JP2001028458A - Light emitting device - Google Patents

Light emitting device

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JP2001028458A
JP2001028458A JP26782799A JP26782799A JP2001028458A JP 2001028458 A JP2001028458 A JP 2001028458A JP 26782799 A JP26782799 A JP 26782799A JP 26782799 A JP26782799 A JP 26782799A JP 2001028458 A JP2001028458 A JP 2001028458A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting device of 3-5 nitride compound semiconductor, capable of emitting light of a desired color rendering property by a method, where well layers which emit different colored lights are laminated, and lights emitted from the well layers are mixed together. SOLUTION: A light emitting device 100 is equipped with an active layer 106, which is provided with at least a first well layer 108 formed of In- containing nitride compound semiconductor and at least a second well layer 109, which emits light of main wavelength peak longer than the main wavelength peak which the first well layer emits. With this setup, for instance, when the first well layer emits blue light and the second well layer emits yellow light which is the complementary colored light of blue light, and these colored lights are mixed together, by which a light emitting device which serves as a white light source can be realized.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、3−5族窒化物化合物
半導体(一般に、InXAlYGa1-X-YN(0<X、0≦
Y、X+Y≦1)で表される)を用いた発光素子に関し、
特に、異なる色を発する井戸層を積層し、それらの発光
を混色して、所望の演色性を有する光を発する発光素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III-V nitride compound semiconductor (in general, In x Al Y Ga 1 -XYN (0 <X, 0 ≦
Y, X + Y ≦ 1)).
In particular, the present invention relates to a light-emitting element that emits light having a desired color rendering property by stacking well layers that emit different colors and mixing colors of the emitted light.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、極めて高い輝度で赤色、緑
色、および青色(いわゆるRGB)を発光する発光素子
が開発されたことにより、高輝度タイプ発光素子が量産
されるようになった。特に、窒化物半導体を用いた発光
素子は、その混晶比を変えることにより紫外域から赤色
領域まで発光色を調整することができる。
2. Description of the Related Art Hitherto, with the development of light-emitting elements that emit red, green, and blue (so-called RGB) light with extremely high luminance, high-luminance type light-emitting elements have been mass-produced. In particular, in a light-emitting element using a nitride semiconductor, the emission color can be adjusted from the ultraviolet region to the red region by changing the mixed crystal ratio.

【0003】一方、発光素子の高輝度、低消費電力、小
型化可能や高信頼性などの優れた特性を活かして、例え
ば、車載メータの光源、液晶バックライト光源や各種照
明などの技術分野で、その利用が急速に広がりつつあ
る。
[0003] On the other hand, by utilizing the excellent characteristics of the light emitting element such as high luminance, low power consumption, miniaturization and high reliability, it can be used in the technical fields such as a light source of a vehicle-mounted meter, a liquid crystal backlight light source and various illuminations. , Its use is expanding rapidly.

【0004】このような発光素子の利用分野において、
特に白色が人間の目には快適で好感を与える色であり、
特に需要が高い。これまで白色光を実現するためには、
赤色、緑色および青色、あるいは青色および黄色などの
異なる発光色を有する複数の発光素子を同一ステム上に
配置して、それら発光色の混色により希望の白色光を得
るか、あるいは、青色発光する発光素子とその補色関係
にある黄色で蛍光発光する蛍光物質とを用いて白色光を
得ていた。
In the field of application of such light emitting devices,
In particular, white is a color that is comfortable and pleasant to human eyes,
Especially high demand. Until now, to achieve white light,
A plurality of light-emitting elements having different emission colors such as red, green and blue, or blue and yellow are arranged on the same stem, and a desired white light is obtained by mixing the emission colors, or a light emission that emits blue light. White light has been obtained using the element and a fluorescent substance that emits fluorescent light in yellow which is complementary to the element.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、複数の発光素
子を同一ステム上に配置して白色光を得る場合、混色性
(光を混合したときに1つの色として一様に見える見え
方)を向上させるために複数の発光素子同士を近づける
必要があるが、これには限界がある。また、異なる系の
半導体材料を利用した場合、温度特性や駆動電圧が異な
るなど、種々の問題が生じる。同様に、蛍光体を利用し
て白色光を得る場合、発光素子に蛍光体を付着させる必
要があり、工程が複雑となる。また、発光素子からの青
色発光と、これにより励起される蛍光発光との組み合わ
せで白色光を得る場合、複数の発光素子で白色光を得る
場合と比較して、理論上発光効率が低くなる。
However, when white light is obtained by arranging a plurality of light-emitting elements on the same stem, the color mixing property (how the light looks uniform as one color when mixed) is improved. It is necessary to bring a plurality of light-emitting elements closer to each other for improvement, but there is a limit to this. In addition, when semiconductor materials of different systems are used, various problems occur, such as different temperature characteristics and different driving voltages. Similarly, when white light is obtained using a phosphor, it is necessary to attach the phosphor to the light emitting element, which complicates the process. In addition, when white light is obtained by combining blue light emission from a light emitting element and fluorescent light emission excited by the light emission, the emission efficiency is theoretically lower than when white light is obtained by a plurality of light emitting elements.

【0006】したがって、従来式の各種光源を固体発光
素子に置き換えるためには、現在ある上記構成の発光素
子では十分ではなく、さらに高効率かつ高輝度に白色発
光可能な発光素子を提供することが求められている。本
発明は、上記問題を解決するために、1つの発光素子に
より、高効率かつ高輝度に白色系などの発光色を発光で
きる発光素子を提供することにある。
Therefore, in order to replace various conventional light sources with solid-state light-emitting elements, the light-emitting elements having the above-described structure are not sufficient, and it is necessary to provide a light-emitting element capable of emitting white light with high efficiency and high luminance. It has been demanded. An object of the present invention is to provide a light-emitting element that can emit a white or other light-emitting color with high efficiency and high luminance by using one light-emitting element in order to solve the above problem.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的は、
少なくとも2つのIn組成比が異なる含む窒化物化合物
半導体からなる井戸層を有してなる、白色光を得るため
の発光素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a light emitting element for obtaining white light, which has a well layer made of a nitride compound semiconductor containing at least two In compositions different from each other.

【0008】本発明の第2の目的は、第1の井戸層の凹
凸を第2の井戸層よりも大きくして、発光効率の改善さ
れた発光素子を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a light emitting device having an improved luminous efficiency by making the first well layer larger and smaller than the second well layer.

【0009】本発明の第3の目的は、各井戸層の上にA
lを含む第1障壁層、その上にAlを含まない第2障壁
層を形成して、順方向電圧を下げ、そして発光効率の改
善された発光素子を提供することにある。
[0009] A third object of the present invention is to form an A layer on each well layer.
It is another object of the present invention to provide a light emitting device with a reduced forward voltage and improved luminous efficiency by forming a first barrier layer containing l and a second barrier layer not containing Al thereon.

【0010】本発明の請求項1に記載の発光素子は、I
nを含む窒化物化合物半導体からなる少なくとも1つの
第1の井戸層と、第1井戸層が発する光の主ピーク波長
よりも長い主ピーク波長の光を発する、Inを含む窒化
物化合物半導体からなる少なくとも1つの第2の井戸層
と、を備えた、多重量子井戸構造の活性層を、n型半導
体およびp型半導体で挟持することを特徴とするもので
ある。
The light emitting device according to claim 1 of the present invention has
At least one first well layer made of a nitride compound semiconductor containing n and a nitride compound semiconductor containing In emitting light having a main peak wavelength longer than the main peak wavelength of light emitted from the first well layer An active layer having a multiple quantum well structure including at least one second well layer is sandwiched between an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.

【0011】第1井戸層が発する主ピーク波長と、第2
井戸層が発する主ピーク波長とを、互いに補色関係とな
るように設定すると、これら2つの光が混合することで
白色光が得られる。
The main peak wavelength emitted by the first well layer and the second peak wavelength
When the main peak wavelengths emitted by the well layers are set to have a complementary color relationship with each other, white light is obtained by mixing these two lights.

【0012】本発明の請求項2に記載の発光素子は、第
2井戸層が、第1井戸層およびp型半導体の間に配置さ
れることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the light emitting device, the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor.

【0013】一般に、Inを含む窒化物半導体を形成す
ることは極めて難く、井戸層のIn組成比を増やして発
光波長を長くするほど、その結晶性が悪くなり、その発
光効率も低くなる。この傾向はInの組成比が0.05
以上のとき顕著となる。特に、窒化物半導体の多重量子
井戸構造においては、ホールの拡散長が短い。ただしp
型半導体層側においては電子−正孔の再結合効率が高い
ので、Inを多く含むために結晶性が比較的悪い第2井
戸層を、このp型半導体層側に配置させることにより、
つまり第2井戸層を第1井戸層とp型半導体との間に配
置することにより、第2井戸層の発光効率を向上させる
ことができる。
In general, it is extremely difficult to form a nitride semiconductor containing In. The longer the emission wavelength by increasing the In composition ratio of the well layer, the worse the crystallinity becomes and the lower the light emission efficiency becomes. This tendency is observed when the composition ratio of In is 0.05
The above is remarkable. In particular, in the multiple quantum well structure of a nitride semiconductor, the diffusion length of holes is short. Where p
Since the recombination efficiency of electrons and holes is high on the p-type semiconductor layer side, by disposing a second well layer having relatively low crystallinity due to containing a large amount of In on the p-type semiconductor layer side,
That is, by arranging the second well layer between the first well layer and the p-type semiconductor, the luminous efficiency of the second well layer can be improved.

【0014】本発明の請求項3に記載の発光素子は、第
1および第2井戸層の積層数比を調整して、第1および
第2井戸層が発する光の光度比を制御することにより、
所望の演色性(物体の色の見え方に対する光源の効果)
を有する光源を提供することを特徴とする。
In the light emitting device according to the third aspect of the present invention, the luminous intensity ratio of the light emitted from the first and second well layers is controlled by adjusting the ratio of the number of stacked first and second well layers. ,
Desired color rendering (effect of light source on appearance of color of object)
Characterized by providing a light source having:

【0015】これまでの白熱灯及び蛍光灯などの光源
も、その用途によりさまざまな演色性を有する光源とし
て開発されてきた。例えば、異なる色あいで照明する蛍
光灯が数多くある。従来式の光源にとって代わるべき本
発明に係る発光素子の演色性も、比較的簡単に微調整で
きることが望まれていた。
Conventional light sources such as incandescent lamps and fluorescent lamps have been developed as light sources having various color rendering properties depending on their uses. For example, there are many fluorescent lamps that illuminate in different colors. It has been desired that the color rendering of the light emitting device according to the present invention, which can replace the conventional light source, can be finely adjusted relatively easily.

【0016】すなわち、本発明においては、第1および
第2井戸層の積層数比を調整することにより、各井戸層
が発する光の光度比率を比較的簡単に制御することがで
きる。これ以外の方法として、例えば、井戸層の膜厚を
制御することにより各井戸層が発する光の光度比率を制
御することもできる。しかし、活性層が量子井戸構造を
有する場合、井戸層の厚みを薄くすると、光度をある程
度増やすことができるが、量子サイズ効果のため光が短
波長側に移動してしまう。同様に、井戸層の厚みを厚く
すると、光度をある程度下げることができるが、光が長
波長側に移動する。いずれにしても、所望の発光波長を
得ることが極めて難しいという問題が生ずる。
That is, in the present invention, the luminous intensity ratio of light emitted from each well layer can be controlled relatively easily by adjusting the ratio of the number of stacked first and second well layers. As another method, for example, the luminous intensity ratio of light emitted from each well layer can be controlled by controlling the thickness of the well layer. However, when the active layer has a quantum well structure, the luminous intensity can be increased to some extent by reducing the thickness of the well layer, but light moves to the short wavelength side due to the quantum size effect. Similarly, if the thickness of the well layer is increased, the luminous intensity can be reduced to some extent, but light moves to the longer wavelength side. In any case, there is a problem that it is extremely difficult to obtain a desired emission wavelength.

【0017】本発明の請求項4に記載の発光素子は、さ
らに、活性層が第1および第2井戸層を挟む複数の障壁
層を備え、障壁層の厚みを調整して、第1および第2井
戸層が発する光の光度比を制御することにより、所望の
演色性を有する光源を提供することを特徴とする。
In the light emitting device according to a fourth aspect of the present invention, the active layer further includes a plurality of barrier layers sandwiching the first and second well layers, and the first and second barrier layers are adjusted in thickness. By controlling the luminous intensity ratio of light emitted from the two well layers, a light source having desired color rendering properties is provided.

【0018】第1および第2井戸層の積層数比のみなら
ず、障壁層の厚みを調整することにより、各井戸層が発
する光の光度比率を制御して、同様に所望の演色性を有
する光源を提供することができる。
By controlling not only the ratio of the number of stacked layers of the first and second well layers but also the thickness of the barrier layer, the luminous intensity ratio of the light emitted from each well layer is controlled, and the desired color rendering properties are similarly obtained. A light source can be provided.

【0019】本発明の請求項5に記載の発光素子は、第
1井戸層が第2井戸層よりも多く積層されることを特徴
とする。
A light emitting device according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the first well layer is stacked more than the second well layer.

【0020】とりわけ、第2井戸層が第1井戸層よりも
p型半導体に近い位置に積層される場合、第1井戸層が
発する光は、第2井戸層で吸収されて、その光度が低下
する。そこで、第1井戸層を第2井戸層よりも多く積層
することにより、比較的簡単に所望の演色性を有する白
色光を得ることができる。
In particular, when the second well layer is stacked at a position closer to the p-type semiconductor than the first well layer, light emitted from the first well layer is absorbed by the second well layer, and the luminous intensity is reduced. I do. Therefore, by laminating the first well layers more than the second well layers, white light having desired color rendering properties can be obtained relatively easily.

【0021】本発明の請求項6に記載の発光素子は、第
1井戸層の発する光のスペクトル半値幅が上記第2井戸
層の発する光のスペクトル半値幅よりも狭いことを特徴
とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light emitting device, wherein the spectral half width of light emitted from the first well layer is narrower than the spectral half width of light emitted from the second well layer.

【0022】主ピーク波長が青色領域にある第1井戸層
と、主ピーク波長が黄色領域にある第2井戸層と、を有
する発光素子の場合、この発光素子が発する光は、緑色
および赤色領域の波長成分を全くまたは殆ど有さないた
めに、その演色性が良好とならないことがある。したが
って、第2井戸層が発する光の発光スペクトルを、第1
井戸層のそれより広くしておくことが好ましい。この結
果、発光効率を損なうことなく、この発光素子が発する
光の平均演色評価数Raを改善することができ、つまり
高輝度、かつ高演色性の白色光を発光可能な発光素子を
形成することができる。なお、当業者には明らかなよう
に、スペクトル半値幅は、例えば、井戸層の結晶性を調
整したり、不純物を添加したりすることによって、制御
することが可能である。
In the case of a light emitting device having a first well layer whose main peak wavelength is in the blue region and a second well layer whose main peak wavelength is in the yellow region, the light emitted by this light emitting device is in the green and red regions. Has no or almost no wavelength component, and thus the color rendering properties may not be good. Therefore, the emission spectrum of light emitted from the second well layer is changed to the first
It is preferable to make it wider than that of the well layer. As a result, it is possible to improve the average color rendering index Ra of light emitted by the light emitting element without impairing the luminous efficiency, that is, to form a light emitting element capable of emitting white light with high luminance and high color rendering. Can be. As will be apparent to those skilled in the art, the spectral half width can be controlled by, for example, adjusting the crystallinity of the well layer or adding an impurity.

【0023】本発明の請求項7に記載の発光素子は、第
1井戸層が2層以上10層以下の範囲で積層され、上記
第2井戸層が1層以上3層以下の範囲で積層されること
を特徴とする。
In a light emitting device according to a seventh aspect of the present invention, the first well layer is stacked in a range of 2 to 10 layers, and the second well layer is stacked in a range of 1 to 3 layers. It is characterized by that.

【0024】本発明の請求項8に記載の発光素子は、第
1井戸層が発する光の主ピーク波長が450ないし50
0nmで、第2井戸層が発する光の主ピーク波長が56
0ないし670nmであることを特徴とする。
In the light emitting device according to the eighth aspect of the present invention, the main peak wavelength of light emitted from the first well layer is 450 to 50.
0 nm, the main peak wavelength of light emitted from the second well layer is 56 nm.
It is characterized by having a thickness of 0 to 670 nm.

【0025】本発明の請求項9に記載の発光素子は、第
1井戸層よりも第2井戸層の凹凸の度合いが大きいこと
を特徴とする。
The light emitting device according to the ninth aspect of the present invention is characterized in that the second well layer has a greater degree of unevenness than the first well layer.

【0026】一般に、多重量子井戸構造の井戸層は、障
壁層との界面が平坦で、結晶性が良好であるほど、その
発光効率は高い。しかし、本発明の発光素子のように、
異なる発光ピーク波長を発する井戸層を含む多重量子井
戸構造の活性層においては、井戸層が障壁層を挟んで隣
り合う状態にあるために、何らかの相互作用が働くと考
えられる。すなわち、本発明者は、長波長発光の第2井
戸層の凹凸の度合いを、短波長発光の第1井戸層よりも
大きくするすると、第1井戸層が発する短波長光は、第
2井戸層で吸収されにくくなることを確認した。また、
この条件のもとで、後述するように、第2井戸層の凹凸
の度合いを最適化することにより、第2井戸層の発する
長波長発光の発光効率も上げることができ、発光素子と
しての発光効率を上げることができる。
In general, the luminous efficiency of a well layer having a multiple quantum well structure is higher as the interface with the barrier layer is flatter and the crystallinity is better. However, like the light emitting device of the present invention,
In an active layer having a multiple quantum well structure including well layers that emit different emission peak wavelengths, it is considered that some interaction occurs because the well layers are adjacent to each other across the barrier layer. That is, when the present inventor makes the degree of irregularity of the second well layer for long-wavelength emission larger than that of the first well layer for short-wavelength emission, the short-wavelength light emitted from the first well layer will It was confirmed that it became difficult to be absorbed. Also,
Under this condition, by optimizing the degree of unevenness of the second well layer, as will be described later, the luminous efficiency of long-wavelength light emission from the second well layer can be increased, and light emission as a light emitting element Efficiency can be increased.

【0027】第1および第2井戸層の凹凸の度合いを比
較する手法の一例を示す。まず、発光素子を層厚方向に
垂直な方向に切断して、この断面における井戸層および
障壁層の間の界面が呈する凹凸を走査型電子顕微鏡など
により比較する。両者の凹凸の度合い若しくは粗さの違
いを、顕微鏡確認するだけで明白に確認できることもあ
る。また、その違いが明らかでないような場合には、後
述する凹部領域が占める度合いRで比較してもよいし、
井戸層の上面または下面の少なくとも一方の面につい
て、GIXR(Grazing Incidence X-Ray Reflection:
斜入射X線反射率分析法)による薄膜解析によりラフネ
スを比較して凹凸の大小を判断してもよい。尚、第1お
よび第2井戸層が複数の井戸層を有する場合、少なくと
も1つの第2井戸層が、少なくとも1つの第1井戸層よ
りも凹凸の度合いが大きければよい。第2井戸層の全て
が、第1井戸層の全てよりその凹凸の度合いが大きいこ
とが望ましい。ただし上述のように、井戸層の結晶性お
よびその成長形態は、主にIn含有量に依存するため、
第1および第2井戸層が複数あっても、その凹凸はそれ
ぞれほぼ同等なものとなる。
An example of a method for comparing the degree of unevenness of the first and second well layers will be described. First, the light emitting element is cut in a direction perpendicular to the layer thickness direction, and the unevenness of the interface between the well layer and the barrier layer in this cross section is compared with a scanning electron microscope or the like. In some cases, the difference in the degree of roughness or roughness between the two can be clearly confirmed only by checking with a microscope. When the difference is not clear, the comparison may be made based on the degree R occupied by the concave region described later,
For at least one of the upper surface and the lower surface of the well layer, GIXR (Grazing Incidence X-Ray Reflection:
The roughness may be compared to determine the magnitude of the unevenness by thin film analysis by oblique incidence X-ray reflectance analysis. When the first and second well layers have a plurality of well layers, it is only necessary that at least one second well layer has a greater degree of unevenness than at least one first well layer. It is desirable that all of the second well layers have a greater degree of unevenness than all of the first well layers. However, as described above, since the crystallinity of the well layer and its growth form mainly depend on the In content,
Even if there are a plurality of first and second well layers, the irregularities thereof are substantially the same.

【0028】また、第2井戸層の凹凸が第1井戸層のそ
れに比べて大きくなるように形成することは、第2井戸
層の結晶性の面からも好ましい。すなわち、第2井戸層
の凹凸の度合いが第1井戸層のそれに比べて大きい場合
(第2井戸層だけに凹凸が設けられている場合を含む)
に比べて、第1井戸層の凹凸の度合いが第2井戸層のそ
れに比べて大きい場合の第2井戸層の結晶性は極めて悪
い。ウェーハの全体または一部領域において、均一な膜
厚を有する第2井戸層を形成するのが困難となり、さら
に第2井戸層の結晶が成長しない領域が生じることもあ
る。これに対して、第2井戸層の凹凸の度合いが第1井
戸層よりも大きい場合には、第2井戸層は比較的一定に
形成される。したがって、第2井戸層の凹凸の度合いを
第1井戸層よりも大きくすることにより、発光素子の特
性向上に寄与しているものと考えられる。更に、このよ
うな場合、第1および第2井戸層は、共に良好な結晶性
を有し、さらに膜厚も一定している。その結果、各井戸
層からの光の光度比も安定し、得られる発光素子間の輝
度むらおよび色調ズレなどの問題も大きく改善される。
It is preferable to form the second well layer so that the unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer from the viewpoint of the crystallinity of the second well layer. That is, when the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer (including the case where only the second well layer has unevenness).
When the degree of unevenness of the first well layer is larger than that of the second well layer, the crystallinity of the second well layer is extremely poor. It becomes difficult to form a second well layer having a uniform thickness over the entire or partial region of the wafer, and there may be a region where crystals of the second well layer do not grow. On the other hand, when the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer, the second well layer is formed relatively constant. Therefore, it is considered that making the degree of unevenness of the second well layer larger than that of the first well layer contributes to improvement of the characteristics of the light emitting element. Further, in such a case, the first and second well layers both have good crystallinity and have a constant film thickness. As a result, the luminous intensity ratio of light from each well layer is stabilized, and problems such as uneven brightness and color shift between the obtained light emitting elements are greatly improved.

【0029】尚、当業者には明らかなように、第1およ
び第2井戸層は、例えば成膜速度、成膜温度などの成膜
条件を制御することで、その凹凸の度合いを変えること
ができる。上記以外の成膜条件を変えることにより、各
井戸層の凹凸の度合いを変えてもよい。
As will be apparent to those skilled in the art, the degree of unevenness of the first and second well layers can be changed by controlling film forming conditions such as a film forming speed and a film forming temperature. it can. By changing the film formation conditions other than those described above, the degree of unevenness of each well layer may be changed.

【0030】上述のように、第2井戸層の凹凸の度合い
が第1井戸層のそれに比べて大きい場合、発光素子とし
ての発光効率が向上する。第1および第2井戸層の凹凸
の度合いの各々と、その発光効率との厳密な関係は定か
でない。しかし、より短い主ピーク波長の光を発する第
1井戸層と、より長い主ピーク波長の光を発する第2井
戸層とでは、その凹凸の度合いによる発光効率に対する
寄与が異なるものと考えられる。すなわち、多重量子井
戸の活性層に含まれる井戸層におけるIn含有量、積層
数、および第1および第2井戸層の配置関係等が、井戸
層の凹凸の度合いと密接に関係して、素子特性に影響を
与えていると思われる。凹凸の度合いによる発光効率に
対する寄与度に違いがあるので、第1および第2井戸層
の最適な凹凸の度合いにも違いが生じる。さらに、第2
井戸層の凹凸の度合いを第1井戸層のそれより大きくす
ることにより、発光素子の特性を向上させることができ
る。つまり、第1および第2井戸層の凹凸の度合いが同
程度であるか、または第1井戸層の凹凸の度合いが第2
井戸層のそれより大きい場合と比べて、第2井戸層の凹
凸の度合いが第1井戸層のそれより大きい場合の発光素
子の特性は良好でない。これは、発光素子の特性向上
が、各井戸層の凹凸の度合いそのものよりも、各井戸層
の凹凸の度合いの大小関係に主に依存することを示して
いる。加えて、第2井戸層の凹凸の度合いが第1井戸層
のそれより大きい場合、各井戸層からの光の光度比が一
定するため、所望の演色性を有する光源を容易に得るこ
とができる。このことは上述の良質の結晶性が主に関係
しているものと思われる。その上、第1井戸層からの発
光については、第2井戸層に凹凸があることによる光の
取り出し効率の向上だけでなく、光の光度そのものが向
上する傾向があり、また第2井戸層についても僅かなが
らもそのような傾向がある。以上のように、各発光層の
凹凸およびその大小関係は、相乗的な効果により、素子
全体の発光効率を引き上げ、第1井戸層からの発光が効
率よく得られ、結果的に所望の演色性を有する光源を提
供することができる。
As described above, when the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer, the luminous efficiency of the light emitting element is improved. The exact relationship between each of the degree of unevenness of the first and second well layers and the luminous efficiency is not clear. However, it is considered that the first well layer that emits light having a shorter main peak wavelength and the second well layer that emits light having a longer main peak wavelength have different contributions to the luminous efficiency due to the degree of unevenness. That is, the In content in the well layer included in the active layer of the multiple quantum well, the number of layers, the arrangement relationship of the first and second well layers, and the like are closely related to the degree of unevenness of the well layer, and the device characteristics It seems to have affected. Since there is a difference in the contribution to the luminous efficiency depending on the degree of the unevenness, a difference also occurs in the optimal degree of the unevenness of the first and second well layers. Furthermore, the second
By making the degree of the unevenness of the well layer larger than that of the first well layer, the characteristics of the light emitting element can be improved. That is, the first and second well layers have the same degree of unevenness, or the first well layer has the same degree of unevenness as the second well layer.
The characteristics of the light-emitting element when the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer are not good as compared with the case of the well layer. This indicates that the improvement in the characteristics of the light emitting element mainly depends on the magnitude relation of the degree of the unevenness of each well layer rather than the degree of the unevenness of each well layer. In addition, when the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer, the light intensity ratio of light from each well layer is constant, so that a light source having desired color rendering properties can be easily obtained. . This is thought to be mainly due to the above-mentioned good crystallinity. In addition, regarding light emission from the first well layer, not only the light extraction efficiency is improved due to the unevenness of the second well layer, but also the luminous intensity of the light itself tends to be improved. However, there is such a tendency. As described above, the unevenness of each light emitting layer and the magnitude relation thereof increase the light emitting efficiency of the entire device by a synergistic effect, and light emission from the first well layer can be efficiently obtained, with the result that a desired color rendering property is obtained. Can be provided.

【0031】本発明の請求項10および11に記載の発
光素子は、第2井戸層が、その平均膜厚の半分以下の膜
厚を有する部分的に薄い凹部を含み、この凹部の領域が
全体の10%以上占めることを特徴とする。
In the light emitting device according to the tenth and eleventh aspects of the present invention, the second well layer includes a partially thin concave portion having a thickness equal to or less than half of the average thickness, and the region of the concave portion is entirely formed. 10% or more of the above.

【0032】ここで、全体に対する上記凹部領域の占め
る度合いの計測手法の一例について図6を参照しながら
説明する。まず、発光素子を層厚方向に垂直な方向に切
断して、井戸層断面を走査型電子顕微鏡などにより観察
する。井戸層はその平均膜厚の半分以下の膜厚を有する
部分的に薄い凹部を含むが、この凹部の長さの総和Sを
特定の範囲(長さL)を測定する。そして特定範囲にお
ける凹部領域が占める度合いRを、式R=S/Lで求め
る。ここで、測定する領域(長さL)は、短くとも1μ
m程度あれば充分であるが、10μm以上程度あれば、
さらに再現性よく凹部領域が占める度合いRを計測で
き、好ましい。また、平均膜厚は、上記測定範囲Lにお
ける井戸層の平均膜厚を求めれば足り、これを素子全体
における井戸層の平均膜厚として用いてもよい。さらに
凹部領域の全体に占める度合いRは、一般に、発光素子
全体で一様と考えられるから、任意の切断面において計
測することができる。
Here, an example of a method of measuring the degree of the occupied area of the concave area with respect to the whole will be described with reference to FIG. First, the light emitting element is cut in a direction perpendicular to the layer thickness direction, and the cross section of the well layer is observed with a scanning electron microscope or the like. The well layer includes a partially thin concave portion having a thickness equal to or less than half of the average film thickness, and a total range S of the concave portion is measured in a specific range (length L). Then, the degree R occupied by the concave region in the specific range is obtained by the equation R = S / L. Here, the area to be measured (length L) is at least 1 μm.
m is enough, but if it is about 10 μm or more,
Further, the degree R occupied by the concave region can be measured with good reproducibility, which is preferable. Further, the average thickness is sufficient if the average thickness of the well layer in the measurement range L is sufficient, and this may be used as the average thickness of the well layer in the entire device. Furthermore, since the degree R of the entire concave region is generally considered to be uniform in the entire light emitting element, it can be measured at an arbitrary cut surface.

【0033】本発明の請求項10および11に記載の発
光素子は、換言すると、R≧0.1となるような第2井
戸層を有することを特徴とする。第2井戸層の凹部領域
が占める度合いRの値が0.1未満となるように形成さ
れる場合、つまり第2井戸層が比較的平坦な形状を有す
る場合には、第1井戸層からの発光光度が第2井戸層か
らのそれに比べて相対的に下がるだけでなく、発光素子
全体の発光効率も低くなる。
The light emitting device according to the tenth and eleventh aspects of the present invention is characterized by having a second well layer that satisfies R ≧ 0.1. When the second well layer is formed such that the value of the degree R occupied by the concave region is less than 0.1, that is, when the second well layer has a relatively flat shape, the first well layer Not only is the luminous intensity relatively lower than that from the second well layer, but also the luminous efficiency of the entire light emitting element is reduced.

【0034】複数の第2井戸層が積層される場合、上記
条件式R≧0.1を満たす第2井戸層が、そのうち1層
だけであっても第1井戸層の発光効率が向上するが、全
ての第2井戸層が同条件を満たすことがなお望ましい。
When a plurality of second well layers are stacked, the luminous efficiency of the first well layer is improved even if only one of the second well layers satisfies the above-mentioned conditional expression R ≧ 0.1. It is further desirable that all the second well layers satisfy the same condition.

【0035】なお、第2井戸層の凹部領域が占める度合
いRが0.5よりも大きくなれば、第2井戸層の上に成
長させるp型半導体層の平坦性が損なわれ、結果として
発光素子の発光効率を低下する。したがって、第2井戸
層の凹部領域が占める度合いRの上限を0.5として発
光素子を形成すると、第1井戸層からの発光を効率よく
取り出し、発光素子全体の発光特性も良好に維持され
る。
If the degree R occupied by the concave region of the second well layer is larger than 0.5, the flatness of the p-type semiconductor layer grown on the second well layer is impaired. Decrease the luminous efficiency of the device. Therefore, when the light emitting element is formed with the upper limit of the degree R occupied by the concave region of the second well layer being 0.5, light emission from the first well layer is efficiently taken out, and the light emitting characteristics of the entire light emitting element are also well maintained. .

【0036】本発明の請求項12ないし14に記載の発
光素子は、第1井戸層よりも凹凸の度合いが大きい、ま
たはR≧0.1となるような第2井戸層が、第1井戸層
およびp型半導体の間に配置されることを特徴とする。
In the light emitting device according to the twelfth to fourteenth aspects of the present invention, the second well layer having a larger degree of unevenness than the first well layer or the first well layer satisfying R ≧ 0.1 is used. And a p-type semiconductor.

【0037】上述の通り、In混晶比が高く結晶性の比
較的悪い第2井戸層を、電子−正孔の再結合確率の高い
p型半導体側に配置することにより、発光効率を向上さ
せることができ、好ましい。
As described above, the luminous efficiency is improved by disposing the second well layer having a high In mixed crystal ratio and relatively poor crystallinity on the p-type semiconductor side having a high electron-hole recombination probability. Can be preferred.

【0038】また、第1井戸層の凹凸の度合いが、第2
井戸層と同程度である場合、または第2井戸層よりも大
きい場合、ウェーハにおいて井戸層を均一に成膜しにく
く、発光素子間で発光波長のばらつきが大きくなる。発
光波長のばらつきが大きければ、所望の演色性を有する
光源を信頼性よく生産することは難しい。したがって、
この点からも、凹凸の度合いのより大きい第2井戸層
が、第1井戸層およびp型半導体の間に配置されること
が好適である。
Further, the degree of unevenness of the first well layer is equal to the second well layer.
When the thickness is substantially equal to the well layer or is larger than the second well layer, it is difficult to uniformly form the well layer on the wafer, and the emission wavelength varies between light emitting elements. If the variation in the emission wavelength is large, it is difficult to reliably produce a light source having a desired color rendering property. Therefore,
From this point as well, it is preferable that the second well layer having a larger degree of unevenness is arranged between the first well layer and the p-type semiconductor.

【0039】本発明の請求項15ないし17に記載の発
光素子は、第1井戸層が第2井戸層よりも多く積層され
ることを特徴とする。
The light emitting device according to the present invention is characterized in that the first well layer is stacked more than the second well layer.

【0040】とりわけ、第2井戸層が第1井戸層よりも
p型半導体に近い位置に積層される場合、第1井戸層が
発する光は、第2井戸層で吸収されて、その光度が低下
する。そこで、第1井戸層を第2井戸層よりも多く積層
することにより、比較的簡単に所望の演色性を有する白
色光を得ることができる。また、比較的結晶性の悪い第
2井戸層の数が少ないため、その上に続いて積層される
p型半導体の形成にも好ましい。
In particular, when the second well layer is stacked closer to the p-type semiconductor than the first well layer, light emitted from the first well layer is absorbed by the second well layer, and the luminous intensity is reduced. I do. Therefore, by laminating the first well layers more than the second well layers, white light having desired color rendering properties can be obtained relatively easily. Further, since the number of the second well layers having relatively poor crystallinity is small, it is preferable to form a p-type semiconductor to be subsequently stacked thereon.

【0041】本発明の請求項18に記載の発光素子は、
第1および第2井戸層の各々の上に、Alを含む窒化物
化合物半導体からなる第1障壁層と、Alを実質的に含
まない窒化物化合物半導体からなる第2障壁層とを有す
ることを特徴とする。
The light-emitting device according to claim 18 of the present invention
On each of the first and second well layers, a first barrier layer made of a nitride compound semiconductor containing Al and a second barrier layer made of a nitride compound semiconductor containing substantially no Al are provided. Features.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本発明は以下の詳細な説明および
添付図面により明確に理解されるが、これらは単に例示
的なものであって本発明の範囲を限定するものではな
い。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be more clearly understood from the following detailed description and the accompanying drawings, which are merely illustrative and do not limit the scope of the invention.

【0043】(発明の実施の形態1)In含有量の異な
る少なくとも2つの窒化物化合物半導体からなる井戸層
の発する少なくとも2色の光を、混色させることによ
り、白色などの光を得るようにしたものである。とりわ
け、長波長で発光する井戸層を短波長で発光する井戸層
よりもp型層側に設けることにより、発光効率の高い、
所望の演色性を有する光源を提供することができる。
(Embodiment 1) At least two colors of light emitted from a well layer composed of at least two nitride compound semiconductors having different In contents are mixed to obtain light such as white light. Things. In particular, by providing a well layer that emits light at a longer wavelength on the p-type layer side than a well layer that emits light at a shorter wavelength, high luminous efficiency is achieved.
A light source having a desired color rendering property can be provided.

【0044】Inを含む窒化物半導体からなる井戸層
は、Inの含有量に依存するそのバンドギャップエネル
ギーにほぼ比例して短い波長の光を発する。しかしなが
ら、窒化物半導体が含有するIn量が増えるにつれ、そ
の結晶性が劣化して、発光効率が低下する傾向にある。
つまり、第2井戸層は第1井戸層より低い発光効率を有
する。また、窒化物半導体の多重量子井戸構造を有する
井戸層は、ホールの拡散長が短いので、p層半導体の近
くに設けられた井戸層は、n層半導体の近くに設けられ
た井戸層よりも、電子−正孔の再結合確率が大きい。
A well layer made of a nitride semiconductor containing In emits light having a short wavelength almost in proportion to its band gap energy depending on the In content. However, as the amount of In contained in the nitride semiconductor increases, its crystallinity tends to deteriorate, and the luminous efficiency tends to decrease.
That is, the second well layer has lower luminous efficiency than the first well layer. In addition, since the well layer having a multiple quantum well structure of a nitride semiconductor has a short hole diffusion length, a well layer provided near a p-layer semiconductor is better than a well layer provided near an n-layer semiconductor. The electron-hole recombination probability is high.

【0045】そこで、本発明の第1の実施例によれば、
In含有量がより多いために結晶性の比較的良好でない
第2井戸層を、In含有量がより少ないために結晶性の
比較的良好な第1井戸層よりもp型半導体層に近く配置
する。つまり、第2井戸層を第1井戸層とp型半導体層
との間に配置する。こうして、より高輝度かつ優れた発
光効率特性を有する発光素子を形成することができる。
Therefore, according to the first embodiment of the present invention,
The second well layer having relatively low crystallinity due to the higher In content is disposed closer to the p-type semiconductor layer than the first well layer having relatively low crystallinity due to the lower In content. . That is, the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor layer. Thus, a light-emitting element having higher luminance and excellent luminous efficiency characteristics can be formed.

【0046】(実施例1)ここで添付図面を参照しなが
ら本発明の実施例1の発光素子を説明する。
(Embodiment 1) A light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

【0047】図1は、本発明の発光素子100を示す模
式的断面図である。発光素子100は、サファイア基板
101上に、GaNバッファ層102、アンドープGa
N層103、SiドープのGaNからなるn型コンタク
ト層兼クラッド層104、超格子層105、多重量子井
戸構造からなる活性層106、MgドープのAlGaN
からなるp型クラッド層110、MgドープのGaNか
らなるp型コンタクト層111が順に形成されている。
また活性層106は、障壁層107とInGaNからな
る第1の井戸層108および第2の井戸層109とから
構成されており、p型コンタクト層111側にある第2
井戸層109は、n型コンタクト層104側にある井戸
層108よりもIn量を多く含有する。n型およびp型
コンタクト層103および111にp側およびn側電極
113、114を形成することで混色光が発光可能な発
光素子100を形成することができる。次に、本発明に
係る発光素子の形成方法について詳述する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a light emitting device 100 of the present invention. The light emitting device 100 includes a GaN buffer layer 102 and an undoped Ga on a sapphire substrate 101.
N layer 103, n-type contact layer / cladding layer 104 made of Si-doped GaN, superlattice layer 105, active layer 106 having a multiple quantum well structure, Mg-doped AlGaN
A p-type cladding layer 110 made of and a p-type contact layer 111 made of Mg-doped GaN are sequentially formed.
The active layer 106 is composed of a barrier layer 107 and a first well layer 108 and a second well layer 109 made of InGaN, and a second well layer 108 on the p-type contact layer 111 side.
The well layer 109 contains a larger amount of In than the well layer 108 on the n-type contact layer 104 side. By forming the p-side and n-side electrodes 113 and 114 on the n-type and p-type contact layers 103 and 111, the light emitting element 100 capable of emitting mixed color light can be formed. Next, a method for forming a light emitting device according to the present invention will be described in detail.

【0048】MOCVD法により窒化物半導体を成膜し
て発光素子を形成する。まず、洗浄した2インチのサフ
ァイア(C面)よりなる基板101をMOCVD装置の
反応容器内にセットする。反応容器を真空化しつつ、H
2を流して容器内をH2で十分置換した後、基板温度を
1050℃まで上昇させて、基板101をクリーニング
する。なお、半導体基板101としては、C面サファイ
アの他、R面、A面を主面とするサファイア、スピネル
(MgAl2O4)のような絶縁性基板、SiC(6
H、4H、3Cを含む)、Si、ZnO、GaAs、お
よびGaNなどの材料を用いることができる。
A light emitting element is formed by forming a nitride semiconductor film by the MOCVD method. First, the cleaned substrate 101 made of 2-inch sapphire (C surface) is set in a reaction vessel of a MOCVD apparatus. While evacuating the reaction vessel,
After flowing H 2 to sufficiently replace the inside of the container with H 2, the substrate temperature is increased to 1050 ° C., and the substrate 101 is cleaned. As the semiconductor substrate 101, in addition to C-plane sapphire, sapphire having an R-plane or an A-plane as a main surface, an insulating substrate such as spinel (MgAl2O4), SiC (6
H, 4H, and 3C), Si, ZnO, GaAs, and GaN.

【0049】次に、成膜温度を510℃まで下げTMG
(トリメチルガリウム)、NH3を原料ガス、H2をキ
ャリアガスとして供給し、厚さ約150ÅのGaN層を
サファイア基板101上に成膜して、バッファ層102
を形成する。なお、バッファ層102はGaNの他、A
lNやGaAlNなどの材料を利用することができる。
Next, the film formation temperature was lowered to 510 ° C.
(Trimethylgallium), NH3 as a source gas, and H2 as a carrier gas, a GaN layer having a thickness of about 150 ° is formed on the sapphire substrate 101, and the buffer layer 102 is formed.
To form The buffer layer 102 is made of GaN and A
Materials such as 1N and GaAlN can be used.

【0050】続いて、原料ガスの流入を一旦止め、キャ
リアガスを流しながら、基板温度を1050℃に上げ
る。成膜温度が安定した後、TMGおよびNH3を原料
ガス、H2をキャリアガスとして流し、厚さ1.5μm
のアンドープGaN層をバッファ層102上に積層す
る。
Subsequently, the flow of the raw material gas is stopped once, and the temperature of the substrate is increased to 1050 ° C. while flowing the carrier gas. After the film formation temperature was stabilized, TMG and NH3 were flowed as a source gas, and H2 was flowed as a carrier gas.
Is stacked on the buffer layer 102.

【0051】そして、成膜温度を1050℃に維持した
まま、原料ガスとしてTMGおよびNH3、キャリアガ
スとしてH2、不純物ガスとしてSiH4を流し、5×
1018/cm3のSi不純物濃度を有するGaN層で
あるn型コンタクト層104を厚さ2.25μmでアン
ドープGaN層103上に形成する。
Then, while maintaining the film formation temperature at 1050 ° C., TMG and NH 3 as source gases, H 2 as a carrier gas, and SiH 4 as an impurity gas were flowed.
An n-type contact layer 104, which is a GaN layer having a Si impurity concentration of 1018 / cm3, is formed on the undoped GaN layer 103 with a thickness of 2.25 μm.

【0052】さらに、活性層106の結晶性を向上さ
せ、均一に全面発光させるために、n型コンタクト層1
04上に超格子層105を形成することが好ましい。成
膜温度を1050℃に維持した状態で、不純物ガスであ
るSiH4の供給を制御することにより、厚さ約75Å
のアンドープGaN層と、厚さ約25ÅのSiドープG
aN層とを成膜する。これを1周期として、25周期繰
り返して総膜厚2500Åの超格子層105をn型コン
タクト層104上に成膜する。なお、超格子層105を
構成するSiドープGaN層は、互いに異なる不純物濃
度(Si)を有し、いわゆる変調ドープされている。
Further, in order to improve the crystallinity of the active layer 106 and uniformly emit light over the entire surface, the n-type contact layer 1
It is preferable to form the superlattice layer 105 on the substrate 04. By controlling the supply of the impurity gas SiH4 while maintaining the film formation temperature at 1050 ° C., the thickness is about 75 ° C.
Undoped GaN layer and Si-doped G
An aN layer is formed. With this as one cycle, the superlattice layer 105 having a total film thickness of 2500 ° is formed on the n-type contact layer 104 by repeating 25 cycles. Note that the Si-doped GaN layers constituting the superlattice layer 105 have different impurity concentrations (Si), and are so-called modulation-doped.

【0053】次に、多重量子井戸構造の活性層106の
構成を詳細に説明する。多重量子井戸構造の活性層10
6は、厚さ約250ÅのGaNからなる障壁層107
と、厚さ約30ÅのInGaNからなる第1の井戸層1
08とを3周期繰り返して成膜した後、同様の厚さ約2
50ÅのGaNからなる障壁層107と厚さ約30Åの
InGaNからなる第2の井戸層109とを成膜するこ
とにより形成される。n型クラッド層105側に近い第
1井戸層108は青色発光し、p型クラッド層110に
近い第2井戸層109は黄色発光する。なお、活性層1
06の両端はGaNであることが望ましい。
Next, the configuration of the active layer 106 having a multiple quantum well structure will be described in detail. Active layer 10 having multiple quantum well structure
6 is a barrier layer 107 made of GaN having a thickness of about 250 °.
And a first well layer 1 made of InGaN having a thickness of about 30 °
08 for three cycles, and then a similar thickness of about 2
It is formed by forming a barrier layer 107 made of 50 ° GaN and a second well layer 109 made of InGaN with a thickness of about 30 °. The first well layer 108 near the n-type cladding layer 105 emits blue light, and the second well layer 109 near the p-type cladding layer 110 emits yellow light. The active layer 1
It is desirable that both ends of 06 be GaN.

【0054】さらに、多重量子井戸構造の活性層106
の具体的な形成方法について説明する。MOCVD法を
用いて成膜温度1050℃で、原料ガスとしてTMGお
よびNH3、キャリアガスとしてH2を流すことによ
り、約250Åの厚さのGaN障壁層107を超格子層
105上に成膜する。
Further, the active layer 106 having a multiple quantum well structure
A specific method of forming will be described. By flowing TMG and NH 3 as source gases and H 2 as a carrier gas at a film forming temperature of 1050 ° C. by MOCVD, a GaN barrier layer 107 having a thickness of about 250 ° is formed on the superlattice layer 105.

【0055】続いて、原料ガスの流入を一旦止め、成膜
温度を800℃に調整した後、再び原料ガスとしてTM
G、TMI(トリメチルインジウム)およびNH3、キ
ャリアガスとしてN2を流すことにより、約30Åの厚
さのIn0.5Ga0.5Nを成膜する。
Subsequently, the flow of the raw material gas was stopped once, the film formation temperature was adjusted to 800 ° C., and TM gas was again used as the raw material gas.
By flowing G, TMI (trimethylindium), NH3, and N2 as a carrier gas, an In0.5Ga0.5N film having a thickness of about 30 DEG is formed.

【0056】その後、成膜温度を1050℃とし原料ガ
スとしてTMGおよびNH3、キャリアガスとしてH2
を流すことにより、約250Åの厚さのGaN障壁層1
07を第1井戸層108の上に成膜する。これを1周期
として3周期繰り返し積層する。
Thereafter, the film formation temperature was set to 1050 ° C., and TMG and NH 3 were used as source gases, and H 2 was used as a carrier gas.
GaN barrier layer 1 having a thickness of about 250 °
07 is formed on the first well layer 108. This is repeated as one cycle to repeat lamination for three cycles.

【0057】続いて、原料ガスの流入を一旦止め、成膜
温度を800℃に調整した後、再び原料ガスとしてTM
G、TMI(トリメチルインジウム)およびNH3、キ
ャリアガスとしてN2を流すことにより、約30Åの厚
さのIn0.8Ga0.2Nを成膜して第2の井戸層109を
形成する。第2井戸層109は、TMI(トリメチルイ
ンジウム)流量比を第1井戸層108を成膜する場合に
比ベて大きくすることにより、第1井戸層108よりも
多くInを含有するように形成されている。
Subsequently, the inflow of the source gas was stopped once, the film formation temperature was adjusted to 800 ° C., and TM was again used as the source gas.
By flowing G, TMI (trimethylindium), NH3, and N2 as a carrier gas, a second well layer 109 is formed by forming In0.8Ga0.2N to a thickness of about 30 DEG. The second well layer 109 is formed so as to contain more In than the first well layer 108 by increasing the flow rate ratio of TMI (trimethyl indium) as compared with the case where the first well layer 108 is formed. ing.

【0058】なお、発光層である井戸層108は、ノン
ドープ、あるいはMgやZnなどのアクセプタ不純物、
Siなどのドナー不純物を含有してもよい。さらには、
ドナー不純物およびアクセプタ不純物を同時に含有させ
ることもできる。
The well layer 108, which is a light emitting layer, is non-doped or acceptor impurity such as Mg or Zn.
It may contain a donor impurity such as Si. Moreover,
A donor impurity and an acceptor impurity can be simultaneously contained.

【0059】活性層106を成膜後、超格子構造を有す
るp型クラッド層110を形成する。厚さ約40ÅのM
gドープのAlGaN層と厚さ約25ÅのMgドープI
nGaN層とを成膜する。これを1周期として繰り返し
5周期成膜することにより、p型クラッド層110を形
成する。具体的には、MOCVD法により成膜温度を1
050℃とし、原料ガスとしてTMG、TMA(トリメ
チルアルミニウム)およびNH3、不純物ガスとしてC
2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)、そし
てキャリアガスとしてH2を流すことにより、厚さが約
40ÅのAlGaN層を成膜する。次に、原料ガスの流
入を一旦止め、成膜温度を850℃に調整した後に、再
び原料ガスとしてTMG、TMI、およびNH3、不純物
ガスとしてCp2Mg、そしてキャリアガスとしてN2
流すことにより、厚さ約25ÅのInGaN層を成膜す
る。これを5周期繰り返し、約325Åの厚さを有する
超格子構造のp型クラッド層110を成膜する。なお、
p型クラッド層110は、このように超格子構造を有し
ていてもよいが、AlGaNやAlBGaNなどの単層
構造を有していてもよい。
After forming the active layer 106, a p-type cladding layer 110 having a superlattice structure is formed. M about 40mm thick
g-doped AlGaN layer and Mg-doped I about 25 ° thick
An nGaN layer is formed. The p-type cladding layer 110 is formed by repeating this process as one cycle and forming five cycles. Specifically, the film formation temperature is set to 1 by the MOCVD method.
050 ° C., TMG, TMA (trimethylaluminum) and NH 3 as source gases, and C as an impurity gas.
By flowing p 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) and H 2 as a carrier gas, an AlGaN layer having a thickness of about 40 ° is formed. Next, once the inflow of the source gas is stopped, the film formation temperature is adjusted to 850 ° C., and then TMG, TMI, and NH 3 as the source gas, Cp 2 Mg as the impurity gas, and N 2 as the carrier gas flow again. To form an InGaN layer having a thickness of about 25 °. This is repeated five times to form a p-type cladding layer 110 having a superlattice structure having a thickness of about 325 °. In addition,
The p-type cladding layer 110 may have a superlattice structure as described above, or may have a single-layer structure such as AlGaN or AlBGaN.

【0060】そして、成膜温度を1050℃とし、原料
ガスとしてTMGおよびNH3、キャリアガスとして
2、そして不純物ガスとしてCp2Mgを流し、1×1
020/cm3のMg不純物濃度を有するGaN層であ
るp型コンタクト層111を、2.25μmの膜厚でp
型クラッド層110上に形成する。p型クラッド層11
0形成後、温度を室温まで下げ、窒素雰囲気中でウェー
ハを700℃でアニーリング処理し、p型層をさらに低
抵抗化する。
Then, the film formation temperature was set to 1050 ° C., TMG and NH 3 as source gases, H 2 as a carrier gas, and Cp 2 Mg as an impurity gas were flowed, and 1 × 1
The p-type contact layer 111, which is a GaN layer having a Mg impurity concentration of 020 / cm 3, is formed with a thickness of 2.25 μm.
It is formed on the mold cladding layer 110. p-type cladding layer 11
After the formation of 0, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.

【0061】アニーリング処理後、ウェーハを反応容器
から取り出し、所望の形状のマスクを最上層のp型コン
タクト層111の表面に形成し、RIE(反応性イオン
エッチング)装置でp型コンタクト層111側からエッ
チング処理を行い、p型およびn型半導体表面を露出さ
せる。
After the annealing treatment, the wafer is taken out of the reaction container, a mask having a desired shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer 111, and the mask is formed from the p-type contact layer 111 side by an RIE (reactive ion etching) apparatus. An etching process is performed to expose the p-type and n-type semiconductor surfaces.

【0062】エッチング処理後、スパッタリング装置に
よりp型コンタクト層111のほぼ全面に膜厚200Å
のNiとAuを含むp型電極112と、p型電極112
の上にボンディング用のAuよりなる0.5μmの膜厚
のp型パッド電極113と、を形成する。他方、エッチ
ング処理により露出したn型コンタクト層104上に、
WとAlとを含むn型電極114を形成する。最後に、
p型電極112の表面を保護するためにSiO2よりな
る絶縁層(図示せず)を保護膜として形成する。こうし
て形成された窒化物半導体ウェーハをスクライブライン
を引いた後、外力により分割し、発光素子として350
μm角のLEDチップを完成する。
After the etching process, the sputtering device is used to cover almost the entire surface of the p-type contact layer 111 with a film thickness of 200 Å.
P-type electrode 112 containing Ni and Au, and p-type electrode 112
A p-type pad electrode 113 made of Au for bonding and having a thickness of 0.5 μm is formed thereon. On the other hand, on the n-type contact layer 104 exposed by the etching process,
An n-type electrode 114 containing W and Al is formed. Finally,
In order to protect the surface of the p-type electrode 112, an insulating layer (not shown) made of SiO2 is formed as a protective film. After the scribe line is drawn on the nitride semiconductor wafer thus formed, it is divided by an external force, and 350
A μm square LED chip is completed.

【0063】このように、本発明の発光素子は、一般
に、多重量子井戸構造の活性層を有し、この活性層はI
nを含む窒化物半導体からなる第1井戸層108と第2
井戸層109を有する。このとき、第2井戸層109
は、第1井戸層108から放出される主ピーク波長より
も長波長の主ピーク波長を放出するものである。本発明
による井戸層は、Inを含む窒化物半導体として、例え
ば、InXAlYGa1-X-YN(0<X、0≦Y、X+Y≦
1)で形成され、好ましくは三元混晶のInXGa1-X
(0<X<1)で形成される。なぜなら、InGaAl
N等の他の窒化物半導体に比べて、InGaNは成膜表
面に凹部領域、または凹凸を有していても比較的良好な
結晶性を有する井戸層として形成されるためである。本
発明の多重量子井戸構造の活性層はさらに、第1井戸層
108、第2井戸層109もしくはその他の井戸層より
バンドギャップの大きな窒化物半導体よりなる障壁層1
07を有し、これら井戸層108、109とその間に挟
まれる障壁層107とを積層して形成される。障壁層1
07は、特に限定されないが、GaN、InGaN、A
lGaN等の材料により、井戸層108、109より厚
く、例えば数百Å程度の膜厚を有するように形成され
る。また、第1井戸層108および第2井戸層109の
膜厚としては、特に限定されないが、例えば100Å以
下の膜厚を有することが好ましく、さらに好ましくは7
0Å以下、最も好ましくは50Å以下の膜厚に調整す
る。100Åよりも厚いと、井戸層が弾性歪み限界以上
の膜厚となり、井戸層中に微少なクラック、あるいは結
晶欠陥が入りやすい。
As described above, the light emitting device of the present invention generally has an active layer having a multiple quantum well structure, and this active layer
The first well layer 108 made of a nitride semiconductor containing n
It has a well layer 109. At this time, the second well layer 109
Emits a main peak wavelength longer than the main peak wavelength emitted from the first well layer 108. The well layer according to the present invention may be a nitride semiconductor containing In, for example, In x Al Y Ga 1 -XYN (0 <X, 0 ≦ Y, X + Y ≦
1), preferably a ternary mixed crystal of In x Ga 1 -xN
(0 <X <1). Because InGaAl
This is because, compared to other nitride semiconductors such as N, InGaN is formed as a well layer having relatively good crystallinity even if it has a concave region or unevenness on the film formation surface. The active layer having a multiple quantum well structure of the present invention further includes a barrier layer 1 made of the first well layer 108, the second well layer 109, or a nitride semiconductor having a larger band gap than other well layers.
07, and are formed by laminating the well layers 108 and 109 and the barrier layer 107 interposed therebetween. Barrier layer 1
07 is not particularly limited, but GaN, InGaN, A
It is formed of a material such as lGaN so as to be thicker than the well layers 108 and 109, for example, to have a thickness of about several hundreds of mm. The thicknesses of the first well layer 108 and the second well layer 109 are not particularly limited, but are preferably, for example, 100 ° or less, more preferably 7 °.
The thickness is adjusted to 0 ° or less, most preferably 50 ° or less. If the thickness is more than 100 °, the thickness of the well layer exceeds the elastic strain limit, and minute cracks or crystal defects are likely to enter the well layer.

【0064】また、p型半導体およびn型半導体とし
て、特に限定されないが、例えば窒化物半導体からなる
p導電型およびn導電型の半導体を用いることができ
る。本発明の窒化物半導体の材料組成は、InXAlY
1-X-YN(0<X、0≦Y、X+Y≦1)と表され、上述
の通り、p型導電性またはn型導電性を有するように、
p型またはn型不純物をドープする。
The p-type semiconductor and the n-type semiconductor are not particularly limited. For example, p-type and n-type semiconductors made of a nitride semiconductor can be used. The material composition of the nitride semiconductor of the present invention is In x Al Y G
a 1-XY N (0 <X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and as described above, have p-type conductivity or n-type conductivity.
P-type or n-type impurities are doped.

【0065】発光ダイオードランプのリードフレーム
は、銀メッキした鉄入り銅で形成される。リードフレー
ムの一方は、LEDチップを配置するためのカップを有
するマウント・リードで、他方は、LEDチップの一方
の電極とワイヤを介して電気的に接続するインナー・リ
ードを有する。エポキシ樹脂を用いて、LEDチップを
マウント・リード上にダイボンディングした後、LED
チップのp電極およびn電極に直径35μmの金線ワイ
ヤの一方をボールボンディングし、他方をリードフレー
ムの先端にステッチボンディングする。これにより、L
EDチップの各電極とインナー・リードおよびマウント
・リードとをそれぞれ電気的に接続する。
The lead frame of the light emitting diode lamp is made of silver-plated iron-containing copper. One of the lead frames is a mount lead having a cup for disposing the LED chip, and the other has an inner lead electrically connected to one electrode of the LED chip via a wire. After the LED chip is die-bonded on the mount leads using epoxy resin,
One of a 35 μm-diameter gold wire is ball-bonded to the p-electrode and the n-electrode of the chip, and the other is stitch-bonded to the tip of the lead frame. Thus, L
Each electrode of the ED chip is electrically connected to the inner lead and the mount lead.

【0066】こうして得られた発光ダイオードランプに
20mA(Vf=3.5V)の順方向電流を流したとこ
ろ、図3に示すように、CIEの色度図上の座標が
(X、Y)=(0.333、0.314)で表され、色
温度が約6000Kである発光スペクトルを有する白色
光が得られる。このとき、第1および第2井戸層10
8、109から、各々約470nmおよび約575nm
の波長を有する発光が確認される。また、第2井戸層1
09が発する発光スペクトルは、第1井戸層108が発
する発光スペクトルに比べて半値幅が広く、演色性に優
れている。なお、本発明に係る発光素子は、異なる発光
スペクトルを発する井戸層が2つに限定されるものでは
なく、それ以上の井戸層を設けることもできる。これに
より、発光素子全体としてのスペクトル幅を広げること
ができる。
When a forward current of 20 mA (Vf = 3.5 V) was passed through the light emitting diode lamp thus obtained, the coordinates on the CIE chromaticity diagram were (X, Y) =, as shown in FIG. White light having an emission spectrum represented by (0.333, 0.314) and having a color temperature of about 6000K is obtained. At this time, the first and second well layers 10
From about 8,470 nm and about 575 nm, respectively
Emission having a wavelength of Also, the second well layer 1
The emission spectrum of 09 has a wider half-width than that of the emission spectrum of the first well layer 108 and has excellent color rendering properties. Note that the light emitting element according to the present invention is not limited to two well layers emitting different emission spectra, and more well layers can be provided. Thereby, the spectrum width of the entire light emitting element can be widened.

【0067】本発明の効果を実証するために、比較実験
を行った。つまり、第1および第2の井戸層108、1
09の積層順序を入れ替えて形成した以外は同様にし
て、発光ダイオードランプを形成した。この発光ダイオ
ードランプの輝度はより暗く、その発光色は青みがかっ
て見えた。これは、In含有量の多い第2発光層109
からの光度が減少し、第1井戸層108の結晶性が結晶
性のより悪い第2井戸層109に引きずられて悪化した
ために第1井戸層108の光度も低下したためと考えら
れる。
In order to demonstrate the effect of the present invention, a comparative experiment was performed. That is, the first and second well layers 108, 1
A light-emitting diode lamp was formed in the same manner except that the light-emitting diode lamp was formed by changing the stacking order of No. 09. The brightness of the light-emitting diode lamp was darker, and the emission color appeared bluish. This is because the second light emitting layer 109 having a high In content
It is considered that the luminous intensity of the first well layer 108 decreased because the crystallinity of the first well layer 108 deteriorated by being dragged by the second well layer 109 having poorer crystallinity.

【0068】(実施例2)次に、青色発光の第1井戸層
208を1層追加して、合計4層とした以外は実施例1
と同様にして、発光素子200を形成した。こうして得
られた発光素子200の発光色は、実施例1の発光素子
100に比べて色温度が上昇し青みがかって見えた。同
様に、青色発光する第1井戸層を2層追加して、合計5
層とした以外は実施例1と同様にして、形成した発光素
子の発光色はさらに青みがかって見えた。実施例1によ
る発光素子100(第1井戸層108が3層、第2井戸
層109が1層)および実施例2による発光素子200
(第1井戸層208が4層、第2井戸層209が1層)
が発する発光スペクトルの色度図上の座標を図3に示
す。すなわち、第1井戸層108および第2井戸層10
9の積層数比を調整することにより、希望するCIE色
度図座標および色温度を有する混色光を得ることができ
る。
(Example 2) Next, a first well layer 208 for emitting blue light was added to make a total of four layers.
The light emitting element 200 was formed in the same manner as described above. The light-emitting color of the light-emitting element 200 obtained in this manner was higher in color temperature and bluish than that of the light-emitting element 100 of Example 1. Similarly, by adding two first well layers that emit blue light, a total of 5
Except for the layer, the light-emitting element thus formed looked more bluish in the same manner as in Example 1. The light emitting device 100 according to the first embodiment (three first well layers 108 and one second well layer 109) and the light emitting device 200 according to the second embodiment
(Four first well layers 208 and one second well layer 209)
FIG. 3 shows the coordinates on the chromaticity diagram of the emission spectrum emitted from. That is, the first well layer 108 and the second well layer 10
By adjusting the ratio of the number of layers of 9, the mixed color light having the desired CIE chromaticity diagram coordinates and color temperature can be obtained.

【0069】(実施例3)第1井戸層108を挟む障壁
層107の厚みをそれぞれ約250Åから約300Åと
した以外は実施例1と同様にして、発光素子100を形
成した。こうして得られた発光素子100に順方向電流
を流したところ、第2井戸層109が発する光の強度は
ほぼ同じであるのに対し、第1井戸層108が発する光
の強度は増加した。
Example 3 A light emitting device 100 was formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the barrier layer 107 sandwiching the first well layer 108 was changed from about 250 ° to about 300 °, respectively. When a forward current was applied to the light emitting element 100 thus obtained, the intensity of light emitted from the second well layer 109 was almost the same, but the intensity of light emitted from the first well layer 108 increased.

【0070】(実施例4)第2井戸層109を挟む障壁
層107の厚みをそれぞれ約250Åから約200Åと
した以外は実施例1と同様にして、発光素子100を形
成する。こうして得られた発光素子100に順方向電流
を流したところ、第1井戸層108が発する発光強度は
ほぼ同じであるのに対し、第2井戸層109が発する発
光強度は減少する。実施例3および4により、障壁層1
07の厚みを制御することにより、各発光色光度比を制
御して、希望の演色性を有する光源を容易に得ることが
できる。
Example 4 A light emitting device 100 is formed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the barrier layers 107 sandwiching the second well layer 109 is changed from about 250 ° to about 200 °, respectively. When a forward current is applied to the light emitting element 100 thus obtained, the light emission intensity emitted from the first well layer 108 is substantially the same, while the light emission intensity emitted from the second well layer 109 is reduced. According to Examples 3 and 4, the barrier layer 1
By controlling the thickness of 07, the luminous intensity ratio of each emission color can be controlled to easily obtain a light source having a desired color rendering property.

【0071】(実施例5)第2井戸層109の発光スペ
クトルの半値幅を、実施例1の第2井戸層109よりも
広くすること以外は実施例1と同様にして、発光素子を
形成する。具体的には、実施例1では800℃に調整し
た成膜温度を810℃に上げると共に、実施例1で用い
たTMIガスをより多く流して、第2井戸層109を成
膜する。一般に、成膜温度を上げた場合、主波長ピーク
波長は短波長側に移動し、In材料ガスを多くした場
合、主ピーク波長は反対に短波長側に移動する。さらに
いずれの場合も、こうして成膜された第2井戸層109
の発光スペクトル分布は、よりブロードになる。つまり
発光スペクトルの半値幅が広くなる。上記の通り、成膜
温度を800℃から810℃にしたことにより、第2井
戸層109の主ピーク波長が短波長側に移動したことを
補完するようにTMI流量を上げると、主ピーク波長を
変えることなく、発光スペクトルの半値幅だけを広くす
ることができる。図4は本発明の実施例1の発光スペク
トル分布を示し、図5は本実施例5の発光スペクトル分
布を示す。
(Example 5) A light emitting element is formed in the same manner as in Example 1 except that the half value width of the emission spectrum of the second well layer 109 is wider than that of the second well layer 109 of Example 1. . Specifically, in the first embodiment, the film formation temperature adjusted to 800 ° C. is increased to 810 ° C., and the TMI gas used in the first embodiment is made to flow more to form the second well layer 109. In general, when the deposition temperature is increased, the main wavelength peak wavelength shifts to the shorter wavelength side, and when the In material gas is increased, the main peak wavelength shifts to the shorter wavelength side. Further, in any case, the second well layer 109 thus formed is formed.
Has a broader emission spectrum distribution. That is, the half width of the emission spectrum is widened. As described above, by increasing the TMI flow rate so as to complement the fact that the main peak wavelength of the second well layer 109 has shifted to the shorter wavelength side by setting the film formation temperature from 800 ° C. to 810 ° C., the main peak wavelength is reduced. Without changing, it is possible to widen only the half width of the emission spectrum. FIG. 4 shows the emission spectrum distribution of Example 1 of the present invention, and FIG. 5 shows the emission spectrum distribution of Example 5.

【0072】このように成膜温度を上げたり、活性層の
厚くしたり、または不純物を添加したりすることによっ
ても、発光スペクトルの半値幅を広げることができ、必
要に応じて、これらを適宜組み合わせることもできる。
By increasing the film forming temperature, increasing the thickness of the active layer, or adding impurities, the half width of the emission spectrum can be increased. They can be combined.

【0073】(発明の実施の形態2)本発明の実施の形
態2は、本実施の形態1の発光素子において、第2井戸
層の凹凸を第2井戸層のそれよりも大きくするか、また
は第2井戸層の平均膜厚の半分以下の膜厚を有する凹部
領域で占められる度合いを10%以上とすることによ
り、所望の演色性を有する高効率な発光を可能にするも
のである。
(Embodiment 2) In Embodiment 2 of the present invention, in the light emitting device of Embodiment 1, the unevenness of the second well layer is made larger than that of the second well layer, or By setting the degree occupied by the concave region having a thickness equal to or less than half of the average thickness of the second well layer to 10% or more, highly efficient light emission having desired color rendering properties is enabled.

【0074】実施例1で形成した発光素子の井戸層が有
する凹凸の度合いを評価する手法の一例について説明す
る。
An example of a method for evaluating the degree of unevenness of the well layer of the light emitting device formed in Embodiment 1 will be described.

【0075】まず、実施例1で形成した発光素子100
の井戸層108、109につき、層厚方向に垂直な方向
で切断した断面を走査型電子顕微鏡などにより観察す
る。図6に示すように、対象となる井戸層107または
108は、その平均膜厚の半分以下の膜厚を有する部分
的に薄い凹部Dを含む。この凹部Dの長さの総和Sを特
定の範囲(長さL)について測定する。そして特定範囲
における凹部領域が占める度合い(井戸層が有する凹凸
の度合い)Rが、式R=S/Lで求められる。ここで、
測定する領域(長さL)は、短くとも1μm程度あれば
充分であるが、10μm以上程度あれば、さらに再現性
よく凹凸の度合いRを計測でき、好ましい。また、平均
膜厚は、上記測定範囲Lにおける井戸層の平均膜厚を求
めれば足り、これを素子全体における井戸層の平均膜厚
として用いてもよい。さらに井戸層が有する凹凸の度合
いRは、一般に、発光素子全体で一様と考えられるか
ら、任意の切断面において計測することができる。
First, the light emitting device 100 formed in Example 1
The cross section of the well layers 108 and 109 cut in a direction perpendicular to the layer thickness direction is observed by a scanning electron microscope or the like. As shown in FIG. 6, the target well layer 107 or 108 includes a partially thin concave portion D having a thickness equal to or less than half of the average thickness. The total sum S of the lengths of the concave portions D is measured for a specific range (length L). Then, the degree R occupied by the concave region in the specific range (the degree of unevenness of the well layer) R is obtained by the equation R = S / L. here,
It is sufficient if the area (length L) to be measured is at least about 1 μm, but if it is at least about 10 μm, the degree R of the unevenness can be measured with better reproducibility, which is preferable. Further, the average thickness is sufficient if the average thickness of the well layer in the measurement range L is sufficient, and this may be used as the average thickness of the well layer in the entire device. Furthermore, since the degree R of the unevenness of the well layer is generally considered to be uniform in the entire light emitting element, it can be measured on an arbitrary cut surface.

【0076】ここで実際に、実施例1で形成した発光素
子の第2井戸層108について、凹凸の度合いRを計測
したところ、0.15であった。
Here, when the degree R of the unevenness of the second well layer 108 of the light emitting device formed in Example 1 was actually measured, it was 0.15.

【0077】(実施例6)第2井戸層108を形成する
際、実施例1よりわずかに成膜速度を上げたところ、そ
の凹凸の度合いRが0.2となった。つまり、凹凸の度
合いRが0.2であることを除いて、実施例1と同様の
発光素子を得た。得られた発光素子100によれば、第
2井戸層109が発する黄色光の光度に対する、第1井
戸層108が発する青色光の光度の比が、実施例1に比
べてわずかに大きくなっていた。また、得られた発光素
子100の発光効率については、ほぼ同等なものであっ
た。
(Example 6) When forming the second well layer 108, the film formation rate was slightly increased from that in Example 1, and the degree R of the unevenness became 0.2. That is, a light-emitting device similar to that of Example 1 was obtained except that the degree R of unevenness was 0.2. According to the obtained light emitting device 100, the ratio of the luminous intensity of the blue light emitted by the first well layer 108 to the luminous intensity of the yellow light emitted by the second well layer 109 was slightly larger than that in the first embodiment. . The luminous efficiencies of the obtained light-emitting elements 100 were almost the same.

【0078】(実施例7)青色光を発光する第1井戸層
108の成膜温度を変えて、実施例1と同様にして発光
素子を形成する。一般に、より高い成膜温度で形成する
と、井戸層の凹凸の度合いは大きくなる傾向がある。第
1井戸層108を、成膜温度を830℃に設定した後
に、再び原料ガスとしてTMG、TMI、およびN
3、そしてキャリアガスとして窒素ガスを流して、成
膜速度2Å/secで厚さ約30ÅのIn 0.5Ga0.5
を成膜する。これを3回繰り返しInの含有量が少ない
第1井戸層108を形成する。
(Embodiment 7) First well layer emitting blue light
The light emission was performed in the same manner as in Example 1 except that the film formation temperature of Example 108 was changed.
An element is formed. Generally formed at higher deposition temperature
Then, the degree of unevenness of the well layer tends to increase. No.
After setting the deposition temperature of one well layer 108 to 830 ° C.
Again, TMG, TMI and N
HThreeAnd nitrogen gas as carrier gas
At a film speed of 2 ° / sec and a thickness of about 30 ° 0.5Ga0.5N
Is formed. This is repeated three times and the content of In is small.
A first well layer 108 is formed.

【0079】このとき、第1井戸層108は、第2井戸
層109と同様に両側表面に凹凸を有し、その凹部領域
の占める割合Rが0.1となる。また、このとき発光素
子100は、実施例1とほぼ同等の良好な発光効率を有
する。しかも、青色光と黄色光との光度比に関し、素子
間のばらつきが少なく、その結果、再現性よく所望の演
色性を有する白色光源を提供することができる。
At this time, the first well layer 108 has irregularities on both sides similarly to the second well layer 109, and the ratio R of the concave region is 0.1. Further, at this time, the light emitting element 100 has the same good luminous efficiency as that of the first embodiment. In addition, a variation in the luminous intensity ratio between the blue light and the yellow light between the elements is small, and as a result, a white light source having desired color rendering with good reproducibility can be provided.

【0080】(実施例8)図7で示すように、実施例7
ではIn0.5Ga0.5Nからなる第1井戸層308が3層
であったものを、2層追加して合計5層とすること以
外、実施例7と同様にして発光素子300を形成する。
このとき第2井戸層309の凹凸は、第1井戸層308
よりも大きい。この発光素子300は、実施例2の第1
井戸層207が4層のものに比べて更に青みがかって見
える。本実施例8の発光素子300の発光効率は、実施
例2に比べて向上しており、また各井戸層308、30
9からの発光の強度も向上しており、特に第1井戸層3
08からの発光が大きく向上する。加えて、第1および
第2井戸層からの発光の強度比も実施例7に比べて安定
するので、再現性よく所望の演色性を有する白色発光素
子を得ることができる。
(Embodiment 8) As shown in FIG.
In this embodiment, the light emitting element 300 is formed in the same manner as in Example 7, except that the first well layer 308 made of In 0.5 Ga 0.5 N has three layers, and the total number of layers is five in total by adding two layers.
At this time, the unevenness of the second well layer 309 is
Greater than. This light emitting element 300 is the first light emitting element of the second embodiment.
The well layer 207 looks more bluish than that of the four layers. The luminous efficiency of the light emitting element 300 of the eighth embodiment is higher than that of the second embodiment.
9, the intensity of light emission from the first well layer 3 is increased.
Light emission from 08 is greatly improved. In addition, since the intensity ratio of the light emitted from the first and second well layers is more stable than that of Example 7, it is possible to obtain a white light emitting device having desired color rendering with good reproducibility.

【0081】(実施例9)次に、実施例8とは逆に、第
1井戸層308の凹凸が、第2井戸層309よりも大き
くなるようにして、実施例8と同様の発光素子を形成す
る。すなわち、凹部領域の占める割合Rの値0.2であ
る第1井戸層308と、凹部領域の占める割合Rの値
0.4である第2井戸層309と、を含む発光層を有す
る発光素子300を形成する。
(Embodiment 9) Contrary to Embodiment 8, a light emitting device similar to that of Embodiment 8 was manufactured by making the irregularities of the first well layer 308 larger than that of the second well layer 309. Form. That is, a light emitting element having a light emitting layer including the first well layer 308 having a ratio R of 0.2 of the recessed region and the second well layer 309 having a ratio R of 0.4 of the recessed region. Form 300.

【0082】この発光素子300は、実施例8に比べて
その発光効率が大幅に低下し、また実施例1の発光素子
100と比較しても低くなる。さらに、第1および第2
井戸層308、309からの光の光度比が発光素子ごと
で大きくばらつき、再現性よく所望の演色性を有する白
色光を得ることが困難となる。
The luminous efficiency of the light emitting device 300 is greatly reduced as compared with the eighth embodiment, and also lower than that of the light emitting device 100 of the first embodiment. In addition, the first and second
The luminous intensity ratio of the light from the well layers 308 and 309 greatly varies from one light emitting element to another, making it difficult to obtain white light having desired color rendering with good reproducibility.

【0083】(実施例10)実施例8と同様にして、凹
部領域の占める割合Rの値が0.05である第1井戸層
308と、凹部領域の占める割合Rの値が0.08であ
る第2井戸層309と、を含む活性層306を有する発
光素子を形成する。このとき、5層からなる第1井戸層
308について、各々層厚を測定すると、いずれもRの
値は約0.05であって、第1井戸層308の間でほぼ
同等となる。またこのとき、この発光素子300の断面
において、第1井戸層308が第2井戸層309より凹
凸が明らかに小さいことが容易に観察されるので、必ず
しもRの値を精確に計測する必要はない。
(Embodiment 10) In the same manner as in the eighth embodiment, the first well layer 308 in which the value of the ratio R of the recessed region is 0.05, and the value of the ratio R in the recessed region is 0.08. A light emitting element having an active layer 306 including a certain second well layer 309 is formed. At this time, when the thickness of each of the five first well layers 308 is measured, the value of R is about 0.05 in each case, and the values are almost equal between the first well layers 308. At this time, in the cross section of the light emitting element 300, it is easy to observe that the first well layer 308 is clearly smaller in unevenness than the second well layer 309, so that it is not always necessary to accurately measure the value of R. .

【0084】得られた発光素子300は、実施例8と同
様に良好な発光を示し、発光効率はわずかに劣るが、許
容できるものであり、得られる混色光の演色性も満足で
きるものである。したがって、第1および第2井戸層の
凹凸の大きさよりも、各井戸層間の凹凸の大小関係が、
発光素子の特性により大きい影響を与えることが理解さ
れる。
The obtained light emitting device 300 shows good light emission as in Example 8, and the luminous efficiency is slightly inferior, but acceptable, and the color rendering of the obtained mixed color light is satisfactory. . Therefore, the magnitude relationship between the concavities and convexities between the well layers is larger than the magnitude of the concavities and convexities in the first and second well layers.
It is understood that the characteristics of the light emitting device are greatly affected.

【0085】(発明の実施の形態3)本発明の実施の形
態3は、本実施の形態1の発光素子において、第1およ
び第2井戸層上に、AlzGa1-zN(0<z<1)から
なる第1障壁層と、GaNからなる第2障壁層を形成す
ることにより、順方向電圧Vfを下げるるとともに発光
効率をあげることを目的とする。
(Embodiment 3) In Embodiment 3 of the present invention, in the light emitting device of Embodiment 1, Al z Ga 1 -z N (0 <) is formed on the first and second well layers. By forming a first barrier layer made of z <1) and a second barrier layer made of GaN, an object is to lower the forward voltage Vf and increase luminous efficiency.

【0086】(実施例11)図8を参照しながら説明す
る。
(Embodiment 11) A description will be given with reference to FIG.

【0087】実施例1と同様の装置を用いて、本発明に
係る他の実施の形態の発光素子400を形成する。この
発光素子400は、概略、活性層401と、これを挟む
n型半導体層402およびp型半導体層403から構成
される。
A light emitting device 400 according to another embodiment of the present invention is formed by using the same apparatus as in the first embodiment. The light-emitting element 400 generally includes an active layer 401, and an n-type semiconductor layer 402 and a p-type semiconductor layer 403 sandwiching the active layer 401.

【0088】n型半導体層402は、サファイア基板4
11、GaNからなるバッファ層412、アンドープの
GaN層413aおよびSiドープのGaN層413b
を交互に5層繰り返し積層してなるn型コンタクト層4
13、SiドープのInGaNからなるn型クラッド層
414を順次積層して形成される。なお、n型コンタク
ト層413の最上層のSiドープのGaN層413bの
上にn型電極436を形成する。
The n-type semiconductor layer 402 is formed on the sapphire substrate 4
11. GaN buffer layer 412, undoped GaN layer 413a and Si-doped GaN layer 413b
N-type contact layer 4 formed by alternately repeating five layers
13. An n-type cladding layer 414 made of Si-doped InGaN is sequentially laminated. Note that an n-type electrode 436 is formed on the uppermost Si-doped GaN layer 413b of the n-type contact layer 413.

【0089】p型半導体層403は、MgドープのIn
GaNからなる第1のp型クラッド層431、Mgドー
プのAlGaNからなる第2のp型クラッド層432、
MgドープのGaNからなるp型コンタクト層433を
順次積層して構成される。また、pコンタクト層433
の上にp型電極434を形成する。
The p-type semiconductor layer 403 is made of Mg-doped In.
A first p-type cladding layer 431 made of GaN, a second p-type cladding layer 432 made of Mg-doped AlGaN,
The p-type contact layer 433 made of Mg-doped GaN is sequentially laminated. Also, the p contact layer 433
A p-type electrode 434 is formed on the substrate.

【0090】活性層401は、n型コンタクト層414
に近いInGaNからなる第1井戸層416と、p型コ
ンタクト層に近いInGaNからなる第2井戸層420
を含む多重量子井戸構造を有する。第2井戸層420
は、第1井戸層416よりも大きいIn組成を有する。
特に、本実施形態3では、第1井戸層416上にAlG
aNからなる第1障壁層417およびGaNからなる第
2障壁層418を形成する。同様に、第2井戸層420
上にAlGaNからなる第1障壁層421およびGaN
からなる第2障壁層422を形成する。第1障壁層41
7および421は、主として電子を止めるバリア層とし
て機能し、第2障壁層418および422は、主として
その上に形成させる井戸層の下地層として機能する。こ
のような組成の異なる複数の障壁層を井戸層上に形成す
ることにより、結晶性が向上しVfが下がる。このよう
な第1および第2の障壁層は、単一量子井戸構造の活性
層を有する発光素子、あるいは実質的に同じIn量を含
む多重量子井戸構造の発光素子においても有効で、その
結果、高い結晶性、低いVfを有し、高出力発光可能な
発光素子を提供することができる。ただし、主ピーク波
長が黄色より長波長側で発光するInを含む窒化物化合
物半導体を結晶性良く形成することが難しいため、例え
ば、青色光が発光可能な第1井戸層416と、黄色光が
発光可能な第2井戸層420と、を組み合わせた白色発
光素子を形成する上で、第1および第2の障壁層は、顕
著な効果を奏す。なお、Al組成比が0.3以上である
第1障壁層は、結晶性の点からもより効果が大きい。こ
こでは、Al組成比を0.5としてある。
The active layer 401 has an n-type contact layer 414
Well layer 416 made of InGaN close to p-type and second well layer 420 made of InGaN close to p-type contact layer
Having a multiple quantum well structure. Second well layer 420
Has a larger In composition than the first well layer 416.
Particularly, in the third embodiment, AlG is formed on the first well layer 416.
A first barrier layer 417 made of aN and a second barrier layer 418 made of GaN are formed. Similarly, the second well layer 420
First barrier layer 421 made of AlGaN and GaN
A second barrier layer 422 is formed. First barrier layer 41
The layers 7 and 421 mainly function as barrier layers for stopping electrons, and the second barrier layers 418 and 422 mainly function as base layers for well layers formed thereon. By forming a plurality of barrier layers having different compositions on the well layer, the crystallinity is improved and Vf is reduced. Such first and second barrier layers are also effective in a light emitting device having an active layer having a single quantum well structure or a light emitting device having a multiple quantum well structure containing substantially the same amount of In. A light-emitting element having high crystallinity, low Vf, and capable of high-output light emission can be provided. However, since it is difficult to form a nitride-containing compound semiconductor containing In that emits light at a longer wavelength side than yellow with a main peak wavelength with good crystallinity, for example, the first well layer 416 that can emit blue light and the yellow light are The first and second barrier layers have a remarkable effect in forming a white light emitting element in combination with the second well layer 420 capable of emitting light. It should be noted that the first barrier layer having an Al composition ratio of 0.3 or more is more effective from the viewpoint of crystallinity. Here, the Al composition ratio is set to 0.5.

【0091】この活性層401は、第1井戸層416、
第1障壁層417、および第2障壁層418を4周期繰
り返して成膜し、その上に第2井戸層420、第1障壁
層421、および第2障壁層422を積層して、形成さ
れる。第1および第2井戸層416、420は、InG
aNからなり、In組成比を制御することにより所望の
波長を有する光を発することができる。例えば、第1井
戸層416が約480nmの主ピーク波長の青色光を発
し、第2井戸層420が約580nmの主ピーク波長の
黄色光を発するように各々のIn組成比を制御してもよ
い。第1および第2井戸層416、420は、約30Å
の厚さを有し、第1および第2障壁層417、421、
および418、422は、約300Åの厚さを有する。
The active layer 401 includes a first well layer 416,
The first barrier layer 417 and the second barrier layer 418 are formed by repeating four cycles, and the second barrier layer 420, the first barrier layer 421, and the second barrier layer 422 are stacked thereon. . The first and second well layers 416 and 420 are made of InG
Light having a desired wavelength can be emitted by controlling the In composition ratio of aN. For example, the respective In composition ratios may be controlled such that the first well layer 416 emits blue light having a main peak wavelength of about 480 nm and the second well layer 420 emits yellow light having a main peak wavelength of about 580 nm. . The first and second well layers 416, 420 are about 30 °
And the first and second barrier layers 417, 421,
And 418, 422 have a thickness of about 300 °.

【0092】以下、発光素子400の形成方法について
詳述する。
Hereinafter, a method for forming the light emitting element 400 will be described in detail.

【0093】MOCVD法により窒化物半導体を成膜し
て発光素子400を形成する。まず、洗浄した2インチ
のサファイア(C面)よりなる基板411をMOCVD
装置の反応容器内にセットする。反応容器を真空化しつ
つ、H2を流して容器内をH2で十分置換した後、基板
温度を1050℃まで上昇させて、基板411をクリー
ニングする。なお、半導体基板411としては、C面サ
ファイアの他、R面、A面を主面とするサファイア、ス
ピネル(MgAl24)のような絶縁性基板、SiC
(6H、4H、3Cを含む)、Si、ZnO、GaA
s、およびGaNなどの材料を用いることができる。
A light emitting element 400 is formed by forming a nitride semiconductor film by the MOCVD method. First, a substrate 411 made of cleaned 2-inch sapphire (C-plane) is subjected to MOCVD.
Set in the reaction vessel of the device. After evacuating the reaction vessel and flowing H 2 to sufficiently replace the inside of the vessel with H 2, the substrate temperature is raised to 1050 ° C. to clean the substrate 411. As the semiconductor substrate 411, in addition to C-plane sapphire, sapphire having an R-plane or an A-plane as a main surface, an insulating substrate such as spinel (MgAl 2 O 4 ), SiC
(Including 6H, 4H, 3C), Si, ZnO, GaAs
Materials such as s and GaN can be used.

【0094】次に、成膜温度を510℃まで下げTMG
(トリメチルガリウム)、NH3を原料ガス、H2をキャ
リアガスとして供給し、厚さ約150ÅのGaN層をサ
ファイア基板411上に成膜して、バッファ層412を
形成する。なお、バッファ層412はGaNの他、Al
NやGaAlNなどの材料を利用することができる。
Next, the film formation temperature was lowered to 510 ° C.
A buffer layer 412 is formed by supplying (trimethylgallium), NH 3 as a source gas and H 2 as a carrier gas, and forming a GaN layer having a thickness of about 150 ° on the sapphire substrate 411. The buffer layer 412 is made of Al, in addition to GaN.
Materials such as N and GaAlN can be used.

【0095】続いて、原料ガスの流入を一旦止め、キャ
リアガスを流しながら、基板温度を1050℃に上げ
る。成膜温度が安定した後、原料ガスとしてTMGおよ
びNH 3、キャリアガスとしてH2を流し、アンドープの
GaN層413aをバッファ層412上に積層する。そ
して、成膜温度を1050℃に維持したまま、原料ガス
としてTMGおよびNH3、キャリアガスとしてH2、不
純物ガスとしてSiH4を流し、SiがドープされたG
aN層413bをアンドープGaN層413aの上に成
膜する。アンドープのGaN層413aおよびSiドー
プのGaN層413bを交互に5層積層して約4μmの
コンタクト層413を形成する。
Subsequently, the flow of the raw material gas is temporarily stopped, and
Increase substrate temperature to 1050 ° C while flowing rear gas
You. After the deposition temperature has stabilized, TMG and
And NH Three, H as a carrier gasTwoAnd undoped
The GaN layer 413a is stacked on the buffer layer 412. So
While maintaining the film forming temperature at 1050 ° C., the raw material gas
As TMG and NHThree, H as a carrier gasTwo, Not
SiH as pure gasFourAnd Si doped G
An aN layer 413b is formed on the undoped GaN layer 413a.
Film. Undoped GaN layer 413a and Si dopant
GaN layers 413b are alternately laminated in five layers to a thickness of about 4 μm.
A contact layer 413 is formed.

【0096】続いて、原料ガスの流入を止め、成膜温度
800℃に下げる。温度が安定した後、原料ガスとして
TMG、TMI、NH3、キャリアガスとしてH2、不純
物ガスとしてSiH4を流し、SiをドープしたInG
aNからなるクラッド層414をSiドープのn型Ga
N層上413bの上に形成する。
Subsequently, the flow of the raw material gas is stopped, and the film forming temperature is lowered to 800 ° C. After the temperature is stabilized, TMG, TMI, NH 3 as a source gas, H 2 as a carrier gas, SiH 4 as an impurity gas are flowed, and InG doped with Si is used.
The cladding layer 414 made of aN is made of Si-doped n-type Ga
It is formed on the N layer 413b.

【0097】次に、多重量子井戸構造の活性層401を
SiドープのInGaN層414の上に形成する。MO
CVD法を用いて、成膜温度を1050℃にし、原料ガ
スとしてTMGおよびNH3、キャリアガスとしてH2
および不純物ガスとしてSiH4ガスを流しながら成膜
し、n型InGaNのクラッド層414上に約200Å
厚のn型GaN層415を成膜させる。
Next, an active layer 401 having a multiple quantum well structure is formed on the Si-doped InGaN layer 414. MO
Using a CVD method, the film formation temperature was set to 1050 ° C., TMG and NH 3 as source gases, H 2 as a carrier gas,
And a film is formed while flowing SiH 4 gas as an impurity gas, and about 200 ° C. is formed on the n-type InGaN cladding layer 414.
A thick n-type GaN layer 415 is formed.

【0098】次に、原料ガスの流入を一旦止め、成膜温
度を750℃に変更した後に、再び原料ガスとしてTM
G、TMI、NH3、キャリアガスとしてN2を流して、
約30Å厚のInGaNからなる第1井戸層416を成
膜する。
Next, once the inflow of the source gas is stopped and the film forming temperature is changed to 750 ° C., TM
G, TMI, NH 3 , N 2 as a carrier gas,
A first well layer 416 made of InGaN having a thickness of about 30 ° is formed.

【0099】その後、成膜温度を800℃に設定し、原
料ガスとしてTMG、TMAおよびNH3、キャリアガ
スとしてH2を流しながら成膜し、約30Å厚の第1障
壁層417を成膜する。
Thereafter, the film formation temperature is set to 800 ° C., film formation is performed while flowing TMG, TMA and NH 3 as source gases and H 2 as a carrier gas, and a first barrier layer 417 having a thickness of about 30 ° is formed. .

【0100】続いて、原料ガスを止め、キャリアガスの
みを流し、成膜温度を1000℃に上げる。その後、原
料ガスとしてTMGおよびNH3、キャリアガスとして
2を流しながら、約300Å厚のGaNからなる第2
障壁層418を成膜する。
Subsequently, the source gas is stopped, only the carrier gas is flowed, and the film forming temperature is raised to 1000 ° C. Then, while flowing TMG and NH 3 as source gases and H 2 as a carrier gas, a second layer of GaN having a thickness of about 300 ° was formed.
A barrier layer 418 is formed.

【0101】同様にして、第1井戸層416、第1障壁
層417、および第2障壁層418を順に各々4層繰り
返して成膜する。
Similarly, the first well layer 416, the first barrier layer 417, and the second barrier layer 418 are sequentially formed by repeating four layers each.

【0102】続いて、同様にして第2井戸層420を形
成する。ただし、第1井戸層416については4層形成
されるのに対して、第2井戸層420については1層し
か形成されない。また、第2井戸層420は、580n
mの主ピーク波長を有する光を発するようにIn組成比
を制御したこと以外は、第1井戸層416と同様の層構
成を有する。
Subsequently, a second well layer 420 is formed in the same manner. However, while the first well layer 416 is formed with four layers, the second well layer 420 is formed with only one layer. In addition, the second well layer 420 has 580 n
It has the same layer configuration as the first well layer 416, except that the In composition ratio is controlled so as to emit light having a main peak wavelength of m.

【0103】活性層401を形成した後、InGaNか
らなるp型第1のクラッド層431を形成する。p型第
1クラッド層431は、Mgドープのp型InGaNか
らなり、厚さ約200Åを有する。MOCVD法を用い
て、成膜温度を1050℃に設定し、原料ガスとしてT
MG、TMI、およびNH3、不純物ガスとしてCp2
Mg、キャリアガスとしてH2を流して、InGaNか
らなるp型第1クラッド層431を成膜する。
After forming the active layer 401, a p-type first cladding layer 431 made of InGaN is formed. The p-type first cladding layer 431 is made of Mg-doped p-type InGaN and has a thickness of about 200 °. Using the MOCVD method, the deposition temperature was set at 1050 ° C.
MG, TMI and NH 3 , Cp2 as impurity gas
The p-type first cladding layer 431 made of InGaN is formed by flowing Mg and H 2 as a carrier gas.

【0104】p型第1クラッド層431を形成した後、
AlGaNからなるp型第2のクラッド層432を形成
する。p型第1クラッド層432は、Mgドープのp型
AlGaNからなり、厚さ約200Åを有する。成膜温
度を1050℃に維持し、原料ガスとしてTMG、TM
A、およびNH3、不純物ガスとしてCp2Mg、キャリ
アガスとしてH2を流して、AlGaNからなるp型第
1クラッド層を成膜する。
After forming the p-type first cladding layer 431,
A p-type second cladding layer 432 made of AlGaN is formed. The p-type first cladding layer 432 is made of Mg-doped p-type AlGaN and has a thickness of about 200 °. The film formation temperature was maintained at 1050 ° C., and TMG, TM
A, NH 3 , Cp 2 Mg as an impurity gas, and H 2 as a carrier gas flow to form a p-type first cladding layer made of AlGaN.

【0105】そして、成膜温度をそのまま1050℃と
し、原料ガスとしてTMGおよびNH3、キャリアガス
としてH2、そして不純物ガスとしてCp2Mgを流し、
GaNからなるp型コンタクト層433を約3000Å
の膜厚で第2p型クラッド層432上に形成する。p型
コンタクト層433形成後、温度を室温まで下げ、窒素
雰囲気中でウェーハを700℃でアニーリング処理し、
p型層をさらに低抵抗化する。
Then, the film formation temperature was kept at 1050 ° C., TMG and NH 3 as source gases, H 2 as carrier gas, and Cp 2 Mg as impurity gas were passed.
The p-type contact layer 433 made of GaN has a thickness of about 3000
Is formed on the second p-type cladding layer 432 with a thickness of After forming the p-type contact layer 433, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere.
The resistance of the p-type layer is further reduced.

【0106】アニーリング処理後、ウェーハを反応容器
から取り出し、所望の形状のマスクを最上層の第2p型
コンタクト層433の表面に形成し、RIE(反応性イ
オンエッチング)装置でp型コンタクト層433側から
エッチング処理を行い、p型およびn型半導体表面を露
出させる。
After the annealing treatment, the wafer is taken out of the reaction vessel, a mask having a desired shape is formed on the surface of the uppermost second p-type contact layer 433, and the p-type contact layer 433 side is formed by an RIE (reactive ion etching) apparatus. To expose the p-type and n-type semiconductor surfaces.

【0107】エッチング処理後、スパッタリング装置に
より第2p型コンタクト層433のほぼ全面に膜厚20
0ÅのNiとAuを含むp型電極434と、p型電極4
34の上にボンディング用のAuよりなる0.5μmの
膜厚のp型パッド電極435と、を形成する。他方、エ
ッチング処理により露出したn型コンタクト層413a
上に、WとAlとを含むn型電極436を形成する。最
後に、p型電極435の表面を保護するためにSiO2
よりなる絶縁層(図示せず)を保護膜として形成する。
こうして形成された窒化物半導体ウェーハをスクライブ
ラインを引いた後、外力により分割し、発光素子として
350μm角のLEDチップを完成する。
After the etching process, a film thickness of 20 is formed on almost the entire surface of the second p-type contact layer 433 by a sputtering apparatus.
A p-type electrode 434 containing 0% Ni and Au, and a p-type electrode 4
A p-type pad electrode 435 made of Au for bonding and having a thickness of 0.5 μm is formed on. On the other hand, the n-type contact layer 413a exposed by the etching process
An n-type electrode 436 containing W and Al is formed thereon. Finally, to protect the surface of the p-type electrode 435, SiO2
An insulating layer (not shown) is formed as a protective film.
After the scribe line is drawn on the nitride semiconductor wafer thus formed, it is divided by an external force to complete an LED chip of 350 μm square as a light emitting element.

【0108】発光ダイオードランプのリードフレーム
は、銀メッキした鉄入り銅で形成される。リードフレー
ムは、一端部において、カップを有するマウント・リー
ドを有し、他端部において、マウント・リードに配置す
るLEDチップの一方の電極とワイヤを介して電気的に
接続するインナー・リードを有する。エポキシ樹脂を用
いて、LEDチップをマウント・リード上にダイボンデ
ィングした後、直径35μmの金線ワイヤを用いて、L
EDチップの各電極にワイヤの一方をボールボンディン
グし、リードフレームの先端にワイヤの他方をステッチ
ボンディングする。これにより、LEDチップの各電極
とインナー・リードおよびマウント・リードとをそれぞ
れ電気的に接続する。
The lead frame of the light emitting diode lamp is formed of silver-plated iron-containing copper. The lead frame has, at one end, a mount lead having a cup, and at the other end, an inner lead electrically connected via a wire to one electrode of an LED chip disposed on the mount lead. . After the LED chip is die-bonded onto the mount leads using epoxy resin, the LED chip is
One of the wires is ball-bonded to each electrode of the ED chip, and the other of the wires is stitch-bonded to the tip of the lead frame. Thereby, each electrode of the LED chip is electrically connected to the inner lead and the mount lead.

【0109】こうして得られた発光素子に20mAの順
方向電流を流したところ、従来式の発光素子の順方向電
圧が3.5Vであったものが、3.0Vまで低下し、実
施例1よりも明るい白色光を得ることができる。
When a forward current of 20 mA was passed through the light-emitting device thus obtained, the forward voltage of the conventional light-emitting device was 3.5 V, but dropped to 3.0 V. Even bright white light can be obtained.

【0110】[0110]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above and has the following effects.

【0111】本発明に係る発光素子の活性層が、異なる
発光波長を発する第1および第2井戸層を含むことによ
り、1つの発光素子により、高効率かつ高輝度に白色系
などの混光色を発光できる。また、第1および第2井戸
層の積層数比および/または障壁層の厚みを制御するこ
とで、演色性をより高めることができる。
Since the active layer of the light emitting device according to the present invention includes the first and second well layers emitting different emission wavelengths, a single light emitting device enables highly efficient and high luminance mixed light color such as white light. Can emit light. Further, by controlling the ratio of the number of stacked layers of the first and second well layers and / or the thickness of the barrier layer, the color rendering properties can be further improved.

【0112】さらに、第2井戸層の凹凸を第1井戸層の
それよりも大きくするか、および/または第2井戸層の
平均膜厚の半分以下の膜厚を有する凹部領域で占められ
る度合いを10%以上とすることにより、所望の演色性
を有する高効率な発光を可能にする。
Further, the degree of the unevenness of the second well layer may be made larger than that of the first well layer, and / or the degree of occupation by the recessed region having a thickness equal to or less than half the average thickness of the second well layer. By setting it to 10% or more, highly efficient light emission having desired color rendering properties can be achieved.

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

【図1】本発明の実施形態1に係る実施例1の発光素子
の模式断面図を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a light emitting device of Example 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】実施形態1に係る実施例2の発光素子の模式断
面図を示す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device of Example 2 according to Embodiment 1.

【図3】実施例1および実施例2により形成された発光
素子が発する光の色度図上の座標を示す。
FIG. 3 shows coordinates on a chromaticity diagram of light emitted by the light emitting elements formed in Example 1 and Example 2.

【図4】実施形態1に係る実施例1の発光素子の発光ス
ペクトル図を示す。
FIG. 4 shows an emission spectrum diagram of the light emitting device of Example 1 according to Embodiment 1.

【図5】実施形態1に係る実施例5の発光素子の発光ス
ペクトル図を示す。
FIG. 5 shows an emission spectrum diagram of the light emitting device of Example 5 according to Embodiment 1.

【図6】本発明の実施形態2に係る井戸層の凹凸を説明
する模式断面図を示す。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating unevenness of a well layer according to a second embodiment of the present invention.

【図7】実施形態2に係る実施例8の発光素子の模式断
面図を示す。
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a light emitting device of Example 8 according to Embodiment 2.

【図8】本発明の実施形態3に係る実施例11の発光素
子の模式断面図を示す。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a light emitting device of Example 11 according to Embodiment 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100,200,300・・・発光素子 101,201,301・・・サファイア基板 102,202,302・・・バッファ層 103,203,303・・・アンドープ層 104,204,304・・・n型コンタクト層 105,205,305・・・n型超格子層 106,206,306・・・活性層 107,207,307・・・障壁層 108,208,308・・・第1井戸層 109,209,309・・・第2井戸層 110,210,310・・・p型クラッド層 111,211,311・・・p型コンタクト層 112,212,312・・・p型透光性電極 113,213,313・・・p型台座電極 114,214,314・・・n型電極 401・・・活性層 402・・・n型半導体層 403・・・p型半導体層 411・・・基板 412・・・バッファ層 413・・・n型コンタクト層 414・・・n型クラッド層 416・・・第1井戸層 420・・・第2井戸層 417、421・・・第1障壁層 418、422・・・第2障壁層 431・・・p型第1クラッド層 432・・・p型第2クラッド層 433・・・p型コンタクト層 434・・・p型透光性電極 435・・・p型台座電極 100, 200, 300 ... light emitting elements 101, 201, 301 ... sapphire substrate 102, 202, 302 ... buffer layers 103, 203, 303 ... undoped layers 104, 204, 304 ... n-type Contact layers 105, 205, 305 n-type superlattice layers 106, 206, 306 active layers 107, 207, 307 barrier layers 108, 208, 308 first well layers 109, 209 , 309 second well layer 110, 210, 310 ... p-type cladding layer 111, 211, 311 ... p-type contact layer 112, 212, 312 ... p-type translucent electrode 113, 213 , 313... P-type pedestal electrodes 114, 214, 314... N-type electrodes 401... Active layer 402... N-type semiconductor layers 403. 11 ... substrate 412 ... buffer layer 413 ... n-type contact layer 414 ... n-type cladding layer 416 ... first well layer 420 ... second well layer 417, 421 ... first 1 barrier layer 418, 422 ... second barrier layer 431 ... p-type first cladding layer 432 ... p-type second cladding layer 433 ... p-type contact layer 434 ... p-type translucent Electrode 435: p-type pedestal electrode

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Inを含む窒化物化合物半導体からなる
少なくとも1つの第1の井戸層と、該第1井戸層が発す
る光の主ピーク波長よりも長い主ピーク波長の光を発す
る、Inを含む窒化物化合物半導体からなる少なくとも
1つの第2の井戸層と、を備えた、多重量子井戸構造の
活性層を、n型半導体およびp型半導体で挟持すること
を特徴とする発光素子。
At least one first well layer made of a nitride compound semiconductor containing In and containing In which emits light having a main peak wavelength longer than the main peak wavelength of light emitted from the first well layer. A light emitting device comprising: an active layer having a multiple quantum well structure, comprising at least one second well layer made of a nitride compound semiconductor, sandwiched between an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
【請求項2】 上記第2井戸層が、上記第1井戸層およ
び上記p型半導体の間に配置されることを特徴とする請
求項1に記載の発光素子。
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor.
【請求項3】 上記第1および第2井戸層の積層数比を
調整して、上記第1および第2井戸層が発する光の光度
比を制御することにより、所望の演色性を有する光源を
提供することを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
3. A light source having a desired color rendering property by controlling a luminous intensity ratio of light emitted from the first and second well layers by adjusting a stacking number ratio of the first and second well layers. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is provided.
【請求項4】 さらに、上記活性層が上記第1および第
2井戸層を挟む複数の障壁層を備え、上記障壁層の厚み
を調整して、上記第1および第2井戸層が発する光の光
度比を制御することにより、所望の演色性を有する光源
を提供することを特徴とする請求項1に記載の発光素
子。
4. The active layer further includes a plurality of barrier layers sandwiching the first and second well layers, and the thickness of the barrier layers is adjusted so that light emitted from the first and second well layers is reduced. The light emitting device according to claim 1, wherein a light source having a desired color rendering property is provided by controlling a light intensity ratio.
【請求項5】 上記第1井戸層が上記第2井戸層よりも
多く積層されることを特徴とする請求項1に記載の発光
素子。
5. The light emitting device according to claim 1, wherein the first well layer is stacked more than the second well layer.
【請求項6】 上記第1井戸層の発する光のスペクトル
半値幅が上記第2井戸層の発する光のスペクトル半値幅
よりも狭いことを特徴とする請求項1に記載の発光素
子。
6. The light emitting device according to claim 1, wherein the half-width of the light emitted from the first well layer is narrower than the half-width of the light emitted from the second well layer.
【請求項7】 上記第1井戸層が2層以上10層以下の
範囲で積層され、上記第2井戸層が1層以上3層以下の
範囲で積層されることを特徴とする請求項5に記載の発
光素子。
7. The method according to claim 5, wherein the first well layer is stacked in a range of 2 to 10 layers, and the second well layer is stacked in a range of 1 to 3 layers. The light-emitting element according to any one of the preceding claims.
【請求項8】 上記第1井戸層が発する光の主ピーク波
長が450ないし500nmで、上記第2井戸層が発す
る光の主ピーク波長が560ないし670nmであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
8. The method according to claim 1, wherein the main peak wavelength of the light emitted from the first well layer is 450 to 500 nm, and the main peak wavelength of the light emitted from the second well layer is 560 to 670 nm. The light-emitting element according to any one of the preceding claims.
【請求項9】 上記第1井戸層よりも第2井戸層の凹凸
の度合いが大きいことを特徴とする請求項1に記載の発
光素子。
9. The light emitting device according to claim 1, wherein the degree of unevenness of the second well layer is larger than that of the first well layer.
【請求項10】 上記第2井戸層が、その平均膜厚の半
分以下の膜厚を有する部分的に薄い凹部を含み、該凹部
の領域が全体の10%以上占めることを特徴とする請求
項1に記載の発光素子。
10. The method according to claim 1, wherein the second well layer includes a partially thin recess having a thickness of less than half the average thickness thereof, and the area of the recess occupies at least 10% of the whole. 2. The light emitting device according to 1.
【請求項11】 上記第2井戸層が、その平均膜厚の半
分以下の膜厚を有する部分的に薄い凹部を含み、該凹部
の領域が全体の10%以上占めることを特徴とする請求
項9に記載の発光素子。
11. The method according to claim 1, wherein the second well layer includes a partially thin recess having a thickness of less than half the average thickness thereof, and the region of the recess occupies at least 10% of the whole. 10. The light emitting device according to item 9.
【請求項12】 上記第2井戸層が、上記第1井戸層お
よび上記p型半導体の間に配置されることを特徴とする
請求項9に記載の発光素子。
12. The light emitting device according to claim 9, wherein the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor.
【請求項13】 上記第2井戸層が、上記第1井戸層お
よび上記p型半導体の間に配置されることを特徴とする
請求項10に記載の発光素子。
13. The light emitting device according to claim 10, wherein the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor.
【請求項14】 上記第2井戸層が、上記第1井戸層お
よび上記p型半導体の間に配置されることを特徴とする
請求項11に記載の発光素子。
14. The light emitting device according to claim 11, wherein the second well layer is disposed between the first well layer and the p-type semiconductor.
【請求項15】 上記第1井戸層が上記第2井戸層より
も多く積層されることを特徴とする請求項12に記載の
発光素子。
15. The light emitting device according to claim 12, wherein the first well layer is stacked more than the second well layer.
【請求項16】 上記第1井戸層が上記第2井戸層より
も多く積層されることを特徴とする請求項13に記載の
発光素子。
16. The light emitting device according to claim 13, wherein the first well layer is stacked more than the second well layer.
【請求項17】 上記第1井戸層が上記第2井戸層より
も多く積層されることを特徴とする請求項14に記載の
発光素子。
17. The light emitting device according to claim 14, wherein the first well layer is stacked more than the second well layer.
【請求項18】 上記第1および第2井戸層の各々の上
に、Alを含む窒化物化合物半導体からなる第1障壁層
と、Alを実質的に含まない窒化物化合物半導体からな
る第2障壁層とを有する請求項1に記載の発光素子。
18. A first barrier layer made of a nitride compound semiconductor containing Al and a second barrier made of a nitride compound semiconductor containing substantially no Al on each of the first and second well layers. The light emitting device according to claim 1, further comprising a layer.
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