JP2006108535A - Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use - Google Patents

Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use Download PDF

Info

Publication number
JP2006108535A
JP2006108535A JP2004295799A JP2004295799A JP2006108535A JP 2006108535 A JP2006108535 A JP 2006108535A JP 2004295799 A JP2004295799 A JP 2004295799A JP 2004295799 A JP2004295799 A JP 2004295799A JP 2006108535 A JP2006108535 A JP 2006108535A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
compound semiconductor
nitride
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004295799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadanori Yamanaka
貞則 山中
Yoshinobu Ono
善伸 小野
Yoshihiko Tsuchida
良彦 土田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2004295799A priority Critical patent/JP2006108535A/en
Publication of JP2006108535A publication Critical patent/JP2006108535A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride compound semiconductor for applying an element showing high electrostatic breakdown resistance. <P>SOLUTION: (1) This nitride compound semiconductor is provided with a p-type contact layer and a light emission layer and an n-type contact layer, and characterized by laminating an n-type first layer expressed by a general formula In<SB>a</SB>Ga<SB>b</SB>Al<SB>c</SB>N(a+b+c=1, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤1), and an n-type second layer expressed by In<SB>d</SB>Ga<SB>e</SB>Al<SB>f</SB>N(0≤d≤1, 0≤e≤1, 0≤f≤1, d+e+f=1), whose space charge density is lower than that of the first layer between the light emission layer and the p-type contact layer successively from the light emission layer side. (2) This nitride compound semiconductor is characterized so that the second layer can be constituted as an n-type impurity dope layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一般式InxGayAlzN(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される化合物半導体、その製造方法及びその用途に関するものである。 The present invention relates to a 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), a manufacturing method thereof, and It relates to the use.

紫外もしくは青色の発光ダイオードやレーザダイオード等の発光素子の材料として、一般式InxGayAlzN(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される化合物半導体(以下、窒化物系化合物半導体と略称する)が知られている。
このような窒化物系化合物半導体からなる発光素子は、発光素子を組み込んだ発光装置を製造する過程や、発光装置を動作させている状況において、人体に生じる静電気より遥かに弱い50V以下の電圧(静電耐圧)でも特性が劣化し、場合によっては素子破壊に至ることもあり、静電破壊耐性の向上が検討されている。
As a material of a light emitting element such as an ultraviolet or blue light emitting diode or a laser diode, 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 known (hereinafter abbreviated as nitride compound semiconductor).
A light-emitting element made of such a nitride compound semiconductor has a voltage of 50 V or less (50 V or less) that is much weaker than static electricity generated in the human body in the process of manufacturing a light-emitting device incorporating the light-emitting element or operating the light-emitting device. Even in the case of electrostatic withstand voltage, the characteristics deteriorate, and in some cases, the element may be destroyed.

例えば、活性層の上に、順にp型クラッド層と、p型クラッド層より低濃度でp型不純物を含有するp型低濃度ドープ層と、p型クラッド層より高濃度でp型不純物を含有するp型コンタクト層を有する窒化物系化合物半導体素子が提案され、このp型低濃度ドープ層は、1050℃下に、成長時はアンドープとして成長させるが、これが成長する間やp型コンタクト層の成長時に、p型クラッド層にドープされているp型不純物が拡散することにより形成されることも開示されている(例えば、特許文献1)。
またn型多層膜と多重量子井戸とp型多層膜を積層してなる窒化物系化合物半導体素子(例えば、特許文献2)、発光層とn型コンタクト層との間にn型コンタクト層よりも電子濃度の低いn型層を1150℃で設けてなる窒化物系化合物半導体素子(例えば、特許文献3)等が提案されている。
For example, a p-type cladding layer, a p-type lightly doped layer containing a p-type impurity at a lower concentration than the p-type cladding layer, and a p-type impurity at a higher concentration than the p-type cladding layer on the active layer. A nitride-based compound semiconductor device having a p-type contact layer is proposed, and this p-type lightly doped layer is grown at 1050 ° C. as undoped during growth. It is also disclosed that a p-type impurity doped in the p-type cladding layer is formed by diffusion during growth (for example, Patent Document 1).
In addition, a nitride-based compound semiconductor device in which an n-type multilayer film, a multiple quantum well, and a p-type multilayer film are stacked (for example, Patent Document 2), and more than an n-type contact layer between a light-emitting layer and an n-type contact layer. A nitride-based compound semiconductor device (for example, Patent Document 3) in which an n-type layer having a low electron concentration is provided at 1150 ° C. has been proposed.

特開2001−148507号公報JP 2001-148507 A 特開2000−244072号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-244072 特開平9−92880号公報JP-A-9-92880

しかし、上記のような活性層上にp型クラッド層と、p型低濃度ドープ層と、p型コンタクト層をこの順で有する窒化物系化合物半導体素子、n型多層膜と多重量子井戸とp型多層膜を積層なる窒化物系化合物半導体素子等は、静電破壊耐性が十分満足し得るものではなく、また電子濃度の低いn型層を1150℃で設けてなる窒化物系化合物半導体素子では、正方向の静電耐圧を改善できても、逆方向の静電耐圧の改善は不十分であるという問題があった。   However, a nitride compound semiconductor device having a p-type cladding layer, a p-type lightly doped layer, and a p-type contact layer in this order on the active layer as described above, an n-type multilayer film, a multiple quantum well, and p Nitride-based compound semiconductor elements, etc., in which a multi-layered multilayer film is laminated cannot sufficiently satisfy electrostatic breakdown resistance, and a nitride-based compound semiconductor element in which an n-type layer having a low electron concentration is provided at 1150 ° C. Even if the electrostatic withstand voltage in the positive direction can be improved, there has been a problem that the improvement in the electrostatic withstand voltage in the reverse direction is insufficient.

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決する点にあり、高い静電破壊耐性を示す素子を与える窒化物系化合物半導体、その製造方法およびその用途を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to provide a nitride-based compound semiconductor that provides an element exhibiting high electrostatic breakdown resistance, a method for manufacturing the same, and a use thereof.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、窒化物系化合物半導体の層構造について鋭意検討した結果、発光層とp型コンタクト層との間に、発光層側から順に、n型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いn型の第2の層とを有するという特定の層構造を有する窒化物系化合物半導体が、静電耐圧の飛躍的に向上した窒化物系化合物半導体素子を与えることを見出すとともに、更に種々の検討を加え、本発明を完成した。   As a result of intensive studies on the layer structure of a nitride-based compound semiconductor in order to solve the above-described problems, the present inventors have found that an n-type first layer is disposed between the light-emitting layer and the p-type contact layer in order from the light-emitting layer side. And a nitride-based compound semiconductor having a specific layer structure in which the n-type second layer having a lower space charge density than the first layer has a significantly improved electrostatic breakdown voltage The present invention has been completed by finding that a compound semiconductor device is provided, and by further various studies.

すなわち本発明は、[1]p型コンタクト層と発光層とn型コンタクト層とを備えた窒化物系化合物半導体であって、発光層とp型コンタクト層との間に発光層側から順に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるn型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いIndGaeAlfN(ただし、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1、d+e+f=1)で表されるn型の第2の層とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体を提供するものである。
また本発明は、[2]第2の層がn型不純物ドープ層であることを特徴とする上記[1]の窒化物系化合物半導体を提供するものである。
That is, the present invention provides [1] a nitride-based compound semiconductor including a p-type contact layer, a light-emitting layer, and an n-type contact layer, and in order from the light-emitting layer side between the light-emitting layer and the p-type contact layer, An n-type first layer represented by the general formula In a Ga b Al c N (where a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1); N d type second represented by In d Ga e Al f N (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1, d + e + f = 1) having a lower space charge density than the layer of The present invention provides a nitride-based compound semiconductor comprising a layer.
The present invention also provides [2] a nitride compound semiconductor according to [1] above, wherein the second layer is an n-type impurity doped layer.

さらに本発明は、[3]p型コンタクト層と発光層とn型コンタクト層とを備えた窒化物系化合物半導体を製造するに当たり、発光層とp型コンタクト層との間に発光層側から順に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるn型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いIndGaeAlfN(ただし、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1、d+e+f=1)で表されるn型の第2の層とを成長させることを特徴とする窒化物系化合物半導体の製造方法、
[4]第2の層をn型不純物ドープ層として成長させることを特徴とする上記[3]の窒化物系化合物半導体の製造方法、
[5]上記[1]若しくは[2]の窒化物系化合物半導体又は上記[3]若しくは[4]の製造方法によって得られる窒化物系化合物半導体を用いてなる発光素子、
を提供するものである。
Furthermore, in manufacturing a nitride compound semiconductor having [3] a p-type contact layer, a light-emitting layer, and an n-type contact layer, the present invention is arranged in order from the light-emitting layer side between the light-emitting layer and the p-type contact layer. An n-type first layer represented by the general formula In a Ga b Al c N (where a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1), N d type second represented by In d Ga e Al f N (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1, d + e + f = 1) having a lower space charge density than the first layer. A method of manufacturing a nitride-based compound semiconductor, characterized by growing a layer of
[4] The method for producing a nitride compound semiconductor according to [3], wherein the second layer is grown as an n-type impurity doped layer,
[5] A light emitting device using the nitride compound semiconductor according to [1] or [2] or the nitride compound semiconductor obtained by the production method according to [3] or [4],
Is to provide.

本発明の窒化物系化合物半導体は、高い静電破壊耐性を示す発光素子を与えるので、工業的に有利である。   The nitride-based compound semiconductor of the present invention is industrially advantageous because it provides a light emitting device exhibiting high electrostatic breakdown resistance.

以下、本発明の実施の形態の一例について図面を参照して説明する。
本発明の対象となる窒化物系化合物半導体は、一般式InxGayAlzN(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される化合物半導体である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The nitride-based compound semiconductor that is the subject of the present invention is 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). Compound semiconductor.

該窒化物系化合物半導体を成長させるための基板としては、例えばサファイア基板、SiC基板、Si基板、埋め込み成長により転位密度を低減させたGaN基板、Si上GaN基板、フリースタンディングGaN基板、AlN基板、ZrB2、CrB2基板等が挙げられる。
ここで、窒化物系化合物半導体基板以外のこれら基板上に直接該窒化物系化合物半導体を成長した場合、格子不整合のため、十分高品質な結晶が得られない場合がある。このような場合、バッファ層として、例えば400〜600℃程度の低温でGaN、AlGaN、AlN、InGaAlN、SiC等の層を先ず基板上に成長させた後、さらに該窒化物系化合物半導体を成長させて成る2段階成長法によって、高品質な結晶が得られる。
As a substrate for growing the nitride compound semiconductor, for example, a sapphire substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a GaN substrate having a dislocation density reduced by embedded growth, a GaN substrate on Si, a free-standing GaN substrate, an AlN substrate, Examples include ZrB 2 and CrB 2 substrates.
Here, when the nitride compound semiconductor is grown directly on these substrates other than the nitride compound semiconductor substrate, a sufficiently high quality crystal may not be obtained due to lattice mismatch. In such a case, as a buffer layer, a layer of GaN, AlGaN, AlN, InGaAlN, SiC, or the like is first grown on the substrate at a low temperature of, for example, about 400 to 600 ° C., and then the nitride compound semiconductor is further grown. High-quality crystals can be obtained by the two-stage growth method.

図1は、本発明の窒化物系化合物半導体を用いた発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
該窒化物系化合物半導体の製造方法としては、種々の公知方法が挙げられるが、有機金属気相成長成長法(MOVPE法)を用いることが好ましい。以下、MOVPE法よる製造方法の一例を説明する。
サファイア基板1の上に、GaNバッファ層2を形成し、さらに該GaNバッファ層上にn型コンタクト層3を形成する。GaNバッファ層2の厚さは10〜100nmとすることが望ましい。また、基板、バッファ層は、前記したものも使用し得る。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a light emitting device using the nitride-based compound semiconductor of the present invention.
As a method for producing the nitride-based compound semiconductor, various known methods can be mentioned, but it is preferable to use a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE method). Hereinafter, an example of the manufacturing method by the MOVPE method will be described.
A GaN buffer layer 2 is formed on the sapphire substrate 1, and an n-type contact layer 3 is further formed on the GaN buffer layer. The thickness of the GaN buffer layer 2 is preferably 10 to 100 nm. The substrate and buffer layer described above can also be used.

n型コンタクト層3は発光素子の動作電圧を上昇させないために空間電荷密度1×1018cm-3以上とし、かつ、1×1021cm-3以下とすることが望ましい。この空間電荷密度は、層内のイオン化した不純物濃度に相当し、熱活性化されたキャリア濃度に対応する。一般に容量−電圧(CV)測定法により得られる値である。このようなn型コンタクト層は、成長温度900℃〜1200℃でのInaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a<1、0<b≦1、0≦c<1)結晶成長時にn型ドーパントガス、あるいは有機金属原料を適当量混入させる公知方法により容易に得られる。n型ドーパント原料としては、シラン、ジシラン、ゲルマン、テトラメチルゲルマニウム、テトラエチルゲルマニウムなどが好適である。また、空間電荷密度が1×1021cm-3を超えると結晶性が悪化する傾向があり、発光素子特性に悪影響を及ぼす恐れがあるため好ましくない。
また、In、Alの混晶比が高いと特に低温では結晶品質が低下し、空間電荷密度が高くなるため、In組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。また、Al組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。n型コンタクト層3はGaNであることが最も好ましい。
The n-type contact layer 3 preferably has a space charge density of 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less in order not to increase the operating voltage of the light emitting element. This space charge density corresponds to the ionized impurity concentration in the layer and corresponds to the thermally activated carrier concentration. Generally, it is a value obtained by a capacitance-voltage (CV) measurement method. Such an n-type contact layer is made of In a Ga b Al c N at a growth temperature of 900 ° C. to 1200 ° C. (where a + b + c = 1, 0 ≦ a <1, 0 <b ≦ 1, 0 ≦ c <1). It can be easily obtained by a known method in which an appropriate amount of n-type dopant gas or organic metal raw material is mixed during crystal growth. As the n-type dopant material, silane, disilane, germane, tetramethylgermanium, tetraethylgermanium and the like are suitable. Further, when the space charge density exceeds 1 × 10 21 cm −3 , the crystallinity tends to be deteriorated, which may adversely affect the characteristics of the light emitting device, which is not preferable.
In addition, when the mixed crystal ratio of In and Al is high, the crystal quality is deteriorated particularly at a low temperature and the space charge density is increased. Therefore, the In composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. The Al composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. The n-type contact layer 3 is most preferably GaN.

次に、前記n型コンタクト層3上に、IndGaeAlfN(ただし、d+e+f=1、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1)で表される窒化物系化合物半導体層4を設ける。
この半導体層4は、ノンドープであることが好ましく、これにより一層良好な静電耐圧特性と良好なLED発光特性と電気特性を得ることができる。成長温度は、通常900〜1200℃の範囲、好ましくは、1000〜1150℃の範囲である。例えば、成長温度1100℃、アンモニアガスを5族原料、トリエチルガリウムを3族原料とし、結晶成長する。このとき、n型ドーパントガスおよびp型ドーパントガスは意図的に混入させず、ノンドープ条件とする。このような結晶成長条件によって形成される半導体層4の空間電荷密度はn型の5×1016cm-3未満とすることができる。好ましくは1×1016cm-3以下である。
ただし、このような低キャリア濃度層が、厚すぎると発光素子の直列抵抗成分となるので、半導体層4の膜厚は600nm以下にすることが好ましい。より好ましくは、10〜300nmである。さらに好ましくは、50〜300nmである。
窒化物系化合物半導体4は、In、Alの混晶比が高いと特に低温では結晶品質が低下し、キャリア濃度が高くなるため、In組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。また、Al組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。最も好ましくはGaNである。
Next, a nitride represented by In d Ga e Al f N (where d + e + f = 1, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1) is formed on the n-type contact layer 3. A system compound semiconductor layer 4 is provided.
The semiconductor layer 4 is preferably non-doped, and thereby, better electrostatic withstand voltage characteristics, better LED light emission characteristics, and electrical characteristics can be obtained. The growth temperature is usually in the range of 900 to 1200 ° C, preferably in the range of 1000 to 1150 ° C. For example, crystal growth is performed using a growth temperature of 1100 ° C., ammonia gas as a Group 5 material, and triethylgallium as a Group 3 material. At this time, the n-type dopant gas and the p-type dopant gas are not intentionally mixed and are set to non-doping conditions. The space charge density of the semiconductor layer 4 formed under such crystal growth conditions can be less than n-type 5 × 10 16 cm −3 . It is preferably 1 × 10 16 cm −3 or less.
However, if such a low carrier concentration layer is too thick, it becomes a series resistance component of the light emitting element, and therefore the thickness of the semiconductor layer 4 is preferably 600 nm or less. More preferably, it is 10-300 nm. More preferably, it is 50-300 nm.
The nitride-based compound semiconductor 4 has a high In / Al mixed crystal ratio, so that the crystal quality is lowered and the carrier concentration is increased particularly at low temperatures. Therefore, the In composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. is there. The Al composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. Most preferred is GaN.

前記窒化物系化合物半導体層4と発光層5との間に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるノンドープの窒化物系化合物半導体層4’(図示せず)を設けてもよい。該半導体層4’は、通常550〜850℃の範囲で、好ましくは700〜800℃の範囲で成長させる。例えば、成長温度775℃にし、アンモニアガスを5族原料、トリエチルガリウムを3族原料とし、結晶成長させる。このとき、n型ドーパントガスおよびp型ドーパントガスは意図的に混入させず、ノンドープ条件とすることが重要である。このような結晶成長条件によって形成される該半導体層4’の空間電荷密度はn型で1×1017〜1×1018cm-3とすることができる。
該半導体層4’は、In、Alの混晶比が高いと特に低温では結晶品質が低下し、キャリア濃度が高くなるため、In組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。また、Al組成は好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下である。最も好ましくはGaNである。
Between the light emitting layer 5 and the nitride compound semiconductor layer 4, the general formula In a Ga b Al c N (provided that, a + b + c = 1,0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1 A non-doped nitride compound semiconductor layer 4 ′ (not shown) may be provided. The semiconductor layer 4 ′ is usually grown in the range of 550 to 850 ° C., preferably in the range of 700 to 800 ° C. For example, the growth temperature is set to 775 ° C., ammonia gas is used as a Group 5 raw material, and triethylgallium is used as a Group 3 raw material for crystal growth. At this time, it is important that the n-type dopant gas and the p-type dopant gas are not mixed intentionally and the non-doping condition is used. The space charge density of the semiconductor layer 4 ′ formed under such crystal growth conditions can be n-type and 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 .
In the semiconductor layer 4 ′, when the mixed crystal ratio of In and Al is high, the crystal quality is deteriorated particularly at a low temperature and the carrier concentration is high. Therefore, the In composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. . The Al composition is preferably 5% or less, more preferably 1% or less. Most preferred is GaN.

また、該半導体層4’の膜厚を調整することで静電耐圧を一層向上させることが可能である。しかしながら、該半導体層4’の膜厚が薄すぎると静電耐圧の改善効果が低下する傾向にあり、厚すぎると発光素子動作時のリーク電流が増加する傾向にあるなどの素子特性に悪影響をおよぼす恐れがある。従って、該半導体層4’の膜厚は、通常70〜500nmの範囲、好ましくは、70〜250nmの範囲である。
なお、該半導体層4’は、発光層である井戸層の下に接するバリア層を兼ねてもよいし、n型コンタクト層3と窒化物系化合物半導体層4の間に設けても良い。また井戸層の上に接するバリア層を兼ねても良いし、後述の第1の層と第2の層との間、あるいは第2の層とp型コンタクト層8との間に設けても良い。
In addition, the electrostatic withstand voltage can be further improved by adjusting the film thickness of the semiconductor layer 4 ′. However, if the thickness of the semiconductor layer 4 ′ is too thin, the effect of improving the electrostatic withstand voltage tends to decrease, and if it is too thick, the element characteristics such as a tendency to increase the leakage current when the light emitting element operates are adversely affected. There is a risk of impact. Therefore, the film thickness of the semiconductor layer 4 ′ is usually in the range of 70 to 500 nm, preferably in the range of 70 to 250 nm.
The semiconductor layer 4 ′ may also serve as a barrier layer in contact with the light emitting layer under the well layer, or may be provided between the n-type contact layer 3 and the nitride compound semiconductor layer 4. It may also serve as a barrier layer in contact with the well layer, or may be provided between a first layer and a second layer, which will be described later, or between the second layer and the p-type contact layer 8. .

次に、発光層5は、通常、前記窒化物半導体層4上に形成される。図1に示す発光層5は、バリア層であるGaN層の5A〜5Fと、井戸層であるIngGahN(ただし、g+h=1、0<g<1、0<h<1)層の5G〜5Kからなる多重量子井戸構造としている。図1では井戸層を5つにしているが、少なくとも1つの井戸層があればよい。ここで、GaN層5A〜5Fおよび、IngGahN層の5G〜5Kの膜厚、混晶比は目的とする発光素子の特性にあわせて、適宜決めることができる。例えば、発光波長470nm程度の青色発光素子を目的とするならば、GaN層を3〜30nm、IngGahN層を1〜5nm、平均In組成は、5〜40%程度にすればよい。
また障壁層の成長温度は、通常500〜1000℃、好ましくは700〜900℃であり、井戸層の成長温度は、通常650〜850℃、好ましくは700〜850℃である。
Next, the light emitting layer 5 is usually formed on the nitride semiconductor layer 4. The light emitting layer 5 shown in FIG. 1 includes a GaN layer 5A to 5F as a barrier layer, and an In g Ga h N (where g + h = 1, 0 <g <1, 0 <h <1) layer as a well layer. The multiple quantum well structure consisting of 5G to 5K. Although five well layers are shown in FIG. 1, at least one well layer is sufficient. Here, the film thicknesses and mixed crystal ratios of the GaN layers 5A to 5F and the In g Ga h N layer of 5G to 5K can be appropriately determined according to the characteristics of the target light emitting element. For example, if a blue light emitting device having an emission wavelength of about 470 nm is intended, the GaN layer may be 3 to 30 nm, the In g Ga h N layer may be 1 to 5 nm, and the average In composition may be about 5 to 40%.
Moreover, the growth temperature of a barrier layer is 500-1000 degreeC normally, Preferably it is 700-900 degreeC, and the growth temperature of a well layer is 650-850 degreeC normally, Preferably it is 700-850 degreeC.

本発明は、上記のような発光層5と後述のp型コンタクト層8との間に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるn型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いIndGaeAlfN(ただし、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1、d+e+f=1)で表されるn型の第2の層とを有することを特徴とするものである。
ここで、第1の層6は、キャリア閉じ込めを有効にして発光特性向上をする観点からは、発光層に対して伝導帯におけるポテンシャル障壁を大きくできるように、AlGaNであることが好ましい。また第1の層6の成長温度は、発光層の耐熱性が低いことから、発光層の成長温度と同程度の比較的低温度とすることが望ましい。しかし低温で成長することにより結晶欠陥が多く発生し、このため、空間電荷密度の高いn型になりやすいので、比較的低空間電荷密度のn型にするため、p型ドーパントを供給する必要がある。またp型ドーパントを用いた場合、後述の第2の層7の成長時、p型コンタクト層8の成長時等において、これが第1の層から発光層に拡散し、発光特性に悪影響を及ぼす恐れがあるため、p型ドーパントとしては、比較的低い濃度で空間電荷密度の低いn型を得ることができるMg(特開2002−158375号公報)が好ましく用いられる。第1の層6における空間電荷密度は、通常1×1014〜5×1018cm-3、好ましくは1×1015〜1×1018cm-3である。
In the present invention, a general formula In a Ga b Al c N (where a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦) is provided between the light emitting layer 5 and the p-type contact layer 8 described later. An n-type first layer represented by 1, 0 ≦ c ≦ 1) and In d Ga e Al f N having a lower space charge density than the first layer (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1, d + e + f = 1) and an n-type second layer.
Here, from the viewpoint of improving the light emission characteristics by making the carrier confinement effective, the first layer 6 is preferably AlGaN so that the potential barrier in the conduction band can be increased with respect to the light emitting layer. Further, the growth temperature of the first layer 6 is desirably a relatively low temperature comparable to the growth temperature of the light emitting layer because the heat resistance of the light emitting layer is low. However, growing at a low temperature causes many crystal defects, and therefore, it tends to be an n-type having a high space charge density. Therefore, it is necessary to supply a p-type dopant in order to obtain an n-type having a relatively low space charge density. is there. Further, when a p-type dopant is used, this may diffuse from the first layer to the light emitting layer during the growth of the second layer 7 and the p-type contact layer 8, which will be described later, and adversely affect the light emission characteristics. Therefore, as the p-type dopant, Mg (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-158375) that can obtain an n-type having a relatively low concentration and a low space charge density is preferably used. The space charge density in the first layer 6 is usually 1 × 10 14 to 5 × 10 18 cm −3 , preferably 1 × 10 15 to 1 × 10 18 cm −3 .

井戸層はその成長温度より高い温度にさらされると、相分離や結晶構造が破壊されるなど、結晶品質が劣化する場合がある。このような井戸層の熱による劣化を防止するため、第1の層6は、低温成長することが好ましく、通常700〜1100℃、好ましくは、750〜1000℃、さらに好ましくは、750〜900℃で成長させる。膜厚に関しては、電荷の注入を良好とするためには薄いほうが好ましいが、井戸層を熱劣化から防止するためには高温度で成長するp型コンタクト層との距離を離すことが好ましい。第1の層6は、通常0.5nm〜3000nm、好ましくは0.5nm〜100nm、さらに好ましくは0.5nm〜50nmである。   When the well layer is exposed to a temperature higher than its growth temperature, the crystal quality may be deteriorated, such as phase separation or destruction of the crystal structure. In order to prevent such deterioration of the well layer due to heat, the first layer 6 is preferably grown at a low temperature, usually 700 to 1100 ° C., preferably 750 to 1000 ° C., more preferably 750 to 900 ° C. Grow in. Regarding the film thickness, a thin film is preferable for good charge injection, but it is preferable to keep a distance from the p-type contact layer grown at a high temperature in order to prevent the well layer from being thermally deteriorated. The 1st layer 6 is 0.5 nm-3000 nm normally, Preferably it is 0.5 nm-100 nm, More preferably, it is 0.5 nm-50 nm.

また第2の層7は、AlInGaN等の混晶である場合は、その混晶比によりバンドギャップが変化すること、結晶品質が変化するなどの理由から、空間電荷密度の制御が容易ではなくなるくなる傾向にある。そのため、第2の層7はGaNであることが好ましい。 該第2の層7において、その空間電荷密度は、n型の第1の層6の空間電荷密度より更に低い必要があり、通常1017cm-3以下、好ましくは1016cm-3以下である。
ここで、第2の層における空間電荷密度が高過ぎると、静電耐圧の改善効果が低減する傾向にあるのみならず発光層への正孔の注入効率が低下する傾向にあるので好ましくない。また第2の層7をn型とすることにより、pn接合界面近傍の空乏層が広がりやすくなり、静電耐圧の一層の改善をはかることができる。
Further, when the second layer 7 is a mixed crystal such as AlInGaN, it is not easy to control the space charge density because the band gap changes depending on the mixed crystal ratio and the crystal quality changes. Tend to be. Therefore, the second layer 7 is preferably GaN. In the second layer 7, the space charge density needs to be lower than the space charge density of the n-type first layer 6 and is usually 10 17 cm −3 or less, preferably 10 16 cm −3 or less. is there.
Here, if the space charge density in the second layer is too high, not only the effect of improving the electrostatic withstand voltage tends to be reduced but also the efficiency of hole injection into the light emitting layer tends to be lowered, which is not preferable. In addition, by making the second layer 7 n-type, the depletion layer near the pn junction interface can be easily spread, and the electrostatic withstand voltage can be further improved.

ここで、空間電荷密度の低い第2の層7を成長させる方法としては、p型ドーパント原料を用いた第1の層6と同じ成長装置を用いる場合は、p型ドーパント源のメモリー効果により、第2の層7にはp型ドーパントが混入するため、第2の層の空間電荷密度の制御が容易ではない。そこで、この場合は、n型ドーパントをドープする。このことにより再現性よく容易に空間電荷密度を制御することができる。
一方、p型ドーパント源のメモリー効果の発現の恐れのない成長装置、例えばp型ドーパント源を用いていない成長装置、p型ドーパント源を用いた後に洗浄を充分行った成長装置等を用いる場合は、n型ドーパントをドープせずに空間電荷密度を低減し得、第1の層の空間電荷密度より低くすることも可能である。
Here, as a method of growing the second layer 7 having a low space charge density, when the same growth apparatus as the first layer 6 using the p-type dopant raw material is used, due to the memory effect of the p-type dopant source, Since the p-type dopant is mixed in the second layer 7, it is not easy to control the space charge density of the second layer. Therefore, in this case, an n-type dopant is doped. This makes it possible to easily control the space charge density with good reproducibility.
On the other hand, in the case of using a growth apparatus that does not have the risk of developing the memory effect of the p-type dopant source, such as a growth apparatus that does not use the p-type dopant source, or a growth apparatus that has been sufficiently cleaned after using the p-type dopant source. The space charge density can be reduced without doping with an n-type dopant, and can be made lower than the space charge density of the first layer.

n型ドーパントをドープする場合は、4族元素と6族元素が通常用いられる。具体的には、Si、Ge、Oが挙げられ、n型が作りやすく、原料純度の高いものが得られるSiが好ましい。Siドーパントの原料しては、シラン、ジシランなどが好適である。Geドーパントの原料としては、ゲルマン、テトラメチルゲルマニウム、テトラエチルゲルマニウムなどが好適である。   When doping an n-type dopant, a group 4 element and a group 6 element are usually used. Specific examples include Si, Ge, and O, and Si is preferable because it is easy to form an n-type and can be obtained with high raw material purity. Silane, disilane, and the like are suitable as the Si dopant material. As a raw material for the Ge dopant, germane, tetramethylgermanium, tetraethylgermanium and the like are suitable.

また第2の層7の膜厚は、通常20nm〜2000nm、好ましくは100nm〜2000nm、より好ましくは200nm〜2000nmである。ここで、第2の層7の厚さが薄過ぎると高い静電耐圧の効果が得られにくく、また厚過ぎると発光素子に電流が流れにくくなる傾向にあり、素子の発光効率が低下の傾向、駆動電圧も大きくなる傾向がある。
第2の層7の成長温度は、結晶品質を高めた方が空間電荷密度の再現性が向上するため、高い方がよい。しかしながら、成長温度を高くすることにより、上述した第1の層6のp型ドーパントが発光層に拡散する恐れがあり、発光層の品質に悪影響を及ぼす場合があるため、高くしすぎることは好ましくない。第2の成長温度は、通常800〜1200℃の範囲で成長させる。好ましくは、900〜1150℃の範囲で成長させる。
The film thickness of the second layer 7 is usually 20 nm to 2000 nm, preferably 100 nm to 2000 nm, more preferably 200 nm to 2000 nm. Here, if the thickness of the second layer 7 is too thin, it is difficult to obtain the effect of high electrostatic withstand voltage, and if it is too thick, current tends to hardly flow through the light emitting element, and the luminous efficiency of the element tends to decrease. The driving voltage tends to increase.
The growth temperature of the second layer 7 is preferably higher because the reproducibility of the space charge density is improved when the crystal quality is increased. However, if the growth temperature is increased, the p-type dopant of the first layer 6 described above may diffuse into the light emitting layer, which may adversely affect the quality of the light emitting layer. Absent. The second growth temperature is usually grown in the range of 800 to 1200 ° C. Preferably, it grows in the range of 900-1150 degreeC.

次いで、第2の層7の上にp型コンタクト層8を形成する。p型コンタクト層8は発光素子の動作電圧を上昇させないために空間電荷密度は、5×1015cm-3以上のp型とすることが好ましい。より好ましくは、1×1016〜5×1019cm-3である。このようなp型コンタクト層は、成長温度800℃〜1100℃でのInaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)結晶成長時にドーパント用原料ガスを適当量、混入させて結晶成長した後、熱処理をする等の公知方法により容易に得られる。
p型コンタクト層8は、Alの混晶比が高いと接触抵抗が高くなる傾向にあるので、Al組成は通常5%以下、好ましくは1%以下である。より好ましくはInGaN、GaN、最も好ましくはGaNである。
Next, the p-type contact layer 8 is formed on the second layer 7. The p-type contact layer 8 is preferably p-type having a space charge density of 5 × 10 15 cm −3 or more so as not to increase the operating voltage of the light emitting element. More preferably, it is 1 * 10 < 16 > -5 * 10 < 19 > cm < -3 >. Such a p-type contact layer is made of In a Ga b Al c N at a growth temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. (where a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1). It can be easily obtained by a known method such as heat treatment after crystal growth by mixing an appropriate amount of dopant source gas during crystal growth.
Since the p-type contact layer 8 tends to have high contact resistance when the mixed crystal ratio of Al is high, the Al composition is usually 5% or less, preferably 1% or less. More preferred is InGaN, GaN, and most preferred is GaN.

また、p型コンタクト層8は多層膜としてもよい。この場合は、組成の異なるInaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)の積層構造とすることができるが、電極との接触抵抗を低減するため、電極に接する層は、空間電荷密度を高める方がよく、InGaNあるいはGaNであることが好ましい。 The p-type contact layer 8 may be a multilayer film. In this case, a stacked structure of In a Ga b Al c N (a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1) having different compositions can be used. In order to reduce the contact resistance with the electrode, the layer in contact with the electrode should have a higher space charge density, and is preferably InGaN or GaN.

ここで、p型層の膜厚は、薄すぎると良好な接触抵抗が得られないので通常60nm以上とする。好ましくは、300nm、より好ましくは400nm、さらに好ましくは500nm以上、最も好ましくは600nm以上である。p型層の膜厚を厚くすることにより、静電耐圧が一層向上する。なお膜厚が500nm以上である場合は、光出力も一層向上するので、p型層の合計膜厚を500nm以上とすることにより、光出力、静電耐圧ともに一層優れた発光素子を提供することができる。
またp層膜厚があまり厚すぎると、基板の反りを生じたり、製造時間が長くなるなどの問題を生じるため好ましくない。好ましくは3μm以下である。
Here, if the thickness of the p-type layer is too thin, good contact resistance cannot be obtained. Preferably, it is 300 nm, more preferably 400 nm, still more preferably 500 nm or more, and most preferably 600 nm or more. By increasing the thickness of the p-type layer, the electrostatic withstand voltage is further improved. When the film thickness is 500 nm or more, the light output is further improved. Therefore, by providing the total film thickness of the p-type layer to 500 nm or more, it is possible to provide a light-emitting element that has more excellent light output and electrostatic withstand voltage. Can do.
On the other hand, if the p-layer film thickness is too large, problems such as warping of the substrate and an increase in manufacturing time occur. Preferably it is 3 micrometers or less.

MOVPE法を用いて上記のような各層を成長させる場合は、以下のような原料から適宜選択し、これを用いることができる。   When each layer as described above is grown using the MOVPE method, it can be appropriately selected from the following raw materials and used.

3族のガリウム原料としては、例えば、トリメチルガリウム(TMG)、トリエチルガリウム(TEG)等の一般式R123Ga(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が挙げられる。 Examples of Group 3 gallium raw materials include general formulas R 1 R 2 R 3 Ga such as trimethyl gallium (TMG) and triethyl gallium (TEG) (where R 1 , R 2 and R 3 represent lower alkyl groups). And trialkylgallium.

アルミニウム原料としては、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリエチルアルミニウム(TEA)、トリイソブチルアルミニウム等の一般式R123Al(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が挙げられる。 As an aluminum raw material, general formula R 1 R 2 R 3 Al such as trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), triisobutylaluminum (wherein R 1 , R 2 and R 3 represent lower alkyl groups). ) Represented by trialkylaluminum.

インジウム原料としては、トリメチルインジウム(TMI)、トリエチルインジウム等の一般式R123In(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、ジエチルインジウムクロライドなどのトリアルキルインジウムから1ないし3つのアルキル基をハロゲン原子に交換したもの、インジウムクロライドなど一般式InX(Xはハロゲン原子)で表されるハロゲン化インジウム等があげられる。 As an indium raw material, a trialkyl represented by a general formula R 1 R 2 R 3 In (wherein R 1 , R 2 and R 3 represent lower alkyl groups) such as trimethylindium (TMI) and triethylindium. Examples thereof include those obtained by exchanging 1 to 3 alkyl groups with halogen atoms from trialkylindium such as indium and diethylindium chloride, and indium halides represented by the general formula InX (X is a halogen atom) such as indium chloride.

また、5族原料としては、例えばアンモニア、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、などがあげられる。これらは単独で、または任意の組み合わせで混合して用いることができる。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、半導体中への炭素汚染の影響が少なく好適である。   Examples of the Group 5 materials include ammonia, hydrazine, methyl hydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, ethylenediamine, and the like. These can be used alone or in combination in any combination. Among these raw materials, ammonia and hydrazine are preferable because they do not contain carbon atoms in the molecule and are less affected by carbon contamination in the semiconductor.

p型ドーパントとしては、例えばMg、Zn、Cd、Ca、Be等が挙げられる。なかでもMg、Caが好ましく使用される。p型ドーパントであるMgの原料としては、例えばビスシクロペンタジエチルマグネシウム[(C552Mg]、ビスメチルシクロペンタジエチルマグネシウム[(C54CH32Mg]、ビスエチルシクロペンタジエチルマグネシウム[(C54252Mg]などを使用することができる。Caの原料としては、ビスシクロペンタジエニルカルシウム((C552 Ca)およびその誘導体、例えば、ビスメチルシクロペンタジエニルカルシウム((C54 CH32 Ca)、ビスエチルシクロペンタジエニルカルシウム((C54252 Ca)、ビスパーフロロシクロペンタジエニルカルシウム((C552 Ca)、または、ジ−1−ナフタレニルカルシウムおよびその誘導体、または、カルシウムアセチリドおよびその誘導体、例えば、ビス(4,4−ジフロロー3−ブテン−1−イニル)−カルシウム、ビスフェニルエチニルカルシウムなどを使用することができる。これらの原料を単独あるいは、複数混合して使用してもよい Examples of the p-type dopant include Mg, Zn, Cd, Ca, and Be. Of these, Mg and Ca are preferably used. As a raw material of Mg which is a p-type dopant, for example, biscyclopentadiethyl magnesium [(C 5 H 5 ) 2 Mg], bismethylcyclopentadiethyl magnesium [(C 5 H 4 CH 3 ) 2 Mg], bisethylcyclo Pentadiethyl magnesium [(C 5 H 4 C 2 H 5 ) 2 Mg] and the like can be used. As a raw material of Ca, biscyclopentadienyl calcium ((C 5 H 5 ) 2 Ca) and its derivatives, for example, bismethylcyclopentadienyl calcium ((C 5 H 4 CH 3 ) 2 Ca), bisethyl Cyclopentadienyl calcium ((C 5 H 4 C 2 H 5 ) 2 Ca), bisperfluorocyclopentadienyl calcium ((C 5 F 5 ) 2 Ca), or di-1-naphthalenyl calcium and Derivatives thereof, or calcium acetylide and derivatives thereof, such as bis (4,4-difloro-3-buten-1-ynyl) -calcium, bisphenylethynyl calcium and the like can be used. These raw materials may be used alone or in combination.

なお、本実施形態ではMOVPE法を用いた場合を説明したが、本発明はこの方法に限定されるものではなく、分子線エピタキシーなど他の公知の窒化物系化合物半導体結晶成長方法も用いることができる。   In the present embodiment, the case where the MOVPE method is used has been described. However, the present invention is not limited to this method, and other known nitride-based compound semiconductor crystal growth methods such as molecular beam epitaxy may be used. it can.

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。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these.

(実施例1)
MOVPE法を用いた結晶成長による成膜を行って、サファイア(0001)基板上に図1の層構造の発光素子を作成した。詳しい手順は下記の通りである。
先ず、成長炉内の圧力を1気圧とし、キャリアガスとして水素を用い、原料としてアンモニア、TMG、シランを用い、485℃で低温バッファ層としてのGaNを約50nm成長した後、1040℃でSiをドープしたn型のGaNを約4μm成長した。次に、アンドープのGaNを0.3μm成長した。
Example 1
Film formation by crystal growth using the MOVPE method was performed, and a light-emitting element having the layer structure of FIG. 1 was formed on a sapphire (0001) substrate. The detailed procedure is as follows.
First, the pressure in the growth furnace is set to 1 atm, hydrogen is used as a carrier gas, ammonia, TMG, and silane are used as raw materials, and GaN as a low-temperature buffer layer is grown to about 50 nm at 485 ° C. Then, Si is added at 1040 ° C. About 4 μm of doped n-type GaN was grown. Next, 0.3 μm of undoped GaN was grown.

次いで、730℃に降温し、成長炉内の圧力を1/2気圧とし、キャリアガスを窒素として、TEG、アンモニア、シランをそれぞれ610sccm、40slm、10sccm、供給して、バリア層としてのSiをドープした15nmのGaN層を成長し、次いで3族原料を供給せずに3分間の保持後、引き続いてTEG、TMI、アンモニアをそれぞれ、610sccm、1160sccm、40slm、供給して井戸層としての3nmのIn0.12Ga0.88N層を成長し、その後3族原料を供給せずに5分間の保持を行った。
この15nmのSiドープGaNバリア層と3nmのIn0.12Ga0.88N井戸層とを成長させる操作をさらに4回繰り返し、最上部のバリア層のみノンドープで膜厚18nmのGaNとした。
Next, the temperature is lowered to 730 ° C., the pressure in the growth furnace is set to 1/2 atmosphere, carrier gas is nitrogen, TEG, ammonia, and silane are supplied at 610 sccm, 40 slm, and 10 sccm, respectively, and Si as a barrier layer is doped. Then, after maintaining the GaN layer of 15 nm for 3 minutes without supplying the Group 3 raw material, 610 sccm, 1160 sccm, and 40 slm of TEG, TMI, and ammonia are supplied, respectively, and 3 nm of In as a well layer is supplied. A 0.12 Ga 0.88 N layer was grown and then held for 5 minutes without supplying the Group 3 material.
This operation of growing a 15 nm Si-doped GaN barrier layer and a 3 nm In 0.12 Ga 0.88 N well layer was repeated four more times, and only the uppermost barrier layer was made non-doped GaN with a thickness of 18 nm.

次に、成長炉内の圧力を1気圧とし、キャリアガスとして窒素を32.5slm供給し、原料としてアンモニアを6.6slm、TEGを120sccm、TMAを7.2sccm、Mg原料としてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを800sccm供給し、800℃で、第1の層としてのMgをドープしたAl0.05Ga0.95N層を25nm成長した。 Next, the pressure in the growth furnace is 1 atm, nitrogen is supplied as a carrier gas at 32.5 slm, ammonia is 6.6 slm, TEG is 120 sccm, TMA is 7.2 sccm, Mg raw material is bisethylcyclopentadiene. The supply of 800 sccm of enilmagnesium was conducted, and an Al 0.05 Ga 0.95 N layer doped with Mg as a first layer was grown at 800 nm at 25 ° C.

第1の層を成長した後、1060℃に昇温し、水素を25.7slm供給し、原料としてアンモニアを7.5slm、TMGを40sccm、Si原料として窒素で4.67ppmに希釈したシランを14sccm供給し、第2の層としてSiドープのGaN層を1000nm成長した。   After the growth of the first layer, the temperature was raised to 1060 ° C., hydrogen was supplied at 25.7 slm, ammonia was 7.5 slm, TMG was 40 sccm, and Si was diluted to 4.67 ppm with nitrogen as the Si raw material to 14 sccm. The Si-doped GaN layer was grown to 1000 nm as the second layer.

その後、1040℃に降温し、キャリアガスとして水素を25.7slm供給し、原料としてアンモニアを7.5slm、TMGを40sccm、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを980sccm供給し、MgドープのGaN層を150nm成長させた。   Thereafter, the temperature is lowered to 1040 ° C., hydrogen is supplied at 25.7 slm as a carrier gas, ammonia is supplied at 7.5 slm, TMG is supplied at 40 sccm, bisethylcyclopentadienylmagnesium is supplied at 980 sccm, and a Mg-doped GaN layer is formed at 150 nm. Grown up.

上述の如くして製造された窒化物系化合物半導体をNH3を3sccm、O2を75sccm、N2を1500sccmの雰囲気下、800℃、0.8分の熱処理を行った。 The nitride compound semiconductor manufactured as described above was heat-treated at 800 ° C. for 0.8 minutes in an atmosphere of 3 sccm of NH 3 , 75 sccm of O 2 and 1500 sccm of N 2 .

次に表面にフォトリソグラフィによりp電極用パターンを形成し、NiAuPtの順序で真空蒸着により積層堆積し、リフトオフにより電極パターンを形成した後、O2雰囲気下、380℃の熱処理して、オーミックp電極を作製した。次にフォトリソグラフィによりn電極パターンを形成し、ドライエッチングによりn層が露出するようにエッチングを行った。マスクを除去した後、ドライエッチング面上にフォトリソグラフィによりn電極パターンを形成し、真空蒸着により、Alを堆積した後、リフトオフにより電極パターンを形成し、n電極とした。なお、p電極の電極面積は3.14×10-4cm2である。
こうして得られた発光素子に電圧を印加してウェハ状態で発光特性を調べたところ、順方向に20mAで、明瞭な青色の発光を示した。
また、電解液を利用した容量−電圧測定法、光起電力法による評価を行い、MgドープのGaN層は、約1×1019cm-3の空間電荷密度を有する低抵抗のp型層であることを確認した。
Next, a p-electrode pattern is formed on the surface by photolithography, stacked and deposited by vacuum evaporation in the order of NiAuPt, and an electrode pattern is formed by lift-off, followed by heat treatment at 380 ° C. in an O 2 atmosphere to form an ohmic p-electrode. Was made. Next, an n electrode pattern was formed by photolithography, and etching was performed so that the n layer was exposed by dry etching. After removing the mask, an n-electrode pattern was formed on the dry-etched surface by photolithography, Al was deposited by vacuum deposition, and then an electrode pattern was formed by lift-off to form an n-electrode. The electrode area of the p electrode is 3.14 × 10 −4 cm 2 .
When voltage was applied to the light-emitting element thus obtained and the light-emitting characteristics were examined in the wafer state, it showed clear blue light emission at 20 mA in the forward direction.
In addition, the capacitance-voltage measurement method using an electrolytic solution and the evaluation by the photovoltaic method are performed. The Mg-doped GaN layer is a low-resistance p-type layer having a space charge density of about 1 × 10 19 cm −3. I confirmed that there was.

この発光素子の静電気放電に対する耐性を以下のように試験した。
図2は、発光素子の静電気放電に対する耐性を試験するための回路図である。ここでVoは可変直流電源、Rp、Rは抵抗器、Cはコンデンサ、Swは切替スイッチである。試験は次のようにマシンモデル試験をおこなった。マシンモデル試験は、静電気帯電した装置または治具などから、LEDに静電気放電するモデルであり、R=0Ω、C=200pFとする条件である。図2中の可変直流電源Voの電圧をある値に設定し、切替スイッチSwを実線で示されるように切り替えて抵抗器Rpを介してコンデンサCに充電した後、切替スイッチSwを点線で示されるように切り替えて、発光素子に対して放電する。これを3回繰り返した後、発光素子の電圧−電流特性を評価した。発光素子の電圧−電流特性が変化することでその素子が破壊されたか否かの判別する。以下、測定全素子中の50%が破壊したときのVo値を静電耐圧値とした。本実施例における発光素子の静電耐圧は140Vであった。
The light emitting device was tested for resistance to electrostatic discharge as follows.
FIG. 2 is a circuit diagram for testing the resistance of the light emitting element to electrostatic discharge. Here, Vo is a variable DC power supply, Rp and R are resistors, C is a capacitor, and Sw is a changeover switch. The machine model test was conducted as follows. The machine model test is a model in which an electrostatic discharge is performed on an LED from an electrostatically charged device or jig, and the conditions are R = 0Ω and C = 200 pF. The voltage of the variable DC power supply Vo in FIG. 2 is set to a certain value, the changeover switch Sw is changed over as indicated by the solid line, and the capacitor C is charged via the resistor Rp, and then the changeover switch Sw is indicated by the dotted line. Then, the light emitting element is discharged. After repeating this three times, the voltage-current characteristics of the light emitting element were evaluated. It is determined whether or not the light emitting element has been destroyed by changing the voltage-current characteristics. Hereinafter, the Vo value when 50% of all the measured elements were destroyed was defined as the electrostatic withstand voltage value. The electrostatic withstand voltage of the light emitting element in this example was 140V.

尚、上記条件で成長した第1の層の伝導性を評価するために、サファイア基板上にアンドープGaNを成長した試料の上に、上記と同一成長条件で第1の層を成長した。この試料の伝導型と空間電荷密度を、電解液を利用した容量−電圧測定法、光起電力法により評価したところ、n型で約5×1017cm-3であった。
同様に上記条件で成長した第2の層の伝導性を評価するために、サファイア基板上にアンドープGaNを成長した試料の上に、上記と同一成長条件で第2の層を成長した。この試料の伝導型と空間電荷密度を、電解液を利用した容量−電圧測定法、光起電力法により評価したところ、第2の層の伝導性と空間電荷密度は、n型で約2×1017cm-3であった。
In order to evaluate the conductivity of the first layer grown under the above conditions, the first layer was grown under the same growth conditions as above on the sample obtained by growing undoped GaN on the sapphire substrate. When the conductivity type and space charge density of this sample were evaluated by a capacitance-voltage measurement method using an electrolytic solution and a photovoltaic method, it was about 5 × 10 17 cm −3 for the n-type.
Similarly, in order to evaluate the conductivity of the second layer grown under the above conditions, a second layer was grown under the same growth conditions as above on a sample obtained by growing undoped GaN on a sapphire substrate. When the conductivity type and space charge density of this sample were evaluated by a capacitance-voltage measurement method using an electrolytic solution and a photovoltaic method, the conductivity and space charge density of the second layer were about 2 × in the n-type. 10 17 cm −3 .

(実施例2)
第2の層であるSiドープのGaN層の成長において、シランを10sccm供給したこと以外は、実施例1と同じ方法で発光素子を作製し、評価した。発光特性は、順向に20mAと実用に耐える程度に高い発光特性を示し、静電耐圧は275Vであった。また第2の層の空間電荷密度は、約3×1016cm-3であった。
(Example 2)
In the growth of the Si-doped GaN layer as the second layer, a light emitting device was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 10 sccm of silane was supplied. The light emission characteristics were as high as practical enough to withstand 20 mA, and the electrostatic withstand voltage was 275V. The space charge density of the second layer was about 3 × 10 16 cm −3 .

(比較例1)
第1の層であるMgドープのAlGaN層を成長した後、第2の層を成長せずに、MgドープのGaN層を成長したこと以外は、実施例1と同じ方法で発光素子を作製し、評価した。発光特性は、順方向に20mAで、明瞭な青色の発光を示し、静電耐圧は60Vであった。
(Comparative Example 1)
A light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that after the growth of the first layer, the Mg-doped AlGaN layer, the second layer was not grown, but the Mg-doped GaN layer was grown. ,evaluated. The light emission characteristic was 20 mA in the forward direction, showed clear blue light emission, and the electrostatic withstand voltage was 60V.

(比較例2)
第2の層GaN層の成長において、シランを供給せず(ノンドープ)成長したこと以外は、実施例1と同じ方法で発光素子を作製し、評価した。発光特性は、順方向に20mAで、明瞭な青色の発光を示し、静電耐圧は40Vであった。一方、第2の層の伝導性と空間電荷密度は、p型で4×1018cm-3であった。
(Comparative Example 2)
In the growth of the second layer GaN layer, a light emitting device was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silane was not supplied (non-doped). The light emission characteristic was 20 mA in the forward direction, showed clear blue light emission, and the electrostatic withstand voltage was 40V. On the other hand, the conductivity and space charge density of the second layer were 4 × 10 18 cm −3 for the p-type.

本発明の製造方法により製造した窒化物系化合物半導体からなる発光素子の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the light emitting element which consists of a nitride type compound semiconductor manufactured with the manufacturing method of this invention. 発光素子の静電気放電に対する耐性を試験するための回路図。The circuit diagram for testing the tolerance with respect to the electrostatic discharge of a light emitting element.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 低温バッファ層
3 n型コンタクト層
4 窒化物系化合物半導体層
5 発光層
5A〜5F バリア層
5G〜5K 井戸層
6 第1の層
7 第2の層
8 p型コンタクト層
9 n電極
10 p電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Low-temperature buffer layer 3 N-type contact layer 4 Nitride-based compound semiconductor layer 5 Light emitting layer 5A to 5F Barrier layer 5G to 5K Well layer 6 First layer 7 Second layer 8 P-type contact layer 9 N electrode 10 p-electrode

Claims (5)

p型コンタクト層と発光層とn型コンタクト層とを備えた窒化物系化合物半導体であって、発光層とp型コンタクト層との間に発光層側から順に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるn型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いIndGaeAlfN(ただし、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1、d+e+f=1)で表されるn型の第2の層とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導体。 A nitride-based compound semiconductor including a p-type contact layer, a light-emitting layer, and an n-type contact layer, and having a general formula In a Ga b Al c in order from the light-emitting layer side between the light-emitting layer and the p-type contact layer. An n-type first layer represented by N (where a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1) and a lower space charge density than the first layer And an n-type second layer represented by In d Ga e Al f N (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1, d + e + f = 1) Nitride compound semiconductor. 第2の層がn型不純物ドープ層であることを特徴とする請求項1記載の窒化物系化合物半導体。   The nitride-based compound semiconductor according to claim 1, wherein the second layer is an n-type impurity doped layer. p型コンタクト層と発光層とn型コンタクト層とを備えた窒化物系化合物半導体を製造するに当たり、発光層とp型コンタクト層との間に発光層側から順に、一般式InaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1)で表されるn型の第1の層と、該第1の層より空間電荷密度の低いIndGaeAlfN(ただし、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f≦1、d+e+f=1)で表されるn型の第2の層とを成長させることを特徴とする窒化物系化合物半導体の製造方法。 In manufacturing a nitride-based compound semiconductor including a p-type contact layer, a light-emitting layer, and an n-type contact layer, the general formula In a Ga b Al is sequentially formed between the light-emitting layer and the p-type contact layer from the light-emitting layer side. c n (provided that, a + b + c = 1,0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1) and the n-type first layer represented by the space charge density than the first layer Growing an n-type second layer represented by low In d Ga e Al f N (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ f ≦ 1, d + e + f = 1). A method for producing a nitride-based compound semiconductor. 第2の層をn型不純物ドープ層として成長させることを特徴とする請求項3記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。   4. The method for producing a nitride-based compound semiconductor according to claim 3, wherein the second layer is grown as an n-type impurity doped layer. 請求項1若しくは2記載の窒化物系化合物半導体又は請求項3若しくは4記載の製造方法によって得られる窒化物系化合物半導体を用いてなる発光素子。   A light emitting device comprising the nitride compound semiconductor according to claim 1 or 2 or the nitride compound semiconductor obtained by the production method according to claim 3 or 4.
JP2004295799A 2004-10-08 2004-10-08 Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use Pending JP2006108535A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004295799A JP2006108535A (en) 2004-10-08 2004-10-08 Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004295799A JP2006108535A (en) 2004-10-08 2004-10-08 Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006108535A true JP2006108535A (en) 2006-04-20

Family

ID=36377871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004295799A Pending JP2006108535A (en) 2004-10-08 2004-10-08 Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006108535A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100902576B1 (en) Type group ? nitride semiconductor stacked layer structure
US20100133506A1 (en) Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor
TWI497766B (en) Method for producing semiconductor device
JP5145617B2 (en) N-type nitride semiconductor laminate and semiconductor device using the same
KR101308130B1 (en) Light emitting device and method for fabricating the same
JP2010080955A (en) Semiconductor device
KR20040005630A (en) Epitaxial substrate for compound semiconductor light-emitting device, method for producing the same and light-emitting device
JP2000164922A (en) Semiconductor device
JP4424680B2 (en) Laminated structure of group III nitride semiconductor, manufacturing method thereof, semiconductor light emitting device, and manufacturing method thereof
JP2008235758A (en) Method of manufacturing compound semiconductor epitaxial substrate
JP2008288532A (en) Nitride semiconductor device
KR101008856B1 (en) Production method of group ? nitride semiconductor element
JP2713094B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP3064891B2 (en) Group 3-5 compound semiconductor, method of manufacturing the same, and light emitting device
CN103367572A (en) Group iii nitride compound semiconductor light emitting element and method for producing the same
JP5082210B2 (en) Nitride-based compound semiconductor and manufacturing method thereof
US8685775B2 (en) Group III nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor
JP2006186005A (en) Nitride compound semiconductor, its manufacturing method and use
TWI545798B (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP3752739B2 (en) Light emitting element
JP2008227103A (en) GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT
JP2006108535A (en) Nitride compound semiconductor and method for manufacturing the same and its purpose of use
JP2006310886A (en) Group iii-v compound semiconductor light-emitting element
JP2007067397A (en) Method of manufacturing 3-5 group compound semiconductor
JP2004200723A (en) Method for improving crystallinity of iii-v group compound semiconductor