JP2004022969A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Takashi Matsuoka
松岡 隆志
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element capable of obtaining white light of a high luminance, at a more inexpensive cost. <P>SOLUTION: A first light emitting structure is formed of a barrier layer 105, a lower active layer 106, and another barrier layer 107. A second light emitting structure is formed of the barrier layer 107, a middle active layer 108, and the other barrier layer 109. A third light emitting structure is formed of the barrier layer 109, an upper active layer 110, and the barrier layer 111. The light emitting wavelength of respective light emitting structures is specified so as to be the shortest in the first light emitting structure and the longest in the third light emitting structure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視域の光を発する半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、白色光源として用いることができる半導体発光素子には、3種類の構造があった。第1は、光の三原色である赤色,緑色,及び青色の光をそれぞれ発する3種類の発光ダイオードを用い、これらより発生される光を重ねて白色光源とする構造である。
【0003】
第2は、ZnSe基板上に結晶成長したZnCdSeを井戸層とする量子井戸構造を有する青緑色発光ダイオードの発光を、基板であるZnSeを通して外部に引き出すことで、白色光源とする構造である。これは、上記量子井戸からは青緑色の発光を取り出し、取り出した光によりZnSe基板中に存在する欠陥からSA発光と呼ばれる深い準位からの榿色の発光を取り出し、これらの二つの光の混合することで、白色光を得る構造である。
【0004】
第3は、青色発光する発光ダイオードの半導体チップを蛍光体粉末を混ぜたプラスチックでモールドした構造である。上記蛍光体粉末は、黄色から赤色を発光する蛍光体材料から構成されたものである。半導体チップ(発光ダイオード)から発した青色によりプラスチックモールド中の蛍光体が励起され、黄色から赤色の光を発光する。この第3の構造では、蛍光体からの黄色から赤色の光と、半導体チップからの青色の光とを混合することで、白色光を得るようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
第1の構造では、三色の光用に各々発光ダイオードチップを用意する必要がある。実際に用いる構成としては、赤色,緑色,青色の光を発する合計3個の発光ダイオードチップを集積化している。第1の構造では、3色の発光ダイオードチップは、各々異なった材料で構成され、独立に3色の素子を作成した後で、同一の基板上に集積されている。更に、第1の構造では、3個の発光ダイオードチップより発生された光の和が白色となるように、3個の発光ダイオードチップの光出力を調整する必要がある。例えば、各々の発光ダイオードチップに対する注入電流を、各々調整していた。このように、第1の構造では、素子数が多くこれらを集積する必要があり、また、各素子に対する注入電流の調整が必要であるなど、量産性を阻害するという問題があった。
【0006】
つぎに、第2の構造では、広く用いられているSiやGaAsなどの半導体基板より一桁程度高価なZnSe基板が必要なため、素子の価格が高くなるという問題があった。更に、ZnSe基板を用いて半導体発光素子を製造する場合、p形の不純物(キャリア)がドーピングされた結晶層を形成するためには、分子線エピタキシャル成長方法(MBE)が必要となる。また、MBEを用いてドーピングされ多結晶層が製造できても、発光効率を高くするためにドーピングしたキャリアを活性化できるような結晶を得るためには、まず、結晶成長前の基板処理として亜鉛酸化物を造らない特殊な酸による基板のエッチングと、基板表面を荒らさない水素プラズマ処理によるMBE成長室内での基板酸化膜の除去とが必要となる。
【0007】
また、第2の構造を実現するためには、結晶表面の再配列を制御する必要があり、このために、成長時に同時に反射高速電子回折像を観察し、II族とVI族の原料供給比VI/IIを1.1〜1.3程度に制御する必要がある。これらの高度な製造技術により、初めて、第2の構造を実現するための高品質な結晶の成長が可能となる。発明者らは、この技術を1997年に開発し、ZnSe基板上での半導体レーザの開発に世界で初めて成功した(A.Ohki,T.Ohno and T.Matsuoka,”Continuous−Wave Operation of ZnSe−Based Laser Diodes Homoepitaxia11yGrown on Semi−Insulation ZnSe Substrates”,Electron.Lett.,33,11,pp.990−991(1997). T.Ohno,A.Ohki and T.Matsuoka,”Room−Temperature CW Operation ofII−VI Laser Grown on ZnSe Substrate Cleaned with Hydrogen Plasma”,J.Crystal Growth,184/185,pp.550−553(1998). T.Ohno,A.Ohki and T.Matsuoka,”Surface Cleaning with Hydrogen Plasma for Low−Defect−Density ZnSe Homoepitaxial Growth”,J.Vac.Sci.Technol.B.,16,4,pp.2539−2545(1998).)。
【0008】
しかし、上記開発の後、工業会及び学界レベルにおいて、第2の構造に関する大きな進歩がない。これは、材料に関わる基本的な問題として、結晶自体がもろく欠陥が入りやすいためである。また、第2の構造においては、SA発光強度の問題がある。第2の構造により白色の光を得るためには、ZnSe基板の厚さを制御し、基板上の発光ダイオード構造から出力される青色の強さとSA発光強度との比を調整する必要がある。SA発光の強度は、材料の特性に大きく依存するため、この調整は、素子作製の度に毎回ZnSe基板の特性に合わせて行う必要があり、量産性を阻害する要因となっている。
【0009】
第3の構造では、注入電力の光への変換効率が、半導体チップの発光効率と蛍光体の発光効率との積となり、各発光効率が100%となることがないため、光への変換効率が低くなるという問題がある。例えば、半導体光素子の発光効率は40%程度であり、蛍光体の発光効率は50%程度であるため、第3の構造による白色発光素子における注入電力の光への変換効率は、20%程度と低い。このような第3の構造では、効率が白熱電灯と同程度であり、蛍光灯より低いため、半導体光素子(LED)の利点が減少してしまう。
【0010】
上述したように、従来の技術では、白色光の半導体発光素子を製造するにあたって、まず、製造工程が多く、また白色光を得るための調整が必要であるなど、高輝度の白色半導体発光素子を安価に提供することが困難であった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高輝度の白色光が得られる半導体発光素子をより安価に提供できるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体発光素子は、基板上に形成された第1クラッド層と、この第1クラッド層上に形成された第1発光構造と、この第1発光構造上に形成された第2発光構造と、この第2発光構造上に形成された第2クラッド層とを少なくとも備え、第1発光構造は、バリア層に挟まれた第1活性層から構成され、第2発光構造は、バリア層に挟まれた第2活性層から構成され、第1発光構造と第2発光構造とは、各々異なる発光波長を有するようにしたものである。
この半導体発光素子は、第1発光構造から出射される第1の光と、これと異なる波長の第2発光構造から出射される第2の光とを合成した光を出射する。
【0012】
上記半導体発光素子において、第1活性層と第2活性層とは、異なる組成比のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成してもよく、また、第1活性層と第2活性層とは、異なる膜厚のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成してもよい。
また、上記半導体発光素子において、バリア層は、第1,第2活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成されたものである。
【0013】
本発明に係る半導体発光素子は、基板上に形成された第1クラッド層と、この第1クラッド層上に形成された第1発光構造と、この第1発光構造上に形成された第2発光構造と、この第2発光構造上に形成された第3発光構造と、この第3発光構造上に形成された第2クラッド層とを少なくとも備え、第1発光構造は、バリア層に挟まれた第1活性層から構成され、第2発光構造は、バリア層に挟まれた第2活性層から構成され、第3発光構造は、バリア層に挟まれた第3活性層から構成され、記第1発光構造と第2発光構造と第3発光構造とは、各々異なる発光波長を有するようにしたものである。
この半導体発光素子は、第1発光構造から出射される第1の光と、これと異なる波長の第2発光構造から出射される第2の光と、第1,第2の光と異なる波長の第3発光構造から出射される第3の光とを合成した光を出射する。
【0014】
上記半導体発光素子において、第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる組成比のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成すればよい。また、第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる膜厚のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成してもよい。
上記半導体発光素子において、バリア層は、第1〜第3活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成する。
【0015】
本発明の半導体発光素子は、基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第1活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第1発光部と、基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第2活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第2発光部と、基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第3活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第3発光部とを少なくとも備え、第1発光部と、第2発光部と、第3発光部とは、各々異なる発光波長を有するようにしたものである。
この半導体発光素子は、第1発光部から出射される第1の光と、これと異なる波長の第2発光部から出射される第2の光と、第1,第2の光と異なる波長の第3発光部から出射される第3の光とを合成した光を出射する。
【0016】
上記半導体発光素子において、第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる組成比のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成すればよい。また、第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる膜厚のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成してもよい。
上記半導体発光素子において、下部バリア層及び上部バリア層は、第1〜第3活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。この半導体発光素子は、3層の発光層を備えている白色発光ダイオードであり、図1では、結晶成長の膜厚方向に切断した断面を模式的に示している。この発光ダイオードは、まず、厚さ330μmの(0001)面サファイア(Alの結晶)からなる単結晶基板101の上に、GaNからなる膜厚20nmのバッファ層102、Siが添加されたn形のGaNからなる膜厚4μmの電極層103、Siが添加されたn形のAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚0.5μmのクラッド層(第1クラッド層)104を備えている。なお、単結晶基板101は、サファイアに限るものではなく、例えば、炭化シリコン(SiC)や、酸化亜鉛(ZnO)やリチウムガレート(LiGaO)などの結晶から構成するようにしてもよい。
【0018】
また、クラッド層104上には、Siが添加されたn形のInGaAlNからなるバリア層105、In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)においてY=0としたIn1−XGaNからなる下部活性層(第1活性層)106、Siが添加されたn形のInGaAlNからなるバリア層107、In1− X’GaX’Nからなる中間活性層(第2活性層)108、Siが添加されたn形のInGaAlNからなるバリア層109、In1−X”GaX”Nからなる上部活性層(第3活性層)110,InGaAlNからなるバリア層111が形成されている。バリア層111上には、Mgが添加されたp形のAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚0.5μmのクラッド層(第2クラッド層)112、Mgが添加されたp形のGaNからなる膜厚0.1μmのコンタクト層113が形成されている。
【0019】
また、コンタクト層113上には、直径20μm程度の略円形の開口窓を備えたSiOからなる電流制限絶縁層114が形成され、電流制限絶縁層114上には、上記開口窓を介してコンタクト層113に接触するp形金属電極115が形成されている。p形金属電極115は、図示しないが、コンタクト層113に直接接触する膜厚50nmのパラジウム層と、この上に形成された膜厚30nmの白金層と、この上に形成された膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
なお、電極層103は、この上の各層を一部エッチング除去することで形成された露出領域を備え、この露出領域にn形金属電極116が形成されている。n形金属電極116は、図示しないが、上記露出領域に直接接触する膜厚50nmのチタン層と、膜厚30nmの白金層と膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
【0020】
このように構成した本実施の形態における半導体発光素子は、バリア層105と下部活性層106とバリア層107とで第1発光構造を形成し、バリア層107と中部活性層108とバリア層109とで第2発光構造を形成し、バリア層109と上部活性層110とバリア層111とで第3発光構造を形成している。各発光構造の発光波長は、後述するように、各活性層の組成や厚さを制御することで、第1発光構造が最も短く、第3発光構造が最長としている。すなわち、光が出射する単結晶基板101に近い方の発光構造の発光波長が短くなるように(バンドギャップが大きくなるように)形成されている。従って、第3発光構造から放射された光は、第2発光構造と第1発光構造とに吸収されることなく、単結晶基板101の裏面から出射される。
【0021】
第2発光構造から放射された光において、第1発光構造側へ出射された光は、第1発光構造に吸収されることなく単結晶基板101の裏面から出射される。一方、第2発光構造から放射された光において、第3発光構造側へ出射された光は、第3発光構造で吸収される。この吸収された光は、第3発光構造で発せられる光の波長に変換され、第3発光構造からの光として、単結晶基板101の裏面から出射される。
【0022】
第1発光構造から放射された光において、単結晶基板101側に出た光は、上述したような吸収も受けることなく、単結晶基板101の裏面から出射される。一方、第1発光構造から放射された光において、単結晶基板101とは反対側へ出射した光は、第2発光構造あるいは第3発光構造で吸収される。これら吸収された各々の光は、第2発光構造あるいは第3発光構造で発せられる光の波長に変換され、各々、単結晶基板101の裏面から出射される。
【0023】
なお、図1に示した半導体発光素子では、活性層(井戸層)にInGaNを用いるようにしたが、これに限るものではない。活性層の厚さとバリア層の組成とを適宜設定することで、活性層にInNを用いることも可能である。
【0024】
以上に説明したように、図1の半導体発光素子では、各発光構造の積層順を、光の取り出し方向との位置関係を考慮して設計することにより、損失が抑制された高効率の白色発光が得られる。また、図1の半導体発光素子では、三色の光用に各々個別の素子チップを用意する必要が無く、特殊な製造装置や製造方法を必要とせず、複雑な調整も必要としない。従って、図1の半導体発光素子によれば、より安価に素子を提供することが可能となる。
【0025】
加えて、図1の半導体発光素子では、従来より小さな面積で素子が形成できるので、例えば、同一の基板上に複数の素子を同時に形成し、これらを切り出すことで半導体発光素子チップを得ようとする場合、より多くのチップを得ることが可能となる。この点においても、一般にいわれる量産効果などにより、より安価に素子を提供することが可能となる。また、素子も薄く形成することができるので、より小型な装置への実装も可能となる。
【0026】
ところで、図1に示す層構成により半導体レーザ共振器を実現することも可能である。この場合、図1は、半導体レーザ共振器の出射端面を示す側面図となる。この場合、電流制限絶縁層114には、図1の紙面の法線方向に延在する幅2μmの溝が素子の両端に至るように形成され、これに沿ってp形金属電極115が形成されたものとなる。また、図1に示す出射端面は、劈開により切り出した面となり、この出射端面より、図1の紙面の法線方向に光出力が取り出される。
【0027】
つぎに、図1に示した半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、各結晶層を形成するための結晶成長には、縦型成長炉を有する有機金属気相成長装置を用いる。また、窒素原料には、アンモニアを用い、キャリアガスには、Inを含む層の成長時には窒素ガスを用い、Inを含まない層の成長時には水素ガスを用いる。また、成長圧力は常圧とする。
初めに基板温度を1050℃としてサファイアからなる単結晶基板101の表面をアンモニア雰囲気中で窒化し、この後、基板温度を550℃とし、GaNを成長させてバッファ層102を形成する。このGaNの成長において、ガリウム原料には比較的ガリウム蒸気圧の低いトリエチルガリウム(TEG)を用いる。
【0028】
引き続き、単結晶基板101を1050℃で9分間アニールし、バッファ層102の単結晶化を行う。つぎに、単結晶基板101の温度を1020℃とし、Siが添加されたn形のGaN及びSiが添加されたn形のAl0.1Ga0.9Nを順次成長させ、電極層103及びクラッド層104を形成する。アルミニウム原料は、トリメチルアルミニウム(TMA)を用い、ガリウム原料は比較的蒸気圧の高いトリメチルガリウム(TMG)を用いる。また、Siを各層に添加させるためには、水素で希釈した濃度1ppmのシラン(SiH)ガスを用いる。なお、以降に説明する各層の成長工程におけるSiの添加にも、同じ原料を用いる。
【0029】
引き続き、バリア層105,下部活性層106,バリア層107,中部活性層108,バリア層109,上部活性層110,バリア層111を、連続した結晶成長(有機金属気相成長法)により形成する。これらのインジウムを含む層の成長において、InNの固相上の窒素平衡蒸気圧が高いので、成長温度を500℃程度とする。インジウム原料としては、トリメチルインジウム(TMI)を用いる。また、これらのインジウムを含む層の成長におけるガリウム原料としては、TEGを用いる。これは、TEGが、TMGに比較し、低温で分解して蒸気圧が低く、結晶層の組成制御に適しているからである。
【0030】
ここで、インジウムを含む各層の成長において、金属インジウムの析出を防止して高品質な合金からなる層を成長するために、窒素原料であるアンモニアとIII族原料(TMI+TMA+TEG)との比(V/III)は、660000とする。また、このインジウムを含む層の成長では、キャリアガス及びバブリングガスを窒素とする。これは、水素をキャリアガスなどに用いると、アンモニアの分解が抑圧されるためである(文献1:松岡隆志,佐々木徹,佐藤弘次,勝井明憲,”MOVPE法によるInN薄膜成長”,第36回応用物理学関係連合講演会予稿集,p.270(1p−ZN−10)(1989))。
【0031】
上記インジウムを含む各層を成長させた後、引き続き、原料ガスを変更してMgを添加したp形のAl0.1Ga0.9N及びMgを添加したp形のGaNを成長し、クラッド層112及びコンタクト層113を形成する。Mgを添加するための原料としては、メチルカプタン・ビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCpMg)を用いる。この原料は液体であり、通常用いられている固体原料であるビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(CpMg)より、Mgの添加濃度の再現性が良い。
【0032】
クラッド層112及びコンタクト層113を形成した後、これらの添加したMgの活性化を図るために、700℃の窒素雰囲気中で30分間アニールする。続いて、RFマグネトロン・スパッタ装置を用い、コンタクト層113上にSiOからなる電流制限絶縁層114を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工し、開口窓を形成する。電流制限絶縁層114に開口窓を形成した後、電子ビーム蒸着装置を用い、開口窓内を含む電流制限絶縁層114上に、膜厚50nmのパラジウム,膜厚30nmの白金,膜厚200nmの金を積層することで、p形金属電極115を形成する。
【0033】
次いで、電流制限絶縁層114からクラッド層104及び電極層103の一部を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより除去し、電極層103の一部を露出させ、この露出面にn形金属電極116を形成する。コンタクト層113〜クラッド層104などの結晶層のエッチングは、例えば、塩素ガスをエッチングガスとした反応性イオンエッチングにより行えばよい。また、n形金属電極116は、電極層103の露出面上に、膜厚50nmのチタン,膜厚30nmの白金,膜厚200nmの金を積層し、これら積層体を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで形成する。
【0034】
以上に説明したことにより、p形金属電極115及びn形金属電極116までを形成した後、単結晶基板101の裏面を研磨し、単結晶基板101を元の厚さ450μmから200μmの厚さまで薄くし、また、裏面を鏡面に仕上げる。単結晶基板101の裏面を鏡面に研磨した後、これらを洗浄し、ダイヤモンド・スクライバを用いて単結晶基板101を所定の寸法に切断し、素子に切り出す。素子サイズは、約500μm角程度とする。
【0035】
このようにして形成した素子のp形金属電極115を陽極とし、また、n形金属電極116を陰極として電流を流し、単結晶基板101の裏面より出射される光を観測すると、青みがかった白色光である。このように、本実施の形態で得られた発光は、青みがかった白色となるが、活性層を構成する結晶層の組成や活性層の厚さを適宜制御することにより、所望の特性の発光色を得ることができる。
【0036】
また、図1の半導体発光素子では、バリア層を介して3つの活性層を積層したが、これに限るものではなく、各活性層を構成する結晶の組成やこの厚さを適宜設定し、各々の発光層の発光色を設計することで、バリア層を介して2つの活性層を積層した半導体発光素子でも、ほぼ白色の発光を得ることができる。
【0037】
ここで、上述した実施の形態において用いたIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)について説明する。従来、橙色より長い波長域の光を得ようとする半導体発光素子に、In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)を適用しようとする技術思想がなかった。これは、この材料系の中で最もバンドギャップ(Eg)の小さい材料はInNであり、このEgが1.9〜2.1eVとされていたためである。このEgが測定された時代には、多結晶InNしかなかった(文献2:K.Osamura,K.Nakajima and .Murakami,Solid State Comm.,11(1972)617、文献3:N.Puychevrier and M.Menoret,Thin Solid Films,36(1976)141、文献4:T.L.Tansley and C.P.Fo1ey,J.App1.Phys.,59(1986).)。
【0038】
これらの時代においては、反応性スパッタなどの方法によりInNを形成しようとしていたため、多結晶InNしか形成できなかった。In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)を構成する化合物AlN,GaN,InNの中で、InNの固相上における窒素の平衡蒸気圧は、他より5桁高い(文献5:T.Matsuoka,H.Tanaka,T.Sasaki and A.Katsui,”Wide−Gap Semiconductor (In,Ga)N”,International Symposium on GaAs and Related Compounds,(Karuizawa,Japan,1989);in Inst.Phys.Conf.Ser.,106.pp.141−146)。このような特性のInNは、膜の形成を行う容器内の圧力を高くすることができない反応性スパッタなどの方法では、良質な結晶を形成することがほぼ不可能である。また、上述した時代においては、ガラス基板上にInNの膜を形成しようとしていたため、単結晶成長のための格子の情報が得られず、単結晶を成長させることができない状態であった。
【0039】
以上のことに対し、発明者らは、1988年に、単結晶サファイア基板上に、窒素圧を加えられる有機金属気相成長法(以下、MOVPEと記す)を用いて、InNの単結晶成長を試み、単結晶成長に世界で初めて成功した。1989年にこの結果を学会発表した(文献1:松岡隆志,佐々木徹,佐藤弘次,勝井明憲,”MOVPE法によるInN薄膜成長”,第36回応用物理学関係連合講演会予稿集,p.270(1p−ZN−10)(1989))。
【0040】
しかし、この時の単結晶成長は結晶性が不十分であり、InNの光学特性を得るには至らなかった。この後、発明者は種々の技術改良により、2001年に世界で初めて光学特性を測定できる良質のInNの単結晶成長に成功した(松岡隆志,中尾正史,岡本浩,播磨弘,栗本英治,萩原恵美,”InNのバンドギャップ・エネルギ”,第49回応用物理学関係連合講演会予稿集,p.392(29p−ZM−1)(2002)、応用物理学会の原稿締切は、2002年1月8日。学会の開催は、3月27日〜30日、発表日は3月29日)。
【0041】
上記良質なInNの単結晶成長のための第1の技術改良点は、サファイアからなる基板上にサファイアとInNとの中間の格子定数を持つGaNを形成しておき、このGaN層上にInNを成長した点である。この場合、GaN層には結晶性の高さが要求される。このため、以下に示す点について、GaNの成長条件の最適化を図った。
【0042】
1.サファイア基板表面の成長炉内でのクリーニング
2.サファイア表面のアンモニアによる窒化
3.サファイアとGaNとの間の格子不整を緩和するためのバッファ層としての低温成長GaNの成長
4.上記バッファ層の単結晶化を図るための高温アニール
5.高温での高品質GaN成長
【0043】
また、技術改良の第2は、上記のようにして最適化を図られた条件で成長されたGaN上で、InNの成長条件の検討を行ったことである。検討した項目は、成長温度,成長速度,V族原料とIn原料との比,及び成長炉中のガス流速等である。これらの各項目の検討結果として、ようやく、光学特性が測定可能なInNの成長に初めて至った。現在では、GaN層を介することなく、サファイア基板上に直接InNの層を形成することが可能となっている。
【0044】
InNにおける成長条件と結晶性の関係の例として、窒素原料であるアンモニアの成長炉への供給量とインジウム原料であるトリメチルインジウム(TMI)の供給量との比V/Inを変えて成長したInNのX線回折スペクトルを図2に示す。図2は、ω−2θスキャンスペクトルを示している。図2(a),(b)に示すように、V/IIIを160000以下及びV/IIIを320000とした条件で形成した膜では、金属インジウムからの信号が見られる。これに対し、図2(c)に示すように、V/IIIを660000とした条件で形成した膜では、金属インジウムのピークは消失しており、金属インジウムが含まれていないことが判る。
【0045】
ここで、V/IIIを660000とした条件で形成したInN膜の特性を図3と図4に示す。図3は、形成した膜における、吸収の二乗と光子エネルギーとの関係を示す特性図である。図3に示すように、上記条件によるInN膜では、明確に吸収端が検出されている。この関係がほぼ直線的であることから、InNは直線遷移型であり、Egは0.8eVと推定できる。
【0046】
また、図4は、上記条件で形成したInN膜の室温で測定したフォトルミネッセンスを示すものであり、波長1.59μm(0.8eV)近傍で発光していることが判る。これら図3,4に示されている吸収及びフォトルミネッセンスの結果は、ともに上記条件で形成したInN膜のEgが、0.8eVであることを示している。これらの結果から、InNのEgは、0.8eV近傍にあると推定できる。
【0047】
以上述べた種々の技術改良と長年の努力により、初めて、単結晶InNのEgが、旧来の測定結果の約半分である0.8eVであることが判明した。図5は、In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)のEgとa軸の格子定数aとの関係を示す特性図である。図5において、破線は旧来のデータであり、実線は発明者が求めたデータ(Eg=0.8eV)を反映した結果である。
【0048】
図4に示したようにInNのEgが0.8eV近傍にあることから、InN、あるいは、Egの小さなIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)を井戸層(活性層)とし、これらより大きなEgを有する材料In1−X’−Y GaX’AlY’N(0≦X’,Y’≦1,0≦X’+Y’≦1)をバリア層とする量子井戸構造を用い、活性層の厚さとこれらの層の組成を選択することにより、赤外から紫外までの発光を実現できる。従って、光の三原色を発する三種の量子井戸構造を積層することにより、白色光を発する半導体発光素子が実現できる。
【0049】
また、これらの構成によれば、同種の材料を用いるので、三種の量子井戸構造を積層することは、容易であり、モノリシックに白色光源を実現できることになる。また、一般に、光源に用いられる白色には、青みがたった白色、太陽光に近い昼光色と呼ばれる白色、赤みがかった暖色系の白色などがあるが、上述した積層した三種の量子井戸構造の各組成と膜厚との組み合わせにより、発光色の調整が可能である。
【0050】
ところで、In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の成長においては、相分離がしばしば起きる。図6に、実験と計算とから求めたIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の非混和領域を示している(文献6:T.Matsuoka,”Phase Separation in Wurtzite In1−X−YGaAlN”,MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.3,54(1998))。図6では、600℃で成長するときのIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の非混和領域を一点鎖線で示し、800℃で成長するときのIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の非混和領域を実線で示し、1000℃で成長するときのIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の非混和領域を破線で示し、内側の領域が非混和領域である。図6に示すように、熱平衡条件下では、成長できない組成領域がある。しかし、非混和領域の外側の混和領域に示す組成とすれば、量子井戸構造の組成と膜厚を制御して、任意の色の光を発する発光素子を作製できる。
【0051】
以上に説明したように、活性層にIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)を用いるなど窒化物半導体により半導体発光素子を構成することで、ZnSeなどの材料を用いる場合に比較して、より安価に半導体発光素子を製造することが可能となる。また、上述したような化合物半導体を用いることで、より効率よく発光を得ることが可能となる。
【0052】
ところで、図1の半導体発光素子では、電極層103上にn形金属電極116を形成したが、これに限るものではない。3層ある発光部の途中に電極層を設け、ここに金属電極が備えられているようにしてもよい。以下、より詳細に説明する。図7は、本発明の他の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【0053】
この半導体発光素子(発光ダイオード)は、まず、厚さ330μmの(0001)面サファイア(Alの結晶)からなる単結晶基板201の上に、GaNからなる膜厚20nmのバッファ層202、GaNからなる膜厚1μmの結晶層203、AlGaNからなる膜厚1μmのクラッド層(第1クラッド層)204を備えている。なお、単結晶基板201は、サファイアに限るものではなく、例えば、炭化シリコン(SiC)や、酸化亜鉛(ZnO)やLiGaOなどの結晶から構成するようにしてもよい。
【0054】
また、クラッド層204上には、InGaAlNからなるバリア層205、InNからなる下部活性層(第1活性層)206、InGaAlNからなるバリア層207、InNからなる中間活性層(第2活性層)208、InGaAlNからなるバリア層209、Siが添加されたn形のGaNからなる電極層210、Siが添加されたn形のInGaAlNからなるバリア層211、InNからなる上部活性層(第3活性層)212,Mgが添加されたp形のInGaAlNからなるバリア層213が形成されている。
【0055】
また、バリア層213上には、Mgが添加されたp形のAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚0.5μmのクラッド層(第2クラッド層)214、Mgが添加されたp形のGaNからなる膜厚0.1μmのコンタクト層215が形成されている。また、コンタクト層215上には、直径20μm程度の略円形の開口窓を備えたSiOからなる電流制限絶縁層216が形成され、電流制限絶縁層216上には、上記開口窓を介してコンタクト層215に接触するp形金属電極215が形成されている。p形金属電極217は、コンタクト層215に直接接触する膜厚50nmのパラジウム層と、この上に形成された膜厚30nmの白金層と、この上に形成された膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
【0056】
加えて、図7の半導体発光素子において、電極層210は、この上の各層を一部エッチング除去することで形成された露出領域を備え、この露出領域にn形金属電極218を設けている。n形金属電極218は、電極層210の露出領域に直接接触する膜厚50nmのチタン層と、膜厚30nmの白金層と膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
【0057】
以上説明したような積層構造となっている図7の半導体発光素子において、バリア層205と下部活性層206とバリア層207とで第1発光構造を形成し、バリア層207と中部活性層208とバリア層209とで第2発光構造を形成し、バリア層211と上部活性層212とバリア層213とで第3発光構造を形成している。各発光構造の発光波長は、第1発光構造が最も長く、第3発光構造が最短となっている。
【0058】
従って、第3発光構造から放射された光は、第2発光構造と第1発光構造とに吸収され、各々発光構造を励起する。この結果、第1及び第2の発光構造から、独自波長の発光を放射する。第3発光構造から発生した光の内、第1及び第2発光光図に吸収されなかった光は、単結晶基板201の裏面から外部へと出射される。また、第2発光構造より放出された光は、第1発光構造に一部が吸収され、残りが単結晶基板201裏面から外部へと出射される。
【0059】
第1発光構造は、第2発光構造から放出された光によっても励起さる。従って、第1発光構造は、第2及び第3発光構造から放出された光によって励起され、第1発光構造独自の波長の光を放出する。このように、各発光構造を、光の取り出し方向との位置関係を考慮して積層配置することで、損失が抑制された高効率の発光が得られる。第1,第2,第3発光構造を適宜設計することにより、単結晶基板201の裏面から、赤外,可視,紫外域へと広い波長範囲にわたって放射光を得ることができる。
【0060】
なお、上述では、第1発光構造の発光波長が最も長く、第3発光構造の発光波長が最も短いものとしたが、第2発光構造の発光波長を最も長いものとしてもよい。この場合、発光波長は、第2発光構造>第1発光構造>第3発光構造となる。この構成における、光の取り出し方向である単結晶基板101の側に伝搬する光について考えると、第3発光構造より放射された光は、前述したように第1及び第2発光構造で吸収される。しかしながら、光の取り出し方向に伝搬する光については、これら以外の吸収は生じない。このため、所望の発光光を得るための発光構造の設計が容易となる。
【0061】
つぎに、図7に示した半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、各結晶層を形成するための結晶成長には、縦型成長炉を有する有機金属気相成長装置を用いる。また、窒素原料には、アンモニアを用い、キャリアガスには水素を用いる。また、成長圧力は常圧とする。
初めに基板温度を1050℃としてサファイアからなる単結晶基板201の表面をアンモニア雰囲気中で窒化し、この後、基板温度を550℃とし、GaNを成長させてバッファ層202を形成する。このGaNの成長において、ガリウム原料には比較的ガリウム蒸気圧の低いトリエチルガリウム(TEG)を用いる。
【0062】
引き続き、単結晶基板201を1050℃で9分間アニールし、バッファ層202の単結晶化を行う。次いで、バッファ層202上にGaNを結晶成長させて結晶層203を形成する。つぎに、単結晶基板201の温度を1020℃とし、Al0.1Ga0.9Nを成長させてクラッド層204を形成する。アルミニウム原料は、トリメチルアルミニウム(TMA)を用い、ガリウム原料は比較的蒸気圧の高いトリメチルガリウム(TMG)を用いる。
【0063】
引き続き、バリア層205,下部活性層206,バリア層207,中部活性層208,バリア層209,電極層210,バリア層211,上部活性層212,バリア層213,クラッド層214,コンタクト層を、連続した結晶成長(有機金属気相成長法)により形成する。これらのインジウムを含む層の成長において、InNの固相上の窒素平衡蒸気圧が高いので、成長温度を550℃程度とする。インジウム原料としては、トリメチルインジウム(TMI)を用いる。また、これらのインジウムを含む層の成長におけるガリウム原料としては、TEGを用いる。これは、TEGが、TMGに比較し、低温で分解して蒸気圧が低く、結晶層の組成制御に適しているからである。
【0064】
ここで、インジウムを含む各層の成長において、金属インジウムの析出を防止して高品質な合金からなる層を成長するために、窒素原料であるアンモニアとIII族原料(TMI+TMA+TEG)との比(V/III)は、660000とする。また、このインジウムを含む層の成長では、キャリアガス及びバブリングガスを窒素とする。これは、水素をキャリアガスなどに用いると、アンモニアの分解が抑圧されるためである(文献1:松岡隆志,佐々木徹,佐藤弘次,勝井明憲,”MOVPE法によるInN薄膜成長”,第36回応用物理学関係連合講演会予稿集,p.270(1p−ZN−10)(1989))。
【0065】
また、Siを所定の層に添加させるためには、水素で希釈した濃度1ppmのシランガスSiHを用い、Mgを添加するための原料としては、メチルカプタン・ビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCpMg)を用いる。このMgを添加するための原料は液体であり、通常用いられている固体原料であるビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(CpMg)より、Mgの添加濃度の再現性が良い。
【0066】
クラッド層214及びコンタクト層215を形成した後、これらの添加したMgの活性化を図るために、700℃の窒素雰囲気中で30分間アニールする。続いて、RFマグネトロン・スパッタ装置を用い、コンタクト層215上にSiOからなる電流制限絶縁層216を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工し、開口窓を形成する。電流制限絶縁層216に開口窓を形成した後、電子ビーム蒸着装置を用い、開口窓内を含む電流制限絶縁層216上に、膜厚50nmのパラジウム,膜厚30nmの白金,膜厚200nmの金を積層することで、p形金属電極217を形成する。
【0067】
次いで、電流制限絶縁層216からバリア層211及び電極層210の一部を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより除去し、電極層210の一部を露出させ、この露出面にn形金属電極218を形成する。コンタクト層215〜バリア層211などの結晶層のエッチングは、例えば、塩素ガスをエッチングガスとした反応性イオンエッチングにより行えばよい。また、n形金属電極218は、電極層210の露出面上に、膜厚50nmのチタン,膜厚30nmの白金,膜厚200nmの金を積層し、これら積層体を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで形成する。
【0068】
以上に説明したことにより、p形金属電極217及びn形金属電極218までを形成した後、単結晶基板201の裏面を研磨し、単結晶基板201を元の厚さ450μmから200μmの厚さまで薄くし、また、裏面を鏡面に仕上げる。単結晶基板201の裏面を鏡面に研磨した後、これらを洗浄し、ダイヤモンド・スクライバを用いて単結晶基板201を所定の寸法に切断し、素子に切り出す。素子サイズは、約500μm角程度とする。
【0069】
このようにして形成した素子のp形金属電極217を陽極とし、また、n形金属電極218を陰極として電流を流し、単結晶基板201の裏面より出射される光を観測すると、青みがかった白色光である。このように、本実施の形態で得られた発光は、青みがかった白色となるが、活性層を構成する結晶層の組成や活性層の厚さを適宜制御することにより、所望の特性の発光色を得ることができる。また、前述したように、各活性層を構成する結晶の組成やこの厚さを適宜設定し、各々の発光層の発光色を設計することで、バリア層を介して2つの活性層を積層した半導体発光素子でも、ほぼ白色の発光を得ることができる。
【0070】
<実施の形態2>
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
図8は、本実施の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。この半導体発光素子は、同一の単結晶基板上に形成された3個の発光ダイオードから構成されたものである。図8では、結晶成長の膜厚方向に切断した断面を模式的に示している。
この半導体発光素子は、まず、厚さ330μmの(0001)面サファイア(Alの結晶)からなる両面研磨された単結晶基板301の上に、GaNからなる膜厚20nmのバッファ層302、Siが添加されたn形のGaNからなる膜厚4μmの電極層303を備えている。なお、単結晶基板301は、サファイアに限るものではなく、例えば、炭化シリコン(SiC)や、酸化亜鉛(ZnO)やLiGaOなどの結晶から構成するようにしてもよい。
【0071】
また、電極層303上に、シリコンが添加されたn形のAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚0.5μmのクラッド層304が、領域A(第1発光部),領域B(第2発光部),領域C(第3発光部)各々に形成されている。以上の構成は、領域A,B,Cについて共通であるが、つぎに示すように、発光領域が各々異なる。まず、領域Aは、クラッド層304の上に、Siが添加されたn形のAl1−XAGaXANからなる膜厚dnmのバリア層305aと、In1−YAGaYANからなる活性層306aと、Al1−XAGaXANからなるバリア層307aとを備えている。
【0072】
また、領域Bは、クラッド層304の上に、Siが添加されたn形のAl1−XBGaXBNからなる厚さdのバリア層305bと、In1−YBGaYBNからなる活性層306bと、Al1−XBGaXBNからなるバリア層307bとを備えている。また、領域Cは、クラッド層304の上に、Siが添加されたn形のAl1−XCGaXCNからなる厚さdのバリア層305cと、In1−YCGaYCNからなる活性層306cと、Al1−XCGaXCNからなるバリア層307cとを備えている。
加えて、各領域A,B,Cは、バリア層307a,307b,307c各々の上に、Mgが添加されたp形のAl0.1Ga0.9Nからなる膜厚0.5μmのクラッド層308、Mgが添加されたp形のGaNからなる膜厚0.1μmのコンタクト層309を備えている。なお、各活性層を構成するInGaNは、In1−X− GaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)においてY=0とした場合の例である。
【0073】
また、各領域A,B,Cに共通に、電極注入領域を制限するために直径20μm程度の略円形の開口窓を有するSiOからなる電流制限絶縁層310が形成され、開口窓内で各バリア層307a,307b,307cに接触するp形金属電極311が形成されている。p形金属電極311は、膜厚50nmのニッケル層と膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
なお、電極層303の領域A,B,C以外の領域に、n形金属電極312が形成されている。n形金属電極312は、電極層303に直接接触する膜厚50nmのアルミニウム層と、膜厚200nmの金層との積層構造となっている。
【0074】
本実施の形態では、活性層をInN、または微量のGaを含むInGaNから構成した。また、各領域A,B,C各々で、活性層とバリア層の組成や、活性層の膜厚を制御し、これらを各領域A,B,C毎に変えることで、所望の発光色を得ることが可能となる。InNを活性層に用いることは、活性層にInGaNを用いる場合より、再現性や基板内の面内均一性が飛躍的に向上する。これは、以下に示すように、InGaN膜は、成長時の気相の組成と固相の組成とが、大きく異なり、制御性があまり良くないことが理由である。なお、バリア層は、活性層よりバンドギャップエネルギーの大きい状態とする。
【0075】
組成制御の結果を図9に示す。図9に示すように、InGaNを成長させる場合、成長温度(基板温度)500℃では、気相と固相の組成比は線形関係にある。なお、InGaNの組成は、図6に示す非混和領域の外側の領域で選択する。しかし、成長温度800℃では、インジウム(TMI)の組成比を高くすると、気相と固相の組成比は非線形になる。これらに示されているように、有機金属気相成長法において、成長温度を高温にするほど、成長しているInGaN膜中にインジウムの取り込まれる量が減少する。これらは、InNの窒素の蒸気圧が、GaNより5桁ほど高いことに起因する。
以上説明したように、活性層にInNを用いる場合、InGaNを用いる場合に比較して、組成の制御が不要となり、成長工程の再現性と結晶性の均一性を確保できるようになり、また、相分離が原理的に起きず、均一な組成の層を得ることができる。
【0076】
以上説明した本実施の形態の半導体発光素子では、単結晶基板301の裏面側から出てくる光を、出力光として用いる。ここでは、電流制限絶縁層310の開口部の大きさを、領域A、領域B、及び、領域Cにおいて、一律に直径20μmφとした。出力光が所望の色調となるように、各領域において、この大きさを変えることができる。また、図8の半導体発光素子では、領域A,B,Cを一直線上に配列したが、これらはどの様に配列しても良いことは当然である。
【0077】
また、本実施の形態では、領域A,B,Cに同一のp形金属電極311を接続した例を述べたが、各々個別にp形金属電極を設けるようにしてもよい。更に、ここでは、3つの領域を設ける場合について説明したが、4つ以上の領域を同一の基板上に設けるようにし、より大きな光出力が得られるようにしてもよい。この場合、図8に示すような3つの領域を一組とし、これを多数組同一基板上に搭載するようにしてもよく、また、異なった構造の領域を同一基板上に搭載するようにしてもよい。このように構成することで、半導体発光素子より得られる光出力の色調の幅を広げ、また、光出力を向上させることが可能となる。更に、例えば、赤,緑,青に発光する領域を一組とし、複数の組をマトリクス状に配置することで、ディスプレイを構成することもできる。
【0078】
以上に説明したように、図8の半導体発光素子では、活性層を含む複数の発光部を同一の基板上にモノリシックに形成するようにしたので、三色の光用に各々個別の素子チップを用意する必要が無い。また、図8の半導体発光素子は、特殊な製造装置や製造方法を必要とせず、複雑な調整も必要としない。従って、図8の半導体発光素子によれば、より安価に素子を提供することが可能となる。
【0079】
加えて、図8の半導体発光素子では、従来より小さな面積で素子が形成できるので、例えば、同一の基板上に複数の素子を同時に形成し、これらを切り出すことで半導体発光素子チップを得ようとする場合、より多くのチップを得ることが可能となる。この点においても、一般にいわれる量産効果などにより、より安価に素子を提供することが可能となる。また、素子も薄く形成することができるので、より小型な装置への実装も可能となる。
【0080】
つぎに、図8に示した半導体発光素子の製造方法を説明する。まず、各結晶層を形成するための結晶成長には、縦型成長炉を有する有機金属気相成長装置を用いる。また、窒素原料には、アンモニアを用い、キャリアガスには水素を用いる。また、成長圧力は常圧とする。
初めに基板温度を1050℃としてサファイアからなる単結晶基板301の表面をアンモニア雰囲気中で窒化し、この後、基板温度を550℃とし、GaNを成長させてバッファ層302を形成する。このGaNの成長において、ガリウム原料には比較的ガリウム蒸気圧の低いトリエチルガリウム(TEG)を用いる。
【0081】
引き続き、単結晶基板301を1050℃で9分間アニールし、バッファ層302の単結晶化を行う。つぎに、単結晶基板301の温度を1020℃とし、Siが添加されたn形のGaNを成長させ、電極層303を形成する。Siを各層に添加させるためには、水素で希釈した濃度1ppmのシランガスSiHを用いる。なお、以降に説明する各層の成長工程におけるSiの添加にも、同じ原料を用いる。
【0082】
次いで、領域A以外の領域を酸化シリコン膜で覆い、領域Aに露出している電極層303上に、まず、Siが添加されたn形のAl0.1Ga0.9N成長させ、クラッド層304を形成する。上記酸化シリコン膜は、選択成長マスクとなる。アルミニウム原料は、トリメチルアルミニウム(TMA)を用い、ガリウム原料は比較的蒸気圧の高いトリメチルガリウム(TMG)を用いる。また、領域Aのクラッド層304の上に、連続した結晶成長(有機金属気相成長法)により、Siが添加されたn形のAl1−XAGaXAN,In1−YAGaYAN,Al1−XAGaXANを順次成長させ、バリア層305a,活性層306a,バリア層307aを形成する。
【0083】
バリア層307aまで形成したら、Mgが添加されたp形のAl0.1Ga0.9Nを成長させてクラッド層308を形成し、またこの上に、Mgが添加されたp形のGaNを成長させてコンタクト層309を形成する。Mgを添加するための原料としては、メチルカプタン・ビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(MeCpMg)を用いる。この原料は液体であり、通常用いられている固体原料であるビスシクロペンタ・ジエニルマグネシウム(CpMg)より、Mgの添加濃度の再現性が良い。
【0084】
これらのインジウムを含む層の成長において、InNの固相上の窒素平衡蒸気圧が高いので、成長温度を500℃程度とする。インジウム原料としては、トリメチルインジウム(TMI)を用いる。また、これらのインジウムを含む層の成長におけるガリウム原料としては、TEGを用いる。これは、TEGが、TMGに比較し、低温で分解して蒸気圧が低く、結晶層の組成制御に適しているからである。
【0085】
ここで、インジウムを含む各層の成長において、金属インジウムの析出を防止して高品質な合金からなる層を成長するために、窒素原料であるアンモニアとIII族原料(TMI+TMA+TEG)との比(V/III)は、660000とする。また、このインジウムを含む層の成長では、キャリアガス及びバブリングガスを窒素とする。これは、水素をキャリアガスなどに用いると、アンモニアの分解が抑圧されるためである(文献1:松岡隆志,佐々木徹,佐藤弘次,勝井明憲,”MOVPE法によるInN薄膜成長”,第36回応用物理学関係連合講演会予稿集,p.270(1p−ZN−10)(1989))。以上のことは、以降に示す領域B,Cにおいても同様である。
【0086】
次いで、選択成長マスクとして形成した領域A以外を覆う酸化シリコン膜を、例えばフッ酸液を用いて除去し、この後、領域B以外を覆う酸化シリコンからなる選択成長マスクを形成する。次いで、領域Bに露出する電極層303上に、まず、Siが添加されたn形のAl0.1Ga0.9N成長させ、クラッド層304を形成する。次いで、領域Bのクラッド層304の上に、連続した結晶成長により、Siが添加されたn形のAl1−XBGaXBN,In1−YBGaYBN,Al1−XBGaXBNを順次成長させ、バリア層305b,活性層306b,バリア層307bを形成する。バリア層307bまで形成したら、Mgが添加されたp形のAl0.1Ga0.9Nを成長させてクラッド層308を形成し、またこの上に、Mgが添加されたp形のGaNを成長させてコンタクト層309を形成する。
【0087】
次いで、領域B以外を覆う選択成長マスクを除去し、領域C以外を覆う選択成長マスクを形成してから、上述と同様にして領域Cに露出する電極層303上に、まず、Siが添加されたn形のAl0.1Ga0.9N成長させてクラッド層304を形成する。次いで、領域Cのクラッド層304の上に、連続した結晶成長により、Siが添加されたn形のAl1−XCGaXCN,In1−YCGaYCN,Al1−XCGaXCNを順次成長させ、バリア層305c,活性層306c,バリア層307cを形成する。バリア層307bまで形成したら、Mgが添加されたp形のAl0. Ga0.9Nを成長させてクラッド層308を形成し、またこの上に、Mgが添加されたp形のGaNを成長させてコンタクト層309を形成する。
【0088】
この後、各領域A,B,Cのクラッド層308及びコンタクト層309に添加したMgの活性化を図るために、700℃の窒素雰囲気中で30分間アニールする。続いて、RFマグネトロン・スパッタ装置を用い、各領域A,B,Cのコンタクト層309上にSiOからなる電流制限絶縁層310を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工し、各領域A,B,C毎に開口窓を形成する。
【0089】
電流制限絶縁層310に開口窓を形成した後、電子ビーム蒸着装置を用い、開口窓内を含む電流制限絶縁層310上に、膜厚50nmのパラジウム,膜厚30nmの白金,膜厚200nmの金を積層することで、各領域A,B,Cにわたってp形金属電極311を形成する。
次いで、電極層303の領域A,B,C以外の露出面にn形金属電極312を形成する。n形金属電極312は、電極層303の露出面上に、膜厚50nmのアルミニウム,膜厚200nmの金を積層し、これら積層体を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで形成する。
【0090】
ところで、図8に示す層構成により半導体レーザ共振器を実現することも可能である。この場合、図8は、半導体レーザ共振器の出射端面を示す側面図となる。この場合、電流制限絶縁層310には、図8の紙面の法線方向に延在する幅1.5μmの溝が、各領域A,B,Cの両端に至るように形成され、これに沿ってp形金属電極311が形成されたものとなる。なお、各領域A,B,Cは、間隔10μmに配置する。また、図8に示す出射端面は、劈開により切りだした面となり、この出射端面より、図8の紙面の法線方向に光出力が取り出される。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、同一の基板上に、異なる発光波長の光を出射する3つの部分を備えるようにした。また、光を出射する部分を、各々異なる組成比もしくは異なる膜厚としたIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)からなる活性層により構成した。
この結果、本発明によれば、高輝度の白色光が得られる半導体発光素子をより安価に提供できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【図2】窒素原料であるアンモニアの成長炉への供給量とインジウム原料であるトリメチルインジウム(TMI)の供給量との比V/Inを変えて成長したInNのX線回折スペクトルを示す特性図である。
【図3】V/IIIを660000とした条件で形成したInN膜の吸収の二乗と光子エネルギーとの関係を示す特性図である。
【図4】V/IIIを660000とした条件で形成したInN膜の室温で測定したフォトルミネッセンスを示す特性図である。
【図5】In1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)のEgとa軸の格子定数aとの関係を示す特性図である。
【図6】実験と計算とから求めたIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)の非混和領域を示す相関図である。
【図7】本発明の他の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【図8】本発明の実施の形態における半導体発光素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【図9】気相成長時の各温度における気相と固相の原料組成比の比較を示す特性図である。
【符号の説明】
101…単結晶基板、102…バッファ層、103…電極層、104…クラッド層(第1クラッド層)、105…バリア層、106…下部活性層(第1活性層)、107…バリア層、108…中間活性層(第2活性層)、109…バリア層、110…上部活性層(第3活性層)、111…バリア層、112…クラッド層(第2クラッド層)、113…コンタクト層、114…電流制限絶縁層、115…p形金属電極、116…n形金属電極、201…単結晶基板、202…バッファ層、203…結晶層、204…クラッド層(第1クラッド層)、205…バリア層、206…下部活性層(第1活性層)、207…バリア層、208…中間活性層(第2活性層)、209…バリア層、210…電極層、211…バリア層、212…上部活性層(第3活性層)、213…バリア層、214…クラッド層(第2クラッド層)、215…コンタクト層、216…電流制限絶縁層、217…p形金属電極、218…n形金属電極、301…単結晶基板、302…バッファ層、303…電極層、304…クラッド層、305a,305b,305c…バリア層、306a,306b,307c…活性層、307a,307b,307c…バリア層、308…クラッド層、309…コンタクト層、310…電流制限絶縁層、311…p形金属電極、312…n形金属電極。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device that emits light in a visible region.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there have been three types of structures for a semiconductor light emitting element that can be used as a white light source. The first is a structure in which three types of light-emitting diodes that emit red, green, and blue light, which are the three primary colors of light, are used, and light generated from these is superimposed to form a white light source.
[0003]
Second, a white light source is obtained by extracting light emitted from a blue-green light emitting diode having a quantum well structure having a well layer of ZnCdSe grown on a ZnSe substrate through ZnSe as a substrate. This is because blue-green light emission is extracted from the quantum well, and the extracted light extracts orange light from a deep level called SA emission from a defect existing in the ZnSe substrate. By doing so, it is a structure that obtains white light.
[0004]
Third, a semiconductor chip of a light emitting diode that emits blue light is molded with plastic mixed with phosphor powder. The phosphor powder is made of a phosphor material that emits yellow to red light. The phosphor in the plastic mold is excited by blue emitted from the semiconductor chip (light emitting diode), and emits yellow to red light. In the third structure, white light is obtained by mixing yellow to red light from the phosphor and blue light from the semiconductor chip.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the first structure, it is necessary to prepare light emitting diode chips for three colors of light. As a configuration actually used, a total of three light emitting diode chips that emit red, green, and blue light are integrated. In the first structure, the light-emitting diode chips of three colors are made of different materials, respectively, and after independently forming elements of three colors, they are integrated on the same substrate. Further, in the first structure, it is necessary to adjust the light output of the three light emitting diode chips so that the sum of the light generated from the three light emitting diode chips becomes white. For example, the injection current for each light emitting diode chip has been adjusted. As described above, the first structure has a problem that mass productivity is hindered, for example, it is necessary to integrate a large number of elements, and it is necessary to adjust an injection current for each element.
[0006]
Next, the second structure requires a ZnSe substrate which is about one order of magnitude more expensive than a widely used semiconductor substrate such as Si or GaAs. Furthermore, when a semiconductor light emitting device is manufactured using a ZnSe substrate, a molecular beam epitaxial growth method (MBE) is required to form a crystal layer doped with a p-type impurity (carrier). Even if a polycrystalline layer doped with MBE can be manufactured, in order to obtain a crystal capable of activating the doped carrier in order to increase luminous efficiency, first, a zinc treatment must be performed as a substrate treatment before crystal growth. It is necessary to etch the substrate with a special acid that does not produce an oxide and to remove the substrate oxide film in the MBE growth chamber by hydrogen plasma treatment that does not roughen the substrate surface.
[0007]
In addition, in order to realize the second structure, it is necessary to control the rearrangement of the crystal surface. For this purpose, a reflection high-speed electron diffraction image is simultaneously observed during the growth, and the raw material supply ratio of the group II and the group VI is determined. It is necessary to control VI / II to about 1.1 to 1.3. These advanced manufacturing techniques make it possible for the first time to grow high-quality crystals to realize the second structure. The inventors developed this technology in 1997 and succeeded in developing a semiconductor laser on a ZnSe substrate for the first time in the world. Based Laser Diodes Homoepitaxia 11yGrown on Semi-Insulation ZnSe Substrates, Electron. Lett., 33, 11, pp. 990-991 (1997) .T.O.T.O.T.O.T.O.T.O.T. VI Laser Green On ZnSe Substrate Clean d \ with \ Hydrogen \ Plasma ", J. Crystal \ Growth, 184/185, pp. 550-553 (1998). \ T.Ohno, A.Ohki \ and \ T.Matsuoka.Sci. \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ Growth, "J. Vac. Sci. Technol. B., 16, 4, pp. 2539-2545 (1998).).
[0008]
However, after the above developments, there has not been significant progress on the second structure, at the industrial or academic level. This is because, as a fundamental problem relating to the material, the crystal itself is fragile and is likely to have defects. Further, the second structure has a problem of SA emission intensity. In order to obtain white light by the second structure, it is necessary to control the thickness of the ZnSe substrate and adjust the ratio of the blue light intensity output from the light emitting diode structure on the substrate to the SA light emission intensity. Since the intensity of the SA emission largely depends on the characteristics of the material, this adjustment must be performed in accordance with the characteristics of the ZnSe substrate every time the element is manufactured, which is a factor that hinders mass productivity.
[0009]
In the third structure, the conversion efficiency of the injected power to light is the product of the luminous efficiency of the semiconductor chip and the luminous efficiency of the phosphor, and each luminous efficiency does not become 100%. Is low. For example, the luminous efficiency of the semiconductor optical device is about 40%, and the luminous efficiency of the phosphor is about 50%. Therefore, the efficiency of converting the injected power into light in the white light emitting device having the third structure is about 20%. And low. In such a third structure, the efficiency is almost the same as that of an incandescent lamp and lower than that of a fluorescent lamp, so that the advantage of the semiconductor optical device (LED) is reduced.
[0010]
As described above, in the related art, when manufacturing a white light semiconductor light emitting device, first, there are many manufacturing steps, and it is necessary to adjust to obtain white light. It was difficult to provide at low cost.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor light emitting device capable of obtaining high-luminance white light at a lower cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first cladding layer formed on a substrate, a first light emitting structure formed on the first cladding layer, and a second light emitting structure formed on the first light emitting structure. And a second cladding layer formed on the second light emitting structure, wherein the first light emitting structure includes a first active layer sandwiched between barrier layers, and the second light emitting structure includes a barrier layer. The first light emitting structure and the second light emitting structure have different emission wavelengths.
The semiconductor light emitting element emits light obtained by combining the first light emitted from the first light emitting structure and the second light emitted from the second light emitting structure having a different wavelength from the first light.
[0012]
In the above-mentioned semiconductor light emitting device, the first active layer and the second active layer have different composition ratios of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1), and the first active layer and the second active layer may have different thicknesses of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1).
In the above-described semiconductor light emitting device, the barrier layer has a band gap energy higher than that of the first and second active layers.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1).
[0013]
A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first cladding layer formed on a substrate, a first light emitting structure formed on the first cladding layer, and a second light emitting structure formed on the first light emitting structure. At least a structure, a third light emitting structure formed on the second light emitting structure, and a second cladding layer formed on the third light emitting structure, wherein the first light emitting structure is sandwiched between barrier layers The first light emitting structure is constituted by a first active layer, the second light emitting structure is constituted by a second active layer sandwiched by barrier layers, and the third light emitting structure is constituted by a third active layer sandwiched by barrier layers. The first light emitting structure, the second light emitting structure, and the third light emitting structure have different light emission wavelengths.
The semiconductor light emitting device includes a first light emitted from the first light emitting structure, a second light emitted from the second light emitting structure having a different wavelength from the first light, and a light having a different wavelength from the first and second lights. The light emitted from the third light emitting structure is combined with the third light emitted from the third light emitting structure.
[0014]
In the above-described semiconductor light emitting device, the first active layer, the second active layer, and the third active layer each have a different composition ratio of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1). The first active layer, the second active layer, and the third active layer have different thicknesses of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1).
In the above semiconductor light emitting device, the barrier layer is made of In having a larger band gap energy than the first to third active layers.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1).
[0015]
A semiconductor light emitting device according to the present invention includes: a first light emitting unit having a lower clad layer, a lower barrier layer, a first active layer, an upper barrier layer, and an upper clad layer, which are sequentially formed on a substrate; A second light-emitting portion, in which a lower clad layer, a lower barrier layer, a second active layer, an upper barrier layer, and an upper clad layer are sequentially stacked, and a lower clad layer, a lower barrier layer, and a third barrier layer formed on a substrate. An active layer, an upper barrier layer, and an upper cladding layer are stacked at least in the order of a third light emitting unit. The first light emitting unit, the second light emitting unit, and the third light emitting unit have different emission wavelengths. It is like that.
The semiconductor light emitting element includes a first light emitted from the first light emitting portion, a second light emitted from the second light emitting portion having a different wavelength from the first light, and a second light having a different wavelength from the first and second lights. The light emitted from the third light emitting unit is combined with the third light emitted from the third light emitting unit.
[0016]
In the above-described semiconductor light emitting device, the first active layer, the second active layer, and the third active layer each have a different composition ratio of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1). The first active layer, the second active layer, and the third active layer have different thicknesses of In.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1).
In the above-described semiconductor light emitting device, the lower barrier layer and the upper barrier layer are formed of In having a larger band gap energy than the first to third active layers.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1).
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor light emitting device according to the present embodiment. This semiconductor light-emitting device is a white light-emitting diode having three light-emitting layers, and FIG. 1 schematically shows a cross section cut in the thickness direction of crystal growth. This light-emitting diode first has a (0001) plane sapphire (Al2O3A buffer layer 102 made of GaN and having a thickness of 20 nm, an electrode layer 103 made of n-type GaN doped with Si and having a thickness of 4 μm, and an n-type doped Si Al0.1Ga0.9A cladding layer (first cladding layer) 104 made of N and having a thickness of 0.5 μm is provided. The single crystal substrate 101 is not limited to sapphire. For example, silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), lithium gallate (LiGaO2) May be used.
[0018]
On the cladding layer 104, a barrier layer 105 made of n-type InGaAlN to which Si is added,1-XYGaXAlYIn where Y = 0 in N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1)1-XGaXA lower active layer (first active layer) 106 made of N; a barrier layer 107 made of n-type InGaAlN doped with Si;1- X 'GaX 'An intermediate active layer (second active layer) 108 made of N; a barrier layer 109 made of n-type InGaAlN doped with Si;1-X "GaX "An upper active layer (third active layer) 110 made of N and a barrier layer 111 made of InGaAlN are formed. On the barrier layer 111, p-type Al added with Mg0.1Ga0.9A cladding layer (second cladding layer) 112 made of N and having a thickness of 0.5 μm, and a contact layer 113 made of p-type GaN doped with Mg and having a thickness of 0.1 μm are formed.
[0019]
Further, on the contact layer 113, SiO 2 having a substantially circular opening window having a diameter of about 20 μm is provided.2Is formed, and a p-type metal electrode 115 that is in contact with the contact layer 113 through the opening window is formed on the current limiting insulating layer 114. Although not shown, the p-type metal electrode 115 includes a 50 nm-thick palladium layer which directly contacts the contact layer 113, a 30 nm-thick platinum layer formed thereon, and a 200 nm-thickness layer formed thereon. It has a laminated structure with a gold layer.
The electrode layer 103 has an exposed region formed by partially removing each layer on the electrode layer 103, and the n-type metal electrode 116 is formed in the exposed region. Although not shown, the n-type metal electrode 116 has a laminated structure of a 50-nm-thick titanium layer that directly contacts the exposed region, a 30-nm-thick platinum layer, and a 200-nm-thick gold layer.
[0020]
In the semiconductor light emitting device thus configured in the present embodiment, the first light emitting structure is formed by the barrier layer 105, the lower active layer 106, and the barrier layer 107, and the barrier layer 107, the middle active layer 108, the barrier layer 109 Form a second light emitting structure, and the barrier layer 109, the upper active layer 110, and the barrier layer 111 form a third light emitting structure. As will be described later, the emission wavelength of each light emitting structure is the shortest for the first light emitting structure and the longest for the third light emitting structure by controlling the composition and thickness of each active layer. That is, the light emitting structure closer to the single crystal substrate 101 from which light is emitted is formed so as to have a shorter emission wavelength (to have a larger band gap). Therefore, light emitted from the third light emitting structure is emitted from the back surface of the single crystal substrate 101 without being absorbed by the second light emitting structure and the first light emitting structure.
[0021]
Of the light emitted from the second light emitting structure, light emitted toward the first light emitting structure is emitted from the back surface of the single crystal substrate 101 without being absorbed by the first light emitting structure. On the other hand, of the light emitted from the second light emitting structure, the light emitted toward the third light emitting structure is absorbed by the third light emitting structure. The absorbed light is converted into a wavelength of light emitted from the third light emitting structure, and emitted from the back surface of the single crystal substrate 101 as light from the third light emitting structure.
[0022]
In the light emitted from the first light emitting structure, the light emitted to the single crystal substrate 101 side is emitted from the back surface of the single crystal substrate 101 without being subjected to the above-described absorption. On the other hand, of the light emitted from the first light emitting structure, light emitted to the side opposite to the single crystal substrate 101 is absorbed by the second light emitting structure or the third light emitting structure. Each of these absorbed lights is converted into a wavelength of light emitted from the second light emitting structure or the third light emitting structure, and is emitted from the back surface of the single crystal substrate 101, respectively.
[0023]
In the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1, InGaN is used for the active layer (well layer), but the present invention is not limited to this. By appropriately setting the thickness of the active layer and the composition of the barrier layer, InN can be used for the active layer.
[0024]
As described above, in the semiconductor light emitting device of FIG. 1, by designing the stacking order of each light emitting structure in consideration of the positional relationship with the light extraction direction, high efficiency white light emission with reduced loss is achieved. Is obtained. Further, in the semiconductor light emitting device of FIG. 1, there is no need to prepare individual device chips for light of three colors, no special manufacturing device or manufacturing method is required, and no complicated adjustment is required. Therefore, according to the semiconductor light emitting device of FIG. 1, the device can be provided at lower cost.
[0025]
In addition, in the semiconductor light emitting device of FIG. 1, since the device can be formed with a smaller area than the conventional device, for example, a plurality of devices are simultaneously formed on the same substrate, and these are cut out to obtain a semiconductor light emitting device chip. In this case, more chips can be obtained. Also in this regard, the element can be provided at lower cost due to the generally-known mass production effect and the like. In addition, since the element can be formed thin, it can be mounted on a smaller device.
[0026]
Incidentally, it is also possible to realize a semiconductor laser resonator with the layer configuration shown in FIG. In this case, FIG. 1 is a side view showing the emission end face of the semiconductor laser resonator. In this case, a groove having a width of 2 μm extending in the normal direction of the paper surface of FIG. 1 is formed in the current limiting insulating layer 114 so as to reach both ends of the element, and a p-type metal electrode 115 is formed along the groove. It will be. The emission end face shown in FIG. 1 is a plane cut out by cleavage, and a light output is extracted from this emission end face in a direction normal to the paper surface of FIG.
[0027]
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 will be described. First, a metal organic chemical vapor deposition apparatus having a vertical growth furnace is used for crystal growth for forming each crystal layer. Ammonia is used as a nitrogen source, and nitrogen gas is used as a carrier gas when growing a layer containing In, and hydrogen gas is used when growing a layer not containing In. The growth pressure is normal pressure.
First, the surface of the single-crystal substrate 101 made of sapphire is nitrided in an ammonia atmosphere at a substrate temperature of 1050 ° C., and thereafter, the buffer layer 102 is formed by growing the GaN at a substrate temperature of 550 ° C. In the growth of GaN, triethyl gallium (TEG) having a relatively low gallium vapor pressure is used as a gallium source.
[0028]
Subsequently, the single crystal substrate 101 is annealed at 1050 ° C. for 9 minutes to perform single crystallization of the buffer layer 102. Next, the temperature of the single crystal substrate 101 is set to 1020 ° C., n-type GaN to which Si is added, and n-type Al to which Si is added.0.1Ga0.9N is sequentially grown to form an electrode layer 103 and a cladding layer 104. As the aluminum raw material, trimethyl aluminum (TMA) is used, and as the gallium raw material, trimethyl gallium (TMG) having a relatively high vapor pressure is used. Further, in order to add Si to each layer, silane (SiH) having a concentration of 1 ppm diluted with hydrogen is used.4) Use gas. The same raw material is used for the addition of Si in the growth process of each layer described below.
[0029]
Subsequently, the barrier layer 105, the lower active layer 106, the barrier layer 107, the middle active layer 108, the barrier layer 109, the upper active layer 110, and the barrier layer 111 are formed by continuous crystal growth (metal organic chemical vapor deposition). In the growth of these indium-containing layers, the growth temperature is set to about 500 ° C. because the nitrogen equilibrium vapor pressure on the solid phase of InN is high. Trimethylindium (TMI) is used as the indium raw material. In addition, TEG is used as a gallium raw material in growing these indium-containing layers. This is because TEG decomposes at a lower temperature and has a lower vapor pressure than TMG, and is suitable for controlling the composition of the crystal layer.
[0030]
Here, in the growth of each layer containing indium, in order to prevent the deposition of metal indium and grow a layer made of a high-quality alloy, the ratio (V / III) is set to 660000. In growing the layer containing indium, the carrier gas and the bubbling gas are nitrogen. This is because the decomposition of ammonia is suppressed when hydrogen is used as a carrier gas or the like. Proceedings of the Lectures of the Alliance for Applied Physics, p. 270 (1p-ZN-10) (1989)).
[0031]
After growing each layer containing indium, the source gas is changed and p-type Al to which Mg is added.0.1Ga0.9A p-type GaN doped with N and Mg is grown to form a cladding layer 112 and a contact layer 113. As a raw material for adding Mg, methylcaptan / biscyclopentadienylmagnesium (MeCp2Mg). This raw material is a liquid, and a commonly used solid raw material, biscyclopentadienyl magnesium (Cp2The reproducibility of the Mg concentration is better than that of Mg).
[0032]
After forming the cladding layer 112 and the contact layer 113, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 30 minutes in order to activate the added Mg. Subsequently, using an RF magnetron sputtering apparatus, SiO 2 was formed on the contact layer 113.2The current limiting insulating layer 114 made of is formed, and is processed by a known photolithography technique and etching technique to form an opening window. After an opening window is formed in the current-limiting insulating layer 114, a 50 nm-thick palladium film, a 30-nm-thick platinum film, and a 200-nm-thick gold film are formed on the current-limiting insulating layer 114 including the inside of the opening window by using an electron beam evaporation apparatus. Are stacked to form a p-type metal electrode 115.
[0033]
Next, a part of the cladding layer 104 and the electrode layer 103 is removed from the current limiting insulating layer 114 by a known photolithography technique and an etching technique, so that a part of the electrode layer 103 is exposed. Form 116. The etching of the crystal layers such as the contact layer 113 to the cladding layer 104 may be performed by, for example, reactive ion etching using chlorine gas as an etching gas. The n-type metal electrode 116 is formed by stacking 50 nm thick titanium, 30 nm thick platinum, and 200 nm thick gold on the exposed surface of the electrode layer 103, and etching the stacked body by a known photolithography technique and etching. It is formed by patterning with technology.
[0034]
As described above, after the p-type metal electrode 115 and the n-type metal electrode 116 are formed, the back surface of the single crystal substrate 101 is polished, and the single crystal substrate 101 is thinned from its original thickness of 450 μm to 200 μm. Then, the back side is mirror-finished. After the back surface of the single crystal substrate 101 is polished to a mirror surface, these are cleaned, and the single crystal substrate 101 is cut into predetermined dimensions using a diamond scriber, and cut out into elements. The element size is about 500 μm square.
[0035]
When a current is applied to the thus formed device using the p-type metal electrode 115 as an anode and the n-type metal electrode 116 as a cathode and light emitted from the back surface of the single crystal substrate 101 is observed, bluish white light is obtained. It is. As described above, the light emission obtained in this embodiment has a bluish white color. By appropriately controlling the composition of the crystal layer constituting the active layer and the thickness of the active layer, the emission color having desired characteristics can be obtained. Can be obtained.
[0036]
Further, in the semiconductor light emitting device of FIG. 1, three active layers are stacked with a barrier layer interposed therebetween. However, the present invention is not limited to this, and the composition of the crystal constituting each active layer and the thickness thereof are appropriately set, and By designing the emission color of the light-emitting layer, even a semiconductor light-emitting element in which two active layers are stacked via a barrier layer can emit substantially white light.
[0037]
Here, In used in the above-described embodiment is used.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) will be described. Conventionally, a semiconductor light emitting device that attempts to obtain light in a wavelength range longer than orange1-XYGaXAlYThere was no technical idea to apply N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1). This is because the material having the smallest band gap (Eg) in this material system is InN, and the Eg is 1.9 to 2.1 eV. At the time this Eg was measured, there was only polycrystalline InN (Reference 2: K. Osamura, K. Nakajima {and}).Y. Murakami, Solid State Comm. , 11 (1972) 617; Puychevrier @ and @ M. Menoret, Thin Solid Films, 36 (1976) 141; L. Tansley @ and @ C. P. Foley, J .; App1. Phys. , 59 (1986). ).
[0038]
In these eras, it was attempted to form InN by a method such as reactive sputtering, so that only polycrystalline InN could be formed. In1-XYGaXAlYAmong the compounds AlN, GaN, and InN constituting N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1), the equilibrium vapor pressure of nitrogen on the solid phase of InN is five orders of magnitude higher than that of others (Reference 5). : T. Matsuoka, H. Tanaka, T. Sasaki and A. Katsui, "Wide-Gap Semiconductor Company (In, Ga) N", International Symposium on GaAs and Republic of Korea, Republic of Korea, Republic of Korea. Conf. Ser., 106. pp. 141-146). With InN having such characteristics, it is almost impossible to form a high-quality crystal by a method such as reactive sputtering in which the pressure in a container for forming a film cannot be increased. In the above-mentioned era, since an InN film was to be formed on a glass substrate, information on a lattice for growing a single crystal was not obtained, and a single crystal could not be grown.
[0039]
In response to the above, the present inventors, in 1988, used a metalorganic vapor phase epitaxy method (hereinafter, referred to as MOVPE) on a single-crystal sapphire substrate to apply a nitrogen pressure to grow a single crystal of InN. The world's first successful single crystal growth. The results were presented at a conference in 1989 (Literature 1: Takashi Matsuoka, Toru Sasaki, Koji Sato, Akinori Katsui, "InN thin film growth by MOVPE method", Proceedings of the 36th Alliance Lecture Meeting on Applied Physics, p.270 (1p-ZN-10) (1989)).
[0040]
However, the single crystal growth at this time had insufficient crystallinity, and did not lead to obtaining the optical characteristics of InN. After this, the inventor succeeded in growing the world's first single crystal of high quality InN capable of measuring optical characteristics in 2001 by various technical improvements (Takashi Matsuoka, Masashi Nakao, Hiroshi Okamoto, Hiroshi Harima, Eiji Kurimoto, Eiji Hagiwara) Emi, "InN Bandgap Energy", Proceedings of the 49th Joint Lecture on Applied Physics, p.392 (29p-ZM-1) (2002). 8th: The conference will be held from March 27 to 30, and the presentation date will be March 29.)
[0041]
The first technical improvement for the growth of the high-quality single crystal of InN is that GaN having a lattice constant between sapphire and InN is formed on a sapphire substrate, and InN is formed on the GaN layer. It is a growing point. In this case, the GaN layer is required to have high crystallinity. Therefore, with respect to the following points, the growth conditions of GaN were optimized.
[0042]
1. Cleaning of sapphire substrate surface in growth furnace
2. Ammonia nitridation of sapphire surface
3. Growth of low-temperature grown GaN as buffer layer to mitigate lattice mismatch between sapphire and GaN
4. High temperature annealing to achieve single crystallization of the buffer layer
5. High quality GaN growth at high temperature
[0043]
A second technical improvement is that the growth conditions of InN were examined on GaN grown under the conditions optimized as described above. Items studied include the growth temperature, growth rate, the ratio of group V source to In source, and the gas flow rate in the growth furnace. As a result of the examination of each of these items, the growth of InN, whose optical characteristics can be measured, has finally reached for the first time. At present, it is possible to form an InN layer directly on a sapphire substrate without using a GaN layer.
[0044]
As an example of the relationship between the growth conditions and crystallinity in InN, InN grown by changing the ratio V / In between the supply amount of ammonia as a nitrogen source to the growth furnace and the supply amount of trimethylindium (TMI) as the indium source is changed. X-ray diffraction spectrum of the sample is shown in FIG. FIG. 2 shows an ω-2θ scan spectrum. As shown in FIGS. 2A and 2B, in the film formed under the conditions of V / III of 160000 or less and V / III of 320000, a signal from metal indium is observed. On the other hand, as shown in FIG. 2C, in the film formed under the condition of V / III of 660000, the peak of metal indium has disappeared, and it can be seen that metal indium is not contained.
[0045]
Here, the characteristics of the InN film formed under the condition of V / III of 660000 are shown in FIGS. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the square of the absorption and the photon energy in the formed film. As shown in FIG. 3, in the InN film under the above conditions, the absorption edge is clearly detected. Since this relationship is almost linear, InN is of a linear transition type, and Eg can be estimated to be 0.8 eV.
[0046]
FIG. 4 shows the photoluminescence of the InN film formed under the above conditions measured at room temperature, and it can be seen that light is emitted near a wavelength of 1.59 μm (0.8 eV). The results of the absorption and photoluminescence shown in FIGS. 3 and 4 indicate that the Eg of the InN film formed under the above conditions is 0.8 eV. From these results, it can be estimated that Eg of InN is around 0.8 eV.
[0047]
For the first time, it has been found that Eg of single-crystal InN is 0.8 eV, which is about half of the conventional measurement result, by the various technical improvements and many years of effort described above. FIG.1-XYGaXAlYFIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Eg of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) and lattice constant a of a-axis. In FIG. 5, the dashed line is the old data, and the solid line is the result reflecting the data (Eg = 0.8 eV) obtained by the inventor.
[0048]
As shown in FIG. 4, since Eg of InN is near 0.8 eV, InN or In with small Eg is used.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1) is used as a well layer (active layer), and a material In having a larger Eg than these is used.1-X'-Y 'GaX 'AlY 'By using a quantum well structure with N (0 ≦ X ′, Y ′ ≦ 1, 0 ≦ X ′ + Y ′ ≦ 1) as a barrier layer, and selecting the thickness of the active layer and the composition of these layers, Light emission ranging from to ultraviolet. Therefore, a semiconductor light emitting device that emits white light can be realized by stacking three types of quantum well structures that emit three primary colors of light.
[0049]
Further, according to these configurations, since the same type of material is used, it is easy to stack three types of quantum well structures, and a white light source can be realized monolithically. In addition, in general, white used as a light source includes bluish white, white called daylight close to sunlight, warm reddish white, and the like. The emission color can be adjusted by a combination with the film thickness.
[0050]
By the way, In1-XYGaXAlYIn the growth of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1), phase separation often occurs. FIG. 6 shows In obtained from experiments and calculations.1-XYGaXAlYN (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) indicates an immiscible region (Reference 6: T. Matsuoka, “Phase Separation in Wurtzite In”1-XYGaXAlYN ", MRS @ Internet @ J. Nitride@Semicond.Res. 3, 54 (1998)). In FIG.1-XYGaXAlYAn immiscible region of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) is indicated by a dashed line, and the In region when grown at 800 ° C.1-XYGaXAlYThe immiscible region of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) is indicated by a solid line, and the In when growing at 1000 ° C.1-XYGaXAlYThe immiscible region of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) is indicated by a broken line, and the inner region is the immiscible region. As shown in FIG. 6, there is a composition region that cannot be grown under the thermal equilibrium condition. However, with the composition shown in the mixing region outside the immiscible region, a light emitting element that emits light of any color can be manufactured by controlling the composition and thickness of the quantum well structure.
[0051]
As described above, In is added to the active layer.1-XYGaXAlYBy configuring a semiconductor light emitting device with a nitride semiconductor such as using N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1), the semiconductor light emitting device can be manufactured at lower cost as compared with a case where a material such as ZnSe is used. Can be manufactured. Further, by using a compound semiconductor as described above, light emission can be more efficiently obtained.
[0052]
By the way, in the semiconductor light emitting device of FIG. 1, the n-type metal electrode 116 is formed on the electrode layer 103, but the invention is not limited to this. An electrode layer may be provided in the middle of the three light emitting units, and a metal electrode may be provided here. Hereinafter, this will be described in more detail. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
[0053]
This semiconductor light emitting device (light emitting diode) first has a (0001) plane sapphire (Al2O3Buffer layer 202 made of GaN, a 1 μm-thick crystal layer 203 made of GaN, and a 1 μm-thick clad layer made of AlGaN (first clad layer) 204 is provided. Note that the single crystal substrate 201 is not limited to sapphire, but may be, for example, silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), or LiGaO.2Such a crystal may be used.
[0054]
On the cladding layer 204, a barrier layer 205 made of InGaAlN, a lower active layer (first active layer) 206 made of InN, a barrier layer 207 made of InGaAlN, and an intermediate active layer (second active layer) 208 made of InN , InGaAlN barrier layer 209, Si-added n-type GaN electrode layer 210, Si-added n-type InGaAlN barrier layer 211, InN upper active layer (third active layer) A barrier layer 213 made of p-type InGaAlN to which 212 and Mg are added is formed.
[0055]
On the barrier layer 213, p-type Al to which Mg is added is formed.0.1Ga0.9A cladding layer (second cladding layer) 214 made of N and having a thickness of 0.5 μm, and a contact layer 215 made of p-type GaN doped with Mg and having a thickness of 0.1 μm are formed. Further, on the contact layer 215, a SiO having a substantially circular opening having a diameter of about 20 μm is provided.2Is formed, and a p-type metal electrode 215 that is in contact with the contact layer 215 through the opening window is formed on the current limiting insulating layer 216. The p-type metal electrode 217 includes a 50-nm-thick palladium layer that directly contacts the contact layer 215, a 30-nm-thick platinum layer formed thereon, and a 200-nm-thick gold layer formed thereon. It has a laminated structure.
[0056]
In addition, in the semiconductor light emitting device of FIG. 7, the electrode layer 210 has an exposed region formed by partially removing each layer thereon by etching, and the n-type metal electrode 218 is provided in the exposed region. The n-type metal electrode 218 has a stacked structure of a 50-nm-thick titanium layer that directly contacts an exposed region of the electrode layer 210, a 30-nm-thick platinum layer, and a 200-nm-thick gold layer.
[0057]
In the semiconductor light emitting device of FIG. 7 having the above-described laminated structure, a first light emitting structure is formed by the barrier layer 205, the lower active layer 206, and the barrier layer 207, and the barrier layer 207, the middle active layer 208 The barrier layer 209 forms a second light emitting structure, and the barrier layer 211, the upper active layer 212, and the barrier layer 213 form a third light emitting structure. The emission wavelength of each light emitting structure is the longest in the first light emitting structure and the shortest in the third light emitting structure.
[0058]
Therefore, the light emitted from the third light emitting structure is absorbed by the second light emitting structure and the first light emitting structure, and excites each light emitting structure. As a result, light of a unique wavelength is emitted from the first and second light emitting structures. Of the light generated from the third light emitting structure, light not absorbed in the first and second light emission diagrams is emitted from the back surface of the single crystal substrate 201 to the outside. Light emitted from the second light emitting structure is partially absorbed by the first light emitting structure, and the remaining light is emitted from the back surface of the single crystal substrate 201 to the outside.
[0059]
The first light emitting structure is also excited by light emitted from the second light emitting structure. Therefore, the first light emitting structure is excited by the light emitted from the second and third light emitting structures, and emits light having a wavelength unique to the first light emitting structure. As described above, by arranging the respective light emitting structures in a stacked manner in consideration of the positional relationship with the light extraction direction, highly efficient light emission with reduced loss can be obtained. By appropriately designing the first, second, and third light emitting structures, emitted light can be obtained from the back surface of the single crystal substrate 201 over a wide wavelength range from infrared, visible, and ultraviolet.
[0060]
In the above description, the emission wavelength of the first emission structure is the longest and the emission wavelength of the third emission structure is the shortest, but the emission wavelength of the second emission structure may be the longest. In this case, the emission wavelength is: second emission structure> first emission structure> third emission structure. Considering light propagating toward the single crystal substrate 101 in the light extraction direction in this configuration, light emitted from the third light emitting structure is absorbed by the first and second light emitting structures as described above. . However, for light propagating in the light extraction direction, no other absorption occurs. For this reason, it becomes easy to design a light emitting structure for obtaining desired light emission.
[0061]
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device shown in FIG. 7 will be described. First, a metal organic chemical vapor deposition apparatus having a vertical growth furnace is used for crystal growth for forming each crystal layer. Ammonia is used as a nitrogen source, and hydrogen is used as a carrier gas. The growth pressure is normal pressure.
First, the surface of the single crystal substrate 201 made of sapphire is nitrided in an ammonia atmosphere at a substrate temperature of 1050 ° C., and thereafter, the buffer layer 202 is formed by growing GaN at a substrate temperature of 550 ° C. In the growth of GaN, triethyl gallium (TEG) having a relatively low gallium vapor pressure is used as a gallium source.
[0062]
Subsequently, the single crystal substrate 201 is annealed at 1050 ° C. for 9 minutes to perform single crystallization of the buffer layer 202. Next, GaN is crystal-grown on the buffer layer 202 to form a crystal layer 203. Next, the temperature of the single crystal substrate 201 was set to 1020 ° C.0.1Ga0.9The cladding layer 204 is formed by growing N. As the aluminum raw material, trimethyl aluminum (TMA) is used, and as the gallium raw material, trimethyl gallium (TMG) having a relatively high vapor pressure is used.
[0063]
Subsequently, the barrier layer 205, the lower active layer 206, the barrier layer 207, the middle active layer 208, the barrier layer 209, the electrode layer 210, the barrier layer 211, the upper active layer 212, the barrier layer 213, the cladding layer 214, and the contact layer are continuously formed. It is formed by crystal growth (metal organic chemical vapor deposition). In the growth of these indium-containing layers, the growth temperature is set to about 550 ° C. because the nitrogen equilibrium vapor pressure on the solid phase of InN is high. Trimethylindium (TMI) is used as the indium raw material. In addition, TEG is used as a gallium raw material in growing these indium-containing layers. This is because TEG decomposes at a lower temperature and has a lower vapor pressure than TMG, and is suitable for controlling the composition of the crystal layer.
[0064]
Here, in the growth of each layer containing indium, in order to prevent the deposition of metal indium and grow a layer made of a high-quality alloy, the ratio (V / III) is set to 660000. In growing the layer containing indium, the carrier gas and the bubbling gas are nitrogen. This is because the decomposition of ammonia is suppressed when hydrogen is used as a carrier gas or the like. Proceedings of the Lectures of the Alliance for Applied Physics, p. 270 (1p-ZN-10) (1989)).
[0065]
In order to add Si to a predetermined layer, silane gas SiH having a concentration of 1 ppm diluted with hydrogen is used.4, And as a raw material for adding Mg, methylcaptan / biscyclopenta / dienylmagnesium (MeCp2Mg). The raw material for adding Mg is liquid, and biscyclopentadienyl magnesium (Cp) which is a commonly used solid raw material is used.2The reproducibility of the Mg concentration is better than that of Mg).
[0066]
After forming the cladding layer 214 and the contact layer 215, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 30 minutes in order to activate the added Mg. Subsequently, using a RF magnetron sputtering apparatus, SiO 2 was formed on the contact layer 215.2The current limiting insulating layer 216 made of is formed, and this is processed by a known photolithography technique and an etching technique to form an opening window. After an opening window is formed in the current-limiting insulating layer 216, palladium having a thickness of 50 nm, platinum having a thickness of 30 nm, and gold having a thickness of 200 nm are formed on the current-limiting insulating layer 216 including the inside of the opening window using an electron beam evaporation apparatus. Are stacked to form a p-type metal electrode 217.
[0067]
Next, a part of the barrier layer 211 and the electrode layer 210 is removed from the current limiting insulating layer 216 by a known photolithography technique and an etching technique, so that a part of the electrode layer 210 is exposed. 218 are formed. The etching of the crystal layer such as the contact layer 215 to the barrier layer 211 may be performed by, for example, reactive ion etching using chlorine gas as an etching gas. The n-type metal electrode 218 is formed by laminating titanium with a thickness of 50 nm, platinum with a thickness of 30 nm, and gold with a thickness of 200 nm on the exposed surface of the electrode layer 210. It is formed by patterning with technology.
[0068]
As described above, after the p-type metal electrode 217 and the n-type metal electrode 218 are formed, the back surface of the single crystal substrate 201 is polished, and the single crystal substrate 201 is thinned from its original thickness of 450 μm to 200 μm. Then, the back side is mirror-finished. After the back surface of the single crystal substrate 201 is polished to a mirror surface, these are washed, and the single crystal substrate 201 is cut into a predetermined size using a diamond scriber, and cut into elements. The element size is about 500 μm square.
[0069]
When a current is applied and the light emitted from the back surface of the single crystal substrate 201 is observed by using the p-type metal electrode 217 of the element formed as described above as an anode and the n-type metal electrode 218 as a cathode, a bluish white light is obtained. It is. As described above, the light emission obtained in this embodiment has a bluish white color. By appropriately controlling the composition of the crystal layer constituting the active layer and the thickness of the active layer, the emission color having desired characteristics can be obtained. Can be obtained. Further, as described above, the composition of the crystal constituting each active layer and the thickness thereof are appropriately set, and the emission colors of the respective light emitting layers are designed, whereby the two active layers are stacked via the barrier layer. Almost white light can be obtained with a semiconductor light emitting element.
[0070]
<Embodiment 2>
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. This semiconductor light emitting device is composed of three light emitting diodes formed on the same single crystal substrate. FIG. 8 schematically shows a cross section cut in the thickness direction of crystal growth.
This semiconductor light emitting device first has a (0001) plane sapphire (Al) having a thickness of 330 μm.2O3A buffer layer 302 made of GaN and having a thickness of 20 nm, and an electrode layer 303 made of n-type GaN doped with Si and having a thickness of 4 μm are provided on a double-crystal polished single crystal substrate 301 made of . Note that the single crystal substrate 301 is not limited to sapphire, but may be, for example, silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), or LiGaO.2Such a crystal may be used.
[0071]
Further, n-type Al doped with silicon is formed on the electrode layer 303.0.1Ga0.9A cladding layer 304 made of N and having a thickness of 0.5 μm is formed in each of the region A (first light emitting portion), the region B (second light emitting portion), and the region C (third light emitting portion). The above configuration is common to the regions A, B, and C, but the light emitting regions are different as shown below. First, a region A is formed on the cladding layer 304 by n-type Al doped with Si.1-XAGaXAFilm thickness d of NAnm barrier layer 305a and In1-YAGaYAN active layer 306a and Al1-XAGaXAAn N barrier layer 307a.
[0072]
The region B is formed on the clad layer 304 by forming n-type Al doped with Si.1-XBGaXBThickness d consisting of NBBarrier layer 305b and In1-YBGaYBN active layer 306b and Al1-XBGaXBAn N barrier layer 307b. The region C is formed on the clad layer 304 by n-type Al doped with Si.1-XCGaXCThickness d consisting of NCAnd a barrier layer 305c of1-YCGaYCN active layer 306c and Al1-XCGaXCAn N barrier layer 307c.
In addition, each of the regions A, B, and C has a p-type Al doped with Mg on each of the barrier layers 307a, 307b, and 307c.0.1Ga0.9A cladding layer 308 made of N and having a thickness of 0.5 μm, and a contact layer 309 made of p-type GaN doped with Mg and having a thickness of 0.1 μm are provided. Note that InGaN constituting each active layer is InGaN1-X- YGaXAlYThis is an example in which Y = 0 when N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1).
[0073]
In addition, in order to limit the electrode injection region, a SiO 2 having a substantially circular opening window having a diameter of about 20 μm is commonly used for the regions A, B, and C.2Is formed, and a p-type metal electrode 311 that contacts each of the barrier layers 307a, 307b, and 307c in the opening window is formed. The p-type metal electrode 311 has a stacked structure of a nickel layer having a thickness of 50 nm and a gold layer having a thickness of 200 nm.
Note that an n-type metal electrode 312 is formed in a region other than the regions A, B, and C of the electrode layer 303. The n-type metal electrode 312 has a stacked structure of a 50-nm-thick aluminum layer that directly contacts the electrode layer 303 and a 200-nm-thick gold layer.
[0074]
In the present embodiment, the active layer is made of InN or InGaN containing a small amount of Ga. In each of the regions A, B, and C, the composition of the active layer and the barrier layer and the film thickness of the active layer are controlled, and these are changed for each of the regions A, B, and C to obtain a desired emission color. It is possible to obtain. The use of InN for the active layer dramatically improves the reproducibility and the in-plane uniformity within the substrate as compared to the case where InGaN is used for the active layer. This is because, as described below, the composition of the vapor phase and the composition of the solid phase during growth of the InGaN film are significantly different, and the controllability is not so good. Note that the barrier layer has a larger band gap energy than the active layer.
[0075]
FIG. 9 shows the result of the composition control. As shown in FIG. 9, when growing InGaN, at a growth temperature (substrate temperature) of 500 ° C., the composition ratio between the gas phase and the solid phase has a linear relationship. The composition of InGaN is selected in a region outside the immiscible region shown in FIG. However, at a growth temperature of 800 ° C., when the composition ratio of indium (TMI) is increased, the composition ratio between the gas phase and the solid phase becomes non-linear. As shown in these figures, in the metal organic chemical vapor deposition method, the higher the growth temperature, the smaller the amount of indium taken into the growing InGaN film. These are due to the fact that the vapor pressure of nitrogen of InN is about five orders of magnitude higher than that of GaN.
As described above, when InN is used for the active layer, control of the composition is not required as compared with the case where InGaN is used, so that reproducibility of the growth process and uniformity of crystallinity can be ensured. Phase separation does not occur in principle, and a layer having a uniform composition can be obtained.
[0076]
In the semiconductor light emitting device of the present embodiment described above, light emitted from the back surface side of single crystal substrate 301 is used as output light. Here, the size of the opening of the current limiting insulating layer 310 in the region A, the region B, and the region C is uniformly set to 20 μmφ in diameter. This size can be changed in each region so that the output light has a desired color tone. Further, in the semiconductor light emitting device of FIG. 8, the regions A, B, and C are arranged on a straight line, but it is natural that these regions may be arranged in any manner.
[0077]
Further, in the present embodiment, an example has been described in which the same p-type metal electrode 311 is connected to the regions A, B, and C. However, a p-type metal electrode may be individually provided. Further, here, the case where three regions are provided has been described, but four or more regions may be provided on the same substrate so that a larger light output can be obtained. In this case, three regions as shown in FIG. 8 may be set as one set, and a large number of these may be mounted on the same substrate. Alternatively, regions having different structures may be mounted on the same substrate. Is also good. With this configuration, it is possible to widen the range of color tones of the light output obtained from the semiconductor light emitting element and to improve the light output. Further, for example, a display can be configured by arranging regions emitting red, green, and blue as one set and arranging a plurality of sets in a matrix.
[0078]
As described above, in the semiconductor light emitting device of FIG. 8, a plurality of light emitting portions including the active layer are formed monolithically on the same substrate, so that individual device chips are respectively formed for three colors of light. There is no need to prepare. Further, the semiconductor light emitting device of FIG. 8 does not require a special manufacturing device or manufacturing method, and does not require complicated adjustment. Therefore, according to the semiconductor light emitting device of FIG. 8, the device can be provided at lower cost.
[0079]
In addition, in the semiconductor light emitting device of FIG. 8, since the device can be formed with a smaller area than the conventional device, for example, a plurality of devices are simultaneously formed on the same substrate, and these are cut out to obtain a semiconductor light emitting device chip. In this case, more chips can be obtained. Also in this regard, the element can be provided at lower cost due to the generally-known mass production effect and the like. In addition, since the element can be formed thin, it can be mounted on a smaller device.
[0080]
Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device shown in FIG. 8 will be described. First, a metal organic chemical vapor deposition apparatus having a vertical growth furnace is used for crystal growth for forming each crystal layer. Ammonia is used as a nitrogen source, and hydrogen is used as a carrier gas. The growth pressure is normal pressure.
First, the surface of a single crystal substrate 301 made of sapphire is nitrided in an ammonia atmosphere at a substrate temperature of 1050 ° C., and thereafter, the buffer layer 302 is formed by growing GaN at a substrate temperature of 550 ° C. In the growth of GaN, triethyl gallium (TEG) having a relatively low gallium vapor pressure is used as a gallium source.
[0081]
Subsequently, the single crystal substrate 301 is annealed at 1050 ° C. for 9 minutes to perform single crystallization of the buffer layer 302. Next, the temperature of the single crystal substrate 301 is set to 1020 ° C., n-type GaN to which Si is added is grown, and an electrode layer 303 is formed. In order to add Si to each layer, silane gas SiH having a concentration of 1 ppm diluted with hydrogen is used.4Is used. The same raw material is used for the addition of Si in the growth process of each layer described below.
[0082]
Next, a region other than the region A is covered with a silicon oxide film, and an n-type Al doped with Si is first formed on the electrode layer 303 exposed in the region A.0.1Ga0.9N is grown to form a cladding layer 304. The silicon oxide film serves as a selective growth mask. As the aluminum raw material, trimethyl aluminum (TMA) is used, and as the gallium raw material, trimethyl gallium (TMG) having a relatively high vapor pressure is used. On the cladding layer 304 in the region A, n-type Al to which Si is added is formed by continuous crystal growth (metal organic chemical vapor deposition).1-XAGaXAN, In1-YAGaYAN, Al1-XAGaXAN is sequentially grown to form a barrier layer 305a, an active layer 306a, and a barrier layer 307a.
[0083]
After forming up to the barrier layer 307a, p-type Al to which Mg is added0.1Ga0.9A cladding layer 308 is formed by growing N, and a p-type GaN to which Mg is added is grown thereon to form a contact layer 309. As a raw material for adding Mg, methylcaptan / biscyclopentadienylmagnesium (MeCp2Mg). This raw material is a liquid, and a commonly used solid raw material, biscyclopentadienyl magnesium (Cp2The reproducibility of the Mg concentration is better than that of Mg).
[0084]
In the growth of these indium-containing layers, the growth temperature is set to about 500 ° C. because the nitrogen equilibrium vapor pressure on the solid phase of InN is high. Trimethylindium (TMI) is used as the indium raw material. In addition, TEG is used as a gallium raw material in growing these indium-containing layers. This is because TEG decomposes at a lower temperature and has a lower vapor pressure than TMG, and is suitable for controlling the composition of the crystal layer.
[0085]
Here, in the growth of each layer containing indium, in order to prevent the deposition of metal indium and grow a layer made of a high-quality alloy, the ratio (V / III) is set to 660000. In growing the layer containing indium, the carrier gas and the bubbling gas are nitrogen. This is because the decomposition of ammonia is suppressed when hydrogen is used as a carrier gas or the like. Proceedings of the Lectures of the Alliance for Applied Physics, p. 270 (1p-ZN-10) (1989)). The same applies to the following regions B and C.
[0086]
Next, the silicon oxide film covering the region other than the region A formed as the selective growth mask is removed using, for example, a hydrofluoric acid solution, and thereafter, a selective growth mask made of silicon oxide covering the region other than the region B is formed. Next, on the electrode layer 303 exposed in the region B, first, an n-type Al0.1Ga0.9N is grown to form a cladding layer 304. Next, on the cladding layer 304 in the region B, n-type Al to which Si is added by continuous crystal growth.1-XBGaXBN, In1-YBGaYBN, Al1-XBGaXBN is sequentially grown to form a barrier layer 305b, an active layer 306b, and a barrier layer 307b. After forming up to the barrier layer 307b, p-type Al to which Mg is added0.1Ga0.9N is grown to form a cladding layer 308, on which p-type GaN doped with Mg is grown to form a contact layer 309.
[0087]
Next, after removing the selective growth mask covering the area other than the area B and forming a selective growth mask covering the area other than the area C, Si is first added on the electrode layer 303 exposed in the area C in the same manner as described above. N-type Al0.1Ga0.9The cladding layer 304 is formed by growing N. Next, on the cladding layer 304 in the region C, n-type Al to which Si is added by continuous crystal growth.1-XCGaXCN, In1-YCGaYCN, Al1-XCGaXCN is sequentially grown to form a barrier layer 305c, an active layer 306c, and a barrier layer 307c. After forming up to the barrier layer 307b, p-type Al to which Mg is added0. 1Ga0.9N is grown to form a cladding layer 308, on which p-type GaN doped with Mg is grown to form a contact layer 309.
[0088]
Thereafter, in order to activate Mg added to the cladding layer 308 and the contact layer 309 in each of the regions A, B, and C, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 30 minutes. Subsequently, using an RF magnetron sputtering apparatus, SiO 2 was formed on the contact layer 309 in each of the regions A, B, and C.2The current limiting insulating layer 310 made of is formed, and is processed by a known photolithography technique and an etching technique to form an opening window for each of the regions A, B, and C.
[0089]
After an opening window is formed in the current-limiting insulating layer 310, 50 nm-thick palladium, 30-nm-thick platinum, and 200-nm-thick gold are deposited on the current-limiting insulating layer 310 including the inside of the opening window by using an electron beam evaporation apparatus. Are stacked to form a p-type metal electrode 311 over each of the regions A, B, and C.
Next, an n-type metal electrode 312 is formed on the exposed surface of the electrode layer 303 other than the regions A, B, and C. The n-type metal electrode 312 is formed by laminating aluminum with a thickness of 50 nm and gold with a thickness of 200 nm on the exposed surface of the electrode layer 303 and patterning these laminates by a known photolithography technique and etching technique. I do.
[0090]
By the way, it is also possible to realize a semiconductor laser resonator by the layer configuration shown in FIG. In this case, FIG. 8 is a side view showing the emission end face of the semiconductor laser resonator. In this case, a 1.5 μm wide groove extending in the direction normal to the paper surface of FIG. 8 is formed in the current limiting insulating layer 310 so as to reach both ends of the regions A, B, and C. Thus, the p-type metal electrode 311 is formed. Note that the regions A, B, and C are arranged at an interval of 10 μm. The emission end face shown in FIG. 8 is a plane cut out by cleavage, and light output is extracted from this emission end face in the direction normal to the paper surface of FIG.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the same substrate is provided with three portions that emit light of different emission wavelengths. In addition, the light emitting portions are made to have different composition ratios or different film thicknesses.1-XYGaXAlYThe active layer was composed of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y <1).
As a result, according to the present invention, there is obtained an excellent effect that a semiconductor light emitting device that can obtain high-luminance white light can be provided at lower cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an X-ray diffraction spectrum of InN grown by changing the ratio V / In between the supply amount of ammonia as a nitrogen source to a growth furnace and the supply amount of trimethylindium (TMI) as an indium source. It is.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the square of absorption and the photon energy of an InN film formed under the condition that V / III is 660000.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing photoluminescence measured at room temperature of an InN film formed under the condition that V / III is 660000.
FIG. 5: In1-XYGaXAlYFIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Eg of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1) and lattice constant a of a-axis.
FIG. 6 shows In obtained from experiments and calculations.1-XYGaXAlYFIG. 6 is a correlation diagram showing an immiscible region of N (0 ≦ X, Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1).
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a comparison of a raw material composition ratio between a vapor phase and a solid phase at each temperature during vapor phase growth.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... single crystal substrate, 102 ... buffer layer, 103 ... electrode layer, 104 ... clad layer (first clad layer), 105 ... barrier layer, 106 ... lower active layer (first active layer), 107 ... barrier layer, 108 ... intermediate active layer (second active layer), 109 ... barrier layer, 110 ... upper active layer (third active layer), 111 ... barrier layer, 112 ... cladding layer (second cladding layer), 113 ... contact layer, 114 ... current limiting insulating layer, 115 ... p-type metal electrode, 116 ... n-type metal electrode, 201 ... single crystal substrate, 202 ... buffer layer, 203 ... crystal layer, 204 ... cladding layer (first cladding layer), 205 ... barrier Layers, 206: lower active layer (first active layer), 207: barrier layer, 208: intermediate active layer (second active layer), 209: barrier layer, 210: electrode layer, 211: barrier layer, 212: upper active layer layer( 3 active layer), 213 barrier layer, 214 cladding layer (second cladding layer), 215 contact layer, 216 current limiting insulating layer, 217 p-type metal electrode, 218 n-type metal electrode, 301 single Crystal substrate, 302: buffer layer, 303: electrode layer, 304: clad layer, 305a, 305b, 305c: barrier layer, 306a, 306b, 307c: active layer, 307a, 307b, 307c: barrier layer, 308: clad layer, 309: contact layer, 310: current limiting insulating layer, 311: p-type metal electrode, 312 ... n-type metal electrode.

Claims (12)

基板上に形成された第1クラッド層と、
この第1クラッド層上に形成された第1発光構造と、
この第1発光構造上に形成された第2発光構造と、
この第2発光構造上に形成された第2クラッド層と
を少なくとも備え、
前記第1発光構造は、バリア層に挟まれた第1活性層から構成され、
前記第2発光構造は、バリア層に挟まれた第2活性層から構成され、
前記第1発光構造と前記第2発光構造とは、各々異なる発光波長を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
A first cladding layer formed on the substrate,
A first light emitting structure formed on the first cladding layer;
A second light emitting structure formed on the first light emitting structure;
A second cladding layer formed on the second light emitting structure,
The first light emitting structure includes a first active layer sandwiched between barrier layers,
The second light emitting structure includes a second active layer sandwiched between barrier layers,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first light emitting structure and the second light emitting structure have different emission wavelengths.
請求項1記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層と前記第2活性層とは、異なる組成比のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 1,
Wherein the first active layer and said second active layer, which was composed of In 1-X-Y Ga of different composition ratios X Al Y N (0 ≦ X , Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device, comprising:
請求項1記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層と前記第2活性層とは、異なる膜厚のIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 1,
Wherein the first active layer and said second active layer, which has been composed of different thickness of the In 1-X-Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device, comprising:
請求項2または3に記載の半導体発光素子において、
前記バリア層は、前記第1,第2活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein
The barrier layer, the first, that is composed of a large In 1-X-Y Ga X Al Y N bandgap energy than the second active layer (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1) A semiconductor light emitting device, characterized in that:
基板上に形成された第1クラッド層と、
この第1クラッド層上に形成された第1発光構造と、
この第1発光構造上に形成された第2発光構造と、
この第2発光構造上に形成された第3発光構造と、
この第3発光構造上に形成された第2クラッド層と
を少なくとも備え、
前記第1発光構造は、バリア層に挟まれた第1活性層から構成され、
前記第2発光構造は、バリア層に挟まれた第2活性層から構成され、
前記第3発光構造は、バリア層に挟まれた第3活性層から構成され、
記第1発光構造と前記第2発光構造と前記第3発光構造とは、各々異なる発光波長を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
A first cladding layer formed on the substrate,
A first light emitting structure formed on the first cladding layer;
A second light emitting structure formed on the first light emitting structure;
A third light emitting structure formed on the second light emitting structure;
A second cladding layer formed on the third light emitting structure,
The first light emitting structure includes a first active layer sandwiched between barrier layers,
The second light emitting structure includes a second active layer sandwiched between barrier layers,
The third light emitting structure includes a third active layer sandwiched between barrier layers,
The semiconductor light emitting device, wherein the first light emitting structure, the second light emitting structure, and the third light emitting structure have different emission wavelengths.
請求項5記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる組成比のIn1− X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 5,
The first active layer, second active layer, and the third active layer, from each of the different composition ratios In 1- X-Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device comprising: a light emitting device;
請求項5記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる膜厚のIn1−X− GaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 5,
The first active layer, second active layer, and the third active layer, from each of the different thicknesses In 1-X- Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device comprising: a light emitting device;
請求項6または7に記載の半導体発光素子において、
前記バリア層は、前記第1〜第3活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein
The barrier layer, which was composed of the first to third from the active layer of the band gap energy larger In 1-X-Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1) A semiconductor light emitting device, characterized in that:
基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第1活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第1発光部と、
前記基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第2活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第2発光部と、
前記基板上に形成された下部クラッド層,下部バリア層,第3活性層,上部バリア層,及び上部クラッド層の順に積層された第3発光部と
を少なくとも備え、
前記第1発光部と、前記第2発光部と、前記第3発光部とは、各々異なる発光波長を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
A first light-emitting portion formed on the substrate in the order of a lower cladding layer, a lower barrier layer, a first active layer, an upper barrier layer, and an upper cladding layer;
A second light emitting unit, which is formed on the substrate, in which a lower clad layer, a lower barrier layer, a second active layer, an upper barrier layer, and an upper clad layer are sequentially stacked;
A third cladding layer formed on the substrate, a lower barrier layer, a third active layer, an upper barrier layer, and a third light emitting unit laminated in the order of the upper cladding layer;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first light emitting unit, the second light emitting unit, and the third light emitting unit have different emission wavelengths.
請求項9記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる組成比のIn1− X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 9,
The first active layer, second active layer, and the third active layer, from each of the different composition ratios In 1- X-Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device comprising: a light emitting device;
請求項9記載の半導体発光素子において、
前記第1活性層,第2活性層,及び第3活性層は、各々異なる膜厚のIn1−X− GaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y<1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
The semiconductor light emitting device according to claim 9,
The first active layer, second active layer, and the third active layer, from each of the different thicknesses In 1-X- Y Ga X Al Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1,0 ≦ X + Y <1) A semiconductor light emitting device comprising: a light emitting device;
請求項10または11に記載の半導体発光素子において、前記下部バリア層及び上部バリア層は、前記第1〜第3活性層よりバンドギャップエネルギーの大きいIn1−X−YGaAlN(0≦X,Y≦1,0≦X+Y≦1)から構成されたものである
ことを特徴とする半導体発光素子。
12. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the lower barrier layer and the upper barrier layer have a band gap energy higher than that of the first to third active layers, In 1-XY Ga X Al Y N (0). .Ltoreq.X, Y.ltoreq.1, 0.ltoreq.X + Y.ltoreq.1).
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803247B1 (en) 2006-09-25 2008-02-14 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting diode
JP2009530803A (en) * 2006-03-13 2009-08-27 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ スィヤンティフィック(セーエヌエルエス) Monolithic white light emitting diode
JP2014116549A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Stanley Electric Co Ltd Multiple quantum well semiconductor light-emitting element
JP2022087136A (en) * 2017-03-17 2022-06-09 ソイテック Growth substrate for forming optoelectronic device, manufacturing method of growth substrate, and usage of substrate especially in field of microdisplay screen

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09232627A (en) * 1996-02-26 1997-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd White light emitting device
JPH1022525A (en) * 1996-06-28 1998-01-23 Toyoda Gosei Co Ltd Iii group nitride semiconductor light emitting element
JPH1174566A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Mitsubishi Materials Corp Multi-color luminous element
JPH11503879A (en) * 1995-12-21 1999-03-30 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ Multicolor light emitting diode, method of manufacturing the same, and multicolor display device incorporating the LED
JPH11121806A (en) * 1997-10-21 1999-04-30 Sharp Corp Semiconductor light emitting device
JPH11135838A (en) * 1997-10-20 1999-05-21 Ind Technol Res Inst White-color light-emitting diode and manufacture thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11503879A (en) * 1995-12-21 1999-03-30 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ Multicolor light emitting diode, method of manufacturing the same, and multicolor display device incorporating the LED
JPH09232627A (en) * 1996-02-26 1997-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd White light emitting device
JPH1022525A (en) * 1996-06-28 1998-01-23 Toyoda Gosei Co Ltd Iii group nitride semiconductor light emitting element
JPH1174566A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Mitsubishi Materials Corp Multi-color luminous element
JPH11135838A (en) * 1997-10-20 1999-05-21 Ind Technol Res Inst White-color light-emitting diode and manufacture thereof
JPH11121806A (en) * 1997-10-21 1999-04-30 Sharp Corp Semiconductor light emitting device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009530803A (en) * 2006-03-13 2009-08-27 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ スィヤンティフィック(セーエヌエルエス) Monolithic white light emitting diode
KR100803247B1 (en) 2006-09-25 2008-02-14 삼성전기주식회사 Nitride semiconductor light emitting diode
JP2014116549A (en) * 2012-12-12 2014-06-26 Stanley Electric Co Ltd Multiple quantum well semiconductor light-emitting element
JP2022087136A (en) * 2017-03-17 2022-06-09 ソイテック Growth substrate for forming optoelectronic device, manufacturing method of growth substrate, and usage of substrate especially in field of microdisplay screen
JP7322329B2 (en) 2017-03-17 2023-08-08 ソイテック Growth substrates for forming optoelectronic devices, methods for making such substrates, and uses of substrates, particularly in the field of microdisplay screens

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