JP2001345477A - Gallium nitride compound semiconductor light emitting element - Google Patents
Gallium nitride compound semiconductor light emitting elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードに
利用される半導体発光素子に係り、特に窒化ガリウム系
化合物半導体からなる基板を用いた窒化ガリウム系化合
物発光素子に関する。The present invention relates to a semiconductor light emitting device used for a light emitting diode, and more particularly to a gallium nitride compound light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での展開が進んでいる。2. Description of the Related Art Gallium nitride compound semiconductors have been widely used as semiconductor materials for visible light emitting devices and high-temperature operating electronic devices, and are being developed in the field of blue and green light emitting diodes. .
【0003】可視光で発光可能な窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子は、基本的には、サファイアやSiC等
からなる基板の上にバッファ層を介して、n型クラッド
層と、発光層となるInGaNからなる発光層と、p型
クラッド層とを積層させたものが主流である。特に、近
来では、基板にサファイアを用い、有機金属気相成長法
により、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層
を介してダブルへテロ構造を成長させたものは、高輝度
で信頼性が高く、屋外用のパネルディスプレイ用発光ダ
イオード等に広く用いられるようになってきている。A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device capable of emitting visible light basically comprises an n-type cladding layer and an InGaN serving as a light emitting layer on a substrate made of sapphire, SiC, or the like via a buffer layer. The mainstream is a laminate of a light-emitting layer made of and a p-type cladding layer. In particular, recently, a double heterostructure grown using a sapphire substrate as a substrate and a low-temperature growth buffer layer made of GaN or AlN by a metal organic chemical vapor deposition method has high luminance and high reliability. It has been widely used for light emitting diodes for outdoor panel displays and the like.
【0004】しかしながら、最近、GaNからなる基板
が作製されるようになり、これを用いた窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子がいくつか提案されるようになっ
てきている。例えば、特開平7−94784号公報に
は、GaNを基板とし基板の上にp−n接合を含む積層
体を形成させた青色発光素子が開示されている。この公
報によれば、GaNを基板として用い他の赤色発光ダイ
オード等と同様に対向する電極の間に基板が存在する構
造が可能となり、電極位置に対する制約をなくすること
ができるとされている。However, recently, a substrate made of GaN has been manufactured, and some gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices using the same have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94784 discloses a blue light-emitting device in which a stacked body including a pn junction is formed on a GaN substrate. According to this publication, a structure in which GaN is used as the substrate and the substrate exists between the electrodes facing each other similarly to other red light-emitting diodes or the like is possible, and the restriction on the electrode position can be eliminated.
【0005】また、特開平10−150220号公報に
おいては、n型GaNからなる基板を用い、基板の側を
主発光面側とすることができる発光素子が開示されてい
る。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-150220 discloses a light-emitting element that uses a substrate made of n-type GaN and can use the substrate side as a main light-emitting surface side.
【0006】図3は、上記公報において示された従来の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面
図である。n型のGaNからなる基板11の上には、n
型クラッド12層と、発光層13と、p型クラッド層1
4とが順次積層されており、基板11の積層面側でない
一面の上の一部にn側電極15が設けられ、p型クラッ
ド層14の上の全面にわたってp側電極16が設けられ
ている。p側電極16を下向きに実装することにより、
n側電極15を設けた面の側を主発光面側とし、面発光
を得ることができる。このような構成によれば、電流−
光出力特性が改善された安価な発光素子を提供すること
ができるとされている。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device disclosed in the above publication. On a substrate 11 made of n-type GaN, n
12 cladding layers, light emitting layer 13 and p-cladding layer 1
4 are sequentially laminated, an n-side electrode 15 is provided on a part of one surface other than the lamination surface side of the substrate 11, and a p-side electrode 16 is provided over the entire surface on the p-type cladding layer 14. . By mounting the p-side electrode 16 downward,
The surface on which the n-side electrode 15 is provided is defined as the main light emitting surface side, so that surface light emission can be obtained. According to such a configuration, the current-
It is stated that an inexpensive light emitting element with improved light output characteristics can be provided.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、図3に示す
構造の発光素子のように、GaNからなる基板11が発
光層13からの発光に対し透明であるので、基板11に
設けたn側電極15の側を主発光面とすることができ
る。このn側電極15は、通常、ワイヤボンディング用
のパッドとして用いられるため、発光に対し透過性を有
しない程度の厚膜で形成される。However, in the conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device, the substrate 11 made of GaN is transparent to the light emitted from the light emitting layer 13 like the light emitting device having the structure shown in FIG. Therefore, the side of the n-side electrode 15 provided on the substrate 11 can be used as a main light emitting surface. Since the n-side electrode 15 is usually used as a pad for wire bonding, the n-side electrode 15 is formed of a thick film that is not transparent to light emission.
【0008】したがって、この電極の下の発光層13で
発せられ基板11の主発光面の側へ向かう光は、厚膜の
n側電極15で遮られてしまうこととなる。このため、
発光素子の上方のおける配光特性は、n側電極15を形
成した領域の上部で落ち込む凹状の分布となる。このよ
うな分布の配光特性は、発光素子直上で均一な配光特性
と高い発光強度を必要とする用途においては望ましくな
いという問題がある。Therefore, light emitted from the light emitting layer 13 below the electrode and traveling toward the main light emitting surface of the substrate 11 is blocked by the thick n-side electrode 15. For this reason,
The light distribution characteristic above the light emitting element has a concave distribution that drops above the region where the n-side electrode 15 is formed. The light distribution characteristic having such a distribution has a problem that it is not desirable in applications that require uniform light distribution characteristics and high luminous intensity right above the light emitting element.
【0009】このような凹状の分布を回避しようとして
主発光面となる基板11の面積を大きくするためにn側
電極15のサイズを小さくすると、ワイヤボンディング
の作業が困難となるので、n側電極15のサイズを小さ
くすることは好ましくない。したがって、ボンディング
等の電気的接続の作業性を確保してもなお発光特性を改
善することができる発光素子が望まれている。If the size of the n-side electrode 15 is reduced in order to increase the area of the substrate 11 serving as the main light emitting surface in order to avoid such a concave distribution, the work of wire bonding becomes difficult. It is not preferable to reduce the size of No. 15. Therefore, there is a demand for a light-emitting element that can improve the light-emitting characteristics even while ensuring the workability of electrical connection such as bonding.
【0010】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
であり、窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を用
い、この基板の側を主発光面側とする発光素子におい
て、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発
光強度を高く保持することができる新規な構造を有する
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することを
目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems. In a light-emitting element using a substrate made of a gallium nitride-based compound semiconductor and using the substrate side as a main light-emitting surface, the light-emitting element is disposed directly above the light-emitting element. It is an object of the present invention to provide a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having a novel structure capable of improving light characteristics and maintaining high light emission intensity.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、
第一の主面と第二の主面を有する透光性のn型の窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる基板の第一の主面上に、
少なくとも窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型ク
ラッド層と発光層とp型クラッド層とp型コンタクト層
とが積層された積層構造が設けられ、n側電極が前記積
層構造の表面側からその一部を除去させて露出された前
記基板の表面に直接接して設けられ、p側電極が前記p
型コンタクト層の表面に接して設けられ、前記基板の前
記第二の主面が主発光面であることを特徴とする。In order to solve the above problems, a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to the present invention comprises:
On a first main surface of a substrate made of a light-transmitting n-type gallium nitride-based compound semiconductor having a first main surface and a second main surface,
A laminated structure is provided in which at least an n-type clad layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor, a light-emitting layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are laminated, and an n-side electrode is partially formed from the surface side of the laminated structure. Is provided in direct contact with the exposed surface of the substrate, and the p-side electrode is
The substrate is provided in contact with the surface of the mold contact layer, and the second main surface of the substrate is a main light emitting surface.
【0012】また、本発明においては、前記基板がGa
Nであり、前記nクラッド層がAl xGa1-xN(0≦x
≦0.5)であることを特徴とし、さらに、前記n型ク
ラッド層が、少なくとも前記基板側に設けたAlyGa
1-yN(0≦y≦0.2)と前記発光層側に設けたAlz
Ga1-zN(0<z≦0.5、y<z)との複層である
ことを特徴とする。Further, in the present invention, the substrate may be made of Ga.
N and the n-cladding layer is Al xGa1-xN (0 ≦ x
≦ 0.5).
The lad layer has at least Al provided on the substrate side.yGa
1-yN (0 ≦ y ≦ 0.2) and Al provided on the light emitting layer sidez
Ga1-zN (0 <z ≦ 0.5, y <z)
It is characterized by the following.
【0013】さらに、本発明においては、前記p型クラ
ッド層がAluGa1-uN(0<u≦0.5)であり、前
記p型コンタクト層がAlvGa1-vN(0≦v≦0.
2、v<u)であることを特徴とする。Further, in the present invention, the p-type cladding layer is made of Al u Ga 1-u N (0 <u ≦ 0.5), and the p-type contact layer is made of Al v Ga 1-v N (0 ≦ v ≦ 0.
2, v <u).
【0014】さらに、本発明においては、前記p型クラ
ッド層と前記p型コンタクト層が同一組成のAlwGa
1-wN(0≦w≦0.2)からなることを特徴とする。Further, in the present invention, the p-type cladding layer and the p-type contact layer have the same composition of Al w Ga
1-w N (0 ≦ w ≦ 0.2).
【0015】このような構成によれば、発光素子直上で
の配光特性を改善することができるとともに、発光強度
を高く保持することが可能となる。According to such a configuration, the light distribution characteristics immediately above the light emitting element can be improved, and the emission intensity can be kept high.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、第一の
主面と第二の主面を有する透光性のn型の窒化ガリウム
系化合物半導体からなる基板の第一の主面上に、少なく
とも窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型クラッド
層と発光層とp型クラッド層とp型コンタクト層とが積
層された積層構造が設けられ、n側電極が前記積層構造
の表面側からその一部を除去させて露出された前記基板
の表面に直接接して設けられ、p側電極が前記p型コン
タクト層の表面に接して設けられ、前記基板の前記第二
の主面が主発光面であることを特徴とするものであり、
発光素子直上での配光特性をほぼ均一なものとすること
ができるという作用を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first aspect of the present invention is directed to a first principal surface of a substrate made of a light-transmitting n-type gallium nitride-based compound semiconductor having a first principal surface and a second principal surface. A laminated structure in which an n-type clad layer made of at least a gallium nitride-based compound semiconductor, a light-emitting layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are laminated, and an n-side electrode is arranged from the surface side of the laminated structure A part of the substrate is provided in direct contact with the exposed surface of the substrate, a p-side electrode is provided in contact with the surface of the p-type contact layer, and the second main surface of the substrate emits main light. Surface,
This has the effect that the light distribution characteristics immediately above the light emitting element can be made substantially uniform.
【0017】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記基板がGaNからなることを特徴
とするものであり、基板の上に形成する積層構造の結晶
性を高く維持するとともに、n側電極とのオーミック接
触抵抗を低くすることができるという作用を有する。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the substrate is made of GaN, and the crystallinity of a laminated structure formed on the substrate is maintained high. And has the effect of reducing the ohmic contact resistance with the n-side electrode.
【0018】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記n型クラッド層がAlxGa1-xN
(0≦x≦0.5)からなることを特徴とするものであ
り、結晶性を良好に保つとともに、n側電極から基板に
注入された電子が基板とn型クラッド層との界面で広が
りやすくすることができるという作用を有する。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the n-type cladding layer is made of Al x Ga 1 -xN.
(0 ≦ x ≦ 0.5), while maintaining good crystallinity and allowing electrons injected from the n-side electrode into the substrate to spread at the interface between the substrate and the n-type cladding layer. It has the effect of being able to make it easier.
【0019】請求項4に記載の発明は、請求項2または
3記載の発明において、前記n型クラッド層が、少なく
とも前記基板側に設けたAlyGa1-yN(0≦y≦0.
2)からなる第一のn型クラッド層と前記発光層側に設
けたAlzGa1-zN(0<z≦0.5、y<z)からな
る第二のn型クラッド層との複層からなることを特徴と
するものであり、結晶性を良好に保つとともに、n側電
極から基板に注入された電子が、基板と第一のn型クラ
ッド層との界面及び第一のn型クラッド層と第二のn型
クラッド層との界面で広がりやすくすることができると
いう作用を有する。According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the n-type cladding layer is formed of Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 0.
Consisting 2) a first Al z provided the the light emitting layer side and the n-type cladding layer Ga 1-z N (0 < z ≦ 0.5, y <z) from the consisting of the second n-type clad layer In addition to maintaining good crystallinity, electrons injected from the n-side electrode into the substrate are formed by the interface between the substrate and the first n-type cladding layer and the first n-type cladding layer. This has the effect that it can be easily spread at the interface between the mold clad layer and the second n-type clad layer.
【0020】請求項5に記載の発明は、請求項1から4
のいずれか1項に記載の発明において、前記p型クラッ
ド層がAluGa1-uN(0<u≦0.5)からなり、前
記p型コンタクト層がAlvGa1-vN(0≦v≦0.
2、v<u)からなることを特徴とするものであり、発
光層への電子の閉じ込めを効率的に行うことができると
ともに、p側電極とのオーミック接触抵抗を低くするこ
とができるという作用を有する。The invention described in claim 5 is the invention according to claims 1 to 4
In the invention described in any one of the above, the p-type cladding layer is made of Al u Ga 1-u N (0 <u ≦ 0.5), and the p-type contact layer is made of Al v Ga 1-v N ( 0 ≦ v ≦ 0.
2, v <u), whereby electrons can be efficiently confined in the light emitting layer and ohmic contact resistance with the p-side electrode can be reduced. Having.
【0021】請求項6に記載の発明は、請求項1から4
のいずれか1項に記載の発明において、前記p型クラッ
ド層と前記p型コンタクト層が同一組成のAlwGa1-w
N(0≦w≦0.2)からなることを特徴とするもので
あり、発光層への電子の閉じ込めを効率的に行うことが
できるとともに、p側電極とのオーミック接触抵抗を低
くすることができるという作用を有する。[0021] The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 4.
In the invention according to any one of the above, the p-type cladding layer and the p-type contact layer have the same composition of Al w Ga 1-w
N (0 ≦ w ≦ 0.2), whereby electrons can be efficiently confined in the light emitting layer and ohmic contact resistance with the p-side electrode is reduced. It has the effect of being able to.
【0022】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図1を参照しながら説明する。Hereinafter, a specific example of the embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG.
【0023】(実施の形態)図1に、本発明の一実施の
形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造
を示す断面図を示す。(Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.
【0024】図1において、n型のGaNからなる基板
1の上に、AlGaNからなるn型クラッド層2と、I
nGaNからなる発光層4と、AlGaNからなるp型
クラッド層6と、AlGaNからなるp型コンタクト層
7、が順次積層されている。p型コンタクト層7の表面
上にはp側電極8が形成されており、p型コンタクト層
7の表面側から、p型コンタクト層7とp型クラッド層
6と発光層4とn型クラッド層2と基板1の一部をエッ
チングにより除去して露出された基板1の表面上に、n
側電極9が形成されている。In FIG. 1, an n-type cladding layer 2 made of AlGaN and an I-type cladding layer 2 are formed on a substrate 1 made of n-type GaN.
A light emitting layer 4 made of nGaN, a p-type clad layer 6 made of AlGaN, and a p-type contact layer 7 made of AlGaN are sequentially stacked. A p-side electrode 8 is formed on the surface of the p-type contact layer 7, and from the surface side of the p-type contact layer 7, the p-type contact layer 7, the p-type cladding layer 6, the light emitting layer 4, and the n-type cladding layer 2 and a part of the substrate 1 are removed by etching, and n
Side electrodes 9 are formed.
【0025】基板1には、n型の窒化ガリウム系化合物
半導体(InaAlbGa1―a―bN(但し、0≦a≦
1、0≦b≦1、0≦a+b≦1))を使用することが
できるが、良好な結晶性が得られやすいAlcGa1―c
N(但し、0≦c≦1)が望ましい。中でも、製造が比
較的容易で、かつ最も良好な結晶性が得られるGaNか
らなるものを使用することが最も好ましい。基板1には
SiやGe等のn型不純物がドープされて、その電子濃
度を概略1×1017cm-3から1×1019cm-3の範囲
に制御されたものを用いる。電子濃度が1×1017cm
-3よりも低くなると、n側電極9とのオーミック接触抵
抗が大きくなるため発光素子の動作電圧が増大し、ま
た、基板1の抵抗率が高くなり、n側電極9から基板1
に注入された電子が基板1で広がりにくくなる傾向にあ
るからであり、1×1019cm-3よりも高くなると、n
型不純物を高濃度にドープしたことに起因して基板1の
結晶性が悪くなる傾向にあるからである。[0025] The substrate 1, n-type gallium nitride compound semiconductor (In a Al b Ga 1 - a - b N ( where, 0 ≦ a ≦
1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1)) can be used, good crystallinity obtained easily Al c Ga 1 - c
N (however, 0 ≦ c ≦ 1) is desirable. Among them, it is most preferable to use GaN that is relatively easy to produce and provides the best crystallinity. The substrate 1 is doped with an n-type impurity such as Si or Ge, and has an electron concentration controlled in a range of approximately 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 . Electron concentration is 1 × 10 17 cm
If it is lower than −3 , the ohmic contact resistance with the n-side electrode 9 increases, so that the operating voltage of the light-emitting element increases, and the resistivity of the substrate 1 increases.
This is because the electrons injected into the substrate 1 tend to be difficult to spread on the substrate 1, and if it is higher than 1 × 10 19 cm −3 , n
This is because the crystallinity of the substrate 1 tends to be deteriorated due to doping of the type impurity at a high concentration.
【0026】n型クラッド層2には、発光層4よりもバ
ンドギャップの大きいn型の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いることができる。n型クラッド層2は、GaN
やAlGaN、InGaN、InAlGaN等の単層、
若しくはこれらの層を積層したものを用いることができ
るが、基板1にGaNを用いる場合は、AlxGa1-xN
(0≦x≦0.5)を用いることが好ましい。n型クラ
ッド層2の結晶性を良好に保つことができるとともに、
基板1とn型クラッド層2の界面の伝導帯においてヘテ
ロ障壁が形成されることにより、n側電極9から基板に
注入された電子が基板1の面内で均一に広がり、これに
より発光層4への均一な電子の注入が実現できるため、
発光層4における発光分布が均一となり、その結果、基
板1の裏面側の主発光面で均一な面発光が得られるから
である。As the n-type cladding layer 2, an n-type gallium nitride-based compound semiconductor having a larger band gap than the light emitting layer 4 can be used. The n-type cladding layer 2 is made of GaN
Or a single layer of AlGaN, InGaN, InAlGaN, etc.,
Alternatively, a laminate of these layers can be used, but when GaN is used for the substrate 1, Al x Ga 1 -xN
(0 ≦ x ≦ 0.5) is preferably used. The crystallinity of the n-type cladding layer 2 can be kept good, and
By forming a hetero barrier in the conduction band at the interface between the substrate 1 and the n-type cladding layer 2, electrons injected from the n-side electrode 9 into the substrate spread evenly in the plane of the substrate 1, whereby the light emitting layer 4 To achieve uniform injection of electrons into
This is because the light emission distribution in the light emitting layer 4 becomes uniform, and as a result, uniform surface light emission is obtained on the main light emitting surface on the back surface side of the substrate 1.
【0027】n型クラッド層2は、基板側に設けたAl
yGa1-yN(0≦y≦0.2)からなる第一のn型クラ
ッド層と発光層側に設けたAlzGa1-zN(0<z≦
0.5、y<z)からなる第二のn型クラッド層との複
層とすることもできる。これにより、n型クラッド層2
の結晶性を良好に保つとともに、n側電極9から基板に
注入された電子が、基板1と第一のn型クラッド層との
界面及び第一のn型クラッド層と第二のn型クラッド層
との界面で均一に広がり、前述と同様に均一な面発光が
得られる。また、第二のn型クラッド層と発光層4の間
に、第二のn型クラッド層よりもAlの組成が少ないA
lGaN(GaNを含む)からなる第三のn型クラッド
層を設けることもできる。The n-type cladding layer 2 is made of Al provided on the substrate side.
a first n-type cladding layer made of yGa 1-y N (0 ≦ y ≦ 0.2) and Al z Ga 1-z N (0 <z ≦
0.5, y <z) and a second n-type clad layer. Thereby, the n-type cladding layer 2
And the electrons injected into the substrate from the n-side electrode 9 are transferred to the interface between the substrate 1 and the first n-type cladding layer and between the first n-type cladding layer and the second n-type cladding. Spread uniformly at the interface with the layer, and uniform surface light emission can be obtained as described above. In addition, between the second n-type cladding layer and the light emitting layer 4, A having a smaller Al composition than the second n-type cladding layer.
A third n-type cladding layer made of lGaN (including GaN) may be provided.
【0028】n型クラッド層2は、アンドープとする
か、若しくはSiやGe等のn型不純物をドープして、
その電子濃度を1×1015cm-3以上で1×1019cm
-3未満とすることが望ましい。電子濃度が1×1015c
m-3よりも低くなると、n型クラッド層2の抵抗率が高
くなり、発光素子の直列抵抗が高くなって動作電圧が高
くなるからであり、1×1019cm-3よりも高くなる
と、n型不純物を高濃度にドープしたことに起因してn
型クラッド層2の結晶性が悪くなる傾向にあるからであ
る。The n-type cladding layer 2 is undoped or doped with an n-type impurity such as Si or Ge.
When the electron concentration is 1 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm
Desirably less than -3 . Electron concentration is 1 × 10 15 c
When it is lower than m −3 , the resistivity of the n-type cladding layer 2 increases, the series resistance of the light emitting element increases, and the operating voltage increases. When it exceeds 1 × 10 19 cm −3 , Due to the high concentration of n-type impurities, n
This is because the crystallinity of the mold cladding layer 2 tends to deteriorate.
【0029】n型クラッド層2の層厚は、0.002μ
m以上で5μm以下の範囲であることが望ましい。0.
002μmよりも薄いと電流(電子)を均一に広げる効
果が小さくなる傾向にあり、5μmよりも厚くなると、
発光素子の直列抵抗が高くなって動作電圧が高くなると
ともに、n型クラッド層2の形成およびエッチング加工
に時間がかかるからである。そして、n型クラッド層2
の層厚に応じて電子濃度を調整することで、電流広がり
の効果を奏しながら直列抵抗の低減を図ることができ
る。本発明者らの知見によれば、層厚を厚くするととも
に電子濃度を高くすると良い。The thickness of the n-type cladding layer 2 is 0.002 μm.
It is desirable that the thickness be in the range of not less than m and not more than 5 μm. 0.
When the thickness is smaller than 002 μm, the effect of uniformly spreading the current (electrons) tends to be reduced. When the thickness is larger than 5 μm,
This is because the series resistance of the light emitting element increases and the operating voltage increases, and it takes time to form and etch the n-type cladding layer 2. Then, the n-type cladding layer 2
By adjusting the electron concentration in accordance with the layer thickness, the series resistance can be reduced while the current spreading effect is exhibited. According to the findings of the present inventors, it is preferable to increase the electron concentration while increasing the layer thickness.
【0030】発光層4には、n型クラッド層2並びにp
型クラッド層6のバンドギャップよりも小さいバンドギ
ャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体を用いるこ
とができる。特に、Alを含まないInGaNやGaN
を用いると、紫外から緑色の波長域での発光強度を高く
することができる。発光層4がInを含む場合は、膜厚
を0.01μmよりも薄くして単一量子井戸層とする
と、発光層4の結晶性を高めることができ、発光効率を
より一層高めることができる。The light emitting layer 4 includes the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 2.
A gallium nitride-based compound semiconductor having a band gap smaller than the band gap of the mold cladding layer 6 can be used. In particular, InGaN and GaN that do not contain Al
Is used, the emission intensity in the ultraviolet to green wavelength range can be increased. In the case where the light emitting layer 4 contains In, when the film thickness is made smaller than 0.01 μm to form a single quantum well layer, the crystallinity of the light emitting layer 4 can be increased, and the luminous efficiency can be further increased. .
【0031】また、発光層4は、InGaNやGaNか
らなる量子井戸層と、この量子井戸層よりもバンドギャ
ップの大きいInGaN、GaN、AlGaN等からな
る障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造とする
こともできる。The light emitting layer 4 is a multiple quantum well in which a quantum well layer made of InGaN or GaN and a barrier layer made of InGaN, GaN, AlGaN or the like having a larger band gap than the quantum well layer are alternately stacked. It can also be structured.
【0032】p型クラッド層6には、発光層4よりもバ
ンドギャップの大きいp型の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いることができる。p型クラッド層6には、Ga
NやAlGaN、InGaN、InAlGaN等の単
層、若しくはこれらの層を積層したものを用いることが
できるが、特に、AluGa1-uN(0<u≦0.5)を
用いると、良好な結晶性を保つとともに、発光層4への
電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、発光効率を
高くすることができるので好ましい。As the p-type cladding layer 6, a p-type gallium nitride compound semiconductor having a larger band gap than that of the light emitting layer 4 can be used. Ga in the p-type cladding layer 6
A single layer of N, AlGaN, InGaN, InAlGaN, or the like, or a stack of these layers can be used. In particular, when Al u Ga 1-u N (0 <u ≦ 0.5) is used, good results are obtained. This is preferable because the crystallinity can be maintained, the electrons can be efficiently confined in the light emitting layer 4, and the luminous efficiency can be increased.
【0033】p型クラッド層6は、p型不純物がドープ
されて、p型伝導とされている。p型不純物には、M
g、Zn、Cd、C等を用いることができるが、比較的
容易にp型とすることができるMgを用いることが好ま
しい。p型不純物濃度は1×1019cm-3以上で5×1
020cm-3未満とすることが望ましい。p型不純物濃度
が1×1019cm-3よりも低くなると、p型クラッド層
6の抵抗率が高くなり、発光素子の直列抵抗が高くなっ
て動作電圧が高くなるからであり、5×1020cm-3よ
りも高くなると、p型不純物を高濃度にドープしたこと
に起因してp型クラッド層6の結晶性が悪くなる傾向に
なるとともに、発光層4へのp型不純物の拡散が顕著に
なり、発光効率が低下するからである。The p-type cladding layer 6 is doped with a p-type impurity and has p-type conductivity. P-type impurities include M
Although g, Zn, Cd, C, and the like can be used, it is preferable to use Mg, which can be made p-type relatively easily. The p-type impurity concentration is 5 × 1 at 1 × 10 19 cm −3 or more.
Desirably, it is less than 0 20 cm -3 . If the p-type impurity concentration is lower than 1 × 10 19 cm −3 , the resistivity of the p-type cladding layer 6 increases, the series resistance of the light emitting element increases, and the operating voltage increases. If it is higher than 20 cm -3, the crystallinity of the p-type cladding layer 6 tends to be deteriorated due to the high concentration of the p-type impurity, and the diffusion of the p-type impurity into the light emitting layer 4 becomes difficult. This is because the light emission efficiency becomes remarkable and the luminous efficiency decreases.
【0034】p型クラッド層6に比較的高い濃度のp型
不純物をドープする際は、p型不純物の発光層4への過
剰な拡散を抑制するために、発光層4とp型クラッド層
6の間に、中間層を導入することもできる。この中間層
には、InAlGaNを用いることができるが、特に、
GaNを用いると、発光層4との界面の結晶性を良好に
保つことができるので好ましい。中間層は、発光層4の
方向に拡散するp型不純物の吸収層としての役目を果た
すために、アンドープであることが好ましく、層厚は、
0.001μm以上で0.05μm以下の範囲であるこ
とが望ましい。0.001μmよりも薄いとp型不純物
の発光層4への拡散を抑制する効果が小さくなり、0.
05μmよりも厚くなると発光層4への正孔の注入効率
が低下し、発光効率が低下するようになるからである。When the p-type cladding layer 6 is doped with a relatively high concentration of p-type impurity, the light-emitting layer 4 and the p-type cladding layer 6 are doped to suppress excessive diffusion of the p-type impurity into the light-emitting layer 4. Between them, an intermediate layer can be introduced. For this intermediate layer, InAlGaN can be used.
It is preferable to use GaN because the crystallinity at the interface with the light emitting layer 4 can be kept good. The intermediate layer is preferably undoped in order to serve as an absorption layer for p-type impurities diffused in the direction of the light emitting layer 4, and the intermediate layer has a thickness of:
It is desirable that the thickness be in the range of 0.001 μm or more and 0.05 μm or less. If the thickness is smaller than 0.001 μm, the effect of suppressing the diffusion of the p-type impurity into the light emitting layer 4 becomes small, and
This is because if the thickness is more than 05 μm, the efficiency of injecting holes into the light emitting layer 4 decreases, and the light emission efficiency decreases.
【0035】p型クラッド層6の層厚は、0.01μm
以上で0.5μm以下の範囲とすることが好ましい。
0.01μmよりも薄いと発光層4への電子の閉じ込め
を効率的に行うことができなくなり、発光効率が低下し
やすくなり、0.5μmよりも厚くなると発光素子の直
列抵抗が高くなって動作電圧が高くなるからである。The thickness of the p-type cladding layer 6 is 0.01 μm
It is preferable to set the range to 0.5 μm or less.
When the thickness is less than 0.01 μm, electrons cannot be efficiently confined in the light emitting layer 4, and the luminous efficiency tends to decrease. This is because the voltage increases.
【0036】p型コンタクト層7は、GaNやAlGa
N、InGaN等を用いることができるが、特に、p型
クラッド層6よりもAlの組成が少ないAlvGa1-vN
(0≦v≦0.2)を用いると、良好な結晶性を保つと
ともに、p側電極8との接触抵抗を小さくでき、動作電
圧の低減を効果的に行うことができる。The p-type contact layer 7 is made of GaN or AlGa
N, InGaN, or the like can be used. In particular, Al v Ga 1 -v N having a smaller Al composition than the p-type cladding layer 6.
When (0 ≦ v ≦ 0.2) is used, good crystallinity can be maintained, the contact resistance with the p-side electrode 8 can be reduced, and the operating voltage can be effectively reduced.
【0037】p型コンタクト層7は、p型不純物がドー
プされて、p型伝導とされている。p型不純物には、M
g、Zn、Cd、C等を用いることができるが、比較的
容易にp型とすることができるMgを用いることが好ま
しい。p型不純物濃度は1×1019cm-3以上で5×1
020cm-3未満とすることが望ましい。p型不純物濃度
が1×1019cm-3よりも低くなると、p側電極8との
オーミック接触抵抗が高くなって発光素子の動作電圧が
高くなるからであり、5×1020cm-3よりも高くなる
と、p型不純物を高濃度にドープしたことに起因してp
型コンタクト層7の結晶性が悪くなり、p型伝導が得ら
れにくくなるからである。The p-type contact layer 7 is doped with a p-type impurity and has p-type conductivity. P-type impurities include M
Although g, Zn, Cd, C, and the like can be used, it is preferable to use Mg, which can be made p-type relatively easily. The p-type impurity concentration is 5 × 1 at 1 × 10 19 cm −3 or more.
Desirably, it is less than 0 20 cm -3 . When p-type impurity concentration is lower than 1 × 10 19 cm -3, is because the operating voltage of the light-emitting element becomes higher becomes high ohmic contact resistance between the p-side electrode 8, from 5 × 10 20 cm -3 Becomes higher, the p-type impurity is doped at a high concentration.
This is because the crystallinity of the mold contact layer 7 deteriorates and it becomes difficult to obtain p-type conduction.
【0038】p型コンタクト層7の層厚は、0.005
μm以上で0.5μm以下の範囲とすることが好まし
い。0.005μmよりも薄いとp側電極8とのオーミ
ック接触抵抗が高くなって発光素子の動作電圧が高くな
るからであり、0.5μmよりも厚くなると発光素子の
直列抵抗が高くなって動作電圧が高くなるからである。The thickness of the p-type contact layer 7 is 0.005
It is preferable that the thickness be in the range of not less than μm and not more than 0.5 μm. When the thickness is smaller than 0.005 μm, the ohmic contact resistance with the p-side electrode 8 increases and the operating voltage of the light emitting element increases. When the thickness is larger than 0.5 μm, the series resistance of the light emitting element increases and the operating voltage increases. Is higher.
【0039】p型コンタクト層7は、p型クラッド層6
と同一組成とすることで、p型クラッド層6とp型コン
タクト層7をAlwGa1-wN(0≦w≦0.2)からな
る単一層として統合することができる。これにより、p
型クラッド層及びp型コンタクト層としての機能を維持
したまま、p型クラッド層6及びp型コンタクト層7の
形成を簡素化することができる。The p-type contact layer 7 is a p-type cladding layer 6
With the same composition as described above, the p-type cladding layer 6 and the p-type contact layer 7 can be integrated as a single layer made of Al w Ga 1 -wN (0 ≦ w ≦ 0.2). This gives p
The formation of the p-type cladding layer 6 and the p-type contact layer 7 can be simplified while maintaining the functions as the p-type cladding layer and the p-type contact layer.
【0040】p側電極8には、AuやNi、Pt、P
d、Mg等の単体金属、あるいはそれらの合金や積層構
造を用いることができる。特に、発光波長に対する反射
率が高いAg、Pt、Mg、Al、Zn、Rh、Ru、
Pd等の金属を用いると、発光層4からp側電極8の側
へ向かう光を反射させて、基板1の裏面側から取り出す
ことができるので、発光強度向上の面で好ましい。Au, Ni, Pt, P
A single metal such as d or Mg, or an alloy or a laminated structure thereof can be used. In particular, Ag, Pt, Mg, Al, Zn, Rh, Ru, which have high reflectance with respect to the emission wavelength.
When a metal such as Pd is used, light traveling from the light-emitting layer 4 toward the p-side electrode 8 can be reflected and extracted from the back surface side of the substrate 1, which is preferable in terms of improving light emission intensity.
【0041】n側電極9は、基板1の上に形成されたn
型クラッド層2と発光層4とp型クラッド層6とp型コ
ンタクト層7からなる積層構造の表面側からこれらの一
部を除去させて露出させた基板1の表面に直接接して形
成される。n側電極9をこのように配置する構成とする
ことにより、基板1の前記積層構造を形成していない裏
面側を主発光面とすることができ、主発光面において均
一な面発光が得られる。The n-side electrode 9 is formed on the n-side electrode 9 formed on the substrate 1.
It is formed in direct contact with the surface of the substrate 1 exposed by removing a part of the laminated structure including the mold cladding layer 2, the light emitting layer 4, the p-type cladding layer 6, and the p-type contact layer 7. . With the configuration in which the n-side electrode 9 is arranged in this manner, the back side of the substrate 1 where the laminated structure is not formed can be used as a main light emitting surface, and uniform surface light emission can be obtained on the main light emitting surface. .
【0042】n側電極9には、AlやTi等の単体金
属、またはAlやTi、Au、Ni、V、Cr等を含む
合金、若しくはそれらの積層構造を用いることができ
る。The n-side electrode 9 may be a single metal such as Al or Ti, an alloy containing Al, Ti, Au, Ni, V, Cr, or the like, or a laminated structure thereof.
【0043】[0043]
【実施例】以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific example of a method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples mainly show a method for growing a gallium nitride-based compound semiconductor using a metal organic chemical vapor deposition method, but the growth method is not limited to this, and the molecular beam epitaxy method and the organic metal It is also possible to use a molecular beam epitaxy method or the like.
【0044】(実施例1)図2は本発明の他の実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を
示す断面図である。Example 1 FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
【0045】本実施例においては、図2に示す窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子を作製した。In this example, a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 was manufactured.
【0046】まず、表面を鏡面に仕上げられた厚さ約3
00μm、直径約50mmのウェハー状のn型のGaN
(電子濃度5×1017cm-3)からなる基板1を反応管
内の基板ホルダーに載置した後、基板1の温度を110
0℃に10分間保ち、水素ガスを4リットル/分、窒素
ガスを4リットル/分、アンモニアを2リットル/分で
流しながら基板1を加熱することにより、基板1の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くための
クリーニングを行った。First, a mirror-finished surface having a thickness of about 3
00 μm, wafer-shaped n-type GaN with a diameter of about 50 mm
After placing the substrate 1 having an electron concentration of 5 × 10 17 cm −3 on a substrate holder in a reaction tube, the temperature of the substrate 1 was set at 110 ° C.
By maintaining the substrate 1 at 0 ° C. for 10 minutes and heating the substrate 1 while flowing hydrogen gas at 4 liters / minute, nitrogen gas at 4 liters / minute, and ammonia at 2 liters / minute, organic substances adhering to the surface of the substrate 1 are heated. Cleaning was performed to remove dirt and moisture.
【0047】次に、基板1の温度を1100℃に保持し
たままで、キャリアガスとして窒素ガスを15リットル
/分及び水素ガスを4リットル/分で流しながら、アン
モニアを2リットル/分、トリメチルガリウム(以下、
TMGと略称する。)を80μmol/分、10ppm
希釈のモノシランを2cc/分、で供給して、Siをド
ープしたGaNからなる第一のn型クラッド層2を1μ
mの厚さで成長させた。この第一のn型クラッド層2の
電子濃度は2×1017cm-3であった。Next, while maintaining the temperature of the substrate 1 at 1100 ° C., while supplying nitrogen gas as a carrier gas at 15 L / min and hydrogen gas at 4 L / min, ammonia was supplied at 2 L / min and trimethylgallium was supplied. (Less than,
Abbreviated as TMG. ) At 80 μmol / min, 10 ppm
The diluted monosilane was supplied at a rate of 2 cc / min, and the first n-type cladding layer 2 made of Si-doped GaN was supplied at 1 μm.
m. The electron concentration of the first n-type cladding layer 2 was 2 × 10 17 cm −3 .
【0048】第一のn型クラッド層2を成長後、基板1
の温度を1100℃に保持したままで、キャリアガスと
して窒素ガスを15リットル/分及び水素ガスを4リッ
トル/分で流しながら、アンモニアを2リットル/分、
TMGを40μmol/分、トリメチルアルミニウム
(以下、TMAと略称する。)を3μmol/分、10
ppm希釈のモノシランを1cc/分、で供給して、S
iをドープしたAl0.05Ga0.95Nからなる第二のn型
クラッド層3を0.05μmの厚さで成長させた。この
第二のn型クラッド層3の電子濃度は2×1017cm-3
であった。After growing the first n-type cladding layer 2, the substrate 1
While maintaining the temperature of 1100 ° C., ammonia was supplied at a rate of 2 liters / minute while flowing nitrogen gas at 15 liters / minute and hydrogen gas at 4 liters / minute as a carrier gas.
TMG at 40 μmol / min and trimethylaluminum (hereinafter abbreviated as TMA) at 3 μmol / min, 10 μmol / min.
Supplied at 1 cc / min.
A second n-type cladding layer 3 made of i-doped Al 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 0.05 μm. The electron concentration of the second n-type cladding layer 3 is 2 × 10 17 cm −3
Met.
【0049】第二のn型クラッド層3を成長後、TMG
とTMAの供給を止め、基板1の温度を700℃まで降
下させ、この温度に維持して、キャリアガスとして窒素
ガスを15リットル/分で流しながら、アンモニアを6
リットル/分、TMGを4μmol/分、トリメチルイ
ンジウム(以下、TMIと略称する。)を1μmol/
分、で供給して、アンドープのIn0.15Ga0.85Nから
なる単一量子井戸構造の発光層4を0.002μmの厚
さで成長させた。After growing the second n-type cladding layer 3, TMG
And the supply of TMA are stopped, the temperature of the substrate 1 is lowered to 700 ° C., and the temperature is maintained at this temperature.
Liter / min, TMG 4 μmol / min, trimethylindium (hereinafter abbreviated as TMI) 1 μmol / min.
The light emitting layer 4 having a single quantum well structure made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N was grown to a thickness of 0.002 μm.
【0050】発光層4を成長後、TMIの供給を止め、
キャリアガスとして窒素ガスを15リットル/分で流し
ながら、アンモニアを6リットル/分、TMGを2μm
ol/分で供給して、基板1の温度を1050℃に向け
て昇温させながら、アンドープのGaNからなる中間層
5を0.004μmの厚さで成長させた。After the light emitting layer 4 is grown, the supply of TMI is stopped.
While flowing nitrogen gas as a carrier gas at a rate of 15 liters / minute, ammonia was used at a rate of 6 liters / minute, and TMG was 2 μm.
The intermediate layer 5 made of undoped GaN was grown to a thickness of 0.004 μm while increasing the temperature of the substrate 1 to 1050 ° C. while supplying the solution at ol / min.
【0051】基板1の温度が1050℃に達したら、キ
ャリアガスとして窒素ガスを15リットル/分及び水素
ガスを4リットル/分で流しながら、アンモニアを2リ
ットル/分、TMGを40μmol/分、TMAを7μ
mol/分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(以下、Cp2Mgと略称する。)を0.1μmol/
分、で供給して、MgをドープしたAl0.1Ga0.9Nか
らなるp型クラッド層6を0.1μmの厚さで成長させ
た。このp型クラッド層6のMg濃度は1×10 20cm
-3であった。When the temperature of the substrate 1 reaches 1050 ° C.,
15 l / min of nitrogen gas as carrier gas and hydrogen
While flowing the gas at 4 liters / min, remove 2 ammonia
Tol / min, TMG 40μmol / min, TMA 7μ
mol / min, biscyclopentadienyl magnesium
(Hereinafter CpTwoAbbreviated as Mg. ) At 0.1 μmol /
Min, supplied with Mg-doped Al0.1Ga0.9N
The p-type cladding layer 6 is grown to a thickness of 0.1 μm.
Was. The Mg concentration of the p-type cladding layer 6 is 1 × 10 20cm
-3Met.
【0052】p型クラッド層6を成長後、基板1の温度
を1050℃に保持したままで、キャリアガスとして窒
素ガスを15リットル/分及び水素ガスを4リットル/
分で流しながら、アンモニアを2リットル/分、TMG
を40μmol/分、TMAを3μmol/分、Cp2
Mgを0.1μmol/分、で供給して、Mgをドープ
したAl0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト層7を
0.1μmの厚さで成長させた。このp型コンタクト層
7のMg濃度は1×1020cm-3であった。After the growth of the p-type cladding layer 6, while keeping the temperature of the substrate 1 at 1050 ° C., 15 liters / minute of nitrogen gas and 4 liters / hour of hydrogen gas are used as carrier gases.
While flowing ammonia in 2 liters / minute, TMG
40 μmol / min, TMA 3 μmol / min, Cp 2
Mg was supplied at a rate of 0.1 μmol / min, and a p-type contact layer 7 made of Mg-doped Al 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 0.1 μm. The Mg concentration of this p-type contact layer 7 was 1 × 10 20 cm −3 .
【0053】p型コンタクト層7を成長後、TMGとT
MAとCp2Mgの供給を止め、窒素ガスを8リットル
/分、アンモニアを2リットル/分で流しながら、基板
1の温度を室温程度にまで冷却させて、基板1の上に窒
化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応
管から取り出した。After growing the p-type contact layer 7, TMG and T
The supply of MA and Cp 2 Mg was stopped, and the temperature of the substrate 1 was cooled to about room temperature while flowing nitrogen gas at 8 L / min and ammonia at 2 L / min. The wafer on which the semiconductor was stacked was taken out of the reaction tube.
【0054】このようにして形成した窒化ガリウム系化
合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを
施すことなく、その表面上にCVD法によりSiO2膜
を堆積させた後、フォトリソグラフィとウェットエッチ
ングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用
のSiO2マスクを形成させた。そして、反応性イオン
エッチング法により、p型コンタクト層7とp型クラッ
ド層6と中間層5と発光層4と第二のn型クラッド層3
と第一のn型クラッド層2と基板1の一部を約1.5μ
mの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、
基板1の表面を露出させた。そして、フォトリソグラフ
ィーと蒸着法により、露出させた基板1の表面上の一部
に、0.1μm厚のTiと0.5μm厚のAuを積層し
たn側電極9を蒸着形成させた。さらに、エッチング用
のSiO2マスクをウェットエッチングにより除去させ
た後、フォトリソグラフィーと蒸着法により、p型コン
タクト層7の表面上のほぼ全面に、0.3μm厚のPt
と0.5μm厚のAuとからなるp側電極8を蒸着形成
させた。The thus-formed laminated structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor is not separately annealed, but a SiO 2 film is deposited on the surface thereof by a CVD method, followed by photolithography and wet etching. To form an SiO 2 mask for etching. Then, by a reactive ion etching method, the p-type contact layer 7, the p-type cladding layer 6, the intermediate layer 5, the light emitting layer 4, and the second n-type cladding layer 3 are formed.
And the first n-type cladding layer 2 and a part of the substrate 1
at a depth of m in the direction opposite to the stacking direction,
The surface of the substrate 1 was exposed. Then, an n-side electrode 9 in which 0.1 μm thick Ti and 0.5 μm thick Au were laminated was formed on a part of the exposed surface of the substrate 1 by photolithography and vapor deposition. Further, after the etching SiO 2 mask is removed by wet etching, a 0.3 μm thick Pt layer is formed on almost the entire surface of the p-type contact layer 7 by photolithography and vapor deposition.
A p-side electrode 8 made of Au and 0.5 μm thick was formed by vapor deposition.
【0055】この後、基板1の裏面を研磨して100μ
m程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分
離した。このようにして、図2に示す窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子が得られた。Thereafter, the back surface of the substrate 1 is polished to 100 μm.
The thickness was adjusted to about m and separated into chips by scribing. Thus, the gallium nitride based compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 was obtained.
【0056】この発光素子を、電極形成面側を下向きに
して、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にA
uバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側
電極8およびn側電極9が、それぞれSiダイオードの
負電極および正電極と接続されるようして発光素子を搭
載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオード
を、Agペーストによりステム上に載置し、Siダイオ
ードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その
後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発
光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1
の裏面側から均一な面発光が得られた。このときの発光
出力は3mWであり、順方向動作電圧は3.4Vであっ
た。The light emitting element was placed on a Si diode having a pair of positive and negative electrodes with the electrode forming surface side facing downward.
Adhered by u bump. At this time, the light emitting element is mounted such that the p-side electrode 8 and the n-side electrode 9 of the light emitting element are connected to the negative electrode and the positive electrode of the Si diode, respectively. Thereafter, the Si diode on which the light emitting element was mounted was mounted on the stem using Ag paste, the positive electrode of the Si diode was connected to the electrode on the stem with a wire, and then resin molded to produce a light emitting diode. When this light-emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, it emitted blue light with a peak emission wavelength of 470 nm.
, Uniform surface light emission was obtained from the back side. At this time, the light emission output was 3 mW, and the forward operation voltage was 3.4 V.
【0057】(実施例2)実施例2においては、上記実
施例1において、p型クラッド層6とp型コンタクト層
7を、MgをドープしたAl0.05Ga0.95Nからなる単
一層として統合した以外は、上記実施例1と同様の手順
で発光ダイオードを作製した。Example 2 Example 2 is different from Example 1 in that the p-type cladding layer 6 and the p-type contact layer 7 were integrated as a single layer made of Mg-doped Al 0.05 Ga 0.95 N. Prepared a light emitting diode in the same procedure as in Example 1 above.
【0058】具体的には、上記実施例1と同様の手順で
中間層5までを成長後、基板1の温度が1050℃に達
したら、キャリアガスとして窒素ガスを15リットル/
分及び水素ガスを4リットル/分で流しながら、アンモ
ニアを2リットル/分、TMGを40μmol/分、T
MAを3μmol/分、ビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム(以下、Cp2Mgと略称する。)を0.1μ
mol/分、で供給して、MgをドープしたAl0.05G
a0.95Nからなるp型クラッド層6及びp型コンタクト
層6の単一層を0.2μmの厚さで成長させた。この単
一層のMg濃度は1×1020cm-3であった。Specifically, after growing up to the intermediate layer 5 in the same procedure as in the first embodiment, when the temperature of the substrate 1 reaches 1050.degree.
Ammonia and 2 L / min, TMG 40 μmol / min, T
MA is 3 μmol / min, and biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter abbreviated as Cp 2 Mg) is 0.1 μm.
mol / min, Mg-doped Al 0.05 G
A single layer of a 0.95 N p-type cladding layer 6 and p-type contact layer 6 was grown to a thickness of 0.2 μm. The Mg concentration of this single layer was 1 × 10 20 cm −3 .
【0059】このようにして、p型クラッド層6とp型
コンタクト層7を単一層として統合した以外は、上記実
施例1と同様の手順で発光ダイオードを作製した。この
発光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1
の裏面側から均一な面発光が得られた。このときの発光
出力は3mWであり、順方向動作電圧は3.4Vであっ
た。A light emitting diode was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the p-type cladding layer 6 and the p-type contact layer 7 were integrated as a single layer. When this light-emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, it emitted blue light with a peak emission wavelength of 470 nm.
, Uniform surface light emission was obtained from the back side. At this time, the light emission output was 3 mW, and the forward operating voltage was 3.4 V.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上のように本発明の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子によれば、窒化ガリウム系化合物半
導体からなる基板を用い、この基板の発光層を含む積層
構造が形成されていない裏面側を主発光面側とする発光
素子において、発光素子直上での配光特性を改善すると
ともに、発光強度を高く保持することができるので、発
光素子直上で均一な配光分布が望まれる表面実装型発光
ダイオードや発光素子を基板上に複数配列させたライン
状光源などの用途に好適に用いることができる。As described above, according to the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention, a substrate made of a gallium nitride-based compound semiconductor is used, and the back side of the substrate on which the laminated structure including the light emitting layer is not formed is formed. In the light emitting element with the main light emitting surface side, the light distribution characteristics right above the light emitting element can be improved and the light emission intensity can be kept high. Therefore, a uniform light distribution right above the light emitting element is desired. It can be suitably used for applications such as a linear light source in which a plurality of light emitting diodes and light emitting elements are arranged on a substrate.
【0061】また、発光素子直上での発光強度を高く保
持することができるので、従来の砲弾形状の樹脂レンズ
付き発光ダイオードにも用いることができる。Further, since the light emission intensity directly above the light emitting element can be kept high, it can also be used for a conventional light emitting diode with a resin lens having a shell shape.
【図1】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施の形態に係る窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の構造を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
【図3】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device.
1 基板 2 n型クラッド層、又は第一のn型クラッド層 3 第二のn型クラッド層 4 発光層 5 中間層 6 p型クラッド層 7 p型コンタクト層 8 p側電極 9 n側電極 Reference Signs List 1 substrate 2 n-type clad layer or first n-type clad layer 3 second n-type clad layer 4 light emitting layer 5 intermediate layer 6 p-type clad layer 7 p-type contact layer 8 p-side electrode 9 n-side electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 品川 修一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA04 AA14 CA04 CA05 CA13 CA34 CA40 CA53 CA57 CA65 CA66 CA74 CA82 CA92 DA02 DA07 DB01 DB07 DB09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuichi Shinagawa 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5F041 AA04 AA14 CA04 CA05 CA13 CA34 CA40 CA53 CA57 CA65 CA66 CA74 CA82 CA92 DA02 DA07 DB01 DB07 DB09
Claims (6)
n型の窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板の第一
の主面上に、少なくとも窒化ガリウム系化合物半導体か
らなるn型クラッド層と発光層とp型クラッド層とp型
コンタクト層とが積層された積層構造が設けられ、n側
電極が前記積層構造の表面側からその一部を除去させて
露出された前記基板の表面に直接接して設けられ、p側
電極が前記p型コンタクト層の表面に接して設けられ、
前記基板の前記第二の主面が主発光面であることを特徴
とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。1. A light-transmitting n-type gallium nitride-based compound semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface, comprising at least a gallium nitride-based compound semiconductor on a first main surface. A laminated structure in which an n-type clad layer, a light-emitting layer, a p-type clad layer, and a p-type contact layer are laminated is provided, and the n-side electrode is partially removed from the surface side of the laminated structure and is exposed. A p-side electrode is provided in direct contact with the surface of the substrate, and a p-side electrode is provided in contact with the surface of the p-type contact layer;
A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device, wherein the second main surface of the substrate is a main light emitting surface.
る請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。2. The gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said substrate is made of GaN.
≦x≦0.5)からなることを特徴とする請求項2に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。3. The method according to claim 1, wherein the n-type cladding layer is formed of Al x Ga 1 -xN (0
≦ x ≦ 0.5), wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein
板側に設けたAlyGa1-yN(0≦y≦0.2)からな
る第一のn型クラッド層と前記発光層側に設けたAlz
Ga1-zN(0<z≦0.5、y<z)からなる第二の
n型クラッド層との複層からなることを特徴とする請求
項2または3記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。4. An n-type cladding layer comprising: a first n-type cladding layer made of Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 0.2) provided on at least the substrate side; Al z provided
4. A gallium nitride-based compound semiconductor according to claim 2, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor comprises a multi-layered structure with a second n-type clad layer made of Ga 1 -zN (0 <z ≦ 0.5, y <z). Light emitting element.
<u≦0.5)からなり、前記p型コンタクト層がAl
vGa1-vN(0≦v≦0.2、v<u)からなることを
特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said p-type cladding layer is made of Al u Ga 1 -uN (0
<U ≦ 0.5), and the p-type contact layer is made of Al
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 4, comprising vGa1 -vN (0≤v≤0.2, v <u).
層が同一組成のAlwGa1-wN(0≦w≦0.2)から
なることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said p-type cladding layer and said p-type contact layer are made of Al w Ga 1 -wN (0 ≦ w ≦ 0.2) having the same composition. The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1.
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