JP2001077414A - Group iii nitride semiconductor light-emitting diode - Google Patents

Group iii nitride semiconductor light-emitting diode

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JP2001077414A
JP2001077414A JP25238099A JP25238099A JP2001077414A JP 2001077414 A JP2001077414 A JP 2001077414A JP 25238099 A JP25238099 A JP 25238099A JP 25238099 A JP25238099 A JP 25238099A JP 2001077414 A JP2001077414 A JP 2001077414A
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JP
Japan
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type
nitride semiconductor
group iii
layer
iii nitride
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JP25238099A
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Japanese (ja)
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Takashi Udagawa
隆 宇田川
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Showa Denko KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a short-circuit communication with a region directly under a p-type stage electrode by forming a p-type group III nitride semiconductor layer by vapor-phase growth before an n-type group III nitride semiconductor joint layer is formed by vapor-phase growth, and removing the n-type group III nitride semiconductor joint layer except for the protective region of a p-type stage electrode. SOLUTION: A p-type group III nitride semiconductor layer 12 is formed using vapor-phase growth. With the p-type group III nitride semiconductor layer 12 as a base material layer, an n-type group III nitride semiconductor layer 13 is laminated in the same film-forming environment. An n-type group III nitride semiconductor layer 13 provided being limited to a region below a region where a p-type stage electrode 14 is left, so that a p-n junction structure 12c comprising the p-type group III nitride semiconductor layer 12 and n-type group III nitride semiconductor layer 13 is left in a region limited to below the p-type stage electrode 14. The p-n junction structure 12c prevents the element current supplied through the p-type stage electrode 14 from entering a luminous layer in short-circuit manner.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はIII族窒化物半導
体発光素子に関し、さらに詳しくは、アズ−グローン
(as−grown)状態で低抵抗率のp形III族窒
化物半導体層を有する高発光強度のIII族窒化物半導
体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device, and more particularly, to a high light emission intensity having a low resistivity p-type group III nitride semiconductor layer in an as-grown state. And a group III nitride semiconductor light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の発光ダイオード(LED)或いは
レーザダイオード(LD)等のIII族窒化物半導体発
光素子には、発光層とそれを挟持する障壁(クラッド)
層とから構成されるpn接合型のダブルヘテロ(DH)
構造の発光部が備えられている。III族窒化物半導体
結晶層とは、窒素(元素記号:N)をV族の構成元素と
して含む、一般式AlXGaYInZN(0≦X、Y、Z
≦1、X+Y+Z=1)で表記されるIII−V族化合
物半導体からなる結晶層である。また、一般式AlX
YInZ1-QQ(0≦X、Y、Z≦1、X+Y+Z=
1、記号Mは窒素以外の第V族元素であり、0≦Q<
1)で表記されるIII−V族化合物半導体からなる結
晶層である。例えば、n形並びにp形の窒化アルミニウ
ム・ガリウム(AlXGa1-XN:0≦X≦1)からなる
クラッド(clad)層と含インジウムIII族窒化物
半導体層とから構成されるpn接合型DH構造の発光部
が知られている(Jpn.J.Appl.Phys.、
Vol.34、Part 2、No.10B(199
5)、L1332〜L1335頁参照)。発光層には、
紫外帯域から青色帯や緑色帯などの短波長可視光を発す
るのに好都合な禁止帯幅を室温で有する窒化ガリウム・
インジウム(GaXIn1-XN:0≦X≦1)から一般的
に構成されている(特公昭55−3834号公報参
照)。
2. Description of the Related Art A conventional III-nitride semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) has a light emitting layer and a barrier (cladding) sandwiching the light emitting layer.
Junction type double hetero (DH) composed of layers
A light emitting unit having a structure is provided. The group III nitride semiconductor crystal layer refers to a general formula Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X, Y, Z) containing nitrogen (element symbol: N) as a group V constituent element.
≦ 1, X + Y + Z = 1) is a crystal layer made of a group III-V compound semiconductor. The general formula Al X G
a Y In Z N 1-Q M Q (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z =
1, the symbol M is a Group V element other than nitrogen, and 0 ≦ Q <
It is a crystal layer composed of a III-V compound semiconductor represented by 1). For example, a pn junction composed of a clad layer made of n-type and p-type aluminum gallium nitride (Al x Ga 1 -x N: 0 ≦ X ≦ 1) and an indium-containing group III nitride semiconductor layer A light emitting portion having a type DH structure is known (Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol. 34, Part 2, no. 10B (199
5), see pages L1332 to L1335). In the light emitting layer,
Gallium nitride with a forbidden band width at room temperature that is convenient for emitting short-wavelength visible light such as the blue band and the green band from the ultraviolet band.
It is generally composed of indium (Ga X In 1-X N: 0 ≦ X ≦ 1) (see Japanese Patent Publication No. 55-3834).

【0003】pn接合型DH構造の発光部を構成するp
形並びにn形III族窒化物半導体結晶層は、通常、有
機金属熱分解気相成長法(MOCVD法)、分子線エピ
タキシャル(MBE)法、ハロゲン(halogen)
法、或いはハイドライド(hydride)法等の気相
成長(VPE)手段に依り成膜されている。pn接合型
DH構造の発光部を構成するにたる低抵抗のp形III
族窒化物半導体層は、例えば、MOCVD法でマグネシ
ウム(元素記号:Mg)や亜鉛(元素記号:Zn)等の
第II族のp形不純物が添加された成長層を気相成長さ
せた後に、改めて400℃以上の温度で熱処理を施す手
段に依って形成されている(特許第2836685号参
照)。p形不純物を電気的に活性化して低抵抗化を果た
す熱処理を施すに際し、p形不純物がドーピングされて
いるIII族窒化物半導体層の表面上に、GaXAl1-X
N(0≦X≦1)、AlN、Si34、またはSiO2
からなる表面保護層(キャップ層)を形成した後に行う
手段も開示されている(特許第2540791号及び特
許第2790235号参照)。また、as−grown
状態では高抵抗であるMgがドープされたIII族窒化
物半導体層に、真空環境下で電子線を照射する技術をも
って低抵抗のp形伝導層となす手段も知られている(特
公平6−9258号及び特許2500319号参照)。
A p-type light emitting portion having a pn junction type DH structure has a p-type structure.
Form and n-type group III nitride semiconductor crystal layers are usually formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), halogen (halogen).
The film is formed by a vapor deposition (VPE) method such as a hydride method or a hydride method. Low-resistance p-type III constituting a light-emitting portion having a pn junction type DH structure
The group nitride semiconductor layer is formed, for example, by vapor-phase growing a growth layer to which a group II p-type impurity such as magnesium (element symbol: Mg) or zinc (element symbol: Zn) is added by MOCVD. It is formed again by means of performing a heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher (see Japanese Patent No. 2836685). In performing a heat treatment for electrically activating the p-type impurity to lower the resistance, Ga x Al 1-x is formed on the surface of the group III nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity.
N (0 ≦ X ≦ 1), AlN, Si 3 N 4 , or SiO 2
(Japanese Patent No. 2540791 and Japanese Patent No. 2790235) is also disclosed which is performed after the formation of a surface protective layer (cap layer) made of. Also, as-grown
There is also known a method of forming a low-resistance p-type conductive layer by a technique of irradiating a group III nitride semiconductor layer doped with Mg, which has a high resistance in the state, with an electron beam in a vacuum environment (Japanese Patent Publication No. Hei 6-1994). 9258 and Japanese Patent No. 2500319).

【0004】従来のpn接合型DH構造の発光部を備え
たIII族窒化物半導体発光素子は、as−grown
状態での高抵抗層から熱処理手段等により低抵抗化され
たp形III族窒化物半導体層上にp形オーミック(O
hmic)電極を直接、接触させて設けることにより構
成されている。また、上記の様に表面保護層を付して熱
処理が施された構造体にあっては、熱処理後にその保護
層を全域に亘り除去することにより露呈されたp形II
I族窒化半導体層の表面上にp形オーミック性電極が配
置されている(上記の特許第2540791号及び特許
第2790235号参照)。p形III族窒化物半導体
層内を透過させて発光を外部に取り出す方式のLEDに
あっては、p形III族窒化物半導体層表面上に敷設さ
れるオーミック性電極は、透光性を有する金属薄膜或い
は透明酸化物から構成されている。透光性の金属薄膜電
極をニッケル(元素記号:Ni)或いは酸化ニッケル
(NiO)から構成する従来例がある(特許第2916
424号参照)。また、酸化亜鉛(ZnO)を透明酸化
物電極とする従来技術が知られている(アメリカ合衆国
特許US−5,889、295号参照)。また、素子動
作電流を供給するため結線用の台座電極は、金(元素記
号:Au)等から構成され、オーミック性電極に電気的
に接触させて設けられる構成となっている(特開平7−
106633号公報明細書参照)。
A conventional group III nitride semiconductor light emitting device having a light emitting portion having a pn junction type DH structure is as-grown.
The p-type ohmic (O) is formed on the p-type group III nitride semiconductor layer, which has been reduced in resistance by the heat treatment means from the high-resistance layer in the state.
hmic) electrodes are provided in direct contact with each other. In the structure heat-treated with the surface protective layer as described above, the p-type II exposed by removing the protective layer over the entire area after the heat treatment.
A p-type ohmic electrode is disposed on the surface of the group I nitrided semiconductor layer (see the above-mentioned Patent Nos. 2540791 and 2790235). In an LED of a system in which light is emitted to the outside by transmitting through the p-type group III nitride semiconductor layer, the ohmic electrode laid on the surface of the p-type group III nitride semiconductor layer has a light-transmitting property. It is composed of a metal thin film or a transparent oxide. There is a conventional example in which a translucent metal thin film electrode is formed of nickel (element symbol: Ni) or nickel oxide (NiO) (Japanese Patent No. 2916).
No. 424). Further, a conventional technique using zinc oxide (ZnO) as a transparent oxide electrode is known (see US Pat. No. 5,889,295). Further, a pedestal electrode for connection for supplying an element operating current is made of gold (element symbol: Au) or the like, and is provided in electrical contact with the ohmic electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 7-1995).
106633).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】pn接合型DH構造の
発光部並びに良好なオーミック接触性を帰結する低抵抗
のp形III族窒化物半導体層は、as−grown状
態では得られ難く、低抵抗のIII族窒化物半導体層を
形成するには、上述の如く、気相成長後に改めて熱処理
等の後工程を必要とするなど煩雑である。また、電子線
照射に依る低抵抗化手段は、3キロボルト(kV)から
30kVの比較的に低い加速電圧下で電子線を照射する
必要があるため(上記の特公平6−9258号及び特許
2500319号参照)、電子線が侵入、到達できる表
面からの深さが限定され、p形不純物がドープされたI
II族窒化物半導体層の深さ方向で一様にp形不純物を
活性化出来ない問題点が指摘されている(上記の特許第
2836685号参照)。即ち、層表面より深さ方向に
一様な抵抗率を有する低抵抗のIII族窒化物半導体層
が得られがたい欠点がある。
A light-emitting portion having a pn junction type DH structure and a low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer resulting in good ohmic contact are difficult to obtain in an as-grown state. As described above, the formation of the group III nitride semiconductor layer is complicated because a post-process such as heat treatment is required again after the vapor phase growth. In addition, since the means for lowering resistance by electron beam irradiation needs to irradiate an electron beam under a relatively low acceleration voltage of 3 kV (kV) to 30 kV (see Japanese Patent Publication No. 6-9258 and Japanese Patent No. 2500319). I) doped with a p-type impurity with a limited depth from the surface where the electron beam can penetrate and reach.
It has been pointed out that the p-type impurity cannot be uniformly activated in the depth direction of the group II nitride semiconductor layer (see Japanese Patent No. 2836685). That is, there is a disadvantage that it is difficult to obtain a low-resistance group III nitride semiconductor layer having a uniform resistivity in the depth direction from the layer surface.

【0006】アニール等の、低抵抗化のための後工程を
必要とせずに、as−grown状態で低抵抗のIII
族窒化物半導体層が獲得出来れば、簡便にpn接合型I
II族窒化物半導体発光素子が提供できる。上記の如
く、p形不純物がドーピングされたIII族窒化物半導
体層の抵抗の大小は、層内に含有される水素不純物の濃
度に依存している。低抵抗のp形III族窒化物半導体
結晶層を得るための有効となる一手段は、p形不純物を
添加したIII族窒化物半導体結晶層を気相成長させる
のに際し、成長環境からの結晶層内への水素(水素原
子)の濃度を予め低減させることにある。既に、リン化
アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶((AlX
1-X0.5In0.5P:0≦X≦1)などのIII−V
族化合物半導体結晶層については、MOCVD法により
Znをドーピングした(Al0.7Ga0.30.5In0.5
層上にn形或いはp形の砒化ガリウム(GaAs)結晶
層を重層させた積層構成として、気相成長時にp形Al
GaInP層の内部への水素の侵入を抑制する方法が知
られている(J.Crystal Growth.,1
18(1992)、425〜429頁参照)。
A low resistance III in an as-grown state does not require a post-process for lowering the resistance such as annealing.
If a group III nitride semiconductor layer can be obtained, the pn junction type I
A group II nitride semiconductor light emitting device can be provided. As described above, the magnitude of the resistance of the group III nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity depends on the concentration of the hydrogen impurity contained in the layer. One effective means for obtaining a low-resistance p-type group III nitride semiconductor crystal layer is to use a crystal layer from a growth environment when growing a group III nitride semiconductor crystal layer doped with a p-type impurity in a vapor phase. The object is to reduce the concentration of hydrogen (hydrogen atoms) in advance in advance. Already, an aluminum phosphide / gallium / indium mixed crystal ((Al X G
a 1-X ) 0.5 In 0.5 P: III-V such as 0 ≦ X ≦ 1)
The group III compound semiconductor crystal layer was doped with Zn by MOCVD (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P
An n-type or p-type gallium arsenide (GaAs) crystal layer is stacked on the layer to form a p-type Al
A method for suppressing intrusion of hydrogen into the inside of a GaInP layer is known (J. Crystal Growth., 1).
18 (1992), pp. 425-429).

【0007】また、p形III族窒化物半導体層上に直
接、p形オーミック性電極及び素子動作電流を供給する
p形台座電極を設置するとする従来の電極の配置構成で
は、素子動作電流が短絡的に且つ集中的に台座電極の直
下の領域に流入してしまう不都合が充分に回避できない
問題が発生している。このため、素子動作電流が例え
ば、透光性の金属薄膜電極を介して発光面の略全域に充
分に平面的に拡散できず、発光面を拡張して高出力のI
II族窒化物半導体発光素子を得るのに支障を来してい
るのが現状である。
In the conventional electrode arrangement in which a p-type ohmic electrode and a p-type pedestal electrode for supplying a device operating current are directly provided on the p-type group III nitride semiconductor layer, the device operating current is short-circuited. The problem that the inconvenience of intensively and intensively flowing into the region directly below the pedestal electrode cannot be avoided. For this reason, for example, the device operating current cannot be sufficiently diffused in a plane substantially over the entire light-emitting surface through the light-transmitting metal thin-film electrode, and the light-emitting surface is extended to increase the high-output I
At present, it is difficult to obtain a group II nitride semiconductor light emitting device.

【0008】本発明は上述の従来技術の問題に鑑みなさ
れたもので、as−grown状態で低抵抗のp形II
I族窒化物半導体層をもたらすための技術手段を提供す
ると共に、as−grown状態で低抵抗であるp形I
II族窒化物半導体層を備え、且つ当該III族窒化物
半導体層に係わる接合構成を利用して構成した、p形台
座電極の直下領域への短絡的な流通を防止できる機能を
具備した高発光出力のIII族窒化物半導体発光素子を
提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has a low resistance p-type II in an as-grown state.
It provides a technical means for providing a group I nitride semiconductor layer, and provides a p-type I which has a low resistance in an as-grown state.
High light emission including a group II nitride semiconductor layer and having a function of preventing short-circuit flow to a region immediately below a p-type pedestal electrode, which is configured using a junction structure related to the group III nitride semiconductor layer. It is an object of the present invention to provide an output group III nitride semiconductor light emitting device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、[1]p形III族窒化物半導体層上に
p形オーミック電極とp形台座電極とが配置されてい
る、pn接合型の発光部を有するIII族窒化物半導体
発光素子において、p形III族窒化物半導体層を気相
成長により成膜後、引き続き気相成長に依りn形III
族窒化物半導体接合層が形成され、該n形III族窒化
物半導体接合層がp形台座電極の射影領域を除いて除去
され、p形オーミック電極が、p形III族窒化物半導
体層と、n形III族窒化物半導体接合層と、p形台座
電極に接して形成されていることを特徴とするIII族
窒化物半導体発光素子、[2]n形III族窒化物半導
体接合層が、800℃以上で、且つ接しているp形II
I族窒化物半導体層の成長温度に対し±100℃の範囲
の温度で成膜されていることを特徴とする[1]に記載
のIII族窒化物半導体発光素子、[3]n形III族
窒化物半導体接合層の、電子濃度(単位:cm-3)と層
厚(単位:cm)との乗算積が、5×1010〜1.5×
1015cm-2の範囲内であることを特徴とする[1]ま
たは[2]に記載のIII族窒化物半導体発光素子、
[4]n形III族窒化物半導体接合層が、珪素を添加
したAlXGaYInZN(0≦X,Y,Z≦1、X+Y
+Z=1)であることを特徴とする[1]〜[3]の何
れか1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子、
[5]発光層が、主体相、及び該主体相とインジウム濃
度を相違する従属層とから成る、多相構造のIII族窒
化物半導体層から形成されていることを特徴とする
[1]〜[4]の何れか1項に記載のIII族窒化物半
導体発光素子、[6]n形III族窒化物半導体接合層
に接したp形III族窒化物半導体層が、抵抗率(比抵
抗)を10Ω・cm以下とするp形AlXGaYInZ
(0≦X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1)であることを
特徴とする[1]〜[5]の何れか1項に記載のIII
族窒化物半導体発光素子、に関する。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have reached the present invention.
That is, the present invention relates to [1] a group III nitride semiconductor light emitting device having a pn junction type light emitting portion, in which a p-type ohmic electrode and a p-type pedestal electrode are arranged on a p-type group III nitride semiconductor layer. , A p-type group III nitride semiconductor layer is formed by vapor phase growth and then n-type III
Forming a group III nitride semiconductor junction layer, removing the n-type group III nitride semiconductor junction layer except for a projection region of the p-type pedestal electrode, and forming a p-type ohmic electrode with a p-type group III nitride semiconductor layer; a group III nitride semiconductor light-emitting device formed in contact with an n-type group III nitride semiconductor bonding layer and a p-type pedestal electrode; [2] an n-type group III nitride semiconductor bonding layer comprising 800 P-type II in contact with and above ℃
The group III nitride semiconductor light-emitting device according to [1], wherein the film is formed at a temperature in a range of ± 100 ° C. with respect to the growth temperature of the group I nitride semiconductor layer, [3] n-type group III. The product of the electron concentration (unit: cm −3 ) and the layer thickness (unit: cm) of the nitride semiconductor bonding layer is 5 × 10 10 to 1.5 ×
The group III nitride semiconductor light-emitting device according to [1] or [2], which is within a range of 10 15 cm -2 .
[4] The n-type group III nitride semiconductor bonding layer is made of Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y) doped with silicon.
+ Z = 1), the group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of [1] to [3],
[5] The light emitting layer is formed of a group III nitride semiconductor layer having a multi-phase structure including a main phase and a subordinate layer having a different indium concentration from the main phase [1] to [1]. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of [4] and [6] the p-type group III nitride semiconductor layer in contact with the n-type group III nitride semiconductor bonding layer has a resistivity (specific resistance). p-type or less 10 [Omega · cm the Al X Ga Y In Z N
(0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) III according to any one of [1] to [5],
And a group III nitride semiconductor light emitting device.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の請求項1に記載
の発明に係わる第1の実施形態を説明するためのIII
族窒化物半導体結晶層の積層構造1を示す断面模式図で
ある。発光部1Aは、例えば、結晶基板8上の緩衝層9
を介して積層された、n形III族窒化物半導体からな
るn形下部クラッド層10、発光層11、及びp形II
I族窒化物半導体からなるp形クラッド層12から構成
されている。本実施形態に於ける積層構成上の特徴は、
p形のIII族窒化物半導体層12が、その一主面12
aに於いて例えば、n形のIII族窒化物半導体からな
る発光層11に接合しており、他の一主面12bに於い
てn形のIII族窒化物半導体結晶層13に接合してい
ることにある。p形III族窒化物半導体層12の一主
面で接合をなす発光層11は、単一の層から構成されて
いても良く、また、単一量子井戸(略称:SQW)或い
は多重量子井戸構造(MQW)構造であっても差し支え
はない。また、p形III族窒化物半導体層12と接合
をなす層は、例えば、発光層11とp形III族窒化物
半導体層12との中間に配置される、例えば、発光層1
1の内部のバンド構成に変化をもたらすためのn形の
「中間層」であっても構わない(特開平11−1682
40号公報明細書参照)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram illustrating a first embodiment according to the first aspect of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a laminated structure 1 of a group III nitride semiconductor crystal layer. The light emitting unit 1A is, for example, a buffer layer 9 on a crystal substrate 8.
N-type lower cladding layer 10 made of n-type group III nitride semiconductor, light emitting layer 11, and p-type II
The p-type cladding layer 12 is made of a group I nitride semiconductor. The features of the laminated structure in this embodiment are as follows:
The p-type group III nitride semiconductor layer 12 has one main surface 12
At a, for example, it is bonded to the light emitting layer 11 made of an n-type group III nitride semiconductor, and is bonded to the n-type group III nitride semiconductor crystal layer 13 at another main surface 12b. It is in. The light-emitting layer 11 forming a junction on one main surface of the p-type group III nitride semiconductor layer 12 may be composed of a single layer, and may have a single quantum well (abbreviation: SQW) or multiple quantum well structure (MQW) structure is acceptable. The layer that forms a junction with the p-type group III nitride semiconductor layer 12 is disposed, for example, between the light-emitting layer 11 and the p-type group III nitride semiconductor layer 12, for example, the light-emitting layer 1
An n-type “intermediate layer” for causing a change in the band configuration inside 1 may be used (Japanese Patent Laid-Open No. 11-1682).
No. 40).

【0011】また、第1の実施形態に於ける別の特徴
は、p形III族窒化物半導体層12と、その一表面1
2b側に接合する様に気相成長され、その後、一部の領
域に残置されたn形III族窒化物半導体層13とから
構成されるpn接合領域12c上に、p形台座電極14
が配置されていることにある。
Another feature of the first embodiment is that the p-type group III nitride semiconductor layer 12 and its one surface 1
A p-type pedestal electrode 14 is formed on a pn junction region 12c composed of an n-type group III nitride semiconductor layer 13 and a n-type group III nitride semiconductor layer 13 left in a part of the region.
Is located.

【0012】上記のp形III族窒化物半導体層12
は、p形不純物がドーピングされたIII族窒化物半導
体層を素材としてなされたas−grown状態でp形
の伝導を呈する気相成長層である。as−grownで
低抵抗率であるp形III族窒化物半導体層は、図1の
積層構造1に掲示する如く、p形不純物をドーピングし
たIII族窒化物半導体層12の気相成長を終了した
後、同層12を下地層として、「引き続き」同一の成膜
環境内でn形III族窒化物半導体層13を積層させて
なる接合構成とすることをもって効率的にもたらされ
る。p形不純物がドーピングされたIII族窒化物半導
体層12を下地層として成膜されたn形III族窒化物
半導体接合層13は、成膜環境から下地層12へと侵入
して来る、特に、積層構造1の形成を終了した後の冷却
過程に於いて下地層12へと侵入する水素不純物を捕獲
する作用を有する。従って、p形不純物がドーピングさ
れたIII族窒化物半導体層12にn形III族窒化物
半導体層13を接合させた状態で冷却すると、p形不純
物がドーピングされたIII族窒化物半導体層12への
水素不純物の侵入が抑制され、同層12内の水素不純物
の濃度を低濃度に維持できるため、下地層12をas−
grownで低抵抗のIII族窒化半導体層となすこと
ができる。
The above p-type group III nitride semiconductor layer 12
Is a vapor phase growth layer that exhibits p-type conduction in an as-grown state using a group III nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity as a material. The as-grown p-type group III nitride semiconductor layer having a low resistivity has completed the vapor phase growth of the group III nitride semiconductor layer 12 doped with a p-type impurity as shown in the laminated structure 1 of FIG. Later, the same structure is used as the underlayer, and the n-type group-III nitride semiconductor layer 13 is laminated “in the same film formation environment” in the same film formation environment. The n-type group III nitride semiconductor bonding layer 13 formed using the group III nitride semiconductor layer 12 doped with a p-type impurity as a base layer invades the base layer 12 from a film forming environment. In the cooling process after the completion of the formation of the stacked structure 1, the semiconductor device has an effect of capturing hydrogen impurities penetrating into the underlayer 12. Therefore, when the n-type group III nitride semiconductor layer 13 is joined to the group III nitride semiconductor layer 12 doped with the p-type impurity and cooled, the group III nitride semiconductor layer 12 doped with the p-type impurity is cooled. Is suppressed and the concentration of hydrogen impurities in the same layer 12 can be maintained at a low concentration.
A low resistance group III nitride semiconductor layer can be formed with the ground.

【0013】また、第1の実施形態では、水素の侵入を
阻止するために設けたn形III族窒化物半導体層13
を、発光素子を作製するにあたりp形III−V族化合
物半導体層12の略全面に一様に残置させない。図1に
掲示する如く、p形台座電極14を敷設する領域の下方
の領域に限定して残置させて、p形台座電極14の下方
の領域に限り、p形III族窒化物半導体12と残置さ
れたn形III族窒化物半導体層13とで構成されるp
n接合構造12cを残存させておく。水素不純物の侵入
を阻止して、as−grown状態で低抵抗のp形II
I族窒化物半導体層12をもたらす作用を発揮するn形
III族窒化物半導体層13を残存させる領域の平面形
状は、同層の上方に設けるp形台座電極14の底面形状
と略相似形とするのが望ましい。例えば、底面形状を円
形とするp形台座電極を設ける際には、n形III族窒
化物半導体層を残存させる領域の平面形状も略円形とす
る。また、p形台座電極14の底面形状の中心と、n形
III族窒化物半導体層13を残存させる領域の形状中
心は略一致させるのが望ましい。
In the first embodiment, the n-type group III nitride semiconductor layer 13 is provided to prevent intrusion of hydrogen.
Is not uniformly left over substantially the entire surface of the p-type III-V compound semiconductor layer 12 in manufacturing the light emitting device. As shown in FIG. 1, the p-type pedestal electrode 14 is left only in a region below the region where the p-type pedestal electrode 14 is laid, and only the region below the p-type pedestal electrode 14 is left in contact with the p-type group III nitride semiconductor 12. Composed of the doped n-type group III nitride semiconductor layer 13
The n-junction structure 12c is left. Inhibits intrusion of hydrogen impurities, and provides low resistance p-type II in the as-grown state.
The planar shape of the region in which the n-type group III nitride semiconductor layer 13 exhibiting the action of providing the group I nitride semiconductor layer 12 is substantially similar to the bottom shape of the p-type pedestal electrode 14 provided above the same layer It is desirable to do. For example, when providing a p-type pedestal electrode having a circular bottom shape, the planar shape of the region where the n-type group III nitride semiconductor layer remains is also substantially circular. Further, it is desirable that the center of the bottom surface shape of p-type pedestal electrode 14 and the center of the shape of the region in which n-type group III nitride semiconductor layer 13 remains are substantially matched.

【0014】特定の領域に限定してn形III族窒化物
半導体層13をp形III族窒化物半導体層12上に残
存させるには、公知のフォトリソグラフィー技術を利用
したパターニング(写真食刻法)を利用して、不必要な
n形III族窒化物半導体層をプラズマエッチング法等
に依り除去する手段が挙げられる。図1の積層構造1
は、気相成長時にはp形III族窒化物半導体層12の
全面を被覆していたn形III族窒化物半導体層13
を、p形台座電極14を配置する領域以外の領域に於い
て、メタン(CH4)/アルゴン(Ar)/水素(H2
系プラズマエッチング法に依り除去して、p形台座電極
14を配置する領域に限り残存させた後の状態を示して
いる。
In order to leave the n-type group III nitride semiconductor layer 13 only on a specific region on the p-type group III nitride semiconductor layer 12, patterning using a known photolithography technique (photolithography method) ), Means for removing unnecessary n-type group III nitride semiconductor layers by a plasma etching method or the like. Laminated structure 1 of FIG.
Represents an n-type III-nitride semiconductor layer 13 covering the entire surface of the p-type III-nitride semiconductor layer 12 during vapor phase growth.
Is changed to methane (CH 4 ) / argon (Ar) / hydrogen (H 2 ) in a region other than the region where the p-type pedestal electrode 14 is arranged.
The state after removing by the system plasma etching method and leaving it only in the region where the p-type pedestal electrode 14 is arranged is shown.

【0015】p形台座電極14の下方に設けられたpn
接合構造は、台座電極14を介して供給される素子動作
電流が発光層11へ短絡的に流入するのを阻止する作用
を有する。特に、pn接合部上に形成するp形台座電極
14のn形III族窒化物半導体層13と接触する底部
を、n形III族窒化物半導体13に対して非オーミッ
ク性である材料から構成すると、更に優先的にp形オー
ミック電極15に動作電流を拡散できる。n形III族
窒化物半導体に対して非オーミック性接触を形成し易い
材料には、例えば、金−亜鉛(Au−Zn)合金や金−
ベリリウム合金(Au−Be)などの第II族元素を含
有する合金類がある。また、酸化インジウム・錫(略
称:ITO)やZnOや酸化マグネシウム(MgO)等
の酸化物材料がある。
The pn provided below the p-type pedestal electrode 14
The junction structure has a function of preventing the element operating current supplied via the pedestal electrode 14 from flowing into the light emitting layer 11 in a short-circuit manner. In particular, when the bottom of the p-type pedestal electrode 14 formed on the pn junction and in contact with the n-type III-nitride semiconductor layer 13 is made of a material that is non-ohmic to the n-type III-nitride semiconductor 13 The operating current can be more preferentially diffused to the p-type ohmic electrode 15. Materials that easily form a non-ohmic contact with the n-type group III nitride semiconductor include, for example, a gold-zinc (Au-Zn) alloy and a gold-zinc alloy.
There are alloys containing a Group II element such as beryllium alloy (Au-Be). Further, there are oxide materials such as indium tin oxide (abbreviation: ITO), ZnO, and magnesium oxide (MgO).

【0016】図1を利用して説明を加えると、従来のI
II族窒化物半導体発光素子の如く、台座電極14と電
気的に導通させてオーミック性電極15をp形III族
窒化物半導体層12表面の略全面に設ける構成とすれ
ば、p形台座電極14から供給される素子動作電流を、
オーミック性電極15を介して発光層11の略全面に拡
散でき、発光面積を拡大するに効果が奏される。p形オ
ーミック電極15は、n形III族窒化物半導体13が
除去され、表面が露呈されたp形III族窒化物半導体
層12に接触させて設ける。p形オーミック性電極15
は、例えば、Niまたはその酸化物、パラジウム(元素
記号:Pd)またはその酸化物などから構成できる。ま
た、これらの金属性薄膜に透明酸化物膜とを積層させた
重層構造膜からも構成できる。p形III族窒化物半導
体層13を透過させて発光層11からの発光を外部に取
り出す方式のLEDにあって、p形オーミック性電極1
5を構成する金属性薄膜の膜厚は、発光に対して約70
%〜約80%以上の透過率を得るべく、大凡、50ナノ
メーター(単位:nm)以下に止めておくのが推奨され
る。
With reference to FIG. 1, the conventional I
If the ohmic electrode 15 is provided substantially over the entire surface of the p-type group III nitride semiconductor layer 12 by being electrically connected to the pedestal electrode 14 like a group II nitride semiconductor light emitting element, the p-type pedestal electrode 14 Element operating current supplied from
The light can be diffused to almost the entire surface of the light emitting layer 11 through the ohmic electrode 15, and the effect of expanding the light emitting area is exhibited. The p-type ohmic electrode 15 is provided in contact with the p-type III-nitride semiconductor layer 12 whose surface is exposed from which the n-type III-nitride semiconductor 13 has been removed. p-type ohmic electrode 15
Can be composed of, for example, Ni or its oxide, palladium (element symbol: Pd) or its oxide, or the like. Further, it can also be composed of a multilayer structure film in which a transparent oxide film is laminated on these metallic thin films. An LED of a system in which light emitted from the light emitting layer 11 is extracted to the outside through the p-type group III nitride semiconductor layer 13 is provided.
5 has a thickness of about 70
It is recommended to stay below about 50 nanometers (unit: nm) in order to obtain a transmission of between% and about 80% or more.

【0017】本発明の請求項2に記載の発明に係わる第
2の実施形態では、p形不純物ドープIII族窒化物半
導体層12の表面に接合させて設けるn形III族窒化
物半導体層13を、800℃以上で、且つp形III族
窒化物半導体層の成長温度に対し±100℃の範囲にあ
る温度で、p形不純物ドープIII族窒化物半導体層1
2に「引き続き」成膜された、気相成長層から構成す
る。「引き続き」成膜するとは、p形不純物ドープ層1
2の気相成長を終了したる後、同層12の温度を然して
降温することなく、一般に約1000℃、或いはそれを
越えるIII族窒化物半導体層の成膜温度から、例え
ば、600℃〜700℃に冷却することなく、p形不純
物ドープIII族窒化物半導体層12と略同一の成長温
度で時間的に継続して気相成長させることを指す。
In the second embodiment according to the second aspect of the present invention, the n-type group III nitride semiconductor layer 13 provided on the surface of the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 is provided. , 800 ° C. or higher and at a temperature within a range of ± 100 ° C. with respect to the growth temperature of the p-type group III nitride semiconductor layer,
2 consists of a vapor phase growth layer deposited "continuously". “Continuous” film formation means that the p-type impurity-doped layer 1
After the vapor phase growth of No. 2 is completed, the temperature of the group 12 nitride semiconductor layer is generally increased to about 1000 ° C. or more without lowering the temperature of the same layer 12 from 600 ° C. to 700 ° C., for example. This means that the gas is grown continuously and temporally at substantially the same growth temperature as that of the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 without cooling to the temperature of ° C.

【0018】III族窒化物半導体層12,13に取り
込まれる水素不純物の濃度は、一般的に成膜温度が低い
程、大となる。高温では水素不純物が結晶層内に一旦、
取り込まれても、結晶内より逸脱するに充分な熱エネル
ギーが付与されるに対し、低温では、逸脱するほどのエ
ネルギーが充分与えられないために結晶層12,13内
に残留するためであると想到される。p形不純物ドープ
III族窒化物半導体層12に引き続きn形III族窒
化物半導体層13を成膜するに際し、成膜温度が800
℃未満であると、n形III族窒化物半導体層13内に
残存する水素不純物の濃度が通常、約1×1019原子/
cm3を越えて顕著に大となり、過剰に存在する水素不
純物の拡散に因り、p形不純物ドープIII族窒化物半
導体層13の低抵抗化が阻害される。従って、n形II
I族窒化物半導体層13の成膜温度は800℃以上とす
るのが好ましい。
The concentration of hydrogen impurities taken into the group III nitride semiconductor layers 12 and 13 generally increases as the film formation temperature decreases. At high temperatures, hydrogen impurities once in the crystal layer,
Even if it is taken in, sufficient thermal energy to deviate from the inside of the crystal is provided, but at low temperatures, sufficient energy to deviate is not provided, and thus the residual energy remains in the crystal layers 12 and 13. It is envisaged. When forming the n-type group III nitride semiconductor layer 13 subsequent to the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12, the film forming temperature is set to 800
When the temperature is lower than 0 ° C., the concentration of hydrogen impurities remaining in the n-type group III nitride semiconductor layer 13 is usually about 1 × 10 19 atoms /
The density significantly increases beyond cm 3 , and the excessive diffusion of hydrogen impurities hinders a reduction in the resistance of the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 13. Therefore, n-type II
The film formation temperature of the group I nitride semiconductor layer 13 is preferably set to 800 ° C. or higher.

【0019】且つ、p形不純物ドープIII族窒化物半
導体層12の成長温度に対し±100℃の範囲内で成膜
されたn形III族窒化物半導体層13は、as−gr
own状態でp形III族窒化物半導体層12を与える
のに好都合に作用する。p形III族窒化物半導体層1
2の成長温度を基準にして±100℃と限定された温度
でn形III族窒化物半導体層13を成膜すれば、n形
III族窒化物半導体層13の水素不純物濃度をp形不
純物ドープIII族窒化物半導体層12のそれと略同一
とすることができる。これより、結晶層12,13内
の、水素不純物の濃度の差異を動力として、n形III
族窒化物半導体層13側からp形不純物ドープIII族
窒化物半導体層12への水素不純物の拡散、侵入を抑制
することができる。このため、p形不純物ドープIII
族窒化物半導体層12を効率的に低抵抗のp形III族
窒化物半導体層に変換させることができる。例えば、M
OCVD法により、1050℃で成膜したMgドープG
aN層内の水素不純物の濃度は、その上にSiドープG
aN層を接合させる構成とすることにより、約1×10
18cm-3以下に低減される。III族窒化物半導体層内
の水素不純物の濃度は、2次イオン質量分析法(略称:
SIMS)等の分析法により定量できる。
The n-type group III nitride semiconductor layer 13 formed within a range of ± 100 ° C. with respect to the growth temperature of the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 has an as-gr
It advantageously acts to provide the p-type group III nitride semiconductor layer 12 in the down state. p-type group III nitride semiconductor layer 1
When the n-type group III nitride semiconductor layer 13 is formed at a temperature limited to ± 100 ° C. with reference to the growth temperature of No. 2, the hydrogen impurity concentration of the n-type group III nitride It can be substantially the same as that of the group III nitride semiconductor layer 12. Thus, the difference in the concentration of hydrogen impurities in the crystal layers 12 and 13 is used as power to make the n-type III
Diffusion and intrusion of hydrogen impurities from the group III nitride semiconductor layer 13 into the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 can be suppressed. Therefore, the p-type impurity doping III
The group nitride semiconductor layer 12 can be efficiently converted to a low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer. For example, M
Mg-doped G deposited at 1050 ° C by OCVD method
The concentration of hydrogen impurities in the aN layer depends on the Si-doped G
With the configuration in which the aN layer is bonded, about 1 × 10
It is reduced to 18 cm -3 or less. The concentration of hydrogen impurities in the group III nitride semiconductor layer is determined by secondary ion mass spectrometry (abbreviation:
(SIMS) or the like.

【0020】更に、n形III族窒化物半導体層13の
キャリア(電子)濃度(cm-3)及び層厚(cm)を適
宣、調整するとp形不純物がドープされたIII族窒化
物半導体層12内への水素不純物の侵入をより効率的に
防止できる。水素不純物の侵入をより良く抑制するのに
有効な手段は、キャリア濃度が高いn形III族窒化物
半導体層13では、その層厚を減じ、逆に低キャリア濃
度であれば層厚を大とすることにある。即ち、キャリア
(電子)濃度値と層厚値との積値を規定された範囲内に
することにある。好適な範囲とは、即ち、本発明の請求
項4に記載される如くの5×1010cm-2以上で1.5
×1016cm-2以下である。乗算積をこの範囲内に収納
させることにより効率的に水素不純物のp形不純物ドー
プIII族窒化物半導体層12への侵入を防止できるの
は、水素イオン(H+:プロトン)などの水素不純物が
電子との結合によりIII族窒化物半導体層12,13
から逸脱し易いH2等の揮発成分に変換され、層12,
13内より揮散するのも一因であると察せられる。上記
の好ましい範囲より小さな乗算積を与えるn形III族
窒化物半導体層13では、単位面積内に存在する電子の
濃度が小となるため、水素不純物を充分に揮発性成分に
変換できず、結果としてp形不純物ドープIII族化合
物半導体層12内へ侵入する水素不純物の濃度を効果的
に低減できない。一方、上記の範囲を越えて単位面積内
に存在する電子濃度を大とすると、p形不純物ドープI
II族化合物半導体層12内への電子の拡散が起こり、
低抵抗のp形III族窒化物半導体層12を得るに支障
をきたす。好ましいキャリア(電子)濃度は、5×10
15cm-3以上で1×1019cm-3以下である。
Furthermore, if the carrier (electron) concentration (cm −3 ) and the layer thickness (cm) of the n-type group III nitride semiconductor layer 13 are appropriately adjusted, the group III nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity can be adjusted. 12 can be more efficiently prevented from entering the hydrogen impurities. An effective means for better suppressing the intrusion of hydrogen impurities is to reduce the layer thickness of the n-type group III nitride semiconductor layer 13 having a high carrier concentration, and to increase the layer thickness if the carrier concentration is low. Is to do. That is, the product value of the carrier (electron) concentration value and the layer thickness value is set within a specified range. The preferable range is, that is, at least 5 × 10 10 cm −2 and 1.5 as described in claim 4 of the present invention.
× 10 16 cm -2 or less. By containing the product within this range, the intrusion of hydrogen impurities into the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 can be effectively prevented because hydrogen impurities such as hydrogen ions (H + : protons) Group III nitride semiconductor layers 12 and 13 due to bonding with electrons
Are converted to volatile components such as H 2 which easily deviate from
It is considered that volatilization from within 13 is also a factor. In the n-type group III nitride semiconductor layer 13 that gives a product smaller than the preferred range described above, the concentration of electrons existing in a unit area is small, so that hydrogen impurities cannot be sufficiently converted to volatile components, and As a result, the concentration of hydrogen impurities penetrating into the p-type impurity-doped group III compound semiconductor layer 12 cannot be effectively reduced. On the other hand, if the electron concentration existing in the unit area beyond the above range is increased, the p-type impurity doped I
Diffusion of electrons into the group II compound semiconductor layer 12 occurs,
This hinders obtaining the p-type group III nitride semiconductor layer 12 having a low resistance. The preferred carrier (electron) concentration is 5 × 10
It is not less than 15 cm -3 and not more than 1 × 10 19 cm -3 .

【0021】また、n形III族窒化物半導体層13と
して、望ましい層厚の範囲は5nm(=5×10-7
m)以上で5μm(=5×10-4cm)以下である。更
に、好ましい層厚の範囲は10nm以上で1.5μm以
下である。従って、本発明の請求項3の発明に係わる第
3の実施形態では、p形不純物ドープIII族窒化物半
導体層12に接合させるn形III族窒化物半導体層1
3を、キャリア(電子)濃度(cm-3)及び層厚(c
m)の乗算値が5×1010cm-2以上で1.5×1016
cm-2以下である気相成長層から構成する。キャリア濃
度は通常の容量(C)−電圧(V)(所謂,C−V法)
法等により測定できる。
The preferable range of the thickness of the n-type group III nitride semiconductor layer 13 is 5 nm (= 5 × 10 −7 c).
m) and not more than 5 μm (= 5 × 10 −4 cm). Further, the preferable range of the layer thickness is 10 nm or more and 1.5 μm or less. Therefore, in the third embodiment according to the third aspect of the present invention, the n-type group III nitride semiconductor layer 1 bonded to the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer 12 is used.
3 is determined by the carrier (electron) concentration (cm −3 ) and the layer thickness (c).
m) is 1.5 × 10 16 when the multiplied value of 5) is 5 × 10 10 cm −2 or more.
It is composed of a vapor phase growth layer of cm −2 or less. The carrier concentration is determined by the ordinary capacity (C) -voltage (V) (so-called CV method).
It can be measured by a method or the like.

【0022】図1の積層構造1を利用して説明するに、
as−grown状態で低抵抗のp形III族窒化物半
導体層12をもたらす作用を果たすn形III族窒化物
半導体13は、その気相成長時に珪素(元素記号:S
i)、セレン(元素記号:Se)やイオウ(元素記号:
S)などのn形不純物をドーピングして成膜できる。ア
ンドープ(undope)でもn形のIII族窒化半導
体層13は成膜できるが、キャリア(電子)濃度を略一
定とするn形III族窒化半導体層13を安定して得る
には上記の様なドナー不純物をドーピングするのが得策
である。特に、Siは、セレンやテルル(元素記号:T
e)等の第VI族元素に比較すれば、III族窒化物半
導体層13内で熱拡散し難い。従って、p形不純物がド
ープされたIII族窒化物半導体層12に接合させて、
引き続き珪素ドープIII族窒化物半導体層13を積層
させるとすると、ドーパントの珪素が、p形不純物がド
ープされたIII族窒化物半導体層12の内部に拡散、
侵入する確率が減少される。即ち、n形ドーパントとし
て珪素を用いれば、活性化されたp形不純物(アクセプ
タ)が電気的に補償される度合いが減じられ、as−g
rownで低抵抗のp形III族窒化物半導体層12を
得るのにより好都合となる。よって、本発明の請求項4
の発明に係わる第4の実施形態では、p形不純物をドー
プしたIII族窒化物半導体層12に接合させて冠する
n形III族窒化物半導体層13を珪素ドープIII族
窒化物半導体から構成するのを特に好ましいとする。特
に、n形III族窒化物半導体層は、Siのドーピング
効率が高く、且つドーピング濃度の制御に優れるn形の
窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム(AlXGaY
InZN:0≦X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1)から
好ましく構成できる。
Referring to the laminated structure 1 shown in FIG.
The n-type group III nitride semiconductor 13 which functions to provide a low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer 12 in an as-grown state is formed of silicon (element symbol: S
i), selenium (element symbol: Se) and sulfur (element symbol:
A film can be formed by doping an n-type impurity such as S). The n-type group III nitride semiconductor layer 13 can be formed by undoping, but in order to stably obtain the n-type group III nitride semiconductor layer 13 having a substantially constant carrier (electron) concentration, the above-described donor is used. It is advisable to dope impurities. In particular, Si is composed of selenium or tellurium (element symbol: T
As compared to group VI elements such as e), thermal diffusion is less likely to occur in the group III nitride semiconductor layer 13. Therefore, by bonding to the group III nitride semiconductor layer 12 doped with a p-type impurity,
Assuming that the silicon-doped group III nitride semiconductor layer 13 is subsequently laminated, silicon as a dopant diffuses into the group III nitride semiconductor layer 12 doped with a p-type impurity,
The probability of intrusion is reduced. That is, when silicon is used as the n-type dopant, the degree of electrical compensation of the activated p-type impurity (acceptor) is reduced, and as-g
It is more convenient to obtain the p-type group III nitride semiconductor layer 12 with a low resistance. Therefore, claim 4 of the present invention
In the fourth embodiment according to the invention, the n-type group III nitride semiconductor layer 13 which is joined to the group III nitride semiconductor layer 12 doped with the p-type impurity is made of a silicon-doped group III nitride semiconductor. Is particularly preferred. In particular, the n-type group III nitride semiconductor layer has a high doping efficiency of Si and an excellent control of the doping concentration, and is an n-type aluminum gallium indium nitride (Al x Ga y).
In Z N: 0 ≦ X, Y, can preferably consist of Z ≦ 1, X + Y + Z = 1).

【0023】本発明の請求項5に記載の発明に係わる第
5の実施形態では、インジウム(In)組成を相違する
複数の相(phase)からなる多相構造(multi
−phase)のインジウム含有III族窒化物半導体
発光層上のp形III族窒化物半導体層に、n形III
族窒化合物層を接合させる積層構造を構成する。多相構
造からなる発光層は、高強度の発光を得るのに優位であ
ることは本発明者に依って既に明らかにされている(ア
メリカ合衆国特許US−5,886,367号参照)。
従って、発光層を多相構造の含インジウム含有III族
窒化物半導体層から構成し、発光の取り出し方向に、a
s−grownで低抵抗のp形III族窒化物半導体層
となすための、水素不純物の侵入阻止層としてのn形I
II族窒化物半導体層を冠した構成からは、発光強度に
富に優れるIII族窒化物半導体発光素子が構成でき
る。
According to a fifth embodiment of the present invention, there is provided a multi-phase structure comprising a plurality of phases having different indium (In) compositions.
-Phase), the n-type III-nitride semiconductor layer on the indium-containing III-nitride semiconductor light-emitting layer
A laminated structure is formed in which the group nitride compound layers are joined. It has already been clarified by the present inventor that a light emitting layer having a multiphase structure is superior in obtaining high-intensity light emission (see US Pat. No. 5,886,367).
Therefore, the light emitting layer is composed of an indium-containing group III nitride semiconductor layer having a multiphase structure, and a
n-type I as a hydrogen impurity intrusion prevention layer for forming a p-type group III nitride semiconductor layer with s-grown and low resistance
A group III nitride semiconductor light emitting device having excellent light emission intensity can be formed from the configuration in which the group II nitride semiconductor layer is covered.

【0024】多相構造発光層とは、一般には、体積的に
大部分を占有する主体相(matrix phase)
と、主体相内に散在して従属的に存在する従属相(su
b−phase)とから構成されるインジウム含有II
I族窒化物半導体層である。例えば、多相構造のGaI
nN結晶層にあって、主体相は従属相よりインジウム組
成比を小とするのが常である。従って、主体相は従属相
に比べ禁止帯幅を大とするのが通常である。一例として
挙げれば、インジウム濃度を約5%とするGa 0.95In
0.05Nからなる主体相と、平均的なインジウム濃度を1
6%とするGa 0.84In0.16Nからなる従属相とで構成
される多相構造GaInN層がある。また、GaNを主
体相とし、平均的なインジウム組成比を10%とするG
0.90In0.10Nからなる微結晶体を従属相とする多相
構造GaInN発光層の例がある。インジウム組成に関
して多相構造であるか否かは、例えば、透過型電子顕微
鏡(略称:TEM)を利用した断面TEM技法に依り、
発光層の内部の、インジウム濃度の分布を調査すること
をもって知れる。
The multi-phase structure light emitting layer generally means a volume
Matrix phase that occupies the majority
And a subordinate phase (su) scattered and subordinate to the main phase
b-phase) and indium-containing II
It is a group I nitride semiconductor layer. For example, GaI having a multi-phase structure
In the nN crystal layer, the main phase is more indium than the subordinate phase
It is usual to make the composition ratio small. Therefore, the subject phase is the dependent phase.
In general, the forbidden band width is set to be larger than the forbidden band width. As an example
For example, Ga having an indium concentration of about 5% is used. 0.95In
0.05N main phase and average indium concentration of 1
Ga to be 6% 0.84In0.16Consists of N dependent phases
There is a multi-phase GaInN layer to be formed. Also, mainly GaN
G which is a body phase and has an average indium composition ratio of 10%
a0.90In0.10Multiphase with microcrystalline body consisting of N as a dependent phase
There is an example of a structure GaInN light emitting layer. Indium composition
Whether or not it has a multiphase structure is determined, for example, by a transmission electron microscope.
According to the cross-sectional TEM technique using a mirror (abbreviation: TEM),
Investigate the distribution of indium concentration inside the light emitting layer
Known.

【0025】本発明の請求項6に記載の発明に係わる第
6の実施形態では、上記の如くn形接合層を積層させた
ままで冷却することをもってas−grown状態で形
成された室温の抵抗率(比抵抗)を10オーム・センチ
メートル(単位:Ω・cm)以下とするp形AlXGaY
InZN(0≦X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1)を低
抵抗のp形III族窒化物半導体層として利用してII
I族窒化物半導体発光素子を構成する。例えば、p形I
II族窒化物半導体層からpn接合型DH構造をなすp
形クラッド層を構成する場合、発光層内にキャリア(担
体)を閉じ込める障壁作用を得るために、発光層よりも
大きな禁止帯幅、特に、多相構造発光層にあっては主体
相より大きな禁止帯幅のIII族窒化物半導体から構成
する。上記の如く多相構造の発光層にあって、主体相が
GaNから構成される場合もあることを考慮すると、p
形III族窒化物半導体層はAlXGaYInZ1-QQ
(0≦X、Y、Z≦1、X+Y+Z=1、記号Mは窒素
以外の第V族元素であり、0≦Q<1)よりもAlX
YInZN(0≦X、Y、Z≦1、X+Y+Z=1)か
ら好都合に構成できる。AlXGaYInZNでは、AlX
GaYInZ1-QQに比較して高い禁止帯幅が得られ易
く、発光層と例えば、0.3エレクトロンボルト(単
位:eV)程度の障壁差を有するクラッド層等が簡便に
構成でき得て利便となる。
According to a sixth embodiment of the present invention, the resistivity at room temperature formed in an as-grown state by cooling while keeping the n-type bonding layer laminated as described above. (Specific resistance) 10 ohm-cm (unit: Ω-cm) or less p-type Al X Ga Y
In Z N (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) and by utilizing as a p-type Group III nitride semiconductor layer having a low resistance II
A group I nitride semiconductor light emitting device is formed. For example, p-type I
P forming a pn junction type DH structure from a group II nitride semiconductor layer
In the case of forming a shaped cladding layer, in order to obtain a barrier effect of confining carriers in the light emitting layer, a band gap larger than the light emitting layer, particularly larger than the main phase in the multi-phase structure light emitting layer. It is made of a group III nitride semiconductor having a band width. Considering that the main phase may be composed of GaN in the light emitting layer having the multiphase structure as described above, p
Form III nitride semiconductor layer is Al X Ga Y In Z N 1 -Q M Q
(0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1, the symbol M is a Group V element other than nitrogen, and 0 ≦ Q <1) rather than Al X G
a Y In Z N (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) can be conveniently constructed from. In Al X Ga Y In Z N, Al X
Ga Y In Z N 1-Q M Q easy high band gap can be obtained as compared to a light-emitting layer for example, 0.3 electron volts (unit: eV) of about cladding layer or the like is easily with a barrier difference It can be configured and convenient.

【0026】抵抗率を10Ω・cm以下とする低抵抗率
のp形AlXGaYInZN(0≦X,Y,Z≦1、X+
Y+Z=1)をas−grown状態で獲得するのに必
要な手段は、先ず、本発明が記す様にp形不純物をドー
プしたAlXGaYInZN層を気相成長させた後、同層
に「引き続き」成長させたn形III族窒化物半導体層
を接合させた状態で冷却することにある。Siがドープ
されてなり、キャリア濃度値と層厚値との積値が上記の
好ましい範囲とするn形III族窒化物半導体層を接合
させれば、より効率的に低抵抗のp形AlXGaYInZ
N層を得ることができる。
Low resistivity p-type Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X +
The means necessary to obtain (Y + Z = 1) in the as-grown state are as follows. First, as described in the present invention, the Al x Ga Y In Z N layer doped with a p-type impurity is vapor-phase grown, The cooling consists in bonding the n-type group III nitride semiconductor layer grown "continuously" to the layer. By bonding an n-type group III nitride semiconductor layer doped with Si and having a product value of a carrier concentration value and a layer thickness value within the above-described preferable range, a p-type Al x having a low resistance can be more efficiently formed. Ga Y In Z
An N layer can be obtained.

【0027】次に、肝要なのは、n形III族窒化物半
導体層を成膜した後の冷却を、気相成長に利用した窒素
源などの含窒素化合物を含む雰囲気内で実施することに
ある。例えば、III族窒化物半導体層の成長にアンモ
ニア(NH3)を用いた場合には、アンモニアを含む雰
囲気内で冷却するのを望ましいとする。非対称分子構造
型のジメチルヒドラジン(dimethyl hydr
adine)を含む雰囲気内でも冷却できる。冷却時の
雰囲気を構成する含窒素化合物と窒素(N2)は好適と
はなり難い。窒素の解離エネルギーが約225キロカロ
リー/モル(kcal/mole)と比較的大であるた
め(バーロー、「物理化学(上)」((株)東京化学同
人、1972年5月1日発行、第1版第9刷)、175
〜178頁参照)、容易には窒素原子に解離せず、この
ため、昇華に因るIII族窒化物半導体層の表面状態
の、劣化及び窒素空孔の多量の発生を回避できない。窒
素に比べれば小さな解離エネルギーの含窒素化合物を含
む雰囲気内で冷却することにより、冷却時に於ける窒素
空孔の発生及びn形III族窒化物半導体層の昇華に因
る表面状態の劣化を防止できる。
It is important that the cooling after forming the n-type group III nitride semiconductor layer is performed in an atmosphere containing a nitrogen-containing compound such as a nitrogen source used for vapor phase growth. For example, in the case where ammonia (NH 3 ) is used for growing the group III nitride semiconductor layer, it is preferable to cool in an atmosphere containing ammonia. Dimethyl hydrazine of an asymmetric molecular structure type
(adine). Nitrogen-containing compounds and nitrogen (N 2 ) constituting the atmosphere during cooling are hardly suitable. Since the dissociation energy of nitrogen is relatively large at about 225 kcal / mole (kcal / mole) (Barlow, “Physical Chemistry (above)” (Tokyo Kagaku Dojin Co., Ltd., issued May 1, 1972, No. 1) 9th edition), 175
17 178), it is not easily dissociated into nitrogen atoms, and therefore, deterioration of the surface state of the group III nitride semiconductor layer due to sublimation and generation of a large amount of nitrogen vacancies cannot be avoided. Cooling in an atmosphere containing a nitrogen-containing compound with a smaller dissociation energy than nitrogen prevents generation of nitrogen vacancies during cooling and deterioration of the surface state due to sublimation of the n-type group III nitride semiconductor layer it can.

【0028】窒素空孔はドナー(donoor)として
働くとされる(特開昭54−71589号公報明細書参
照)。窒素空孔の発生を抑制する冷却手段に依れば、p
形不純物ドープIII族窒化物半導体層への拡散するド
ナー性窒素空孔の濃度が低減され、従って、as−gr
own状態でより簡便にp形III族窒化物半導体層が
もたらされる効果がある。少なくとも800℃に降温さ
れる迄は、含窒素化合物を含む雰囲気内で冷却するのが
好ましい。800℃未満の温度範囲では、III族窒化
物半導体の昇華がさほど顕著に発生しないために、敢え
て含窒素雰囲気内で冷却を実行せずとも表面状態は損な
われることはなく、また、多量に窒素空孔も発生しな
い。
It is said that the nitrogen vacancy functions as a donor (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-71589). According to the cooling means for suppressing the generation of nitrogen vacancies, p
Concentration of the donor nitrogen vacancies diffusing into the impurity-doped group III nitride semiconductor layer is reduced, and as-gr
There is an effect that the p-type group III nitride semiconductor layer can be more easily provided in the down state. It is preferable to cool in an atmosphere containing a nitrogen-containing compound until the temperature is lowered to at least 800 ° C. In a temperature range lower than 800 ° C., sublimation of the group III nitride semiconductor does not occur so remarkably, so that the surface state is not impaired even if cooling is not performed in a nitrogen-containing atmosphere, and a large amount of nitrogen No voids are generated.

【0029】p形III族窒化物半導体層の抵抗率は、
冷却後、n形III族窒化物半導体を除去し、ステップ
(段階的)エッチング法を併用するホール(Hall)
効果測定法に依り測定できる。また、p形III族窒化
物半導体層の抵抗率を測定することを目的として、高抵
抗体の上に堆積されたp形III族化合物半導体層であ
れば、通常のHall効果測定法をもって、キャリア
(正孔)濃度、Hall移動度を含めて抵抗率を測定で
きる。
The resistivity of the p-type group III nitride semiconductor layer is:
After cooling, the n-type group III nitride semiconductor is removed, and a step (stepwise) etching method is also used.
It can be measured by the effect measurement method. For the purpose of measuring the resistivity of the p-type group III nitride semiconductor layer, if the p-type group III compound semiconductor layer is deposited on a high-resistance body, the carrier can be measured using a normal Hall effect measurement method. The resistivity including the (hole) concentration and Hall mobility can be measured.

【0030】as−grown状態でp形のIII族窒
化物半導体層の抵抗率は、低値であればある程、好都合
である。例えば、抵抗率が約1Ω・cm程度の低抵抗率
の、as−grownのp形III族窒化物半導体層
は、p形オーミック性電極を敷設するためのp形コンタ
クト層としても利用できる。as−grown状態で特
に、数Ω・cmの低抵抗率のp形III族窒化物半導体
層を得るのには、素材とするp形不純物ドープIII族
窒化物半導体層内のp形不純物の濃度を予め、約1×1
18cm-3以上で約1×1019cm-3に収納しておくの
が得策である。特に、p形不純物をマグネシウム(M
g)とした際には、その層内でのMg原子の濃度を約2
×1018cm-3〜5×1018cm-3の範囲としておくと
好結果が得られる。
The lower the resistivity of the p-type group III nitride semiconductor layer in the as-grown state, the better. For example, an as-grown p-type group III nitride semiconductor layer having a low resistivity of about 1 Ω · cm can also be used as a p-type contact layer for laying a p-type ohmic electrode. In particular, in order to obtain a low resistivity p-type group III nitride semiconductor layer of several Ω · cm in the as-grown state, the concentration of the p-type impurity in the p-type impurity-doped group III nitride semiconductor layer as a material is About 1 × 1
It is advisable to store it at about 1 × 10 19 cm -3 when it is 0 18 cm -3 or more. In particular, the p-type impurity is magnesium (M
g), the concentration of Mg atoms in the layer is about 2
Good results can be obtained by setting the range of × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 .

【0031】[0031]

【実施例】(実施例1)本実施例では、n形の珪素単結
晶基板上に積層されたIII族窒化物半導体層からなる
積層構造体20aから青色発光ダイオード(LED)2
0を構成する例にして、本発明を詳細に説明する。図2
は本実施例に係わるLED20の断面模式図である。
(Embodiment 1) In this embodiment, a blue light emitting diode (LED) 2 is formed from a laminated structure 20a composed of a group III nitride semiconductor layer laminated on an n-type silicon single crystal substrate.
The present invention will be described in detail with an example of configuring 0. FIG.
1 is a schematic cross-sectional view of an LED 20 according to the present embodiment.

【0032】積層構造体20aは、リン(元素記号:
P)ドープn形珪素単結晶基板201上に順次、積層さ
せた、閃亜鉛鉱型の立方晶リン化硼素(BP)を主体と
してなる多結晶の、n形の第1の緩衝層202a、及び
緩衝層202aより高温で成膜された立方晶BPを主体
としてなるn形の第2の緩衝層202bからなるn形緩
衝層202、珪素ドープn形窒化ガリウム(GaN)か
らなる下部クラッド層203、主体相Sをn形GaNと
し、平均的なインジウム組成比を0.1とする窒化ガリ
ウム・インジウム混晶(Ga0.9In0.1N)を従属相T
とする多相構造のn形発光層204、Mgドープの高抵
抗Al0.9Ga0.1Nからなる中間層205、Mgドープ
p形GaNからなるコンタクト層を兼ねる上部クラッド
層206及びSiドープn形GaN層207から構成し
た。
The laminated structure 20a is made of phosphorus (element symbol:
P) a polycrystalline, n-type first buffer layer 202a mainly composed of zinc blende-type cubic boron phosphide (BP), which is sequentially laminated on a doped n-type silicon single crystal substrate 201; An n-type buffer layer 202 composed of an n-type second buffer layer 202b mainly composed of cubic BP formed at a higher temperature than the buffer layer 202a, a lower cladding layer 203 composed of silicon-doped n-type gallium nitride (GaN), The main phase S is n-type GaN, and a gallium nitride-indium mixed crystal (Ga 0.9 In 0.1 N) having an average indium composition ratio of 0.1 is a sub phase T.
N-type light-emitting layer 204 having a multi-phase structure, an intermediate layer 205 made of Mg-doped high-resistance Al 0.9 Ga 0.1 N, an upper cladding layer 206 also serving as a contact layer made of Mg-doped p-type GaN, and a Si-doped n-type GaN layer 207.

【0033】第1及び第2の緩衝層202a、202b
は、トリエチル硼素((C253B)を硼素(B)源
とし、ホスフィン(PH3)をリン(P)源とするMO
CVD法で成膜した。多結晶の第1の緩衝層202aは
440℃で成膜し、単結晶の第2の緩衝層202bは、
第1の緩衝層202aの成膜を終了した後、ホスフィン
を含む雰囲気中で基板201の温度を1100℃に昇温
して成膜した。エピタキシャル構成層202〜207の
各層は、トリメチルガリウム((CH33Ga)/トリ
メチルアルミニウム((CH33Al)/トリメチルイ
ンジウム((CH33In)/アンモニア(NH3)系
減圧MO−VPE法により成長させた。珪素のドーピン
グ源として、ジシラン(Si26)を約10体積ppm
の濃度で含むシシラン−水素混合ガスを利用した。Mg
のドーピング源には、ビス−シクロペンタジエニルMg
(bis−(C552Mg)を利用した。Mgドープ
GaN層206へのMgのドーピング量は、約4×10
18cm-3に設定した。
First and second buffer layers 202a, 202b
Is an MO that uses triethyl boron ((C 2 H 5 ) 3 B) as a boron (B) source and phosphine (PH 3 ) as a phosphorus (P) source.
The film was formed by the CVD method. The polycrystalline first buffer layer 202a is formed at 440 ° C., and the monocrystalline second buffer layer 202b is
After the formation of the first buffer layer 202a was completed, the temperature of the substrate 201 was increased to 1100 ° C. in an atmosphere containing phosphine to form a film. Each of the epitaxial constituent layers 202 to 207 is formed of a trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga) / trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3 Al) / trimethyl indium ((CH 3 ) 3 In) / ammonia (NH 3 ) -based reduced pressure. It was grown by the MO-VPE method. About 10 ppm by volume of disilane (Si 2 H 6 ) as a silicon doping source
A silane-hydrogen mixed gas containing at a concentration of? Mg
Bis-cyclopentadienyl Mg
Using (bis- (C 5 H 5) 2 Mg). The doping amount of Mg into the Mg-doped GaN layer 206 is about 4 × 10
It was set to 18 cm -3 .

【0034】多相構造の発光層204の成膜温度は89
0℃とし、他のIII族窒化物半導体成長層203、2
05〜207の成膜温度は1050℃とした。発光層2
04の成膜終了後、積層構造1の温度を、中間層20
5、p形クラッド層206、及びSiドープGaN層2
07の成膜温度である1050℃へ、アンモニア気流中
で毎分約150℃の速度で昇温した。p形クラッド層2
06の成膜を終えた後、引き続き、同温度でp形クラッ
ド層206を成膜した。Siドープn形GaN層207
は、p形クラッド層206の形成を終了した後、成膜温
度を変更せずに「引き続き」成膜した。Siドープn形
GaN層207をp形クラッド層206に接合させたま
まの状態で、積層積層構造体20aの温度を1050℃
から950℃へ毎分約50℃の速度でNH3を含む雰囲
気内で降温した。更に、アンモニアを含む雰囲気内で4
00℃へ毎分約15℃の速度で降温した。400℃から
室温近傍の温度への降温は、N2−H2混合雰囲気内で自
然冷却によった。以上の昇温及び降温速度の採用によ
り、多相構造の発光層204を構成する従属相Tのイン
ジウム組成、外形状、並びに大きさの均一化を図った。
The temperature for forming the light emitting layer 204 having a multiphase structure is 89.
0 ° C., and the other group III nitride semiconductor growth layers 203, 2
The film formation temperature of 05 to 207 was 1050 ° C. Light emitting layer 2
After completion of the film formation of the intermediate layer 20,
5, p-type cladding layer 206 and Si-doped GaN layer 2
The film was heated at a rate of about 150 ° C. per minute to 1050 ° C. which is a film forming temperature of 07 in an ammonia gas flow. p-type cladding layer 2
After completing the film formation of No. 06, the p-type cladding layer 206 was subsequently formed at the same temperature. Si-doped n-type GaN layer 207
After the formation of the p-type cladding layer 206 was completed, the film was formed “continuously” without changing the film formation temperature. With the Si-doped n-type GaN layer 207 still joined to the p-type cladding layer 206, the temperature of the laminated structure 20a is raised to 1050 ° C.
To 950 ° C. at a rate of about 50 ° C. per minute in an atmosphere containing NH 3 . Furthermore, in an atmosphere containing ammonia,
The temperature was lowered to 00 ° C at a rate of about 15 ° C per minute. The temperature was lowered from 400 ° C. to a temperature near room temperature by natural cooling in a N 2 -H 2 mixed atmosphere. By adopting the above-mentioned heating and cooling rates, the indium composition, the outer shape, and the size of the dependent phase T constituting the light emitting layer 204 having the multiphase structure are made uniform.

【0035】第1の緩衝層202aの層厚(d)は約2
0nmとした。第2の緩衝層202bの層厚は約3μm
とし、キャリア濃度(n)は約2×1018cm-3とし
た。下部クラッド層203はd=0.5μmとし、n=
2×1018cm-3とした。発光層204はd=0.1μ
mとし、n=3×1018cm-3とした。中間層205の
キャリア濃度は約1×1017cm-3以下とし、層厚
(d)は約10nmとした。p形クラッド層206はd
=0.15μmとし、キャリア濃度(p)は、as−g
rown状態で約4×1017cm-3を示した。一般のS
IMS分析に依れば、MgドープGaN層206内の水
素原子(プロトン)の濃度は約6×1017cm -3と定量
された。MgドープGaN層206をas−grown
でp形となすに貢献したSiドープn形GaN層207
は、d=0.1μmとし、n=2×10 18cm-3とし
た。
The thickness (d) of the first buffer layer 202a is about 2
It was set to 0 nm. The thickness of the second buffer layer 202b is about 3 μm
And the carrier concentration (n) is about 2 × 1018cm-3age
Was. The lower cladding layer 203 has d = 0.5 μm and n =
2 × 1018cm-3And The light emitting layer 204 has d = 0.1 μm
m, n = 3 × 1018cm-3And Of the middle layer 205
Carrier concentration is about 1 × 1017cm-3Below and the layer thickness
(D) was about 10 nm. The p-type cladding layer 206 is d
= 0.15 μm, and the carrier concentration (p) is as-g
About 4 × 10 in the row state17cm-3showed that. General S
According to the IMS analysis, the water in the Mg-doped GaN layer 206
The concentration of elemental atoms (protons) is about 6 × 1017cm -3And quantification
Was done. As-grown Mg-doped GaN layer 206
-Doped n-type GaN layer 207 contributed to forming p-type
Is d = 0.1 μm and n = 2 × 10 18cm-3age
Was.

【0036】冷却後、MOCVD成長炉より積層構造体
20aを取り出し、最表層のSiドープn形GaN層2
07を一部の領域を除き、一般的なパターニング技法と
プラズマエッチング手段に依り、p形クラッド層206
の表面から除去した。Siドープn形GaN層207
は、p形台座電極210を形成する予定の領域に限定し
てp形クラッド層206上に残置させ、それより、p形
台座電極210の形成予定領域の直下にpn接合部20
6cを形成した。Siドープn形GaN層207をp形
クラッド層206上に残置させた領域の平面形状は、p
形台座電極210の底面形状と相似の直径を約150μ
mとする円形とした(平面積約7.1×10-4
2)。
After cooling, the laminated structure 20a is taken out of the MOCVD growth furnace, and the outermost Si-doped n-type GaN layer 2 is formed.
07 except for some regions, the p-type cladding layer 206 is formed by a general patterning technique and plasma etching means.
Removed from the surface. Si-doped n-type GaN layer 207
Is left on the p-type cladding layer 206 limited to the region where the p-type pedestal electrode 210 is to be formed, and the pn junction 20 is located immediately below the region where the p-type pedestal electrode 210 is to be formed.
6c was formed. The planar shape of the region where the Si-doped n-type GaN layer 207 is left on the p-type cladding layer 206 is p
The diameter similar to the bottom shape of the base electrode 210 is about 150μ.
m (circular area: about 7.1 × 10 -4 c
m 2 ).

【0037】次に、p形台座電極210の形成予定領域
に限り残置させたSiドープn形GaN層207の表面
を含めて、p形クラッド層206の表面に、一般的な電
子ビーム(beam)蒸着法によりNi薄膜208を被
着させた。ニッケル薄膜208の層厚は約13nmとし
た。その後、一般的な高周波スパッタリング法により、
透明で且つn形の伝導を呈するITO膜209をNi薄
膜208の略全面に被着させた。ITO膜のスパッタリ
ング時の圧力は約1×10-3トール(Torr)とし、
印可した高周波電力は約130Wとした。ITO層20
9の層厚は約0.5μmとした。同膜209の抵抗率は
約1×10-3Ω・cmとなった。以上のNi薄膜208
とITO膜209とからp形オーミック電極211を構
成した。
Next, a general electron beam (beam) is applied to the surface of the p-type cladding layer 206 including the surface of the Si-doped n-type GaN layer 207 left only in the region where the p-type pedestal electrode 210 is to be formed. A Ni thin film 208 was deposited by a vapor deposition method. The layer thickness of the nickel thin film 208 was about 13 nm. Then, by a general high-frequency sputtering method,
An ITO film 209 which is transparent and exhibits n-type conductivity was applied to substantially the entire surface of the Ni thin film 208. The pressure at the time of sputtering the ITO film is about 1 × 10 −3 Torr,
The applied high frequency power was about 130 W. ITO layer 20
The layer thickness of No. 9 was about 0.5 μm. The resistivity of the film 209 was about 1 × 10 −3 Ω · cm. The above Ni thin film 208
A p-type ohmic electrode 211 was composed of the ITO film and the ITO film 209.

【0038】Siドープn形GaN層207とp形クラ
ッド層206とのpn接合領域の上方には、上記のNi
薄膜208及びITO膜209を介してp形台座電極2
10を設けた。p形台座電極210の平面形状の中心と
上記のpn接合領域の形状中心とは略一致させた。p形
台座電極210のITO膜209と接する下層部210
−1をチタン(Ti)とし、その上層部210−2をア
ルミニウム(Al)とする重層電極から構成した。IT
O層209に接するp形台座電極210の底面形状は、
直径を約130μmとする円形とした(底面積約6.2
×10-4cm2)。n形のオーミック電極212は、基
板201にn形導電性のSi単結晶を利用していること
から、Si基板201の裏面側の全面にAl膜を被着さ
せて形成した。n形オーミック電極212の層厚は約
1.2μmとした。
Above the pn junction region between the Si-doped n-type GaN layer 207 and the p-type cladding layer 206, the Ni
P-type pedestal electrode 2 through thin film 208 and ITO film 209
10 were provided. The center of the planar shape of the p-type pedestal electrode 210 and the center of the shape of the pn junction region were made substantially coincident. Lower layer portion 210 of p-type pedestal electrode 210 in contact with ITO film 209
-1 was made of titanium (Ti), and the upper layer 210-2 was made of a multilayer electrode made of aluminum (Al). IT
The bottom shape of the p-type pedestal electrode 210 in contact with the O layer 209 is
A circular shape having a diameter of about 130 μm (a bottom area of about 6.2
× 10 -4 cm 2 ). Since the n-type ohmic electrode 212 uses an n-type conductive Si single crystal for the substrate 201, the n-type ohmic electrode 212 is formed by coating an Al film on the entire back surface of the Si substrate 201. The layer thickness of the n-type ohmic electrode 212 was about 1.2 μm.

【0039】次に、一辺を約300μmとするチップに
分割し、個別のLED20となした。p形台座電極21
0及びn形オーミック電極212間に約3.3Vの電圧
を印可して20ミリアンペア(mA)の順方向電流を通
流したところ、透明導電性ITO層208の略全面から
ほぼ均一な強度をもって、青色光が放射された。分光器
により測定された発光波長は約450nmであった。ま
た、発光スペクトルの半値幅は約29nmであり、単色
性に優れる発光が得られた。チップ状態での発光強度は
約24マイクロワット(μW)に到達した。
Next, the chip was divided into chips each having a side of about 300 μm, and individual LEDs 20 were formed. p-type pedestal electrode 21
When a voltage of about 3.3 V was applied between the 0 and n-type ohmic electrodes 212 and a forward current of 20 milliamperes (mA) was passed, a substantially uniform strength was obtained from almost the entire surface of the transparent conductive ITO layer 208. Blue light was emitted. The emission wavelength measured by the spectrometer was about 450 nm. The half width of the light emission spectrum was about 29 nm, and light emission having excellent monochromaticity was obtained. The light emission intensity in a chip state reached about 24 microwatts (μW).

【0040】(実施例2)本実施例では、サファイア基
板上に積層されたIII族窒化物半導体層からなる積層
構造体30aから青色LED30を構成する例にして、
本発明を詳細に説明する。図3は本実施例に係わるLE
D30の断面模式図である。
(Embodiment 2) In this embodiment, an example is shown in which a blue LED 30 is constituted by a laminated structure 30a composed of a group III nitride semiconductor layer laminated on a sapphire substrate.
The present invention will be described in detail. FIG. 3 shows the LE according to this embodiment.
It is a cross section of D30.

【0041】LED30用途の積層構造体30aは、
(0001)サファイア(α−Al23単結晶)基板3
01、GaN低温緩衝層302、Siドープn形窒化ガ
リウム(GaN)からなるn形クラッド層303、主体
相Sをn形Ga0.95In0.05Nとし、平均的なインジウ
ム組成比を0.15とする窒化ガリウム・インジウム混
晶(Ga0.85In0.15N)を従属相Tとする多相構造の
n形発光層304、Mgドープp形Al0.15Ga0.85
からなるp形クラッド層305、Mgドープp形GaN
コンタクト層306、及びSiドープn形GaN層30
7から構成した。
The laminated structure 30a for the LED 30 is
(0001) Sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) substrate 3
01, the GaN low-temperature buffer layer 302, the n-type cladding layer 303 made of Si-doped n-type gallium nitride (GaN), the main phase S is n-type Ga 0.95 In 0.05 N, and the average indium composition ratio is 0.15. N-type light emitting layer 304 having a multiphase structure having gallium nitride / indium mixed crystal (Ga 0.85 In 0.15 N) as a dependent phase T, Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N
P-type cladding layer 305 made of Mg, p-type GaN doped with Mg
Contact layer 306 and Si-doped n-type GaN layer 30
7.

【0042】III族窒化合物半導体層302〜307
は、トリメチルガリウム/トリメチルアルミニウム/シ
クロペンタジエニルインジウム/アンモニア系常圧MO
−VPE法により成長させた。珪素のドーピング源とし
て、ジシランを約10体積ppmの濃度で含むシシラン
−水素混合ガスを利用した。Mgのドーピング源には、
ビス−シクロペンタジエニルMgを利用した。Mgドー
プGaN層306へのMgのドーピング量は、6×10
18cm-3とした。多結晶の緩衝層302は430℃で成
膜した。多相構造の発光層304の成膜温度は880℃
とし、他のIII族窒化物半導体成長層303、305
〜307の成膜温度は1030℃とした。
Group III nitride compound semiconductor layers 302 to 307
Is a trimethylgallium / trimethylaluminum / cyclopentadienylindium / ammonia-based atmospheric pressure MO
-Grown by VPE method. A silicon-hydrogen mixed gas containing disilane at a concentration of about 10 ppm by volume was used as a silicon doping source. Mg doping sources include:
Bis-cyclopentadienyl Mg was utilized. The doping amount of Mg into the Mg-doped GaN layer 306 is 6 × 10
18 cm -3 . The polycrystalline buffer layer 302 was formed at 430 ° C. The deposition temperature of the light emitting layer 304 having a multiphase structure is 880 ° C.
And the other group III nitride semiconductor growth layers 303 and 305
The film formation temperature of 30307 was 1030 ° C.

【0043】p形コンタクト層306の成膜終了後は成
膜温度を変化させることなく、「引き続き」Siドープ
n形GaN層307を成長させた。p形コンタクト層3
06に接合させてSiドープn形GaN層307の成膜
を終了した後、アンモニア気流中で毎分約15℃の速度
で800℃へ降温した。800℃から室温近傍の温度へ
の降温は、水素雰囲気内で自然に冷却させた。この降温
操作により、多相構造の発光層304を構成する従属相
Tのインジウム組成、外形状、並びに大きさの均一化を
図った。
After the formation of the p-type contact layer 306 was completed, the Si-doped n-type GaN layer 307 was grown “continuously” without changing the deposition temperature. p-type contact layer 3
After completion of the film formation of the Si-doped n-type GaN layer 307 by bonding at 06, the temperature was lowered to 800 ° C. at a rate of about 15 ° C. per minute in an ammonia stream. The temperature was lowered from 800 ° C. to a temperature near room temperature by natural cooling in a hydrogen atmosphere. By this temperature lowering operation, the indium composition, outer shape, and size of the dependent phase T constituting the light emitting layer 304 having the multi-phase structure were made uniform.

【0044】緩衝層302の層厚(d)は約15nmと
した。n形クラッド層303はd=2.5μmとし、キ
ャリア濃度(n)=3×1018cm-3とした。発光層3
04はd=0.1μmとし、キャリア濃度(n)=6×
1017cm-3とした。p形クラッド層305はd=0.
03μmとし、キャリア濃度(p)=7×1016cm -3
とした。p形コンタクト層306はd=0.1μmとし
た。p形コンタクト層306上には、Siドープn形G
aN層307を接合させて設けたため、同層306はa
s−grown状態で低抵抗となり、そのキャリア濃度
(p)は、3×1017cm-3となった。p形コンタクト
層306内の水素原子の濃度は約8×1017cm-3であ
った。
The thickness (d) of the buffer layer 302 is about 15 nm.
did. The n-type cladding layer 303 has d = 2.5 μm,
Carrier concentration (n) = 3 × 1018cm-3And Light emitting layer 3
04, d = 0.1 μm, carrier concentration (n) = 6 ×
1017cm-3And The p-type cladding layer 305 has d = 0.
03 μm, carrier concentration (p) = 7 × 1016cm -3
And The p-type contact layer 306 is d = 0.1 μm
Was. On the p-type contact layer 306, a Si-doped n-type G
Since the aN layer 307 was provided by bonding, the same layer 306
The resistance becomes low in the s-grown state and its carrier concentration
(P) is 3 × 1017cm-3It became. p-type contact
The concentration of hydrogen atoms in the layer 306 is about 8 × 1017cm-3In
Was.

【0045】積層構造体30aの形成を終え、室温に冷
却して、MOCVD成長炉より取り出した。その後、最
表層のSiドープn形GaN層307を一部の領域を除
き、一般的なパターニング技法とプラズマエッチング手
段に依り、p形コンタクト層306の表面から除去し
た。Siドープn形GaN層307は、p形台座電極3
10を形成する予定の領域に限定してp形コンタクト層
306上に残置させ、それより、p形台座電極310の
形成予定領域の直下にpn接合部306cを形成した。
Siドープn形GaN層307をp形クラッド層306
上に残置させた領域の平面形状は、p形台座電極310
の底面形状と相似形の長辺を約280μmとし、短辺を
約110μmとする長方形とした(平面積約3.1×1
-4cm2)。
After the formation of the laminated structure 30a was completed, it was cooled to room temperature and taken out of the MOCVD growth furnace. After that, the Si-doped n-type GaN layer 307 as the outermost layer was removed from the surface of the p-type contact layer 306 by a general patterning technique and plasma etching means except for a part of the region. The Si-doped n-type GaN layer 307 is
10 was left on the p-type contact layer 306 limited to the region where the p-type pedestal electrode 310 was to be formed, and the pn junction 306c was formed immediately below the region where the p-type pedestal electrode 310 was to be formed.
The Si-doped n-type GaN layer 307 is
The planar shape of the region left on top is the p-type pedestal electrode 310.
A rectangular shape having a long side similar to the bottom shape of about 280 μm and a short side about 110 μm (plan area: about 3.1 × 1)
0 -4 cm 2 ).

【0046】次に、p形台座電極310の形成予定領域
に限り残置させたSiドープn形GaN層307の表面
を含めて、p形コンタクト層306の表面に、一般的な
電子ビーム(beam)蒸着法によりNiO薄膜308
を約250℃で被着させた。NiO薄膜308の層厚は
約18nmとした。同一条件で別途、ガラス基板上に成
膜した酸化ニッケル膜(膜厚=17nm)の波長450
nmの青色帯光についての透過率は約82%であった。
NiO薄膜308上には、一般的な高周波スパッタリン
グ法により、透明で且つn形の伝導を呈するITO膜3
09をNiO薄膜308の略全面に被着させた。ITO
膜のスパッタリング時の圧力は約1×10-3Torrと
し、印可した高周波電力は約150Wとした。ITO層
309の層厚は約0.3μmとした。同膜309の抵抗
率は約8×10-4Ω・cmとなった。以上のNiO薄膜
308とITO膜309とからp形オーミック電極31
1を構成した。
Next, a general electron beam (beam) is applied to the surface of the p-type contact layer 306 including the surface of the Si-doped n-type GaN layer 307 left only in the region where the p-type pedestal electrode 310 is to be formed. NiO thin film 308 by vapor deposition
At about 250 ° C. The layer thickness of the NiO thin film 308 was about 18 nm. A wavelength 450 of a nickel oxide film (thickness = 17 nm) separately formed on a glass substrate under the same conditions.
The transmittance for the blue band light of nm was about 82%.
On the NiO thin film 308, a transparent and n-type conductive ITO film 3 is formed by a general high frequency sputtering method.
09 was deposited on almost the entire surface of the NiO thin film 308. ITO
The pressure during sputtering of the film was about 1 × 10 −3 Torr, and the applied high frequency power was about 150 W. The thickness of the ITO layer 309 was about 0.3 μm. The resistivity of the film 309 was about 8 × 10 −4 Ω · cm. From the NiO thin film 308 and the ITO film 309 described above, the p-type ohmic electrode 31 is formed.
1 was constructed.

【0047】Siドープn形GaN層307が残置さ
れ、p形コンタクト層306とpn接合306cが形成
されている領域上には、p形台座電極310を設けた。
p形台座電極310は、上記のpn接合領域と同一形状
の長辺を約280μmとし、短辺を約110μmとする
長方形とし、且つ、その平面形状の中心を上記のpn接
合領域の、平面形状の中心と略一致させて配置した。p
形台座電極310の、ITO層309に接する下層部3
10−1はチタン(Ti)とし、上層部310−2はA
uとした。下層のTi膜310−1の膜厚は約250n
mとした。上層のAu膜310−2の膜厚は約0.8μ
mとした。n形オーミック電極312は、その形成予定
領域に在った、Siドープn形GaN層307、p形コ
ンタクト層306、p形クラッド層305、及び多相構
造の発光層304をアルゴン(Ar)/メタン(C
4)/水素(H2)混合ガスを用いたプラズマエッチン
グ法により順次、除去して露呈させたn形クラッド層3
03の表層部に形成した。n形オーミック電極312
は、Alから構成し、その層厚は約1.2μmとした。
n形オーミック電極312の平面形状は、長辺を約28
0μmとし、短辺を約110μmとする長方形とした。
p形及びn形電極310、312は相互に対向する位置
に互いに略平行に配列した。
On the region where the Si-doped n-type GaN layer 307 is left and the p-type contact layer 306 and the pn junction 306c are formed, a p-type pedestal electrode 310 is provided.
The p-type pedestal electrode 310 has a rectangular shape having a long side of about 280 μm and a short side of about 110 μm in the same shape as the pn junction region, and a center of the plane shape of the pn junction region. Were arranged so as to substantially coincide with the center. p
Lower part 3 of the base electrode 310 in contact with the ITO layer 309
10-1 is titanium (Ti), and the upper layer 310-2 is A
u. The thickness of the lower Ti film 310-1 is about 250 n.
m. The thickness of the upper Au film 310-2 is about 0.8 μm.
m. The n-type ohmic electrode 312 is formed by forming the Si-doped n-type GaN layer 307, the p-type contact layer 306, the p-type cladding layer 305, and the light emitting layer 304 having a multi-phase structure in the region where the formation is to be performed. Methane (C
N-type cladding layer 3 sequentially removed and exposed by a plasma etching method using a mixed gas of H 4 ) / hydrogen (H 2 )
No. 03 on the surface layer. n-type ohmic electrode 312
Was made of Al, and its layer thickness was about 1.2 μm.
The planar shape of the n-type ohmic electrode 312 has a long side of about 28
It was a rectangular shape having a length of 0 μm and a short side of about 110 μm.
The p-type and n-type electrodes 310 and 312 were arranged substantially parallel to each other at positions facing each other.

【0048】次に、一辺を約350μmとするチップ
(chip)に分割し、個別のLED30となした。p
形及びn形オーミック電極310、312間に順方向に
20mAの電流を通流したところ、p形台座電極310
の、外周囲の領域の略全面からほぼ均一な強度をもっ
て、青緑色光が放射された。分光器により測定された発
光波長は約460nmであった。発光スペクトルの半値
幅は約30nmとなった。発光は順方向電圧(@20m
A)は平均して3.2Vとなった。チップ状態での発光
強度は約18μWに到達し、高出力のLEDがもたらさ
れた。
Next, each LED 30 was divided into chips each having a side of about 350 μm. p
When a current of 20 mA flows in the forward direction between the n-type and n-type ohmic electrodes 310 and 312, the p-type pedestal electrode 310
In this case, blue-green light was emitted with almost uniform intensity from almost the entire outer peripheral area. The emission wavelength measured by the spectrometer was about 460 nm. The half width of the emission spectrum was about 30 nm. Light emission is forward voltage ($ 20m
A) averaged 3.2 V. The light emission intensity in the chip state reached about 18 μW, resulting in a high-power LED.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明の請求項1に記載の発明に依れ
ば、III族窒化物半導体発光素子の駆動電流を供給す
るp形台座電極を、p形III族窒化物半導体層と、そ
れをas−grown状態で低抵抗のp形層と成すべく
設けたn形III族窒化合物半導体層とから構成される
pn接合領域上に設けたので、台座電極直下への短絡的
な通流を阻止するのに効果が挙げられ、素子動作電流
を、発光を外部に取出せる領域に効率的に分配できるた
め、高発光出力のIII族窒化物半導体発光素子が提供
できる。
According to the first aspect of the present invention, a p-type pedestal electrode for supplying a drive current of a group III nitride semiconductor light emitting device comprises: a p-type group III nitride semiconductor layer; Is provided on a pn junction region composed of an n-type group III nitride compound semiconductor layer provided to form a low-resistance p-type layer in an as-grown state. This is effective in blocking, and the device operating current can be efficiently distributed to a region from which light can be extracted to the outside, so that a group III nitride semiconductor light emitting device with high light emission output can be provided.

【0050】本発明の請求項2に記載の発明に依れば、
p形不純物がドーピングされたIII族窒化物半導体層
上に「引き続き」気相成長させて接合させるn形III
族窒化物半導体層の成膜温度を好適な範囲に規定したの
で、気相成長環境からIII族窒化物半導体層内に侵入
してくる水素不純物が効率良く捕獲されるため、as−
grown状態で低抵抗のp形III族窒化物半導体層
がもたらされ、動作電流を平面的に拡散できるp形II
I族窒化物半導体層を備えるが故に、発光強度の面内均
一性に優れるIII族窒化物半導体発光素子が提供でき
る。
According to the invention described in claim 2 of the present invention,
N-type III to be "continuously" vapor-grown and bonded on a III-type nitride semiconductor layer doped with p-type impurities
Since the film formation temperature of the group III nitride semiconductor layer is specified in a suitable range, hydrogen impurities invading into the group III nitride semiconductor layer from the vapor phase growth environment are efficiently captured.
A p-type group III nitride semiconductor layer having a low resistance in a grown state is provided, and a p-type II capable of planarly diffusing an operating current is provided.
Since a group I nitride semiconductor layer is provided, a group III nitride semiconductor light emitting device having excellent in-plane uniformity of emission intensity can be provided.

【0051】特に、本発明の請求項3に記載の発明に依
れば、n形III族窒化物半導体接合層のキャリア(電
子)濃度と層厚との積値を好適な範囲に収納させること
としたので、as−grown状態で低抵抗であるp形
III族窒化物半導体層がもたらされ、しいては、順方
向電圧が低い高発光出力のIII族窒化物半導体発光素
子がもたらされる効果がある。
In particular, according to the third aspect of the present invention, the product value of the carrier (electron) concentration and the layer thickness of the n-type group III nitride semiconductor bonding layer is stored in a suitable range. As a result, a p-type group III nitride semiconductor layer having low resistance in an as-grown state is provided, and a group III nitride semiconductor light emitting device having a low forward voltage and high light emission output is provided. There is.

【0052】また、本発明の請求項4に記載の発明に依
れば、n形III族窒化物半導体層を、珪素をドーピン
グしたn形層、特に、AlXGaYInZNから構成する
こととしたので、気相成長環境からp形不純物ドープI
II族窒化物半導体層への水素不純物の混入をより効率
的に防止できるn形III族窒化物半導体層が提供で
き、従って、as−grownで低抵抗のp形III族
窒化物半導体層を備えるが故に、優れた電流拡散性が発
揮されるため高発光強度のIII族窒化物半導体発光素
子が簡便に提供できる。
According to the invention of claim 4 of the present invention, the n-type group III nitride semiconductor layer is composed of an n-type layer doped with silicon, particularly, Al x Ga y In Z N. Therefore, the p-type impurity-doped I
It is possible to provide an n-type group III nitride semiconductor layer that can more efficiently prevent the incorporation of hydrogen impurities into the group II nitride semiconductor layer, and therefore, includes an as-grown, low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer. Therefore, since excellent current spreading properties are exhibited, a group III nitride semiconductor light emitting device having high emission intensity can be easily provided.

【0053】本発明の請求項5に記載の発明に依れば、
高強度の発光を帰結する、インジウム濃度を相違する多
相構造のインジウム含有III族窒化物半導体層を発光
層として含む発光部上に、as−grownで低抵抗の
p形III族窒化物半導体層を配置する構成としたの
で、高い発光出力のIII族窒化物半導体発光素子が提
供される効果がある。
According to the invention described in claim 5 of the present invention,
An as-grown, low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer on a light emitting part including, as a light emitting layer, an indium-containing group III nitride semiconductor layer having a multiphase structure having a different indium concentration resulting in high intensity light emission. Is arranged, there is an effect that a group III nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output is provided.

【0054】本発明の請求項6に記載の発明に依れば、
as−grownでp形の伝導を呈し、尚且つ、抵抗率
を10Ω・cm以下とする低抵抗のp形III族窒化物
半導体層からIII族窒化物半導体発光素子を構成する
こととしたので、高い発光出力のIII族窒化物半導体
発光素子が提供できる。
According to the invention described in claim 6 of the present invention,
Since a group III nitride semiconductor light emitting device is formed from a low resistance p-type group III nitride semiconductor layer that exhibits p-type conduction in as-grown and has a resistivity of 10 Ω · cm or less, A group III nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output can be provided.

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

【図1】本発明の実施形態を説明するためのIII族窒
化物半導体LEDの断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a group III nitride semiconductor LED for describing an embodiment of the present invention.

【図2】実施例1に記載のLEDの断面模式図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of the LED described in Example 1.

【図3】実施例2に記載のLEDの断面模式図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of the LED described in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本発明に係わる積層構造 1A pn接合型発光部 8 単結晶基板 9 緩衝層 10 n形下部クラッド層 11 発光層 12 p形上部クラッド層 12a p形クラッド層の一主面 12b p形クラッド層の他の主面 12c pn接合部 13 n形III族窒化物半導体層 14 p形台座電極 15 p形オーミック電極 16 n形オーミック電極 20 LED 20a 積層構造体 30 LED 30a 積層構造体 201 Si単結晶基板 202 緩衝層 202a 第1の緩衝層構成層 202b 第2の緩衝層構成層 203 n形GaN下部クラッド層 204 多相構造発光層 205 AlGaN中間層 206 p形GaN上部クラッド層 206c pn接合部 207 n形III族窒化物半導体層 208 ニッケル(Ni)薄膜 209 酸化インジウム・錫(ITO)層 210 p形台座電極 210−1 台座電極下層部 210−2 台座電極上層部 211 p形オーミック電極 212 n形オーミック電極 301 サファイア基板 302 GaN緩衝層 303 n形GaNクラッド層 304 多相構造発光層 305 p形AlGaNクラッド層 306 p形GaNコンタクト層 306c pn接合部 307 n形III族窒化物半導体層 308 酸化ニッケル(NiO)薄膜 309 重層構造の透明酸化物層 310 p形台座電極 310−1 台座電極下層部 310−2 台座電極上層部 311 p形オーミック電極 312 n形オーミック電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated structure concerning this invention 1A pn junction type light-emitting part 8 Single crystal substrate 9 Buffer layer 10 n-type lower clad layer 11 light-emitting layer 12 p-type upper clad layer 12a One principal surface of p-type clad layer 12b p-type clad layer Other main surface 12c pn junction 13 n-type group III nitride semiconductor layer 14 p-type pedestal electrode 15 p-type ohmic electrode 16 n-type ohmic electrode 20 LED 20a laminated structure 30 LED 30a laminated structure 201 Si single crystal substrate 202 Buffer layer 202a first buffer layer constituting layer 202b second buffer layer constituting layer 203 n-type GaN lower cladding layer 204 multi-phase structure light emitting layer 205 AlGaN intermediate layer 206 p-type GaN upper cladding layer 206c pn junction 207 n-type III Group nitride semiconductor layer 208 nickel (Ni) thin film 209 indium oxide / tin oxide (IT ) Layer 210 p-type pedestal electrode 210-1 pedestal electrode lower layer part 210-2 pedestal electrode upper layer part 211 p-type ohmic electrode 212 n-type ohmic electrode 301 sapphire substrate 302 GaN buffer layer 303 n-type GaN cladding layer 304 multi-phase structure light emitting layer 305 p-type AlGaN cladding layer 306 p-type GaN contact layer 306 c pn junction 307 n-type group III nitride semiconductor layer 308 nickel oxide (NiO) thin film 309 multilayer structure transparent oxide layer 310 p-type pedestal electrode 310-1 pedestal electrode Lower layer part 310-2 Pedestal electrode upper layer part 311 p-type ohmic electrode 312 n-type ohmic electrode

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年9月25日(2000.9.2
5)
[Submission date] September 25, 2000 (2009.2)
5)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0002[Correction target item name] 0002

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の発光ダイオード(LED)或いは
レーザダイオード(LD)等のIII族窒化物半導体発
光素子には、発光層とそれを挟持する障壁(クラッド)
層とから構成されるpn接合型のダブルヘテロ(DH)
構造の発光部が備えられている。III族窒化物半導体
結晶層とは、窒素(元素記号:N)をV族の構成元素と
して含む、一般式AlXGaYInZN(0≦X、Y、Z
≦1、X+Y+Z=1)で表記されるIII−V族化合
物半導体からなる結晶層である。また、一般式AlX
YInZ1-QQ(0≦X、Y、Z≦1、X+Y+Z=
1、記号Mは窒素以外の第V族元素であり、0≦Q<
1)で表記されるIII−V族化合物半導体からなる結
晶層である。例えば、n形並びにp形の窒化アルミニウ
ム・ガリウム(AlXGa1-XN:0≦X≦1)からなる
クラッド(clad)層と含インジウムIII族窒化物
半導体層とから構成されるpn接合型DH構造の発光部
が知られている(Jpn.J.Appl.Phys.、
Vol.34、Part 2、No.10B(199
5)、L1332〜L1335頁参照)。発光層は、紫
外帯域から青色帯や緑色帯などの短波長可視光を発する
のに好都合な禁止帯幅を室温で有する窒化ガリウム・イ
ンジウム(GaXIn1-XN:0≦X≦1)から一般的に
構成されている(特公昭55−3834号公報参照)。
2. Description of the Related Art A conventional III-nitride semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) has a light emitting layer and a barrier (cladding) sandwiching the light emitting layer.
Junction type double hetero (DH) composed of layers
A light emitting unit having a structure is provided. The group III nitride semiconductor crystal layer refers to a general formula Al X Ga Y In Z N (0 ≦ X, Y, Z) containing nitrogen (element symbol: N) as a group V constituent element.
≦ 1, X + Y + Z = 1) is a crystal layer made of a group III-V compound semiconductor. The general formula Al X G
a Y In Z N 1-Q M Q (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z =
1, the symbol M is a Group V element other than nitrogen, and 0 ≦ Q <
It is a crystal layer composed of a III-V compound semiconductor represented by 1). For example, a pn junction composed of a clad layer made of n-type and p-type aluminum gallium nitride (Al x Ga 1 -x N: 0 ≦ X ≦ 1) and an indium-containing group III nitride semiconductor layer A light emitting portion having a type DH structure is known (Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol. 34, Part 2, no. 10B (199
5), see pages L1332 to L1335). The light-emitting layer has a forbidden band width at room temperature, which is convenient for emitting short-wavelength visible light such as an ultraviolet band to a blue band or a green band at room temperature (Ga X In 1 -X N: 0 ≦ X ≦ 1). (See Japanese Patent Publication No. 55-3834).

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0006】アニール等の、低抵抗化のための後工程を
必要とせずに、as−grown状態で低抵抗のIII
族窒化物半導体層が獲得出来れば、簡便にpn接合型I
II族窒化物半導体発光素子が提供できる。p形不純物
がドーピングされたIII族窒化物半導体層の抵抗の大
小は、層内に含有される水素不純物の濃度に依存してい
る。低抵抗のp形III族窒化物半導体結晶層を得るた
めの有効となる一手段は、p形不純物を添加したIII
族窒化物半導体結晶層を気相成長させるのに際し、成長
環境からの結晶層内への水素(水素原子)の濃度を予め
低減させることにある。既に、リン化アルミニウム・ガ
リウム・インジウム混晶((AlXGa1 -X0.5In0.5
P:0≦X≦1)などのIII−V族化合物半導体結晶
層については、MOCVD法によりZnをドーピングし
た(Al0.7Ga0.30.5In0.5P層上にn形或いはp
形の砒化ガリウム(GaAs)結晶層を重層させた積層
構成として、気相成長時にp形AlGaInP層の内部
への水素の侵入を抑制する方法が知られている(J.C
rystal Growth.,118(1992)、
425〜429頁参照)。
A low resistance III in an as-grown state does not require a post-process for lowering the resistance such as annealing.
If a group III nitride semiconductor layer can be obtained, the pn junction type I
A group II nitride semiconductor light emitting device can be provided . The magnitude of the resistance of the group III nitride semiconductor layer doped with the p -type impurity depends on the concentration of the hydrogen impurity contained in the layer. One effective means for obtaining a low-resistance p-type group III nitride semiconductor crystal layer is III-type doped with p-type impurities.
An object of the present invention is to reduce the concentration of hydrogen (hydrogen atoms) in a crystal layer from a growth environment before growing a group III nitride semiconductor crystal layer in a vapor phase. Already, a mixed crystal of aluminum-gallium-indium phosphide ((Al X Ga 1 -X ) 0.5 In 0.5
For a III-V compound semiconductor crystal layer such as P = 0 ≦ X ≦ 1), an n-type or p-type layer is formed on a Zn-doped (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P layer by MOCVD.
A method of suppressing the intrusion of hydrogen into the p-type AlGaInP layer during vapor phase growth has been known as a layered structure in which p-type gallium arsenide (GaAs) crystal layers are overlaid (J. C.).
crystal Growth. , 118 (1992),
425-429).

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0027[Correction target item name] 0027

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0027】次に、肝要なのは、n形III族窒化物半
導体層を成膜した後の冷却を、気相成長に利用した窒素
源などの含窒素化合物を含む雰囲気内で実施することに
ある。例えば、III族窒化物半導体層の成長にアンモ
ニア(NH3)を用いた場合には、アンモニアを含む雰
囲気内で冷却するのを望ましいとする。非対称分子構造
型のジメチルヒドラジン(dimethyl hydr
adine)を含む雰囲気内でも冷却できる。冷却時の
雰囲気を構成する含窒素化合物として窒素(N 2)は好
適とはなり難い。窒素の解離エネルギーが約225キロ
カロリー/モル(kcal/mole)と比較的大であ
るため(バーロー、「物理化学(上)」((株)東京化
学同人、1972年5月1日発行、第1版第9刷)、1
75〜178頁参照)、容易には窒素原子に解離せず、
このため、昇華に因るIII族窒化物半導体層の表面状
の劣及び窒素空孔の多量の発生を回避できない。
窒素に比べれば小さな解離エネルギーの含窒素化合物を
含む雰囲気内で冷却することにより、冷却時に於ける窒
素空孔の発生及びn形III族窒化物半導体層の昇華に
因る表面状態の劣化を防止できる。
Next, what is important is an n-type III-nitride semi-conductor.
Nitrogen used for cooling after vapor deposition of the conductor layer
In an atmosphere containing nitrogen-containing compounds such as
is there. For example, the growth of a group III nitride semiconductor
Near (NHThree) Is used, the atmosphere containing ammonia
It is desirable to cool in an atmosphere. Asymmetric molecular structure
Type of dimethylhydrazine
(adine). When cooling
Nitrogen-containing compounds that make up the atmospheredo itNitrogen (N Two) Is good
It is hard to be suitable. The dissociation energy of nitrogen is about 225 km
Calorie / mole (kcal / mole)
(Barlow, “Physical Chemistry (above)” (Tokyo)
Gakudojin, published May 1, 1972, 1st edition, 9th print), 1
75-178), does not readily dissociate into nitrogen atoms,
For this reason, the surface condition of the group III nitride semiconductor layer due to sublimation
stateInferiorConversion,And the generation of a large amount of nitrogen vacancies cannot be avoided.
Nitrogen-containing compounds with smaller dissociation energy than nitrogen
By cooling in an atmosphere containing
For generation of elementary vacancies and sublimation of n-type group III nitride semiconductor layer
Deterioration of the resulting surface state can be prevented.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】多相構造の発光層204の成膜温度は89
0℃とし、他のIII族窒化物半導体成長層203、2
05〜207の成膜温度は1050℃とした。発光層2
04の成膜終了後、積層構造1の温度を、中間層20
5、p形クラッド層206、及びSiドープGaN層2
07の成膜温度である1050℃へ、アンモニア気流中
で毎分約150℃の速度で昇温した。Siドープn形G
aN層207は、p形クラッド層206の形成を終了し
た後、成膜温度を変更せずに「引き続き」成膜した。S
iドープn形GaN層207をp形クラッド層206に
接合させたままの状態で、積層積層構造体20aの温度
を1050℃から950℃へ毎分約50℃の速度でNH
3を含む雰囲気内で降温した。更に、アンモニアを含む
雰囲気内で400℃へ毎分約15℃の速度で降温した。
400℃から室温近傍の温度への降温は、N2−H2混合
雰囲気内で自然冷却によった。以上の昇温及び降温速度
の採用により、多相構造の発光層204を構成する従属
相Tのインジウム組成、外形状、並びに大きさの均一化
を図った。
The temperature for forming the light emitting layer 204 having a multiphase structure is 89.
0 ° C., and the other group III nitride semiconductor growth layers 203, 2
The film formation temperature of 05 to 207 was 1050 ° C. Light emitting layer 2
After completion of the film formation of the intermediate layer 20,
5, p-type cladding layer 206 and Si-doped GaN layer 2
The film was heated at a rate of about 150 ° C. per minute to 1050 ° C. which is a film forming temperature of 07 in an ammonia gas flow . S i-doped n-type G
After the formation of the p-type cladding layer 206 was completed, the aN layer 207 was formed “continuously” without changing the film formation temperature. S
With the i-doped n-type GaN layer 207 still bonded to the p-type cladding layer 206, the temperature of the laminated structure 20a is increased from 1050 ° C. to 950 ° C. at a rate of about 50 ° C./min.
The temperature dropped in an atmosphere containing 3 . Further, the temperature was lowered to 400 ° C. at a rate of about 15 ° C./min in an atmosphere containing ammonia.
The temperature was lowered from 400 ° C. to a temperature near room temperature by natural cooling in a N 2 -H 2 mixed atmosphere. By adopting the above-mentioned heating and cooling rates, the indium composition, the outer shape, and the size of the dependent phase T constituting the light emitting layer 204 having the multiphase structure are made uniform.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】p形III族窒化物半導体層上にp形オー
ミック電極とp形台座電極とが配置されている、pn接
合型の発光部を有するIII族窒化物半導体発光素子に
おいて、p形III族窒化物半導体層を気相成長により
成膜後、引き続き気相成長に依りn形III族窒化物半
導体接合層が形成され、該n形III族窒化物半導体接
合層がp形台座電極の射影領域を除いて除去され、p形
オーミック電極が、p形III族窒化物半導体層と、n
形III族窒化物半導体接合層と、p形台座電極に接し
て形成されていることを特徴とするIII族窒化物半導
体発光素子。
1. A group III nitride semiconductor light emitting device having a pn junction type light emitting portion, wherein a p type ohmic electrode and a p type pedestal electrode are arranged on a p type group III nitride semiconductor layer. After forming a Group III nitride semiconductor layer by vapor phase growth, an n-type Group III nitride semiconductor bonding layer is formed by vapor phase growth, and the n-type Group III nitride semiconductor bonding layer serves as a p-type pedestal electrode. The p-type ohmic electrode is removed except for the projection region, and a p-type ohmic electrode
A group III nitride semiconductor light-emitting device formed in contact with a group III nitride semiconductor junction layer and a p-type pedestal electrode.
【請求項2】n形III族窒化物半導体接合層が、80
0℃以上で、且つ接しているp形III族窒化物半導体
層の成長温度に対し±100℃の範囲の温度で成膜され
ていることを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化
物半導体発光素子。
2. An n-type group III nitride semiconductor bonding layer comprising:
2. The group III nitride according to claim 1, wherein the group III nitride is formed at a temperature of 0 ° C. or higher and within a range of ± 100 ° C. with respect to a growth temperature of the contacting p-type group III nitride semiconductor layer. Semiconductor light emitting device.
【請求項3】n形III族窒化物半導体接合層の、電子
濃度(単位:cm-3)と層厚(単位:cm)との乗算積
が、5×1010〜1.5×1015cm-2の範囲内である
ことを特徴とする請求項1または2に記載のIII族窒
化物半導体発光素子。
3. The product of the electron concentration (unit: cm −3 ) and the layer thickness (unit: cm) of the n-type group III nitride semiconductor bonding layer is 5 × 10 10 to 1.5 × 10 15. 3. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the range is cm −2 .
【請求項4】n形III族窒化物半導体接合層が、珪素
を添加したAlXGaYInZN(0≦X,Y,Z≦1、
X+Y+Z=1)であることを特徴とする請求項1〜3
の何れか1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
Wherein the n-type Group III nitride semiconductor junction layer, Al X Ga was added silicon Y In Z N (0 ≦ X , Y, Z ≦ 1,
X + Y + Z = 1).
The group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above.
【請求項5】発光層が、主体相、及び該主体相とインジ
ウム濃度を相違する従属層とから成る、多相構造のII
I族窒化物半導体層から形成されていることを特徴とす
る請求項1〜4の何れか1項に記載のIII族窒化物半
導体発光素子。
5. A multiphase II having a light emitting layer comprising a main phase and a subordinate layer having a different indium concentration from the main phase.
The group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the group III nitride semiconductor light emitting device is formed of a group I nitride semiconductor layer.
【請求項6】n形III族窒化物半導体接合層に接した
p形III族窒化物半導体層が、抵抗率(比抵抗)を1
0Ω・cm以下とするp形AlXGaYInZN(0≦
X,Y,Z≦1、X+Y+Z=1)であることを特徴と
する請求項1〜5の何れか1項に記載のIII族窒化物
半導体発光素子。
6. A p-type group III nitride semiconductor layer in contact with an n-type group III nitride semiconductor junction layer has a resistivity (specific resistance) of 1
P-type Al X Ga Y In Z N (0 ≦
X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1), wherein the group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein
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