JP2000058916A - Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element - Google Patents

Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element

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JP2000058916A
JP2000058916A JP22137298A JP22137298A JP2000058916A JP 2000058916 A JP2000058916 A JP 2000058916A JP 22137298 A JP22137298 A JP 22137298A JP 22137298 A JP22137298 A JP 22137298A JP 2000058916 A JP2000058916 A JP 2000058916A
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保成 奥
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure for a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element whose light emitting efficiency can be enhanced and whose operating voltage can be reduced. SOLUTION: A substrate 1 is provided. An n-type contact layer 3a and an n-type contact layer 3b which are composed of a gallium nitride-based compound semiconductor are provided. An active layer 5 is provided. A semiconductor laminated structure 300 which is composed of a gallium nitride-based compound semiconductor is provided between the n-type contact layer 3a and the substrate 1 and/or between the active layer 5 and the n-type contact layer 3b. The semiconductor laminated structure 300 is constituted in such a way that at least a first n-type layer which is composed of undoped GaN and a second n-type layer which is formed so as to be adjacent to the first n-type layer and which is composed of AlxGa1-xN (where 0<=x<=1) doped with n-type impurities are contained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオード、レ
ーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリウ
ム系化合物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 gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device used for an optical device such as a light emitting diode and a laser diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での実用化や青紫色のレーザダイオード
の分野での展開が進んでいる。特に、発光ダイオードの
分野においては、従来用いられていたSiCからなる青
色の発光素子よりも数十倍から約100倍の発光効率の
向上が達成されており、高効率の発光が必要とされてい
た屋外用のディスプレイ装置にも好適に用いることがで
きるため、多くの注目を集めている。
2. Description of the Related Art Gallium nitride-based compound semiconductors have come to be widely used as semiconductor materials for visible light emitting devices and high-temperature operating electronic devices. Are being developed in the field of laser diodes. In particular, in the field of light-emitting diodes, a luminous efficiency improvement of several tens to about 100 times has been achieved as compared with a conventionally used blue light-emitting element made of SiC, and high-efficiency light emission is required. Since it can be suitably used for outdoor display devices, it has attracted much attention.

【0003】発光ダイオードやレーザダイオードに用い
られるものを含め、可視光で発光可能な窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、基本的には、InGaNから
なる活性層を、活性層よりもバンドギャップの大きなG
aNやAlGaN等からなるp型およびn型のクラッド
層で挟んだダブルヘテロ構造を含むものが主流である。
p型クラッド層には、これに接してGaNからなるp型
コンタクト層が接合形成され、n型クラッド層には、こ
れに接してGaNからなるn型コンタクト層が接合形成
される。これらの積層構造は、サファイアやSiC等か
らなる基板上に、有機金属気相成長法や分子線エピタキ
シー法等の結晶成長方法により成長形成される窒化ガリ
ウム系化合物半導体の薄膜をもって作製されるのが近来
では主流である。
[0003] Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices capable of emitting visible light, including those used in light emitting diodes and laser diodes, basically have an active layer made of InGaN having a band gap larger than that of the active layer. G
The mainstream includes a double heterostructure sandwiched by p-type and n-type cladding layers made of aN, AlGaN, or the like.
A p-type contact layer made of GaN is formed in contact with the p-type cladding layer, and an n-type contact layer made of GaN is formed in contact with the n-type cladding layer. These laminated structures are manufactured using a gallium nitride compound semiconductor thin film grown and formed on a substrate made of sapphire, SiC, or the like by a crystal growth method such as a metal organic chemical vapor deposition method or a molecular beam epitaxy method. It is mainstream in recent years.

【0004】最近実用化されている青色や緑色等の発光
ダイオードに用いられる窒化ガリウム系化合物半導体も
上記の積層構造を基本的に有しており、基板にはサファ
イアが用いられ、基板上にn型コンタクト層、n型クラ
ッド層、活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層を
順次積層させた構成とされている。(以下、活性層に対
し、n型コンタクト層およびn型クラッド層が形成され
た側をn側、p型クラッド層およびp型コンタクト層が
形成された側をp側ということがある。)さらに、p型
コンタクト層にはその表面にp側電極が形成され、n型
コンタクト層には、p型コンタクト層の側から積層方向
と逆の方向にp型コンタクト層、p型クラッド層、活性
層およびn型コンタクト層の一部を除去して露出させた
表面にn側電極が形成されている。そして、p側電極と
n側電極とに電圧を印加させて、活性層に対してp型コ
ンタクト層の側から正孔を、n型コンタクト層の側から
電子を注入させるようになっている。活性層において
は、注入された正孔と電子の再結合により、基本的には
活性層のバンドギャップエネルギーに対応する発光が得
られる。
A gallium nitride-based compound semiconductor used for light-emitting diodes of blue, green, and the like, which has recently been put to practical use, basically has the above-mentioned laminated structure. Sapphire is used for a substrate, and n The structure is such that a mold contact layer, an n-type clad layer, an active layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are sequentially laminated. (Hereinafter, the side on which the n-type contact layer and the n-type cladding layer are formed may be referred to as the n-side, and the side on which the p-type cladding layer and the p-type contact layer are formed may be referred to as the p-side. , A p-side electrode is formed on the surface of the p-type contact layer, and a p-type contact layer, a p-type cladding layer, and an active layer are formed on the n-type contact layer in the direction opposite to the stacking direction from the p-type contact layer side. An n-side electrode is formed on a surface where a part of the n-type contact layer is removed and exposed. Then, by applying a voltage to the p-side electrode and the n-side electrode, holes are injected into the active layer from the p-type contact layer side and electrons are injected from the n-type contact layer side. In the active layer, light emission corresponding to the band gap energy of the active layer is basically obtained by the recombination of the injected holes and electrons.

【0005】ところで、基板に絶縁性のサファイアを用
いた場合に代表されるように、p側電極とn側電極を基
板の同一面側に設ける構成とした発光素子においては、
電圧を印加した際に、n側電極からn型コンタクト層に
注入された電子が、n型コンタクト層やn型クラッド層
の中で積層方向とほぼ垂直な方向、すなわち面方向に移
動する過程を含むこととなる。
By the way, as typified by the case where insulating sapphire is used for a substrate, a light emitting element having a structure in which a p-side electrode and an n-side electrode are provided on the same surface side of a substrate is known.
When a voltage is applied, electrons injected from the n-side electrode into the n-type contact layer move in the n-type contact layer or the n-type cladding layer in a direction substantially perpendicular to the lamination direction, that is, in a plane direction. Will be included.

【0006】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体の場
合、他の3−5族化合物半導体に比して抵抗率が高いた
め電流が流れにくく、電子が移動しにくいという特徴が
ある。したがって、電極からn型コンタクト層へ注入さ
れた電子は、n型コンタクト層から活性層へかけて抵抗
が小さくなるように移動することとなり、活性層の下で
電極に近い領域に集中する傾向にある。このため、活性
層においては、n型コンタクト層に近い領域に発光が集
中してしまい、活性層から面内均一な発光が得られにく
いという問題があった。
[0006] The gallium nitride-based compound semiconductor is characterized in that it has a higher resistivity than other group III-V compound semiconductors, so that current does not easily flow and electrons do not easily move. Therefore, electrons injected from the electrode into the n-type contact layer move from the n-type contact layer to the active layer so that the resistance decreases, and tend to concentrate in a region below the active layer and near the electrode. is there. For this reason, in the active layer, light emission concentrates in a region near the n-type contact layer, and there is a problem that it is difficult to obtain uniform light emission in a plane from the active layer.

【0007】そこで、この問題を解決するために、n型
コンタクト層と活性層との間に、n型コンタクト層より
も電子濃度の高い層を形成し、この層において電子を面
内均一に広げて活性層へ面内均一に電子を注入し得る構
造が提案された。このような構造は、例えば特開平8−
23124号公報に示されている。
Therefore, in order to solve this problem, a layer having a higher electron concentration than the n-type contact layer is formed between the n-type contact layer and the active layer, and electrons are uniformly spread in the plane in this layer. A structure capable of injecting electrons uniformly into the active layer in the plane has been proposed. Such a structure is disclosed in, for example,
No. 23124.

【0008】図8は、前記公報において開示された従来
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断
面図を示している。図8において、基板41の上に、バ
ッファ層42を介してn型コンタクト層43が形成され
ている。n型コンタクト層43の上には、n型コンタク
ト層43よりも電子濃度の高いn型高濃度層403が形
成されている。そして、n型高濃度層403の上には、
n型クラッド層44、活性層45、p型クラッド層4
6、p型コンタクト層47が形成されている。p型コン
タクト層47の表面にはp側電極49が形成され、p型
コンタクト層47、p型クラッド層46、活性層45、
n型クラッド層44、およびn型高濃度層403の一部
を積層方向と反対の方向に除去して露出されたn型コン
タクト層43の表面には、n側電極48が形成されてい
る。このように、n型コンタクト層43とn型クラッド
層44の間に、n型コンタクト層43よりも電子濃度の
高いn型高濃度層403を設けることで、n側電極48
からn型コンタクト層43に注入された電子が、n型高
濃度層403の中で均一に広がりやすくなるため、活性
層45から均一な面発光が得られるとされている。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device disclosed in the above publication. 8, an n-type contact layer 43 is formed on a substrate 41 with a buffer layer 42 interposed therebetween. An n-type high concentration layer 403 having an electron concentration higher than that of the n-type contact layer 43 is formed on the n-type contact layer 43. Then, on the n-type high concentration layer 403,
n-type cladding layer 44, active layer 45, p-type cladding layer 4
6. A p-type contact layer 47 is formed. A p-side electrode 49 is formed on the surface of the p-type contact layer 47, and the p-type contact layer 47, the p-type cladding layer 46, the active layer 45,
An n-side electrode 48 is formed on the surface of the n-type contact layer 43 exposed by removing a part of the n-type cladding layer 44 and the n-type high concentration layer 403 in a direction opposite to the laminating direction. Thus, by providing the n-type high concentration layer 403 having an electron concentration higher than that of the n-type contact layer 43 between the n-type contact layer 43 and the n-type cladding layer 44, the n-side electrode 48 is formed.
It is said that the electrons injected into the n-type contact layer 43 from the active layer 45 easily spread uniformly in the n-type high-concentration layer 403, so that a uniform surface emission can be obtained from the active layer 45.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記構造による改善を
含め、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において
は、発光出力を高め、動作電圧の低減を図るための種々
の改善が行われた結果、従来のSiCからなる青色の発
光素子に比して、約100倍の発光効率の向上が達成さ
れ、実用化されるに至った。しかしながら、屋外用の大
型ディスプレイ装置や各種光源等、多くの応用分野での
展開が進むにつれ、視認性の向上や消費電力の低減を図
るために、さらなる発光効率の向上および動作電圧の低
減が望まれるようになってきた。
In the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, including the improvement by the above structure, various improvements have been made to increase the luminous output and reduce the operating voltage. The luminous efficiency has been improved about 100 times compared to the blue light-emitting element made of SiC, and has been put to practical use. However, as developments in many application fields such as large-sized outdoor display devices and various light sources progress, further improvement in luminous efficiency and reduction in operating voltage are desired in order to improve visibility and reduce power consumption. It has come to be.

【0010】本発明において解決すべき課題は、さらな
る発光効率の向上と動作電圧の低減を実現し得る窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子の構造を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device which can further improve the luminous efficiency and reduce the operating voltage.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子において、特に基板と活性
層の間に設けるn型の窒化ガリウム系化合物半導体から
なる半導体積層構造について鋭意研究を行った。その結
果、活性層と基板との間に、電子を注入するための電極
を形成するn型コンタクト層における電子の移動度より
も高い移動度を有する半導体積層構造を設けることによ
り、発光効率の向上と動作電圧の低減が図れることを見
いだした。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device, particularly a semiconductor laminated structure composed of an n-type gallium nitride-based compound semiconductor provided between a substrate and an active layer. went. As a result, by providing between the active layer and the substrate a semiconductor laminated structure having a higher mobility than the mobility of electrons in the n-type contact layer forming an electrode for injecting electrons, the luminous efficiency is improved. And the operating voltage can be reduced.

【0012】すなわち、本発明は、基板と、窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなるn型コンタクト層および活性
層と、を少なくとも有する窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子であって、前記n型コンタクト層と前記基板と
の間と、前記活性層と前記n型コンタクト層との間との
いずれか一方またはその両方に、窒化ガリウム系化合物
半導体からなる半導体積層構造を備えており、前記半導
体積層構造の中における電子の面方向の移動度が、前記
n型コンタクト層の中における電子の面方向の移動度よ
りも高いことを特徴とするものである。そして、前記半
導体積層構造は、アンドープのGaNからなる第一のn
型層と、前記第一のn型層に接して形成され、かつn型
不純物がドープされたAlxGa1-xN(但し、0≦x≦
1)からなる第二のn型層と、を少なくとも含むことを
特徴とする(以下、本明細書において、AlxGa1-x
または同様に添字を伴った表現により示される窒化ガリ
ウム系化合物半導体を単にAlGaNということがあ
る。)。
That is, the present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having at least a substrate, an n-type contact layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor and an active layer, wherein the n-type contact layer and the substrate , And / or between the active layer and the n-type contact layer, a semiconductor laminated structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor is provided. Is higher than the mobility in the plane direction of electrons in the n-type contact layer. And the semiconductor laminated structure has a first n-type GaN made of undoped GaN.
An Al x Ga 1 -xN layer formed in contact with the mold layer and the first n-type layer and doped with an n-type impurity (where 0 ≦ x ≦
1) a second n-type layer (hereinafter referred to as Al x Ga 1 -xN in the present specification).
Similarly, a gallium nitride-based compound semiconductor represented by an expression with a subscript may be simply referred to as AlGaN. ).

【0013】また、本発明においては、前記半導体積層
構造は、アンドープのGaNからなる第一のn型層とn
型不純物がドープされた第二のn型層とからなる対が2
以上積層された多層構造を含むこととすることもでき
る。
Further, in the present invention, the semiconductor laminated structure comprises a first n-type layer made of undoped GaN and an n-type layer.
Pair consisting of a second n-type layer doped with
It may include a multilayer structure stacked as described above.

【0014】このような構成によれば、n側電極からn
型コンタクト層へ注入された電子がn側の層構造の中で
容易に移動しやすくなり、n側の層構造の面内の全体に
広がりやすくなるため、活性層への電子の注入の均一性
を改善させることが可能となる。
According to such a configuration, the n-side electrode is connected to the n-side electrode.
Uniformity of injection of electrons into the active layer because electrons injected into the mold contact layer easily move in the n-side layer structure and easily spread over the entire surface of the n-side layer structure. Can be improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、基板
と、窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型コンタク
ト層および活性層と、を少なくとも有する窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子であって、前記n型コンタクト
層と前記基板との間と、前記活性層と前記n型コンタク
ト層との間とのいずれか一方またはその両方に、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる半導体積層構造を備えて
おり、前記半導体積層構造の中における電子の面方向の
移動度が、前記n型コンタクト層の中における電子の面
方向の移動度よりも高いことを特徴とするものであり、
n型コンタクト層における面方向の移動度よりも高い電
子の移動度を有する半導体積層構造をn側の層構造の中
に設けることにより、n側の層構造の中における電子の
広がりを向上させることができるという作用を有する。
ここで、n型コンタクト層とは、発光素子へ電気的に接
続されて電子を注入するためのn側電極が形成された層
を意味する。
The invention according to claim 1 is a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having at least a substrate, an n-type contact layer and an active layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor, a semiconductor stacked structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor, provided between the n-type contact layer and the substrate, and / or between the active layer and the n-type contact layer, The planar mobility of electrons in the semiconductor multilayer structure is higher than the planar mobility of electrons in the n-type contact layer,
Improving the spread of electrons in the n-side layer structure by providing, in the n-side layer structure, a semiconductor laminated structure having a higher electron mobility than the planar mobility in the n-type contact layer. It has the effect of being able to.
Here, the n-type contact layer means a layer on which an n-side electrode for electrically injecting electrons by being electrically connected to the light emitting element is formed.

【0016】請求項2に記載の発明は、基板と、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなるn型コンタクト層および
活性層と、を少なくとも有する窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子であって、前記n型コンタクト層と前記基
板との間と、前記活性層と前記n型コンタクト層との間
とのいずれか一方またはその両方に、窒化ガリウム系化
合物半導体からなる半導体積層構造を備えており、前記
半導体積層構造は、アンドープのGaNからなる第一の
n型層と、前記第一のn型層に接して形成され、かつn
型不純物がドープされたAlxGa1-xN(但し、0≦x
≦1)からなる第二のn型層と、を少なくとも含むこと
を特徴とするものであり、アンドープのGaNからなる
第一のn型層とn型不純物がドープされたAlGaNか
らなる第二のn型層との接合により、これらの半導体積
層構造の中で電子が移動しやすくなるという作用を有す
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having at least a substrate, an n-type contact layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor and an active layer, wherein the n-type contact layer And between the active layer and the n-type contact layer, or between the active layer and the n-type contact layer, the semiconductor layered structure includes a gallium nitride-based compound semiconductor. A first n-type layer made of undoped GaN, and formed in contact with the first n-type layer;
Al x Ga 1 -xN doped with a type impurity (where 0 ≦ x
≦ 1), a first n-type layer made of undoped GaN and a second n-type layer made of AlGaN doped with n-type impurities. The junction with the n-type layer has an effect that electrons easily move in these semiconductor laminated structures.

【0017】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記半導体積層構造は、アンドープの
GaNからなる第一のn型層とn型不純物がドープされ
た第二のn型層とからなる対が2以上積層された多層構
造を含むことを特徴とするものであり、第一のn型層と
第二のn型層との接合を多層化することにより、これら
の半導体積層構造の中で電子がより一層移動しやすくな
るという作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the semiconductor multilayer structure includes a first n-type layer made of undoped GaN and a second n-type layer doped with an n-type impurity. And a multilayer structure in which two or more pairs of mold layers are stacked, and by joining the first n-type layer and the second n-type layer in multiple layers, This has the effect that electrons can be more easily moved in the semiconductor laminated structure.

【0018】請求項4に記載の発明は、請求項2または
3に記載の発明において、前記半導体積層構造は、前記
第二のn型層に接して形成されたアンドープのGaNか
らなる第三のn型層をさらに含むことを特徴とする、第
二のn型層に接してさらにアンドープのGaNからなる
第三のn型層と形成することにより、これらの半導体積
層構造の中で電子がより一層移動しやすくなるという作
用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the semiconductor laminated structure is a third layer made of undoped GaN formed in contact with the second n-type layer. By forming a third n-type layer made of undoped GaN in contact with the second n-type layer, which further includes an n-type layer, electrons in these semiconductor stacked structures are more increased. It has the effect of making it easier to move.

【0019】請求項5に記載の発明は、請求項2から4
のいずれかに記載の発明において、前記第二のn型層
は、電子濃度が4×1018/cm3以上1×1020/c
3以下の範囲となるように調整されていることを特徴
とするものであり、第二のn型層における電子濃度を特
定することで、第二のn型層と前記第一のn型層または
/および第三のn型層との接合により形成される半導体
積層構造の中で電子が移動しやすくなるとともに、半導
体積層構造の結晶性を良好に保持することができるとい
う作用を有する。
The invention according to claim 5 provides the invention according to claims 2 to 4
In the invention described in any one of the above, the second n-type layer has an electron concentration of 4 × 10 18 / cm 3 or more and 1 × 10 20 / c.
m 3 or less, characterized by specifying the electron concentration in the second n-type layer, the second n-type layer and the first n-type In the semiconductor laminated structure formed by bonding with the layer and / or the third n-type layer, electrons can be easily moved, and the crystallinity of the semiconductor laminated structure can be maintained well.

【0020】請求項6に記載の発明は、請求項2から5
のいずれかに記載の発明において、前記第二のn型層
は、膜厚を10nm〜100nmの範囲に調整されてい
ることを特徴とするものであり、第二のn型層の膜厚を
特定することで、第一のn型層への電子の供給量を適当
に確保することができるという作用を有する。
[0020] The invention according to claim 6 is the invention according to claims 2 to 5.
In the invention according to any one of the above, the thickness of the second n-type layer is adjusted to be in a range of 10 nm to 100 nm, and the thickness of the second n-type layer is The specification has an effect that the supply amount of electrons to the first n-type layer can be appropriately secured.

【0021】請求項7に記載の発明は、請求項2から6
のいずれかに記載の発明において、前記第二のn型層
は、膜厚を1nm〜100nmの範囲に調整されている
ことを特徴とするものであり、第一のn型層の膜厚を特
定することで、半導体積層構造の中での電子の移動のし
やすさを確保するとともに、半導体積層構造の直列抵抗
が過度に増大するのを防止することができるという作用
を有する。
[0021] The invention described in claim 7 is the invention according to claims 2 to 6.
In the invention according to any one of the above, the thickness of the second n-type layer is adjusted to a range of 1 nm to 100 nm, and the thickness of the first n-type layer is By specifying, it is possible to secure the ease of movement of electrons in the semiconductor multilayer structure and to prevent the series resistance of the semiconductor multilayer structure from being excessively increased.

【0022】請求項8に記載の発明は、請求項1から4
のいずれかに記載の発明において、前記第二のn型層
は、前記第一のn型層または/および前記第三のn型層
と接する側に、アンドープのAlxGa1-xN(但し、0
≦x≦1)からなる不純物拡散防止領域を層状に備えて
いることを特徴とするものであり、前記第二のn型層か
らn型不純物が前記第一のn型層へ拡散して第一のn型
層における電子の移動度が低下するのを防止することが
できるという作用を有する。
[0022] The invention according to claim 8 is the invention according to claims 1 to 4.
In the invention described in any one of (1) to (4), the second n-type layer has an undoped Al x Ga 1 -xN () on a side in contact with the first n-type layer and / or the third n-type layer. Where 0
≦ x ≦ 1), wherein an n-type impurity is diffused from the second n-type layer into the first n-type layer. This has the effect of preventing a decrease in electron mobility in one n-type layer.

【0023】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載
の発明において、前記不純物拡散防止領域の層厚は、1
nm〜10nmの範囲に調整されていること特徴とする
ものであり、不純物拡散防止領域の層厚を特定の範囲に
調整することで、n型不純物の第一のn型層への拡散を
適切に防止するとともに、第二のn型層における直列抵
抗の増大を防止することができるという作用を有する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the eighth aspect, the layer thickness of the impurity diffusion preventing region is 1
The thickness of the impurity diffusion preventing region is adjusted to a specific range to appropriately diffuse the n-type impurity into the first n-type layer. And an increase in series resistance in the second n-type layer can be prevented.

【0024】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図1から図7を参照しながら説明する。これらの図にお
いて、同一要素および同一部材は、同一符号で示されて
いる。
Hereinafter, specific examples of the embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same elements and the same members are denoted by the same reference numerals.

【0025】(実施の形態1)図1に、本発明の第一の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【0026】図1において、基板1の上に、バッファ層
2を介して、n型コンタクト層3aと、半導体積層構造
300と、n型コンタクト層3bと、n型クラッド層4
と、活性層5と、p型コンタクト層6と、p型コンタク
ト層7と、が順次積層されている。p型コンタクト層7
の表面上にはp側電極9が形成されており、p型コンタ
クト層9の表面側から、p型コンタクト層7とp型クラ
ッド層6と活性層5とn型クラッド層4の一部をエッチ
ングにより除去して露出されたn型コンタクト層3bの
表面上には、n側電極8が形成されている。
In FIG. 1, an n-type contact layer 3a, a semiconductor laminated structure 300, an n-type contact layer 3b, and an n-type clad layer 4 are formed on a substrate 1 with a buffer layer 2 interposed therebetween.
, An active layer 5, a p-type contact layer 6, and a p-type contact layer 7 are sequentially stacked. p-type contact layer 7
A p-side electrode 9 is formed on the surface of the p-type contact layer 9, the p-type contact layer 7, the p-type cladding layer 6, the active layer 5, and a part of the n-type cladding layer 4 are formed from the surface side of the p-type contact layer 9. An n-side electrode 8 is formed on the surface of the n-type contact layer 3b which has been removed by etching and exposed.

【0027】基板1には、サファイア、GaN、Si
C、スピネル(MgAl2O)等を使用することができ
る。
The substrate 1 includes sapphire, GaN, Si
C, spinel (MgAl 2 O) or the like can be used.

【0028】バッファ層2には、GaN、AlN、Al
GaN、AlInN等を用いることができ、例えば、9
00℃以下の温度で、数nmから数十nmの厚さで形成
されたものを好ましく用いることができる。ここで、バ
ッファ層2は、基板1とその上に形成される窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなる積層構造との間の格子不整合
を緩和する作用を有するものであるため、GaNのよう
に、その上に形成される窒化ガリウム系化合物半導体と
の格子定数が近い基板を用いる場合には、成長方法や成
長条件にもよるが、バッファ層2の形成を省略すること
も可能である。
GaN, AlN, Al
GaN, AlInN or the like can be used.
A film formed at a temperature of 00 ° C. or less and a thickness of several nm to several tens nm can be preferably used. Here, since the buffer layer 2 has an action of alleviating the lattice mismatch between the substrate 1 and the laminated structure made of the gallium nitride-based compound semiconductor formed thereon, like the GaN, When a substrate having a lattice constant close to that of the gallium nitride-based compound semiconductor formed thereon is used, the formation of the buffer layer 2 can be omitted depending on the growth method and growth conditions.

【0029】n型コンタクト層3aおよびn型コンタク
ト層3bは、窒化ガリウム系化合物半導体で形成され、
特にGaNやAlGaNで形成されることが好ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体は、n型不純物をドープし
ないアンドープの状態でもn型導電型を示す傾向がある
が、特にn側電極8を設けるためのn型コンタクト層と
して用いる場合には、SiやGe等のn型不純物をドー
プしたGaNを用いると、電子濃度の高いn型層が得ら
れ、n側電極8との接触抵抗を小さくすることが可能で
ある。
The n-type contact layers 3a and 3b are formed of a gallium nitride-based compound semiconductor,
In particular, it is preferably formed of GaN or AlGaN.
The gallium nitride-based compound semiconductor tends to exhibit the n-type conductivity even in an undoped state in which the n-type impurity is not doped. In particular, when used as an n-type contact layer for providing the n-side electrode 8, Si or Ge is used. When GaN doped with an n-type impurity such as is used, an n-type layer having a high electron concentration can be obtained, and the contact resistance with the n-side electrode 8 can be reduced.

【0030】n型コンタクト層3bの表面上に形成され
るn側電極8には、n型コンタクト層3bとのオーミッ
ク性の良いAl、Ti、Au等の金属を単層、複層また
は合金の状態で用いることができる。
The n-side electrode 8 formed on the surface of the n-type contact layer 3b is made of a metal such as Al, Ti, Au or the like having a good ohmic property with the n-type contact layer 3b. Can be used in a state.

【0031】n型クラッド層4は、窒化ガリウム系化合
物半導体で形成され、SiやGe等のn型不純物がドー
プされたAlaGa1-aN(但し、0≦a≦1)で形成さ
れることが好ましいが、発光ダイオードに用いる発光素
子の場合には、n型クラッド層4の形成を省略すること
も可能である。
The n-type cladding layer 4 is formed of a gallium nitride-based compound semiconductor and formed of Al a Ga 1-a N (where 0 ≦ a ≦ 1) doped with n-type impurities such as Si and Ge. However, in the case of a light emitting element used for a light emitting diode, the formation of the n-type cladding layer 4 can be omitted.

【0032】n型クラッド層4の上に形成される活性層
5は、n型クラッド層4のバンドギャップよりも小さい
バンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体で
形成される。特に、インジウムを含む窒化ガリウム系化
合物半導体、すなわちInpAlqGa1-p-qN(但し、
0<p≦1、0≦q≦1、0<p+q≦0)で形成さ
れ、その中でもInrGa1-rN(但し、0<r<1)で
形成されることが好ましい。(以下、本明細書におい
て、InrGa1-rNまたは同様に添字を伴った表現によ
り示される窒化ガリウム系化合物半導体を単にInGa
Nということがある。)活性層5は、n型不純物とp型
不純物を同時に、またはそれらのいずれか一方のみをド
ープすることにより所望の発光波長を得る構成とするこ
ともできるが、膜厚を約10nm以下と薄くした層を用
いて量子井戸構造とした構成とすることにより、色純度
が良くかつ発光効率の高い活性層5とすることが発光効
率の向上の点で特に好ましい。活性層5を量子井戸構造
とする場合、InGaNからなる井戸層を、井戸層より
もバンドギャップの大きな障壁層で挟んだ単一量子井戸
構造としても良く、この場合には、障壁層を活性層の両
側に形成されるp型およびn型クラッド層で兼用するこ
とが可能である。また、井戸層と障壁層とを交互に積層
させた多重量子井戸構造としても良い。
The active layer 5 formed on the n-type cladding layer 4 is formed of a gallium nitride-based compound semiconductor having a band gap smaller than that of the n-type cladding layer 4. In particular, a gallium nitride-based compound containing indium semiconductor, ie In p Al q Ga 1-pq N ( where,
0 <formed by p ≦ 1,0 ≦ q ≦ 1,0 < p + q ≦ 0), among which In r Ga 1-r N (where, 0 <r <1) is preferably formed of a. (Hereinafter, in this specification, gallium nitride-based compound semiconductors represented by In r Ga 1-r N or similarly with subscripts are simply referred to as InGa
Sometimes called N. The active layer 5 may be configured to obtain a desired emission wavelength by doping an n-type impurity and a p-type impurity simultaneously or by doping only one of them. It is particularly preferable to form the active layer 5 having good color purity and high luminous efficiency by using a layer having the above structure to form a quantum well structure from the viewpoint of improving luminous efficiency. When the active layer 5 has a quantum well structure, a single quantum well structure in which a well layer made of InGaN is sandwiched between barrier layers having a band gap larger than that of the well layer may be used. And n-type cladding layers formed on both sides of the substrate. Further, a multiple quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately stacked may be used.

【0033】活性層5の上には、p型クラッド層6が形
成されている。p型クラッド層6は、活性層5のバンド
ギャップよりも大きいバンドギャップを有する窒化ガリ
ウム系化合物半導体で形成され、特にMg等のp型不純
物がドープされたAlbGa1 -bN(但し、0≦b≦1)
で形成されることが好ましい。通常、p型クラッド層6
は、結晶性良く形成させるために、活性層5の成長に適
した温度よりも高い成長温度で形成されることが多く、
このため、活性層5の成長後、p型クラッド層6の成長
温度にまで昇温させる間において、活性層5を構成する
インジウムや窒素等の構成元素の解離等により活性層5
の結晶性の劣化が生じることがある。そこで、p型クラ
ッド層6の活性層5に接する側の一部を、活性層5を成
長後に昇温させながら連続して成長形成し、p型クラッ
ド層6の成長温度において、引き続いて残りのp型クラ
ッド層6を成長させると、活性層5の結晶性の劣化を効
果的に防止することが可能となる。このとき、昇温させ
ながら成長させるp型クラッド層6の一部は、Alc
1-cN(但し、0≦c<1、c<b)、特にGaNで
形成されることが好ましい。活性層5に接して形成され
クラッド層としての作用を十分達成することができると
同時に、活性層5の構成元素の解離等による結晶性の劣
化を防止する効果を高めることができるからである。
On the active layer 5, a p-type cladding layer 6 is formed. The p-type cladding layer 6 is formed of a gallium nitride-based compound semiconductor having a band gap larger than the band gap of the active layer 5, and in particular, Al b Ga 1 -b N doped with a p-type impurity such as Mg (however, 0 ≦ b ≦ 1)
It is preferable to be formed by. Usually, the p-type cladding layer 6
Is often formed at a growth temperature higher than the temperature suitable for growing the active layer 5 in order to form the crystal with good crystallinity.
For this reason, after the growth of the active layer 5, while the temperature is raised to the growth temperature of the p-type cladding layer 6, the active layer 5 is dissociated by constituent elements such as indium and nitrogen constituting the active layer 5.
The crystallinity may be deteriorated. Therefore, a part of the side of the p-type cladding layer 6 which is in contact with the active layer 5 is continuously grown while the temperature of the active layer 5 is raised after the growth, and the remaining part is continuously formed at the growth temperature of the p-type cladding layer 6. When the p-type clad layer 6 is grown, it is possible to effectively prevent the crystallinity of the active layer 5 from deteriorating. At this time, a part of the p-type cladding layer 6 grown while increasing the temperature is made of Al c G
a 1-c N (where 0 ≦ c <1, c <b), particularly preferably GaN. This is because the function as a cladding layer formed in contact with the active layer 5 can be sufficiently achieved, and at the same time, the effect of preventing deterioration of crystallinity due to dissociation of constituent elements of the active layer 5 can be enhanced.

【0034】p型クラッド層6の上には、p型コンタク
ト層7が形成されている。p型コンタクト層7は、p型
不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体で形成
される。特に、p型コンタクト層7の表面上に形成され
るp側電極9との接触抵抗を低減させるために、Mg等
のp型不純物をドープしたIndGa1-dN(0≦d≦
0)で形成することが好ましい。
On the p-type cladding layer 6, a p-type contact layer 7 is formed. The p-type contact layer 7 is formed of a gallium nitride-based compound semiconductor doped with a p-type impurity. In particular, in order to reduce the contact resistance with the p-side electrode 9 formed on the surface of the p-type contact layer 7, In d Ga 1-d N (0 ≦ d ≦
0).

【0035】ここで、半導体積層構造300は、活性層
5と基板1との間のn側の積層構造の中に形成されてお
り、特に本実施の形態においては、n側電極8が表面に
形成されたn型コンタクト層3aと基板1との間に形成
された構成とされている。
Here, the semiconductor laminated structure 300 is formed in an n-side laminated structure between the active layer 5 and the substrate 1, and in this embodiment, in particular, the n-side electrode 8 is formed on the surface. The structure is formed between the formed n-type contact layer 3 a and the substrate 1.

【0036】図2は、本発明の第一の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の概略を示
す断面図であり、n型コンタクト層3aから活性層5ま
での層構造を示している。本実施の形態においては、半
導体積層構造300は、n型コンタクト層3aと基板1
との間に形成されている。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a part of the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention, and shows a layer structure from the n-type contact layer 3a to the active layer 5. Is shown. In the present embodiment, the semiconductor multilayer structure 300 includes the n-type contact layer 3a and the substrate 1
Is formed between.

【0037】半導体積層構造300は、アンドープのG
aNからなる第一のn型層31と、第一のn型層32に
接して形成され、かつn型不純物がドープされたAlG
aNからなる第二のn型層とを含む構成とされている。
本発明においては、第一のn型層31はアンドープのG
aNからなり、第二のn型層はSiやGe等のn型不純
物をドープしたAlGaNからなることを必須とする。
The semiconductor multilayer structure 300 has an undoped G
AlG formed in contact with a first n-type layer 31 made of aN and a first n-type layer 32 and doped with an n-type impurity
and a second n-type layer made of aN.
In the present invention, the first n-type layer 31 is an undoped G layer.
It is essential that the second n-type layer be made of aN and be made of AlGaN doped with an n-type impurity such as Si or Ge.

【0038】アンドープのGaNからなる第一のn型層
31とn型不純物をドープしたAlGaNと積層させた
半導体積層構造300をn側の層構造の中に形成するこ
とで、半導体積層構造300の中で電子が移動しやすく
なる理由については明らかではないが、以下のように推
測することができる。
By forming a semiconductor multilayer structure 300 in which a first n-type layer 31 made of undoped GaN and AlGaN doped with an n-type impurity are formed in the n-side layer structure, the semiconductor multilayer structure 300 is formed. Although it is not clear why the electrons move easily inside, it can be guessed as follows.

【0039】すなわち、n型不純物をドープした窒化ガ
リウム系化合物半導体においては、他の3−5族化合物
半導体と同様に、n型層中での電子の移動度は、電子を
生じてイオン化したn型不純物による散乱により大きく
影響されることが多いと考えられる。
That is, in a gallium nitride-based compound semiconductor doped with an n-type impurity, like other group III-V compound semiconductors, the mobility of electrons in the n-type layer is determined by ionization of n It is considered that it is often greatly affected by scattering by the type impurities.

【0040】ここで、本発明のように、n型不純物をド
ープしないでアンドープとしたGaNからなる第一のn
型層31とn型不純物をドープしたAlGaNからなる
第二のn型層32とを接合させて形成した構成として半
導体積層構造300を形成すると、n型不純物をドープ
した第二のn型層32においてn型不純物のイオン化に
よって生じた電子が、第二のn型層32よりもバンドギ
ャップの小さい第一のn型層31の中にも蓄積されて存
在するようになると考えられる。アンドープのGaNに
おいては、電子の移動度に影響を及ぼすイオン化した不
純物の数がn型不純物をドープしたn型層に比べ非常に
少ないため、通常、電子の移動度はn型不純物をドープ
したn型層に比べ非常に高くなる。
Here, as in the present invention, the first n-type GaN made of undoped GaN without doping n-type impurities is used.
When the semiconductor multilayer structure 300 is formed by joining the mold layer 31 and a second n-type layer 32 made of AlGaN doped with an n-type impurity, the second n-type layer 32 doped with the n-type impurity is formed. It is considered that the electrons generated by the ionization of the n-type impurity in the first N-type layer 31 are accumulated and also exist in the first n-type layer 31 having a smaller band gap than the second n-type layer 32. In undoped GaN, the number of ionized impurities that affect the mobility of electrons is much smaller than that of an n-type layer doped with an n-type impurity. It is much higher than the mold layer.

【0041】したがって、もともとアンドープで形成さ
れ、電子濃度の低い第一のn型層31に、これに接合し
て形成され、かつn型不純物がドープされ電子濃度の高
い第二のn型層32から電子が供給されて、移動度が高
められた電子の数が非常に多くなるため、結局、全体と
してこの半導体積層構造300中で電子が移動しやすく
なるものと考えられる。
Accordingly, the second n-type layer 32 which is originally undoped and has a low electron concentration, is joined to the first n-type layer 31 and is doped with an n-type impurity and has a high electron concentration. It is considered that the number of electrons whose mobility has been increased by the supply of electrons from the substrate becomes very large, so that the electrons can easily move in the semiconductor multilayer structure 300 as a whole.

【0042】これらの作用により、n側電極8からn型
コンタクト層3bに注入された電子は、n側電極8の直
下のn型コンタクト層3bを介して半導体積層構造30
0に供給され、電子の移動度が高められた第一のn型層
31とn型不純物がドープされた第二のn型層32との
積層構造の中で、層構造の面内の全体に均一に広げら
れ、半導体積層構造300からn型コンタクト層3bお
よびn型クラッド層4を介して、活性層5へ注入され
る。この結果、活性層5から面内均一な発光が得られ、
発光効率が向上するとともに、半導体積層構造300を
含むn側の層構造の中で電子が移動しやすくなることに
よりn側の層構造における直列抵抗が低減されて、動作
電圧を低減することが可能となる。
By these actions, the electrons injected from the n-side electrode 8 into the n-type contact layer 3b pass through the n-type contact layer 3b immediately below the n-side electrode 8 to form the semiconductor multilayer structure 30.
0 in the stacked structure of the first n-type layer 31 in which the mobility of electrons is increased and the second n-type layer 32 doped with n-type impurities, And injected into the active layer 5 from the semiconductor multilayer structure 300 via the n-type contact layer 3 b and the n-type cladding layer 4. As a result, in-plane uniform light emission is obtained from the active layer 5,
The luminous efficiency is improved, and electrons are easily moved in the n-side layer structure including the semiconductor multilayer structure 300, so that the series resistance in the n-side layer structure is reduced and the operating voltage can be reduced. Becomes

【0043】ここで、p側からp型層の一部をエッチン
グにより除去させて露出されたn型コンタクト層にn側
電極を形成する構成とする場合、n側電極から注入され
た後活性層へ注入されるまでの電子の流れは、n側電極
の近傍の狭い領域に集中する傾向にあり、電子はn側電
極の直下から、比較的抵抗の高いn型コンタクト層の中
を面内で積層方向と垂直な方向に進み、エッチングで除
去されていない活性層の下部に到達する。このためn型
コンタクト層における面方向における直列抵抗が高くな
る傾向にあった。また、n側電極から注入された電子が
面方向に移動する際の直列抵抗を低減することも困難な
傾向にあった。
Here, when the n-side electrode is formed on the exposed n-type contact layer by removing a part of the p-type layer from the p-side by etching, the active layer is injected from the n-side electrode. The flow of electrons up to the injection into the n-side electrode tends to concentrate in a narrow region near the n-side electrode, and the electrons flow from directly below the n-side electrode through an n-type contact layer having a relatively high resistance in a plane. It proceeds in a direction perpendicular to the stacking direction and reaches a lower portion of the active layer that has not been removed by etching. For this reason, the series resistance in the plane direction of the n-type contact layer tends to increase. In addition, it tends to be difficult to reduce the series resistance when electrons injected from the n-side electrode move in the plane direction.

【0044】これに対し、本実施の形態のように、半導
体積層構造300をn型コンタクト層3bの下方、すな
わち、n型コンタクト層3bと基板1との間に形成する
ことにより、n側電極8から注入された電子がこの半導
体積層構造300の中で層構造の面内の全体に広がりや
すくなることで、面方向における直列抵抗を低減できる
ことができる。この場合、p側からのエッチングの深さ
を適宜調整して、n側電極8が形成されるn型コンタク
ト層3aの表面と半導体層構造300との距離を0.0
1μm〜0.3μmの範囲になるようにすると、n側電
極8から半導体層構造300への電子の供給がされやす
くなるので上述の効果を奏しやすくなる。
On the other hand, as in the present embodiment, by forming the semiconductor multilayer structure 300 below the n-type contact layer 3b, that is, between the n-type contact layer 3b and the substrate 1, the n-side electrode is formed. Electrons injected from 8 easily spread throughout the plane of the layer structure in the semiconductor multilayer structure 300, so that series resistance in the plane direction can be reduced. In this case, the distance between the surface of the n-type contact layer 3a where the n-side electrode 8 is formed and the semiconductor layer structure 300 is set to 0.0 by appropriately adjusting the etching depth from the p-side.
When the thickness is in the range of 1 μm to 0.3 μm, electrons can be easily supplied from the n-side electrode 8 to the semiconductor layer structure 300, so that the above-described effects can be easily obtained.

【0045】本実施の形態においては、半導体積層構造
300を、n型コンタクト層3aと接する側から順に、
第一のn型層31と第二のn型層32とを2回繰り返し
て積層させた構成としたが、この繰り返しの回数は、第
一のn型層31および第二のn型層32の膜厚にもよる
が、1回以上300回以下の範囲とすることが好まし
い。繰り返しの回数を多くして多層化するする場合には
膜厚を適宜薄くして、層構造に欠陥やクラックが発生す
るのを防止することが、製造歩留まりを高くできるとい
う点で好ましい。
In the present embodiment, the semiconductor multilayer structure 300 is sequentially formed from the side in contact with the n-type contact layer 3a.
Although the first n-type layer 31 and the second n-type layer 32 are repeatedly laminated twice, the number of repetitions depends on the first n-type layer 31 and the second n-type layer 32. Although it depends on the film thickness, it is preferable that the thickness be in the range of 1 to 300 times. When the number of repetitions is increased to form a multilayer, it is preferable to appropriately reduce the film thickness and prevent defects or cracks from occurring in the layer structure, in that the production yield can be increased.

【0046】また、本実施の形態においては、基板1に
近い側から第二のn型層32と第一のn型層31との対
を2回積層させており、この積層の繰り返しの最初の層
は、n型不純物をドープした第二のn型層32とされて
いるが、さらに第二のn型層32に接してアンドープの
GaNからなる第三のn型層を形成する、すなわち、基
板1に近い側の第二のn型層32とn型コンタクト層3
aとに接して第三のn型層を形成する構成としても良
い。積層の最初の第二のn型層32で生じた電子が、こ
れに接して形成された第三のn型層にも存在するように
なり、上述と同様の効果により、この半導体積層構造の
中で電子がさらに移動しやすくなるからである。
In this embodiment, the pair of the second n-type layer 32 and the first n-type layer 31 is laminated twice from the side closer to the substrate 1. Is a second n-type layer 32 doped with an n-type impurity, and further forms a third n-type layer made of undoped GaN in contact with the second n-type layer 32, The second n-type layer 32 and the n-type contact layer 3 on the side close to the substrate 1
The third n-type layer may be formed in contact with a. Electrons generated in the first second n-type layer 32 of the stack also exist in the third n-type layer formed in contact with the second n-type layer 32, and by the same effect as described above, this semiconductor stacked structure has This is because electrons are more likely to move inside.

【0047】なお、本実施の形態においては、n型コン
タクト層3aをn型コンタクト層3bと同じ窒化ガリウ
ム系化合物半導体、すなわちSiをドープして電子濃度
を高めたGaNとすることが好ましいとしたが、n型コ
ンタクト層3aにn側電極8が接することがない構成と
する場合には、n型コンタクト層3aをアンドープのG
aNやAlGaNで形成し、その上に形成する窒化ガリ
ウム系化合物半導体の積層構造の下地層として用いるこ
とも可能である。
In the present embodiment, the n-type contact layer 3a is preferably made of the same gallium nitride-based compound semiconductor as the n-type contact layer 3b, that is, GaN doped with Si to increase the electron concentration. However, in the case where the n-side electrode 8 does not contact the n-type contact layer 3a, the undoped G
It is also possible to use an aN or AlGaN layer as a base layer of a laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor formed thereon.

【0048】(実施の形態2)図3は、本発明の第二の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示しており、図1と同一の符号
は、同一の部材を示している。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. The same members are shown.

【0049】図3において、基板1の上に、バッファ層
2を介して、n型コンタクト層3aと、半導体積層構造
300と、n型コンタクト層3bと、n型クラッド層4
と、活性層5と、p型クラッド層6と、p型コンタクト
層7と、が実施の形態1における図1に示す窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子と同様に順次積層されてい
る。p型コンタクト層7の表面上にはp側電極9が、n
型コンタクト層3aの露出された表面上にはn側電極8
が形成されている。
In FIG. 3, an n-type contact layer 3a, a semiconductor multilayer structure 300, an n-type contact layer 3b, and an n-type clad layer 4 are formed on a substrate 1 with a buffer layer 2 interposed therebetween.
, An active layer 5, a p-type cladding layer 6, and a p-type contact layer 7 are sequentially stacked in the same manner as in the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. On the surface of the p-type contact layer 7, a p-side electrode 9 is provided.
An n-side electrode 8 is provided on the exposed surface of the mold contact layer 3a.
Are formed.

【0050】図3に示す基板1、バッファ層2、n型コ
ンタクト層3a、半導体積層構造300、n型コンタク
ト層3b、n型クラッド層4、活性層5、p型クラッド
層6、p型コンタクト層7、p側電極9およびn側電極
8の構成については、上記実施の形態1における図1に
関して説明したものと同様であるが、本実施の形態の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子が、上記実施の形態
1のものと異なるのは、半導体積層構造300が、n側
電極8が形成されたn型コンタクト層3aと活性層5と
の間に形成されている点である。
The substrate 1, buffer layer 2, n-type contact layer 3a, semiconductor laminated structure 300, n-type contact layer 3b, n-type cladding layer 4, active layer 5, p-type cladding layer 6, p-type contact shown in FIG. The configurations of the layer 7, the p-side electrode 9, and the n-side electrode 8 are the same as those described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, but the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present embodiment The difference from the first embodiment is that the semiconductor multilayer structure 300 is formed between the active layer 5 and the n-type contact layer 3a on which the n-side electrode 8 is formed.

【0051】図4は、本発明の第二の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図であり、n型コンタクト層3aから活性層5ま
での層構造を示している。上述したように、半導体積層
構造300は、n型コンタクト層3aと活性層5との間
に形成されている。
FIG. 4 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and shows a layer structure from an n-type contact layer 3a to an active layer 5. Is shown. As described above, the semiconductor multilayer structure 300 is formed between the n-type contact layer 3a and the active layer 5.

【0052】半導体積層構造300は、n型コンタクト
層3aに近い側から、アンドープのGaNからなる第一
のn型層31と、第一のn型層32に接して形成され、
かつn型不純物がドープされたAlGaNからなる第二
のn型層とを含む構成とされている。本発明において、
第一のn型層31はアンドープのGaNからなり、第二
のn型層はSiやGe等のn型不純物をドープしたAl
GaNからなることを必須とすることは、実施の形態1
の構成と同様である。
The semiconductor multilayer structure 300 is formed in contact with the first n-type layer 31 made of undoped GaN and the first n-type layer 32 from the side near the n-type contact layer 3a,
And a second n-type layer made of AlGaN doped with an n-type impurity. In the present invention,
The first n-type layer 31 is made of undoped GaN, and the second n-type layer is made of Al doped with an n-type impurity such as Si or Ge.
Indispensable to be made of GaN is described in the first embodiment.
The configuration is the same as that described above.

【0053】本実施の形態においても、アンドープのG
aNからなる第一のn型層31とn型不純物をドープし
たAlGaNと積層させた半導体積層構造300をn側
の層構造の中に形成することで、半導体積層構造300
の中で電子が移動しやすくなる理由については、上記実
施の形態1において説明した推測とほぼ同様の理由によ
るものと考えられる。
Also in this embodiment, undoped G
By forming a semiconductor multilayer structure 300 in which a first n-type layer 31 made of aN and AlGaN doped with an n-type impurity are stacked in the n-side layer structure, the semiconductor multilayer structure 300 is formed.
It is considered that the reason why electrons easily move among them is almost the same as the guess explained in the first embodiment.

【0054】したがって、本実施の形態においては、n
側電極8からn型コンタクト層3aに注入された電子
は、n型コンタクト層3aの上に形成された半導体積層
構造300に供給され、電子の移動度が高められた第一
のn型層31とn型不純物がドープされた第二のn型層
32との積層構造の中で、層構造の面内の全体に均一に
広げられ、半導体積層構造300からn型コンタクト層
3bおよびn型クラッド層4を介して、活性層5へ注入
される。この結果、活性層5から面内均一な発光が得ら
れ、発光効率が向上するとともに、半導体積層構造30
0を含むn型層の中で電子が移動しやすくなることによ
りn型層における直接抵抗が低減されて、動作電圧を低
減することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, n
The electrons injected from the side electrode 8 into the n-type contact layer 3a are supplied to the semiconductor laminated structure 300 formed on the n-type contact layer 3a, and the first n-type layer 31 with increased electron mobility is provided. And a second n-type layer 32 doped with an n-type impurity, the layer structure is uniformly spread over the entire surface of the layer structure, and the n-type contact layer 3 b and the n-type It is implanted into the active layer 5 via the layer 4. As a result, in-plane uniform light emission is obtained from the active layer 5, the luminous efficiency is improved, and the semiconductor laminated structure 30
Since electrons easily move in the n-type layer including 0, the direct resistance in the n-type layer is reduced, and the operating voltage can be reduced.

【0055】なお、第一のn型層31と第二のn型層3
2の積層の繰り返しの回数、膜厚に関しては、実施の形
態1の構成と同様とすることができる。
The first n-type layer 31 and the second n-type layer 3
The number of repetitions and the film thickness of the lamination of No. 2 can be the same as the configuration of the first embodiment.

【0056】また、本実施の形態においても、第一のn
型層31と第二のn型層32の積層の繰り返しの最後の
層、すなわち、n型コンタクト層3bに接する側の層
は、n型不純物をドープした第二のn型層32とされて
いるが、さらに第二のn型層32に接してアンドープの
GaNからなる第三のn型層を形成しても良い。
Also in the present embodiment, the first n
The last layer of the repetition of the lamination of the mold layer 31 and the second n-type layer 32, that is, the layer in contact with the n-type contact layer 3b is a second n-type layer 32 doped with an n-type impurity. However, a third n-type layer made of undoped GaN may be formed in contact with the second n-type layer 32.

【0057】さらにまた、本実施の形態においても上記
実施の形態1における図1と同様に、n型コンタクト層
3aをn型コンタクト層3bと同じ窒化ガリウム系化合
物半導体、すなわちSiをドープして電子濃度を高めた
GaNとすることとしたが、n型コンタクト層3bにn
側電極8が接することがない構成とする場合には、n型
コンタクト層3bの形成を省略することも可能である。
Further, in this embodiment, similarly to FIG. 1 in the first embodiment, the n-type contact layer 3a is doped with the same gallium nitride-based compound semiconductor as the n-type contact layer 3b, that is, doped with Si to form an electron. Although GaN having a high concentration is used, n-type contact layer 3b has n
In the case where the side electrode 8 does not contact, the formation of the n-type contact layer 3b can be omitted.

【0058】(実施の形態3)図5は、本発明の第三の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示しており、図1と同一の符号
は、同一の部材を示している。
(Embodiment 3) FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention. The same members are shown.

【0059】図5において、基板1の上に、バッファ層
2を介して、n型コンタクト層3aと、半導体積層構造
300と、n型コンタクト層3bと、半導体積層構造3
01と、n型コンタクト層3cと、n型クラッド層4
と、活性層5と、p型クラッド層6と、p型コンタクト
層7と、が順次積層されている。p型コンタクト層7の
表面上にはp側電極9が、n型コンタクト層3bの露出
された表面上にはn側電極8が形成されている。ここ
で、n型コンタクト層3bの上に形成される半導体積層
構造301は、上記実施の形態2においてn型コンタク
ト層3bの下に形成される半導体積層構造300と同様
の構成とされる。
In FIG. 5, an n-type contact layer 3a, a semiconductor multilayer structure 300, an n-type contact layer 3b, and a semiconductor multilayer structure 3 are formed on a substrate 1 with a buffer layer 2 interposed therebetween.
01, n-type contact layer 3c, and n-type cladding layer 4
, An active layer 5, a p-type cladding layer 6, and a p-type contact layer 7 are sequentially stacked. A p-side electrode 9 is formed on the surface of the p-type contact layer 7, and an n-side electrode 8 is formed on the exposed surface of the n-type contact layer 3b. Here, the semiconductor multilayer structure 301 formed on the n-type contact layer 3b has the same configuration as the semiconductor multilayer structure 300 formed below the n-type contact layer 3b in the second embodiment.

【0060】図5に示す基板1、バッファ層2、n型コ
ンタクト層3a、半導体積層構造300および301、
n型コンタクト層3b、n型クラッド層4、活性層5、
p型クラッド層6、p型コンタクト層7、p側電極9お
よびn側電極8の構成については、上記実施の形態1ま
たは実施の形態2における図1または図2に関して説明
したものと同様であるが、本実施の形態の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子が、上記実施の形態1または実
施の形態2のものと異なるのは、半導体積層構造300
および301が、n側電極8が形成されたn型コンタク
ト層3bと基板1との間およびn型コンタクト層3bと
活性層5との間にそれぞれ形成されている点である。
The substrate 1, buffer layer 2, n-type contact layer 3a, semiconductor laminated structures 300 and 301 shown in FIG.
n-type contact layer 3b, n-type cladding layer 4, active layer 5,
The configurations of the p-type cladding layer 6, the p-type contact layer 7, the p-side electrode 9, and the n-side electrode 8 are the same as those described with reference to FIG. 1 or 2 in the first or second embodiment. However, the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present embodiment is different from that of the first or second embodiment in that the semiconductor lamination structure 300
And 301 are formed between the n-type contact layer 3b on which the n-side electrode 8 is formed and the substrate 1 and between the n-type contact layer 3b and the active layer 5, respectively.

【0061】図6は、本発明の第三の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図であり、n型コンタクト層3aから活性層5ま
での層構造を示している。上述したように、半導体積層
構造300および301は、それぞれn型コンタクト層
3bと基板1の間およびn型コンタクト層3bと活性層
5との間に形成されている。
FIG. 6 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention, and shows a layer structure from an n-type contact layer 3a to an active layer 5. Is shown. As described above, the semiconductor stacked structures 300 and 301 are formed between the n-type contact layer 3b and the substrate 1 and between the n-type contact layer 3b and the active layer 5, respectively.

【0062】半導体積層構造300および301はいず
れも、n型コンタクト層3bに近い側から、アンドープ
のGaNからなる第一のn型層31と、第一のn型層3
2に接して形成され、かつn型不純物がドープされたA
lGaNからなる第二のn型層とを含む構成とされてい
る。本発明においても、第一のn型層31はアンドープ
のGaNからなり、第二のn型層はSiやGe等のn型
不純物をドープしたAlGaNからなることを必須とす
ることは、上記実施の形態1の構成と同様である。
Each of the semiconductor stacked structures 300 and 301 has a first n-type layer 31 made of undoped GaN and a first n-type layer 3 from the side close to the n-type contact layer 3b.
2 and is doped with an n-type impurity.
and a second n-type layer made of lGaN. In the present invention, it is essential that the first n-type layer 31 be made of undoped GaN and the second n-type layer be made of AlGaN doped with an n-type impurity such as Si or Ge. The configuration is the same as that of the first embodiment.

【0063】本実施の形態においても、アンドープのG
aNからなる第一のn型層31とn型不純物をドープし
たAlGaNと積層させた半導体積層構造300および
301をn側の層構造の中に形成することで、半導体積
層構造300および301の中で電子が移動しやすくな
る理由については、上記実施の形態1において説明した
推測とほぼ同様の理由によるものと思われる。
Also in this embodiment, undoped G
By forming the semiconductor stacked structures 300 and 301 in which the first n-type layer 31 made of aN and AlGaN doped with the n-type impurity are stacked in the n-side layered structure, the semiconductor stacked structures 300 and 301 are formed. It is considered that the reason why electrons can easily move is almost the same as the guess explained in the first embodiment.

【0064】したがって、本実施の形態においては、n
側電極8からn型コンタクト層3bに注入された電子の
うち、n型コンタクト層3bを介して下方へ向かう電子
は、n型コンタクト層3bの下に形成された半導体積層
構造300に供給され、層構造の面内の全体に均一に広
げられ、半導体積層構造300からn型コンタクト層3
bを介して、半導体積層構造301へ注入され、n型コ
ンタクト層3bを介して上方へ向かい半導体積層構造3
01へ注入された電子とともに、この半導体積層構造3
01でさらに面内全体に広げられ、n型コンタクト層3
cおよびn型クラッド層4を介して活性層5へ注入され
ることとなる。この結果、活性層5から面内均一な発光
が得られ、発光効率が向上するとともに、半導体積層構
造300および301を含むn型層の中で電子が移動し
やすくなることによりn側の層構造における直列抵抗が
低減されて、動作電圧を低減することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, n
Among the electrons injected from the side electrode 8 into the n-type contact layer 3b, the electrons going downward via the n-type contact layer 3b are supplied to the semiconductor laminated structure 300 formed below the n-type contact layer 3b, The n-type contact layer 3 is uniformly spread over the entire surface of the layer structure,
b, and is injected into the semiconductor multilayer structure 301 and upward through the n-type contact layer 3b.
01 together with the electrons injected into the semiconductor multilayer structure 3
01, the n-type contact layer 3
The active layer 5 is injected through the c-type and n-type cladding layers 4. As a result, uniform in-plane light emission is obtained from the active layer 5, the luminous efficiency is improved, and electrons easily move in the n-type layer including the semiconductor stacked structures 300 and 301, so that the n-side layer structure is formed. , The series resistance is reduced, and the operating voltage can be reduced.

【0065】なお、第一のn型層31と第二のn型層3
2の積層の繰り返しの回数、膜厚に関しては、実施の形
態1の構成と同様とすることができる。
The first n-type layer 31 and the second n-type layer 3
The number of repetitions and the film thickness of the lamination of No. 2 can be the same as the configuration of the first embodiment.

【0066】また、本実施の形態においても、n型コン
タクト層3bに近い側からの第一のn型層31と第二の
n型層32の積層の繰り返しにおける最後の層は、n型
不純物をドープした第二のn型層32とされているが、
さらに第二のn型層32に接してアンドープのGaNか
らなる第三のn型層を形成しても良い。
Also in this embodiment, the last layer in the repeated stacking of the first n-type layer 31 and the second n-type layer 32 from the side near the n-type contact layer 3b is an n-type impurity. The second n-type layer 32 doped with
Further, a third n-type layer made of undoped GaN may be formed in contact with the second n-type layer 32.

【0067】さらにまた、本実施の形態において、n型
コンタクト層3aおよびn型コンタクト層3cは、n型
コンタクト層3bと同じ窒化ガリウム系化合物半導体、
すなわちSiをドープして電子濃度を高めたGaNとす
ることとしたが、n型コンタクト層3aにn側電極8が
接することがない構成とする場合には、上記実施の形態
1で説明したように、n型コンタクト層3aをアンドー
プのGaNやAlGaNで形成し、その上に形成する窒
化ガリウム系化合物半導体の積層構造の下地層として用
いることも可能であり、n型コンタクト層3cにn側電
極8が接することがない構成とする場合には、上記実施
の形態2で説明したように、n型コンタクト層3cの形
成を省略することも可能である。
Further, in the present embodiment, n-type contact layer 3a and n-type contact layer 3c are formed of the same gallium nitride compound semiconductor as n-type contact layer 3b,
That is, GaN is doped with Si to increase the electron concentration. However, in the case where the n-side electrode 8 does not come into contact with the n-type contact layer 3a, as described in the first embodiment, Alternatively, the n-type contact layer 3a may be formed of undoped GaN or AlGaN, and may be used as a base layer of a laminated structure of a gallium nitride-based compound semiconductor formed thereon. In the case of a configuration in which 8 does not come into contact with each other, the formation of n-type contact layer 3c can be omitted as described in the second embodiment.

【0068】なお、上記実施の形態1ないし3において
は、n側電極8を形成するn型コンタクト層の表面は、
層の面方向とほぼ平行となるような構成とされている
が、n型コンタクト層の表面が、例えば、上記実施の形
態3において、n型コンタクト層3cからn型コンタク
ト層3aにかけて傾斜する面となるように、p側からの
p型層のエッチングによる除去を行い、露出したn型コ
ンタクト層3cからn型コンタクト層3aにかけてn側
電極8を形成すると、n型コンタクト層3c、半導体積
層構造301、n型コンタクト層3b、半導体積層構造
300およびn型コンタクト層3aにn側電極8から直
接電子が注入されることとなり、これらn側の層構造の
中での電子の広がりやすさをさらに高めることが可能と
なる。
In the first to third embodiments, the surface of the n-type contact layer forming the n-side electrode 8 is
Although it is configured to be substantially parallel to the plane direction of the layer, the surface of the n-type contact layer is inclined, for example, from the n-type contact layer 3c to the n-type contact layer 3a in the third embodiment. Then, the p-type layer is removed by etching from the p-side, and an n-side electrode 8 is formed from the exposed n-type contact layer 3c to the n-type contact layer 3a. Electrons are directly injected from the n-side electrode 8 into the n-type contact layer 301, the n-type contact layer 3b, the semiconductor multilayer structure 300, and the n-type contact layer 3a. It is possible to increase.

【0069】本発明者らの知見によれば、半導体積層構
造300および301を構成する第二のn型層32は、
電子濃度が4×1018/cm3以上1×1020/cm3
下の範囲となるように調整されていることが望ましいこ
とがわかった。電子濃度が4×1018/cm3よりも小
さいと、半導体積層構造300および301の中での十
分な電子の広がりが得られにくくなる傾向にある。これ
は、第二のn型層32に接して形成される第一のn型層
31に蓄積される電子の量が小さくなるからであると考
えられる。一方、1×1020/cm3よりも大きくなる
と、第二のn型層32の結晶性が悪くなる傾向にあり、
この上に形成される積層構造の結晶性も悪くなる傾向に
ある。
According to the knowledge of the present inventors, the second n-type layer 32 constituting the semiconductor multilayer structures 300 and 301 is
It has been found that the electron concentration is desirably adjusted so as to be in the range of 4 × 10 18 / cm 3 or more and 1 × 10 20 / cm 3 or less. If the electron concentration is lower than 4 × 10 18 / cm 3, it tends to be difficult to obtain a sufficient spread of electrons in the semiconductor multilayer structures 300 and 301. It is considered that this is because the amount of electrons accumulated in the first n-type layer 31 formed in contact with the second n-type layer 32 is reduced. On the other hand, if it exceeds 1 × 10 20 / cm 3 , the crystallinity of the second n-type layer 32 tends to deteriorate,
The crystallinity of the layered structure formed thereon also tends to deteriorate.

【0070】さらに、第二のn型層32は、膜厚を10
nm〜100nmの範囲に調整されていることが好まし
い。第二のn型層32の膜厚が10nmよりも小さくな
ると、第一のn型層31に供給することができる電子の
量が減少するからである。一方、第一のn型層31への
電子の供給に寄与する第二のn型層32の膜厚は、通
常、100nmまでと考えられるので、100nmより
も厚くなると、第一のn型層31への電子の供給に寄与
しない部分が増大することとなるので好ましくない。
Further, the second n-type layer 32 has a thickness of 10
It is preferable that the particle diameter is adjusted in the range of nm to 100 nm. This is because when the thickness of the second n-type layer 32 is smaller than 10 nm, the amount of electrons that can be supplied to the first n-type layer 31 decreases. On the other hand, the thickness of the second n-type layer 32 that contributes to the supply of electrons to the first n-type layer 31 is generally considered to be up to 100 nm. It is not preferable because a portion not contributing to the supply of electrons to 31 increases.

【0071】さらに、第一のn型層31は、膜厚を1n
m〜100nmの範囲に調整されていることが好まし
い。第一のn型層31の膜厚が1nmよりも小さくなる
と、半導体積層構造300および301の中での十分な
電子の広がりが得られにくくなる傾向にある。これは、
第二のn型層32から供給される電子を蓄積することが
困難になるためであると考えられる。一方、第二のn型
層32から供給される電子は、第一のn型層31におい
て第二のn型層32と接する近傍に集中して存在すると
考えられるため、第一のn型層31の膜厚をむやみに厚
くしても電子の広がりやすさには寄与しないと考えられ
る。本発明者らの知見によれば、100nmよりも厚く
なると、電子の移動度が高まって層構造の中で電子が広
がりやすくなることによるn側の層構造における面内の
直列抵抗の低減の効果よりも、電子が第一のn型層31
を垂直に横切って移動する際の直列抵抗の増大のほうが
大きくなる傾向にある。
Further, the first n-type layer 31 has a thickness of 1n.
Preferably, it is adjusted in the range of m to 100 nm. If the thickness of the first n-type layer 31 is smaller than 1 nm, it tends to be difficult to obtain a sufficient spread of electrons in the semiconductor multilayer structures 300 and 301. this is,
This is considered to be because it becomes difficult to accumulate the electrons supplied from the second n-type layer 32. On the other hand, the electrons supplied from the second n-type layer 32 are considered to be concentrated in the vicinity of the first n-type layer 31 in contact with the second n-type layer 32. It is considered that even if the thickness of the film 31 is excessively increased, it does not contribute to the spread of electrons. According to the findings of the present inventors, when the thickness is larger than 100 nm, the mobility of electrons increases and electrons easily spread in the layer structure, thereby reducing the in-plane series resistance in the n-side layer structure. Than the first n-type layer 31
Tend to increase as the series resistance increases when moving vertically across the.

【0072】(実施の形態4)本実施の形態における窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造は、上記実施
の形態1において示した図1のものとほぼ同様である。
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が
上記実施の形態のものと異なる点は、半導体積層構造3
00において、n型不純物をドープした第二のn型層3
2が、第一のn型層31と接する側に、n型不純物をド
ープしないでアンドープとした不純物拡散防止領域を層
状に備えている点である。以下、図7を用いて本実施の
形態を説明する。
(Embodiment 4) The structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIG.
The gallium nitride based compound semiconductor light emitting device of the present embodiment is different from that of the above embodiment in that the semiconductor laminated structure 3
00, the second n-type layer 3 doped with an n-type impurity
No. 2 is that an impurity diffusion preventing region which is not doped with an n-type impurity and is undoped is provided in a layer on the side in contact with the first n-type layer 31. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0073】図7は、本発明の第四の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図を示しており、図1と同一の符号は、同一の部
材を示している。
FIG. 7 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as in FIG. 1 denote the same members. Is shown.

【0074】図7において、n型不純物がドープされた
AlxGa1-xNからなる第二のn型層32の片側または
両側にアンドープのGaNからなる第一のn型層31が
形成されているとともに、第二のn型層32において、
第一のn型層31と接する側の一部に、アンドープのA
xGa1-xNからなる不純物拡散防止領域34が設けら
れている。
In FIG. 7, a first n-type layer 31 made of undoped GaN is formed on one or both sides of a second n-type layer 32 made of Al x Ga 1 -xN doped with an n-type impurity. And in the second n-type layer 32,
A part of the side in contact with the first n-type layer 31 has undoped A
An impurity diffusion prevention region 34 of l x Ga 1 -xN is provided.

【0075】ここで、n型不純物をドープした第二のn
型層32においてn型不純物のイオン化によって生じた
電子が、第二のn型層32に接して形成された第一のn
型層31の中にも蓄積されて存在するようになり、電子
の移動度に影響を及ぼすイオン化した不純物の数が非常
に少ない第一のn型層31においては、電子の移動度は
n型不純物をドープしたn型層に比べ非常に高くなるこ
とは、上記実施の形態1において説明したとおりであ
る。
Here, the second n-type doped n-type impurity
The electrons generated by the ionization of the n-type impurity in the mold layer 32 form the first n-type layer formed in contact with the second n-type layer 32.
In the first n-type layer 31 in which the number of ionized impurities affecting the mobility of electrons is very small, the mobility of electrons is n-type. As described in the first embodiment, it is much higher than the n-type layer doped with impurities.

【0076】したがって、第一のn型層31における電
子の移動度を高く保持するためには、第二のn型層32
にドープされたn型不純物が第一のn型層31に拡散等
により混入するのを防止することが重要となる。
Therefore, in order to maintain high electron mobility in the first n-type layer 31, the second n-type layer 32
It is important to prevent the n-type impurity doped into the first n-type layer 31 from being mixed into the first n-type layer 31 by diffusion or the like.

【0077】そこで、図7に示すように、n型不純物が
ドープされた第二のn型層32において、第一のn型層
31と接する側の一部に、n型不純物をドープしない不
純物拡散防止領域34を設けると、第一のn型層31へ
のn型不純物の混入による移動度の低下が防止され、第
一のn型層31における電子の移動度を高く保持するこ
とができるようになる。この構成は、第二のn型層32
にn型不純物を高濃度にドープする場合に特に有用であ
る。
Therefore, as shown in FIG. 7, in the second n-type layer 32 doped with the n-type impurity, a portion of the side in contact with the first n-type layer 31 has an impurity not doped with the n-type impurity. The provision of the diffusion prevention region 34 prevents a decrease in mobility due to the incorporation of an n-type impurity into the first n-type layer 31, and can maintain a high electron mobility in the first n-type layer 31. Become like This configuration corresponds to the second n-type layer 32
This is particularly useful when the n-type impurity is highly doped.

【0078】不純物拡散防止領域34の層厚は、1nm
〜5nmの範囲に調整されていることが好ましい。1n
mよりも薄いと、第一のn型層31へのn型不純物の混
入を防止する効果が低減するからであり、5nmよりも
厚いと、第二のn型層32から第一のn型層31への電
子の供給が困難となる傾向にあるからである。
The layer thickness of the impurity diffusion prevention region 34 is 1 nm.
Preferably, it is adjusted to a range of 5 nm to 5 nm. 1n
When the thickness is smaller than m, the effect of preventing the n-type impurity from being mixed into the first n-type layer 31 is reduced. This is because supply of electrons to the layer 31 tends to be difficult.

【0079】なお、本実施の形態の構成は、上記実施の
形態1ないし3おける半導体積層構造300および30
1にも適用することが可能である。
The structure of the present embodiment is different from the semiconductor laminated structures 300 and 30 in the first to third embodiments.
1 can also be applied.

【0080】[0080]

【実施例】以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific example of a method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples mainly show a method for growing a gallium nitride-based compound semiconductor using a metal organic chemical vapor deposition method, but the growth method is not limited to this, and the molecular beam epitaxy method and the organic metal It is also possible to use a molecular beam epitaxy method or the like.

【0081】(実施例1)本実施例においては、図1に
示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
Example 1 In this example, a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 was manufactured.

【0082】まず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基
板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガス
を流しながら基板を加熱することにより、基板1の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くための
クリーニングを行った。
First, a sapphire substrate 1 having a mirror-finished surface is placed on a substrate holder in a reaction tube, and then the surface temperature of the substrate 1 is maintained at 1100 ° C. for 10 minutes, and the substrate is heated while flowing hydrogen gas. As a result, cleaning was performed to remove dirt and moisture such as organic substances attached to the surface of the substrate 1.

【0083】次に、基板1の表面温度を600℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスと、アンモ
ニアと、トリメチルアルミニウム(TMA)を含むTM
A用のキャリアガスを流しながら、AlNからなるバッ
ファ層2を25nmの厚さで成長させた。
Next, the surface temperature of the substrate 1 is lowered to 600 ° C., and a nitrogen gas as a main carrier gas, ammonia, and a TM containing trimethylaluminum (TMA) are used.
While flowing the carrier gas for A, the buffer layer 2 made of AlN was grown to a thickness of 25 nm.

【0084】次に、TMAのキャリアガスのみを止めて
1050℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして窒
素ガスと水素ガスを流しながら、新たにトリメチルガリ
ウム(TMG)を含むTMG用のキャリアガスと、Si
源であるSiH4(モノシラン)ガスと、を流しながら
成長させて、SiをドープしたGaNからなるn型コン
タクト層3aを1.5μmの厚さで成長させた。
Next, after stopping the carrier gas of TMA only and raising the temperature to 1050 ° C., while flowing nitrogen gas and hydrogen gas as the main carrier gas, a carrier gas for TMG containing trimethylgallium (TMG) was newly added. And Si
The n-type contact layer 3a made of Si-doped GaN was grown to a thickness of 1.5 μm by growing the substrate while flowing SiH4 (monosilane) gas as a source.

【0085】n型コンタクト層3aを成長形成後、引き
続き基板温度を1050℃に保持して、半導体積層構造
300を成長させた。半導体積層構造300の形成にお
いては、まず、主キャリアガスとして窒素ガスと水素ガ
スを流しながら、新たにTMG用のキャリアガスと、T
MA用のキャリアガスと、SiH4ガスと、を流しなが
ら成長させて、SiをドープしたAl0.1Ga0.9Nから
なる第二のn型層32を30nmの厚さで成長させた。
この第二のn型層32の電子濃度は約6×10 18/cm
3であった。次に、同一の基板温度において、新たにT
MG用のキャリアガスを流しながら成長させて、アンド
ープのGaNからなる第一のn型層31を20nmの厚
さで成長させた。そして、この後、同様にして第二のn
型層32と第一のn型層31を繰り返し積層させた。こ
のようにして、第二のn型層32と第一のn型層31と
からなる対が2回積層された半導体積層構造300を形
成させた。
After growing and forming n-type contact layer 3a,
Next, the substrate temperature is maintained at 1050 ° C., and the semiconductor laminated structure
300 were grown. In forming the semiconductor multilayer structure 300,
First, nitrogen gas and hydrogen gas are used as main carrier gases.
While a new carrier gas for TMG and T
While flowing the carrier gas for MA and the SiH4 gas
Grown from Si and doped with Si0.1Ga0.9From N
A second n-type layer 32 was grown to a thickness of 30 nm.
The electron concentration of the second n-type layer 32 is about 6 × 10 18/ Cm
ThreeMet. Next, at the same substrate temperature, a new T
Growth while flowing a carrier gas for MG, and
The first n-type layer 31 made of GaN having a thickness of 20 nm
Grew up. Then, after this, the second n
The mold layer 32 and the first n-type layer 31 were repeatedly laminated. This
And the second n-type layer 32 and the first n-type layer 31
Semiconductor laminated structure 300 in which a pair of
Was completed.

【0086】半導体積層構造300を形成した後、TM
A用のキャリアガスを止め、引き続き基板温度を105
0℃に保持して、新たにTMG用のキャリアガスと、S
iH4ガスと、を流しながら成長させて、Siをドープ
したGaNからなるn型コンタクト層3bを0.5μm
の厚さで成長させた。
After forming the semiconductor multilayer structure 300, the TM
The carrier gas for A is stopped, and the substrate temperature is kept at 105
At 0 ° C., a new carrier gas for TMG and S
The n-type contact layer 3b made of GaN doped with Si is grown to 0.5 μm
Grown in thickness.

【0087】n型コンタクト層3bを成長後、TMG用
のキャリアガスを止め、引き続き基板温度を1050℃
に保持して、新たにTMG用のキャリアガスと、TMA
用のキャリアガスと、SiH4ガスと、を流しながら成
長させて、SiをドープしたAl0.01Ga0.99Nからな
るn型クラッド層4を0.05μmの厚さで成長させ
た。
After growing the n-type contact layer 3b, the carrier gas for TMG is stopped, and the substrate temperature is kept at 1050 ° C.
And a new carrier gas for TMG and TMA
An n-type cladding layer 4 made of Al 0.01 Ga 0.99 N doped with Si was grown to a thickness of 0.05 μm by flowing a carrier gas and a SiH 4 gas.

【0088】n型クラッド層4を成長後、TMG用のキ
ャリアガスとTMA用のキャリアガスとSiH4ガスと
を止め、基板温度を750℃にまで降下させ、750℃
において、主キャリアガスとして窒素ガスを流し、新た
にTMG用のキャリアガスと、TMI用のキャリアガス
と、を流しながらアンドープのIn0.4Ga0.6Nからな
る単一量子井戸構造の活性層5を5nmの厚さで成長さ
せた。
After growing the n-type cladding layer 4, the carrier gas for TMG, the carrier gas for TMA, and the SiH4 gas are stopped, and the substrate temperature is lowered to 750 ° C.
In the above method, a nitrogen gas is flowed as a main carrier gas, and a new carrier gas for TMG and a carrier gas for TMI are flowed while the active layer 5 having a single quantum well structure made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N is formed to a thickness of 5 nm. Grown in thickness.

【0089】活性層5を成長後、TMI用のキャリアガ
スを止め、TMG用のキャリアガスを流しながら基板温
度を1050℃に向けて昇温させながら、引き続きアン
ドープのGaNを4nmの厚さで成長させ、基板温度が
1050℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての
窒素ガスと水素ガスと、TMA用のキャリアガスと、M
g源であるCp2Mg用のキャリアガスと、を流しなが
ら成長させて、MgをドープさせたAl0.15Ga0.85
を0.1μmの厚さで成長させた。この後、TMG用の
キャリアガスとTMG用のキャリアガスとを止め、基板
温度を1050℃に保持し、MgをドープさせたAl
0.15Ga0.85Nからアンドープで形成したGaNにMg
を拡散させた。このようにして、MgをドープさせたG
aNとMgをドープさせたAlGaNとからなるp型ク
ラッド層6を約0.1μmの厚さで形成させた。
After the active layer 5 is grown, the carrier gas for TMI is stopped, and while the substrate temperature is raised to 1050 ° C. while flowing the carrier gas for TMG, undoped GaN is continuously grown to a thickness of 4 nm. When the substrate temperature reaches 1050 ° C., nitrogen gas and hydrogen gas as main carrier gases, a carrier gas for TMA, and M
A carrier gas for Cp 2 Mg, which is a g source, is grown while flowing, and Mg-doped Al 0.15 Ga 0.85 N
Was grown to a thickness of 0.1 μm. Thereafter, the carrier gas for TMG and the carrier gas for TMG are stopped, the substrate temperature is kept at 1050 ° C., and the Mg-doped Al
Mg is added to undoped GaN from 0.15 Ga 0.85 N.
Was diffused. Thus, Mg-doped G
A p-type cladding layer 6 made of aN and AlGaN doped with Mg was formed with a thickness of about 0.1 μm.

【0090】p型クラッド層6を形成後、基板温度を1
050℃に保持し、新たにTMG用のキャリアガスと、
Cp2Mg用のキャリアガスと、を流しながら成長させ
て、MgをドープさせたGaNからなるp型コンタクト
層7を0.1μmの厚さで成長させた。
After forming the p-type cladding layer 6, the substrate temperature is set to 1
050 ° C. and a new carrier gas for TMG,
The p-type contact layer 7 made of GaN doped with Mg was grown to a thickness of 0.1 μm by flowing the carrier gas for Cp 2 Mg while flowing the carrier gas.

【0091】p型コンタクト層7を成長後、TMG用の
キャリアガスとCp2Mg用のキャリアガスとを止め、
主キャリアガスとアンモニアをそのまま流しながら室温
程度にまで冷却させて、ウェハーを反応管から取り出し
た。
After growing the p-type contact layer 7, the carrier gas for TMG and the carrier gas for Cp 2 Mg are stopped.
The wafer was taken out of the reaction tube by cooling to about room temperature while flowing the main carrier gas and ammonia as they were.

【0092】次に、p型コンタクト層7の表面上にCV
D法によりSiO2膜を堆積させた後、フォトリソグラ
フィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング
用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチ
ング法により、p型コンタクト層7とp型クラッド層6
と活性層5とn型クラッド層4の一部を約0.55μm
の深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、n
型コンタクト層3bの表面を露出させた。そして、フォ
トリソグラフィーと蒸着法により露出させたn型コンタ
クト層3bの表面上にAlからなるn側電極8を蒸着形
成させた。さらに、同様にしてp型コンタクト層7の表
面上にNiとAuとからなるp側電極9を蒸着形成させ
た。
Next, CV is applied on the surface of the p-type contact layer 7.
After depositing the SiO 2 film by the method D, the film was patterned into a predetermined shape by photolithography to form an etching mask. Then, the p-type contact layer 7 and the p-type clad layer 6 are formed by a reactive ion etching method.
And a part of the active layer 5 and the n-type cladding layer 4 are about 0.55 μm
At a depth of n in the direction opposite to the stacking direction, and n
The surface of the mold contact layer 3b was exposed. Then, an n-side electrode 8 made of Al was formed by vapor deposition on the surface of the n-type contact layer 3b exposed by photolithography and vapor deposition. Further, a p-side electrode 9 made of Ni and Au was formed by vapor deposition on the surface of the p-type contact layer 7 in the same manner.

【0093】この後、サファイアの基板1の裏面を研磨
して100μm程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離した。このようにして、図1に示す窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子が得られた。
Thereafter, the back surface of the sapphire substrate 1 was polished to a thickness of about 100 μm, and separated into chips by scribing. Thus, the gallium nitride based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 was obtained.

【0094】このチップを電極形成面側を上向きにして
ステムの接着した後、チップのn側電極とp側電極をそ
れぞれステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モ
ールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオ
ードを20mAの順方向電流で駆動したところ、ピーク
発光波長480nmの青色で発光した。このときの発光
出力は1210μWであり、順方向動作電圧は3.4V
であった。
After bonding the chip to the stem with the electrode forming side facing upward, the n-side electrode and the p-side electrode of the chip are connected to the respective electrodes on the stem with wires, and then resin-molded to produce a light emitting diode. did. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, it emitted blue light with a peak emission wavelength of 480 nm. At this time, the light emission output was 1210 μW, and the forward operation voltage was 3.4 V.
Met.

【0095】(実施例2)本実施例においては、n型コ
ンタクト層3aを1.95μm、n型コンタクト層3b
を0.05μmの厚さで形成し、半導体積層構造300
における第一のn型層31と第二のn型層32の積層の
順序を逆にして形成した以外は上記実施例1と同様にし
て、図3に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を
作製した。さらに、この後、上記実施例1と同様にして
発光ダイオードを作製し、20mAの順方向電流で駆動
したところ、ピーク波長480nmの青色で発光した。
このときの発光出力は1180μWであり、順方向動作
電圧は3.5Vであった。
(Embodiment 2) In this embodiment, the n-type contact layer 3a is 1.95 μm, and the n-type contact layer 3b is
Is formed with a thickness of 0.05 μm, and the semiconductor laminated structure 300 is formed.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device shown in FIG. 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the order of lamination of the first n-type layer 31 and the second n-type layer 32 was reversed. did. Further, after that, a light emitting diode was manufactured in the same manner as in Example 1 and was driven with a forward current of 20 mA, and emitted blue light with a peak wavelength of 480 nm.
The light emission output at this time was 1180 μW, and the forward operating voltage was 3.5 V.

【0096】(実施例3)本実施例において、n型コン
タクト層3aを1.50μm、n型コンタクト層3bを
0.35μm、n型コンタクト層3cを0.05の厚さ
で形成し、半導体積層構造300を上記実施例1と同じ
条件で、半導体積層構造301を上記実施例2の半導体
積層構造300と同じ条件で、かつ、それぞれn型コン
タクト層3aとnコンタクト層3bの間およびn型コン
タクト層3bとn型コンタクト層3cの間に形成した以
外は上記実施例1と同様にして、図5に示す窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子を作製した。さらに、この
後、上記実施例1と同様にして発光ダイオードを作製
し、20mAの順方向電流で駆動したところ、ピーク波
長480nmの青色で発光した。このときの発光出力は
1290μWであり、順方向動作電圧は3.3Vであっ
た。
Example 3 In this example, the n-type contact layer 3a was formed to a thickness of 1.50 μm, the n-type contact layer 3b was formed to a thickness of 0.35 μm, and the n-type contact layer 3c was formed to a thickness of 0.05. The laminated structure 300 is the same as that of the first embodiment, the semiconductor laminated structure 301 is the same condition as the semiconductor laminated structure 300 of the second embodiment, and between the n-type contact layer 3a and the n-type contact layer 3b and the n-type. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 5 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the light emitting device was formed between the contact layer 3b and the n-type contact layer 3c. Further, after that, a light emitting diode was manufactured in the same manner as in Example 1 and was driven with a forward current of 20 mA, and emitted blue light with a peak wavelength of 480 nm. At this time, the light emission output was 1290 μW, and the forward operation voltage was 3.3 V.

【0097】(比較例)比較のために、図8に示す窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
Comparative Example For comparison, a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 8 was manufactured.

【0098】具体的には、n型コンタクト層43を上記
実施例1のn型コンタクト層3aと同じ条件で、2.0
μmの厚さで形成し、n型高濃度層403を、n型コン
タクト層43よりも高い電子濃度となるようにSiをド
ープしたGaNで形成し、n型クラッド層44を、上記
実施例1のn型クラッド層4と同じ条件で形成した。そ
して、バッファ層42、活性層45、p型クラッド層4
6、p型コンタクト層47、n側電極48およびp側電
極49の形成を、上記実施例1におけるバッファ層2、
活性層5、p型クラッド層6、p型コンタクト層7、n
側電極8およびp側電極9の形成と同じ条件で行った。
このようにして得られた窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子を用いて、上記実施例1と同様にして発光ダイオ
ードを作製し、20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長480nmの青色で発光したが、こ
のときの発光出力は1020μWと低下する傾向が見ら
れ、順方向動作電圧は3.7Vと、上記実施例の発光ダ
イオードよりも高かった。
Specifically, the n-type contact layer 43 is formed under the same conditions as those of the n-type contact layer 3a of
The n-type high-concentration layer 403 is formed of GaN doped with Si so as to have an electron concentration higher than that of the n-type contact layer 43, and the n-type cladding layer 44 is formed in the first embodiment. The n-type cladding layer 4 was formed under the same conditions. Then, the buffer layer 42, the active layer 45, the p-type clad layer 4
6, the formation of the p-type contact layer 47, the n-side electrode 48, and the p-side electrode 49 is performed by using the buffer layer 2,
Active layer 5, p-type cladding layer 6, p-type contact layer 7, n
The formation was performed under the same conditions as the formation of the side electrode 8 and the p-side electrode 9.
Using the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device thus obtained, a light-emitting diode was fabricated in the same manner as in Example 1 and was driven with a forward current of 20 mA, and emitted blue light with a peak emission wavelength of 480 nm. However, the emission output at this time tended to decrease to 1020 μW, and the forward operating voltage was 3.7 V, which was higher than that of the light emitting diode of the above example.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の構
造による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に比べて
さらなる発光効率の向上と動作電圧の低減を実現し得る
ため、発光ダイオードに用いる場合においては、視認性
の向上や消費電力の低減が望まれる屋外用のディスプレ
イ装置や各種光源等にも好適に適用することが可能とな
るという有利な効果が得られる。また、レーザダイオー
ドに用いる場合においても、活性層への電子の注入の効
率が向上するため、発光効率を高め、動作電圧を低減す
ることができるという有利な効果が得られる。
As described above, according to the present invention, since the luminous efficiency can be further improved and the operating voltage can be further reduced as compared with a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having a conventional structure, Has an advantageous effect that it can be suitably applied to an outdoor display device and various light sources where improvement in visibility and reduction in power consumption are desired. Further, also in the case of using a laser diode, the efficiency of injecting electrons into the active layer is improved, so that there is obtained an advantageous effect that the luminous efficiency can be increased and the operating voltage can be reduced.

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

【図1】本発明の第一の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第二の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図
FIG. 4 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第三の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図
FIG. 6 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention;

【図7】本発明の第四の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図
FIG. 7 is a sectional view showing a partial structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3a,3b,3c n型コンタクト層 4 n型クラッド層 5 活性層 6 p型クラッド層 7 p型コンタクト層 8 n側電極 9 p側電極 31 第一のn型層 32 第二のn型層 33 第三のn型層 34 不純物拡散防止領域 300,301 半導体積層構造 Reference Signs List 1 substrate 2 buffer layer 3a, 3b, 3c n-type contact layer 4 n-type cladding layer 5 active layer 6 p-type cladding layer 7 p-type contact layer 8 n-side electrode 9 p-side electrode 31 first n-type layer 32 second N-type layer 33 Third n-type layer 34 Impurity diffusion prevention region 300, 301 Semiconductor laminated structure

フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 CA34 CA40 CA58 CA91 CA99 CB36 5F073 AA51 AA52 AA61 AA89 CA02 CA07 Continued on the front page F term (reference) 5F041 CA34 CA40 CA58 CA91 CA99 CB36 5F073 AA51 AA52 AA61 AA89 CA02 CA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と、窒化ガリウム系化合物半導体から
なるn型コンタクト層および活性層と、を少なくとも有
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前
記n型コンタクト層と前記基板との間と、前記活性層と
前記n型コンタクト層との間とのいずれか一方またはそ
の両方に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体
積層構造を備えており、前記半導体積層構造の中におけ
る電子の面方向の移動度が、前記n型コンタクト層の中
における電子の面方向の移動度よりも高いことを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
1. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having at least a substrate, an n-type contact layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor, and an active layer, wherein a light-emitting device is provided between the n-type contact layer and the substrate. One or both of the active layer and the n-type contact layer includes a semiconductor multilayer structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor; A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device, wherein the mobility is higher than the mobility of electrons in the plane direction in the n-type contact layer.
【請求項2】基板と、窒化ガリウム系化合物半導体から
なるn型コンタクト層および活性層と、を少なくとも有
する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前
記n型コンタクト層と前記基板との間と、前記活性層と
前記n型コンタクト層との間とのいずれか一方またはそ
の両方に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体
積層構造を備えており、前記半導体積層構造は、アンド
ープのGaNからなる第一のn型層と、前記第一のn型
層に接して形成され、かつn型不純物がドープされたA
xGa1-xN(但し、0≦x≦1)からなる第二のn型
層と、を少なくとも含むことを特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子。
2. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having at least a substrate, an n-type contact layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor, and an active layer, wherein a light-emitting device is provided between the n-type contact layer and the substrate. One or both of the active layer and the n-type contact layer includes a semiconductor multilayer structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor, and the semiconductor multilayer structure is made of undoped GaN. An n-type layer and an A-type layer formed in contact with the first n-type layer and doped with an n-type impurity;
A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device comprising at least a second n-type layer made of l x Ga 1-x N (where 0 ≦ x ≦ 1).
【請求項3】前記半導体積層構造は、アンドープのGa
Nからなる第一のn型層とn型不純物がドープされた第
二のn型層とからなる対が2以上積層された多層構造を
含むことを特徴とする請求項2に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子。
3. The semiconductor laminated structure according to claim 1, wherein said undoped Ga is
3. The gallium nitride according to claim 2, wherein the gallium nitride has a multilayer structure in which two or more pairs of a first n-type layer made of N and a second n-type layer doped with an n-type impurity are stacked. Based compound semiconductor light emitting device.
【請求項4】前記半導体積層構造は、前記第二のn型層
に接して形成されたアンドープのGaNからなる第三の
n型層をさらに含むことを特徴とする請求項2または3
記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
4. The semiconductor laminated structure according to claim 2, further comprising a third n-type layer made of undoped GaN formed in contact with said second n-type layer.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to the above.
【請求項5】前記第二のn型層は、電子濃度が4×10
18/cm3以上1×1020/cm3以下の範囲となるよう
に調整されていることを特徴とする請求項2から4のい
ずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. The second n-type layer has an electron concentration of 4 × 10
18 / cm 3 or more 1 × 10 20 / cm 3 or less in the range become so tuned gallium nitride according to any one of claims 2 4, characterized in that that compound semiconductor light-emitting device.
【請求項6】前記第二のn型層は、膜厚を10nm〜1
00nmの範囲に調整されていることを特徴とする請求
項2から5のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子。
6. The second n-type layer has a thickness of 10 nm to 1 nm.
6. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the gallium nitride based compound semiconductor light emitting device is adjusted to a range of 00 nm.
【請求項7】前記第一のn型層は、膜厚を1nm〜10
0nmの範囲に調整されていることを特徴とする請求項
2から6のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子。
7. The first n-type layer has a thickness of 1 nm to 10 nm.
7. The gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the gallium nitride based compound semiconductor light emitting device is adjusted to a range of 0 nm.
【請求項8】前記第二のn型層は、前記第一のn型層ま
たは/および前記第三のn型層と接する側に、アンドー
プのAlxGa1-xN(但し、0≦x≦1)からなる不純
物拡散防止領域を層状に備えていることを特徴とする請
求項2から7のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子。
8. An undoped Al x Ga 1 -xN (0 ≦ 0) layer on the side in contact with the first n-type layer and / or the third n-type layer. The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to any one of claims 2 to 7, wherein an impurity diffusion prevention region (x≤1) is provided in a layer shape.
【請求項9】前記不純物拡散防止領域の厚さは、1nm
〜5nmの範囲に調整されていること特徴とする請求項
9に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
9. The thickness of the impurity diffusion preventing region is 1 nm.
The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device is adjusted to a range of from 5 to 5 nm.
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