JP2001313418A - GaN-BASED LIGHT-EMITTING ELEMENT AND ITS CREATION METHOD - Google Patents
GaN-BASED LIGHT-EMITTING ELEMENT AND ITS CREATION METHODInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、GaN系化合物半
導体から構成される発光素子を作成するためのGaN系
発光素子およびその作成方法に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a GaN-based light-emitting device for producing a light-emitting device composed of a GaN-based compound semiconductor and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaN(窒化ガリウム)は、周期律表を
元にした化合物半導体の分類からすると、III−V族窒
化物半導体に属する材料であり、その結晶構造は六方晶
系のウルツ鉱型構造である。このIII−V族窒化物半導
体に属する材料としては、他に窒化アルミニウム(Al
N)、窒化インジウム(InN)などがある。これらは
すべてエネルギーバンド構造が直接遷移型なので、Si
Cなど間接遷移型に属する材料に比べると発光効率の点
で本質的に優れた特性をもつ材料として知られている。2. Description of the Related Art GaN (gallium nitride) is a material belonging to a group III-V nitride semiconductor according to the classification of compound semiconductors based on the periodic table, and has a hexagonal wurtzite type crystal structure. Structure. Other materials belonging to this group III-V nitride semiconductor include aluminum nitride (Al
N) and indium nitride (InN). Since all of these have direct transition energy band structures, Si
It is known as a material having essentially excellent characteristics in terms of luminous efficiency as compared with a material belonging to the indirect transition type such as C.
【0003】また、これらの混晶である(Al,Ga,
In)Nは、混晶比によってバンドギャップエネルギー
Egを1.95〜6.28eVと広い範囲で変えること
ができる。したがって、紫外から赤色まで可視領域の色
のすべてを発色光として実現できる可能性をもってい
る。さらに、これらの材料に共通する高融点、高硬度、
高熱伝導度などの特徴は、耐環境性に優れた信頼性の高
いデバイスとなりうるため、発光デバイスの材料として
特に有望視されている。Further, these mixed crystals (Al, Ga,
In) N can change the band gap energy Eg in a wide range from 1.95 to 6.28 eV depending on the mixed crystal ratio. Therefore, there is a possibility that all colors in the visible region from ultraviolet to red can be realized as colored light. In addition, high melting point, high hardness,
Since features such as high thermal conductivity can be a highly reliable device having excellent environmental resistance, it is particularly promising as a material for a light emitting device.
【0004】このようにGaN系化合物半導体は、発光
材料としての十分なポテンシャルをもっており、特に発
色光として青色を有することから、紫外発光ダイオード
(LED)の実現が可能である。よって、これに、既存
の赤色および緑色のLEDを組み合わせることで、LE
Dを用いたフルカラーディスプレイの実現も可能とな
る。[0004] As described above, a GaN-based compound semiconductor has a sufficient potential as a light-emitting material, and particularly has blue color light, so that an ultraviolet light-emitting diode (LED) can be realized. Therefore, by combining this with existing red and green LEDs, LE
It is also possible to realize a full-color display using D.
【0005】一般に、LEDやLD(レーザダイオー
ド)の作成にあたっては、エピタキシャル成長による薄
膜を得るために、使用する基板としてその格子定数が発
光材料と十分高い整合性を有するものが要求される。こ
の要求を満たさない場合には、薄膜の結晶構造が基板の
結晶構造と異なり、格子定数にミスマッチが生じるた
め、薄膜成長の初期に薄膜構造が乱れたものになりやす
く、発光効率や寿命の低下を招いてしまう。In general, when producing an LED or LD (laser diode), in order to obtain a thin film by epitaxial growth, a substrate to be used is required to have a lattice constant which is sufficiently high matching with a light emitting material. If this requirement is not satisfied, the crystal structure of the thin film is different from the crystal structure of the substrate, and a mismatch occurs in the lattice constant. Will be invited.
【0006】ところが、GaN系のLEDの作成におい
ては、市販のエピタキシャル成長用基板の中に格子定数
の整合したものがなく、実際に成長用として使われてい
るサファイア基板でも15%近く格子定数がずれてい
る。このことから、良質の結晶を成長させるのは大変困
難であり、過去において長く、発光素子としての技術進
展がみられなかった。However, in the production of GaN-based LEDs, there are no commercially available substrates for epitaxial growth with matching lattice constants, and even in a sapphire substrate actually used for growth, the lattice constant is shifted by almost 15%. ing. For this reason, it is very difficult to grow a high-quality crystal, and it has been long in the past that no technological progress has been made as a light-emitting element.
【0007】また、GaNを成長するには、基板を約1
000℃まで加熱しなければならないが、この温度にな
ると、GaNの蒸気圧が高くなってしまうため、GaN
膜の結晶性を向上させるのはきわめて難しく、さらに、
GaNにはp型結晶ができないという問題もあったた
め、GaN系発光素子の実現をより困難にしていた。In order to grow GaN, the substrate needs to be
2,000 ° C., but at this temperature the vapor pressure of GaN increases,
It is extremely difficult to improve the crystallinity of the film,
GaN also had a problem that a p-type crystal could not be formed, which made it more difficult to realize a GaN-based light emitting device.
【0008】このような背景のもと、近年において、基
板上にまずAlNまたはGaNで薄いバッファ層を形成
した後にGaN膜を成長させると、結晶性が飛躍的に向
上するということが見出され、これにより格子不整合に
よる結晶性の問題が解決された。また、Mgをドープし
たGaN膜に対して、電子線の照射あるいは熱的アニー
リング処理をおこなうと低抵抗のp型GaN膜が作成さ
れるという知見も得られた。このような結果、現在にお
いては、GaN系材料のpn接合が実現可能となってお
り、上記したInGaN等の混晶膜も得ることができる
ようになった。Against this background, it has recently been found that, when a thin buffer layer is first formed of AlN or GaN on a substrate and then a GaN film is grown, the crystallinity is dramatically improved. This solves the problem of crystallinity due to lattice mismatch. In addition, it has been found that a low-resistance p-type GaN film is formed by irradiating an electron beam or performing a thermal annealing process on the Mg-doped GaN film. As a result, a pn junction of a GaN-based material is now feasible, and a mixed crystal film of InGaN or the like can be obtained.
【0009】以下に、活性層をn型のGaN層としたG
aN系LEDの代表的な作成方法について説明する。G
aN系LEDは、薄膜の多層構造として提供されるが、
ここでは、その薄膜の作成方法としてMOCVD(Me
tal‐Organic Chemical Vapo
r Deposition)方法を採用した場合につい
て説明する。[0009] In the following, G is used as an active layer having an n-type GaN layer.
A typical method for producing an aN-based LED will be described. G
The aN-based LED is provided as a thin-film multilayer structure.
Here, MOCVD (Me
tal-Organic Chemical Vapo
(r Deposition) method will be described.
【0010】まず、GaN系LEDを作成するにあたっ
て、半絶縁性のサファイア基板または導電性のSiC基
板上に、アンモニア(NH3)およびトリメチルアルミ
ニウム(TMA)を用いて、AlNバッファ層を成長さ
せる。First, when fabricating a GaN-based LED, an AlN buffer layer is grown on a semi-insulating sapphire substrate or a conductive SiC substrate using ammonia (NH 3 ) and trimethyl aluminum (TMA).
【0011】さらにその上に、トリメチルガリウム(T
MG)とアンモニア(NH3)およびシラン(SiH4)
をガス原料として、成長温度1050℃のもと、Siド
ープのn型GaN層を成長させる。さらにその上に、上
記原料にTMAを加えて、成長温度1050℃のもと、
クラッド層として機能するn型AlGaN層を成長させ
る。そしてその上に、TMG、NH3およびSiH4をガ
ス原料として、同温度で、活性層となるn型のGaN層
を形成する。Further, trimethylgallium (T
MG) with ammonia (NH 3 ) and silane (SiH 4 )
Is used as a gas source to grow a Si-doped n-type GaN layer at a growth temperature of 1050 ° C. Further, on top of that, TMA is added to the above raw material, and at a growth temperature of 1050 ° C,
An n-type AlGaN layer functioning as a cladding layer is grown. Then, an n-type GaN layer serving as an active layer is formed thereon at the same temperature using TMG, NH 3 and SiH 4 as gas raw materials.
【0012】さらにその上に、シクロペンタジエニルマ
グネシウム(CpMg)をドーパントとして、同温度
で、もう一方のクラッド層となるp型AlGaN層を成
長させる。そして最後に、ビスシクロペンタジエニルマ
グネシウム(bCpMg)をドーパントとして、同温度
のもと、p型GaN層を成長させる。Further, a p-type AlGaN layer serving as another clad layer is grown at the same temperature using cyclopentadienyl magnesium (CpMg) as a dopant. Finally, a p-type GaN layer is grown at the same temperature using biscyclopentadienyl magnesium (bCpMg) as a dopant.
【0013】このように、LEDを構成する積層膜は、
サファイア基板の上に低温で堆積されたバッファ層、n
型低抵抗層、n型クラッド層、活性層、p型クラッド
層、p型低抵抗層の順とするのが一般的である。As described above, the laminated film constituting the LED is:
A buffer layer deposited at low temperature on a sapphire substrate, n
It is general that the order is low-resistance layer, n-type cladding layer, active layer, p-type cladding layer, and p-type low resistance layer.
【0014】上記薄膜の積層後、電極を形成するための
パターニングをおこなうために、SiO2等をその表面
にプラズマCVD装置を用いて堆積させた後、n型電極
を形成するためにフォトレジストおよび化学エッチング
等を用いてエッチングしパターニングする。この場合、
上記したn型GaNの一部までがエッチングされ、その
上面にTi/Al等の金属を蒸着することで、n型電極
を形成する。一方、p型電極は、上記したp型GaNの
上面に、Au/Ni等の金属を蒸着することで形成す
る。After laminating the above thin film, SiO 2 or the like is deposited on the surface thereof by using a plasma CVD apparatus in order to perform patterning for forming an electrode, and then a photoresist and a photoresist are formed to form an n-type electrode. Etching and patterning using chemical etching or the like. in this case,
An n-type electrode is formed by etching a part of the n-type GaN and depositing a metal such as Ti / Al on the upper surface thereof. On the other hand, the p-type electrode is formed by evaporating a metal such as Au / Ni on the upper surface of the above-described p-type GaN.
【0015】このように、GaNを活性層としたGaN
系LEDは、その作成方法が確立されており、十分大き
な輝度の発光素子として機能できるが、GaN層には多
量の格子欠陥が存在するという問題を有している。特に
窒素の空孔に基づく格子欠陥が多量に存在し、非発光中
心として大きな問題であった。Thus, a GaN having an active layer of GaN
The system LED has a well-established manufacturing method and can function as a light emitting element with sufficiently high luminance, but has a problem that a large number of lattice defects exist in the GaN layer. In particular, a large number of lattice defects due to nitrogen vacancies were present, which was a major problem as a non-luminescent center.
【0016】そこで、InGaNを活性層としたGaN
系LEDが、その作成方法も確立されており、さらに、
Inの添加による発光中心の形成によって高輝度の発光
が得られることから、実際の製品として市場に多く出回
っている。ところが、このInGaNを活性層としたL
EDでは、青紫色の発光は十分な実用を満たすものの、
Inのドープ量を変化させることで他の発色を実現しよ
うとした場合、長波長側においてせいぜい橙色までの発
光が確認されるだけであり、RGBの基本色の一つであ
る赤色の発光は実現されていないのが現状である。すな
わち、InGaNを活性層としたLEDのみで、そのド
ープ率を変化させることによるRGB全基本色の発光
は、実現されていなかった。In view of this, GaN having InGaN as an active layer
System LED, the method of making it has been established,
Since high-luminance light emission can be obtained by the formation of a light emission center by addition of In, it is widely marketed as an actual product. However, L using this InGaN as an active layer
In ED, blue-violet light emission satisfies sufficient practical use,
When trying to realize other colors by changing the doping amount of In, only emission up to orange was confirmed at most on the long wavelength side, and red emission, which is one of the basic colors of RGB, was realized. It has not been done yet. That is, only the LED using InGaN as the active layer has not realized light emission of all basic colors of RGB by changing the doping ratio.
【0017】ところが、近年、燐(P)または砒素(A
s)を添加したGaN系材料も青色LEDの材料として
有望であることがわかってきた。これら添加物をドープ
したGaNPやGaNAsは、その添加物のドープ量に
応じて、紫外から赤色まで幅広い発色が可能であり、R
GB全基本色の発光が実現されるものと期待されてい
る。特に、GaN中に添加されたAs、PはGaN中の
格子欠陥を減らすとともに発光中心としての働きを持
ち、GaNのバンド端発光を高めるのに効果がある。However, in recent years, phosphorus (P) or arsenic (A
It has been found that a GaN-based material added with s) is also promising as a material for a blue LED. Depending on the doping amount of the additive, GaNP or GaNAs doped with these additives can develop a wide range of colors from ultraviolet to red.
It is expected that light emission of all GB basic colors will be realized. In particular, As and P added to GaN reduce lattice defects in GaN and act as an emission center, and are effective in increasing GaN band edge emission.
【0018】例えば、GaNAsは、10%以内のAs
の添加により、紫外から赤色までの発色が可能であり、
GaNPは、15%以内のPの添加により、紫外から赤
外までの発色が可能である。For example, GaNAs has an As content of 10% or less.
By adding, color development from ultraviolet to red is possible,
GaNP can be colored from ultraviolet to infrared by adding P within 15%.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaP
やGaAsがPやAsのドープ量に対して略線形の変化
範囲の小さなエネルギーギャップを有する一方で、Ga
NAsやGaNPは、上記したようにPやAsのドープ
量に対してエネルギーギャップの変化が大きく、その変
化の形態も非線形であるので制御しにくいという問題が
あった。However, GaP
And GaAs have a small energy gap with a substantially linear variation range with respect to the doping amount of P or As,
As described above, there is a problem that the energy gap of NAs and GANP changes greatly with respect to the doping amount of P and As, and the form of the change is non-linear, so that it is difficult to control the energy gap.
【0020】また、薄膜の形成においては、基板や薄膜
の表面に衝突した原子・分子は、一部反射し、他は表面
上に留まることが知られている。表面上に留まった原子
・分子は、自らの持つエネルギーと基板の温度によるエ
ネルギーで表面拡散(マイグレーション)をし、一部は
再蒸発(脱離)し、他はポテンシャルの谷に落ち着く
(吸着)。すなわち、薄膜が形成されるには、材料原子
・分子の脱離を低減させ、基板全体亘る十分なマイグレ
ーションと吸着が必要とされる。In the formation of a thin film, it is known that atoms and molecules that have collided with the surface of the substrate or the thin film are partially reflected, and the others remain on the surface. The atoms and molecules remaining on the surface undergo surface diffusion (migration) with their own energy and the energy of the substrate temperature, some re-evaporate (detach), and others settle in a potential valley (adsorption). . That is, in order to form a thin film, it is necessary to reduce desorption of material atoms and molecules and to sufficiently migrate and adsorb the entire substrate.
【0021】しかしながら、GaNPやGaNAsをM
OCVD法等で成膜する場合、基板が1000℃程度の
高温状態では、PまたはAsが脱離しやすく、高品質の
GaNPやGaNAsが得られにくいという問題があっ
た。そのため、良質な活性層が得られず、発光効率が小
さいという問題が生じていた。However, GaNP and GaNAs are
When a film is formed by the OCVD method or the like, when the substrate is at a high temperature of about 1000 ° C., P or As is easily desorbed, and there is a problem that it is difficult to obtain high-quality GNP or GNAs. Therefore, there has been a problem that a high quality active layer cannot be obtained and the luminous efficiency is low.
【0022】この脱離の発生は、GaNPやGaNAs
の結晶構造とサファイア基板等の結晶構造との整合性が
悪いため、バッファ層が介在したとしても、上記したよ
うな1000℃程度の比較的高温状態にある基板上で
は、PやAsは長時間定位置にとどまっていられないこ
とを起因としていた。なお、以下において、マイグレー
ションとは、GaNPやGaNAs等の所望の混晶を得
るために必要とされる表面吸着の状態を意味するものと
する。[0022] The occurrence of this desorption is caused by GaNP or GaNAs.
And the crystal structure of a sapphire substrate or the like are inconsistent. Therefore, even if a buffer layer is interposed, P and As remain on the substrate in a relatively high temperature state of about 1000 ° C. for a long time. It was due to being unable to stay in the fixed position. In the following, the term “migration” refers to a state of surface adsorption required to obtain a desired mixed crystal such as GANP or GANAs.
【0023】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、GaNPやGaNAsを活性層とした良質なGaN
系発光素子およびその作成方法を提供することを目的と
する。The present invention has been made in view of the above, and has been made in consideration of the above-mentioned problems.
It is an object of the present invention to provide a system light emitting device and a method for manufacturing the same.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1にかかる発明は、GaN層とGaP層とが
交互に積層した多層膜に対して熱処理を施すことにより
混晶化されたGaNP層を活性層とした構造であること
を特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that a multi-layered film in which a GaN layer and a GaP layer are alternately laminated is subjected to a heat treatment. Characterized in that it has a structure in which a GaNP layer is used as an active layer.
【0025】この発明によれば、GaN層とGaP層と
の積層により構成される多層膜に対して熱処理を施した
後の状態を、活性層として機能するGaNP層としてい
るので、十分多くのPが添加されたGaNP層による多
波長発光を可能とする。According to the present invention, the state after heat treatment is performed on the multilayer film formed by laminating the GaN layer and the GaP layer is used as the GNP layer functioning as the active layer. Enables the multi-wavelength light emission by the GaNP layer added with.
【0026】また、請求項2にかかる発明は、GaN層
とGaAs層とが交互に積層した多層膜に対して熱処理
を施すことにより混晶化されたGaNAs層を活性層と
した構造であることを特徴とする。Further, the invention according to claim 2 has a structure in which a GaNAs layer which is mixed and crystallized by performing a heat treatment on a multilayer film in which GaN layers and GaAs layers are alternately stacked is used as an active layer. It is characterized by.
【0027】この発明によれば、GaN層とGaAs層
との積層により構成される多層膜に対して熱処理を施し
た後の状態を、活性層として機能するGaNAs層とし
ているので、十分多くのAsが添加されたGaNAs層
による多波長発光を可能とする。According to the present invention, the state after the heat treatment is applied to the multilayer film formed by laminating the GaN layer and the GaAs layer is used as the GaNAs layer functioning as the active layer. Enables multi-wavelength light emission by the GaNAs layer to which is added.
【0028】また、請求項3にかかる発明は、GaN層
とGaAs層とが交互に積層した多層膜に対して熱処理
を施すことにより混晶化されたGaNAs層を活性層と
した構造であることを特徴とする。Further, the invention according to claim 3 is a structure in which the active layer is made of a GaNAs layer mixed and crystallized by performing a heat treatment on a multilayer film in which GaN layers and GaAs layers are alternately laminated. It is characterized by.
【0029】この発明によれば、GaN層とGaASP
層との積層により構成される多層膜に対して熱処理を施
した後の状態を、活性層として機能するGaNASP層
としているので、十分多くのASおよびPが添加された
GaNASP層による多波長発光を可能とする。According to the present invention, the GaN layer and the GaASP
Since the GaNASP layer functioning as an active layer after the heat treatment is performed on the multilayer film formed by stacking the layers, the multi-wavelength light emission by the GaNASP layer to which enough AS and P are added is performed. Make it possible.
【0030】また、請求項4にかかる発明は、請求項
1、2または3に記載のGaN系発光素子において、前
記GaN層は、当該GaN層とともに前記多層膜を構成
する他方のGa混晶層の厚みよりも大きいことを特徴と
する。According to a fourth aspect of the present invention, in the GaN-based light-emitting device according to the first, second or third aspect, the GaN layer is the other Ga mixed crystal layer constituting the multilayer film together with the GaN layer. It is characterized by being larger than the thickness.
【0031】この発明によれば、GaP等のGa混晶層
を極薄く形成するので、熱処理を施した際に、Ga混晶
層の分解が促進され、それに含まれるV族原子が拡散
し、混晶化を促進することができる。According to the present invention, the Ga mixed crystal layer such as GaP is formed extremely thin, so that when heat treatment is performed, the decomposition of the Ga mixed crystal layer is promoted, and the group V atoms contained therein are diffused. Mixed crystal formation can be promoted.
【0032】また、請求項5にかかる発明は、GaN系
発光素子を気相成長法により薄膜の積層構造として作成
するGaN系発光素子の作成方法において、薄膜形成基
板上に形成されたバッファ層上に第1の低抵抗層を形成
するステップと、前記第1の低抵抗層上に、少なくとも
一つの開口部を形成するためのマスクを形成するステッ
プと、前記第1の低抵抗層および前記マスク上に、第2
の低抵抗層を形成するステップと、前記第2の低抵抗層
上にクラッド層を形成するステップと、を含んだことを
特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a GaN-based light-emitting device in which a GaN-based light-emitting device is formed as a laminated structure of thin films by a vapor phase growth method. Forming a first low-resistance layer, forming a mask for forming at least one opening on the first low-resistance layer, and forming the first low-resistance layer and the mask on the first low-resistance layer. Above, second
Forming a low-resistance layer, and forming a cladding layer on the second low-resistance layer.
【0033】この発明によれば、バッファ層上に形成さ
れる低抵抗層を、下地となる第1の低抵抗層と、マスク
による選択的に成長される第2の低抵抗層と、で構成す
るので、第2の低抵抗層において転位の発生が低減さ
れ、この第2の低抵抗層を電極を設けるための低抵抗層
として使用することで、より品質のよいGaN系発光素
子を得ることができる。According to the present invention, the low-resistance layer formed on the buffer layer is constituted by the first low-resistance layer serving as a base and the second low-resistance layer selectively grown by using a mask. Therefore, the occurrence of dislocations in the second low-resistance layer is reduced, and by using this second low-resistance layer as a low-resistance layer for providing an electrode, a higher-quality GaN-based light-emitting element can be obtained. Can be.
【0034】また、請求項6にかかる発明は、請求項5
に記載のGaN系発光素子の作成方法において、前記第
2の低抵抗層が、前記第1の低抵抗層よりも厚いことを
特徴とする。The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5
In the method of manufacturing a GaN-based light emitting device described in the above, the second low resistance layer is thicker than the first low resistance layer.
【0035】この発明によれば、第2の低抵抗層が、第
1の低抵抗層よりも厚いので、品質のよい低抵抗層をよ
り多く取得することができる。According to the present invention, since the second low-resistance layer is thicker than the first low-resistance layer, more high-quality low-resistance layers can be obtained.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるGaN系
発光素子およびその作成方法の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの
発明が限定されるものではない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a GaN-based light emitting device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
【0037】実施の形態1.まず、実施の形態1にかか
るGaN系発光素子およびその作成方法について説明す
る。特に、実施の形態1は、ガスソースMBE(Mol
ecular Beam Epitaxy)法にしたが
った方法により作成されたGaN系発光素子を示すもの
である。Embodiment 1 First, a GaN-based light emitting device according to the first embodiment and a method for manufacturing the same will be described. In particular, the first embodiment relates to a gas source MBE (Mol
1 shows a GaN-based light-emitting device formed by a method according to an E. C. e.
【0038】図1は、実施の形態1にかかるGaN系発
光素子の断面図である。特に、図1に示すGaN系発光
素子は、ダブルへテロ接合により積層され、活性層をG
aNPとしたLED構造を示している。図1に示すよう
に、実施の形態1にかかるGaN系発光素子は、活性層
となるGaNP多層膜30’の上下に、それぞれクラッ
ド層としてn型のAlGaN層26とp型のAlGaN
層25とが積層され、さらに、これらクラッド層上にそ
れぞれn型のGaN層27とp型のGaN層24が積層
されている。FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based light emitting device according to the first embodiment. In particular, the GaN-based light emitting device shown in FIG.
An LED structure with aNP is shown. As shown in FIG. 1, the GaN-based light emitting device according to the first embodiment includes an n-type AlGaN layer 26 as a cladding layer and a p-type AlGaN
The n-type GaN layer 27 and the p-type GaN layer 24 are stacked on these cladding layers, respectively.
【0039】また、n型GaN層27の上面には、n型
電極11が形成され、p型GaN層24の上面には、p
型電極12が形成されている。よって、実施の形態1に
かかるGaN系発光素子は、巨視的にみれば、n型低抵
抗層、n型クラッド層、ノンドープの活性層、p型クラ
ッド層、p型低抵抗層が順に積層された構造であり、従
来のGaN系発光素子の活性層をノンドープのGaNP
層に置き換えた構造にすぎないが、上述したようにGa
NとPとの混晶は困難である。そこで、実施の形態1に
かかるGaN系発光素子は、そのノンドープのGaNP
層、すなわちGaNP多層膜30’の形成にあたって、
上記した混晶化の困難性を回避するための工夫を施して
いる。The n-type electrode 11 is formed on the upper surface of the n-type GaN layer 27, and the p-type GaN layer 24 has
A mold electrode 12 is formed. Therefore, macroscopically, the GaN-based light emitting device according to the first embodiment has an n-type low-resistance layer, an n-type cladding layer, a non-doped active layer, a p-type cladding layer, and a p-type low-resistance layer stacked in this order. The active layer of the conventional GaN-based light emitting device is made of non-doped GNP.
This is merely a structure in which the layers are replaced by layers, but as described above, Ga
Mixed crystals of N and P are difficult. Therefore, the GaN-based light emitting device according to the first embodiment is a non-doped GNP.
In forming the layer, that is, the GaNP multilayer film 30 ′,
A device for avoiding the above-described difficulty of mixed crystal formation is provided.
【0040】つぎに、図1に示したGaN系発光素子の
作成手順について、上記したGaNP多層膜30’に施
された工夫を含めて説明する。図2は、実施の形態1に
かかるGaN系発光素子の作成手順を示すフローチャー
トである。また、図3および図6は、図2に示すフロー
チャートにしたがって作成されるGaN系発光素子を説
明するための断面図である。なお、ガスソースMBE装
置としては、成長室とパターニング室を有する超高真空
装置を用いることとする。Next, the procedure for manufacturing the GaN-based light-emitting device shown in FIG. 1 will be described, including the above-described contrivance on the GANP multilayer film 30 '. FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the GaN-based light emitting device according to the first embodiment. FIGS. 3 and 6 are cross-sectional views for explaining a GaN-based light emitting device created according to the flowchart shown in FIG. Note that an ultra-high vacuum apparatus having a growth chamber and a patterning chamber is used as the gas source MBE apparatus.
【0041】まず、サファイア基板、SiCまたはシリ
コン基板等の結晶基板を成長室のサセプタ上に設置す
る。なお、ここでは、結晶基板としてシリコン基板を用
いることとする。そして、この状態において、シリコン
基板の温度を640℃に維持し、p型のGaNバッファ
層の形成を開始する(ステップS101)。First, a sapphire substrate, a crystal substrate such as a SiC or silicon substrate is placed on a susceptor in a growth chamber. Here, a silicon substrate is used as the crystal substrate. Then, in this state, the temperature of the silicon substrate is maintained at 640 ° C., and the formation of the p-type GaN buffer layer is started (step S101).
【0042】このp型GaNバッファ層21は、蒸気圧
5×10-5Torrのジメチルヒドラジン(DMH)
と、蒸気圧5×10-7TorrのGaと、Mgとの各分
子線を用いて、シリコン基板20上に、Mgがドープさ
れた厚み50Åの結晶構造として形成される(図3
(a))。This p-type GaN buffer layer 21 is made of dimethylhydrazine (DMH) having a vapor pressure of 5 × 10 −5 Torr.
Using a molecular beam of Ga and Mg having a vapor pressure of 5 × 10 −7 Torr, a 50 ° thick crystal structure doped with Mg is formed on the silicon substrate 20 (FIG. 3).
(A)).
【0043】つづいて、基板温度を850℃に維持し、
p型のGaN層を形成する(ステップS102)。この
p型GaN層22は、蒸気圧5×10-6Torrのアン
モニア(NH3)と蒸気圧5×10-7TorrのGa
と、Mgとの分子線を用いて、上記したp型GaNバッ
ファ層21上に、Mgがドープされた厚み1μmのGa
N層として得られる(図3(b))。ここで、このp型
GaN層22を第1のp型GaN層と称する。Subsequently, the substrate temperature is maintained at 850 ° C.
A p-type GaN layer is formed (Step S102). The p-type GaN layer 22 is made of ammonia (NH 3 ) having a vapor pressure of 5 × 10 −6 Torr and Ga having a vapor pressure of 5 × 10 −7 Torr.
And a 1 μm thick Ga doped with Mg on the p-type GaN buffer layer 21 using a molecular beam of Mg and Mg.
It is obtained as an N layer (FIG. 3B). Here, the p-type GaN layer 22 is referred to as a first p-type GaN layer.
【0044】ここで、上記したp型GaN層22を含
め、低抵抗層として機能するn型GaN層は、電極の形
成等の理由から一般的にその厚みを比較的大きくする必
要があるため、その成長時において、下地となる結晶構
造の格子欠陥を引きずる、いわゆる転位が発生すると、
その上に積層されるクラッド層に影響を与えるのみなら
ず、クラッド層へのキャリア注入が十分におこなわれな
いといった発光素子の品質を大きく左右する要因とな
る。Here, the n-type GaN layer including the above-described p-type GaN layer 22 that functions as a low-resistance layer generally needs to have a relatively large thickness for reasons such as formation of an electrode. During the growth, if so-called dislocations occur, which drag lattice defects of the underlying crystal structure,
This not only affects the clad layer laminated thereon, but also has a significant influence on the quality of the light emitting device, such as insufficient carrier injection into the clad layer.
【0045】そこで、実施の形態1にかかるGaN系発
光素子においては、上記したp型GaN層22上に複数
の開口部を形成するためのSiO2マスクを形成し(ス
テップS103)、その開口部上に第2のp型GaN層
を再成長させる(ステップS104)。Therefore, in the GaN-based light emitting device according to the first embodiment, an SiO 2 mask for forming a plurality of openings is formed on the p-type GaN layer 22 (step S103), and the openings are formed. A second p-type GaN layer is regrown thereon (step S104).
【0046】なお、SiO2マスク23は、上記したシ
リコン基板20、p型GaNバッファ層21および第1
のp型GaN層22から構成される積層基板を、成長室
からパターニング室へと移動させ、そのパターニング室
において、フォトリソグラフィ技術とエッチング処理に
より形成される(図3(c))。The SiO 2 mask 23 is formed by the silicon substrate 20, the p-type GaN buffer layer 21 and the first
The stacked substrate composed of the p-type GaN layer 22 is moved from the growth chamber to the patterning chamber, and is formed in the patterning chamber by a photolithography technique and an etching process (FIG. 3C).
【0047】SiO2のマスク形成が完了すると、Si
O2が形成された積層基板を、パターニング室から成長
室へと移動させ、再度、成長室において、第2のp型G
aN層を成長させる。この第2のp型GaN層24は、
蒸気圧5×10-6TorrのNH3と蒸気圧5×10-7
TorrのGaと、Mgとの分子線を用いて、上記した
p型GaN層22およびSiO2マスク23上に、Mg
がドープされた厚み50μmのGaN層として得られる
(図3(d))。When the formation of the SiO 2 mask is completed, the Si 2
The laminated substrate on which O 2 is formed is moved from the patterning chamber to the growth chamber, and again in the growth chamber, the second p-type G
aN layer is grown. This second p-type GaN layer 24
NH 3 at a vapor pressure of 5 × 10 -6 Torr and a vapor pressure of 5 × 10 -7
Using a molecular beam of Ga and Mg of Torr, Mg is applied to the p-type GaN layer 22 and the SiO 2 mask 23.
Is obtained as a 50 μm-thick GaN layer (FIG. 3D).
【0048】このように、開口部を設けて部分的にp型
GaN層を再成長させることにより、下地の第1のp型
GaN層22が有する格子欠陥の影響を低減することが
でき、結果的に転位の発生を減らすことが可能となる。As described above, by providing an opening and partially regrowing the p-type GaN layer, the influence of lattice defects of the underlying first p-type GaN layer 22 can be reduced. It is possible to reduce the occurrence of dislocations.
【0049】つぎに、クラッド層として機能するp型の
AlGaN層を形成する(ステップS105)。このp
型AlGaN層25は、蒸気圧5×10-6Torrのア
ンモニア(NH3)と、蒸気圧5×10-7TorrのG
aと、蒸気圧1×10-7TorrのAlとの各分子線を
用いて、上記したp型GaN層24上に、Mgがドープ
された厚み1000ÅのAlGaN層として得られる
(図3(e))。Next, a p-type AlGaN layer functioning as a cladding layer is formed (step S105). This p
The AlGaN layer 25 is formed of ammonia (NH 3 ) having a vapor pressure of 5 × 10 −6 Torr and G of a vapor pressure of 5 × 10 −7 Torr.
Using each molecular beam of a and Al at a vapor pressure of 1 × 10 −7 Torr, a 1000 ° -thick AlGaN layer doped with Mg is obtained on the p-type GaN layer 24 (FIG. 3 (e). )).
【0050】そして、このp型AlGaN層25の上
に、活性層となるGaN/GaP多層膜を形成する(ス
テップS106)。図4は、このGaN/GaP多層膜
の作成手順を示すフローチャートである。また、図5
は、図4に示すフローチャートにしたがって作成される
GaN/GaP多層膜を説明するための断面図である。Then, a GaN / GaP multilayer film to be an active layer is formed on the p-type AlGaN layer 25 (Step S106). FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for forming the GaN / GaP multilayer film. FIG.
FIG. 5 is a sectional view for explaining a GaN / GaP multilayer film formed according to the flowchart shown in FIG.
【0051】GaN/GaP多層膜は、GaP層とGa
N層とが交互に積層された構造であることを特徴として
いる。そこでまず、上記したp型AlGaN層25上
に、GaP層を形成する(ステップS121)。このG
aP層31は、蒸気圧5×10 -7TorrのGaと、蒸
気圧5×10-6Torrのターシャルブチルフォスフィ
ンとの各分子線を用いて、1〜2分子程度の厚みのGa
P層として得られるものである(図5(f))。The GaN / GaP multilayer film includes a GaP layer and a GaP layer.
Characterized by a structure in which N layers are alternately stacked
I have. Therefore, first, on the p-type AlGaN layer 25 described above,
Next, a GaP layer is formed (step S121). This G
The aP layer 31 has a vapor pressure of 5 × 10 -7Torr Ga and steam
Atmospheric pressure 5 × 10-6Torr's tertiary butyl phosphite
Using each molecular beam with a Ga
It is obtained as a P layer (FIG. 5 (f)).
【0052】つづいて、このGaP層31上に、GaN
層を形成する(ステップS122)。このGaN層32
は、蒸気圧5×10-6Torrのアンモニア(NH3)
と、蒸気圧5×10-7TorrのGaとの各分子線を用
いて、10分子程度の厚みのGaP層として得られるも
のである(図5(g))。Subsequently, on this GaP layer 31, GaN
A layer is formed (Step S122). This GaN layer 32
Is ammonia (NH 3 ) with a vapor pressure of 5 × 10 −6 Torr
And a GaP layer having a thickness of about 10 molecules using each molecular beam of Ga and a vapor pressure of 5 × 10 −7 Torr (FIG. 5G).
【0053】そして、このGaP層31とGaN層32
とから構成される組を5回繰り返すして(ステップS1
23)、GaP層31とGaN層32とが複数回交互に
積層されたGaN/GaP多層膜30を得る(図5
(h))。The GaP layer 31 and the GaN layer 32
Is repeated five times (step S1).
23), a GaN / GaP multilayer film 30 in which a GaP layer 31 and a GaN layer 32 are alternately stacked a plurality of times is obtained (FIG. 5).
(H)).
【0054】GaN/GaP多層膜30の形成が完了す
ると、つづいて、もう一方のクラッド層として機能する
n型のAlGaN層を形成する(ステップS107)。
このn型AlGaN層26は、蒸気圧5×10-6Tor
rのNH3と、蒸気圧5×10-7TorrのGaと、蒸
気圧1×10-7TorrのAlと、蒸気圧1×10-8T
orrのSiとの各分子線を用いて、上記したGaN/
GaP多層膜30上に、Siがドープされた厚み100
0ÅのAlGaN層として得られる(図6(i))。When the formation of the GaN / GaP multilayer film 30 is completed, an n-type AlGaN layer functioning as another clad layer is formed (step S107).
This n-type AlGaN layer 26 has a vapor pressure of 5 × 10 −6 Torr.
and NH 3 in r, and Ga vapor pressure 5 × 10 -7 Torr, and Al vapor pressure 1 × 10 -7 Torr, the vapor pressure 1 × 10 -8 T
Using each molecular beam with orr Si, the GaN /
On the GaP multilayer film 30, a thickness 100 doped with Si
It is obtained as a 0 ° AlGaN layer (FIG. 6 (i)).
【0055】そして最後に、n型のGaN層を形成する
(ステップS108)。このn型GaN層27は、蒸気
圧5×10-5TorrのNH3と、蒸気圧5×10-7T
orrのGaと、蒸気圧1×10-8TorrのSiとの
各分子線を用いて、上記したn型AlGaN層26上
に、Siがドープされた厚み1000ÅのGaN層とし
て得られる(図6(j))。Finally, an n-type GaN layer is formed (step S108). The n-type GaN layer 27 is composed of NH 3 having a vapor pressure of 5 × 10 −5 Torr and a vapor pressure of 5 × 10 −7 T.
Using a molecular beam of Ga at orr and Si at a vapor pressure of 1 × 10 −8 Torr, a 1000 ° thick GaN layer doped with Si is obtained on the n-type AlGaN layer 26 (FIG. 6). (J)).
【0056】そして、上記したGaN系発光素子を構成
する積層膜が一通り形成されると、上記したGaN/G
aP多層膜30中において、GaNPの混晶を生成する
ための熱処理をおこなう(ステップS109)。この熱
処理は、基板を950℃で30分間加熱することにより
おこなう。When a single layered film constituting the GaN-based light emitting device is formed, the GaN / G
In the aP multilayer film 30, a heat treatment for generating a mixed crystal of GaNP is performed (step S109). This heat treatment is performed by heating the substrate at 950 ° C. for 30 minutes.
【0057】この熱処理によって、GaN/GaP多層
膜30中のPに熱エネルギーを与えることができ、この
PとGaNとの混晶化が実現される。これは、Ga、P
H3およびNH3の各分子線により直接に薄膜を成長させ
ようとした場合には、Pのマイグレーションの困難性よ
り、GaNPの形成は望めないが、このようにGaN/
GaPの多層膜30’を作成することで、GaNP30
の混晶化が実現されることを意味する(図6(k))。By this heat treatment, thermal energy can be given to P in the GaN / GaP multilayer film 30, and the mixed crystal of P and GaN is realized. This is Ga, P
When a thin film is to be grown directly by molecular beams of H 3 and NH 3 , the formation of GaNP cannot be expected due to the difficulty of migration of P.
By forming a GaP multilayer film 30 ', the GaNP30
Is realized (FIG. 6 (k)).
【0058】すなわち、GaNおよびGaPは、それぞ
れ独立した薄膜として安定に形成することができるた
め、このように一旦、PをGaN層間にGaPとして閉
じ込めた多層膜を形成し、その後に与える熱エネルギー
によって、GaPからPを分解するとともに、分解され
たPと、近接したGaN層との混晶化を達成することが
できる。That is, since GaN and GaP can be formed stably as independent thin films, a multilayer film in which P is confined as GaP between the GaN layers is once formed, , GaP can be decomposed, and a mixed crystal of the decomposed P and the adjacent GaN layer can be achieved.
【0059】特に、GaP層の厚みを、GaN層の厚み
に対して十分薄くしているため、熱エネルギーによるG
aP層の中のPの分解および取り出しが容易となってお
り、GaNとPとの混晶化の促進が図られている。In particular, since the thickness of the GaP layer is sufficiently smaller than the thickness of the GaN layer, G
Decomposition and extraction of P in the aP layer are facilitated, and the promotion of mixed crystal of GaN and P is promoted.
【0060】このようにしてGaNP30の混晶化が完
了すると、上記積層膜上に電極を形成する(ステップS
110)。図7は、電極形成を説明するためのGaN系
発光素子の断面図である。図4に示すように、この電極
作成は、まず、積層基板をパターニング室に移動させ、
シリコン基板20、p型GaNバッファ層21および第
1のp型GaN層22と、第2のp型GaN層24の一
部(SiO2マスク23が形成された厚み部分)とをエ
ッチング処理により排除する(図6(l))。When the mixed crystal formation of the GaNP 30 is completed in this way, an electrode is formed on the laminated film (Step S).
110). FIG. 7 is a cross-sectional view of a GaN-based light emitting device for explaining electrode formation. As shown in FIG. 4, this electrode preparation first moves the laminated substrate to the patterning chamber,
The silicon substrate 20, the p-type GaN buffer layer 21, the first p-type GaN layer 22, and a part of the second p-type GaN layer 24 (thickness where the SiO 2 mask 23 is formed) are removed by etching. (FIG. 6 (l)).
【0061】つづいて、露出したp型GaN層24とn
型GaN層27の各表面に、プラズマCVD装置を用い
て、SiO2等のパターニングマスクを堆積させた後、
図7(m)に示すように、フォトレジストおよび化学エ
ッチング等を用いて、n型電極11およびp型電極12
を形成するためのマスクパターンをそれぞれ形成する。Subsequently, the exposed p-type GaN layer 24 and n
After depositing a patterning mask such as SiO 2 on each surface of the type GaN layer 27 using a plasma CVD apparatus,
As shown in FIG. 7 (m), the n-type electrode 11 and the p-type
Are respectively formed.
【0062】そして、n型GaN層27の表面にTi/
Al/Au等の金属を蒸着することでn型電極11を形
成し、p型GaN層24の表面にAu/Ni等の金属を
蒸着することでp型電極12を形成する。The surface of the n-type GaN layer 27 has Ti /
The n-type electrode 11 is formed by depositing a metal such as Al / Au, and the p-type electrode 12 is formed by depositing a metal such as Au / Ni on the surface of the p-type GaN layer 24.
【0063】このようにして作成されたGaN系発光素
子に電圧を印加して発光を調べたところ、印加電圧4V
でバンド端380nmに著しく強い発光ピークが観察さ
れた。また、その他のピークは観察されなかった。すな
わち、高輝度の紫外LEDが作成されていることが確認
された。When a voltage was applied to the GaN-based light-emitting device manufactured in this manner and light emission was examined, an applied voltage of 4 V
, An extremely strong emission peak was observed at a band edge of 380 nm. Other peaks were not observed. That is, it was confirmed that a high-intensity ultraviolet LED was produced.
【0064】以上に説明したとおり、実施の形態1にか
かるGaN系発光素子によれば、ガスソースMBE法に
従ってそのGaN系発光素子を作成する際に、GaP層
とGaN層とを交互に積層させた多層膜を活性層とし、
これに熱処理を施すことでGaNPの混晶化をおこなう
ので、Pの気相による添加では混晶化が困難とされるG
aNPを、発光効率等の十分大きなものとして得ること
ができる。As described above, according to the GaN-based light-emitting device of the first embodiment, when the GaN-based light-emitting device is manufactured according to the gas source MBE method, GaP layers and GaN layers are alternately stacked. The active layer as the active layer,
By subjecting this to a heat treatment, GaNP is mixed, so that it is difficult to mix P by adding P in the gas phase.
aNP can be obtained with sufficiently high luminous efficiency and the like.
【0065】また、積層順が下位に位置する低抵抗層の
p型GaN層を、比較的薄い第1のGaN層と、その第
1のGaN層上に、SiO2等のマスクにより設けられ
た複数の開口部を介して、部分的に再成長させた第2の
GaN層と、によって構成しているので、転位の発生を
低減することができ、結果的に発光素子の劣化を防止す
ることができる。Further, a p-type GaN layer of a low resistance layer, which is positioned lower in the stacking order, is provided with a relatively thin first GaN layer and a mask such as SiO 2 on the first GaN layer. Since it is composed of the second GaN layer partially regrown through the plurality of openings, the occurrence of dislocations can be reduced, and as a result, deterioration of the light emitting element can be prevented. Can be.
【0066】なお、上述した例では、活性層をGaNP
とした場合を示したが、GaNAsについても、同様に
GaN/GaAs多層膜を形成し、その後の熱処理によ
ってGaNAsの混晶化を達成することができる。In the above-described example, the active layer is made of
In the case of GaNAs, a GaN / GaAs multilayer film is formed in the same manner, and mixed crystal formation of GaNAs can be achieved by a subsequent heat treatment.
【0067】実施の形態2.つぎに、実施の形態2にか
かるGaN系発光素子およびその作成方法について説明
する。実施の形態2は、実施の形態1がガスソースMB
E法を用いてGaN系発光素子を作成したのに対し、M
OCVD法を用いて同構成のGaN系発光素子を形成し
たことを特徴とする。最終的に得られるGaN系発光素
子の構造は、図1に示したものと同様であるので、ここ
ではその説明を省略する。Embodiment 2 Next, a GaN-based light emitting device according to the second embodiment and a method for forming the same will be described. Embodiment 2 is different from Embodiment 1 in that the gas source MB is used.
While a GaN-based light-emitting device was fabricated using the E method,
A GaN-based light-emitting element having the same configuration is formed using an OCVD method. The structure of the finally obtained GaN-based light-emitting device is the same as that shown in FIG. 1, and the description is omitted here.
【0068】図8は、実施の形態2にかかるGaN系発
光素子の作成手順を示すフローチャートである。MOC
VD法において、まず、シリコン基板等の結晶基板を成
長室のサセプタ上に設置する。そして、この状態におい
て、シリコン基板の温度を640℃に維持し、p型のG
aNバッファ層の形成を開始する(ステップS20
1)。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for manufacturing a GaN-based light emitting device according to the second embodiment. MOC
In the VD method, first, a crystal substrate such as a silicon substrate is placed on a susceptor in a growth chamber. Then, in this state, the temperature of the silicon substrate is maintained at 640 ° C., and the p-type G
The formation of the aN buffer layer is started (Step S20)
1).
【0069】このp型GaNバッファ層は、200sc
cm程度のジメチルヒドラジン(DMH)と、20sc
cm程度のTMGと、3sccm程度のシクロペンタジ
エニルマグネシウム(CpMg)を供給することで、上
記したシリコン基板上に、厚さ50Åの結晶構造として
形成される。This p-type GaN buffer layer has a thickness of 200 sc
cm dimethylhydrazine (DMH) and 20 sc
By supplying TMG of about cm and cyclopentadienyl magnesium (CpMg) of about 3 sccm, a crystal structure having a thickness of 50 ° is formed on the silicon substrate.
【0070】つづいて、基板温度を850℃に維持し、
第1のp型のGaN層を形成する(ステップS20
2)。この第1のp型GaN層は、20sccm程度の
TMGと、1500sccm程度のNH3と、3scc
m程度のビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bC
pMg)の原料ガスを、上記したp型GaNバッファ層
上に成長させ、Mgがドープされた厚み1000ÅのG
aN層として得られる。Subsequently, the substrate temperature is maintained at 850 ° C.
Form a first p-type GaN layer (Step S20)
2). The first p-type GaN layer includes TMG of about 20 sccm, NH 3 of about 1500 sccm, and 3 sccc.
m of biscyclopentadienyl magnesium (bC
pMg) is grown on the p-type GaN buffer layer described above, and Mg-doped G
Obtained as an aN layer.
【0071】つぎに、上記したn型GaN層22上に複
数の開口部を形成するためのSiO 2マスクを形成し
(ステップS203)、その開口部上に第2のp型Ga
N層を再成長させる(ステップS204)。なお、Si
O2マスクの作成およびその効果については、実施の形
態1と同様であるため、ここではその説明を省略する。Next, multiple layers are formed on the n-type GaN layer 22 described above.
SiO for forming a number of openings TwoForm a mask
(Step S203) A second p-type Ga is formed on the opening.
The N layer is grown again (step S204). Note that Si
OTwoRegarding mask creation and its effects,
Since it is the same as in the first embodiment, the description is omitted here.
【0072】この第2のp型GaN層は、20sccm
程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、3
sccm程度のbCpMgの原料ガスを、上記した第1
のp型GaN層およびSiO2マスク上に成長させ、M
gがドープされた厚み50μmのGaN層として得られ
る。This second p-type GaN layer has a thickness of 20 sccm.
About TMG, about 1500 sccm NH 3 ,
The raw material gas of bCpMg of about sccm
Grown on a p-type GaN layer and a SiO 2 mask,
g is obtained as a doped GaN layer with a thickness of 50 μm.
【0073】つぎに、クラッド層として機能するp型の
AlGaN層を形成する(ステップS205)。このp
型AlGaN層は、20sccm程度のTMGと、15
00sccm程度のNH3と、3sccm程度のシクロ
ペンタジエニルマグネシウム(CpMg)と、5scc
m程度のTMAの原料ガスを、上記したp型GaN層上
に成長させ、Mgがドープされた厚み1000ÅのAl
GaN層として得られる。Next, a p-type AlGaN layer functioning as a cladding layer is formed (step S205). This p
The type AlGaN layer has a TMG of about 20 sccm,
About 00 sccm of NH 3 , about 3 sccm of cyclopentadienyl magnesium (CpMg), and 5 scc
A raw material gas of TMA of about m is grown on the p-type GaN layer, and Mg-doped Al
Obtained as a GaN layer.
【0074】そして、このp型AlGaN層上に、活性
層となるGaN/GaP多層膜を形成する(ステップS
206)。GaN/GaP多層膜は、まず、上記したp
型AlGaN層上に、GaP層を形成し、つづいてその
上にGaN層を形成し、さらにこれらGaP層およびG
aN層からなる組を5回程度繰り返し形成することで得
られる。Then, a GaN / GaP multilayer film to be an active layer is formed on this p-type AlGaN layer (step S).
206). The GaN / GaP multilayer film is first formed by the above-mentioned p
A GaP layer is formed on the p-type AlGaN layer, and then a GaN layer is formed thereon.
It is obtained by repeatedly forming a set composed of the aN layer about five times.
【0075】なお、この場合のGaP層は、20scc
m程度のTMGと、500sccm程度のフォスフィン
(PH3)の原料ガスを1〜2分子程度の厚みのGaP
層として成長させて得られる。また、GaN層は、20
sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH
3の原料ガスを10分子程度の厚みのGaN層として成
長させて得られる。In this case, the GaP layer has a thickness of 20 scc.
m of TMG and about 500 sccm of phosphine (PH 3 ) source gas of GaP having a thickness of about 1 to 2 molecules.
Obtained by growing as a layer. The GaN layer has a thickness of 20
TMG of about sccm and NH of about 1500 sccm
It is obtained by growing the source gas of No. 3 as a GaN layer having a thickness of about 10 molecules.
【0076】GaN/GaP多層膜の形成が完了する
と、つづいて、もう一方のクラッド層として機能するn
型のAlGaN層を形成する(ステップS207)。こ
のn型AlGaN層は、20sccm程度のTMGと、
1500sccm程度のNH3と、2sccm程度のS
iH4と、5sccm程度のTMAの原料ガスを、上記
したGaN/GaP多層膜上に成長させ、Siがドープ
された厚み1000ÅのAlGaN層として得られる。When the formation of the GaN / GaP multilayer film is completed, n
A mold AlGaN layer is formed (step S207). This n-type AlGaN layer has a TMG of about 20 sccm,
About 1500 sccm NH 3 and about 2 sccm S
iH 4 and a source gas of TMA of about 5 sccm are grown on the above-mentioned GaN / GaP multilayer film to obtain an AlGaN layer doped with Si and having a thickness of 1000 °.
【0077】そして最後に、n型のGaN層を形成する
(ステップS208)。このn型GaN層は、20sc
cm程度のTMGと、1500sccm程度のNH
3と、2sccm程度のSiH4の原料ガスを、上記した
n型AlGaN層上に成長させ、Siがドープされた厚
み1000ÅのGaN層として得られる。Finally, an n-type GaN layer is formed (Step S208). This n-type GaN layer has a thickness of 20 sc
cm of TMG and 1500 sccm of NH
A SiH 4 source gas of about 3 and 2 sccm is grown on the n-type AlGaN layer to obtain a Si-doped GaN layer having a thickness of 1000 °.
【0078】そして、上記したGaN系発光素子を構成
する積層膜が一通り形成されると、上記したGaN/G
aP多層膜中において、GaNPの混晶を生成するため
の熱処理をおこなう(ステップS209)。この熱処理
は、基板を950℃で30分間加熱することによりおこ
なう。この熱処理によって、PとGaNとの混晶化が実
現され、GaNPが生成される。Then, once the laminated film constituting the GaN-based light emitting device is formed, the GaN / G
In the aP multilayer film, a heat treatment for generating a mixed crystal of GaNP is performed (step S209). This heat treatment is performed by heating the substrate at 950 ° C. for 30 minutes. By this heat treatment, a mixed crystal of P and GaN is realized, and GaNP is generated.
【0079】このようにしてGaNPの混晶化が完了す
ると、上記積層膜上に電極を形成する(ステップS21
0)。電極形成についても実施の形態1と同様であるた
め、ここではその説明を省略する。When the mixed crystal of the GaNP is completed in this way, an electrode is formed on the laminated film (step S21).
0). Since the formation of the electrodes is the same as that of the first embodiment, the description is omitted here.
【0080】以上に説明したとおり、実施の形態2にか
かるGaN系発光素子によれば、MOCVD法に従って
そのGaN系発光素子を作成する際においても、実施の
形態1に示した効果と同様の効果を享受することができ
る。As described above, according to the GaN-based light-emitting device according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained when the GaN-based light-emitting device is manufactured according to the MOCVD method. Can be enjoyed.
【0081】なお、実施の形態1および2に示した気相
成長法以外にも、原料に塩化ガリウム等の塩化物を用い
るクロライド系または水素化物を用いるハライド系の気
相成長を用いることで、本発明にかかるGaN系発光素
子を作成することもできる。In addition to the vapor phase growth methods shown in Embodiments 1 and 2, a chloride type vapor phase growth using a chloride such as gallium chloride or a halide type vapor phase growth using a hydride as a raw material can be used. A GaN-based light emitting device according to the present invention can also be produced.
【0082】また、以上に説明した実施の形態1および
2においては、活性層をGaNPやGaNAsの混晶化
を例にして説明したが、GaAsP/GaN等の他のG
aN多元系化合物半導体の組み合わせにより多層膜を形
成した場合にも、本発明を適用できることはいうまでも
ない。Further, in the first and second embodiments described above, the active layer is described by taking as an example the mixed crystal of GaNP or GaNAs. However, other active layers such as GaAsP / GaN may be used.
It goes without saying that the present invention can be applied to a case where a multilayer film is formed by a combination of aN multicomponent compound semiconductors.
【0083】さらに、以上に説明した実施の形態1およ
び2においては、ダブルヘテロ型の構造を有する発光素
子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば、シングルヘテロ接合を有するも
のや、pn接合を有するもの、あるいは単数または複数
の量子井戸構造を有するものなどについて同様に適用す
ることができ、上述した効果を同様に享受することがで
きる。Further, in Embodiments 1 and 2 described above, a light emitting element having a double hetero structure is described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to a device having a single hetero junction, a device having a pn junction, or a device having one or a plurality of quantum well structures, and the same effects can be obtained.
【0084】[0084]
【発明の効果】以上に説明したように請求項1にかかる
発明によれば、GaN層とGaP層との積層により構成
される多層膜に対して熱処理を施した後の状態を、活性
層として機能するGaNP層としているので、十分多く
のPが添加されたGaNP層本来の発光特性を得ること
ができるという効果を奏する。As described above, according to the first aspect of the present invention, the state after heat treatment is performed on a multilayer film formed by laminating a GaN layer and a GaP layer is defined as an active layer. Since it is a functioning GANP layer, it is possible to obtain the effect of obtaining the original light emission characteristics of a GaNP layer to which a sufficiently large amount of P is added.
【0085】また、請求項2にかかる発明によれば、G
aN層とGaAs層との積層により構成される多層膜に
対して熱処理を施した後の状態を、活性層として機能す
るGaNAs層としているので、十分多くのAsが添加
されたGaNAs層本来の発光特性を得ることができる
という効果を奏する。According to the second aspect of the present invention, G
The state after heat treatment is performed on the multilayer film formed by laminating the aN layer and the GaAs layer is referred to as a GaNAs layer functioning as an active layer. There is an effect that characteristics can be obtained.
【0086】また、請求項3にかかる発明によれば、G
aN層とGaASP層との積層により構成される多層膜
に対して熱処理を施した後の状態を、活性層として機能
するGaNASP層としているので、十分多くのASお
よびPが添加されたGaNASP層本来の発光特性を得
ることができるという効果を奏する。According to the third aspect of the present invention, G
Since the GaNASP layer functioning as the active layer is formed after the heat treatment is performed on the multilayer film formed by laminating the aN layer and the GaASP layer, the GaNASP layer to which enough AS and P are added originally It is possible to obtain the effect that the light emission characteristics can be obtained.
【0087】また、請求項4にかかる発明によれば、G
aP等のGa混晶層を極薄く形成するので、熱処理を施
した際に、Ga混晶層の分解が促進され、それに含まれ
るV族原子が拡散するので、混晶化の促進を図ることが
できるという効果を奏する。According to the fourth aspect of the present invention, G
Since the Ga mixed crystal layer of aP or the like is formed extremely thin, the decomposition of the Ga mixed crystal layer is promoted when heat treatment is performed, and the group V atoms contained therein are diffused. This has the effect that it can be performed.
【0088】また、請求項5にかかる発明によれば、バ
ッファ層上に形成される低抵抗層を、下地となる第1の
低抵抗層と、マスクによる選択的に成長される第2の低
抵抗層と、で構成するので、第2の低抵抗層において転
位の発生が低減され、この第2の低抵抗層を、電極を設
けるための低抵抗層として使用することで、発光効率や
寿命等についてより好ましい特性を有するGaN系発光
素子を得ることができるという効果を奏する。According to the fifth aspect of the present invention, the low-resistance layer formed on the buffer layer is formed by the first low-resistance layer serving as a base and the second low-resistance layer selectively grown by using a mask. Since the second low-resistance layer is composed of the second low-resistance layer, the second low-resistance layer is used as a low-resistance layer for providing an electrode. There is an effect that a GaN-based light emitting device having more preferable characteristics can be obtained.
【0089】また、請求項6にかかる発明によれば、第
2の低抵抗層が、第1の低抵抗層よりも厚いので、品質
のよい低抵抗層をより多く取得することができるという
効果を奏する。Further, according to the invention of claim 6, since the second low-resistance layer is thicker than the first low-resistance layer, more high-quality low-resistance layers can be obtained. To play.
【図1】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の断面
図である。FIG. 1 is a sectional view of a GaN-based light emitting device according to a first embodiment.
【図2】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
手順を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for manufacturing the GaN-based light emitting device according to the first embodiment.
【図3】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
方法にしたがって作成されるGaN系発光素子を説明す
るための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light-emitting device manufactured according to the method for manufacturing a GaN-based light-emitting device according to the first embodiment.
【図4】実施の形態1にかかるGaN系発光素子におい
て、GaN/GaP多層膜の作成手順を示すフローチャ
ートである。FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for forming a GaN / GaP multilayer film in the GaN-based light emitting device according to the first exemplary embodiment;
【図5】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
方法にしたがって作成されるGaN/GaP多層膜を説
明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a GaN / GaP multilayer film formed according to the method of manufacturing a GaN-based light emitting device according to the first embodiment.
【図6】実施の形態1にかかるGaN系発光素子の作成
方法にしたがって作成されるGaN系発光素子を説明す
るための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a GaN-based light-emitting device manufactured according to the method for manufacturing a GaN-based light-emitting device according to the first embodiment.
【図7】実施の形態1にかかるGaN系発光素子におい
て、電極形成を説明するためのGaN系発光素子の断面
図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the GaN-based light emitting device according to the first embodiment, illustrating the formation of an electrode.
【図8】実施の形態2にかかるGaN系発光素子の作成
手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for manufacturing a GaN-based light emitting device according to the second embodiment.
11 n型電極 12 p型電極 20 シリコン基板 21 バッファ層 22,24 p型GaN層 23 SiO2マスク 25 p型AlGaN層 26 n型AlGaN層 27 n型GaN層 30 GaP/GaN多層膜 30’ GaNP層 31 GaN層 32 GaP層Reference Signs List 11 n-type electrode 12 p-type electrode 20 silicon substrate 21 buffer layer 22, 24 p-type GaN layer 23 SiO 2 mask 25 p-type AlGaN layer 26 n-type AlGaN layer 27 n-type GaN layer 30 GaP / GaN multilayer film 30 ′ GaNP layer 31 GaN layer 32 GaP layer
Claims (6)
多層膜に対して熱処理を施すことにより混晶化されたG
aNP層を活性層とした構造であることを特徴とするG
aN系発光素子。1. A mixed crystal obtained by performing a heat treatment on a multilayer film in which GaN layers and GaP layers are alternately stacked.
G having a structure in which an aNP layer is an active layer.
aN-based light-emitting element.
た多層膜に対して熱処理を施すことにより混晶化された
GaNAs層を活性層とした構造であることを特徴とす
るGaN系発光素子。2. A GaN-based light-emitting device characterized in that a GaN-based light-emitting element has a structure in which a mixed GaN layer is formed by performing heat treatment on a multilayer film in which GaN layers and GaAs layers are alternately stacked. .
した多層膜に対して熱処理を施すことにより混晶化され
たGaNAsP層を活性層とした構造であることを特徴
とするGaN系発光素子。3. A GaN-based light emitting device having a structure in which a GaAsP layer mixed and mixed by performing a heat treatment on a multilayer film in which GaN layers and GaAsP layers are alternately stacked is used as an active layer. .
前記多層膜を構成する他方のGa混晶層の厚みよりも大
きいことを特徴とする請求項1、2または3に記載のG
aN系発光素子。4. The G according to claim 1, wherein the GaN layer is larger than a thickness of another Ga mixed crystal layer constituting the multilayer film together with the GaN layer.
aN-based light-emitting element.
膜の積層構造として作成するGaN系発光素子の作成方
法において、 薄膜形成基板上に形成されたバッファ層上に第1の低抵
抗層を形成するステップと、 前記第1の低抵抗層上に、少なくとも一つの開口部を形
成するためのマスクを形成するステップと、 前記第1の低抵抗層および前記マスク上に、第2の低抵
抗層を形成するステップと、 前記第2の低抵抗層上にクラッド層を形成するステップ
と、 を含んだことを特徴とするGaN系発光素子の作成方
法。5. A method for producing a GaN-based light-emitting device in which a GaN-based light-emitting device is formed as a laminated structure of thin films by a vapor deposition method, wherein a first low-resistance layer is formed on a buffer layer formed on a thin-film formation substrate. Forming; forming a mask for forming at least one opening on the first low resistance layer; and forming a second low resistance on the first low resistance layer and the mask. Forming a layer; and forming a clad layer on the second low-resistance layer.
抗層よりも厚いことを特徴とする請求項5に記載のGa
N系発光素子の作成方法。6. The Ga according to claim 5, wherein the second low resistance layer is thicker than the first low resistance layer.
Method for producing N-based light emitting element.
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WO1999030373A1 (en) * | 1997-12-08 | 1999-06-17 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF PRODUCING GaN-BASED CRYSTAL |
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-
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- 2000-04-28 JP JP2000131402A patent/JP4712153B2/en not_active Expired - Fee Related
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