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JP2004096077A - Epitaxial substrate for compound semiconductor light emitting device, method of manufacturing the same, and light emitting device - Google Patents

Epitaxial substrate for compound semiconductor light emitting device, method of manufacturing the same, and light emitting device Download PDF

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JP2004096077A
JP2004096077A JP2003158141A JP2003158141A JP2004096077A JP 2004096077 A JP2004096077 A JP 2004096077A JP 2003158141 A JP2003158141 A JP 2003158141A JP 2003158141 A JP2003158141 A JP 2003158141A JP 2004096077 A JP2004096077 A JP 2004096077A
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JP
Japan
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layer
light emitting
type
emitting device
compound semiconductor
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Application number
JP2003158141A
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Japanese (ja)
Inventor
Sadanori Yamanaka
山中 貞則
Yoshihiko Tsuchida
土田 良彦
Yoshinobu Ono
小野 善伸
Yasushi Iechika
家近 泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】発光層の保護機能を損なうことなしに発光効率を向上させること。
【解決手段】発光層7に接して第1乃至第3の層から成る3層構造のp型層を設ける。第1の層であるn型AlGaN層9が保護層として働き、第3の層であるGaN:Mg層11がコンタクト層として働くと共に、第2の層であるAlGaN:Mg層10がこれらの中間に設けられて中間層となり、この中間層を設けたことにより、n型AlGaN層9の層厚を薄くしてもInGaN層8をその上側の層の成長時の熱から充分に保護することができ、これによりGaN:Mg層11を発光層7に近づけて発光層7へのホールの注入効率を高め、発光効率を向上させることができるようにした。
【選択図】    図1
An object is to improve luminous efficiency without impairing a protective function of a light emitting layer.
A p-type layer having a three-layer structure including first to third layers is provided in contact with a light-emitting layer. An n-type AlGaN layer 9 as a first layer functions as a protective layer, a GaN: Mg layer 11 as a third layer functions as a contact layer, and an AlGaN: Mg layer 10 as a second layer is intermediate between these layers. And the intermediate layer is provided. By providing this intermediate layer, even if the thickness of the n-type AlGaN layer 9 is reduced, the InGaN layer 8 can be sufficiently protected from heat during the growth of the layer above it. As a result, the GaN: Mg layer 11 is brought closer to the light emitting layer 7 so that the efficiency of hole injection into the light emitting layer 7 can be increased, and the light emitting efficiency can be improved.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系3−5族化合物半導体薄膜を積層して成る化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板及びその製造方法並びに発光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
紫外、青色もしくは緑色の発光ダイオードまたは紫外、青色もしくは緑色のレーザダイオード等の発光素子の材料として、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体が知られている。以下、この一般式中のx、y及びzをそれぞれInN混晶比、GaN混晶比およびAlN混晶比と記すことがある。該3−5族化合物半導体において、特にInNを混晶比で10%以上含むものは、InN混晶比に応じて可視領域での発光波長を調整できるため、表示用途に特に重要である。
【0003】
ところで、該化合物半導体は混晶比により大きく物性が変化することが知られている。たとえば、Inを含まないGaAlN系混晶は、熱的な安定性に優れ、良好な結晶を得るために1000℃以上の成長温度を用いることができる。他方、Inを含むInGaAlN系では、InN混晶比にもよるが、熱的な安定性が十分でなく、800℃程度の該化合物半導体としては比較的低い温度で成長することが一般的に行われている。このため、可視光領域の発光素子の発光層を構成する成長層として重要なInGaAlN系混晶の成長層は低い温度で成長させており、熱的安定性において十分でない場合が多い。
【0004】
一方、発光層の成長後にはこの上にp型層を成長させることになるが、p型層の成長はより高い成長温度にする必要があるため、この高い成長温度から熱的に不安定である発光層を護る目的で耐熱性の大きな保護層を発光層の上に一旦成長させ、この保護層の上にp型層を高い成長温度で成長させる方法が従来から採用されている。
【0005】
この保護層は、上述した発光層の保護作用のみでなく発光素子の発光特性に大きな影響を与える重要な層である。すなわち、保護層の上に形成されたp型層から発光層にホールを有効に注入し、発光層の下側から発光層に注入される電子と該ホールとによって発光再結合を引き起こす作用に深く関与しているものである。したがって、p型層側から発光層へのホールの注入効率を高めるために、保護層はp型伝導性またはキャリア濃度の低いn型伝導性を有することが望ましいのである。
【0006】
しかしながら、Alを含む保護層を発光層の成長温度と同じ温度で成長する場合には、保護層の結晶性が十分でなく、結晶欠陥を多数含んで通常キャリア濃度の高いn型伝導性を示す。このため、発光層へのホールの注入効率が低下し、高い発光効率が得られにくいという問題点を有している。
【0007】
すなわち、保護層及びp型層の各成長条件は、保護機能の強化とホールの注入効率維持の2つの観点から最適化する必要があるので、保護層には、発光層を熱的に保護すると共に、高い結晶品質を保ったままp型層から発光層へのホール注入を効率良く行わせるべく伝導性を制御することが要求されている。
【0008】
この要求を解決するため、従来において、(1)AlGaN保護層を成長させた後、p型GaN層(コンタクト層)の成長温度まで昇温してからp型GaN層を成長させる方法、(2)保護層をAlを含まない低温成長で済むGaN層とし、これにより保護層の結晶性を向上させ、バックグラウンド型キャリア濃度をやや低めにするようにした方法等が公知である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、(1)の従来方法によると、p型GaN層(コンタクト層)の成長中における熱劣化を防ぐために保護層には一定以上の膜厚が必要とされ、これによる膜厚の増大によりpn接合界面が発光層から離れ、発光層へのホールの注入効率が低下するという問題点を有している。
【0010】
また、Al組成が低下するにつれて、AlGaN層の保護層としての働きが低下するので、(2)のGaNを保護層とする従来方法による場合には、やはりその膜厚を厚くしなければならず、発光効率の向上を期待することができない。
【0011】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる、化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板及びその製造方法並びにこれらを用いた発光素子を提供することにある。
【0012】
本発明の目的は、保護層による発光層の保護機能を損なうことなく、発光層へのホールの注入効率を充分なものとすることができるようにした化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板及びその製造方法並びに発光素子を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、保護層とp型層との間に中間層を挿入することにより、保護層の層厚を薄くしても十分な保護機能が得られるようにし、これによりp型層を発光層に近づけてホールの注入効率を高めて発光効率を向上させるようにしたものである。
【0014】
請求項1の発明によれば、pn接合を有するダブルへテロ構造の発光層を備えた化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板において、前記発光層に接して設けられるp型層側の層構造が、前記発光層に接する層から順に、Inx Aly Gaz N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表されるn型の第1の層と、Inu Alv Gaw N(u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表されるp型の第2の層と、Inp Alq Gar N(p+q+r=1、0≦p≦1、0≦q≦1、0≦r≦1)で表されるp型の第3の層とを含み、かつこれら3つの層が互いに接して積層されていることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板が提案される。
【0015】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、前記第1の層の層厚d1 (Å)が5≦d1 ≦200の範囲内であり、前記第2の層の層厚d2 (Å)が5≦d2 ≦30000の範囲内である化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板が提案される。
【0016】
請求項3の発明によれば、請求項1又は2記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造するための方法において、
前記第1の層の成長温度T1 と前記第2の層の成長温度T2 との間に、下式
1 ≦T2 
の関係が成り立つようにしたことを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0017】
請求項4の発明によれば、請求項3の発明において、前記第2の層の成長温度T2 (℃)と前記第2の層の層厚d2 (Å)との間に、次式
5 ≦ d2  ≦ 30000 (900 ≦ T2 ≦ 1150)
2 ≧ 0.4d2 +700  (700 ≦ T2 < 900)
で表される関係が満たされるようにして前記第2の層を成長させることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0018】
請求項5の発明によれば、請求項3又は4の発明において、前記第1の層の成長が終了した後、前記第2の層及び前記第3の層を再成長法により形成するようにした化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0019】
請求項6の発明によれば、請求項1又は2記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を用いてなる発光素子が提案される。
【0020】
請求項7の発明によれば、請求項3、4又は5記載の製造方法を用いて作製した発光素子が提案される。
【0021】
請求項8の発明によれば、pn接合を有するダブルへテロ構造の発光層を備えた化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板において、
前記発光層に接して設けられるp型層側の層構造が、前記発光層に接する層から順に、Inx Aly Gaz N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表されるn型の第1の層と、Inu Alv Gaw N(u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表されるn型の第2の層と、Inp Alq Gar N(p+q+r=1、0≦p≦1、0≦q≦1、0≦r≦1)で表されるp型の第3の層とを含み、かつ、これら3つの層が互いに接して積層されていることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板が提案される。
【0022】
請求項9の発明によれば、請求項8の発明において、前記第2の層のp型ドーパント濃度が1×1017cm−3以上1×1021cm−3以下であり、且つ前記第2の層のn型キャリア濃度が1×1019cm−3以下である化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板が提案される。
【0023】
請求項10の発明によれば、請求項8又は9の発明において、前記第1の層の層厚d1 (Å)が5≦d1 ≦200の範囲内であり、前記第2の層の層厚d2 (Å)が5≦d2 ≦500の範囲内である化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板が提案される。
【0024】
請求項11の発明によれば、請求項8、9又は10記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造するための方法において、
前記第1の層の成長温度T1 と前記第2の層の成長温度T2 との間に、下式
1 ≦T2 
の関係が成り立つようにしたことを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0025】
請求項12の発明によれば、請求項11の発明において、前記第2の層の成長温度T2 (℃)と層厚d2 (Å)との間に、次式
2  ≧ 0.4d2 + 700 (5 ≦ d2 ≦500)
1150 ≧ T2  ≧ 700
で表される関係が満たされるようにして前記第2の層を成長させることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0026】
請求項13の発明によれば、請求項11又は12の発明において、前記第1の層の成長が終了した後、前記第2の層及び前記第3の層を再成長法により形成するようにした化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法が提案される。
【0027】
請求項14の発明によれば、請求項8、9又は10記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を用いてなる発光素子が提案される。
【0028】
請求項15の発明によれば、請求項11、12又は13の製造方法を用いて作製した発光素子が提案される。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【0030】
図1は、本発明の実施の形態の一例を示す発光素子の層構造図である。図1に示す発光素子は、本発明による化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を用いて製作されたものである。
【0031】
発光素子20の層構造について説明すると、サファイア基板1上には、低温GaNバッファ層2、n型GaN:Si層3、n型GaN:Si層4、及びGaN層5がMOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法によるエピタキシャル成長により順次積層されて形成されている。GaN層5の上にはAlGaN層6が形成され、AlGaN層6の上には発光層7が形成されている。AlGaN層6及び発光層7もまた、MOVPE法によるエピタキシャル成長により順次積層されたものである。
【0032】
なお、本実施の形態では、基板としてサファイア基板を用いたが、使用する基板に関して特に制限はなく、サファイアの他、例えば、SiC、埋め込み成長により転位密度を低減させたGaN基板、Si上GaN基板、フリースタンディングGaN基板、AlN基板等を用いることができる。また、バッファ層は低温GaNバッファ層に限定されるものでなく、例えば、低温AlNバッファ、低温AlGaNバッファ、低温InGaAlNバッファ等を用いることができる。
【0033】
発光層7は、InGaN層7AとGaN層7Bとを繰り返し4組成長させてなる多重量子井戸構造の上にInGaN層8を成長させて成る、pn接合を有するダブルへテロ構造となっている。InGaN層8の成長温度は780℃である。発光層7の上には、第1の層、第2の層及び第3の層からなる3層構造のp型層側の層が発光層7に接して設けられている。すなわち、本実施の形態では、発光層7に接して設けられるp型層側の層構造が、発光層7に接する層から順に、n型AlGaN層(第1の層)9、AlGaN:Mg層(第2の層)10、及びGaN:Mg層(第3の層)11から成っており、且つこれら3つの層が図示の如く接して積層されている。
【0034】
ここで、第1の層はInGaN層8の成長温度である780℃と同じ温度でMOVPE法により結晶成長させたn型AlGaN層9である。第2の層はAlGaN:Mg層10であり、n型AlGaN層9の成長温度よりも高い1000℃でMOVPE法により結晶成長させたものである。第3の層はGaN:Mg層11であり、AlGaN:Mg層10の成長温度よりもさらに高い1040℃でMOVPE法により結晶成長させたものである。
【0035】
本実施の形態では、第2の層であるAlGaN:Mg層10及び第3の層であるGaN:Mg層11は、低抵抗のp型層とされている。そして、n型GaN:Si層4にはオーミックn電極12が設けられており、GaN:Mg層11にはオーミックp電極13が設けられている。
【0036】
発光素子20は、以上説明した層構造を有しているが、発光素子20は、サファイア基板1の上に上述の如き層構造が形成された化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を先ず製作し、このエピタキシャル基板を用いて、図1に示すような形態に作製されたものである。
【0037】
発光素子20は、発光層7に接して、第1〜第3の層から成る3層構造のp型層側の構造を設け、これにより、第1の層であるn型AlGaN層9が保護層として働き、第3の層であるGaN:Mg層11がコンタクト層として働くと共に、第2の層であるAlGaN:Mg層10がこれらの中間に設けられて中間層となり、この中間層を設けたことにより、n型AlGaN層9の層厚を薄くしてもInGaN層8をその上側の層の成長時の熱から充分に保護することができ、これによりGaN:Mg層11を発光層7に近づけて発光層7へのホールの注入効率を高め、発光効率を向上させることができるようにしたものである。
【0038】
なお、図1に示した実施の形態では、第2の層であるAlGaN:Mg層10の伝導性をp型としたが、第2の層の伝導性はp型に限定されるものではなく、n型としてもよい。第2の層をn型の化合物半導体層とすることは、成長条件を変更することで可能である。第2の層として、p型のAlGaN:Mg層10の代わりにn型のAlGaN:Mg層を用いた場合であっても、図1に示した実施の形態の場合と同様にして、InGaN層7A及び8をその上側の層の成長時の熱から効果的に保護することができ、発光層7へのホールの注入効率を高めて発光効率を向上させることができる。
【0039】
次に、第1〜第3の層を含んで構成されるp型層側の各層について一般的に説明する。
【0040】
第1の層は、発光層7のp型層の側に設けられる層であるから、本来は発光効率を向上させるためにp型または低濃度のn型の伝導性を有することが望ましい。しかし、第1の層の成長温度は耐熱性の低いInを含む発光層7の結晶性を劣化させないように通常は、発光層7と同じ比較的低い温度(本実施の形態では780℃)とするため、ドーピングを行わずとも結晶欠陥に由来すると考えられるn型キャリアによるn型の導電性を有する。p型ドーパントを利用してn型電荷の補償を行ない低濃度のn型あるいはp型の層にすることは、低い成長温度のため実際上は非常に困難である。
【0041】
またp型ドーパント原料は反応炉に残留しやすく、p型ドーパント原料を用いた成長よりも後の成長で作製する発光層の品質に悪影響を及ぼす場合があることがいわゆるメモリー効果として知られている。したがってp型ドーパントのメモリー効果の小さい反応炉の設計や、p型ドーパント原料を使用する炉と、主に発光層までを成長するためのp型ドーパント原料を使用しない炉の複数の炉を利用して結晶成長を行なうことが有効である。第1の層であるn型AlGaN層9は発光層7の次に成長する保護層であるからp型ドーパント原料を使用しない炉で成長するのが好ましい。p型ドーパント原料を使用しないと上記の理由で第1の層はn型になりやすいため、本実施の形態においては、第1の層であるn型AlGaN層9をn型としている。しかし、上記説明から判るように、結晶成長条件によっては第1の層の伝導性をp型とすることもできる。
【0042】
第1の層のAl組成は、高すぎると表面平坦性などの結晶性を損ない、低すぎると保護機能が低下して必要な層厚が厚くなり発光効率を損なうため、好ましい範囲がある。そのAl組成は、概ね0〜0.5の範囲内とするのが好ましい。好ましいAl組成の範囲は、第1の層の層厚、第2の層の成長温度に依存し、第1の層の層厚が薄いほど、第2の層の成長温度が高くなるほど、Al組成を高くして保護機能を強化する必要がある。
【0043】
第1の層の層厚は、厚すぎると結晶性を損ない、また、ホールの注入効率が低下するので発光効率が低下し、薄すぎると保護機能が低下して発光層が劣化するため、好ましい範囲がある。第1の層の層厚は、概ね5Å〜200Åの範囲内であるのが好ましい。この好ましい層厚の範囲は、第1の層のAl組成、第2の層の成長温度に依存し、第1の層のAl組成が小さいほど十分な保護機能を発現させるために層厚を厚くする必要があり、第2の層の成長温度が高くなるほど、発光層の高温による劣化を防ぐために層厚を厚くする必要がある。
【0044】
次に第2の層について説明する。第2の層のAl組成は、キャリア閉じ込めを有効にして発光特性向上をする観点からは、発光層に対して伝導帯におけるポテンシャル障壁を大きくできるように、高い方が良い。しかし第2の層のAl組成が高すぎると結晶性を損ない、p型化あるいは低濃度のn型の実現が難しくなり、ホールの注入効率を損なう。したがって第2の層のAl組成には好ましい範囲がある。第2の層のAl組成は、概ね0.001〜0.3の範囲内であるのが好ましい。この好ましいAl組成の範囲は、成長温度、p型ドーパント供給量、層厚に依存する。成長温度を低くするほど、結晶欠陥によりn型化しやすくなり、ホールの注入効率が低下するので、これを防止するためにAl組成を小さくして結晶性を良好に保つ必要がある。同様にp型ドーパント供給量を小さくするほど、n型化しやすくなりホールの注入効率が低下するので、これを防止するために、Al組成を小さくして結晶のn型化を抑制する必要がある。層厚が厚いほど格子不整合による歪の増大により結晶性低下のおそれがあるので、これを防止するためにAl組成を小さくする必要がある。
【0045】
次に、第2の層の層厚について説明する。第2の層は、発光層7のp型層の側に設けられる、3層構造のp型層の第2の層を構成するものであり、この第2の層の伝導性はn型、p型のいずれでもよいことは既に説明した通りである。したがって、ここでは、第2の層の伝導性がn型である場合とp型である場合とに場合を分けながら第2の層の層厚について説明する。
【0046】
第2の層の層厚は、n型の場合には層厚が厚すぎると、結晶品質が低下しやすく、ホールの発光層7への注入効率が低下して発光効率を損なう場合があるため基本的には薄い方が良く、好ましい層厚の範囲がある。第2の層がp型の場合にも、層厚が厚すぎると結晶品質を損なうので好ましい層厚の範囲がある。ただしp型の場合には発光効率に対する影響がn型の場合ほど顕著ではないので好ましい層厚の範囲は広い。n型の場合の好ましい層厚d2 の範囲は概ね5Å〜500Åである。p型の場合の好ましい層厚d2 の範囲は概ね5Å〜30000Åである。ここで、層厚d2 の厚さが薄すぎると製造上再現性を確保するのが難しくなるので、概ね5Å程度の厚さは必要と考えられる。n型の場合の上限値は、ホールの注入効率の低下による光出力の低下が大きくならない範囲として実験的に求められる。p型の場合の上限値は結晶品質の低下を生じない限度、あるいは生産効率を低下させない範囲という要件から決められる。
【0047】
第2の層の好ましい層厚の範囲は、第2の層の成長温度、Al組成、p型ドーパント供給量に依存する。n型の場合には、成長温度が低いほど、p型ドーパント供給量が少ないほど、Al組成が高いほど、n型キャリア濃度が高くなり、発光層へのホールの注入効率が低下し、発光効率が低下する場合があるのでこれを防ぐために層厚を薄くする必要がある。x軸を第2の層の層厚d2 、y軸を第2の層の成長温度T2 とすると、次式で示される領域が、n型の場合の第2の層の層厚と成長温度の好ましい範囲である。
5 ≦ d2 ≦ 500
2 ≧ 0.4d2 +700
1150≧ T2 ≧ 700
【0048】
p型の場合には、成長温度が低いほど、Al組成が高いほど、結晶品質が低下する場合があるので、発光効率を低下させないために層厚を薄くする必要がある。x軸を第2の層の層厚d2 、y軸を第2の層の成長温度T2 とすると、次式で示される領域が、p型の場合の第2の層の層厚と成長温度の好ましい範囲である。
0.4d2 +700 ≦ T2 ≦1150 (5≦d2 ≦500)
900 ≦ T2 ≦ 1150  (500≦d2 ≦30000)
p型の場合の第2の層の層厚と成長温度のより好ましい範囲は、次式で示される領域である。
0.4d2 +700 ≦ T2 ≦1100 (5≦d2 ≦500)
900 ≦ T2 ≦ 1100  (500≦d2 ≦30000)
【0049】
次に、第2の層の伝導性制御とキャリア濃度、及び成長温度について説明する。ここでも、第2の層の層厚についての説明の場合と同様の理由で、必要に応じて、第2の層の伝導性がn型である場合とp型である場合とに場合を分けながら第2の層の伝導性制御とキャリア濃度、及び成長温度について説明する。
【0050】
第2の層の伝導性は、p型でもn型でもよいことは既述の通りである。第2の層の伝導性がp型の場合には、キャリア濃度の好ましい範囲は特になく、技術的に実現可能な範囲であればよく、概ね1×1016cm3 〜1×1020cm3 である。第2の層の伝導性がn型の場合には、キャリア濃度の好ましい範囲はホールの注入効率を損なわないためにできるだけ小さい方が良く、概ね1×1014cm3 〜1×1019cm3 、好ましくは1×1014cm3 〜1×1018cm3 である。
【0051】
キャリア濃度の制御は、成長温度、II/III 比(p型ドーパントとIII 族原料の供給比、III 族原料供給量を一定の場合はp型ドーパント供給量)、V/III 比(III 族原料とV族原料の比)の制御により行うことができる。
【0052】
第2の層がp型の場合でもn型の場合でも、成長温度が高いほど、結晶品質が向上するためキャリア濃度の制御が容易になる。特にn型の場合には、成長温度が高いほど、伝導性制御に必要なp型ドーパント供給量が少なくてすむ。
【0053】
好ましいII/III 比、好ましいV/III 比の範囲に関しては、反応炉の形状、サイズ、原料ガスの流れのパターン、成長温度、圧力などの条件に依存して大きく変化するため一般的な数値限定をすることは意味がない。一般的な傾向として、成長温度が高いほど好ましいII/III 比の範囲は小さい側に広がる。
【0054】
次に、第2の層の成長温度についてより詳しく説明する。第2の層の成長温度は、第1の層であるn型AlGaN層9の保護機能を保ち発光層7に害を与えないために発光層7の成長温度に近いほど良いが、一方第2の層の結晶品質の向上、伝導性制御のためには高い成長温度の方が良く、従って第2の層の成長温度には好ましい温度範囲がある。好ましい温度範囲は概ね700℃から1150℃である。
【0055】
第2の層の好ましい成長温度範囲は第1の層の層厚及びAl組成、第2の層のAl組成、p型ドーパント供給量に依存して変化する。第1の層の層厚が厚いほどまた第1の層のAl組成が大きいほど発光層を保護する機能が高まるので第2の層の好ましい成長温度範囲を高い側にシフトさせ、第2の層をより高品質の結晶にすることができる。一方、第2の層のAl組成が高いほど伝導性制御が困難になるので、第2の層のAl組成が高くなるにつれて、第2の層の好ましい成長温度の範囲は、伝導性制御がより容易になる高い成長温度側にシフトさせる必要がある。また第2の層のp型ドーパント供給量を少なくするほど第2の層においてp型が得にくくなるため、p型あるいは低濃度のn型を得るために第2の層の好ましい成長温度を高くする必要がある。
【0056】
3−5族化合物半導体を用いて発光素子を作製する場合、p型ドーパントのドーピング工程は必要不可欠な工程である。しかし、p型ドーパント原料は反応炉内に残留しいわゆるメモリー効果を引き起こし、次の成長に悪影響を与える。具体的には、反応炉内に新しい基板をセットして次のエピタキシャル成長工程を実施する場合、前工程で残留しているp型ドーパント原料のためにこの基板上に形成される発光層の結晶性を損なうほか、p型濃度の制御を困難にするなどの不具合を生じさせることになる。
【0057】
メモリー効果によって引き起こされるこれらの不具合を回避するため、p型ドーパント原料を使用する反応炉とp型ドーパント原料を使用しない反応炉の2つを利用して図1に示す如き発光素子構造エピタキシャル基板を成長させる方法、所謂再成長法を用いることができる。
【0058】
具体的に説明すると、図1に示す層構造の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造する場合、第1の層であるn型AlGaN層9を成長した後で、一旦基板を反応炉から取り出し、第2の層であるAlGaN:Mg層10以降の成長をp型ドーパント原料を使用する別の反応炉で成長することによりメモリー効果を回避し、安定して特性のよいエピタキシャル基板を作製することができる。
【0059】
第3の層として形成されたGaN:Mg層11は、n型GaN層13とオーミックコンタクトを取るためのp型の層である。InGaN層8の上に3層構造のp型層を設けることの本発明による意義は、上記した説明の通り、第1の層及び第2の層であるn型AlGaN層9及びAlGaN:Mg層10の構造、成長条件を規定するところにあり、第3の層以降に形成される層に関しては任意の構造でよい。従って、例えばGaN:Mg層11に関しては1層構造でもよいが、p型キャリア濃度を変化させた複数の層からなる積層構造や組成を変化させた複数の層からなる積層構造でも良い。また複数の層の最表面を高濃度のp型薄膜層にした積層構造であっても良い。
【0060】
【実施例】
(実施例1)
図1に示した層構造の発光素子を、サファイア基板上でMOVPE法を用いた結晶成長による成膜を行って、次のようにして製作した。先ず、サファイア基板1を用意し、化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造する。サファイア基板1をMOVPE成長炉内にセットし、サファイア基板1上に、NH3 およびMO(TMG)、シランを原料に用いると共に、H2 をキャリアガスとして用い、GaNの薄膜層を低温GaNバッファ層2として成長させ、つづいて1040℃でn型GaN:Si層3を成長した。
【0061】
しかる後、サファイア基板1を一旦MOVPE成長炉から取り出し、所定の検査を行った後再びMOVPE成長炉に戻し、NH3 およびMO(TMG、TMA、TMI)、シランを原料に用い、H2 をキャリアガスとして用いることにより、n型GaN:Si層3上に1040℃の成長温度でn型GaN:Si層4を形成し、さらに、n型GaN:Si層4上にアンドープGaN層5を形成した。アンドープGaN層5の形成後、反応炉温度を下げて780℃とし、N2 をキャリアガスとしてAlGaN層6を形成すると共に、さらに、InGaN層7AとGaN層7Bとを4組積層した上にInGaN層8を成長させて発光層7を形成した。InGaN層8の成長後、第1の層としてAl組成0.15のn型AlGaN層9(アンドープであるがn型の層)を110Å成長させ、基板をMOVPE成長炉から取り出した。
【0062】
次に、この基板を別のMOVPE成長炉にセットし、NH3 およびMOを原料に用い、N2 をキャリアガスとし、Al組成0.05のAlGaN:Mg層11を第2の層として成長させた。ここで、Mg原料のEtCp2Mgの供給量を600sccmとし、1000℃にて250Å成長させた後、反応炉温度を1040℃に上げて、第3の層としてGaN:Mg層11を成長させ、これにより化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板とし、これを成長炉から取りだした。
【0063】
上述の如くして製造された化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板をN2 雰囲気下800℃で20分の熱処理を行ないAlGaN:Mg層10(第2の層)、及びGaN:Mg層11(第3の層)を低抵抗のp型層にした。
【0064】
次に表面にフォトリソグラフィによりp電極用パタ−ンを形成し、NiAuを真空蒸着により堆積し、リフトオフにより電極パターンを形成した後、熱処理してオーミックp電極13を作製した。次にフォトリソグラフィによりマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりn層が露出するようにエッチングを行った。マスクを除去した後、ドライエッチング面上にフォトリソグラフィによりn電極用パターンを形成し、真空蒸着によりAlを堆積した後、リフトオフにより電極パターンを形成しn電極12とした。なおp電極13の電極面積は3.14×10−4cm2 である。
【0065】
上述の如くして、先ず化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造してから、このエピタキシャル基板を用いて化合物半導体発光素子を製作し、こうして得られた発光素子に電圧を印加してウェハ状態で発光特性を調べたところ、順方向に20mAで光度1505mcd、逆方向バイアスが5Vでリーク電流0.25nAであり優れた発光特性を示した。
【0066】
上記条件で成長した第2の層の伝導性を評価するために、サファイア基板上にアンドープGaNを約3μ成長した試料の上に、上記と同一成長条件の第2の層を約0.3μm成長した。この試料の伝導型とキャリア濃度を電解液を利用したCV測定法により評価したところp型で9×1018cm−3であった。
【0067】
(実施例2〜8、比較例1〜3)
AlGaN:Mg層の成長条件の中で成長温度、層厚、Al組成、Mg供給量を種々変化させたことを除いて実施例1と同じ方法で発光素子を作製した。これらの発光素子の成長条件と特性を図2にまとめて示した。
実施例4、6、7、8では、第2の層であるAlGaN:Mgにp型ドーパントをドーピングしているが、n型の導伝性を示し、n型キャリア濃度は1×1019cm−3以下となっており、請求項9の内容となっている。
【0068】
ここで、比較例1は、第2の層の層厚dの値を好適な範囲外の750Åとしたもので、このときの光度は、層厚を除いた他の条件が同一である実施例4と比較して著しく劣っているのが判る。すなわち第2の層の層厚を250Åから750Åと3倍にすることで、光度は約1/4に低下してしまうことが判る。
【0069】
比較例2も、その層厚を750Åと厚くしたもので、層厚以外の成長条件が同一である実施例5の場合と比較すると、光度が約1/4程度に低下していることが判る。
【0070】
比較例3も、その層厚を750Åと厚くしたもので、層厚以外の成長条件が同一である実施例6の場合と比較すると、光度が約1/4程度に低下していることが判る。
【0071】
図3は、図2に示すデータのうち、Mg供給量が600sccmでAl組成が0.05の場合のデータの光度を、横軸に層厚(Å)をとり、縦軸に成長温度(℃)をとってグラフにしたものである。丸の中の数字は光度(mcd)である。
【0072】
実施例2の光度は405mcdであり、実施例6の光度は334mcdであり、略等しく、この2つの測定点を結んだ線分を含むその上方の領域のデータは光度が実用に耐える程度に高く、この線分より下の領域にあるデータは実用的でない光度となっている。したがって、成長温度をT、層厚をdとしたときのこの線分を含む上方の領域を示す実験式は
T−800 ≧ 2(d−250)/5
となる。よって、Tとdとの間の関係を
T ≧ 0.4d+700
で表すことができる。
【0073】
すなわち、第2の層を、その成長温度が、層厚dの0.4倍に700を加えた値以上で成長させることが、良好な光度を確保するために必要であることを示している。
【0074】
(実施例9〜16)
次に、本発明の実施例9〜16について説明する。実施例9〜16は、第1の層としてAl組成が0のAlGaN層9を用いており、第1の層がn型GaN層でその層厚が180Åとされていること、及び第2の層であるAlGaN:Mg層10の成長条件のうち、成長温度、Al組成、Mg供給量を種々変化させたことを除いて、実施例1の場合と同一の条件で作製された発光素子の例である。
【0075】
図4には、実施例9〜16のそれぞれについての第2の層の成長条件(成長温度(℃)、膜厚(Å)、Al組成、Mg供給量(sccm))、及び第2の層の特性(伝導型及びキャリア濃度(cm−3))が示されると共に、各実施例についての発光特性(光度(mcd))の測定値が示されている。実施例9〜16において、第2の層は、その成長温度が層厚dの0.4倍に700を加えた値以上になるように成長させた。実施例13〜16では、第2の層であるAlGaN:Mgにp型ドーパントをドーピングしているが、n型導電性を示し、n型キャリア濃度は1×1019cm−3以下となっており、請求項9の内容となっている。実施例9〜16について測定された各発光特性データから、これらはいずれも実用上充分な光度が得られていることが理解される。
【0076】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、発光層に接して設けられるp型層の層構造を、保護層(第1の層)とp型層(第3の層)との間に中間層(第2の層)を挿入した3層構造とすることにより層構造の最適化を図ると共に、それらの成長条件を最適化することで、発光層を保護する機能を損なわずにpn接合付近の結晶性を向上させ、ホールを注入しやすくすることができるので、保護層の層厚を薄くしても十分な保護機能が得られ、ホールの注入効率を高めて発光効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す層構造図。
【図2】本発明の実施例1〜8及び比較例1〜3のデータを示す図。
【図3】図2に示したデータに基づく第2の層の層厚と成長温度と発光特性との間の関係を示すグラフ。
【図4】本発明の実施例9〜16のデータを示す図。
【符号の説明】
1 サファイア基板
7 発光層
9 n型AlGaN層
10 AlGaN:Mg層
11 GaN:Mg層
20 発光素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, which is formed by laminating nitride-based group III-V compound semiconductor thin films, a method for manufacturing the same, and a light emitting device.
[0002]
[Prior art]
As a material of a light emitting element such as an ultraviolet, blue or green light emitting diode or an ultraviolet, blue or green laser diode, a general formula InxGayAlzA group 3-5 compound semiconductor represented by N (where x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) is known. Hereinafter, x, y, and z in this general formula may be referred to as an InN mixed crystal ratio, a GaN mixed crystal ratio, and an AlN mixed crystal ratio, respectively. Among the group III-V compound semiconductors, those containing 10% or more of InN at a mixed crystal ratio are particularly important for display applications because the emission wavelength in the visible region can be adjusted according to the InN mixed crystal ratio.
[0003]
By the way, it is known that physical properties of the compound semiconductor greatly change depending on a mixed crystal ratio. For example, a GaAlN-based mixed crystal that does not contain In has excellent thermal stability, and a growth temperature of 1000 ° C. or higher can be used to obtain a good crystal. On the other hand, an InGaAlN-based material containing In does not have sufficient thermal stability depending on the InN mixed crystal ratio, and it is generally practiced to grow the compound semiconductor at a relatively low temperature of about 800 ° C. Has been done. For this reason, an InGaAlN-based mixed crystal growth layer, which is important as a growth layer constituting a light-emitting layer of a light-emitting element in the visible light region, is grown at a low temperature, and thermal stability is often insufficient.
[0004]
On the other hand, after the light emitting layer is grown, a p-type layer is grown thereon. However, since the growth of the p-type layer needs to be at a higher growth temperature, it is thermally unstable from this high growth temperature. In order to protect a certain light-emitting layer, a method of once growing a heat-resistant protective layer on the light-emitting layer and then growing a p-type layer on the protective layer at a high growth temperature has been adopted.
[0005]
This protective layer is an important layer that has a significant effect on not only the above-described protective function of the light emitting layer but also the light emitting characteristics of the light emitting element. That is, holes are effectively injected from the p-type layer formed on the protective layer into the light emitting layer, and the electrons injected into the light emitting layer from the lower side of the light emitting layer and the holes cause emission recombination deeply. Are involved. Therefore, in order to increase the efficiency of injecting holes from the p-type layer into the light emitting layer, it is desirable that the protective layer has p-type conductivity or n-type conductivity with a low carrier concentration.
[0006]
However, when the protective layer containing Al is grown at the same temperature as the growth temperature of the light-emitting layer, the protective layer does not have sufficient crystallinity and contains many crystal defects and usually exhibits n-type conductivity with a high carrier concentration. . For this reason, there is a problem that the efficiency of injecting holes into the light emitting layer is reduced, and it is difficult to obtain high light emitting efficiency.
[0007]
That is, the growth conditions of the protective layer and the p-type layer need to be optimized from the two viewpoints of strengthening the protective function and maintaining the hole injection efficiency. Therefore, the protective layer thermally protects the light emitting layer. At the same time, it is required to control conductivity in order to efficiently inject holes from the p-type layer into the light emitting layer while maintaining high crystal quality.
[0008]
In order to solve this requirement, conventionally, (1) a method of growing a p-type GaN layer after growing an AlGaN protective layer and then raising the temperature to a growth temperature of a p-type GaN layer (contact layer); A method is known in which the protective layer is a GaN layer that does not contain Al and can be grown at a low temperature, thereby improving the crystallinity of the protective layer and slightly lowering the background-type carrier concentration.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional method (1), the protective layer needs to have a certain thickness or more in order to prevent thermal degradation during the growth of the p-type GaN layer (contact layer). There is a problem that the junction interface is separated from the light emitting layer, and the efficiency of hole injection into the light emitting layer is reduced.
[0010]
Further, as the Al composition decreases, the function of the AlGaN layer as a protective layer decreases. Therefore, in the case of the conventional method (2) using GaN as the protective layer, the film thickness must also be increased. However, improvement in luminous efficiency cannot be expected.
[0011]
An object of the present invention is to provide an epitaxial substrate for a compound semiconductor light-emitting device, a method for manufacturing the same, and a light-emitting device using the same, which can solve the above-mentioned problems in the prior art.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, which can enhance the efficiency of hole injection into the light emitting layer without impairing the protective function of the light emitting layer by the protective layer. Another object of the present invention is to provide a light emitting element.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an intermediate layer between a protective layer and a p-type layer so that a sufficient protective function can be obtained even when the protective layer is thinned. Thereby, the p-type layer is brought closer to the light emitting layer, the hole injection efficiency is increased, and the luminous efficiency is improved.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, in the epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device including the light emitting layer having a double hetero structure having a pn junction, the layer structure on the p-type layer side provided in contact with the light emitting layer is as follows. In order from the layer in contact with the light emitting layer, InxAlyGazAn n-type first layer represented by N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1);uAlvGawA p-type second layer represented by N (u + v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1);pAlqGarA p-type third layer represented by N (p + q + r = 1, 0 ≦ p ≦ 1, 0 ≦ q ≦ 1, 0 ≦ r ≦ 1), and these three layers are stacked in contact with each other. There has been proposed an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, characterized in that:
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first layer has a thickness d.1(Å) is 5 ≦ d1≦ 200, and the thickness d of the second layer2(Å) is 5 ≦ d2An epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device having a range of ≦ 30000 is proposed.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to the first or second aspect,
Growth temperature T of the first layer1And the growth temperature T of the second layer2Between
T1≤T2
A method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, characterized by satisfying the following relationship, is proposed.
[0017]
According to the invention of claim 4, in the invention of claim 3, the growth temperature T of the second layer is set.2(° C.) and the thickness d of the second layer2Between (式) and
5 ≦ d2≦ 30000 (900 ≦ T2≤ $ 1150)
T2≧ 0.4d2+700 (700 ≦ T2<$ 900)
A method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, wherein the second layer is grown so as to satisfy the relationship represented by
[0018]
According to the invention of claim 5, in the invention of claim 3 or 4, after the growth of the first layer is completed, the second layer and the third layer are formed by a regrowth method. A method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device is proposed.
[0019]
According to the invention of claim 6, a light emitting device using the epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2 is proposed.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a light emitting device manufactured by using the manufacturing method according to the third, fourth or fifth aspect.
[0021]
According to the invention of claim 8, in the epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device including a light emitting layer having a double hetero structure having a pn junction,
The layer structure on the p-type layer side provided in contact with the light-emitting layer has an order of In from the layer in contact with the light-emitting layer.xAlyGazAn n-type first layer represented by N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1);uAlvGawAn n-type second layer represented by N (u + v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1);pAlqGarA p-type third layer represented by N (p + q + r = 1, 0 ≦ p ≦ 1, 0 ≦ q ≦ 1, 0 ≦ r ≦ 1), and these three layers are stacked in contact with each other There has been proposed an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, wherein
[0022]
According to the ninth aspect, in the eighth aspect, the p-type dopant concentration of the second layer is 1 × 10 5.17cm-3More than 1 × 1021cm-3And the n-type carrier concentration of the second layer is 1 × 1019cm-3The following epitaxial substrate for compound semiconductor light emitting device is proposed.
[0023]
According to the invention of claim 10, in the invention of claim 8 or 9, the thickness d of the first layer is d.1(Å) is 5 ≦ d1≦ 200, and the thickness d of the second layer2(Å) is 5 ≦ d2An epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device having a range of ≦ 500 is proposed.
[0024]
According to the eleventh aspect, in the method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to the eighth, ninth, or tenth aspect,
Growth temperature T of the first layer1And the growth temperature T of the second layer2Between
T1≤T2
A method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, characterized by satisfying the following relationship, is proposed.
[0025]
According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect, the growth temperature T of the second layer is set.2(° C) and layer thickness d2Between (式) and
T2≧ 0.4d2+ 700 (5 ≦ d2≦ 500)
1150 ≧ T2≧ 700
A method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, wherein the second layer is grown so as to satisfy the relationship represented by
[0026]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh or twelfth aspect, the second layer and the third layer are formed by a regrowth method after the growth of the first layer is completed. A method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device is proposed.
[0027]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a light emitting device using the compound semiconductor light emitting device epitaxial substrate according to the eighth, ninth, or tenth aspect.
[0028]
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a light emitting device manufactured using the manufacturing method of the eleventh, twelfth, or thirteenth aspect.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a layer structure diagram of a light-emitting element showing an example of an embodiment of the present invention. The light emitting device shown in FIG. 1 is manufactured using the epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to the present invention.
[0031]
The layer structure of the light emitting device 20 will be described. On the sapphire substrate 1, a low-temperature GaN buffer layer 2, an n-type GaN: Si layer 3, an n-type GaN: Si layer 4, and a GaN layer 5 are formed by MOVPE (Metal Organic Vapor Phase). The layers are sequentially stacked by epitaxial growth according to the (Epitaxy) method. An AlGaN layer 6 is formed on the GaN layer 5, and a light emitting layer 7 is formed on the AlGaN layer 6. The AlGaN layer 6 and the light emitting layer 7 are also sequentially stacked by epitaxial growth by MOVPE.
[0032]
In this embodiment, a sapphire substrate is used as a substrate. However, there is no particular limitation on a substrate to be used. In addition to sapphire, for example, SiC, a GaN substrate having a reduced dislocation density by buried growth, a GaN substrate on Si , A free standing GaN substrate, an AlN substrate, or the like can be used. The buffer layer is not limited to the low-temperature GaN buffer layer. For example, a low-temperature AlN buffer, a low-temperature AlGaN buffer, a low-temperature InGaAlN buffer, or the like can be used.
[0033]
The light emitting layer 7 has a double hetero structure having a pn junction formed by growing an InGaN layer 8 on a multiple quantum well structure in which an InGaN layer 7A and a GaN layer 7B are repeatedly formed to have four composition lengths. The growth temperature of the InGaN layer 8 is 780 ° C. On the light-emitting layer 7, a layer on the p-type layer side of a three-layer structure including a first layer, a second layer, and a third layer is provided in contact with the light-emitting layer 7. That is, in the present embodiment, the layer structure on the p-type layer side provided in contact with the light-emitting layer 7 includes an n-type AlGaN layer (first layer) 9 and an AlGaN: Mg layer in order from the layer in contact with the light-emitting layer 7. (A second layer) 10 and a GaN: Mg layer (a third layer) 11, and these three layers are stacked in contact with each other as shown in the figure.
[0034]
Here, the first layer is an n-type AlGaN layer 9 grown by MOVPE at the same temperature as 780 ° C., which is the growth temperature of the InGaN layer 8. The second layer is an AlGaN: Mg layer 10, which is grown by MOVPE at 1000 ° C. higher than the growth temperature of the n-type AlGaN layer 9. The third layer is a GaN: Mg layer 11, which is grown by MOVPE at 1040 ° C., which is higher than the growth temperature of the AlGaN: Mg layer 10.
[0035]
In the present embodiment, the AlGaN: Mg layer 10 as the second layer and the GaN: Mg layer 11 as the third layer are p-type layers having low resistance. An ohmic n-electrode 12 is provided on the n-type GaN: Si layer 4, and an ohmic p-electrode 13 is provided on the GaN: Mg layer 11.
[0036]
The light emitting element 20 has the above-described layer structure. The light emitting element 20 is manufactured first by manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting element in which the above-described layer structure is formed on the sapphire substrate 1. It was manufactured in the form as shown in FIG. 1 using an epitaxial substrate.
[0037]
The light-emitting element 20 is provided with a three-layer structure including the first to third layers on the p-type layer side in contact with the light-emitting layer 7, thereby protecting the n-type AlGaN layer 9 as the first layer. The GaN: Mg layer 11, which is the third layer, functions as a contact layer, and the AlGaN: Mg layer 10, which is the second layer, is provided between them to form an intermediate layer. As a result, even if the thickness of the n-type AlGaN layer 9 is reduced, the InGaN layer 8 can be sufficiently protected from heat during the growth of the layer above it, whereby the GaN: Mg layer 11 , The efficiency of hole injection into the light emitting layer 7 can be increased, and the luminous efficiency can be improved.
[0038]
In the embodiment shown in FIG. 1, the conductivity of the AlGaN: Mg layer 10 as the second layer is p-type, but the conductivity of the second layer is not limited to p-type. , N-type. The second layer can be an n-type compound semiconductor layer by changing the growth conditions. Even when the n-type AlGaN: Mg layer is used as the second layer instead of the p-type AlGaN: Mg layer 10, the InGaN layer is formed in the same manner as in the embodiment shown in FIG. 7A and 8 can be effectively protected from heat during the growth of the layer above them, and the efficiency of hole injection into the light-emitting layer 7 can be increased to improve the luminous efficiency.
[0039]
Next, each layer on the p-type layer side including the first to third layers will be generally described.
[0040]
Since the first layer is a layer provided on the p-type layer side of the light-emitting layer 7, it is originally desirable to have p-type or low-concentration n-type conductivity in order to improve luminous efficiency. However, the growth temperature of the first layer is usually set to the same relatively low temperature (780 ° C. in the present embodiment) as that of the light emitting layer 7 so as not to deteriorate the crystallinity of the light emitting layer 7 containing In having low heat resistance. Therefore, it has n-type conductivity due to n-type carriers considered to be derived from crystal defects without doping. It is practically very difficult to compensate for n-type charges by using a p-type dopant to form a low-concentration n-type or p-type layer due to a low growth temperature.
[0041]
It is also known as a so-called memory effect that the p-type dopant material easily remains in the reaction furnace and may adversely affect the quality of a light-emitting layer formed by growth subsequent to growth using the p-type dopant material. . Therefore, it is necessary to design a reactor having a small memory effect of the p-type dopant and use a plurality of furnaces including a furnace using the p-type dopant material and a furnace not using the p-type dopant material for mainly growing the light emitting layer. It is effective to carry out crystal growth. Since the n-type AlGaN layer 9 as the first layer is a protective layer that grows next to the light-emitting layer 7, it is preferable that the n-type AlGaN layer 9 be grown in a furnace that does not use a p-type dopant material. If the p-type dopant material is not used, the first layer is likely to be n-type for the above-described reason. Therefore, in the present embodiment, the n-type AlGaN layer 9 as the first layer is n-type. However, as can be seen from the above description, the conductivity of the first layer can be p-type depending on the crystal growth conditions.
[0042]
If the Al composition of the first layer is too high, crystallinity such as surface flatness is impaired. If the Al composition is too low, the protective function is reduced, the required layer thickness is increased, and the light emission efficiency is impaired. It is preferable that the Al composition be approximately in the range of 0 to 0.5. The preferable range of the Al composition depends on the layer thickness of the first layer and the growth temperature of the second layer. The smaller the thickness of the first layer and the higher the growth temperature of the second layer, the higher the Al composition. To increase the protection function.
[0043]
If the thickness of the first layer is too large, the crystallinity is impaired, and the hole injection efficiency is reduced, so that the luminous efficiency is reduced. If the thickness is too small, the protective function is reduced and the luminescent layer is deteriorated. There is a range. The thickness of the first layer is preferably in the range of approximately 5 ° to 200 °. The preferable range of the layer thickness depends on the Al composition of the first layer and the growth temperature of the second layer. The smaller the Al composition of the first layer, the larger the layer thickness in order to exhibit a sufficient protective function. It is necessary to increase the layer thickness as the growth temperature of the second layer increases, in order to prevent deterioration of the light emitting layer due to high temperature.
[0044]
Next, the second layer will be described. The Al composition of the second layer is preferably higher from the viewpoint of improving carrier emission properties by making carrier confinement effective so that the potential barrier in the conduction band can be increased with respect to the light emitting layer. However, if the Al composition of the second layer is too high, the crystallinity is impaired, and it becomes difficult to realize p-type or low-concentration n-type, thereby impairing hole injection efficiency. Therefore, the Al composition of the second layer has a preferable range. The Al composition of the second layer is preferably in the range of approximately 0.001 to 0.3. The preferable range of the Al composition depends on the growth temperature, the supply amount of the p-type dopant, and the layer thickness. The lower the growth temperature, the more likely it becomes n-type due to crystal defects, and the lower the hole injection efficiency. To prevent this, it is necessary to keep the Al composition small and maintain good crystallinity. Similarly, the smaller the supply amount of the p-type dopant, the more easily it becomes n-type and the lower the hole injection efficiency. To prevent this, it is necessary to reduce the Al composition to suppress the n-type crystal. . As the layer thickness increases, the crystallinity may decrease due to an increase in strain due to lattice mismatch. Therefore, it is necessary to reduce the Al composition to prevent this.
[0045]
Next, the thickness of the second layer will be described. The second layer constitutes a second layer of a three-layered p-type layer provided on the light-emitting layer 7 side of the p-type layer, and the conductivity of the second layer is n-type. As described above, any p-type may be used. Therefore, here, the layer thickness of the second layer will be described while differentiating between the case where the conductivity of the second layer is n-type and the case where the conductivity of the second layer is p-type.
[0046]
If the layer thickness of the second layer is n-type, if the layer thickness is too large, the crystal quality is likely to be reduced, and the efficiency of hole injection into the light emitting layer 7 is reduced, which may impair the light emission efficiency. Basically, thinner is better, and there is a preferable range of the layer thickness. Also in the case where the second layer is p-type, if the layer thickness is too large, the crystal quality is impaired, so there is a preferable range of the layer thickness. However, in the case of the p-type, the influence on the luminous efficiency is not so remarkable as in the case of the n-type. Preferred layer thickness d for n-type2Is approximately 5 to 500 degrees. Preferred layer thickness d for p-type2Is approximately 5 to 30,000. Here, the layer thickness d2If the thickness is too small, it will be difficult to ensure reproducibility in production, so a thickness of about 5 mm is considered necessary. The upper limit in the case of the n-type is experimentally determined as a range in which a decrease in optical output due to a decrease in hole injection efficiency does not increase. The upper limit in the case of the p-type is determined from the requirement that the crystal quality does not decrease or the range that the production efficiency does not decrease.
[0047]
The preferable range of the thickness of the second layer depends on the growth temperature of the second layer, the Al composition, and the supply amount of the p-type dopant. In the case of the n-type, the lower the growth temperature, the lower the supply amount of the p-type dopant, and the higher the Al composition, the higher the n-type carrier concentration, the lower the efficiency of hole injection into the light-emitting layer, and the lower the luminous efficiency. In some cases, the layer thickness must be reduced to prevent this. The x-axis is the layer thickness d of the second layer2, The y-axis is the growth temperature T of the second layer2Then, a region represented by the following equation is a preferable range of the layer thickness and the growth temperature of the second layer in the case of n-type.
5 ≦ d2≤ 500
T2≧ 0.4d2+700
1150 ≧ T2≧ 700
[0048]
In the case of the p-type, as the growth temperature is lower and the Al composition is higher, the crystal quality may be reduced. Therefore, it is necessary to reduce the layer thickness so as not to lower the luminous efficiency. The x-axis is the layer thickness d of the second layer2, The y-axis is the growth temperature T of the second layer2Then, a region represented by the following equation is a preferable range of the layer thickness and the growth temperature of the second layer in the case of the p-type.
0.4d2+700 ≦ T2≦ 1150 (5 ≦ d2≦ 500)
900 ≦ T2≦ {1150} (500 ≦ d2≤30000)
A more preferable range of the thickness and the growth temperature of the second layer in the case of the p-type is a region represented by the following equation.
0.4d2+700 ≦ T2≦ 1100 (5 ≦ d2≦ 500)
900 ≦ T2≦ {1100} (500 ≦ d2≤30000)
[0049]
Next, the conductivity control, carrier concentration, and growth temperature of the second layer will be described. Again, for the same reason as in the description of the layer thickness of the second layer, the case where the conductivity of the second layer is n-type and p-type is divided as necessary. The conductivity control of the second layer, the carrier concentration, and the growth temperature will be described.
[0050]
As described above, the conductivity of the second layer may be p-type or n-type. When the conductivity of the second layer is p-type, the preferred range of the carrier concentration is not particularly limited, and may be any range that can be technically realized.16cm3~ 1 × 1020cm3It is. When the conductivity of the second layer is n-type, the preferable range of the carrier concentration is as small as possible so as not to impair the hole injection efficiency.14cm3~ 1 × 1019cm3, Preferably 1 × 1014cm3~ 1 × 1018cm3It is.
[0051]
The carrier concentration is controlled by the growth temperature, the II / III ratio (the supply ratio of the p-type dopant and the group III source, or the p-type dopant supply amount when the group III source supply is constant), and the V / III ratio (the group III 原料 source). And the ratio of the V group material).
[0052]
Regardless of whether the second layer is p-type or n-type, the higher the growth temperature is, the better the crystal quality is, and thus the easier it is to control the carrier concentration. In particular, in the case of n-type, the higher the growth temperature, the smaller the supply amount of p-type dopant required for conductivity control.
[0053]
The preferred ranges of the II / III ratio and the preferred V / III ratio are generally limited to numerical values because they greatly vary depending on conditions such as the shape and size of the reactor, the flow pattern of the raw material gas, the growth temperature and the pressure. There is no point in doing it. As a general tendency, the higher the growth temperature, the more preferable the range of the II / III ratio spreads to the smaller side.
[0054]
Next, the growth temperature of the second layer will be described in more detail. The growth temperature of the second layer is preferably as close as possible to the growth temperature of the light emitting layer 7 in order to maintain the protective function of the n-type AlGaN layer 9 as the first layer and not harm the light emitting layer 7. A higher growth temperature is better for improving the crystal quality and controlling the conductivity of the second layer, and therefore there is a preferable temperature range for the growth temperature of the second layer. The preferred temperature range is generally from 700 ° C to 1150 ° C.
[0055]
The preferable growth temperature range of the second layer changes depending on the thickness and the Al composition of the first layer, the Al composition of the second layer, and the supply amount of the p-type dopant. As the thickness of the first layer is larger and the Al composition of the first layer is larger, the function of protecting the light emitting layer is enhanced. Therefore, the preferable growth temperature range of the second layer is shifted to a higher side, and the second layer is Can be made into higher quality crystals. On the other hand, the higher the Al composition of the second layer, the more difficult the conductivity control becomes. Therefore, as the Al composition of the second layer increases, the preferable range of the growth temperature of the second layer is such that the conductivity control becomes more difficult. It is necessary to shift to a higher growth temperature side, which makes it easier. In addition, as the supply amount of the p-type dopant in the second layer is reduced, it becomes more difficult to obtain p-type in the second layer. Therefore, in order to obtain p-type or low-concentration n-type, the preferable growth temperature of the second layer is increased. There is a need to.
[0056]
When a light-emitting element is manufactured using a Group 3-5 compound semiconductor, a doping step of a p-type dopant is an indispensable step. However, the p-type dopant raw material remains in the reactor and causes a so-called memory effect, which adversely affects the next growth. Specifically, when a new substrate is set in the reactor and the next epitaxial growth step is performed, the crystallinity of the light emitting layer formed on this substrate due to the remaining p-type dopant material in the previous step In addition to the above, problems such as difficulty in controlling the p-type concentration are caused.
[0057]
In order to avoid these problems caused by the memory effect, an epitaxial substrate having a light emitting device structure as shown in FIG. A growth method, a so-called regrowth method can be used.
[0058]
Specifically, when manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device having the layer structure shown in FIG. 1, after growing the n-type AlGaN layer 9 as the first layer, the substrate is once taken out of the reaction furnace, By growing the AlGaN: Mg layer 10 and subsequent layers, which are the second layer, in another reactor using a p-type dopant material, it is possible to avoid a memory effect and to produce an epitaxial substrate stably having good characteristics. it can.
[0059]
The GaN: Mg layer 11 formed as the third layer is a p-type layer for making ohmic contact with the n-type GaN layer 13. The significance of the present invention of providing a three-layered p-type layer on the InGaN layer 8 is that the n-type AlGaN layer 9 and the AlGaN: Mg layer, which are the first layer and the second layer, as described above. The tenth structure and growth conditions are to be defined, and the layers formed after the third layer may have any structure. Therefore, for example, the GaN: Mg layer 11 may have a single-layer structure, but may have a stacked structure including a plurality of layers with different p-type carrier concentrations or a stacked structure including a plurality of layers with different compositions. Further, a stacked structure in which the outermost surfaces of a plurality of layers are p-type thin film layers of high concentration may be used.
[0060]
【Example】
(Example 1)
The light emitting device having the layer structure shown in FIG. 1 was manufactured as follows by forming a film on a sapphire substrate by crystal growth using the MOVPE method. First, a sapphire substrate 1 is prepared, and an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device is manufactured. The sapphire substrate 1 is set in a MOVPE growth furnace, and NH3And MO (TMG) and silane as raw materials,2Was used as a carrier gas to grow a GaN thin film layer as a low-temperature GaN buffer layer 2, followed by growing an n-type GaN: Si layer 3 at 1040 ° C.
[0061]
Thereafter, the sapphire substrate 1 is once taken out of the MOVPE growth furnace, subjected to a predetermined inspection, returned to the MOVPE growth furnace again, and3And MO (TMG, TMA, TMI) and silane as raw materials,2Is used as a carrier gas to form an n-type GaN: Si layer 4 on the n-type GaN: Si layer 3 at a growth temperature of 1040 ° C., and further, an undoped GaN layer 5 on the n-type GaN: Si layer 4. Formed. After the formation of the undoped GaN layer 5, the reactor temperature was lowered to 780 ° C.2Was used as a carrier gas to form an AlGaN layer 6, and further, an InGaN layer 8 was grown on a stack of four sets of an InGaN layer 7A and a GaN layer 7B to form a light emitting layer 7. After the growth of the InGaN layer 8, an n-type AlGaN layer 9 having an Al composition of 0.15 (undoped but n-type layer) was grown as the first layer by 110 °, and the substrate was taken out of the MOVPE growth furnace.
[0062]
Next, this substrate was set in another MOVPE growth furnace,3And MO as raw materials, N2Was used as a carrier gas, and an AlGaN: Mg layer 11 having an Al composition of 0.05 was grown as a second layer. Here, the supply amount of the Mg raw material EtCp2Mg was set at 600 sccm, and after growing at 250 ° C. at 1000 ° C., the reactor temperature was increased to 1040 ° C., and the GaN: Mg layer 11 was grown as the third layer. An epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device was taken out of the growth furnace.
[0063]
The epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device manufactured as described2The AlGaN: Mg layer 10 (second layer) and the GaN: Mg layer 11 (third layer) were turned into low-resistance p-type layers by performing a heat treatment at 800 ° C. for 20 minutes in an atmosphere.
[0064]
Next, a p-electrode pattern was formed on the surface by photolithography, NiAu was deposited by vacuum evaporation, an electrode pattern was formed by lift-off, and a heat treatment was performed to produce an ohmic p-electrode 13. Next, a mask pattern was formed by photolithography, and etching was performed by dry etching so that the n-layer was exposed. After removing the mask, an n-electrode pattern was formed on the dry-etched surface by photolithography, Al was deposited by vacuum evaporation, and an electrode pattern was formed by lift-off to obtain an n-electrode 12. The electrode area of the p electrode 13 was 3.14 × 10-4cm2It is.
[0065]
As described above, first, an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device is manufactured, and then a compound semiconductor light emitting device is manufactured using the epitaxial substrate, and voltage is applied to the light emitting device thus obtained to emit light in a wafer state. When the characteristics were examined, the luminous intensity was 1505 mcd at 20 mA in the forward direction, the leakage current was 0.25 nA at a reverse bias of 5 V, and excellent light emitting characteristics were exhibited.
[0066]
In order to evaluate the conductivity of the second layer grown under the above conditions, a second layer under the same growth conditions as described above was grown by about 0.3 μm on a sample obtained by growing undoped GaN on a sapphire substrate by about 3 μm. did. The conductivity type and carrier concentration of this sample were evaluated by a CV measurement method using an electrolytic solution.18cm-3Met.
[0067]
(Examples 2 to 8, Comparative Examples 1 to 3)
A light emitting device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the growth temperature, the layer thickness, the Al composition, and the Mg supply amount were changed variously under the growth conditions of the AlGaN: Mg layer. FIG. 2 shows the growth conditions and characteristics of these light emitting devices.
In Examples 4, 6, 7, and 8, AlGaN: Mg, which is the second layer, is doped with a p-type dopant, but shows n-type conductivity and an n-type carrier concentration of 1 × 1019cm-3The following is the content of claim 9.
[0068]
Here, in Comparative Example 1, the value of the layer thickness d of the second layer was set to 750 ° out of a suitable range, and the luminous intensity at this time was the same as that of Example except that the conditions other than the layer thickness were the same. It can be seen that it is significantly inferior to No. 4. That is, it can be seen that the luminous intensity is reduced to about 1/4 by increasing the thickness of the second layer from 250 ° to 750 ° three times.
[0069]
In Comparative Example 2, the layer thickness was increased to 750 °. Compared with Example 5 in which the growth conditions were the same except for the layer thickness, it was found that the luminous intensity was reduced to about 1 /. .
[0070]
In Comparative Example 3, the layer thickness was increased to 750 °. Compared with Example 6 in which the growth conditions other than the layer thickness were the same, it was found that the luminous intensity was reduced to about 1 /. .
[0071]
FIG. 3 shows the luminous intensity of the data shown in FIG. 2 when the Mg supply amount is 600 sccm and the Al composition is 0.05, the layer thickness (Å) is plotted on the horizontal axis, and the growth temperature (° C.) is plotted on the vertical axis. ) To make a graph. The numbers in the circles are luminous intensity (mcd).
[0072]
The luminous intensity of Example 2 is 405 mcd, and the luminous intensity of Example 6 is 334 mcd, which is substantially equal. The data in the area below this line segment has a luminous intensity that is not practical. Therefore, when the growth temperature is T and the layer thickness is d, the empirical formula indicating the upper region including this line segment is:
T-800 ≧ 2 (d-250) / 5
Becomes Thus, the relationship between T and d is
T ≧ 0.4d + 700
Can be represented by
[0073]
That is, it is necessary to grow the second layer at a growth temperature equal to or more than 0.4 times the layer thickness d and 700 or more in order to secure good luminous intensity. .
[0074]
(Examples 9 to 16)
Next, Examples 9 to 16 of the present invention will be described. In Examples 9 to 16, the AlGaN layer 9 having an Al composition of 0 was used as the first layer, the first layer was an n-type GaN layer, and the layer thickness was 180 °. Example of a light-emitting element manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the growth temperature, the Al composition, and the Mg supply amount were variously changed among the growth conditions of the AlGaN: Mg layer 10 as the layer. It is.
[0075]
FIG. 4 shows the growth conditions (growth temperature (° C.), film thickness (Å), Al composition, Mg supply amount (sccm)) of the second layer for each of Examples 9 to 16, and the second layer. Characteristics (conductivity type and carrier concentration (cm-3)) And the measured values of the light emission characteristics (luminous intensity (mcd)) for each example. In Examples 9 to 16, the second layer was grown so that the growth temperature was equal to or higher than a value obtained by adding 700 to 0.4 times the layer thickness d. In Examples 13 to 16, AlGaN: Mg as the second layer is doped with a p-type dopant, but shows n-type conductivity and an n-type carrier concentration of 1 × 1019cm-3The following is the content of claim 9. From the respective luminescence characteristic data measured for Examples 9 to 16, it is understood that all of them have luminous intensity sufficient for practical use.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, the layer structure of the p-type layer provided in contact with the light-emitting layer is changed between the protective layer (first layer) and the p-type layer (third layer). The two-layer structure is inserted to optimize the layer structure, and by optimizing the growth conditions, the crystal structure near the pn junction is maintained without impairing the function of protecting the light emitting layer. Properties can be improved and holes can be easily injected. Therefore, even if the thickness of the protective layer is reduced, a sufficient protective function can be obtained, and the hole injection efficiency can be increased and the luminous efficiency can be improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layer structure diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing data of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a layer thickness of a second layer, a growth temperature, and light emission characteristics based on the data shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing data of Examples 9 to 16 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Sapphire substrate
7 Light emitting layer
9 n-type AlGaN layer
10% AlGaN: Mg layer
11 GaN: Mg layer
20mm light emitting element

Claims (15)

pn接合を有するダブルへテロ構造の発光層を備えた化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板において、
前記発光層に接して設けられるp型層側の層構造が、前記発光層に接する層から順に、Inx Aly Gaz N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表されるn型の第1の層と、Inu Alv Gaw N(u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表されるp型の第2の層と、Inp Alq Gar N(p+q+r=1、0≦p≦1、0≦q≦1、0≦r≦1)で表されるp型の第3の層とを含み、かつこれら3つの層が互いに接して積層されていることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板。
An epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device having a light emitting layer having a double hetero structure having a pn junction,
The layer structure of the contact with the light-emitting layer p-type layer side to be provided with, in order from the layer in contact with the light emitting layer, In x Al y Ga z N (x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, a n-type first layer represented by 0 ≦ z ≦ 1), in in u Al v Ga w n ( u + v + w = 1,0 ≦ u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1) a second layer of p-type represented, the p-type represented by in p Al q Ga r N ( p + q + r = 1,0 ≦ p ≦ 1,0 ≦ q ≦ 1,0 ≦ r ≦ 1) 3. An epitaxial substrate for a compound semiconductor light-emitting device, comprising: a plurality of layers; and the three layers being stacked in contact with each other.
前記第1の層の層厚d1 (Å)が5≦d1 ≦200の範囲内であり、前記第2の層の層厚d2 (Å)が5≦d2 ≦30000の範囲内である請求項1記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板。The layer thickness d 1 (Å) of the first layer is in the range of 5 ≦ d 1 ≦ 200, and the layer thickness d 2 (Å) of the second layer is in the range of 5 ≦ d 2 ≦ 30000. The epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 1. 請求項1又は2記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造するための方法において、
前記第1の層の成長温度T1 と前記第2の層の成長温度T2 との間に、下式
1 ≦T2 
の関係が成り立つようにしたことを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。
A method for producing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2,
Between the growth temperature T 2 of the second layer and the growth temperature T 1 of the first layer, the following equation T 1 ≦ T 2
The method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, wherein the following relationship is satisfied.
前記第2の層の成長温度T2 (℃)と前記第2の層の層厚d2 (Å)との間に、次式
5 ≦ d2  ≦ 30000 (900 ≦ T2 ≦ 1150)
2 ≧ 0.4d2 +700  (700 ≦ T2 < 900)
で表される関係が満たされるようにして前記第2の層を成長させることを特徴とする請求項3記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。
Between the growth temperature T 2 (° C.) of the second layer and the thickness d 2 (の 間 に) of the second layer, the following equation 5 ≦ d 2 ≦ 30000 (900 ≦ T 2 ≦ 1150)
T 2 ≧ 0.4d 2 +700 (700 ≦ T 2 <900)
4. The method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the second layer is grown such that a relationship represented by the following expression is satisfied.
前記第1の層の成長が終了した後、前記第2の層及び前記第3の層を再成長法により形成するようにした請求項3又は4記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。5. The method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein after the growth of the first layer is completed, the second layer and the third layer are formed by a regrowth method. . 請求項1又は2記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を用いてなる発光素子。A light emitting device using the compound semiconductor light emitting device epitaxial substrate according to claim 1. 請求項3、4又は5記載の製造方法を用いて作製した発光素子。A light-emitting element manufactured by using the manufacturing method according to claim 3. pn接合を有するダブルへテロ構造の発光層を備えた化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板において、
前記発光層に接して設けられるp型層側の層構造が、前記発光層に接する層から順に、Inx Aly Gaz N(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表されるn型の第1の層と、Inu Alv Gaw N(u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表されるn型の第2の層と、Inp Alq Gar N(p+q+r=1、0≦p≦1、0≦q≦1、0≦r≦1)で表されるp型の第3の層とを含み、かつ、これら3つの層が互いに接して積層されていることを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板。
An epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device having a light emitting layer having a double hetero structure having a pn junction,
The layer structure of the contact with the light-emitting layer p-type layer side to be provided with, in order from the layer in contact with the light emitting layer, In x Al y Ga z N (x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, a n-type first layer represented by 0 ≦ z ≦ 1), in in u Al v Ga w n ( u + v + w = 1,0 ≦ u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1) a second layer n-type represented, the p-type represented by in p Al q Ga r n ( p + q + r = 1,0 ≦ p ≦ 1,0 ≦ q ≦ 1,0 ≦ r ≦ 1) 3. An epitaxial substrate for a compound semiconductor light-emitting device, comprising: three layers, wherein the three layers are stacked in contact with each other.
前記第2の層のp型ドーパント濃度が1×1017cm−3以上1×1021cm−3以下であり、且つ前記第2の層のn型キャリア濃度が1×1019cm−3以下である請求項8記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板。The p-type dopant concentration of the second layer is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less, and the n-type carrier concentration of the second layer is 1 × 10 19 cm −3 or less. The epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein 前記第1の層の層厚d1 (Å)が5≦d1 ≦200の範囲内であり、前記第2の層の層厚d2 (Å)が5≦d2 ≦500の範囲内である請求項8又は9記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板。The thickness d 1 (Å) of the first layer is in the range of 5 ≦ d 1 ≦ 200, and the thickness d 2 (Å) of the second layer is in the range of 5 ≦ d 2 ≦ 500. The epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 8 or 9. 請求項8、9又は10記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を製造するための方法において、
前記第1の層の成長温度T1 と前記第2の層の成長温度T2 との間に、下式
1 ≦T2 
の関係が成り立つようにしたことを特徴とする化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。
A method for producing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 8, 9 or 10,
Between the growth temperature T 2 of the second layer and the growth temperature T 1 of the first layer, the following equation T 1 ≦ T 2
The method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device, wherein the following relationship is satisfied.
前記第2の層の成長温度T2 (℃)と層厚d2 (Å)との間に、次式
2  ≧ 0.4d2 + 700 (5 ≦ d2 ≦500)
1150 ≧ T2  ≧ 700
で表される関係が満たされるようにして前記第2の層を成長させることを特徴とする請求項11記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。
Between the growth temperature T 2 (° C.) of the second layer and the layer thickness d 2 (Å), the following equation T 2 ≧ 0.4d 2 +700 (5 ≦ d 2 ≦ 500)
1150 ≧ T 2 ≧ 700
The method for manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the second layer is grown such that a relationship represented by the following expression is satisfied.
前記第1の層の成長が終了した後、前記第2の層及び前記第3の層を再成長法により形成するようにした請求項11又は12記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板の製造方法。The method of manufacturing an epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 11 or 12, wherein after the growth of the first layer is completed, the second layer and the third layer are formed by a regrowth method. . 請求項8、9又は10記載の化合物半導体発光素子用エピタキシャル基板を用いてなる発光素子。A light emitting device using the epitaxial substrate for a compound semiconductor light emitting device according to claim 8, 9, or 10. 請求項11、12又は13の製造方法を用いて作製した発光素子。A light-emitting element manufactured by using the manufacturing method according to claim 11.
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