JP2000091631A - Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element - Google Patents

Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting element

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JP2000091631A
JP2000091631A JP27645598A JP27645598A JP2000091631A JP 2000091631 A JP2000091631 A JP 2000091631A JP 27645598 A JP27645598 A JP 27645598A JP 27645598 A JP27645598 A JP 27645598A JP 2000091631 A JP2000091631 A JP 2000091631A
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JP
Japan
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layer
type
light emitting
compound semiconductor
gallium nitride
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Japanese (ja)
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Hisayoshi Kato
久喜 加藤
Hiroshi Watanabe
大志 渡辺
Norikatsu Koide
典克 小出
Shinya Asami
慎也 浅見
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Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the light emitting efficiency of a gallium nitride-based compound semiconductor element by putting a light emitting layer between a p-type layer and an n-type layer and setting the ratio of the hole density in the p-type layer to the electron density in the n-type layer within a specified range. SOLUTION: On a substrate 11, a buffer layer 12 is formed. Thereon, an n-type contact layer 13 is formed. Then, a stress relaxing layer 14A is formed on the n-type contact layer 13. On the stress relaxing layer 14A, an n-type clad layer 14B is formed. Then, a light emitting layer 15 of the multiple quantum well structure made by alternately depositing a barrier layer 151 and a well layer 152 is formed on the n-type clad layer 14B. Thereafter, a p-type clad layer 16 is formed on the light emitting layer 15 and then a p-type contact layer 17 is formed on the p-type clad layer 16. In this case, the ratio of the hole density in the p-type clad layer 16 to the electron density in the n-type clad layer 14B is set between 0.5 and 2.0.

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、発光の効率を向上
させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
本発明は特に紫外線発光の窒化ガリウム系化合物半導体
素子に有効である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device with improved light emission efficiency.
The present invention is particularly effective for a gallium nitride compound semiconductor device emitting ultraviolet light.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子の代表的なものとして
は、次のようなものがある。即ち、サファイヤを基板と
し、その上から、窒化アルミニウム(AlN) より成るバッ
ファ層、n型層であるシリコン(Si)ドープのGaN から成
る高キャリア濃度のnクラッド及びnコンタクト層、Ga
Nから成るバリア層とInGaN から成る井戸層とが交互に
積層された多重量子井戸(MQW) 構造の発光層、p型層で
あるマグネシウム(Mg)ドープのAlGaN から成るpクラッ
ド層、及び、p型層であるマグネシウム(Mg)ドープのGa
N から成るpコンタクト層が順次積層されたものが知ら
れている。また、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
紫外線発光素子は、発光層にInGaN 又はAlGaN を用いた
ものが知られている。発光層にInGaN を用いた場合に
は、Inの組成比が 5.5%以下の時、バンド間発光で波長
380nm以下の紫外線が得られている。また、発光層にAl
GaN を用いた場合には、Alの組成比が16%程度で、亜鉛
(Zn)とシリコン(Si)とを添加して、ドナー・アクセプタ
対発光により、波長 380nmの紫外線が得られている。
2. Description of the Related Art The following is a typical example of a light emitting device in which a layer made of a gallium nitride compound semiconductor is laminated on a substrate. That is, a sapphire substrate is used as a substrate, and a buffer layer made of aluminum nitride (AlN), a high carrier concentration n-cladding and n-contact layer made of silicon (Si) -doped GaN as an n-type layer,
A light emitting layer having a multiple quantum well (MQW) structure in which barrier layers made of N and well layers made of InGaN are alternately stacked, a p-type layer made of a magnesium (Mg) -doped AlGaN p-cladding layer, and a p-type layer. Magnesium (Mg) doped Ga as the mold layer
It is known that p contact layers made of N are sequentially laminated. As an ultraviolet light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor, one using InGaN or AlGaN for a light emitting layer is known. When InGaN is used for the light emitting layer, when the composition ratio of In is 5.5% or less,
Ultraviolet light of 380 nm or less has been obtained. In addition, Al
When GaN is used, the composition ratio of Al is
By adding (Zn) and silicon (Si), ultraviolet light having a wavelength of 380 nm is obtained by donor-acceptor pair emission.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、報告されてい
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、必ずしも最
適化されておらず、発光効率がまだ低いという問題があ
る。
However, the reported gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device is not necessarily optimized, and has a problem that the luminous efficiency is still low.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために成されたものであり、その目的は、窒化ガ
リウム系化合物化合物半導体素子の発光効率を向上させ
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the luminous efficiency of a gallium nitride-based compound semiconductor device.

【0005】上記の課題を解決するための第1の手段
は、p型層とn型層とで発光層を挟んだダブルヘテロ接
合の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、p
型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の比を、0.5
以上2.0 以下とすることである。また、第2の手段は、
上記と同様に、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の
濃度の比を、0.7 以上1.43以下とすることである。ま
た、第3の手段は、上記と同様に、p型層の正孔の濃度
と、n型層の電子の濃度の比を、0.8 以上1.25以下とす
ることである。更に、第4の手段としては、発光波長が
紫外線領域であるよう設計することである。これらの手
段により、上記の課題を解決することができる。
A first means for solving the above-mentioned problem is a double heterojunction gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a light-emitting layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer.
The ratio of the hole concentration in the mold layer to the electron concentration in the n-type layer is 0.5
More than 2.0. The second means is:
Similarly to the above, the ratio of the concentration of holes in the p-type layer to the concentration of electrons in the n-type layer is set to 0.7 or more and 1.43 or less. A third means is to set the ratio of the concentration of holes in the p-type layer to the concentration of electrons in the n-type layer to be 0.8 or more and 1.25 or less in the same manner as described above. Further, a fourth means is to design the emission wavelength to be in the ultraviolet range. With these means, the above-mentioned problems can be solved.

【0006】[0006]

【作用及び発明の効果】ダブルヘテロ接合の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子においては、p型層の形成よ
りもn型層の形成のほうが容易で、p型層の正孔の濃度
は、n型層の電子の濃度の電子の濃度よりも低いもので
あった。これをp型層(pクラッド層、pコンタクト
層)の正孔の濃度と、n型層(nクラッド層及びnコン
タクト層)の電子の濃度の比が1に近くなるよう、nク
ラッド層及びnコンタクト層の電子の濃度を変化させた
結果を図2、図3に示す。なお、pクラッド層、pコン
タクト層の正孔濃度は 2×1017/cm3、 7×1017/cm3であ
る。この発光素子の発光強度は、Al0.05Ga0.95N より成
るnクラッド層の電子濃度と強い相関を持つ。Al0.05Ga
0.95N より成るnクラッド層の電子濃度の異なる試料を
多数作成し、そのエレクトロルミネセンス(EL)によ
る発光強度を測定した結果を示すグラフを図2に示す。
この図から判るように、上記の発光素子の発光強度は、
nクラッド層の電子濃度が、 8×1017/cm3の辺りでピー
クを持っている。一方、この発光素子の発光強度は、Ga
N より成るnコンタクト層の電子濃度とも強い相関を持
つ。GaN より成るnコンタクト層の電子濃度の異なる試
料を多数作成し、そのELによる発光強度を測定した結
果を示すグラフを図3に示す。この図から判るように、
上記の発光素子の発光強度は、GaN より成るnコンタク
ト層が、 1.1×1018/cm3、 8×1017/cm3、 4×1017/cm3
と電子濃度が低くなるにつれて発光強度が大きくなって
いる。これらの結果は、電子と正孔の再結合が発光層の
中央部で起こるようになったとして説明できる。すなわ
ち、nクラッド層及びnコンタクト層の電子濃度がpク
ラッド層、pコンタクト層の正孔濃度よりも高いと、電
子が発光層の中央部からpコンタクト層側(pクラッド
層)寄りで正孔と再結合することが多く、電子と正孔の
非発光再結合が多くなると仮定すれば、それを解消する
ためには、pクラッド層、pコンタクト層の正孔の濃度
と、nクラッド層及びnコンタクト層の電子の濃度のバ
ランスをとれば良いと理解できる。もっとも、電極を通
して電子を注入し発光素子を駆動させるためにはGaN よ
り成るnコンタクト層の電子濃度は少なくとも 1×1017
/cm3は必要である。
In the double heterojunction gallium nitride compound semiconductor light emitting device, the formation of the n-type layer is easier than the formation of the p-type layer, and the concentration of holes in the p-type layer is n-type. The electron concentration of the layer was lower than the electron concentration. The n-cladding layer and the p-type layer (p-cladding layer and p-contact layer) and the electron concentration of the n-type layer (n-cladding layer and n-contact layer) are brought close to 1 so that the ratio of the concentration of holes in the p-type layer (p-cladding layer and p-contact layer) is close to 1. FIGS. 2 and 3 show the results of changing the electron concentration of the n-contact layer. The hole concentrations of the p-cladding layer and the p-contact layer are 2 × 10 17 / cm 3 and 7 × 10 17 / cm 3 . The emission intensity of this light emitting device has a strong correlation with the electron concentration of the n cladding layer made of Al 0.05 Ga 0.95 N. Al 0.05 Ga
FIG. 2 is a graph showing the results obtained by preparing a large number of samples having different electron concentrations of the n-cladding layer of 0.95 N and measuring the emission intensity by electroluminescence (EL).
As can be seen from this figure, the emission intensity of the light emitting element is
The electron concentration of the n-cladding layer has a peak around 8 × 10 17 / cm 3 . On the other hand, the light emission intensity of this light emitting element is Ga
It also has a strong correlation with the electron concentration of the n contact layer made of N. FIG. 3 is a graph showing the results obtained by preparing a large number of samples of the GaN n-contact layer having different electron concentrations and measuring the luminescence intensity by EL. As you can see from this figure,
The emission intensity of the above light emitting element is such that the n contact layer made of GaN is 1.1 × 10 18 / cm 3 , 8 × 10 17 / cm 3 , 4 × 10 17 / cm 3
As the electron concentration decreases, the emission intensity increases. These results can be explained assuming that recombination of electrons and holes has started to occur in the central part of the light emitting layer. That is, when the electron concentration of the n-cladding layer and the n-contact layer is higher than the hole concentration of the p-cladding layer and the p-contact layer, electrons move from the center of the light emitting layer toward the p-contact layer (p-cladding layer). Assuming that the non-radiative recombination of electrons and holes increases, the concentration of the holes in the p-cladding layer and the p-contact layer, the n-cladding layer, It can be understood that the concentration of electrons in the n-contact layer should be balanced. However, in order to drive electrons by injecting electrons through the electrodes, the electron concentration of the n-contact layer made of GaN must be at least 1 × 10 17
/ cm 3 is required.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図1は、サファイア基板11上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子10
0の模式的な断面構成図である。基板11の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層1
2が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から
成る膜厚約3000nmのnコンタクト層13が形成されてい
る。このnコンタクト層13の上にノンドープのIn0.03
Ga0.87 Nから成る膜厚約 180nmの歪み緩和層14Aが形
成されている。この歪み緩和層14Aは、サファイア基
板11と発光層15との熱膨張係数の違いにより生じる
発光層15に掛かる応力を緩和するためのものである。
そして、歪み緩和層14Aの上に、シリコン(Si)ドープ
のAl0.05Ga0.5Nから成る膜厚約 200nmのnクラッド層1
4Bが形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments. FIG. 1 shows a light emitting device 10 made of a GaN-based compound semiconductor formed on a sapphire substrate 11.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram of No. 0. On the substrate 11, a buffer layer 1 of aluminum nitride (AlN) having a thickness of about 25 nm
2, an n-contact layer 13 made of silicon (Si) doped GaN and having a thickness of about 3000 nm is formed thereon. Non-doped In 0.03 is formed on the n-contact layer 13.
A strain relaxation layer 14A of Ga 0.87 N having a thickness of about 180 nm is formed. The strain relieving layer 14A is for relieving the stress applied to the light emitting layer 15 caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the sapphire substrate 11 and the light emitting layer 15.
An n-cladding layer 1 of silicon (Si) -doped Al 0.05 Ga 0.5 N having a thickness of about 200 nm is formed on the strain relaxation layer 14A.
4B is formed.

【0008】そしてnクラッド層14Bの上に膜厚約
3.5nmのAl0.13Ga0.87N から成るバリア層151と膜厚
約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る井戸層152とが交互
に積層された多重量子井戸(MQW) 構造の発光層15が形
成されている。バリア層151は6層、井戸層152は
5層である。発光層15の上にはp型Al0.15Ga0.85N か
ら成る膜厚約25nmのpクラッド層16が形成されてい
る。更に、pクラッド層16の上にはp型GaN から成る
膜厚約 100nmのpコンタクト層17が形成されている。
Then, a film having a thickness of about
A light emitting layer 15 having a multiple quantum well (MQW) structure in which barrier layers 151 made of 3.5 nm Al 0.13 Ga 0.87 N and well layers 152 made of In 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 3 nm are alternately formed. ing. The barrier layer 151 has six layers, and the well layer 152 has five layers. On the light emitting layer 15, a p-cladding layer 16 of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of about 25 nm is formed. Further, a p-contact layer 17 of p-type GaN having a thickness of about 100 nm is formed on the p-cladding layer 16.

【0009】また、pコンタクト層17の上には金属蒸
着による透光性の電極18Aが、nコンタクト層13上
には電極18Bが形成されている。透光性の電極18A
は、pコンタクト層17に接合する膜厚約 1.5nmのコバ
ルト(Co)と、Coに接合する膜厚約 6nmの金(Au)とで構成
されている。電極18Bは膜厚約20nmのバナジウム(V)
と、膜厚約1800nmのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成
されている。電極18A上の一部には、Co若しくはNi又
はV とAu、Al、又は、それらの合金から成る膜厚約1500
nmの電極パッド20が形成されている。
A transparent electrode 18A is formed on the p-contact layer 17 by metal evaporation, and an electrode 18B is formed on the n-contact layer 13. Translucent electrode 18A
Is made of cobalt (Co) having a thickness of about 1.5 nm bonded to the p-contact layer 17 and gold (Au) having a thickness of about 6 nm bonded to Co. The electrode 18B is made of vanadium (V) having a thickness of about 20 nm.
And an aluminum (Al) or Al alloy having a thickness of about 1800 nm. A part of the electrode 18A has a film thickness of about 1500 made of Co or Ni or V and Au, Al, or an alloy thereof.
An nm electrode pad 20 is formed.

【0010】次に、この発光素子100の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相成
長法(以下「MOVPE 」と略す)による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以
下「TMG 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)
3)(以下「TMA 」と記す)、トリメチルインジウム(In
(CH3)3)(以下「TMI 」と記す)、シラン(SiH4)とシク
ロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) (以下「CP
2Mg 」と記す)である。まず、有機洗浄及び熱処理によ
り洗浄したa面を主面とした単結晶の基板11をMOVPE
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板11を
ベーキングした。次に、基板11の温度を 400℃まで低
下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッファ
層12を約25nmの膜厚に形成した。
Next, a method for manufacturing the light emitting device 100 will be described. The light emitting device 100 was manufactured by vapor phase growth by metal organic chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as “MOVPE”). The gases used were ammonia (NH 3 ), carrier gas (H 2 , N 2 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMG”), and trimethylaluminum (Al (CH 3 )).
3 ) (hereinafter referred to as “TMA”), trimethylindium (In
(CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMI”), silane (SiH 4 ) and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter “CP
2 Mg ”). First, a single crystal substrate 11 having an a-plane as a main surface, which has been cleaned by organic cleaning and heat treatment, is subjected to MOVPE.
The susceptor is mounted on the reaction chamber of the apparatus. next,
The substrate 11 was baked at a temperature of 1100 ° C. while flowing H 2 into the reaction chamber at normal pressure. Next, the temperature of the substrate 11 was lowered to 400 ° C., and H 2 , NH 3 and TMA were supplied to form the AlN buffer layer 12 to a thickness of about 25 nm.

【0011】次に、基板11の温度を1150℃に保持し、
H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約3000nm、n
型GaN から成るnコンタクト層13を形成した。次に、
基板11の温度を 850℃にまで低下させて、N2又はH2
NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚約 180nmのノンド
ープのIn0.03Ga0.97 Nから成る歪み緩和層14Aを形成
した。上記の歪み緩和層14Aを形成した後、再び基板
11の温度を1150℃にまで昇温し、N2又はH2、NH3 、TM
G 、TMA 及びシランを供給して、n型Al0.05Ga0.95Nか
ら成る膜厚 200nmのnクラッド層14Bを形成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is maintained at 1150 ° C.
Supplying H 2 , NH 3 , TMG and silane, the film thickness is about 3000 nm, n
An n-contact layer 13 made of type GaN was formed. next,
By lowering the temperature of the substrate 11 to 850 ° C., N 2 or H 2 ,
By supplying NH 3 , TMG and TMI, a strain relaxation layer 14A made of non-doped In 0.03 Ga 0.97 N and having a thickness of about 180 nm was formed. After the formation of the strain relaxation layer 14A, the temperature of the substrate 11 is raised again to 1150 ° C., and N 2 or H 2 , NH 3 , TM
G, by supplying TMA and silane, to form an n-clad layer 14B having a thickness of 200nm composed of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N.

【0012】次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMA を供
給して、膜厚約 3.5nmのAl0.13Ga0.87N から成るバリア
層151を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及び
TMIを供給して、膜厚約 3nmのIn0.05Ga0.95N から成る
井戸層152を形成した。更に、バリア層151と井戸
層152を同一条件で4周期形成し、その上にAl0.13Ga
0.87N から成るバリア層151を形成した。このように
してMQW 構造の発光層15を形成した。
Next, N 2 or H 2 , NH 3 , TMG and TMA were supplied to form a barrier layer 151 of Al 0.13 Ga 0.87 N having a thickness of about 3.5 nm. Then, N 2 or H 2, NH 3, TMG and
By supplying TMI, a well layer 152 of In 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of about 3 nm was formed. Further, four periods of the barrier layer 151 and the well layer 152 are formed under the same conditions, and an Al 0.13 Ga
A barrier layer 151 of 0.87 N was formed. Thus, the light emitting layer 15 having the MQW structure was formed.

【0013】次に、基板11の温度を1150℃に保持し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給して、膜
厚約25nm、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al0.15Ga
0.85N から成るpクラッド層16を形成した。次に、基
板11の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、NH3 、TMG
及びCP2Mg を供給して、膜厚約 100nm、Mgをドープした
p型GaN から成るpコンタクト層17を形成した。次
に、pコンタクト層17の上にエッチングマスクを形成
し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われてい
ない部分のpコンタクト層17、pクラッド層16、発
光層15、歪み緩和層14、nコンタクト層13の一部
を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングにより
エッチングして、nコンタクト層13の表面を露出させ
た。次に、以下の手順で、nコンタクト層13に対する
電極18Bと、pコンタクト層17に対する透光性の電
極18Aとを形成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is maintained at 1150 ° C.
Supplying N 2 or H 2 , NH 3 , TMG, TMA and CP 2 Mg, a film thickness of about 25 nm, p-type Al 0.15 Ga doped with magnesium (Mg)
A p-cladding layer 16 of 0.85 N was formed. Next, the temperature of the substrate 11 is maintained at 1100 ° C., and N 2 or H 2 , NH 3 , TMG
Then, by supplying CP 2 Mg, a p-contact layer 17 made of p-type GaN doped with Mg and having a thickness of about 100 nm was formed. Next, an etching mask is formed on the p-contact layer 17, the mask in a predetermined region is removed, and portions of the p-contact layer 17, the p-cladding layer 16, the light-emitting layer 15, and the strain relief layer which are not covered with the mask are removed. 14. A part of the n-contact layer 13 was etched by reactive ion etching using a gas containing chlorine to expose the surface of the n-contact layer 13. Next, an electrode 18B for the n-contact layer 13 and a translucent electrode 18A for the p-contact layer 17 were formed by the following procedure.

【0014】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりnコンタクト層13の露出面上の所定領
域に窓を形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気
した後、膜厚約20nmのバナジウム(V) と膜厚約1800nmの
Alを蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これ
によりnコンタクト層13の露出面上に電極18Bが形
成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、pコンタクト層17の上の
電極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成
する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたpコ
ンタクト層17上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約 1.5nmのCoを成膜し、このCo上に膜厚
約 6nmのAuを成膜する。
(1) A photoresist is applied, a window is formed in a predetermined region on the exposed surface of the n-contact layer 13 by photolithography, and the window is evacuated to a high vacuum of the order of 10 −6 Torr or less. 20 nm vanadium (V) and a film thickness of about 1800 nm
Al was deposited. Next, the photoresist is removed. As a result, the electrode 18B is formed on the exposed surface of the n-contact layer 13. (2) Next, apply photoresist uniformly on the surface,
By photolithography, the photoresist on the electrode formation portion on the p-contact layer 17 is removed to form a window. (3) After evacuation to a high vacuum of the order of 10 −6 Torr or less on the photoresist and the exposed p-contact layer 17 using a vapor deposition apparatus, a Co film having a thickness of about 1.5 nm is formed. Then, a film of Au having a thickness of about 6 nm is formed.

【0015】(4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、pコンタクト層17上に透光性の電極18A
を形成する。 (5) 次に、透光性の電極18A上の一部にボンディング
用の電極パッド20を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド20の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、Co若しくはNi又はV
とAu、Al、又は、それらの合金を膜厚1500nm程度に、蒸
着により成膜させ、(4) の工程と同様に、リフフトオフ
法により、フォトレジスト上に堆積したCo若しくはNi又
はV とAu、Al、又はそれらの合金から成る膜を除去し
て、電極パッド20を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、pコンタクト層17、
pクラッド層16をp型低抵抗化すると共にpコンタク
ト層17と電極18Aとの合金化処理、nコンタクト層
13と電極18Bとの合金化処理を行った。このように
して、発光素子100を形成した。
(4) Next, the sample is taken out of the vapor deposition device,
Co, Au deposited on photoresist by lift-off method
Is removed, and a transparent electrode 18A is formed on the p-contact layer 17.
To form (5) Next, in order to form a bonding electrode pad 20 on a part of the translucent electrode 18A, a photoresist is uniformly applied, and a photoresist is applied to a portion of the electrode pad 20 where the photoresist is formed. Open the window. Next, Co or Ni or V
And Au, Al, or an alloy thereof to a film thickness of about 1500 nm by vapor deposition, and in the same manner as in the step (4), Co or Ni or V and Au, deposited on the photoresist by a lift-off method. The electrode pad 20 is formed by removing the film made of Al or an alloy thereof. (6) Thereafter, the sample atmosphere is evacuated with a vacuum pump, and O 2 gas is supplied to a pressure of 3 Pa.
Heat to about 50 ° C for about 3 minutes to make p contact layer 17,
The p-cladding layer 16 was reduced in p-type resistance and alloyed between the p-contact layer 17 and the electrode 18A and alloyed between the n-contact layer 13 and the electrode 18B. Thus, the light emitting element 100 was formed.

【0016】n型Al0.05Ga0.95N から成るnクラッド層
14Bの電子濃度の異なる試料を多数作成し、そのEL
による発光強度を測定した結果を示すグラフを図2に示
す。この図から判るように、発光素子100の発光強度
は、nクラッド層の電子濃度が、 8×1017/cm3近辺で高
光度を示す。また、n型GaN から成るnコンタクト層1
3の電子濃度の異なる試料を多数作成し、そのELによ
る発光強度を測定した結果を示すグラフを図3に示す。
この図から判るように、発光素子100の発光強度は、
nコンタクト層の電子濃度が、 1.1×1018/cm3、 8×10
17/cm3、 4×1017/cm3と低くなるにつれて発光強度が大
きくなっている。いずれの場合もp型層(pクラッド層
及びpコンタクト層)の電子濃度は 7×1017/cm3である
から、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の比
が、0.5以上2.0 以下の範囲で効果が認められる。好ま
しくは、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の
比が0.7 以上1.43以下、より好ましくは0.8 以上1.25以
下で効果が高い。
A number of samples having different electron concentrations of the n-cladding layer 14B made of n-type Al 0.05 Ga 0.95 N were prepared, and their ELs were prepared.
FIG. 2 is a graph showing the results of measuring the light emission intensity by the method. As can be seen from this figure, the light emission intensity of the light emitting element 100 shows a high luminous intensity when the electron concentration of the n cladding layer is around 8 × 10 17 / cm 3 . Also, an n-contact layer 1 made of n-type GaN
FIG. 3 is a graph showing the results of preparing a large number of samples having different electron densities and measuring the luminescence intensity by EL.
As can be seen from this figure, the emission intensity of the light emitting element 100 is:
The electron concentration of the n-contact layer is 1.1 × 10 18 / cm 3 , 8 × 10
Luminous intensity becomes larger as as low as 17 / cm 3, 4 × 10 17 / cm 3. In each case, since the electron concentration of the p-type layer (p-cladding layer and p-contact layer) is 7 × 10 17 / cm 3 , the ratio of the concentration of holes in the p-type layer to the concentration of electrons in the n-type layer. However, the effect is recognized in the range of 0.5 or more and 2.0 or less. Preferably, the ratio of the concentration of holes in the p-type layer to the concentration of electrons in the n-type layer is 0.7 or more and 1.43 or less, more preferably 0.8 or more and 1.25 or less.

【0017】なお、上記の実施例では、発光素子100
の発光層15は多重量子井戸構造としたが、発光層の構
造は、単一量子井戸構造でもよい。また、p型層の正孔
の濃度とn型層の電子の濃度の比が本発明のとおりであ
る限りにおいて、バリア層、井戸層、n及びpクラッド
層、n及びpコンタクト層は、任意の混晶比の4元、3
元、2元系のAlX Ga1-X-Y InY N (0≦X ≦1,0≦Y
≦1)としても良い。また、nクラッド層や歪み緩和層
が無いと効果が低減するが、無くとも従来の発光素子よ
りは出力は大きくなる。また、p型不純物としてMgを用
いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の2族元素を用いる
ことができる。また、本発明は発光素子のみならず受光
素子にも利用することができる。
In the above embodiment, the light emitting device 100
Although the light emitting layer 15 has a multiple quantum well structure, the light emitting layer may have a single quantum well structure. Further, as long as the ratio of the concentration of holes in the p-type layer to the concentration of electrons in the n-type layer is as described in the present invention, the barrier layer, the well layer, the n and p cladding layers, and the n and p contact layers are optional. Quaternary ratio of 3 and 3
, Binary Al X Ga 1-XY In Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y
≤ 1). In addition, although the effect is reduced without the n-cladding layer and the strain relaxation layer, the output is larger than that of the conventional light emitting element without it. Although Mg is used as the p-type impurity, a Group 2 element such as beryllium (Be) and zinc (Zn) can be used. Further, the present invention can be used not only for light emitting elements but also for light receiving elements.

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

【図1】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体発光素子100の構造を示した模式的断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a GaN-based compound semiconductor light emitting device 100 according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】nクラッド層の電子濃度と、発光強度の相関を
示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the electron concentration of an n-cladding layer and the emission intensity.

【図3】nコンタクト層の電子濃度と、発光強度の相関
を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the correlation between the electron concentration of an n-contact layer and the emission intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 サファイア基板 12 バッファ層 13 nコンタクト層 14A 歪み緩和層 14B nクラッド層 15 発光層 151 バリア層 152 井戸層 16 pクラッド層 17 pコンタクト層 18A p電極 18B n電極 20 電極パッド 100 発光素子 Reference Signs List 11 sapphire substrate 12 buffer layer 13 n contact layer 14A strain relaxation layer 14B n clad layer 15 light emitting layer 151 barrier layer 152 well layer 16 p clad layer 17 p contact layer 18A p electrode 18B n electrode 20 electrode pad 100 light emitting element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA03 CA03 CA04 CA05 CA12 CA34 CA49 CA53 CA57 CA64 CA67 CA82 CA84 CA88 CB06 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Norikatsu Koide, No. 1, Nagahata, Ochiai, Kasuga-cho, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Inside Toyoda Gosei Co., Ltd. 1 address F-term (reference) in Toyoda Gosei Co., Ltd. 5F041 AA03 CA03 CA04 CA05 CA12 CA34 CA49 CA53 CA57 CA64 CA67 CA82 CA84 CA88 CB06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型層とn型層とで発光層を挟んだダブ
ルヘテロ接合の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の
比が、0.5 以上2.0 以下である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 double heterojunction gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a light-emitting layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, wherein the concentration of holes in the p-type layer and the concentration of electrons in the n-type layer are reduced. A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a ratio of 0.5 or more and 2.0 or less.
【請求項2】 p型層とn型層とで発光層を挟んだダブ
ルヘテロ接合の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の
比が、0.7 以上1.43以下である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 double heterojunction gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a light-emitting layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, wherein the concentration of holes in the p-type layer and the concentration of electrons in the n-type layer are different. A gallium nitride based compound semiconductor light emitting device having a ratio of 0.7 or more and 1.43 or less.
【請求項3】 p型層とn型層とで発光層を挟んだダブ
ルヘテロ接合の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、p型層の正孔の濃度と、n型層の電子の濃度の
比が、0.8 以上1.25以下である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。
3. A double heterojunction gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a light-emitting layer sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, wherein the concentration of holes in the p-type layer and the concentration of electrons in the n-type layer are different. A gallium nitride based compound semiconductor light emitting device having a ratio of 0.8 or more and 1.25 or less.
【請求項4】 発光波長が紫外線領域である、請求項1
乃至請求項3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。
4. The method according to claim 1, wherein the emission wavelength is in an ultraviolet region.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1.
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