JP2007109713A - Group iii nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

Group iii nitride semiconductor light emitting element Download PDF

Info

Publication number
JP2007109713A
JP2007109713A JP2005296456A JP2005296456A JP2007109713A JP 2007109713 A JP2007109713 A JP 2007109713A JP 2005296456 A JP2005296456 A JP 2005296456A JP 2005296456 A JP2005296456 A JP 2005296456A JP 2007109713 A JP2007109713 A JP 2007109713A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
type semiconductor
group iii
iii nitride
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
JP2005296456A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuro Sakurai
哲朗 桜井
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.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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 Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP2005296456A priority Critical patent/JP2007109713A/en
Publication of JP2007109713A publication Critical patent/JP2007109713A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride semiconductor light emitting element having a high emission intensity and a low drive voltage. <P>SOLUTION: In a group III nitride semiconductor light emitting element where an n-type semiconductor layer, a light emitting layer and a p-type semiconductor layer composed of a group III nitride semiconductor are formed in this order on a substrate, and a positive electrode and a negative electrode are provided in contact with the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively, the positive electrode is composed of ITO (Indium-Tin-Oxide), the ITO is arranged in direct contact with the p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer contains Mg dopant at a concentration of 0.9×10<SP>20</SP>to 2×10<SP>20</SP>atom/cm<SP>3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はIII族窒化物半導体発光素子に関し、特に、発光強度が高く、かつ駆動電圧が低いIII族窒化物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device, and more particularly to a group III nitride semiconductor light emitting device having high emission intensity and low driving voltage.

III族窒化物半導体発光素子は発光層を間に介するかたちでn型層とp型層を配置し、それぞれに接触する形で形成された負極および正極から電流を注入することで発光を得ている。発光出力は、限定された素子面積から両極の形成に必要な領域を除いた部分の面積に依存する。しかし、発光の取り出しに過度の面積を提供することは、逆に電極面積を狭くすることになり、発光時には電流集中による駆動電圧の上昇と発光層の機能劣化を引き起こす可能性がある。したがって、負極と正極の形状と配置には、発光を取り出す領域とのバランスを重視しなければならない。   A group III nitride semiconductor light-emitting device has an n-type layer and a p-type layer arranged with a light-emitting layer interposed therebetween, and obtains light emission by injecting current from a negative electrode and a positive electrode formed in contact with each other. Yes. The light emission output depends on the area of the portion excluding the region necessary for forming both electrodes from the limited element area. However, providing an excessive area for extraction of light emission conversely reduces the electrode area, and at the time of light emission, there is a possibility that the drive voltage increases due to current concentration and the function of the light emitting layer deteriorates. Therefore, in the shape and arrangement of the negative electrode and the positive electrode, importance must be given to the balance with the region from which light emission is extracted.

負極は、エッチングなどの方法により上方から掘りこんで、露出させたn型層上に一層以上の金属薄膜を積層させて形成する。正極はp型層上全体に設けられた導電膜とその一部の領域上に形成した金属多層膜(ボンディングパッド)から構成される。導電膜を設けるのは、金属多層膜からの電流をp型層全体に行きわたらせるためである。これはIII族窒化物半導体材料の特質として、材料の膜内横方向への電流拡散が小さいことが関係している。すなわち、導電膜がない場合、金属多層膜直下のp型層領域にのみしか電流が注入されず、発光層への電流供給に不均一が生じる。そして発光層からの光は負極である金属薄膜極に遮蔽されてしまい外部にとりだせなくなってしまう。そのため金属多層膜からの電流をp型層全体に行き渡らせるための電流拡散層として、導電膜を使用するのはこのような理由による。またこの導電膜は発光を外部にとりだすために光透過性を備えている必要がある。このようなことからIII族窒化物半導体発光素子に使用する導電膜は透明導電膜が一般的に使われている。   The negative electrode is formed by digging from above by a method such as etching and laminating one or more metal thin films on the exposed n-type layer. The positive electrode is composed of a conductive film provided on the entire p-type layer and a metal multilayer film (bonding pad) formed on a part of the conductive film. The conductive film is provided in order to distribute the current from the metal multilayer film to the entire p-type layer. This is related to the fact that the current diffusion in the lateral direction of the material is small as a characteristic of the group III nitride semiconductor material. That is, when there is no conductive film, current is injected only into the p-type layer region immediately below the metal multilayer film, and non-uniformity occurs in current supply to the light emitting layer. And the light from a light emitting layer will be shielded by the metal thin-film electrode which is a negative electrode, and cannot be taken out outside. For this reason, the conductive film is used as a current diffusion layer for spreading the current from the metal multilayer film to the entire p-type layer. Further, this conductive film needs to be light transmissive in order to extract emitted light to the outside. For this reason, a transparent conductive film is generally used as the conductive film used for the group III nitride semiconductor light emitting device.

従来は、正極導電膜の構成として、NiやCoの酸化物とp型層に接触するコンタクトメタルとしてのAuとを組みあわせた構成が取られていた(例えば、特許文献1参照)。最近では、金属酸化物として、より導電性が高い酸化物、たとえばITO膜などを用いて、コンタクトメタルを薄膜化した状態、あるいはコンタクトメタルを介在させない状態で、光透過性を高めた構成が採用されている(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, as a configuration of the positive electrode conductive film, a configuration in which an oxide of Ni or Co and Au as a contact metal contacting the p-type layer is combined (see, for example, Patent Document 1). Recently, a metal oxide that uses a highly conductive oxide, for example, an ITO film, has been used to reduce the contact metal thickness or to increase the light transmission in the absence of contact metal. (For example, refer to Patent Document 2).

ITO膜などの導電性透明材料からなる層はNiまたはCoの酸化物層に比べて、光透過性に優れているため、光の取り出しを損なうことなく、その膜厚を比較的厚くすることが可能である。NiまたはCoの酸化物層では膜厚10〜50nmの範囲で使われているのに対し、ITO膜などの導電性透明膜では200〜500nmの層厚が利用される。   A layer made of a conductive transparent material such as an ITO film is superior in light transmittance to an oxide layer of Ni or Co. Therefore, the film thickness can be made relatively thick without impairing light extraction. Is possible. A Ni or Co oxide layer is used in a thickness range of 10 to 50 nm, whereas a conductive transparent film such as an ITO film has a thickness of 200 to 500 nm.

III族窒化物半導体発光素子の正極導電膜としてITO膜などの導電性透明膜を使う利点は、従来の正極導電膜にくらべて、高い光透過率を持つため、同じ注入電流に対して発光強度が高くなることにある。しかし、導電性の膜であるけれども、p型層との接触抵抗が従来の正極導電膜に比較して大きくなり、使用時の駆動電圧が高くなるという副作用が生じるのが問題となっている。   The advantage of using a conductive transparent film such as an ITO film as the positive electrode conductive film of the group III nitride semiconductor light emitting device is that it has a higher light transmittance than the conventional positive electrode conductive film, so that the emission intensity for the same injection current Is to be higher. However, although it is a conductive film, the contact resistance with the p-type layer is larger than that of the conventional positive electrode conductive film, and there is a problem that a side effect that the driving voltage during use becomes high occurs.

特許第2803742号公報Japanese Patent No. 2803742 実開平6−38265号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-38265

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、発光強度が高く、かつ駆動電圧が低いIII族窒化物半導体発光素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light-emitting device that solves the above-described problems and has high emission intensity and low driving voltage.

p型III族窒化物半導体層の膜抵抗を下げるためには、Mgなどのp型ドーパントを高い濃度でp型III族窒化物半導体層内に分布させることが必要であるが、ドーパント濃度が高くなるとp型III族窒化物半導体層自体の結晶性が損なわれるようになり、結晶欠陥の増殖につれてドナー性が現れてMgドープによって発現したアクセプターとしての性質を相殺してしまうことになる。従って、Mg濃度をあまり高くできなかった。   In order to reduce the film resistance of the p-type group III nitride semiconductor layer, it is necessary to distribute a p-type dopant such as Mg in the p-type group III nitride semiconductor layer at a high concentration, but the dopant concentration is high. As a result, the crystallinity of the p-type group III nitride semiconductor layer itself is impaired, and as the crystal defects grow, donor properties appear to cancel the acceptor properties developed by Mg doping. Therefore, the Mg concentration could not be so high.

本発明者は、III族窒化物半導体層の成長速度を制御しながらMgをドープすることにより、Mg濃度が高く且つ結晶性に優れたp型III族窒化物半導体層が得られ、駆動電圧下が低く且つ発光強度が高いIII族窒化物半導体発光素子の製造が可能になることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor obtained a p-type group III nitride semiconductor layer having a high Mg concentration and excellent crystallinity by doping Mg while controlling the growth rate of the group III nitride semiconductor layer. The present inventors have found that a group III nitride semiconductor light emitting device having a low light emission intensity and a high light emission intensity can be produced.

即ち、本発明は下記の発明を提供する。
(1)基板上にIII族窒化物半導体からなる、n型半導体層、発光層およびp型半導体層がこの順序で積層され、正極および負極がそれぞれp型半導体層およびn型半導体層に接して設けられた発光素子において、該正極がITO(Indium-Tin-Oxide)からなり、該ITOが該p型半導体層と直接接するように配置されており、且つ、該p型半導体層がMgドーパントを0.9×1020〜2×1020原子/cm3の濃度で含有していることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
That is, the present invention provides the following inventions.
(1) An n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are stacked in this order on a substrate, and a positive electrode and a negative electrode are in contact with the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively. In the provided light emitting device, the positive electrode is made of ITO (Indium-Tin-Oxide), the ITO is disposed so as to be in direct contact with the p-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer contains an Mg dopant. A group III nitride semiconductor light-emitting device containing 0.9 × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 in concentration.

(2)基板上にIII族窒化物半導体からなる、n型半導体層、発光層およびp型半導体層をこの順序で成長させた後、該p型半導体層にITO(Indium-Tin-Oxide)からなる正極を形成することからなるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、該p型半導体層の成長速度が10〜20nm/分であり、該p型半導体層中のMgドーパントの濃度が0.9×1020〜2×1020原子/cm3でることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。 (2) An n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are grown on the substrate in this order, and then the p-type semiconductor layer is made of ITO (Indium-Tin-Oxide). In the method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device comprising forming a positive electrode, the growth rate of the p-type semiconductor layer is 10 to 20 nm / min, and the concentration of Mg dopant in the p-type semiconductor layer is 0 A method for producing a Group III nitride semiconductor light-emitting device, wherein the number is from 9 × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3

(3)p型半導体層を成長させる際のGa原料供給量とMg原料供給量の比(Mg/Ga)が0.75×10-2〜1.5×10-2である上記2項に記載の製造方法。 (3) In the above two items, the ratio of the Ga material supply amount to the Mg material supply amount (Mg / Ga) when growing the p-type semiconductor layer is 0.75 × 10 −2 to 1.5 × 10 −2 The manufacturing method as described.

(4)p型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が10〜50kPである上記1または2項に記載の製造方法。   (4) The manufacturing method according to the above item 1 or 2, wherein the growth apparatus internal pressure when growing the p-type semiconductor layer is 10 to 50 kP.

(5)上記1項に記載のIII族窒化物半導体発光素子からなるランプ。   (5) A lamp comprising the group III nitride semiconductor light-emitting device according to item 1 above.

ITOからなる正極をp型半導体層上に直接配置し、p型半導体層のMgドーパントの濃度を0.9×1020〜2×1020原子/cm3にコントロールすることを骨子とする本発明によれば、発光強度が高く且つ駆動電圧の低いIII族窒化物半導体発光素子が得られる。 The main point of the present invention is that a positive electrode made of ITO is directly disposed on a p-type semiconductor layer and the Mg dopant concentration of the p-type semiconductor layer is controlled to 0.9 × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3. According to the above, a group III nitride semiconductor light emitting device having high emission intensity and low driving voltage can be obtained.

本発明は、ITOからなる正極が直接設けられるp型III族窒化物半導体層において、制御された成長速度下においてドーパントであるMgを高濃度に取り込み、かつ結晶性を損失することなく低抵抗のp型半導体層を形成させ、低い駆動電圧で高い発光強度を得ることを実現させたIII族窒化物半導体発光素子を提供するものである。以下に発明の詳細な内容を述べる。   In the p-type group III nitride semiconductor layer in which the positive electrode made of ITO is directly provided, the present invention takes in dopant Mg at a high concentration under a controlled growth rate, and has low resistance without losing crystallinity. The present invention provides a group III nitride semiconductor light-emitting device in which a p-type semiconductor layer is formed and high emission intensity is obtained with a low driving voltage. The detailed contents of the invention will be described below.

図1は本発明に係わる、ITOからなる正極をp型半導体層上に直接設けたIII族窒化物半導体発光素子の断面を示した模式図である。本図において7が正極であり、ITOからなる透光導電膜7aとボンディングパッド層7bから構成されている。5がp型半導体層であり、p型クラッド層5aおよびはp型コンタクト層5bから構成される。1は基板、2はバッファ層、3はn型半導体層、4は発光層および6は負極である。   FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a group III nitride semiconductor light emitting device in which a positive electrode made of ITO is directly provided on a p-type semiconductor layer according to the present invention. In this figure, reference numeral 7 denotes a positive electrode, which is composed of a transparent conductive film 7a made of ITO and a bonding pad layer 7b. Reference numeral 5 denotes a p-type semiconductor layer, which is composed of a p-type cladding layer 5a and a p-type contact layer 5b. 1 is a substrate, 2 is a buffer layer, 3 is an n-type semiconductor layer, 4 is a light emitting layer, and 6 is a negative electrode.

本願発明において、基板1には、サファイア単結晶(Al23;A面、C面、M面、R面)、スピネル単結晶(MgAl24)、ZnO単結晶、LiAlO2単結晶、LiGaO2単結晶、MgO単結晶またはGa23単結晶などの酸化物単結晶基板、およびSi単結晶、SiC単結晶、GaAs単結晶、AlN単結晶、GaN単結晶またはZrB2などのホウ化物単結晶などの非酸化物単結晶基板から選ばれた公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。なお、基板の面方位は特に限定されず、そのオフ角は任意に選択されたものでよい。 In the present invention, the substrate 1 includes a sapphire single crystal (Al 2 O 3 ; A plane, C plane, M plane, R plane), spinel single crystal (MgAl 2 O 4 ), ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, Oxide single crystal substrates such as LiGaO 2 single crystal, MgO single crystal or Ga 2 O 3 single crystal, and borides such as Si single crystal, SiC single crystal, GaAs single crystal, AlN single crystal, GaN single crystal or ZrB 2 A known substrate material selected from non-oxide single crystal substrates such as single crystals can be used without any limitation. The plane orientation of the substrate is not particularly limited, and the off angle may be arbitrarily selected.

バッファ層、n型半導体層、発光層およびp型半導体層を構成するIII族窒化物半導体としては、一般式AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y<1,0≦x+y≦1)で表わされる各種組成の半導体が公知である。本発明におけるバッファ層、n型半導体層、発光層およびp型半導体層を構成するIII族窒化物半導体においても、一般式AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y<1,0≦x+y≦1)で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。 As the group III nitride semiconductor constituting the buffer layer, the n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer, the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <1, Semiconductors having various compositions represented by 0 ≦ x + y ≦ 1) are known. Even in the group III nitride semiconductor constituting the buffer layer, the n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer in the present invention, the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y Semiconductors having various compositions represented by <1, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be used without any limitation.

これらのIII族窒化物半導体を成長する方法としては、有機金属気層相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキシー成長法(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)などがある。望ましくは組成制御が容易であり、量産性を備えたMOCVD法が適しているが、必ずしも同法に限定されるものではない。   Examples of methods for growing these group III nitride semiconductors include metalorganic vapor phase growth (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE). Desirably, the composition control is easy and the MOCVD method with mass productivity is suitable, but it is not necessarily limited to this method.

MOCVD法を上記半導体層の成長方法として採用する場合は、主としてIII族であるGaの原料として、有機金属材料であるトリメチルガリウム(TMGa)またはトリエチルガリウム(TEGa)を、同じくIII族のAlの原料として、トリメチルアルミニウム(TMAl)またはトリエチルアルミニウム(TEAl)を用いる。また発光層の構成材料原料であるInについてはその原料としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)を用いる。V族のN源として、アンモニア(NH3)またはヒドラジン(N24)などを用いる。 When the MOCVD method is employed as the method for growing the semiconductor layer, trimethylgallium (TMGa) or triethylgallium (TEGa), which is an organic metal material, is mainly used as a group III Ga source, and also a group III Al source. As trimethylaluminum (TMAl) or triethylaluminum (TEAl). Further, for In, which is a raw material for the light emitting layer, trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) is used as the raw material. Ammonia (NH 3 ) or hydrazine (N 2 H 4 ) or the like is used as a Group V N source.

n型半導体層にはドーパント材料として、SiあるいはGeを用いる。Si原料としてモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si26)を、Ge原料としてゲルマン(GeH4)または有機ゲルマニウム化合物を用いる。p型半導体層では、ドーパントしてMgを使用する。その原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム((EtCp)2Mg)を用いる。 Si or Ge is used as a dopant material for the n-type semiconductor layer. Monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as the Si raw material, and germane (GeH 4 ) or an organic germanium compound is used as the Ge raw material. In the p-type semiconductor layer, Mg is used as a dopant. For example, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or bisethylcyclopentadienyl magnesium ((EtCp) 2 Mg) is used as the raw material.

次に、成長法として一般的なMOCVD法を採用した各半導体層について述べる。
(バッファ層)
バッファ層としては、特許第3026087号公報等に開示された低温バッファ層や特開2003−243302号公報等に開示された高温バッファ層が知られており、これらのバッファ層を何ら制限無く用いることができる。
Next, each semiconductor layer adopting a general MOCVD method as a growth method will be described.
(Buffer layer)
As the buffer layer, a low temperature buffer layer disclosed in Japanese Patent No. 3026087 and a high temperature buffer layer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-243302 are known, and these buffer layers should be used without any limitation. Can do.

成長に供する基板1は前期記載の中から選択できるが、ここではサファイア基板を使用した場合について述べる。同基板を温度、圧力の制御の可能な反応空間に設置されたSiC膜付グラファトイ製治具(サセプター)上に配置した状態で、その場所に水素キャリアガス、窒素キャリアガスともにNH3ガスとTMAlを送りこむ。SiC膜付グラファトイ製治具はRFコイルによる誘導加熱によって必要な温度にまで加熱され、基板上ではAlNバッファー層が形成される。温度として、AlNの低温バッファを成長させるには500℃から700℃の温度に制御し、その後結晶化のために1100℃前後にまで温度にまで上げる。高温AlNバッファ層を成長させる場合は2段の加熱ではなく、一度に1000℃から1200℃の温度下において可能である。なお、前記記載中のAlN単結晶基板、GaN単結晶基板を使う場合はかならずしもバッファ層を成長させる必要はなく、上記基板上に後述するn型半導体層を直接成長させる。 The substrate 1 to be used for growth can be selected from those described in the previous term. Here, a case where a sapphire substrate is used will be described. The substrate is placed on a grapha toy jig (susceptor) with SiC film installed in a reaction space where the temperature and pressure can be controlled, and NH 3 gas and TMAl are placed in that place for both hydrogen carrier gas and nitrogen carrier gas. Send in. The grapha toy jig with SiC film is heated to a necessary temperature by induction heating with an RF coil, and an AlN buffer layer is formed on the substrate. The temperature is controlled from 500 ° C. to 700 ° C. to grow a low temperature buffer of AlN, and then raised to about 1100 ° C. for crystallization. When growing a high-temperature AlN buffer layer, it is possible not to heat in two steps, but at a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. at a time. When using the AlN single crystal substrate and the GaN single crystal substrate described above, it is not always necessary to grow a buffer layer, and an n-type semiconductor layer described later is directly grown on the substrate.

(n型半導体層)
n型半導体層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。通常、n型半導体層はアンドープGaN層からなる下地層、SiやGe等のn型ドーパントを含有し、負極が設けられるn型コンタクト層および発光層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するn型クラッド層から構成される。n型コンタクト層は、n型クラッド層および/または下地層を兼ねることができる。
(N-type semiconductor layer)
As the n-type semiconductor layer, those having various compositions and structures are known, and those having any composition and structure can be used in the present invention, including those known. Usually, the n-type semiconductor layer is an underlayer composed of an undoped GaN layer, an n-type dopant such as Si or Ge, and an n-type cladding layer having a larger band gap energy than the n-type contact layer and the light-emitting layer provided with the negative electrode Consists of The n-type contact layer can also serve as an n-type cladding layer and / or an underlayer.

バッファ層の形成に引き続いて、バッファ層上にアンドープGaN層からなる下地層を成長させる。温度は1000〜1200℃として、圧力制御下のもと、NH3ガスとTMGaをキャリアガスとともにバッファ層上に送りこむ。TMGaの供給量は、同時に流すNH3との比率によって制限されるが、成長速度として1μm/時〜3μm/時の間に制御することが転位など結晶欠陥の発生を抑制することに有効である。成長圧力については上記の成長速度を確保するうえで、20〜60kP(200〜600mbar)の領域が最適である。 Subsequent to the formation of the buffer layer, an underlayer composed of an undoped GaN layer is grown on the buffer layer. The temperature is 1000 to 1200 ° C., and under pressure control, NH 3 gas and TMGa are sent onto the buffer layer together with the carrier gas. Although the supply amount of TMGa is limited by the ratio with NH 3 that flows simultaneously, controlling the growth rate between 1 μm / hour and 3 μm / hour is effective in suppressing the occurrence of crystal defects such as dislocations. Regarding the growth pressure, an area of 20 to 60 kP (200 to 600 mbar) is optimal for securing the above growth rate.

アンドープGaN層の成長に引き続いて、n型コンタクト層を成長させる。その成長条件はアンドープGaN層の成長条件と同じである。ドーパントはキャリアガスとともに供給されるが、その供給濃度はTMGa供給量との比率で制御する。本発明は後述するp型半導体層を特定の組成にすることにより、ITOからなる正極を備えた発光素子の駆動電圧を低くしたものであるが、駆動電圧はn型コンタクト層のドーパント濃度によっても当然影響を受けるので、p型半導体層の成長条件に合わせながらn型コンタクト層のドーパント濃度を決定する。ドーパントの供給条件としてはM/Ga比(M=SiまたはGe)を1.0×10-3〜6.0×10-3の範囲にすることで駆動電圧を低くすることが可能となる。 Subsequent to the growth of the undoped GaN layer, an n-type contact layer is grown. The growth conditions are the same as the growth conditions for the undoped GaN layer. The dopant is supplied together with the carrier gas, but the supply concentration is controlled by the ratio with the TMGa supply amount. In the present invention, the driving voltage of a light emitting device having a positive electrode made of ITO is lowered by making a p-type semiconductor layer described later have a specific composition, but the driving voltage also depends on the dopant concentration of the n-type contact layer. Since it is naturally affected, the dopant concentration of the n-type contact layer is determined in accordance with the growth conditions of the p-type semiconductor layer. As the supply condition of the dopant, the drive voltage can be lowered by setting the M / Ga ratio (M = Si or Ge) in the range of 1.0 × 10 −3 to 6.0 × 10 −3 .

アンドープGaN層およびドーパント含有n型半導体層の膜厚は、それぞれ1〜4μmとすることが好ましいが必ずしもこの範囲に限定されるものではない。基板およびバッファ層からの結晶欠陥の上層への伝播を抑えるための手段として、アンドープGaN層および/またはドーパント含有n型半導体層の膜厚を増加させることも可能であるが、厚膜化により、ウェーハ自体の反りを誘発するのであまり得策ではない。本発明においては、前記の範囲内においてそれぞれの層の膜厚を設定することが好ましい。   The thicknesses of the undoped GaN layer and the dopant-containing n-type semiconductor layer are preferably 1 to 4 μm, but are not necessarily limited to this range. As a means for suppressing the propagation of crystal defects from the substrate and the buffer layer to the upper layer, it is possible to increase the film thickness of the undoped GaN layer and / or the dopant-containing n-type semiconductor layer. This is not a good idea because it induces warping of the wafer itself. In the present invention, it is preferable to set the thickness of each layer within the above range.

(発光層)
発光層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。
(Light emitting layer)
As the light emitting layer, those having various compositions and structures are known, and those having any composition and structure including these known ones can be used in the present invention.

例えば多重量子井戸構造の発光層はバリア層となるn型GaN層と井戸層となるGaInN層を交互に積層させながら形成する。キャリアガスはN2またはH2を選択使用する。NH3とTEGaあるいはTMGaはこのキャリアガスとともに供給する。 For example, the light emitting layer having a multiple quantum well structure is formed by alternately stacking n-type GaN layers serving as barrier layers and GaInN layers serving as well layers. As the carrier gas, N 2 or H 2 is selectively used. NH 3 and TEGa or TMGa are supplied together with this carrier gas.

GaInN層の成長ではさらにTMIを供給する。つまり成長時間を制御しながら、断続的にInを供給するプロセスを取る。GaInN層の成長ではキャリアガス中にH2が介在することでIn濃度の制御が難しくなるので、この層ではキャリアガスとしてH2を使うことは得策ではない。バリア層(n型GaN層)と井戸層(GaInN層)の膜厚は発光強度が最も高くなる条件を選択する。最適膜厚が決定されたうえで、III族の原料供給量と成長時間を適宜選ぶ。バリア層へのドーパント量も発光素子の駆動電圧の高低を左右する条件となるが、その濃度はp型半導体層の成長条件に対応して選択する。ドーパントとしてはSiあるいはGeのどちらでもよい。 In the growth of the GaInN layer, TMI is further supplied. That is, the process of intermittently supplying In is controlled while controlling the growth time. The control of the In concentration is difficult by H 2 is interposed in the carrier gas in the growth of the GaInN layer, it is not advisable to use of H 2 as a carrier gas at this layer. The film thickness of the barrier layer (n-type GaN layer) and the well layer (GaInN layer) is selected so as to maximize the emission intensity. After the optimum film thickness is determined, the group III raw material supply amount and growth time are appropriately selected. The amount of dopant to the barrier layer is also a condition that determines the level of the driving voltage of the light emitting element, but the concentration is selected according to the growth conditions of the p-type semiconductor layer. The dopant may be either Si or Ge.

成長温度は700℃から1000℃の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されない。しかし、井戸層の成長おいては高い温度ではInが成長膜中に取り込まれにくくなり、実質的に井戸層を形成することは困難である。そのため、成長温度はあまり高くならない範囲内で選択する。本発明では発光層の成長温度として700℃から1000℃の範囲でとしているが、バリア層と井戸層の成長温度を変えても支障はない。成長圧力は成長速度とのバランスを取りながら設定する。本発明では、成長圧力は20kP(200mbar)から60kP(600mbar)の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。   The growth temperature is preferably between 700 ° C. and 1000 ° C., but is not necessarily limited to this range. However, in the growth of the well layer, In is difficult to be taken into the growth film at a high temperature, and it is difficult to substantially form the well layer. Therefore, the growth temperature is selected within a range that does not become too high. In the present invention, the growth temperature of the light emitting layer is in the range of 700 ° C. to 1000 ° C., but there is no problem even if the growth temperature of the barrier layer and the well layer is changed. The growth pressure is set in balance with the growth rate. In the present invention, the growth pressure is preferably between 20 kP (200 mbar) and 60 kP (600 mbar), but is not necessarily limited to this range.

井戸層とバリア層の数であるが、どちらも3層から7層が適切であるが、かならずしもこの範囲に限定されない。発光層は最後にバリア層を成長させて終了となる(最終バリア層)。このバリア層は井戸層からのキャリアのオーバーフローを防ぐとともに、つづくp型半導体層の成長において、最終井戸層からのInの再脱離を防ぐ役割を果たす。   Although the number of well layers and barrier layers is 3 to 7 for both, it is not necessarily limited to this range. The light emitting layer is finished by finally growing the barrier layer (final barrier layer). This barrier layer serves to prevent carrier overflow from the well layer and to prevent re-desorption of In from the final well layer in the subsequent growth of the p-type semiconductor layer.

(p型半導体層)
p型半導体層は、通常、その上に正極が形成されるp型コンタクト層とバンドギャップエネルギーが発光層よりも大きいp型クラッド層から構成される。p型コンタクト層はp型クラッド層を兼ねることもできる。
(P-type semiconductor layer)
The p-type semiconductor layer is usually composed of a p-type contact layer on which a positive electrode is formed and a p-type cladding layer having a band gap energy larger than that of the light emitting layer. The p-type contact layer can also serve as the p-type cladding layer.

本発明において、Mgドーパントの濃度が0.9×1020〜2×1020原子/cm3に制御されるp型半導体層は、その上にITOからなる正極が形成されるp型コンタクト層である。p型クラッド層のMg濃度は必ずしもこの範囲にある必要はない。また、p型コンタクト層中には、Mgドーパントと共に水素原子が1×1018〜1×1021原子/cm3程度の濃度で存在していてもよい。 In the present invention, the p-type semiconductor layer in which the Mg dopant concentration is controlled to 0.9 × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 is a p-type contact layer on which a positive electrode made of ITO is formed. is there. The Mg concentration of the p-type cladding layer is not necessarily in this range. In the p-type contact layer, hydrogen atoms may be present together with the Mg dopant at a concentration of about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 .

p型半導体層の成長において、まず発光層の最終バリア層の上に直接接してp型クラッド層を、その上にp型コンタクト層を積層させる。p型コンタクト層が最上層となり、その上に正極の一部を構成するITOが接する。p型クラッド層にはGaNまたはGaAlNを用いることが好ましい。この際には組成または格子定数の異なる層を交互に積層させてもよく、層の厚みとドーパントであるMgの濃度を変化させてもよい。   In the growth of the p-type semiconductor layer, a p-type cladding layer is first laminated directly on the final barrier layer of the light emitting layer, and a p-type contact layer is laminated thereon. The p-type contact layer is the uppermost layer, and ITO constituting a part of the positive electrode is in contact therewith. GaN or GaAlN is preferably used for the p-type cladding layer. At this time, layers having different compositions or lattice constants may be alternately stacked, or the thickness of the layers and the concentration of Mg as a dopant may be changed.

p型コンタクト層の成長は次のように行う。TMGa、TMAlおよびドーパントであるCp2Mgを、キャリアガス(水素または窒素、ないしは両者の混合ガス)およびNH3ガスと共に上記のp型クラッド層上に送りこむ。 The growth of the p-type contact layer is performed as follows. TMGa, TMAl, and dopant Cp 2 Mg are fed onto the p-type cladding layer together with a carrier gas (hydrogen or nitrogen, or a mixed gas of both) and NH 3 gas.

この時の成長温度は980〜1100℃の範囲が望ましい。980℃より低い温度であると、結晶性の低いエピタキシャル層が形成されてしまい、結晶欠陥起因の膜抵抗が大きくなる。また1100℃より高い温度では、下層に位置する発光層のうち、井戸層がp型コンタクト層成長過程において高温度の環境下に置かれてしまい、熱ダメージを受けてしまう可能性がある。この場合は、発光素子にした時点での強度低下、または耐性試験下での強度劣化をもたらす危険がある。   The growth temperature at this time is preferably in the range of 980 to 1100 ° C. When the temperature is lower than 980 ° C., an epitaxial layer having low crystallinity is formed, and the film resistance due to crystal defects increases. Further, at a temperature higher than 1100 ° C., the well layer among the light emitting layers located in the lower layer is placed in a high temperature environment in the process of growing the p-type contact layer, and may be thermally damaged. In this case, there is a risk of causing a decrease in strength at the time of making the light emitting element or a deterioration in strength under a resistance test.

成長圧力については、特に制限はないが、好ましくは50kP(500mbar)以下がよい。この理由としては、この圧力以下で成長を行うと、p型コンタクト層中の面内方向のAl濃度を均一にすることができ、必要に応じてGaAlNのAl組成を変化させたp型コンタクト層を成長させる場合に、制御が容易であるからである。この圧力より高い条件では、供給したTMAlとNH3の反応が顕著なり、成長途中にある基板に到達する前にTMAlが消費されてしまい、目的とするAl組成を得ることが困難になる。ドーパントとして送りこんだMgについても同様なことが言える。すなわち、50kP(500mbar)以下の成長条件であると、p型コンタクト層中の2次元方向(成長基板の面内方向)のMg濃度分布が均一(成長基板の面内均一性)になる。 The growth pressure is not particularly limited, but is preferably 50 kP (500 mbar) or less. The reason for this is that if the growth is performed below this pressure, the in-plane Al concentration in the p-type contact layer can be made uniform, and the p-type contact layer in which the Al composition of GaAlN is changed as necessary. This is because it is easy to control the growth. Under conditions higher than this pressure, the reaction between the supplied TMAl and NH 3 becomes remarkable, and TMAl is consumed before reaching the substrate in the middle of growth, making it difficult to obtain the target Al composition. The same can be said for Mg fed as a dopant. That is, when the growth condition is 50 kP (500 mbar) or less, the Mg concentration distribution in the two-dimensional direction (in-plane direction of the growth substrate) in the p-type contact layer becomes uniform (in-plane uniformity of the growth substrate).

使用するキャリアガス流量によってGaAlNコンタクト層中の面内方向のAl組成、Mg濃度の分布が変化することも知られている。しかし、キャリアガス条件よりも、成長圧力の条件によってコンタクト層中のAl組成、Mgの面内均一性が大きく左右されることが見出された。従って50kP(500mbar)以下で10kP(100mbar)以上の成長圧力とすることが適切である。   It is also known that the Al composition in the in-plane direction and the distribution of Mg concentration in the GaAlN contact layer change depending on the carrier gas flow rate used. However, it has been found that the Al composition in the contact layer and the in-plane uniformity of Mg are greatly influenced by the growth pressure condition rather than the carrier gas condition. Therefore, it is appropriate to set the growth pressure to 50 kP (500 mbar) or less and 10 kP (100 mbar) or more.

p型ドーパントのMg濃度はp型コンタクト層の成長速度を以下のようにすることで制御可能である。p型コンタクト層の成長速度は主にGa原料であるTMGaの供給量に依存する。単位時間あたりのTMGa供給量を多くすれば、それだけ短時間に目的の膜厚を得ることができる。ドーパントであるCp2Mgも同じく供給量を多くすればよい。しかし、成長速度を速くしたp型コンタクト層は結晶欠陥が導入されやすく、ドーパントが必要濃度含まれていても、結晶欠陥に起因する膜抵抗が発生してしまい、結果的に駆動電圧が下がらなくなってしまう。逆に成長速度を抑え過ぎると、目的膜厚を達するまでの成長時間が長くなり、成長期間中においての発光層への熱ダメージを大きくしてしまう恐れがある。本発明者は、単位時間あたりのTMGaの供給量を検討し、p型コンタクト層の成長速度をある範囲に限定し、かつそれに合わせてCp2Mgの供給量条件を変えることを行なった。そして、ITO正極を備えた発光素子として駆動電圧が低くなることおよび発光層へ熱ダメージがないことを満足するp型コンタクト層の成長条件としては、p型コンタクト層の成長速度(Vgc)およびTMGa供給量とCp2Mg供給量との比率(α(Mg/Ga))をある範囲内にすることが必要であることを見出した。 The Mg concentration of the p-type dopant can be controlled by setting the growth rate of the p-type contact layer as follows. The growth rate of the p-type contact layer mainly depends on the supply amount of TMGa which is a Ga material. If the TMGa supply amount per unit time is increased, the target film thickness can be obtained in such a short time. Similarly, the supply amount of Cp 2 Mg as a dopant may be increased. However, in the p-type contact layer with a high growth rate, crystal defects are easily introduced, and even if a dopant is contained at a necessary concentration, film resistance due to crystal defects occurs, and as a result, the drive voltage does not decrease. End up. On the other hand, if the growth rate is too low, the growth time until the target film thickness is reached becomes long, and there is a risk of increasing thermal damage to the light emitting layer during the growth period. The present inventor examined the supply amount of TMGa per unit time, limited the growth rate of the p-type contact layer to a certain range, and changed the supply amount condition of Cp 2 Mg accordingly. The growth conditions of the p-type contact layer satisfying that the drive voltage is low and the light-emitting layer is free from thermal damage as a light-emitting device having an ITO positive electrode include the growth rate (Vgc) of the p-type contact layer and TMGa. It has been found that the ratio (α (Mg / Ga)) between the supply amount and the Cp 2 Mg supply amount needs to be within a certain range.

すなわち前述の成長温度および成長圧力条件下で、p型コンタクト層の成長速度Vgcは10〜20nm/分が好ましく、13〜20nm/分がさらに好ましい。α(Mg/Ga)は0.75×10-2〜1.5×10-2が好ましく、0.78×10-2〜1.2×10-2がさらに好ましい。この条件下において、p型コンタクト層中のMg濃度を0.9×1020〜2×1020原子/cm3に制御することができる。 That is, under the growth temperature and growth pressure conditions described above, the growth rate Vgc of the p-type contact layer is preferably 10 to 20 nm / min, and more preferably 13 to 20 nm / min. α (Mg / Ga) is preferably 0.75 × 10 −2 to 1.5 × 10 −2, and more preferably 0.78 × 10 −2 to 1.2 × 10 −2 . Under this condition, the Mg concentration in the p-type contact layer can be controlled to 0.9 × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 .

また、p型コンタクト層の膜厚としては170〜200nmが好ましい。
なお、成長速度の決定は、ウェーハ断面のTEM観察によりp型コンタクト層の膜厚を計測し、成長時間で割り返して求める。また、p型コンタクト層中のMg濃度は一般的な質量分析装置(SIMS)によって求めることができる。
Further, the thickness of the p-type contact layer is preferably 170 to 200 nm.
The growth rate is determined by measuring the film thickness of the p-type contact layer by TEM observation of the wafer cross section and dividing it by the growth time. Further, the Mg concentration in the p-type contact layer can be determined by a general mass spectrometer (SIMS).

p型コンタクト層の成長のあと、基板加熱を停止するとともにN2ガスを送りこみ、反応空間内をパージするとともに、ウェーハを冷却し、成長装置外にとりだせるまでに冷却する。なお、本方法ではこの時点においてp型コンタクト層が目的とするp型となっていることを確認した。従って、このあとにおいて活性化のための熱処理は必要ではない。 After the growth of the p-type contact layer, the substrate heating is stopped and N 2 gas is supplied to purge the reaction space, and the wafer is cooled until it is taken out of the growth apparatus. In this method, it was confirmed that the p-type contact layer was the target p-type at this point. Therefore, heat treatment for activation is not necessary after this.

次に、n型コンタクト層およびp型コンタクト層上に設けられる負極および正極について説明する。   Next, the negative electrode and the positive electrode provided on the n-type contact layer and the p-type contact layer will be described.

(負極)
負極としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。その製造方法も各種の製法が公知であり、それら公知の方法を用いることができる。
(Negative electrode)
As the negative electrode, those having various compositions and structures are known, and those having any composition and structure can be used in the present invention, including those known. Various production methods are known as the production method, and these known methods can be used.

負極形成工程は例えば以下の手順による。
n型コンタクト層上への負極形成面の作製には公知のフォトリソグラフィー技術および一般的なエッチング技術が利用可能である。これらの技術により、ウェーハの最上層からn型コンタクト層の位置にまで掘り込みができ、負極形成予定の領域のn型コンタクト層を露出させることができる。負極材料としては、n型コンタクト層に接するコンタクトメタルとしてAl、Ti、Ni、Auのほか、Cr、W、Vなどの金属材料が利用可能である。n型コンタクト層への密着性を向上させるために、コンタクトメタルを上記金属から複数選択した多層構造としてもよい。なお、最表面はAuであるとボンディング性が良好となる。
A negative electrode formation process is based on the following procedures, for example.
A known photolithography technique and a general etching technique can be used for producing the negative electrode forming surface on the n-type contact layer. By these techniques, digging can be performed from the uppermost layer of the wafer to the position of the n-type contact layer, and the n-type contact layer in the region where the negative electrode is to be formed can be exposed. As the negative electrode material, metal materials such as Cr, W, and V can be used in addition to Al, Ti, Ni, and Au as the contact metal in contact with the n-type contact layer. In order to improve adhesion to the n-type contact layer, a multilayer structure in which a plurality of contact metals are selected from the above metals may be used. If the outermost surface is Au, the bondability is good.

(正極)
本発明では正極にはITOを用いる。ITOの組成としては50%≦In<100%および0%<Sn≦50%とするのが好ましい。この範囲内において低い膜抵抗と高い光透過率を満足することが可能である。Inが90%、Snが10%であることが特に好ましい。ITOには不純物としてII族、III族、IV族またはV族の元素を含んでいてもよい。また、ITOの代わりにSnO、ZnOまたはInOなどを用いることもできる。
(Positive electrode)
In the present invention, ITO is used for the positive electrode. The composition of ITO is preferably 50% ≦ In <100% and 0% <Sn ≦ 50%. Within this range, it is possible to satisfy low film resistance and high light transmittance. It is particularly preferable that In is 90% and Sn is 10%. ITO may contain Group II, Group III, Group IV or Group V elements as impurities. Further, SnO, ZnO, InO, or the like can be used instead of ITO.

ITO膜の膜厚は50〜500nmが望ましい。50nm以下であれば、ITO膜自体の膜抵抗が高くなり、駆動電圧が高くなる。また逆に500nmより厚いと上面への発光の取り出し効率が低くなり、発光強度が高くならない。   The thickness of the ITO film is desirably 50 to 500 nm. If it is 50 nm or less, the film resistance of the ITO film itself is increased, and the drive voltage is increased. On the other hand, if it is thicker than 500 nm, the light extraction efficiency to the upper surface is lowered, and the light emission intensity is not increased.

ITO膜の成膜方法については、公知の真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。真空蒸着には加熱方法に抵抗加熱方式や電子線加熱方式などがあるが、金属以外の材料の蒸着には、電子線加熱方式が適している。また、原料となる化合物を液状とし、これを表面に塗布した後然るべき処理により酸化物膜とする方法も用いることができる。   As a method for forming the ITO film, a known vacuum deposition method or sputtering method can be used. There are a resistance heating method and an electron beam heating method as a heating method for vacuum deposition, but an electron beam heating method is suitable for the deposition of materials other than metal. Alternatively, a method can be used in which the compound as a raw material is made liquid and applied to the surface to form an oxide film by appropriate treatment.

蒸着法では条件によりITO 膜の結晶性が影響を受けるが、条件を適切に選択すればその限りではない。なお室温にてITO膜を作成した場合は、透明化のための熱処理が必要となる。   In the vapor deposition method, the crystallinity of the ITO film is affected by conditions, but this is not the case if the conditions are appropriately selected. When the ITO film is formed at room temperature, heat treatment for transparency is required.

スパッタ法による製膜では、プラズマの高エネルギーの環境下に置かれるため、p型コンタクト層表面がプラズマによるダメージを受けやすく、従って接触抵抗が高くなる傾向にあるが、製膜条件を工夫することでp型コンタクト層表面への影響を少なくすることができる。   Since film formation by sputtering is placed in a high-energy plasma environment, the surface of the p-type contact layer is likely to be damaged by plasma, and thus the contact resistance tends to increase. Thus, the influence on the surface of the p-type contact layer can be reduced.

ITO膜製膜のあと、その一部表面にボンディングパッド部を構成するボンディングパッド層を作製する。両者を合わせて正極を構成することになる。ボンディングパッド層の材料として、各種の構造のものが知られており、本発明においても、これら周知のものを特に制限されることなく用いることが可能である。負極材料に用いたAl、Ti、Ni、Auのほか、Cr、W、Vも何ら制限なく使用できる。しかしながら、ITO膜との密着性の良い材料を用いることが望ましい。厚さはボンディング時の応力に対してITO膜へダメージを与えないよう十分厚くする必要がある。また最表層はボンディングボールとの密着性の良い材料、例えばAuとすることが望ましい。   After the ITO film is formed, a bonding pad layer constituting the bonding pad portion is formed on a part of the surface. Together, they constitute a positive electrode. As the material for the bonding pad layer, those having various structures are known, and in the present invention, these known materials can be used without any particular limitation. In addition to Al, Ti, Ni, and Au used for the negative electrode material, Cr, W, and V can be used without any limitation. However, it is desirable to use a material with good adhesion to the ITO film. It is necessary to make the thickness sufficiently thick so as not to damage the ITO film against the stress at the time of bonding. The outermost layer is preferably made of a material having good adhesion to the bonding ball, for example, Au.

本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、例えば当業界周知の手段により透明カバーを設けてランプにすることができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーを組み合わせて白色のランプを作製することもできる。   The group III nitride semiconductor light emitting device of the present invention can be made into a lamp by providing a transparent cover by means well known in the art, for example. In addition, a white lamp can be produced by combining the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention and a cover having a phosphor.

以下に実施例および比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるわけではない。なお、表1に各実施例および比較例における発光素子の製造条件および得られた発光素子の性能を示した。   EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to only these examples. Table 1 shows the manufacturing conditions of the light-emitting elements and the performance of the obtained light-emitting elements in each Example and Comparative Example.

(実施例1)
サセプター上にサファイア基板をセットし、圧力を20kP(200mbar)、温度を1100℃に制御して、TMAlとNH3をH2キャリアガスともに基板上に送りこみ、AlNバッファ層を形成した。この成長時間は10分とした。
Example 1
A sapphire substrate was set on the susceptor, the pressure was controlled to 20 kP (200 mbar), the temperature was controlled to 1100 ° C., and TMAl and NH 3 were fed onto the substrate together with the H 2 carrier gas to form an AlN buffer layer. This growth time was 10 minutes.

その後、圧力を40kP(400mbar)、温度を1030℃としてTMGaとNH3を供給してAlNバッファ層上にアンドープGaNからなる下地層を3時間成長した。圧力と温度を維持しながら、n型ドーパントとしてGeH4を供給し、n型GaN層を1時間成長した。これによってn型コンタクト層を形成した。 Thereafter, TMGa and NH 3 were supplied at a pressure of 40 kP (400 mbar) and a temperature of 1030 ° C., and an underlayer made of undoped GaN was grown on the AlN buffer layer for 3 hours. While maintaining the pressure and temperature, GeH 4 was supplied as an n-type dopant, and an n-type GaN layer was grown for 1 hour. This formed an n-type contact layer.

この後、圧力は40kP(400mbar)、温度を750℃としてキャリアガスをH2からN2に切り替え、TEGaとNH3、ドーパントとしてSiH4を供給しながらバリア層を7分間成長し、このあとさらにTMInを供給して井戸層を5分間成長させた。このバリア層と井戸層の成長を交互に5回繰り返して、最後に最終のバリア層を成長して、発光層とした。 Thereafter, the pressure is 40 kP (400 mbar), the temperature is 750 ° C., the carrier gas is switched from H 2 to N 2 , and the barrier layer is grown for 7 minutes while supplying TEGa and NH 3 and SiH 4 as the dopant, and then further TMIn was supplied to grow the well layer for 5 minutes. The growth of the barrier layer and the well layer was alternately repeated five times, and finally the final barrier layer was grown to obtain a light emitting layer.

この後、圧力を20kP(200mbar)、温度を1000℃としてキャリアガスを再びH2に切り替え、TMGaとTMAlを供給して、ドーパントとしてCp2Mgを送りこんでp型クラッド層を3分間成長した。この後圧力と温度を維持しながら、p型コンタクト層の成長を行なった。その条件としてGaとMgの単位時間あたりの供給量比(α=Mg/Ga)を0.0103、成長速度が1分間で15nmとなるようにTMGa供給量を固定した。成長時間は12分とした。 Thereafter, the pressure was 20 kP (200 mbar), the temperature was 1000 ° C., the carrier gas was switched to H 2 again, TMGa and TMAl were supplied, and Cp 2 Mg was fed as a dopant to grow a p-type cladding layer for 3 minutes. Thereafter, the p-type contact layer was grown while maintaining the pressure and temperature. The conditions were such that the supply ratio of Ga and Mg per unit time (α = Mg / Ga) was 0.0103, and the TMGa supply amount was fixed so that the growth rate was 15 nm per minute. The growth time was 12 minutes.

このあと、キャリアガスを再びH2に切り替え、誘導コイルへの電力投入をやめて、加熱を停止しキャリアガスをN2に切り替えて、炉内をパージするとともに得られたIII族窒化物半導体積層物を炉外に取り出せる温度にまで冷却した。 Thereafter, the carrier gas is switched again to H 2 , the power supply to the induction coil is stopped, heating is stopped, the carrier gas is switched to N 2 , the inside of the furnace is purged, and the obtained group III nitride semiconductor laminate Was cooled to a temperature at which it could be taken out of the furnace.

炉外に取り出したIII族窒化物半導体積層物のn型コンタクト層の一部をフォトリソグラフとドライエッチングにより露出させ、その上にCrとTiの金属層からなる負極を作製した。またp型コンタクト層上には蒸着法により厚さ350nmのITO膜を作製し、その上にTi、Au、AlおよびAuをこの順序で積層したボンディングパッド層を作製し、正極とした。その後、基板裏面研磨とスクライブをした後、各発光素子に分割した。   A part of the n-type contact layer of the group III nitride semiconductor laminate taken out of the furnace was exposed by photolithography and dry etching, and a negative electrode made of a Cr and Ti metal layer was formed thereon. Further, an ITO film having a thickness of 350 nm was formed on the p-type contact layer by vapor deposition, and a bonding pad layer in which Ti, Au, Al, and Au were laminated in this order was formed thereon, and used as a positive electrode. Thereafter, the substrate back surface was polished and scribed, and then divided into light emitting elements.

得られた発光素子に20mAの電流を流して発光させるとともに、駆動電圧と発光出力を測定したところ3.2Vと9mWであった。また、p型コンタクト層のMg濃度をSIMSで分析したところ、1.8×1020原子/cm3であった。 The obtained light emitting device was caused to emit light by supplying a current of 20 mA, and the drive voltage and the light output were measured and found to be 3.2 V and 9 mW. Further, when the Mg concentration of the p-type contact layer was analyzed by SIMS, it was 1.8 × 10 20 atoms / cm 3 .

(実施例2)
p型コンタクト層の成長条件を、GaとMgの供給量比(α=Mg/Ga)を0.0078、成長速度を20nm/分、成長時間を9分としたことを除いて、実施例1と同様にIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例1と同様に評価したところ、駆動電圧は3.3V、発光出力は9mW、p型コンタクト層中のMg濃度は1.2×1020原子/cm3であった。
(Example 2)
Example 1 except that the p-type contact layer was grown under the following conditions: Ga: Mg supply ratio (α = Mg / Ga) was 0.0078, the growth rate was 20 nm / min, and the growth time was 9 minutes. A group III nitride semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as described above.
When the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1, the driving voltage was 3.3 V, the light emission output was 9 mW, and the Mg concentration in the p-type contact layer was 1.2 × 10 20 atoms / cm 3 . .

(比較例1)
p型コンタクト層の成長条件を、GaとMgの供給量比(α=Mg/Ga)を0.0071、成長速度を22nm/分、成長時間を8分としたことを除いて、実施例1と同様にIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例1と同様に評価したところ、駆動電圧は3.8V、発光出力は8mW、p型コンタクト層中のMg濃度は8×1019原子/cm3であった。
(Comparative Example 1)
Example 1 except that the p-type contact layer was grown under the following conditions: Ga and Mg supply ratio (α = Mg / Ga) of 0.0071, growth rate of 22 nm / min, and growth time of 8 minutes. A group III nitride semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as described above.
When the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1, the driving voltage was 3.8 V, the light emission output was 8 mW, and the Mg concentration in the p-type contact layer was 8 × 10 19 atoms / cm 3 .

(比較例2)
p型コンタクト層の成長条件を、GaとMgの供給量比(α=Mg/Ga)を0.017、成長速度を9nm/分、成長時間を20分としたことを除いて、実施例1と同様にIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例1と同様に評価したところ、駆動電圧は3.2V、発光出力は7mW、p型コンタクト層中のMg濃度は3×1020原子/cm3であった。

Figure 2007109713
(Comparative Example 2)
Example 1 except that the p-type contact layer was grown under the following conditions: Ga and Mg supply ratio (α = Mg / Ga) of 0.017, growth rate of 9 nm / min, and growth time of 20 minutes. A group III nitride semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as described above.
When the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1, the driving voltage was 3.2 V, the light emission output was 7 mW, and the Mg concentration in the p-type contact layer was 3 × 10 20 atoms / cm 3 .
Figure 2007109713

本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、良好な発光出力を有し、駆動電圧が低下するので、その産業上の利用価値は非常に大きい。   The group III nitride semiconductor light-emitting device of the present invention has a good light emission output and a low driving voltage, so that its industrial utility value is very large.

本発明のIII族窒化物半導体発光素子の断面を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross section of the group III nitride semiconductor light-emitting device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 バッファ層
3 n型半導体層
4 発光層
5 p型半導体層
6 負極
7 正極
1 substrate 2 buffer layer 3 n-type semiconductor layer 4 light emitting layer 5 p-type semiconductor layer 6 negative electrode 7 positive electrode

Claims (5)

基板上にIII族窒化物半導体からなる、n型半導体層、発光層およびp型半導体層がこの順序で積層され、正極および負極がそれぞれp型半導体層およびn型半導体層に接して設けられた発光素子において、該正極がITO(Indium-Tin-Oxide)からなり、該ITOが該p型半導体層と直接接するように配置されており、且つ、該p型半導体層がMgドーパントを0.9×1020〜2×1020原子/cm3の濃度で含有していることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。 An n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are stacked in this order on the substrate, and a positive electrode and a negative electrode are provided in contact with the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively. In the light-emitting element, the positive electrode is made of ITO (Indium-Tin-Oxide), the ITO is arranged so as to be in direct contact with the p-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer contains Mg dopant in an amount of 0.9. A group III nitride semiconductor light-emitting device comprising a concentration of × 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 . 基板上にIII族窒化物半導体からなる、n型半導体層、発光層およびp型半導体層をこの順序で成長させた後、該p型半導体層にITO(Indium-Tin-Oxide)からなる正極を形成することからなるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、該p型半導体層の成長速度が10〜20nm/分であり、該p型半導体層中のMgドーパントの濃度が0.9×1020〜2×1020原子/cm3でることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。 After an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are grown in this order on the substrate, a positive electrode made of ITO (Indium-Tin-Oxide) is formed on the p-type semiconductor layer. In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device comprising forming, the growth rate of the p-type semiconductor layer is 10 to 20 nm / min, and the concentration of Mg dopant in the p-type semiconductor layer is 0.9 × A method for producing a Group III nitride semiconductor light-emitting device, characterized in that it is 10 20 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 . p型半導体層を成長させる際のGa原料供給量とMg原料供給量の比(Mg/Ga)が0.75×10-2〜1.5×10-2である請求項2に記載の製造方法。 3. The production according to claim 2 , wherein a ratio (Mg / Ga) of a Ga raw material supply amount to an Mg raw material supply amount when growing the p-type semiconductor layer is 0.75 × 10 −2 to 1.5 × 10 −2. Method. p型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が10〜50kPである請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the pressure in the growth apparatus when growing the p-type semiconductor layer is 10 to 50 kP. 請求項1に記載のIII族窒化物半導体発光素子からなるランプ。   A lamp comprising the group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1.
JP2005296456A 2005-10-11 2005-10-11 Group iii nitride semiconductor light emitting element Pending JP2007109713A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005296456A JP2007109713A (en) 2005-10-11 2005-10-11 Group iii nitride semiconductor light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005296456A JP2007109713A (en) 2005-10-11 2005-10-11 Group iii nitride semiconductor light emitting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007109713A true JP2007109713A (en) 2007-04-26

Family

ID=38035374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005296456A Pending JP2007109713A (en) 2005-10-11 2005-10-11 Group iii nitride semiconductor light emitting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007109713A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008305967A (en) * 2007-06-07 2008-12-18 Showa Denko Kk Device and method for manufacturing group iii nitride semiconductor layer, manufacturing method for group iii nitride semiconductor light-emitting element and group iii nitride semiconductor light-emitting element and lamp
JP2008306113A (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Showa Denko Kk Manufacturing method of group iii nitride semiconductor, manufacturing method of group iii nitride semiconductor light emitting element, group iii nitride semiconductor light emitting element and lamp
JP2008311421A (en) * 2007-06-14 2008-12-25 Showa Denko Kk Manufacturing method of group iii nitride compound semiconductor light emitting element, group iii nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp
JP2009049234A (en) * 2007-08-21 2009-03-05 Showa Denko Kk Method and device for manufacturing group iii nitride semiconductor, method of manufacturing group iii nitride semiconductor element and group iii nitride semiconductor element and lamp
JP2009124100A (en) * 2007-10-25 2009-06-04 Showa Denko Kk Apparatus for manufacturing group-iii nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-iii nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-iii nitride semiconductor light-emitting device, group-iii nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
US9437776B2 (en) 2008-03-31 2016-09-06 Toshiba Corporation Method for manufacturing light emitting diodes with smooth surface for reflective electrode
US11611013B2 (en) 2020-04-21 2023-03-21 Nichia Corporation Method for manufacturing light-emitting element

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004214337A (en) * 2002-12-27 2004-07-29 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
JP2005209733A (en) * 2004-01-20 2005-08-04 Nichia Chem Ind Ltd Semiconductor light-emitting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004214337A (en) * 2002-12-27 2004-07-29 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor light emitting device
JP2005209733A (en) * 2004-01-20 2005-08-04 Nichia Chem Ind Ltd Semiconductor light-emitting device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008305967A (en) * 2007-06-07 2008-12-18 Showa Denko Kk Device and method for manufacturing group iii nitride semiconductor layer, manufacturing method for group iii nitride semiconductor light-emitting element and group iii nitride semiconductor light-emitting element and lamp
JP2008306113A (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Showa Denko Kk Manufacturing method of group iii nitride semiconductor, manufacturing method of group iii nitride semiconductor light emitting element, group iii nitride semiconductor light emitting element and lamp
JP2008311421A (en) * 2007-06-14 2008-12-25 Showa Denko Kk Manufacturing method of group iii nitride compound semiconductor light emitting element, group iii nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp
JP2009049234A (en) * 2007-08-21 2009-03-05 Showa Denko Kk Method and device for manufacturing group iii nitride semiconductor, method of manufacturing group iii nitride semiconductor element and group iii nitride semiconductor element and lamp
JP2009124100A (en) * 2007-10-25 2009-06-04 Showa Denko Kk Apparatus for manufacturing group-iii nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-iii nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-iii nitride semiconductor light-emitting device, group-iii nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
US9437776B2 (en) 2008-03-31 2016-09-06 Toshiba Corporation Method for manufacturing light emitting diodes with smooth surface for reflective electrode
US11611013B2 (en) 2020-04-21 2023-03-21 Nichia Corporation Method for manufacturing light-emitting element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI413279B (en) Group iii nitride semiconductor light emitting device, process for producing the same, and lamp
JP5272390B2 (en) Group III nitride semiconductor manufacturing method, group III nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, group III nitride semiconductor light emitting device, and lamp
US7749785B2 (en) Manufacturing method of group III nitride semiconductor light-emitting device
TWI591851B (en) Group iii nitride compound semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp
US8669129B2 (en) Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device, group III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
JP2006114886A (en) N-type group iii nitride semiconductor lamination structure
JP2010272887A (en) Method of manufacturing group iii nitride semiconductor element and method of manufacturing the group iii nitride semiconductor light-emitting device
JP5072397B2 (en) Gallium nitride compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP2001160627A (en) Group iii nitride compound semiconductor light emitting element
US20100213476A1 (en) Group-iii nitride compound semiconductor light-emitting device, method of manufacturing group-iii nitride compound semiconductor light-emitting device, and lamp
CN109786527B (en) Light emitting diode epitaxial wafer and manufacturing method thereof
US7456445B2 (en) Group III nitride semiconductor light emitting device
JP2008218740A (en) Method of manufacturing gallium nitride-system compound semiconductor light-emitting device
WO2009142265A1 (en) Iii nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing the same, and lamp
TW201133557A (en) Method for manufacturing aluminum-containing nitride intermediate layer, method for manufacturing nitride layer, and method for manufacturing nitride semiconductor element
JP2006310819A (en) Gallium nitride compound semiconductor laminate and manufacturing method thereof
JP2008034444A (en) Group iii nitride semiconductor light emitting device, method of manufacturing same, and lamp
JP2007109713A (en) Group iii nitride semiconductor light emitting element
WO2004086521A1 (en) Light-emitting device and method for manufacturing light-emitting device
JP5025168B2 (en) Method for producing group III nitride semiconductor multilayer structure
US8383439B2 (en) Apparatus for manufacturing group-III nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-III nitride semiconductor layer, group-III nitride semiconductor light-emitting device, method of manufacturing group-III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
JP4781028B2 (en) Group III nitride semiconductor laminate and method for manufacturing group III nitride semiconductor light emitting device
JP2007288052A (en) Method of manufacturing group-iii nitride semiconductor light-emitting element
JP5105738B2 (en) Method for producing gallium nitride compound semiconductor laminate
JP2006344930A (en) Manufacturing method of group iii nitride semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080924

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120119

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120904