JP2005191599A - Method for uniforming luminance in light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3−5族化合物半導体を用いる発光素子の基板面内の輝度の均一化方法に関する。 The present invention relates to a method for uniformizing luminance within a substrate surface of a light emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor.
従来、紫外、青、緑色領域の発光ダイオード(以下、LEDと記すことがある。)または紫外、青、緑色領域のレーザダイオード等の発光素子の材料として、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表される3−5族化合物半導体が知られている。 Conventionally, as a material for light emitting elements such as light emitting diodes in the ultraviolet, blue, and green regions (hereinafter, referred to as LEDs) or laser diodes in the ultraviolet, blue, and green regions, the general formula In x Ga y Al z N ( However, a group 3-5 compound semiconductor represented by x + y + z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1) is known.
該化合物半導体はバルク成長では良好な結晶が得られないため、該化合物半導体そのものを基板として用いるホモエピタキシャル成長は困難である。
ところで、一般式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表される化合物半導体はGaN、AlN等のバッファ層を用いることで良好な結晶性のものを得ることができることが知られている。該Gaa Alb Nは、該Inx Gay Alz Nと同一の5族元素を有し、結晶構造も同じであることなどから、該Inx Gay Alz Nは、上記のGaa Alb N上に成長することで高い結晶性のものを得ることができる。
Since the compound semiconductor cannot obtain good crystals in bulk growth, homoepitaxial growth using the compound semiconductor itself as a substrate is difficult.
By the way, the compound semiconductor represented by the general formula Ga a Al b N (where a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) has good crystallinity by using a buffer layer such as GaN or AlN. It is known that you can get things. Since the Ga a Al b N has the
ところで、該化合物半導体の格子定数は、混晶比により大きく変化する。とくにInNの格子定数はGaNまたはAlNに対して約12%またはそれ以上大きいため、該化合物半導体の各層の混晶比によっては、層と層との間の格子定数に大きな差が生じることがある。大きな格子不整合がある場合、結晶に欠陥が生じる場合があり、結晶性を低下させる原因となる。一般に欠陥を多く含んだ結晶を用いて作製した発光素子では高い発光効率を実現するのは難しい。 By the way, the lattice constant of the compound semiconductor greatly varies depending on the mixed crystal ratio. In particular, since the lattice constant of InN is about 12% or more larger than that of GaN or AlN, a large difference may occur in the lattice constant between layers depending on the mixed crystal ratio of each layer of the compound semiconductor. . When there is a large lattice mismatch, a defect may occur in the crystal, which causes a decrease in crystallinity. In general, it is difficult to realize high light emission efficiency in a light-emitting element manufactured using a crystal including many defects.
格子不整合による欠陥の発生を抑えるためには、格子不整合による歪みの大きさに応じて層の厚さを小さくしなければならない。しかし、膜厚が非常に薄い層を活性層とする場合、発光層の物性は発光層の混晶比または層厚の若干の振れにも影響を受け、全基板面にわたって均一に目的の発光波長、または発光強度の発光素子を作製することが難しかった。 In order to suppress the occurrence of defects due to lattice mismatch, the thickness of the layer must be reduced according to the magnitude of strain due to lattice mismatch. However, when the active layer is a very thin layer, the physical properties of the light-emitting layer are affected by the mixed crystal ratio of the light-emitting layer or slight fluctuations in the layer thickness, and the target emission wavelength is uniformly distributed over the entire substrate surface. Alternatively, it was difficult to manufacture a light-emitting element having emission intensity.
本発明の目的は、3−5族化合物半導体を用いる発光素子の基板面内の輝度の均一化方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for uniformizing luminance within a substrate surface of a light emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor.
本発明者らは、該3−5族化合物半導体の薄膜の成長条件について鋭意検討の結果、該化合物半導体の薄膜を成長後、次の層を成長するまでに3族原料の供給を止める工程をおくことで高品質で均一な薄膜が得られることを見いだし、本発明に至った。
As a result of intensive studies on the growth conditions of the Group 3-5 compound semiconductor thin film, the present inventors have stopped the supply of the
すなわち本発明は次に記す発明である。
〔1〕一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表される3−5族化合物半導体の第1の層を気相成長し、次に一般式Inu Gav Alw N(ただし、u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表される第2の層を気相成長して3−5族化合物半導体を製造する方法において、第1の層を成長した後、第2の層の成長前に3族原料を供給しないで、不活性ガスから選ばれる少なくとも1種のキャリアガスと5族原料を供給する工程を有する3−5族化合物半導体の製造方法で製造してなる3−5族化合物半導体を用いることを特徴とする発光素子の基板面内の輝度の均一化方法。
〔2〕第1の層のInNの混晶比が5%以上であることを特徴とする〔1〕記載の輝度の均一化方法。
That is, the present invention is the invention described below.
[1] First group 3-5 compound semiconductor represented by the general formula In x Ga y Al z N (where x + y + z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1) Is vapor-grown, and then the second layer is expressed by the general formula In u Ga v Al w N (where u + v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1). In the method for producing a group 3-5 compound semiconductor by vapor phase growth of the first layer, after the first layer is grown, the
[2] The method for uniformizing luminance according to [1], wherein the InN mixed crystal ratio of the first layer is 5% or more.
〔3〕第1の層の層厚が10Å以上500Å以下であることを特徴とする〔1〕または〔2〕記載の輝度の均一化方法。
〔4〕第1の層に含まれるSi、Ge、Cd、ZnおよびMgの各元素の濃度が、いずれも1019cm-3以下であることを特徴とする〔1〕、〔2〕または〔3〕記載の輝度の均一化方法。
[3] The method for uniformizing luminance according to [1] or [2], wherein the thickness of the first layer is 10 to 500 mm.
[4] The concentration of each element of Si, Ge, Cd, Zn and Mg contained in the first layer is 10 19 cm −3 or less, [1], [2] or [ [3] The method for equalizing luminance according to [3].
本発明によれば、発光素子として用いたときに発光状態が均一で歩留りの高い発光素子を得ることができ、きわめて有用であり工業的価値が大きい。 According to the present invention, when used as a light emitting device, a light emitting device having a uniform light emitting state and a high yield can be obtained, which is extremely useful and has great industrial value.
次に、本発明を詳細に説明する。
一般的に該3−5族化合物半導体の結晶成長用基板としては、サファイア、ZnO、GaAs、Si、SiC、NGO(NdGaO3 )、スピネル(MgAl2 O4 )等が用いられる。特に、サファイアは透明であり、また大面積の高品質の結晶が得られるため好ましい。
Next, the present invention will be described in detail.
Generally, sapphire, ZnO, GaAs, Si, SiC, NGO (NdGaO 3 ), spinel (MgAl 2 O 4 ) or the like is used as a substrate for crystal growth of the Group 3-5 compound semiconductor. In particular, sapphire is preferable because it is transparent and high quality crystals with a large area can be obtained.
該3−5族化合物半導体の製造方法としては、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがある。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記すことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HVPEと記すことがある。)法などが知られている。中でもMOVPE法は大面積に均一な膜形成を行なうことができるため好ましく、本発明における3−5族化合物半導体の製造方法は、MOVPE法による。 Examples of the method for producing the Group 3-5 compound semiconductor include molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MBE) method, metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter also referred to as MOVPE) method, and hydride vapor phase. A growth (hereinafter referred to as HVPE) method or the like is known. Among these, the MOVPE method is preferable because a uniform film can be formed over a large area, and the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor in the present invention is based on the MOVPE method.
本発明における3−5族化合物半導体の製造方法においては、以下のような原料を用いることができる。
即ち、3族原料としては、トリメチルガリウム[(CH3 )3 Ga、以下TMGと記すことがある。]、トリエチルガリウム[(C2 H5 )3 Ga、以下TEGと記すことがある。]、等の一般式R1 R2 R3 Ga(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルガリウム;トリメチルアルミニウム[(CH3 )3 Al]、トリエチルアルミニウム[(C2 H5 )3 Al、以下TEAと記すことがある。]、トリイソブチルアルミニウム[(i−C4 H9 )3 Al]、等の一般式R1 R2 R3 Al(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルアルミニウム;トリメチルアミンアラン[(CH3 )3 N:AlH3 ];トリメチルインジウム[(CH3 )3 In、以下TMIと記すことがある。]、トリエチルインジウム[(C2 H5 )3 In]等の一般式R1 R2 R3 In(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルインジウム等が挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。
In the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor in the present invention, the following raw materials can be used.
That is, the
次に、5族原料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、1、1−ジメチルヒドラジン、1、2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。
該3−5族化合物半導体のp型ドーパントとして、2族元素が重要である。具体的にはMg,Zn,Cd,Hg,Beが挙げられるが、このなかでは低抵抗のp型のものがつくりやすいMgが好ましい。
Mgドーパントの原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスn−プロピルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビス−i−プロピルシクロペンタジエニルマグネシウム等の一般式(RC5 H4 )2 Mg(ただし、RはHまたは炭素数1以上4以下の低級アルキル基を示す。)で表される有機金属化合物が適当な蒸気圧を有するために好適である。
該3−5族化合物半導体のn型ドーパントとして、4族元素と6族元素が重要である。具体的にはSi、Ge、Oが挙げられるが、この中では低抵抗のn型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られるSiが好ましい。Siドーパントの原料としては、シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2 H6 )などが好適である。
また、キャリアガスとしては、窒素、アルゴン等の不活性ガスが挙げられるが、高純度のものが得られやすいので窒素が好ましい。
Next, examples of the
Mg dopant materials include biscyclopentadienylmagnesium, bismethylcyclopentadienylmagnesium, bisethylcyclopentadienylmagnesium, bis-n-propylcyclopentadienylmagnesium, bis-i-propylcyclopentadienylmagnesium It is preferable that the organometallic compound represented by the general formula (RC 5 H 4 ) 2 Mg (wherein R represents H or a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) has an appropriate vapor pressure. It is.
As the n-type dopant of the Group 3-5 compound semiconductor, the
Examples of the carrier gas include inert gases such as nitrogen and argon. Nitrogen is preferable because a high-purity gas can be easily obtained.
本発明は、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表される第1の層を成長した後、一般式Inu Gav Alw N(ただし、u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表される第2の層を気相成長する前に、3族原料を供給しないで、キャリアガスを供給するかまたはキャリアガスと5族原料を供給する工程を有することを特徴とする。
この3族原料を供給せず、成長を中断する工程(以下、成長中断工程と記すことがある。)を有することにより、理由は詳らかではないが、均一な3−5族化合物半導体を得ることができ、特に該3−5族化合物半導体を発光素子に用いたとき、基板面内で均一な波長および強度で発光する発光素子を得ることができる。特に、InNを混晶比で5%以上含む層について顕著な効果がある。該成長中断工程を有することにより、第1の層の結晶を変性させていると考えられる。
成長中断時間が充分短い場合、5族原料は供給してもしなくてもよい。しかし、成長中断が長い場合には、5族原料を供給しないと第1の層の結晶性が劣化する場合があるため、5族原料を供給することが好ましい。
成長中断を行なう時間は、成長中断を行なう温度、雰囲気等にも依存するが、短かすぎると成長中断の効果が充分でなく、長すぎる場合、目的のInN混晶比を得ることが難しい。好ましい成長中断の時間としては1秒以上60分以下が挙げられ、さらに好ましくは30秒以上30分以下である。
In the present invention, after growing the first layer represented by the general formula In x Ga y Al z N (where x + y + z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1). formula in u Ga v Al w N (provided that, u + v + w = 1,0 ≦ u ≦ 1,0 ≦ v ≦ 1,0 ≦ w ≦ 1) a second layer before the vapor phase growth represented by It has the process of supplying a carrier gas or supplying a carrier gas and a
By having a step of interrupting growth without supplying the
When the growth interruption time is sufficiently short, the
The time during which growth is interrupted depends on the temperature and atmosphere at which growth is interrupted, but if it is too short, the effect of the growth interruption is not sufficient, and if it is too long, it is difficult to obtain the desired InN mixed crystal ratio. A preferable growth interruption time is 1 second or more and 60 minutes or less, and more preferably 30 seconds or more and 30 minutes or less.
以下、具体的に成長中断工程の効果を説明する。
図1は該化合物半導体を用いて作製できる量子井戸構造の例である。基板1にバッファ層2を成長し、さらに上記Gaa Alb N層3、本発明の第1の層である前記Inx Gay Alz N層4、および本発明の第2の層であるInu Gav Alw N層5を成長する。Gaa Alb N層3とInu Gav Alw N層5のバンドギャップをInx Gay Alz N層4よりも大きくした、いわゆるダブルヘテロ構造とすることでInx Gay Alz N層4が量子井戸層となり、量子井戸層からの強いホトルミネッセンス(以下、PLと記すことがある。)が観察される。
この場合、PLの発光波長はおもに量子井戸層の3族元素の組成と量子井戸層の層厚に依存する。また、PL強度は量子井戸層を含む構造の結晶性を強く反映し、一般に結晶性が高いほどPL強度は強くなる。このため、図1の構造の半導体をPLを用いて評価することにより、量子井戸層の混晶比、層厚、量子井戸を含む積層構造の結晶性、およびそれらの基板面内での均一性を評価することができる。
第1の層の成長後、成長中断を行なわず、すぐに第2の層を成長した場合、成長中断を行なった場合に比べて基板面内でのPLの発光波長および強度には強い不均一性が認められ、またPL強度も全体的に弱い。該成長中断時間が長くなるにしたがい、基板面内でのPLの発光波長および強度の均一性が向上し、PL強度も全体的に強くなる。ただし、成長中断時間が長くなるにしたがい、PL発光波長が短くなる傾向があるため、長い時間の成長中断を行なう場合には、第1の層の混晶比を、前記の波長シフトを考慮してあらかじめ調整しておくことが好ましい。
上記の例では、第1の層が1つだけであるが、該化合物半導体が複数層積層された構造の場合、各層の成長後に、適切な成長中断工程を設けることで均一性に優れた積層構造を作製することができる。
Hereinafter, the effect of the growth interruption process will be specifically described.
FIG. 1 shows an example of a quantum well structure that can be manufactured using the compound semiconductor. The
In this case, the emission wavelength of PL mainly depends on the composition of the
When the second layer is grown immediately after the growth of the first layer without interrupting the growth, the PL emission wavelength and intensity in the substrate surface are strongly non-uniform compared to when the growth is interrupted. The PL strength is weak overall. As the growth interruption time becomes longer, the uniformity of PL emission wavelength and intensity within the substrate surface is improved, and the PL intensity is also increased overall. However, as the growth interruption time becomes longer, the PL emission wavelength tends to be shorter. Therefore, when the growth interruption is performed for a long time, the mixed crystal ratio of the first layer is considered in consideration of the wavelength shift. It is preferable to adjust in advance.
In the above example, there is only one first layer. However, in the case of a structure in which a plurality of the compound semiconductors are laminated, a laminated layer having excellent uniformity by providing an appropriate growth interruption step after the growth of each layer. A structure can be made.
次に、本発明における3−5族化合物半導体の製造方法により得られる3−5族化合物半導体を用いて得られる発光素子について説明する。
図1に示した量子井戸構造において、発光層4に接する、層3と層5に互いに異なる伝導性を持たせることで、ダブルヘテロ構造の発光素子となる。成長の容易さから、発光層より下の層をn型とするのが一般的である。発光層の成長後、成長中断を行なうことで、均一性に優れた発光効率の高い発光素子の半導体基板を製造できる。
活性層に接する層に伝導性を持たせるためにはこれらの層に不純物のドーピングを行なうが、該ドーピングにより、これらの層の結晶性が低下し、その結果発光効率の低下を起こすことがある。このような場合には、活性層とこれらの層の間に不純物濃度の低い層を設けることで、発光効率を向上できることがある。このような構造の例を図2に示す。
Next, a light-emitting element obtained using a Group 3-5 compound semiconductor obtained by the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor in the present invention will be described.
In the quantum well structure shown in FIG. 1, the
In order to impart conductivity to the layers in contact with the active layer, these layers are doped with impurities. However, the doping may reduce the crystallinity of these layers, resulting in a decrease in luminous efficiency. . In such a case, the light emission efficiency may be improved by providing a low impurity concentration layer between the active layer and these layers. An example of such a structure is shown in FIG.
図2は単一の量子井戸層を発光層とした例であるが、発光層として機能する層は複数の層からなる層であってもよい。具体的に複数の層からなる層が発光層として機能する例としては、2つ以上の発光層がこれよりバンドギャップの大きい層と積層されている構造が挙げられる。
発光層である第1の層がAlを含む場合、O等の不純物を取り込みやすく、発光層として用いると、発光効率が下がることがある。このような場合には、発光層としてはAlを含まない一般式Inx Gay N(ただし、x+y=1、0<x≦1、0≦y<1)で表されるものを利用することができる。
Although FIG. 2 shows an example in which a single quantum well layer is a light emitting layer, the layer functioning as the light emitting layer may be a layer composed of a plurality of layers. Specifically, an example in which a layer composed of a plurality of layers functions as a light emitting layer includes a structure in which two or more light emitting layers are stacked with a layer having a larger band gap.
When the first layer which is a light emitting layer contains Al, impurities such as O are easily taken in, and when used as the light emitting layer, the light emission efficiency may be lowered. In such a case, as the light emitting layer, a material expressed by the general formula In x Ga y N (where x + y = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1) not including Al is used. Can do.
すでに説明したように、該3−5族化合物半導体の格子定数は、混晶比により大きく変化するため、該3−5族化合物半導体の層と層との間の格子定数に大きな格子不整合がある場合、格子不整合による歪みの大きさに応じて層の厚さを小さくしなければならない。好ましい厚さの範囲は歪みの大きさに依存する。前記Gaa Alb N上にInN混晶比が10%以上の該3−5族化合物半導体を積層する場合、Inを含む層の好ましい厚さは5Å以上500Å以下である。Inを含む層の厚さが5Åより小さい場合、発光効率が充分でなくなる。また500Åより大きい場合、欠陥が発生しやはり発光効率が充分でなくなる。さらに好ましい厚みの範囲は5Å以上90Å以下である。
また、発光層の層厚を小さくすることで、電荷を高密度に発光層に閉じ込めることができるため、発光効率を向上させることができる。このため、格子定数の差が上記の例よりも小さい場合でも、発光層の層厚は上記の例と同様にすることが好ましい。
As already explained, since the lattice constant of the Group 3-5 compound semiconductor varies greatly depending on the mixed crystal ratio, there is a large lattice mismatch in the lattice constant between the layers of the Group 3-5 compound semiconductor. In some cases, the layer thickness must be reduced depending on the amount of strain due to lattice mismatch. The preferred thickness range depends on the magnitude of the strain. When the group 3-5 compound semiconductor having an InN mixed crystal ratio of 10% or more is stacked on the Ga a Al b N, the preferred thickness of the layer containing In is 5 to 500 mm. When the thickness of the layer containing In is less than 5 mm, the light emission efficiency is not sufficient. On the other hand, if it is larger than 500 mm, defects are generated and the luminous efficiency is not sufficient. A more preferable thickness range is 5 mm or more and 90 mm or less.
In addition, by reducing the thickness of the light emitting layer, charges can be confined in the light emitting layer with high density, so that the light emission efficiency can be improved. For this reason, even when the difference in lattice constant is smaller than that in the above example, the layer thickness of the light emitting layer is preferably the same as that in the above example.
発光層に不純物をドープすることで、発光層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることができる。これは不純物からの発光であるため、不純物発光とよばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光層の3族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、発光層のInN混晶比は5%以上が好ましい。InN混晶比が5%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、充分な明るさを感じることができない。In混晶比を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
不純物発光に適した不純物としては、2族元素が好ましい。2族元素のなかでは、Mg、Zn、Cdをドープした場合、発光効率が高いので好適である。特に、Znが好ましい。これらの元素の濃度は、1018〜1022cm-3が好ましい。
第3の層はこれらの2族元素とともにSiまたはGeを同時にドープしてもよい。Si、Geの好ましい濃度範囲は1018〜1022cm-3である。
By doping the light emitting layer with an impurity, light can be emitted at a wavelength different from the band gap of the light emitting layer. Since this is light emission from impurities, it is called impurity light emission. In the case of impurity emission, the emission wavelength is determined by the composition of the
As an impurity suitable for impurity light emission, a
The third layer may be simultaneously doped with Si or Ge together with these
不純物発光の場合、一般に発光スペクトルがブロードになり、また注入電荷量が増すにつれて発光スペクトルがシフトする場合がある。このため、高い色純度が要求される場合や狭い波長範囲に発光パワーを集中させることが必要な場合、バンド端発光を利用する方が有利である。バンド端発光による発光素子を実現するためには、発光層に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的には、Si、Ge、Mg、CdおよびZnの各元素について、いずれもその濃度が1019cm-3以下が好ましい。さらに好ましくは1018cm-3以下である。 In the case of impurity emission, the emission spectrum generally becomes broad, and the emission spectrum may shift as the amount of injected charge increases. For this reason, when high color purity is required or when it is necessary to concentrate light emission power in a narrow wavelength range, it is advantageous to use band edge light emission. In order to realize a light emitting element using band edge light emission, the amount of impurities contained in the light emitting layer must be kept low. Specifically, the concentration of each element of Si, Ge, Mg, Cd and Zn is preferably 10 19 cm −3 or less. More preferably, it is 10 18 cm −3 or less.
バンド端発光の場合、発光色は発光層の3族元素の組成で決まる。可視部で発光させる場合、InN混晶比は10%以上が好ましい。InN混晶比が10%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、充分な明るさを感じることができない。InN混晶比が増えるにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
In the case of band edge emission, the emission color is determined by the composition of the
発光層でのInNの混晶比が高い場合、熱的な安定性が充分でなく、結晶成長中、または半導体プロセスで劣化を起こす場合がある。このような発光層の劣化を防止する目的のために発光層の次に成長する本発明の第2の層に保護機能を持たせることができる。第2の層に充分な保護機能をもたせるためには、第2の層のInNの混晶比は10%以下、AlNの混晶比は5%以上が好ましい。さらに好ましくはInN混晶比が5%以下、AlN混晶比が10%以上である。
また、第2の層に充分な保護機能を持たせるためには、第2の層の膜厚は10Å以上1μm以下が好ましい。さらに好ましくは、50Å以上5000Å以下である。保護層の膜厚が10Åより小さいと充分な効果が得られない。また、1μmより大きい場合には発光効率が減少するので好ましくない。
When the mixed crystal ratio of InN in the light emitting layer is high, thermal stability is not sufficient, and deterioration may occur during crystal growth or in a semiconductor process. For the purpose of preventing such deterioration of the light emitting layer, the second layer of the present invention grown next to the light emitting layer can be provided with a protective function. In order to provide a sufficient protective function to the second layer, the InN mixed crystal ratio of the second layer is preferably 10% or less, and the AlN mixed crystal ratio is preferably 5% or more. More preferably, the InN mixed crystal ratio is 5% or less, and the AlN mixed crystal ratio is 10% or more.
In order to provide the second layer with a sufficient protective function, the thickness of the second layer is preferably 10 to 1 μm. More preferably, it is 50 to 5000 inches. If the thickness of the protective layer is less than 10 mm, sufficient effects cannot be obtained. On the other hand, when it is larger than 1 μm, the luminous efficiency is decreased, which is not preferable.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
MOVPE法により図1に示す構造の3−5族化合物半導体を作製し、PLのスペクトルを測定し、発光状態の面内分布を評価した。
基板として25mm×25mmのサファイアC面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。成長は低温成長バッファ層としてGaNを用いる2段階成長法を用いた。常圧で厚みが約2.5μmのGaN層3を成長した。次に反応炉圧力を0.5気圧、基板温度を785℃、キャリアガスを窒素とし、キャリアガス、TEG、TMIおよびアンモニアをそれぞれ6slm、0.04sccm、0.4sccm、4slm供給して、本発明の第1の層であるIn0.3 Ga0.7 N層4を70秒間成長した。ただし、slmおよびsccmとは気体の流量の単位で1slmは1分当たり、標準状態で1リットルの体積を占める重量の気体が流れていることを示し、1000sccmは1slmに相当する。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
Example 1
A Group 3-5 compound semiconductor having the structure shown in FIG. 1 was prepared by the MOVPE method, the PL spectrum was measured, and the in-plane distribution of the emission state was evaluated.
A substrate obtained by mirror polishing a 25 mm × 25 mm sapphire C surface was used. The growth was performed by a two-step growth method using GaN as a low temperature growth buffer layer. A
成長中断工程として窒素とアンモニアだけを供給する状態を5分間保持した後、さらに同じ温度にてTEG、TEAおよびアンモニアをそれぞれ0.032sccm、0.008sccm、4slm供給して、本発明の第2の層であるGa0.8 Al0.2 N層5を10分間成長した。
なお、この層4と層5の層厚に関しては、同一の条件でさらに長い時間成長した層の厚さから求めた成長速度がそれぞれ43Å/分、30Å/分であるので、上記成長時間から求められる層厚はそれぞれ50Å、300Åと計算できる。
以上により作製した3−5族化合物半導体試料を、He−Cdレーザの325nmの発光を励起光源として、室温でのPL測定を行ったところ、周辺5mmを除く基板面内の全面で、ピーク波長が5000Å付近の強い発光が認められた。
図3に典型的なPLスペクトルを示す。スペクトルのピーク波長での検出器の出力は7.4mVであった。
After maintaining the state of supplying only nitrogen and ammonia as a growth interruption step for 5 minutes, TEG, TEA and ammonia were further supplied at the same temperature at 0.032 sccm, 0.008 sccm and 4 slm, respectively. A Ga 0.8 Al 0.2 N layer 5 as a layer was grown for 10 minutes.
It should be noted that the layer thicknesses of the
When the group 3-5 compound semiconductor sample prepared as described above was subjected to PL measurement at room temperature using 325 nm emission of a He—Cd laser as an excitation light source, the peak wavelength was observed on the entire surface within the substrate surface except for the peripheral 5 mm. Strong light emission around 5000 mm was observed.
FIG. 3 shows a typical PL spectrum. The detector output at the peak wavelength of the spectrum was 7.4 mV.
実施例2
成長中断工程の時間が2分であることを除いては、実施例1と同様に試料を作製した。この試料の室温でのPL測定を実施例1と同様にして行ったところ、周辺5mmを除く基板面内のうち、部分的にPLの弱い部分も認められたが、大部分は実施例1と同様に強いPLを示した。PLの強い分と弱い部分の典型的なPLスペクトル図4に示す。
PLの強い部分と弱い部分の基板面内に占める面積比はおおよそ3:1であった。PLの強い部分と弱い部分からのスペクトルのピーク強度はそれぞれおおよそ4mV、0.17mVであった。
Example 2
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the growth interruption time was 2 minutes. When the PL measurement at room temperature of this sample was carried out in the same manner as in Example 1, a portion with weak PL was partially observed in the substrate surface excluding the periphery of 5 mm. Similarly, strong PL was shown. A typical PL spectrum of the strong and weak parts of PL is shown in FIG.
The area ratio of the strong PL portion and the weak PL portion in the substrate surface was approximately 3: 1. The peak intensities of the spectra from the strong PL portion and the weak PL portion were approximately 4 mV and 0.17 mV, respectively.
比較例1
第1の層4の成長後、成長中断を行なわずGa0.8 Al0.2 N層5を成長したことを除いては実施例1と同様に試料を作製した。この試料について実施例1と同様にして室温でのPLの評価を行ったところ、発光する部分もあるものの、ほぼ全面にわたり発光が認められなかった。最も強く発光する部分のPLスペクトルを図5に示す。ピーク強度は約0.1mVしかなかった。
Comparative Example 1
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that after the
実施例3
実施例1と同様にしてGaNバッファ層2を形成し、1100℃でTMG、アンモニアおよびシランガスを供給して、Siをドープしたn型の膜厚2.5μmのGaN層6を成長し、さらに同じ温度にてTMG、アンモニアを供給して、ノンドープのGaN層7を1500Å成長する。次に基板温度を785℃まで下げ、窒素をキャリアガスとしてTEG、TMIおよびアンモニアを供給してIn0.3 Ga0.7 N層4を50Å成長する。窒素とアンモニアだけを供給する状態を5分間保持した後、さらに同じ温度にてTEG、TEAおよびアンモニアを供給して、Ga0.8 Al0.2 N層5を300Å成長する。
次に、基板温度を1100℃まで上げ、TMG、Cp2Mg、およびアンモニアを供給してMgをドープしたGaN層8を5000Å成長する。
以上により作製した3−5族化合物半導体試料を反応炉から取り出したのち、窒素中でアニール処理を施し、MgをドープしたGaN層を低抵抗のp型層にする。こうして得た試料に常法により電極を形成し、LEDとすることで、基板面内に均一性よくLEDを作製することができる。
Example 3
A
Next, the substrate temperature is raised to 1100 ° C., and TMG,
After the 3-5 group compound semiconductor sample produced as described above is taken out of the reaction furnace, it is annealed in nitrogen to make the GaN layer doped with Mg into a low resistance p-type layer. By forming an electrode on the sample obtained in this manner by a conventional method to obtain an LED, the LED can be fabricated with good uniformity within the substrate surface.
1…基板
2…バッファ層
3…Gaa Alb N層
4…Inx Gay Alz N層
5…Inu Gav Alw N層
6…n型GaN層
7…ノンドープGaN層
8…p型GaN層
1 ...
Claims (6)
The brightness of any one of claims 1 to 5, wherein the concentration of each element of Si, Ge, Cd, Zn, and Mg contained in the first layer is 10 19 cm -3 or less. Uniformity method.
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