JP2009010429A - Gallium nitride compound semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は発光ダイオードに利用される半導体発光素子に係り、特に窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を用いた窒化ガリウム系化合物発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device used for a light emitting diode, and more particularly to a gallium nitride compound light emitting device using a substrate made of a gallium nitride compound semiconductor.
窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料として多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダイオードの分野での展開が進んでいる。 Gallium nitride compound semiconductors are widely used as semiconductor materials for visible light emitting devices and high-temperature operating electronic devices, and are being developed in the field of blue and green light emitting diodes.
可視光で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基本的には、サファイアやSiC等からなる基板の上にバッファ層を介して、n型クラッド層と、発光層となるInGaNからなる活性層と、p型クラッド層とを積層させたものが主流である。特に、近来では、基板にサファイアを用い、有機金属気相成長法により、GaNやAlN等からなる低温成長バッファ層を介してダブルへテロ構造を成長させたものは、高輝度で信頼性が高く、屋外用のパネルディスプレイ用発光ダイオード等に広く用いられるようになってきている。 A gallium nitride compound semiconductor light emitting device capable of emitting visible light basically has an n-type cladding layer and an active layer made of InGaN as a light emitting layer through a buffer layer on a substrate made of sapphire, SiC, or the like. The mainstream is a laminate of a layer and a p-type cladding layer. In particular, in recent years, a double heterostructure grown using a sapphire substrate and a low temperature growth buffer layer made of GaN, AlN, or the like by metalorganic vapor phase epitaxy has high brightness and high reliability. It has been widely used for light-emitting diodes for outdoor panel displays.
しかしながら、最近、GaNからなる基板が作製されるようになり、これを用いた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子がいくつか提案されるようになってきている。例えば、特許文献1には、GaNを基板とし基板の上にp−n接合を含む積層体を形成させた青色発光素子が開示されている。この公報によれば、GaNを基板として用い他の赤色発光ダイオード等と同様に対向する電極の間に基板が存在する構造が可能となり、電極位置に対する制約をなくすることができるとされている。 However, recently, a substrate made of GaN has been produced, and several gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices using the substrate have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a blue light-emitting element in which GaN is used as a substrate and a laminate including a pn junction is formed on the substrate. According to this publication, a structure in which a substrate exists between electrodes facing each other in the same manner as other red light emitting diodes using GaN as a substrate is possible, and restrictions on electrode positions can be eliminated.
また、特許文献2においては、n型GaNからなる基板を用い、基板の側を主発光面側とすることができる発光素子が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a light-emitting element that uses a substrate made of n-type GaN and can have the substrate side as the main light-emitting surface side.
図2は、上記公報において示された従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図である。n型のGaNからなる基板11の上には、n型クラッド層12と、活性層13と、p型クラッド層14とが順次積層されており、基板11の積層面側でない一面の上の一部にn側電極15が設けられ、p型クラッド層14の上の全面にわたってp側電極16が設けられている。p側電極16を下向きに実装することにより、n側電極15を設けた面の側を主発光面側とし、面発光を得ることができる。このような構成によれば、電流−光出力特性が改善された安価な発光素子を提供することができるとされている。
図2に示す構造の発光素子においては、GaNからなる基板11が活性層13からの発光に対し透明であるので、基板11に設けたn側電極15の側を主発光面とすることができる。このn側電極15は、通常、ワイヤボンディング用のパッドとして用いられるため、発光に対し透過性を有しない程度の厚膜で形成される。
In the light emitting device having the structure shown in FIG. 2, since the substrate 11 made of GaN is transparent to light emitted from the
したがって、この電極の下の活性層13で発せられ基板11の主発光面の側へ向かう光は、厚膜のn側電極15で遮られてしまうこととなる。このため、発光素子の上方におけ
る配光特性は、n側電極15を形成した領域の上部で落ち込む凹状の分布となる。このような分布の配光特性は、発光素子直上で均一な配光特性と高い発光強度を必要とする用途においては望ましくないという問題がある。
Therefore, the light emitted from the
The light distribution characteristic is a concave distribution that falls in the upper part of the region where the n-
このような凹状の分布を回避しようとして主発光面となる基板11の面積を大きくするためにn側電極15のサイズを小さくすると、ワイヤボンディングの作業が困難となるので、n側電極15のサイズを小さくすることは好ましくない。したがって、ボンディング等の電気的接続の作業性を確保してもなお発光特性を改善することができる発光素子が望まれている。
If the size of the n-
本発明において解決すべき課題は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持することができる新規な構造を提供することである。 The problem to be solved in the present invention is to improve the light distribution characteristics immediately above the light emitting element and to improve the light emission intensity in a light emitting element using a substrate made of a gallium nitride compound semiconductor and having the substrate side as the main light emitting surface side. It is to provide a novel structure that can maintain high.
本発明は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板の上に、少なくとも窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型クラッド層と活性層とp型クラッド層との積層構造が設けられ、前記基板に接続される電極を有する半導体発光素子であって、前記電極は、前記積層構造の表面側からその一部を除去させて露出された前記基板の表面に直接接して設けられ、基板の側を主発光面側とし、発光素子の上方における配光特性が凹状の分布でないことを特徴とする。 According to the present invention, a laminated structure of at least an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer made of a gallium nitride compound semiconductor is provided on a substrate made of an n-type gallium nitride compound semiconductor, A semiconductor light emitting device having an electrode to be connected, wherein the electrode is provided in direct contact with the surface of the substrate exposed by removing a part thereof from the surface side of the stacked structure, and the substrate side is mainly provided. The light distribution surface is on the light emitting surface side, and the light distribution characteristic above the light emitting element is not a concave distribution.
このような構成によれば、基板の側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光特性を改善することができるとともに、発光強度を高く保持することが可能となる。 According to such a configuration, in the light-emitting element in which the substrate side is the main light-emitting surface side, it is possible to improve the light distribution characteristics directly above the light-emitting element and to keep the emission intensity high.
本発明によれば、窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板を用い、この基板の側を主発光面側とする発光素子において、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持することができるので、発光素子直上で均一な配光分布が望まれる表面実装型発光ダイオードや発光素子を基板上に複数配列させたライン状光源などの用途に好適に用いることができる。 According to the present invention, in a light emitting device using a substrate made of a gallium nitride compound semiconductor and having the substrate side as the main light emitting surface side, the light distribution characteristic immediately above the light emitting device is improved and the emission intensity is kept high. Therefore, it can be suitably used for applications such as a surface-mounted light-emitting diode in which a uniform light distribution is desired directly above the light-emitting element and a line light source in which a plurality of light-emitting elements are arranged on a substrate.
また、発光素子直上での発光強度を高く保持することができるので、従来の砲弾形状の樹脂レンズ付き発光ダイオードにも用いることができる。 Further, since the light emission intensity directly above the light emitting element can be maintained, it can be used for a conventional shell-shaped light emitting diode with a resin lens.
さらに、n側電極の配置とn型クラッド層の電子濃度の条件を特定することにより、n型の基板とn型クラッド層における電流広がりが確保されるので、n側電極のサイズを小さくすることが可能となる。このため、Auバンプ等による電気的接続を用いることができるので、電極サイズによるワイヤボンディング等の作業性の制約が解消され、電気的接続の作業性が確保される。 Furthermore, by specifying the conditions of the arrangement of the n-side electrode and the electron concentration of the n-type cladding layer, current spreading in the n-type substrate and the n-type cladding layer is ensured, so the size of the n-side electrode is reduced. Is possible. For this reason, since the electrical connection by Au bumps etc. can be used, restrictions of workability, such as wire bonding by an electrode size, are eliminated, and workability of electrical connection is secured.
請求項1に記載の発明は、n型の窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板の上に、少なくとも窒化ガリウム系化合物半導体からなるn型クラッド層と活性層とp型クラッド層との積層構造が設けられ、前記基板に接続される電極を有する半導体発光素子であって、前記電極は、前記積層構造の表面側からその一部を除去させて露出された前記基板の表面に直接接して設けられ、基板の側を主発光面側とし、発光素子の上方における配光特性が凹状の分布でないことを特徴とするものであり、基板側を主発光面側とする場合に発光素子直上での配光特性をほぼ均一なものとすることができるという作用を有する。 According to the first aspect of the present invention, a laminated structure of an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer made of at least a gallium nitride compound semiconductor is provided on a substrate made of an n-type gallium nitride compound semiconductor. A semiconductor light emitting device having an electrode connected to the substrate, wherein the electrode is provided in direct contact with the surface of the substrate exposed by removing a part thereof from the surface side of the stacked structure; Light distribution characteristics directly above the light emitting element when the substrate side is the main light emitting surface side and the light distribution characteristic above the light emitting element is not a concave distribution. It has the effect that the characteristics can be made substantially uniform.
以下に、本発明の実施の形態の具体例を、図1を参照しながら説明する。 A specific example of the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
(実施の形態)
図1に、本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図を示す。
(Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
図1において、n型のGaNからなる基板1の上に、GaNからなるn型クラッド層2と、InGaNからなる活性層3と、GaNからなる第一p型クラッド層4と、AlGaNからなる第二p型クラッド層5と、InGaNからなるp型コンタクト層6とが、順次積層されている。p型コンタクト層6の表面上にはp側電極7が形成されており、p型コンタクト層6の表面側から、p型コンタクト層6と第二p型クラッド層5と第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド層2と基板1の一部をエッチングにより除去して露出された基板1の表面上に、n側電極8が形成されている。
In FIG. 1, an n-type cladding layer 2 made of GaN, an active layer 3 made of InGaN, a first p-type cladding layer 4 made of GaN, and a first layer made of AlGaN are formed on a substrate 1 made of n-type GaN. Two p-
基板1には、n型窒化ガリウム系化合物半導体を使用することができる。中でも、製造が比較的容易で、かつ比較的結晶性の良好なものが得られるGaNからなるものを使用することが好ましい。基板1にはSiやGe等のn型不純物がドープされて、その電子濃度を1×1017cm-3から1×1019cm-3の範囲に制御されたものを用いる。電子濃度が1×1017cm-3よりも低くなると、抵抗率が高くなり基板1に注入された電子が基板1で広がりにくくなる傾向にあるからであり、1×1019cm-3よりも高くなると、n型不純物を高濃度にドープしたことに起因して基板1の結晶性が悪くなる傾向にあるからである。 For the substrate 1, an n-type gallium nitride compound semiconductor can be used. Among them, it is preferable to use a material made of GaN that is relatively easy to manufacture and can be obtained with relatively good crystallinity. The substrate 1 is doped with an n-type impurity such as Si or Ge, and its electron concentration is controlled in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 . This is because, when the electron concentration is lower than 1 × 10 17 cm −3 , the resistivity is increased, and electrons injected into the substrate 1 tend to be difficult to spread on the substrate 1, which is more than 1 × 10 19 cm −3. This is because if it is high, the crystallinity of the substrate 1 tends to deteriorate due to the high concentration of n-type impurities.
n型クラッド層2には、活性層3よりもバンドギャップの大きいn型の窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができ、その電子濃度を1×1016cm-3以上で1×1017cm-3未満とすることが望ましい。電子濃度をこの範囲に特定することで、基板1との電子濃度の差、すなわち抵抗率の差を大きくとることができ、基板1とn型クラッド層2との界面において、基板1の電子が面内で十分に広がり、これにより活性層3への均一な電子の注入が実現できるため、活性層3における発光分布が均一となり、その結果、基板1の側の主発光面で均一な面発光が得られるからである。 n-type cladding layer 2, it is possible to use a large n-type gallium nitride compound semiconductor of a band gap than the active layer 3, the electron concentration in 1 × 10 16 cm -3 or more 1 × 10 17 cm - Desirably less than 3 . By specifying the electron concentration within this range, the difference in electron concentration with respect to the substrate 1, that is, the difference in resistivity can be increased. At the interface between the substrate 1 and the n-type cladding layer 2, electrons on the substrate 1 Since it spreads sufficiently in the plane, and uniform injection of electrons into the active layer 3 can be realized, the emission distribution in the active layer 3 becomes uniform, and as a result, uniform surface emission on the main light emitting surface on the substrate 1 side. This is because
n型クラッド層2には、GaNやAlGaN、InGaN等を用いることができるが、基板1にGaNを用いる場合には、n型不純物をドープした、またはアンドープのGaNを用いることが望ましい。窒化ガリウム系化合物半導体は、アンドープの状態でもn型の導電型を示すからであり、中でもGaNはn型不純物をドープすることにより電子濃度を制御することが容易だからである。しかも、上記の電子濃度の範囲であれば、n型不純物をドープすることによるn型クラッド層2の結晶性の低下を防ぐことができるので、その上に成長させる活性層3の結晶性を低下させることがなく、発光効率を高く保持できる点においても好ましい。 GaN, AlGaN, InGaN, or the like can be used for the n-type cladding layer 2, but when GaN is used for the substrate 1, it is desirable to use GaN doped with n-type impurities or undoped. This is because a gallium nitride compound semiconductor exhibits n-type conductivity even in an undoped state, and among them, GaN can easily control the electron concentration by doping an n-type impurity. In addition, since the crystallinity of the n-type cladding layer 2 can be prevented from being lowered by doping the n-type impurity within the above-mentioned electron concentration range, the crystallinity of the active layer 3 grown thereon is lowered. This is also preferable in that the luminous efficiency can be kept high.
n型クラッド層2の層厚は、0.05μm以上で0.5μm以下の範囲とすることが望ましい。0.05μmよりも薄いと電流広がりの効果が小さくなる傾向にあり、0.5μmよりも厚くなると発光素子のシリーズ抵抗が高くなって動作電圧が高くなるからである。そして、n型クラッド層2の層厚に応じて電子濃度を調整することで、電流広がりの効果を奏しながらシリーズ抵抗の低減を図ることができる。本発明者らの知見によれば、n型クラッド層2の層厚を厚くするとともに電子濃度を上記範囲内で高くすると良い。 The layer thickness of the n-type cladding layer 2 is desirably in the range of 0.05 μm to 0.5 μm. This is because if the thickness is less than 0.05 μm, the effect of current spreading tends to be small, and if it is thicker than 0.5 μm, the series resistance of the light-emitting element increases and the operating voltage increases. Then, by adjusting the electron concentration according to the layer thickness of the n-type cladding layer 2, it is possible to reduce the series resistance while exhibiting the effect of current spreading. According to the knowledge of the present inventors, it is preferable to increase the thickness of the n-type cladding layer 2 and increase the electron concentration within the above range.
活性層3には、Inを含み、n型クラッド層2並びに第一及び第二p型クラッド層4、5のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。特に、Alを含まないInGaNを用いると、青色から緑色の波長域での発光強度を高くすることができる。さらに、膜厚を100nmよりも薄くして単一量子井戸構造とすると、活性層3の結晶性を高めることができ、発光効率をより一層高めることができる。
As the active layer 3, a gallium nitride compound semiconductor containing In and having a band gap smaller than that of the n-type cladding layer 2 and the first and second p-
また、活性層3は、膜厚を100nmよりも薄いInGaNからなる量子井戸層と、この量子井戸層よりもバンドギャップの大きいInGaN、GaN等からなる障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造とすることもできる。 The active layer 3 is a multiple quantum well in which a quantum well layer made of InGaN having a thickness of less than 100 nm and a barrier layer made of InGaN, GaN or the like having a larger band gap than the quantum well layer are alternately stacked. It can also be a structure.
第一p型クラッド層4には、活性層3よりもバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。特に、GaNを用いると、活性層3との界面の結晶性を良好に保つことができるので、好ましい。 For the first p-type cladding layer 4, a gallium nitride compound semiconductor having a band gap larger than that of the active layer 3 can be used. In particular, the use of GaN is preferable because the crystallinity at the interface with the active layer 3 can be kept good.
第一p型クラッド層4にはp型不純物がドープされて、導電型をp型とされる。このp型不純物をドープするのに結晶成長時にp型不純物の原料ガスを流すことで実現することもできるが、第一p型クラッド層4の上に成長させる第二p型クラッド層5にドープさせたp型不純物を拡散させてドープすると、発光効率を高めることができる。
The first p-type cladding layer 4 is doped with a p-type impurity so that the conductivity type is p-type. This p-type impurity can be doped by flowing a p-type impurity source gas during crystal growth, but the second p-
第一p型クラッド層4の層厚は、30nm以上60nm以下の範囲とすることが好ましい。 The layer thickness of the first p-type cladding layer 4 is preferably in the range of 30 nm to 60 nm.
第二p型クラッド層5には、活性層3よりもバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。特に、第一p型クラッド層4よりもバンドギャップの大きいAlGaNを用いると、活性層3への電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、発光効率を高くすることができるので好ましい。さらに、第一p型クラッド層4と接する側からp型コンタクト層6と接する側にかけて、Al組成が収斂するように組成を傾斜させて変化させた構造とすると、発光効率を高くすることができるとともに、動作電圧を低減することができるので好ましい。
For the second p-
第二p型クラッド層5の層厚は、0.03μm以上で0.3μm以下の範囲とすることが好ましい。
The layer thickness of the second p-
p型コンタクト層6には、GaNやInGaN、AlGaNを用いることができるが、p側電極7との接触抵抗を小さくできるGaNやInGaNを用いることが好ましい。特に、組成傾斜させたAlGaNからなる第二p型クラッド層5とInGaNからなるp型コンタクト層6とを組み合わせて用いると、発光効率の向上と動作電圧の低減を同時に効果的に行うことができる。
GaN, InGaN, or AlGaN can be used for the p-type contact layer 6, but GaN or InGaN that can reduce the contact resistance with the p-
p型コンタクト層6の層厚は、0.02μm以上0.2μm以下の範囲とすることが好ましい。 The layer thickness of the p-type contact layer 6 is preferably in the range of 0.02 μm to 0.2 μm.
第一p型クラッド層4、第二p型クラッド層5、およびp型コンタクト層6にドープされるp型不純物には、Mg、Zn、Cd、C等を用いることができるが、比較的容易にp型とすることができるMgを用いることが好ましい。
Mg, Zn, Cd, C, etc. can be used for the p-type impurity doped in the first p-type cladding layer 4, the second p-
p側電極7には、AuやNi、Pt、Pd、Mg等の単体金属、あるいはそれらの合金や積層構造を用いることができる。特に、発光波長に対する反射率が高いPt、Mg等の金属を用いると、活性層3からp側電極7の側へ向かう光を反射させて、基板1の側から取り出すことができるので、発光強度向上の面で好ましい。
For the p-
n側電極8は、基板1の上に形成されたn型クラッド層2、活性層3、第一p型クラッド層4、第二p型クラッド層5およびp型コンタクト層6からなる積層構造の表面側からこれらの一部を除去させて露出させた基板1の表面に直接接して形成される。n側電極8をこのように配置する構成とすることにより、基板1の前記積層構造を形成していない面側を主発光面とすることができ、上記したn型クラッド層2と基板1との界面における電流広がり効果により、この主発光面において均一な面発光が得られる。
The n-side electrode 8 has a laminated structure comprising an n-type cladding layer 2, an active layer 3, a first p-type cladding layer 4, a second p-
n側電極8には、AlやTi等の単体金属、またはAlやTi、Au、Ni、V、Cr等を含む合金、若しくはそれらの積層構造を用いることができる。 For the n-side electrode 8, a single metal such as Al or Ti, an alloy containing Al, Ti, Au, Ni, V, Cr, or the like, or a laminated structure thereof can be used.
以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しながら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を示すものであるが、成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。 Hereinafter, specific examples of the method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples mainly show a growth method of a gallium nitride-based compound semiconductor using a metal organic vapor phase growth method, but the growth method is not limited to this, and a molecular beam epitaxy method or an organic metal It is also possible to use a molecular beam epitaxy method or the like.
(実施例)
本実施例においては、図1に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
(Example)
In this example, the gallium nitride compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 was produced.
まず、表面を鏡面に仕上げられたGaNからなる基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガスを流しながら基板1を加熱することにより、基板1の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くためのクリーニングを行った。 First, a substrate 1 made of GaN having a mirror-finished surface is placed on a substrate holder in a reaction tube, and then the substrate 1 is heated while flowing hydrogen gas while keeping the surface temperature of the substrate 1 at 1100 ° C. for 10 minutes. Thus, cleaning for removing dirt such as organic substances and moisture adhering to the surface of the substrate 1 was performed.
続いて、基板1の表面温度を1100℃に5分間保ち、水素ガスと窒素ガスとアンモニアとを流しながら、基板1の表面の結晶性を向上させる。 Subsequently, the surface temperature of the substrate 1 is maintained at 1100 ° C. for 5 minutes, and the crystallinity of the surface of the substrate 1 is improved while flowing hydrogen gas, nitrogen gas, and ammonia.
次に、基板1の表面温度を1050℃にまで降下させた後、主キャリアガスとして窒素ガスと水素ガスを流しながら、トリメチルガリウム(TMG)を含むTMG用のキャリアガスと、Si源であるSiH4(モノシラン)ガスと、を流しながら成長させて、SiをドープしたGaNからなるn型クラッド層2を0.2μmの厚さで成長させた。このn型クラッド層2の電子濃度は3×1016cm-3であった。 Next, after the surface temperature of the substrate 1 is lowered to 1050 ° C., a carrier gas for TMG containing trimethylgallium (TMG) and SiH, which is a Si source, are supplied while flowing nitrogen gas and hydrogen gas as main carrier gases. The n-type cladding layer 2 made of GaN doped with Si was grown to a thickness of 0.2 μm. The n-type cladding layer 2 had an electron concentration of 3 × 10 16 cm −3 .
n型クラッド層2を成長後、TMG用のキャリアガスとSiH4ガスとを止め、基板温度を750℃にまで降下させ、750℃において、主キャリアガスとして窒素ガスを流し、新たにTMG用のキャリアガスと、TMI用のキャリアガスと、を流しながらアンドープのIn0.2Ga0.8Nからなる単一量子井戸構造の活性層3を3nmの厚さで成長させた。 After the n-type cladding layer 2 is grown, the TMG carrier gas and the SiH 4 gas are stopped, the substrate temperature is lowered to 750 ° C., and nitrogen gas is flowed as the main carrier gas at 750 ° C. An active layer 3 having a single quantum well structure made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N was grown to a thickness of 3 nm while flowing a carrier gas and a carrier gas for TMI.
活性層3を成長後、TMI用のキャリアガスを止め、TMG用のキャリアガスを流しながら基板温度を1050℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのGaNを4nmの厚さで成長させ、基板温度が1050℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての窒素ガスと水素ガスと、TMA用のキャリアガスと、Mg源であるCp2Mg用のキャリアガスと、を流しながら成長させて、MgをドープさせたAlGaNからなる第二p型クラッド層5を0.1μmの厚さで成長させる。このAlGaNの成長時には、TMA用のキャリアガスを時間とともにリニアに減少させつつ、TMG用のキャリアガスを時間とともにリニアに増加させて、組成がAl0.15Ga0.85NからAl0.01Ga0.99Nまで変化した傾斜組成AlGaNとして第二p型クラッド層5を成長させた。
After the active layer 3 is grown, the TMI carrier gas is stopped, and the substrate temperature is raised toward 1050 ° C. while flowing the TMG carrier gas, and then undoped GaN is grown to a thickness of 4 nm to obtain the substrate. When the temperature reaches 1050 ° C., it is newly grown while flowing a nitrogen gas and a hydrogen gas as main carrier gases, a carrier gas for TMA, and a carrier gas for Cp 2 Mg as an Mg source. A second p-
この後、TMG用のキャリアガスとTMA用のキャリアガスとを止め、基板温度を1050℃に保持し、MgをドープさせたAlGaNからアンドープで形成したGaNにMgを拡散させ、第一p型クラッド層4を形成させた。 Thereafter, the carrier gas for TMG and the carrier gas for TMA are stopped, the substrate temperature is kept at 1050 ° C., Mg is diffused from undoped AlGaN to Mg, and the first p-type cladding Layer 4 was formed.
第一p型クラッド層4および第二p型クラッド層5を形成後、基板温度を800℃にまで降下させ、800℃において、新たにTMG用のキャリアガスと、TMI用のキャリアガスと、Cp2Mg用のキャリアガスと、を流しながら成長させて、MgをドープさせたIn0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト層6を0.1μmの厚さで成長させた。
After forming the first p-type cladding layer 4 and the second p-
p型コンタクト層6を成長後、TMG用のキャリアガスとTMI用のキャリアガスとCp2Mg用のキャリアガスとを止め、主キャリアガスとアンモニアをそのまま流しながら室温程度にまで冷却させて、ウェハーを反応管から取り出した。 After the growth of the p-type contact layer 6, the TMG carrier gas, the TMI carrier gas, and the Cp 2 Mg carrier gas are stopped, and the wafer is cooled to about room temperature while flowing the main carrier gas and ammonia as they are. Was removed from the reaction tube.
次に、p型コンタクト層6の表面上にCVD法によりSiO2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチング法により、p型コンタクト層6と第二p型クラッド層5と第一p型クラッド層4と活性層3とn型クラッド層2と基板1の一部を約0.5μmの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、基板1の表面を露出させた。そして、フォトリソグラフィと蒸着法により露出させた基板1の表面上にAlからなるn側電極8を蒸着形成させた。さらに、同様にしてp型コンタクト層6の表面上にPtとAuとからなるp側電極7を蒸着形成させた。
Next, an SiO 2 film was deposited on the surface of the p-type contact layer 6 by the CVD method, and then patterned into a predetermined shape by photolithography to form an etching mask. The p-type contact layer 6, the second p-
この後、基板1の裏面を研磨して100μm程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分離した。このようにして、図1に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られた。 Thereafter, the back surface of the substrate 1 was polished and adjusted to a thickness of about 100 μm, and separated into chips by scribing. In this manner, the gallium nitride compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 was obtained.
この発光素子を、電極形成面側を下向きにして、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にAuバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側電極7およびn側電極8が、それぞれSiダイオードの負電極および正電極と接続されるようにして発光素子を搭載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオードを、Agペーストによりステム上に載置し、Siダイオードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板1の側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力は1.1mWであり、順方向動作電圧は3.4Vであった。
This light emitting element was bonded by Au bumps on a Si diode having a pair of positive and negative electrodes with the electrode formation surface side facing down. At this time, the light-emitting element is mounted so that the p-
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、発光素子直上での配光特性を改善するとともに、発光強度を高く保持することができるので、発光素子直上で均一な配光分布が望まれる発光ダイオードなどに好適である。 The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention improves the light distribution characteristics directly above the light-emitting device and can maintain a high light emission intensity. It is suitable for such as.
1 基板
2 n型クラッド層
3 活性層
4 第一p型クラッド層
5 第二p型クラッド層
6 p型コンタクト層
7 p側電極
8 n側電極
1 substrate 2 n-type cladding layer 3 active layer 4 first p-
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