼ全面にわたって形成されて
いる。The carrier block layer 5 and the second cladding layer 6 are each doped with magnesium to a predetermined concentration to have p-type conductivity. The transparent electrode 16 is formed of a thin metal film having a thickness of 20 nm or less over substantially the entire upper surface side of the second cladding layer 6.
【0015】透明電極16は、第二のクラッド層6の上
面のほぼ全域にわたって形成されているために、ボンデ
ィング電極17から第二のクラッド層6に向けて電流、
即ち、正孔が注入された場合に、抵抗が大きい第二のク
ラッド層6によって活性層4における電流密度が不均一
となることが防止され、この結果、活性層4を全体にわ
たって均一に発光させることができる。Since the transparent electrode 16 is formed over almost the entire upper surface of the second clad layer 6, a current flows from the bonding electrode 17 toward the second clad layer 6,
That is, when holes are injected, the second clad layer 6 having a high resistance prevents the current density in the active layer 4 from becoming non-uniform, and as a result, the active layer 4 is made to emit light uniformly over the entire surface. be able to.
【0016】なお、透明電極16を形成するために使用
される金属としては、Ta、Co、Rh、Ni、Pd、
Pt、Cu、Ag、Auのいずれかを含むことが望まし
い。The metals used to form the transparent electrode 16 are Ta, Co, Rh, Ni, Pd,
It is desirable to contain any one of Pt, Cu, Ag, and Au.
【0017】GaN基板2に設けられた電極15は、金
属によって形成される。この金属としては、Al、T
i、Zr、Hf、V、Nbのいずれかを含むことが望ま
しい。The electrode 15 provided on the GaN substrate 2 is made of metal. As the metal, Al, T
It is desirable to contain any one of i, Zr, Hf, V, and Nb.
【0018】次に、本実施の形態の窒化物系半導体発光
素子を製造する方法について説明する。Next, a method of manufacturing the nitride-based semiconductor light emitting device of this embodiment will be described.
【0019】まず、(0001)面を有するサファイア
基板を洗浄し、MOCVD(有機金属化学気相成長)法
を用いることにより、サファイア基板上にアンドープG
aN膜を下地膜として成長する。First, a sapphire substrate having a (0001) plane is washed, and an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is used to form an undoped G on the sapphire substrate.
The aN film is grown as a base film.
【0020】このアンドープGaN膜の成長方法につい
て説明する。A method of growing this undoped GaN film will be described.
【0021】はじめに、洗浄したサファイア基板をMO
CVD装置内に導入し、水素(H2)雰囲気中、約11
00℃の高温条件にてクリーニング処理を行う。その
後、降温し、キャリアガスとして、10L/min.の
流速の水素ガスをMOCVD装置内に流しながら、60
0℃の温度条件下に、5L/min.の流速のNH3と
20mol/min.の流速のトリメチルガリウム(T
MG)をそれぞれ、導入することにより、GaN低温バ
ッファ層を約20nmの厚さに成長する。First, the cleaned sapphire substrate is MO
Introduced into a CVD apparatus, and in a hydrogen (H 2 ) atmosphere, about 11
The cleaning process is performed under a high temperature condition of 00 ° C. Then, the temperature is lowered to 10 L / min. As a carrier gas. While flowing hydrogen gas at a flow rate of
Under the temperature condition of 0 ° C., 5 L / min. Flow rate of NH 3 and 20 mol / min. Flow velocity of trimethylgallium (T
The GaN low temperature buffer layer is grown to a thickness of about 20 nm by introducing each of MG).
【0022】その後、一旦、TMGの供給を停止し、再
び約1050℃まで昇温した後、再び、TMGを約10
0mol/min.の流速にて1時間にわたって導入
し、約3μmの厚さのアンドープGaN膜を成長する。After that, the supply of TMG is once stopped, the temperature is raised again to about 1050 ° C., and then TMG is returned to about 10
0 mol / min. At a flow rate of 1 hour for 1 hour to grow an undoped GaN film having a thickness of about 3 μm.
【0023】その後、TMG及びNH3の供給を停止
し、MOCVD装置内を室温まで降温し、アンドープG
aN下地層を成長したサファイア基板を取り出す。After that, the supply of TMG and NH 3 was stopped, the temperature inside the MOCVD apparatus was lowered to room temperature, and undoped G
The sapphire substrate on which the aN underlayer is grown is taken out.
【0024】なお、低温バッファ層は、上記のようなG
aN膜に限られず、トリメチルアルミニウム(TM
A)、TMG、NH3を用いることにより、AlN膜や
GaAlN膜としてもよい。The low temperature buffer layer has the above-mentioned G content.
Not limited to aN film, trimethyl aluminum (TM
An AlN film or a GaAlN film may be formed by using A), TMG, or NH 3 .
【0025】次に、上記の方法により作製されたアンド
ープGaN下地層を成長したサファイア基板上に、Ga
Nの厚膜を成長する際にこのGaN厚膜にクラックが生
じないようにするために、厚さ0.2μm、間隔10μ
mのストライプ状の成長抑制膜を形成した後、この成長
抑制膜上に、H−VPE法を用いた選択成長により、平
坦なGaN厚膜を成長する。この成長抑制膜としては、
SiO2、SiNx等の誘電体もしくはW等の高融点金属
を用いることができる。本実施の形態では、スパッタリ
ング法により蒸着したSiO2膜をフォトリソグラフィ
によりエッチングしたものを用いた。Next, on the sapphire substrate on which the undoped GaN underlayer produced by the above method is grown, Ga
In order to prevent cracks from occurring in the GaN thick film when the N thick film is grown, the thickness is 0.2 μm and the interval is 10 μm.
After forming the m-shaped stripe-shaped growth suppressing film, a flat GaN thick film is grown on this growth suppressing film by selective growth using the H-VPE method. As this growth suppressing film,
A dielectric such as SiO 2 or SiN x or a refractory metal such as W can be used. In this embodiment, a SiO 2 film deposited by sputtering is etched by photolithography.
【0026】次に、成長抑制膜が成膜されたアンドープ
GaN下地層の上に、GaN厚膜を成長する。Next, a GaN thick film is grown on the undoped GaN underlayer on which the growth suppressing film is formed.
【0027】まず、上述した方法により作製したストラ
イプ状の成長抑制膜が成膜されたアンドープGaN下地
膜を成長したサファイア基板をH−VPE装置内に導入
し、キャリアガスである窒素ガス(N2)及びNH3ガス
を、それぞれ5L/min.の流速で流しながら、H−
VPE装置内の温度を約1050℃まで昇温する。その
後、サファイア基板上に、GaClを100cc/mi
n.の流速で導入して、GaN厚膜の成長を開始する。
なお、不純物を供給する不純物ドーピングラインを、予
め、H−VPE装置内に、基板の近接した位置に達する
ように配管しておき、このGaN厚膜の成長を開始する
と同時に、不純物ドーピングラインから所要の不純物ガ
スを導入することによって、GaN厚膜中に任意の濃度
の不純物をドーピングすることができる。First, a sapphire substrate on which an undoped GaN base film having a stripe-shaped growth suppressing film formed by the above-described method is grown is introduced into an H-VPE apparatus, and a nitrogen gas (N 2) which is a carrier gas is introduced. ) And NH 3 gas at 5 L / min. While flowing at the flow rate of
The temperature inside the VPE apparatus is raised to about 1050 ° C. After that, 100 cc / mi of GaCl was formed on the sapphire substrate.
n. At a flow rate of 1 to start the growth of a GaN thick film.
It should be noted that an impurity doping line for supplying impurities is previously piped in the H-VPE device so as to reach a position close to the substrate, and at the same time when the growth of this GaN thick film is started, the impurity doping line is required from the impurity doping line. By introducing the above impurity gas, it is possible to dope the GaN thick film with impurities at an arbitrary concentration.
【0028】本実施の形態では、GaN厚膜の成長を開
始すると同時に、モノシラン(SiH4)を200nm
ol/min.の流速で供給することにより、不純物で
あるSiが約3.8×1018cm-3の濃度で導入して、
SiドープGaN膜を成長した。In this embodiment, at the same time as the growth of the GaN thick film is started, monosilane (SiH 4 ) is added to 200 nm.
ol / min. By supplying at a flow rate of, the impurity Si is introduced at a concentration of about 3.8 × 10 18 cm −3 ,
A Si-doped GaN film was grown.
【0029】上記方法によるGaN厚膜の成長を6時間
にわたって行い、約700μmの厚さを有するGaN厚
膜を成長した。GaN厚膜の成長後、研磨によりサファ
イア基板を除去し、GaN基板2とした。A GaN thick film was grown by the above method for 6 hours to grow a GaN thick film having a thickness of about 700 μm. After the growth of the GaN thick film, the sapphire substrate was removed by polishing to obtain a GaN substrate 2.
【0030】次に、以上に説明した方法により得られた
GaN基板2上に、MOCVD法によって、発光素子構
造を成長する。Next, a light emitting device structure is grown by MOCVD on the GaN substrate 2 obtained by the method described above.
【0031】まず、GaN基板2をMOCVD装置内に
導入し、窒素ガス(N2)及びNH3ガスを、それぞれ5
L/min.の流速で流しながら、MOCVD装置内を
約1050℃に昇温する。昇温が完了した時点で、キャ
リアガスを、窒素ガス(N2)から水素ガス(H2)に置
き換え、TMGを100μmol/min.の流速、S
iH4を10nmol/min.の流速で、それぞれ流
して、n−GaNからなる第一のクラッド層3を約1μ
mの厚さに成長する。その後、TMGの供給を停止し、
キャリアガスを水素ガス(H2)から窒素ガス(N2)に
戻し、MOCVD装置を760℃まで降温する。First, the GaN substrate 2 is introduced into the MOCVD apparatus, and nitrogen gas (N 2 ) and NH 3 gas are each added to 5 times.
L / min. The temperature inside the MOCVD apparatus is raised to about 1050 ° C. while flowing at a flow rate of When the temperature rise was completed, the carrier gas was replaced with nitrogen gas (N 2 ) by hydrogen gas (H 2 ), and TMG was added at 100 μmol / min. Flow velocity, S
iH 4 at 10 nmol / min. At a flow rate of about 1 μm for the first cladding layer 3 made of n-GaN.
It grows to a thickness of m. After that, stop the supply of TMG,
The carrier gas is returned from hydrogen gas (H 2 ) to nitrogen gas (N 2 ) and the temperature of the MOCVD apparatus is lowered to 760 ° C.
【0032】次いで、第一のクラッド層3の上に活性層
4を成膜する。まず、インジウム原料であるトリメチル
インジウム(TMI)を6.5μmol/min.の流
速、TMGを2.8μmol/min.の流速で導入し
て、In0.18Ga0.72Nからなる井戸層を3nmの厚さ
に成長する。その後、再度、850℃まで昇温して、T
MGを14μmol/min.の流速で導入して、Ga
Nからなる障壁層を成長する。その後、上記に説明した
井戸層及び障壁層の成長を順次繰り返し、最下層の障壁
層上に合計5層の井戸層と、合計5層の障壁層とが交互
に積層された多重量子井戸(MQW)からなる活性層4
を成長する。Next, the active layer 4 is formed on the first cladding layer 3. First, trimethyl indium (TMI), which is an indium raw material, was added at 6.5 μmol / min. Flow rate of TMG at 2.8 μmol / min. At a flow rate of 3 to form a well layer of In 0.18 Ga 0.72 N with a thickness of 3 nm. Then, the temperature is raised again to 850 ° C.
MG at 14 μmol / min. At a flow rate of
A barrier layer made of N is grown. Thereafter, the growth of the well layer and the barrier layer described above is sequentially repeated, and a total of five well layers and a total of five barrier layers are alternately stacked on the bottom barrier layer to form a multiple quantum well (MQW). ) Active layer 4
To grow.
【0033】次いで、活性層4上にキャリアブロック層
5を成長する。Next, the carrier block layer 5 is grown on the active layer 4.
【0034】まず、多重量子井戸からなる活性層4の最
上層となる障壁層を形成した時と同じ温度にて、TMG
を11μmol/min.の流速、TMAを1.1μm
ol/min.の流速、TMIを40μmol/mi
n.の流速で、それぞれ流し、これと同時に、p型ドー
ピング原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグネ
シウム(以下、Cp2Mgと表現する)を10nmol
/min.の流速で流し、p型Al0.20Ga0.75In
0.05Nからなるキャリアブロック層5を50nmの厚さ
に成長する。First, TMG is formed at the same temperature as when the barrier layer, which is the uppermost layer of the active layer 4 composed of multiple quantum wells, is formed.
Of 11 μmol / min. Flow rate, TMA 1.1 μm
ol / min. Flow rate and TMI of 40 μmol / mi
n. At a flow rate of 10 nmol of biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter referred to as Cp 2 Mg) which is a p-type doping source gas.
/ Min. Flow rate of p-type Al 0.20 Ga 0.75 In
A carrier block layer 5 made of 0.05 N is grown to a thickness of 50 nm.
【0035】キャリアブロック層5の成長が終了した
後、TMAの供給を停止して、p型Ga0.91In0.09N
からなる第二のクラッド層6を成長し、発光素子構造の
成長を終了する。After the growth of the carrier block layer 5, the supply of TMA is stopped and the p-type Ga 0.91 In 0.09 N is added.
The second clad layer 6 consisting of is grown to complete the growth of the light emitting device structure.
【0036】その後、TMG、TMI、Cp2Mgのそ
れぞれの供給を停止した後、MOCVD装置内を室温ま
で降温し、発光素子構造が成膜されたGaN基板をMO
CVD装置から取り出す。Then, after stopping the supply of each of TMG, TMI, and Cp 2 Mg, the temperature inside the MOCVD apparatus is lowered to room temperature, and the GaN substrate on which the light emitting element structure is formed is MO-deposited.
Take out from the CVD device.
【0037】その後、GaN基板2の厚みを適宜、調整
した後、p型Ga0.91In0.09N層からなる第二のクラ
ッド層6の上面に透明電極16を形成し、さらに、この
透明電極16上の所定の位置にボンディング電極17を
形成する。また、GaN基板2の下面に、電極15を形
成し、本実施の形態1の窒化物系半導体発光素子の製造
が完成する。Then, after the thickness of the GaN substrate 2 is adjusted appropriately, a transparent electrode 16 is formed on the upper surface of the second cladding layer 6 made of a p-type Ga 0.91 In 0.09 N layer, and the transparent electrode 16 is formed on the transparent electrode 16. The bonding electrode 17 is formed at a predetermined position. Further, the electrode 15 is formed on the lower surface of the GaN substrate 2, and the manufacture of the nitride-based semiconductor light emitting device of the first embodiment is completed.
【0038】上記のようにして作製された窒化物系半導
体発光素子のキャリアブロック層5及び第二のクラッド
層6のp型半導体膜は、p型の導電性にするためにMg
がドーピングされている。この場合、AlxGayInz
Nの混晶物から形成されるp型半導体膜のInの組成の
割合が増大させれば、この増大に伴って、エネルギーバ
ンドにおける価電子帯のエネルギーが減少し、Mgのア
クセプターレベルに近づき、高いホール濃度を得ること
ができることが知られている。The p-type semiconductor films of the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6 of the nitride-based semiconductor light-emitting device produced as described above are Mg-type in order to have p-type conductivity.
Is doped. In this case, Al x Ga y In z
If the composition ratio of In in the p-type semiconductor film formed from a mixed crystal of N is increased, the energy of the valence band in the energy band is reduced with the increase, and the energy approaches the acceptor level of Mg. It is known that a high hole concentration can be obtained.
【0039】次に、上記の知見に基づき、Mgがドーピ
ングされたAlxGayInzN(x+y+z=1)から
なるp型のキャリアブロック層5が、成長温度を低くし
て活性層の上にキャリアブロック層を成長させても、十
分なキャリア濃度を有するための条件範囲について説明
する。Next, based on the above knowledge, the p-type carrier block layer 5 made of Mg-doped Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) was formed on the active layer by lowering the growth temperature. The range of conditions for maintaining a sufficient carrier concentration even when the carrier block layer is grown will be described.
【0040】図2には、p型のAlxGayInzN(x
+y+z=1)キャリアブロック層に関して、十分なキ
ャリア濃度を有するための条件について種々検討した結
果得られた最適な条件範囲を、図中の斜線にて示してい
る。In FIG. 2, p-type Al x Ga y In z N (x
+ Y + z = 1) With respect to the carrier block layer, the optimum condition range obtained as a result of various studies on conditions for having a sufficient carrier concentration is shown by the shaded area in the figure.
【0041】すなわち、p型のAlxGayInzN(x
+y+z=1)からなるキャリアブロック層5におい
て、Inの組成比率zが、0.015より低い場合、低
温成長させたキャリアブロック層に、十分なキャリア濃
度が得られなかった。したがって、キャリアブロック層
5に十分なキャリア濃度を得るためには、Inの組成比
率zは、0.015以上であることが必要であることが
分かった。That is, p-type Al x Ga y In z N (x
In the carrier block layer 5 composed of + y + z = 1), when the In composition ratio z was lower than 0.015, a sufficient carrier concentration was not obtained in the carrier block layer grown at low temperature. Therefore, in order to obtain a sufficient carrier concentration in the carrier block layer 5, it was found that the composition ratio z of In needs to be 0.015 or more.
【0042】また、Gaの比率yが0.50よりも低い
ために、Alの比率xが相対的に高くなった場合には、
各元素が均一に混ざりにくくなる結果、結晶性が低下
し、また、ドーパントであるMgも同様に均一に混ざり
にくくなるために、キャリアブロック層に十分なキャリ
ア濃度が得られなかった。したがって、キャリアブロッ
ク層5に十分なキャリア濃度を得るためには、Gaの組
成比率は、0.50以上であることが必要であることが
分かった。When the ratio y of Ga is lower than 0.50 and the ratio x of Al is relatively high,
As a result of making it difficult for each element to mix uniformly, the crystallinity deteriorates, and since Mg, which is a dopant, also becomes difficult to mix uniformly, it was not possible to obtain a sufficient carrier concentration in the carrier block layer. Therefore, it was found that the Ga composition ratio needs to be 0.50 or more in order to obtain a sufficient carrier concentration in the carrier block layer 5.
【0043】さらに、キャリアブロック層5の格子定数
は、活性層4の格子定数に比較して大きくなり、活性層
4の近傍には、圧縮応力が加わる。一方、GaInNを
発光層として用いている活性層4には、GaN基板2に
よる圧縮応力が加えられており、このため、活性層4の
格子定数は歪んでいる。したがって、キャリアブロック
層5の格子定数を、活性層4の歪んだ格子定数に近くな
るようにするためには、Alの比率は、高い方が良いと
考えられる。Further, the lattice constant of the carrier block layer 5 is larger than the lattice constant of the active layer 4, and compressive stress is applied in the vicinity of the active layer 4. On the other hand, compressive stress due to the GaN substrate 2 is applied to the active layer 4 using GaInN as a light emitting layer, and therefore the lattice constant of the active layer 4 is distorted. Therefore, in order to bring the lattice constant of the carrier block layer 5 close to the distorted lattice constant of the active layer 4, it is considered that a higher Al ratio is preferable.
【0044】Alの比率xとInの比率zとの比率との
関係x/zが、x/z=0.84/0.16以上として
作製したキャリアブロック層5を有する発光素子は、A
lの比率xとInの比率zとの関係が上記の条件以下と
したキャリアブロック層5を有する発光素子に比較し
て、発光強度が半減するまでの時間が1.5倍程度長く
なり、1000時間程度にわたってその発光強度の半減
がみられず、寿命の長時間化が確認された。A light emitting device having a carrier block layer 5 manufactured with the relation x / z between the ratio x of Al and the ratio z of In being x / z = 0.84 / 0.16 or more is A
Compared to a light emitting device having a carrier block layer 5 in which the relationship between the ratio x of l and the ratio z of In is equal to or less than the above conditions, the time until the emission intensity is reduced by half is about 1.5 times longer, and 1000 It was confirmed that the emission intensity was not halved over a period of time and the life was extended.
【0045】次に、Mgをそれぞれドーピングしたキャ
リアブロック層5及び第二のクラッド層6の双方の成長
工程において、In元素を導入した場合とIn元素を導
入しない場合のそれぞれについて、成長温度Tgと半導
体発光素子の駆動電圧Vfとの関係について説明する。Next, in the growth steps of both the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6 each doped with Mg, the growth temperature Tg and the growth temperature Tg for the case of introducing the In element and the case of not introducing the In element respectively. The relationship with the driving voltage Vf of the semiconductor light emitting element will be described.
【0046】図3は、In元素を導入した場合とIn元
素を導入しない場合のそれぞれについての成長温度Tg
と半導体発光素子の駆動電圧Vfとの関係を示すグラフ
である。FIG. 3 shows the growth temperature Tg when the In element was introduced and when the In element was not introduced.
6 is a graph showing the relationship between the drive voltage Vf of the semiconductor light emitting device and the drive voltage Vf.
【0047】図3によると、In元素をキャリアブロッ
ク層5及び第二のクラッド層6に導入しない場合には、
成長温度Tgが、1000℃以下にして成長させた場合
に、駆動電圧Vfに顕著な増加がみられた。これは、作
製されたキャリアブロック層5及び第二のクラッド層6
に、十分なキャリア濃度が得られなかったために、これ
らの層の抵抗が大きくなったと考えられる。According to FIG. 3, when the In element is not introduced into the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6,
When the growth temperature Tg was set to 1000 ° C. or lower, the driving voltage Vf was remarkably increased. This is the produced carrier block layer 5 and the second cladding layer 6
In addition, it is considered that the resistance of these layers increased because a sufficient carrier concentration could not be obtained.
【0048】これに対して、キャリアブロック層5及び
第二のクラッド層6にInを導入した場合には、850
℃程度でキャリアブロック層5及び第二のクラッド層6
を成長しても、半導体発光素子の駆動電圧Vfの増加が
みられず、キャリアブロック層5及び第二のクラッド層
6に十分なキャリア濃度が得られたと考えられる。On the other hand, when In is introduced into the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6, it is 850
Carrier block layer 5 and second cladding layer 6 at about ℃
It is considered that, even after growing, the driving voltage Vf of the semiconductor light emitting element did not increase, and a sufficient carrier concentration was obtained in the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6.
【0049】この結果、Inを導入することにより、上
記のような低温条件にてキャリアブロック層5及び第二
のクラッド層6を作製しても、これらの各層に十分なキ
ャリア濃度を得ることができることが分かった。この場
合、このような低温条件にてキャリアブロック層5及び
第二のクラッド層6が作製されることにより、高温条件
による活性層4への熱的ダメージが防止されるため、発
光効率の高い発光素子を得ることができる。As a result, by introducing In, even if the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6 are produced under the above-mentioned low temperature condition, a sufficient carrier concentration can be obtained in each of these layers. I knew I could do it. In this case, since the carrier block layer 5 and the second cladding layer 6 are formed under such a low temperature condition, thermal damage to the active layer 4 due to a high temperature condition is prevented, so that light emission with high luminous efficiency is achieved. An element can be obtained.
【0050】(実施の形態2)前述の実施の形態1の窒
化物系半導体発光素子1においては、活性層4として、
InxGa1-xNを用いているが、本実施の形態2の窒化
物系半導体発光素子1においては、活性層4を作製する
工程において、さらに、100ccのAsH3(アルシ
ン)を同時に導入することによって、In0.05Ga0.95
AsNからなる活性層4を作製した。他の構成について
は、実施の形態1の窒化物系半導体発光素子1と同様で
あり、詳しい説明は省略する。(Embodiment 2) In the nitride-based semiconductor light-emitting device 1 of Embodiment 1 described above, as the active layer 4,
Although In x Ga 1-x N is used, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 1 of the present Second Embodiment, 100 cc of AsH 3 (arsine) is simultaneously introduced in the step of forming the active layer 4. In 0.05 Ga 0.95
The active layer 4 made of AsN was produced. Other configurations are similar to those of the nitride-based semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
【0051】本実施の形態2では、実施の形態1の窒化
物系半導体発光素子1と同程度の発光出力及び寿命特性
であって、630nmにピーク波長を有する赤色の発光
素子が得られた。この発光素子においては、1〜5%程
度に、Asが混在していると推定される。In the second embodiment, a red light emitting device having a light emission output and life characteristics similar to those of the nitride-based semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment and having a peak wavelength at 630 nm was obtained. In this light emitting element, it is estimated that As is mixed in about 1 to 5%.
【0052】(実施の形態3)前述の実施の形態1の窒
化物系半導体発光素子1においては、活性層4として、
InxGa1-xNを用いているが、本実施の形態3の窒化
物系半導体発光素子1においては、活性層4を作製する
工程において、さらに、500ccのPH3(ホスフィ
ン)を同時に導入することによって、In0.05Ga0.95
PNからなる活性層4を作製した。他の構成について
は、実施の形態1の窒化物系半導体発光素子1と同様で
あり、詳しい説明は省略する。(Third Embodiment) In the nitride-based semiconductor light-emitting device 1 of the first embodiment described above, the active layer 4 is
Although In x Ga 1-x N is used, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 1 of the third embodiment, 500 cc of PH 3 (phosphine) is simultaneously introduced in the step of forming the active layer 4. In 0.05 Ga 0.95
The active layer 4 made of PN was produced. Other configurations are similar to those of the nitride-based semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
【0053】本実施の形態3では、実施の形態1の窒化
物系半導体発光素子1と同程度の発光出力及び寿命特性
であって、610nmにピーク波長を有する赤色の発光
素子が得られた。この発光素子においては、1〜5%程
度にPが混在していると推定される。In the third embodiment, a red light emitting device having a light emission output and life characteristics similar to those of the nitride-based semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment and having a peak wavelength at 610 nm was obtained. In this light emitting element, it is estimated that P is mixed in about 1 to 5%.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化物系
半導体発光素子は、Mgをドーピングすることによりp
型の導電型とされたAlxGayInzN(x+y+z=
1)からなるキャリアブロック層におけるInの比率z
を、0.015以上、Gaの比率yを、0.50以上、
Alの比率xとInの比率zとの関係x/zを、0.8
4/0.16以上にしたため、低温条件にて、キャリア
ブロック層を成長しても、高いホール濃度を得ることが
でき、また、高温条件による活性層への熱的な損傷を防
止することができるため、発光効率の高い半導体発光素
子を得ることができる。As described above, the nitride-based semiconductor light emitting device of the present invention is doped with Mg to improve the p-type conductivity.
-Type conductivity type Al x Ga y In z N (x + y + z =
Ratio z of In in the carrier block layer consisting of 1)
Is 0.015 or more, the Ga ratio y is 0.50 or more,
The relationship x / z between the ratio x of Al and the ratio z of In is 0.8
Since it is set to 4 / 0.16 or more, a high hole concentration can be obtained even if the carrier block layer is grown under low temperature conditions, and thermal damage to the active layer due to high temperature conditions can be prevented. Therefore, a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency can be obtained.
【図1】本発明の実施の形態の発光素子を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a light emitting device of an embodiment of the present invention.
【図2】AlxGayInzN(x+y+z=1)からな
るキャリアブロック層において、高いホール濃度を得る
ために適した条件範囲を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a condition range suitable for obtaining a high hole concentration in a carrier block layer made of Al x Ga y In z N (x + y + z = 1).
【図3】Mgをドーピングしたキャリアブロック層及び
第二のクラッド層において、Inの添加した場合と、添
加しない場合のそれぞれについて、その成長温度と駆動
電圧との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the growth temperature and the drive voltage of In with and without addition of In in the Mg-doped carrier block layer and the second cladding layer.
1 窒化物系半導体発光素子 2 GaN基板 3 第一のクラッド層 4 活性層 5 キャリアブロック層 6 第二のクラッド層 15 電極 16 透明電極 17 ボンディング電極 1 Nitride semiconductor light emitting device 2 GaN substrate 3 First clad layer 4 Active layer 5 Carrier block layer 6 Second clad layer 15 electrodes 16 Transparent electrode 17 Bonding electrode
Claims (3)
とによりp型の導電性とされたAlxGayInzN(x
+y+z=1)からなるキャリアブロック層が積層され
た窒化物系半導体発光素子であって、 前記キャリアブロック層におけるInの比率zが、0.
015以上、Gaの比率yが、0.50以上、Alの比
率xとInの比率zとの関係x/zが、0.84/0.
16以上になっていることを特徴とする窒化物系半導体
発光素子。1. An Al x Ga y In z N (x which is made p-type conductive by doping Mg on the active layer.
+ Y + z = 1) is a nitride-based semiconductor light-emitting device in which a carrier block layer of (1) + y + z = 1) is laminated, and the In ratio z in the carrier block layer is 0.
015 or more, the ratio y of Ga is 0.50 or more, and the relationship x / z between the ratio x of Al and the ratio z of In is 0.84 / 0.
A nitride-based semiconductor light-emitting device characterized by having 16 or more.
るp型の導電性に形成されるクラッド層が、In元素を
含んでいるとともに、Mgがドーピングされることによ
り、p型の導電性とされる、請求項1に記載の窒化物系
半導体発光素子。2. The p-type conductive clad layer laminated on the carrier block layer contains an In element and is doped with Mg to obtain p-type conductivity. The nitride-based semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein
子の製造方法であって、 前記キャリアブロック層を、750℃〜950℃の温度
にて成長することを特徴とする窒化物系半導体発光素子
の製造方法。3. The method for manufacturing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the carrier block layer is grown at a temperature of 750 ° C. to 950 ° C. Method for manufacturing light emitting device.
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|---|---|---|---|
| JP2001190483A JP3753369B2 (en) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | Nitride semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001190483A JP3753369B2 (en) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | Nitride semiconductor light emitting device |
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822270B2 (en) | 2002-02-12 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device having gallium nitride based compound semiconductor layer |
| JP2004363401A (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2007088270A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting element, lighting device using the same and manufacturing method of semiconductor light emitting element |
| JP2007088269A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting element, lighting device using the same and manufacturing method of semiconductor light emitting element |
| JP2007201099A (en) * | 2006-01-25 | 2007-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for fabricating nitride semiconductor light emitting device |
| KR101501149B1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-11 | 일진엘이디(주) | Light emitting device |
-
2001
- 2001-06-22 JP JP2001190483A patent/JP3753369B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822270B2 (en) | 2002-02-12 | 2004-11-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device having gallium nitride based compound semiconductor layer |
| JP2004363401A (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Toyoda Gosei Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2007088270A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting element, lighting device using the same and manufacturing method of semiconductor light emitting element |
| JP2007088269A (en) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting element, lighting device using the same and manufacturing method of semiconductor light emitting element |
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