JP2009016505A - Group iii nitride compound semiconductor light emitting element - Google Patents

Group iii nitride compound semiconductor light emitting element Download PDF

Info

Publication number
JP2009016505A
JP2009016505A JP2007175554A JP2007175554A JP2009016505A JP 2009016505 A JP2009016505 A JP 2009016505A JP 2007175554 A JP2007175554 A JP 2007175554A JP 2007175554 A JP2007175554 A JP 2007175554A JP 2009016505 A JP2009016505 A JP 2009016505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
group iii
compound semiconductor
iii nitride
nitride compound
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
JP2007175554A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuteru Kusuki
克輝 楠木
Toshiaki Sato
壽朗 佐藤
Kenzo Hanawa
健三 塙
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 JP2007175554A priority Critical patent/JP2009016505A/en
Publication of JP2009016505A publication Critical patent/JP2009016505A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride compound semiconductor light emitting element of high light emitting output. <P>SOLUTION: In the group III nitride compound semiconductor light emitting element, a first layer and a DBR layer composed of a group III nitride compound semiconductor are provided in the order on a substrate whose refractive index is different from the one of the group III nitride compound semiconductor, an n-type layer, a light emitting layer and a p-type layer composed of the group III nitride compound semiconductor are provided on the DBR layer so that the light emitting layer is held between the n-type layer and the p-type layer, and the thickness of the first layer is equal to or less than 1,000 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、III族窒化物化合物半導体発光素子に関し、特に発光出力が高いフェイスアップ型III族窒化物化合物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a group III nitride compound semiconductor light emitting device, and more particularly to a face-up type III nitride compound semiconductor light emitting device having a high light emission output.

III族窒化物化合物半導体(以下、III族窒化物化合物半導体はAlGaInNで表されるものとする)は、可視光から紫外光領域に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップをもち高効率な発光が可能であるため、LEDやLDとしての製品化が成されている。また、電子デバイスとしても従来のIII−V族化合物半導体では得られない特性が得られるポテンシャルを持っている。   Group III nitride compound semiconductors (hereinafter referred to as Group III nitride compound semiconductors are expressed as AlGaInN) have a direct transition type band gap of energy corresponding to the visible to ultraviolet light region, and emit light with high efficiency. Therefore, commercialization as LED and LD has been achieved. In addition, the electronic device has a potential to obtain characteristics that cannot be obtained by a conventional III-V group compound semiconductor.

III−V族化合物半導体の単結晶ウェーハはいまだ市販されておらず、III−V族化合物半導体は異なる材料の単結晶ウェーハ上に結晶を成長させる方法が一般的である。このような異種基板と、その上にエピタキシャル成長させるIII族窒化物化合物半導体結晶の間には大きな格子不整合が存在する。例えばサファイア(Al23)と窒化ガリウム(GaN)の間には16%、SiCと窒化ガリウムの間には6%の格子不整合が存在する。一般にこのような大きな格子不整合の存在する場合には、基板上に結晶を直接エピタキシャル成長させることが困難であり、成長させても結晶性の良好な結晶は得られない。そこで、有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりサファイア単結晶基板やSiC単結晶基板の上にIII族窒化物化合物半導体結晶をエピタキシャル成長する場合、特許第3026087号公報や特開平4−297023号公報に示されているように、窒化アルミニウム(AlN)やAlGaNで構成される低温バッファ層と呼ばれる層を基板の上にまず堆積し、その上に高温でIII族窒化物化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法が一般に行われてきた。 Single crystal wafers of III-V compound semiconductors are not yet commercially available, and a method for growing a group of III-V compound semiconductors on single crystal wafers of different materials is common. A large lattice mismatch exists between such a heterogeneous substrate and a group III nitride compound semiconductor crystal epitaxially grown thereon. For example, there is a lattice mismatch of 16% between sapphire (Al 2 O 3 ) and gallium nitride (GaN) and 6% between SiC and gallium nitride. In general, when such a large lattice mismatch exists, it is difficult to directly epitaxially grow a crystal on a substrate, and a crystal with good crystallinity cannot be obtained even if grown. Therefore, when a group III nitride compound semiconductor crystal is epitaxially grown on a sapphire single crystal substrate or a SiC single crystal substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), Japanese Patent No. 3026087 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-297003. As shown in FIG. 1, a method called a low-temperature buffer layer made of aluminum nitride (AlN) or AlGaN is first deposited on a substrate, and then a group III nitride compound semiconductor crystal is epitaxially grown on the layer at a high temperature. Has been done in general.

この低温バッファ層を用いた良好な結晶性を持つIII族窒化物化合物半導体層の上に、多層膜を形成する技術が公開されている。例えば、特許第2985908号公報には、200〜900℃の温度で成長したバッファ層の上に、n型GaN層を成長させ、その上にAlNとGaNからなる多層膜を形成させる技術を公開している。しかしながら、この多層膜を形成する目的は結晶性の改良である。   A technique for forming a multilayer film on a Group III nitride compound semiconductor layer having good crystallinity using this low-temperature buffer layer has been disclosed. For example, Japanese Patent No. 2985908 discloses a technique for growing an n-type GaN layer on a buffer layer grown at a temperature of 200 to 900 ° C. and forming a multilayer film made of AlN and GaN on the n-type GaN layer. ing. However, the purpose of forming this multilayer film is to improve crystallinity.

また、光の干渉効果を用いて特定の角度から進入する特定の波長の光を反射する機能を持つ多層膜層である、Distributed Bragg Reflectors (DBR)と呼ばれる構造が、古くから化合物半導体発光素子において採用されてきた。III族窒化物化合物半導体発光素子においても Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.10, 2005, pp.7207-7216 にレビューがまとめられるなど、多くの研究例がある。   Moreover, a structure called Distributed Bragg Reflectors (DBR), which is a multilayer film layer having a function of reflecting light of a specific wavelength entering from a specific angle using the light interference effect, has long been used in a compound semiconductor light emitting device. Has been adopted. There are many research examples on Group III nitride compound semiconductor light-emitting devices, including reviews summarized in Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.10, 2005, pp.7207-7216.

通常、このような、発光層と基板との間に挿入された反射膜は、基板による光の吸収によって発光出力が低下するのを回避するために設置される。しかし、サファイアを基板として用いたIII族窒化物化合物半導体発光素子の場合には、サファイアが透明であるので、このような必要はない。III族窒化物化合物半導体発光素子におけるDBR層の役割は、主に、発光の配光性を変えて、電極側の正面に発光密度を集中させることにある。電極正面に発光を集中させることで、パッケージの性能に関係なく発光を有効に取り出すことができ、有効に使うことができる。配光性とは、チップから発光される光のチップに対する角度依存性のことである。
上述の事情から、DBR層は発光層と基板の間に設けたい。しかし、DBR層は下地層を形成する結晶とは異なる材料からなっているため、DBR層を挿入することで下地層の結晶性の低下を招く。低下した結晶性を良好とするためには、下地層を大きな膜厚で作製することが効果的である。つまり、DBR層を形成した後、発光層までの間にはできるだけ大きな膜厚の結晶を形成したい。
Usually, such a reflective film inserted between the light emitting layer and the substrate is installed in order to avoid a decrease in light emission output due to light absorption by the substrate. However, in the case of a group III nitride compound semiconductor light emitting device using sapphire as a substrate, this is not necessary because sapphire is transparent. The role of the DBR layer in the group III nitride compound semiconductor light emitting device is mainly to change the light distribution of light emission and concentrate the light emission density on the front side on the electrode side. By concentrating the light emission in front of the electrodes, the light emission can be extracted effectively regardless of the performance of the package and can be used effectively. The light distribution is the angle dependency of light emitted from the chip with respect to the chip.
From the above situation, the DBR layer should be provided between the light emitting layer and the substrate. However, since the DBR layer is made of a material different from the crystal forming the base layer, the crystallinity of the base layer is lowered by inserting the DBR layer. In order to improve the lowered crystallinity, it is effective to form the base layer with a large film thickness. In other words, it is desirable to form a crystal having a film thickness as large as possible between the formation of the DBR layer and the light emitting layer.

このような事情があるとはいえ、いたずらに結晶構造全体の膜厚を増すことは、処理時間の増大および基板の反りの増大などのディメリットを生じる。
このため、III族窒化物化合物半導体発光素子では、できるだけ発光層から遠く、言い換えればできるだけ基板の近くにDBR層を設置したい。
Although there are such circumstances, unnecessarily increasing the film thickness of the entire crystal structure causes disadvantages such as an increase in processing time and an increase in warpage of the substrate.
For this reason, in a group III nitride compound semiconductor light emitting device, it is desired to place the DBR layer as far from the light emitting layer as possible, in other words, as close to the substrate as possible.

しかしながら、一般的に、MOCVD法で低温バッファ層を用いたサファイア基板上へのIII族窒化物化合物半導体結晶の成膜では、成長初期には一旦平坦性が失われることが知られている。このため、ある程度の膜厚の結晶膜が積層されるまでは、DBR層を成膜しても平坦な膜とはならず、本来の機能を発揮できないのが問題であった。   However, in general, it is known that flatness is once lost in the initial stage of growth in the film formation of a group III nitride compound semiconductor crystal on a sapphire substrate using a low temperature buffer layer by MOCVD. For this reason, until the crystal film having a certain thickness is stacked, even if the DBR layer is formed, it does not become a flat film, and the original function cannot be exhibited.

また、このような成長機構をとらないMBEなどの手法によることでDBR層をサファイア基板の直上に成膜することも可能である。しかし、MBEなどの手法によるサファイア基板上への成膜では、思うように結晶性が向上せず、発光層の発光効率が向上しないという問題を生じる。   In addition, the DBR layer can be formed directly on the sapphire substrate by a technique such as MBE which does not take such a growth mechanism. However, film formation on a sapphire substrate by a technique such as MBE causes problems that the crystallinity is not improved as expected and the light emission efficiency of the light emitting layer is not improved.

特許第3026087号公報Japanese Patent No. 3026087 特開平4−297023号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-297003 特許第2985908号公報Japanese Patent No. 2985908 Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.10, 2005, pp.7207-7216Japanese Journal of Applied Physics, Vol.44, No.10, 2005, pp.7207-7216

本発明の目的は、成長の初期から平坦な結晶膜を形成することが可能なバッファ層を用いて、サファイア基板の近くにDBR層をMOCVD法により作製することによって、良好な結晶性の発光層を形成し、発光出力が高いIII族窒化物化合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 form a DBR layer near a sapphire substrate by MOCVD using a buffer layer capable of forming a flat crystal film from the initial stage of growth, thereby producing a light-emitting layer with good crystallinity. And a group III nitride compound semiconductor light emitting device having a high light emission output.

本発明は、下記の発明を提供する。
(1)III族窒化物化合物半導体とは屈折率が異なる基板上に、III族窒化物化合物半導体からなる、第一の層およびDBR層がこの順序で設けられており、該DBR層上に、III族窒化物化合物半導体からなる、n型層、発光層およびp型層が、発光層をn型層とp型層が挟むように設けられており、該第一の層の厚さが1000nm以下であるIII族窒化物化合物半導体発光素子。
The present invention provides the following inventions.
(1) A first layer and a DBR layer made of a group III nitride compound semiconductor are provided in this order on a substrate having a refractive index different from that of the group III nitride compound semiconductor. On the DBR layer, An n-type layer, a light-emitting layer, and a p-type layer made of a group III nitride compound semiconductor are provided so that the light-emitting layer is sandwiched between the n-type layer and the p-type layer, and the thickness of the first layer is 1000 nm. A group III nitride compound semiconductor light emitting device, which is:

(2)DBR層が屈折率の異なる少なくとも2種類の層の積層体から構成される上記1項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(3)屈折率の異なる少なくとも2種類の層が3〜50層積層されている上記2項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(4)DBR層を構成する積層体の各層の厚さが200nm以下である上記2または3項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(2) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 1, wherein the DBR layer is composed of a laminate of at least two kinds of layers having different refractive indexes.
(3) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 2, wherein 3 to 50 layers of at least two types having different refractive indexes are laminated.
(4) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to 2 or 3 above, wherein the thickness of each layer of the laminate constituting the DBR layer is 200 nm or less.

(5)屈折率の異なる少なくとも2種類の層の一方がGaNであり、他方がAlN、InNおよびAlInNからなる群から選ばれた少なくとも1種である上記2〜4項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   (5) One of at least two types of layers having different refractive indexes is GaN, and the other is at least one selected from the group consisting of AlN, InN, and AlInN. Group III nitride compound semiconductor light-emitting device.

(6)第一の層が基板表面の少なくとも90%を覆っている上記1〜5項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(7)第一の層が柱状結晶からなっている上記1〜6項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(6) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above items 1 to 5, wherein the first layer covers at least 90% of the substrate surface.
(7) The group III nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of the above items 1 to 6, wherein the first layer is formed of a columnar crystal.

(8)柱状結晶の幅が0.1nm〜100nmである上記7項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(9)柱状結晶の幅が1nm〜70nmである上記8項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(8) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 7, wherein the columnar crystal has a width of 0.1 nm to 100 nm.
(9) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the item 8, wherein the columnar crystal has a width of 1 nm to 70 nm.

(10)第一の層が単結晶からなっている上記1〜6項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(11)第一の層の厚さが10nm〜500nmである上記1〜10項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(12)第一の層の厚さが20nm〜100nmである上記11項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(10) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 6, wherein the first layer is made of a single crystal.
(11) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of 1 to 10, wherein the first layer has a thickness of 10 nm to 500 nm.
(12) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the item 11, wherein the thickness of the first layer is 20 nm to 100 nm.

(13)第一の層がAlを含むIII族窒化物化合物半導体である上記1〜12項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(14)第一の層がAlNからなる上記13項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(13) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 12, wherein the first layer is a group III nitride compound semiconductor containing Al.
(14) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 13, wherein the first layer is made of AlN.

(15)第一の層の成膜法がスパッタ法である上記1〜14項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(16)スパッタ法が窒素源をリアクタ内に流通させながら行なうリアクティブスパッタ法である上記15項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(15) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 14, wherein the first layer is formed by sputtering.
(16) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 15, wherein the sputtering method is a reactive sputtering method performed while a nitrogen source is circulated in the reactor.

(17)窒素源として窒素ガスを利用したスパッタ法である上記15または16項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(18)スパッタ法がRFスパッタ法である上記15〜17項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(17) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 15 or 16, which is a sputtering method using nitrogen gas as a nitrogen source.
(18) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above items 15 to 17, wherein the sputtering method is an RF sputtering method.

(19)第一の層とDBR層との間にIII族窒化物化合物半導体からなる第二の層がさらに設けられている上記1〜18項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   (19) The group III nitride compound according to any one of the above items 1 to 18, wherein a second layer made of a group III nitride compound semiconductor is further provided between the first layer and the DBR layer. Semiconductor light emitting device.

(20)第二の層がAlGaNである上記19項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(21)第二の層がGaNである上記19項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(20) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 19, wherein the second layer is AlGaN.
(21) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to the above item 19, wherein the second layer is GaN.

(22)第二の層の成膜法がMOCVD法である上記19〜21項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(23)第二の層表面の転位密度が109以下である上記19〜22項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。
(22) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 19 to 21, wherein the second layer is formed by a MOCVD method.
(23) The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of the above 19 to 22, wherein the dislocation density on the surface of the second layer is 10 9 or less.

(24)上記1〜23項のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子からなるランプ。
(25)上記24項に記載のランプが組み込まれている電子機器。
(26)上記25項に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。
(24) A lamp comprising the group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 23.
(25) An electronic device in which the lamp described in item 24 is incorporated.
(26) A machine device in which the electronic device described in the above item 25 is incorporated.

本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子は、サファイア基板近くにDBR層を備えているため、結晶性の良好なIII族窒化物化合物半導体からなる結晶層を備え、発光出力が高く、かつ、正面に発光出力を集中させた角度分布を持っているため、パッケージに組み込んだ際に効率的に発光を取り出すことができる。   Since the group III nitride compound semiconductor light-emitting device of the present invention has a DBR layer near the sapphire substrate, the group III nitride compound semiconductor light-emitting device includes a crystal layer made of a group III nitride compound semiconductor with good crystallinity, has a high light emission output, and Since it has an angle distribution in which the light emission output is concentrated on the front surface, light emission can be taken out efficiently when it is incorporated in a package.

本発明者等は、鋭意、研究・開発を進めた結果、スパッタ法でAlNバッファ層を成膜すると約40nmという比較的薄い膜厚で結晶層が平坦化し、2Dモードの成長に変化することを見出した。このことは、従来の低温バッファ層の成膜では、平坦化が1000nm程度の膜厚からであったことと大きく異なる。このような40nm、大きくても100nmという薄い膜厚で平坦化が実現することで、光学的な設計に適ったDBR層を基板の近くに導入することが可能となった。   As a result of diligent research and development, the present inventors have found that when an AlN buffer layer is formed by sputtering, the crystal layer is flattened with a relatively thin film thickness of about 40 nm and changes to 2D mode growth. I found it. This is very different from the conventional film formation of the low-temperature buffer layer, in which the planarization is from a film thickness of about 1000 nm. By realizing flattening with such a thin film thickness of 40 nm and at most 100 nm, a DBR layer suitable for optical design can be introduced near the substrate.

本発明において、DBR層は、発光層からの光を全反射させ、基板と反対側、即ち電極側から光を取り出す機能を有する。
DBR層の構造としては、屈折率の異なる少なくとも2種類の材料を少なくとも2層以上積層させた構造を有する。
In the present invention, the DBR layer has a function of totally reflecting light from the light emitting layer and extracting light from the side opposite to the substrate, that is, the electrode side.
The structure of the DBR layer has a structure in which at least two kinds of materials having different refractive indexes are laminated.

DBR層を構成する材料としては、一般的なAlGaInNからなる組成の異なる少なくとも2種類の材料を用いることができる。上記機能を達成するためには屈折率が大きく異なることが望ましいので、組成の離れたものを組み合わせることが有利であり、AlNとGaN、GaNとAlInN、およびGaNとInNなどを用いることが好ましい。
また、DBR層の結晶性を良く保つためには、格子定数が近いものを積層することが望ましく、その効果を求めて、混晶を繰り返し積層してもよい。
さらに、常に同じ組成の材料の繰り返しである必要はない。結晶成長の順番に従って組成を変化させることで、結晶性を良好に保ちつつ、設計どおりの光反射率を得ることが可能である。
As a material constituting the DBR layer, at least two kinds of materials made of general AlGaInN having different compositions can be used. In order to achieve the above functions, it is desirable that the refractive indexes are greatly different. Therefore, it is advantageous to combine those having different compositions, and it is preferable to use AlN and GaN, GaN and AlInN, GaN and InN, or the like.
Further, in order to keep the crystallinity of the DBR layer well, it is desirable to stack those having a close lattice constant, and in order to obtain the effect, mixed crystals may be stacked repeatedly.
Furthermore, it is not always necessary to repeat materials having the same composition. By changing the composition according to the order of crystal growth, it is possible to obtain the light reflectivity as designed while maintaining good crystallinity.

また上記機能を達成するためには、DBR層を構成する各層の厚さは、取り出す光の波長によって異なるが、一般に20〜200nmが好ましい。さらに好ましくは30〜150nmである。用いられている材料の屈折率をN、取り出す光の波長をλとした場合、各層の厚さはλ/4N程度を目安としてコントロールし、λ/4Nの0.5倍から2倍の範囲にすることが好ましい。どのような厚さとするのが適正かは、用いる材料の屈折率と取り出す光の波長から光学設計ソフトなどを用いてシミュレーションすることが可能である。
各層の膜厚は同じ膜厚である必要はない。膜厚の異なる層をいくつか組み合わせることで、反射する波長を単一の狭い波長範囲ではなく、ある程度の波長範囲とすることが可能である。
In order to achieve the above function, the thickness of each layer constituting the DBR layer varies depending on the wavelength of light to be extracted, but is generally preferably 20 to 200 nm. More preferably, it is 30-150 nm. When the refractive index of the material used is N and the wavelength of the light to be extracted is λ, the thickness of each layer is controlled with λ / 4N as a guideline, and the range is 0.5 to 2 times λ / 4N. It is preferable to do. The appropriate thickness can be simulated using optical design software or the like based on the refractive index of the material used and the wavelength of the extracted light.
The film thickness of each layer does not need to be the same film thickness. By combining several layers having different film thicknesses, the reflected wavelength can be set to a certain wavelength range instead of a single narrow wavelength range.

DBR層を構成する層の数は3層以上であることが、上記機能を達成するために好ましい。5層以上であることがさらに好ましい。10層以上であると特に好ましい。しかし、50層以上となると結晶性の低下を招くので好ましくない。
屈折率の異なる材料を3種類以上用いる場合は、屈折率の増減が交互に繰り返されるように積層することが好ましい。
In order to achieve the above function, the number of layers constituting the DBR layer is preferably 3 or more. More preferably, there are 5 or more layers. 10 layers or more are particularly preferred. However, when the number of layers is 50 or more, the crystallinity is lowered, which is not preferable.
When three or more kinds of materials having different refractive indexes are used, it is preferable that the layers are laminated so that the increase and decrease of the refractive index are alternately repeated.

DBR層は基板の近く、例えば1000nm以内に存在することが好ましく、800nm以内だとさらに好ましく、500nm以内だと特に好ましい。DBR層を基板に直接設けることが最も好ましいのであるが、DBR層を基板に直接設けると、DBR層の結晶性が悪くなる。
従って、本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子は、基板上にバッファ層として、初期の平坦化が小さな膜厚で達成される以下に述べるような第一の層を備えている。
The DBR layer is preferably present near the substrate, for example, within 1000 nm, more preferably within 800 nm, and particularly preferably within 500 nm. Although it is most preferable to provide the DBR layer directly on the substrate, when the DBR layer is directly provided on the substrate, the crystallinity of the DBR layer is deteriorated.
Therefore, the group III nitride compound semiconductor light-emitting device of the present invention includes a first layer as described below that can achieve initial planarization with a small film thickness as a buffer layer on a substrate.

つまり、基板上にIII族窒化物化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させるに際し、III族金属原料と窒素元素を含むガスとをプラズマによって活性化した成膜方法、例えばスパッタ法により第一の層を形成し、これをバッファ層としてDBR層をその上に形成するものである。このような成膜方法で形成された第一の層は40nm、大きくても100nmという薄い膜厚で平坦化が実現する。
また、薄い膜厚で平坦化を実現するためには柱状結晶からなる層とすることが好ましいが、単結晶層であってもよい。
That is, when the group III nitride compound semiconductor crystal is epitaxially grown on the substrate, a first layer is formed by a film formation method in which a group III metal source and a gas containing nitrogen element are activated by plasma, for example, a sputtering method, Using this as a buffer layer, a DBR layer is formed thereon. The first layer formed by such a film formation method can be flattened with a thin film thickness of 40 nm or at most 100 nm.
In order to realize planarization with a thin film thickness, a layer made of columnar crystals is preferable, but a single crystal layer may be used.

本発明でいう柱状結晶とは隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、自身は縦断面形状として、柱状になっている結晶をいう。図2は、後述する参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体の断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真であり、図3は図2を模式化した図である。第一の層は図3中に実線で示したような境界によって区切られており、境界と境界の間にある個々の結晶塊は六角形の柱の形状をしている。本明細書では、これを柱状結晶の集合体と呼ぶ。これらの図から判るように、この結晶形態は表現のしようによっては境界で区切られた層ということもできるが、本発明者等はこのような層を含めて柱状結晶の集合体と呼ぶ。   In the present invention, the columnar crystal is separated by forming a crystal grain boundary between adjacent crystal grains, and the columnar crystal itself is a columnar crystal as a longitudinal cross-sectional shape. FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a cross section of a group III nitride compound semiconductor multilayer structure produced in a reference example described later, and FIG. 3 is a schematic diagram of FIG. The first layer is delimited by a boundary as shown by a solid line in FIG. 3, and each crystal lump between the boundaries has a hexagonal column shape. In this specification, this is called an aggregate of columnar crystals. As can be seen from these drawings, this crystal form can be called a layer delimited by a boundary depending on the expression, but the present inventors refer to an aggregate of columnar crystals including such a layer.

このような第一の層(バッファ層)は、隙間なく基板上を覆っていることが望ましい。第一の層が基板を覆っておらず、基板の表面が一部分でも露出していると、第一の層上に成膜したDBR層と基板上に直接成膜されたDBR層で結晶の格子定数が異なるため、均一な結晶とならない。結果として、ヒロックやピットを生じてしまう。
このため、第一の層は、基板表面の少なくとも60%を覆っている必要がある。更に望ましくは80%以上であり、90%以上を覆っていることが最も望ましい。
Such a first layer (buffer layer) desirably covers the substrate without any gap. If the first layer does not cover the substrate and the surface of the substrate is partially exposed, a crystal lattice is formed by the DBR layer formed on the first layer and the DBR layer formed directly on the substrate. Since the constants are different, uniform crystals are not obtained. As a result, hillocks and pits are generated.
For this reason, the first layer needs to cover at least 60% of the substrate surface. More desirably, it is 80% or more, and most desirably covers 90% or more.

第一の層が基板を覆っている割合は、上記断面TEM写真から測定することができる。特に、第一の層とDBR層の材料が異なる場合には、EDSなどを用いて基板と層の界面を基板面と平行にスキャンすることで、第一の層が形成されていない領域の比を見積もることもできる。また、第一の層だけを成膜した試料を用意することで、AFMなどの手法により基板の露出した面積を測定することも可能である。本発明では上記断面TEM写真から測定した。   The ratio of the first layer covering the substrate can be measured from the cross-sectional TEM photograph. In particular, when the materials of the first layer and the DBR layer are different, by scanning the interface between the substrate and the layer in parallel with the substrate surface using EDS or the like, the ratio of the region where the first layer is not formed Can also be estimated. In addition, by preparing a sample in which only the first layer is formed, it is possible to measure the exposed area of the substrate by a technique such as AFM. In this invention, it measured from the said cross-sectional TEM photograph.

柱状結晶の個々の結晶のグレインの幅を適正に制御することが望ましい。具体的には、各柱状結晶の幅が、0.1nmから100nmの間の値であることが望ましい。更に望ましくは、1nmから70nmの間の値である。
各柱状結晶の幅は、上記断面TEM写真により容易に測定することが可能である。即ち、図4において、各柱状結晶の境界の間隔が各柱状結晶の幅である。図3を見ても判るように、各柱状結晶の幅は精密に規定できるものではなく、ある程度の分布を持つ。従って、各柱状結晶の幅が上記範囲から外れる結晶が数%程度あったとしても、本発明の効果に影響を及ぼすものだはない。90%以上が上記範囲に入っていることが好ましい。
It is desirable to appropriately control the grain width of the individual crystals of the columnar crystal. Specifically, it is desirable that the width of each columnar crystal is a value between 0.1 nm and 100 nm. More desirably, the value is between 1 nm and 70 nm.
The width of each columnar crystal can be easily measured by the cross-sectional TEM photograph. That is, in FIG. 4, the interval between the boundaries of each columnar crystal is the width of each columnar crystal. As can be seen from FIG. 3, the width of each columnar crystal cannot be precisely defined and has a certain distribution. Therefore, even if there are about several percent of crystals in which the width of each columnar crystal is out of the above range, the effect of the present invention is not affected. 90% or more is preferably within the above range.

また、第一の層の層厚は、10nmから500nmが望ましい。これ以上薄いと充分にバッファ層としての機能を果たすことができず、これ以上厚くても機能には変化がないため、いたずらに処理時間を延ばすのみである。更に望ましくは層厚が、20nmから100nmである。第一の層の層厚も上記断面TEM写真により容易に測定することが可能である。   The thickness of the first layer is preferably 10 nm to 500 nm. If it is thinner than this, the function as a buffer layer cannot be sufficiently achieved, and even if it is thicker than this, the function does not change. More preferably, the layer thickness is 20 nm to 100 nm. The layer thickness of the first layer can also be easily measured by the cross-sectional TEM photograph.

第一の層を構成する材料としては、一般式AlGaInNで表される、III族窒化物化合物半導体であればどのような材料をも用いることができる。更に、V族としてAsやPを含んでも構わない。しかし、中でも、Alを含んだ組成とすることが望ましい。また、特に、GaAlNとすることが望ましく、Alの組成は50%以上であることが好適である。更に、AlNであることで、効率的に柱状結晶集合体とすることができるので、更に好適である。   As the material constituting the first layer, any material can be used as long as it is a group III nitride compound semiconductor represented by the general formula AlGaInN. Further, As and P may be included as a group V. However, among these, a composition containing Al is desirable. In particular, GaAlN is desirable, and the composition of Al is preferably 50% or more. Furthermore, AlN is more preferable because it can be efficiently formed into a columnar crystal aggregate.

III族金属原料をプラズマ化する成膜法としては、スパッタ、PLD、PEDおよびCVDなどが知られている。プラズマを発生させる方法としては特定の真空度で高電圧をかけて放電を起こすスパッタ法、高エネルギー密度のレーザーを照射して発生させるPLD法および電子線を照射させることで発生させるPED法があるが、中でも、スパッタ法が最も簡便で量産にも適しているため、好適な手法である。DCスパッタではターゲット表面のチャージアップを招き、成膜速度が安定しない可能性が高いので、パルスDCにするか、RFスパッタ法とすることが望ましい。   Sputtering, PLD, PED, CVD and the like are known as film forming methods for converting a group III metal raw material into plasma. As a method for generating plasma, there are a sputtering method in which discharge is caused by applying a high voltage at a specific degree of vacuum, a PLD method that is generated by irradiating a laser having a high energy density, and a PED method that is generated by irradiating an electron beam. However, among these, the sputtering method is the most convenient and suitable for mass production, so it is a suitable method. In DC sputtering, the target surface is charged up and there is a high possibility that the deposition rate is not stable. Therefore, it is desirable to use pulse DC or RF sputtering.

スパッタ法では磁場内にプラズマを閉じ込めることによって効率をあげるのが一般的に実用されており、チャージアップを回避する方法として、マグネットの位置をターゲット内で移動させることが望ましい。具体的な運動の方法は装置により選択することができ、揺動させたり、回転運動させたりすることができる。   In the sputtering method, it is generally practical to increase the efficiency by confining plasma in a magnetic field, and it is desirable to move the position of the magnet within the target as a method for avoiding charge-up. The specific motion method can be selected by the apparatus, and can be swung or rotated.

また、スパッタを用いて第一の層を成膜する場合、重要なパラメーターは、基板温度以外では、炉内の圧力と窒素分圧である。炉内の圧力は0.3Pa以上であることが望ましい。これ以下の圧力では、窒素の存在量が少なく、スパッタされた金属が窒化物とならずに付着する。圧力の上限は特に定めるものではないが、プラズマを発生させることができる程度の低圧が必要なことは言うまでもない。窒素とアルゴンの流量に対する窒素流量の比は、窒素が20%以上90%以下であることが望ましい。これ以下の流量比ではスパッタ金属が金属のまま付着するし、これ以上の流量比ではアルゴンの量が少なく、スパッタ速度が低下する。特に望ましくは50%以上90%以下である。   When the first layer is formed by sputtering, the important parameters are the pressure in the furnace and the partial pressure of nitrogen except for the substrate temperature. The pressure in the furnace is preferably 0.3 Pa or more. At pressures below this, the amount of nitrogen present is small and the sputtered metal adheres without becoming nitrides. The upper limit of the pressure is not particularly defined, but it is needless to say that a low pressure that can generate plasma is required. The ratio of the nitrogen flow rate to the nitrogen flow rate is preferably 20% or more and 90% or less. When the flow rate ratio is less than this, the sputtered metal adheres as it is, and when the flow rate ratio is higher than this, the amount of argon is small and the sputtering rate is reduced. Particularly preferably, it is 50% or more and 90% or less.

成膜速度は、0.01nm/秒から10nm/秒とすることが望ましい。これ以上の速度では膜が結晶体とならずに非晶質となる。これ以下の成膜速度では、膜は層とならずに島状に成長してしまい、基板の表面を覆うことができない。   The film formation rate is desirably 0.01 nm / second to 10 nm / second. At higher speeds, the film becomes amorphous rather than crystalline. If the film formation speed is lower than this, the film does not become a layer but grows in an island shape and cannot cover the surface of the substrate.

基板は、反応器の中に導入後に、スパッタなどの方法を用いて前処理を行うことができる。具体的には、ArやN2のプラズマ中にさらす事によって表面を整えることができる。例えば、ArガスやN2ガスなどのプラズマを基板表面に作用させることで、表面に付着した有機物や酸化物を除去することが可能である。この場合は基板とチャンバー間に電圧をかけることにより、プラズマ粒子が効率的に基板に作用する。
また、基板は、湿式の前処理を行うこともできる。例えばシリコン基板に対しては、よく知られたRCA洗浄方法などを行い、表面を水素終端させておくことで安定したプロセスとなる。
The substrate can be pretreated using a method such as sputtering after being introduced into the reactor. Specifically, the surface can be prepared by exposure to Ar or N 2 plasma. For example, by applying plasma such as Ar gas or N 2 gas to the substrate surface, it is possible to remove organic substances and oxides attached to the surface. In this case, plasma particles efficiently act on the substrate by applying a voltage between the substrate and the chamber.
The substrate can also be subjected to wet pretreatment. For example, for a silicon substrate, a well-known RCA cleaning method or the like is performed, and the surface is hydrogen-terminated, so that a stable process is achieved.

本発明者等の実験では、第一の層の成膜時の基板温度は、300〜800℃であることが望ましいことが判った。それ以下の温度では、第一の層が基板全面を覆うことができず、基板面が露出することがある。これ以上の温度ではIII族金属原料のマイグレーションが活発となりすぎ、第一の層として適さないものと思われる。さらに望ましくは400〜800℃である。   In the experiments by the present inventors, it has been found that the substrate temperature during the film formation of the first layer is desirably 300 to 800 ° C. If the temperature is lower than that, the first layer may not cover the entire surface of the substrate, and the substrate surface may be exposed. At a temperature higher than this, the migration of the Group III metal raw material becomes too active, which seems not suitable for the first layer. More preferably, it is 400-800 degreeC.

III族金属原料をプラズマ化する成膜法を用いて、第一の層として混晶を成膜したいときは、ターゲットとなる金属を初めから金属材料の混合物(必ずしも、合金を形成していなくても構わない)とする方法もあるし、異なる材料からなる2つのターゲットを用意して同時にスパッタする方法を取ることもできる。一般に、決まった組成の膜を成膜したければ混合材料のターゲットを用い、組成の異なる何種類かの膜を成膜したければ複数のターゲットをチャンバー内に設置する。   If you want to form a mixed crystal as the first layer using a film-forming method that turns the Group III metal material into plasma, the target metal is a mixture of metal materials from the beginning (not necessarily forming an alloy). Or a method of preparing two targets made of different materials and performing sputtering at the same time. In general, a mixed material target is used to form a film with a fixed composition, and a plurality of targets are placed in a chamber to form several types of films having different compositions.

本技術に用いる窒素原料としては、一般に知られている化合物をなんら問題なく用いることができるが、特にアンモニアと窒素は取り扱いも楽で比較的安価で入手可能であり望ましい。アンモニアは分解の効率も良く、高い成長速度で成膜することが可能であるが、反応性や毒性が高く、除害設備やガス検知器を必要としたり、反応装置に使用する部材の材料を化学的に安定性の高いものにする必要があるなど、工夫を要する。逆に窒素を原料として用いると装置が簡便で済む代わりに、高い反応速度は得られない。窒素を電界や熱などにより分解してから装置に導入する方法ではアンモニアには劣るが利用可能な程度の成膜速度を得ることができ、装置コストとの兼ね合いを考えると、最も好適な窒素源である。   As the nitrogen raw material used in the present technology, generally known compounds can be used without any problem. Particularly, ammonia and nitrogen are preferable because they are easy to handle and are available at a relatively low cost. Ammonia has good decomposition efficiency and can be deposited at a high growth rate. However, ammonia is highly reactive and toxic, requires abatement equipment and a gas detector, and uses materials for the components used in the reactor. It needs to be devised, for example, it needs to be chemically stable. Conversely, when nitrogen is used as a raw material, the apparatus is simple, but a high reaction rate cannot be obtained. The method in which nitrogen is decomposed by an electric field or heat and then introduced into the apparatus is inferior to ammonia, but can provide a film forming rate that can be used. Considering the balance with the apparatus cost, the most suitable nitrogen source It is.

第一の層とDBR層との間に、DBR層の結晶性を改良するためにIII族窒化物化合物半導体からなる第二の層を設けることが好ましい。第二の層を構成する材料は、第一の層と同じである必要はない。
本発明者等の実験の結果では、第二の層の材料としてはGaを含むIII族窒化物化合物半導体が望ましかった。柱状結晶の集合体である第一の層の結晶性をそのまま引き継がないように、マイグレーションによって転位をループ化させる必要があるが、転位のループ化を生じやすい材料とは、Gaを含む窒化物である。特に、AlGaNが望ましく、GaNも好適であった。このようなループ化により、第二の層の表面の転位密度は109cm-2以下という優れた値が達成され、その上に形成されるDBR層の結晶性は非常に良好なものとなる。
In order to improve the crystallinity of the DBR layer, a second layer made of a group III nitride compound semiconductor is preferably provided between the first layer and the DBR layer. The material making up the second layer need not be the same as the first layer.
As a result of experiments by the present inventors, a Group III nitride compound semiconductor containing Ga was desired as the material for the second layer. It is necessary to loop dislocations by migration so that the crystallinity of the first layer, which is an aggregate of columnar crystals, is not inherited, but a material that easily causes dislocation looping is a nitride containing Ga. is there. In particular, AlGaN is desirable and GaN is also suitable. By such looping, an excellent dislocation density of 10 9 cm −2 or less is achieved on the surface of the second layer, and the crystallinity of the DBR layer formed thereon is very good. .

第二の層は、必要に応じてドーパントをドープした構造とすることもできるし、ドープしない構造とすることもできる。導電性の基板を用いる場合には、第二の層をドーピングして層構造を縦方向に電流が流れるようにすることで、チップの両面に電極をつけた構造とすることが望ましい。絶縁性の基板を用いる場合には、チップの同じ面に電極が形成されたチップ構造を採ることになるので、基板直上の層はドープしない結晶とした方が、結晶性は良好である。   The second layer can have a structure doped with a dopant as necessary, or can have an undoped structure. In the case of using a conductive substrate, it is desirable to have a structure in which electrodes are attached to both surfaces of the chip by doping the second layer so that a current flows in the layer structure in the vertical direction. When an insulating substrate is used, a chip structure in which electrodes are formed on the same surface of the chip is employed. Therefore, the crystallinity is better when the layer immediately above the substrate is made of undoped crystals.

第一の層の成膜後、第二の層を成膜する前のアニールは特段に必要ではない。
ただし、第二の成膜をMOCVD、MBEおよびVPEなどの気相化学成膜方法で実施する場合には、一般に、成膜を伴わない昇温過程と温度の安定化過程を経る。これらの過程において、V族の原料ガスを流通することが多いので、結果としてアニールの効果を生じている可能性はある。しかし、これは特段にアニールの効果を利用するものではなく、一般的な公知の技術である。
Annealing after forming the first layer and before forming the second layer is not particularly necessary.
However, when the second film formation is performed by a vapor phase chemical film formation method such as MOCVD, MBE, or VPE, generally, a temperature rising process and a temperature stabilization process without film formation are performed. In these processes, group V source gas is often circulated, and as a result, there is a possibility that an annealing effect is produced. However, this does not particularly use the effect of annealing, and is a generally known technique.

また、その際に流通するキャリアガスは、一般的なものを問題なく使用することができる。つまりMOCVDなど気相化学成膜方法で広く用いられる水素や窒素を用いてよい。しかし、化学的に比較的に活性な水素中での昇温は結晶性や結晶表面の平坦性を損なう恐れがあり、長時間行わないほうが良い。   Moreover, the carrier gas which distribute | circulates in that case can use a general thing without a problem. That is, hydrogen or nitrogen widely used in vapor phase chemical film formation methods such as MOCVD may be used. However, raising the temperature in chemically relatively active hydrogen may impair the crystallinity and the flatness of the crystal surface, and should not be performed for a long time.

第二の層を積層する手法は、特に限定されない。上記のような転位のループ化を生じさせることができる結晶成長手法であれば問題ない。特にMOCVD法、MBE法およびVPE法は、一般にこのようなマイグレーションを生じることができるため、良好な結晶性の膜を成膜することができ、好適である。中でも、MOCVD法は、最も結晶性の良い膜を得ることができるので、よく用いられている。
また、スパッタ法を用いて第二の層を成膜することもできる。スパッタ法の場合は、MOCVD法やMBE法に比較して装置を簡便に作ることができる。
The method of laminating the second layer is not particularly limited. There is no problem as long as it is a crystal growth technique capable of causing the above-described dislocation looping. In particular, the MOCVD method, the MBE method, and the VPE method are preferable because they can generally cause such a migration and can form a film with a good crystallinity. Among them, the MOCVD method is often used because a film having the best crystallinity can be obtained.
Alternatively, the second layer can be formed using a sputtering method. In the case of the sputtering method, the apparatus can be easily made as compared with the MOCVD method or the MBE method.

第二の層を成膜するときの基板温度は、800℃以上であることが望ましい。基板温度が高いと、原子のマイグレーションを生じやすく、転位のループ化が容易に進行するからである。更に望ましくは900℃以上、特に望ましくは1000℃以上である。
成膜は結晶の分解する温度よりも低温である必要があることは言うまでもなく、1200℃以上の温度は、第二の層の成長温度としては適合しない。
The substrate temperature when forming the second layer is desirably 800 ° C. or higher. This is because, when the substrate temperature is high, atom migration is likely to occur, and dislocation looping easily proceeds. More desirably, it is 900 ° C. or higher, and particularly desirably 1000 ° C. or higher.
Needless to say, the film formation must be performed at a temperature lower than the temperature at which the crystal decomposes, and a temperature of 1200 ° C. or higher is not suitable as the growth temperature of the second layer.

第二の層の厚さは、第一の層と合わせた厚さが1000nm以下になるようにすることは言うまでもない。好ましくは800nm以下、さらに好ましくは500nm以下になるようにする。第二の層の厚さとしては、100〜900nmが好ましい。100nm以下では、上記転位のループ化が不十分な場合がある。   Needless to say, the thickness of the second layer is set so that the total thickness of the second layer is 1000 nm or less. The thickness is preferably 800 nm or less, more preferably 500 nm or less. The thickness of the second layer is preferably 100 to 900 nm. Below 100 nm, the dislocation looping may be insufficient.

III族窒化物化合物半導体としては、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。本発明の発光素子を構成するIII族窒化物半導体においても、これら公知の半導体を含めて一般式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 group III nitride compound semiconductors, semiconductors having various compositions represented by the general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) are known. . The group III nitride semiconductor constituting the light-emitting device of the present invention also includes these known semiconductors and has a general formula of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y). Semiconductors having various compositions represented by ≦ 1) can be used without any limitation.

本発明に用いることができる基板としては、一般にIII族窒化物化合物半導体結晶を成膜できる透明な基板であれば、どのような材料も用いることが可能である。例えば、サファイア、SiC、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタンおよび酸化チタンなどである。   As the substrate that can be used in the present invention, any material can be used as long as it is a transparent substrate that can generally form a group III nitride compound semiconductor crystal. For example, sapphire, SiC, zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, magnesium aluminum oxide, gallium oxide, indium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, neodymium gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum, strontium titanium oxide and For example, titanium oxide.

中でも、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板などに対しても、第一の層をアンモニアを使用せず、第二の層またはDBR層をアンモニアを使用する手法で成膜すると、第一の層がコート層として作用することで化学的な変質を防ぐ効果があり、有効な成膜方法として利用できる。   Among them, the oxide layer and the metal substrate that are known to cause chemical modification by contact with ammonia at a high temperature, the first layer does not use ammonia, the second layer or When the DBR layer is formed by a technique using ammonia, the first layer acts as a coat layer, which has an effect of preventing chemical alteration and can be used as an effective film formation method.

DBR層の上には、発光機能を持つ半導体積層構造が形成される。即ち、III族窒化物化合物半導体からなる、n型層、発光層およびp型層が、発光層をn型層とp型層が挟むように設けられる。これらn型層、発光層およびp型層としては各種組成および構造のものが周知であり、本発明におけるn型層、発光層およびp型層としても、それら周知のn型層、発光層およびp型層を含めて、どのような組成および構造のn型層、発光層およびp型層も何ら制限無く用いることができる。   A semiconductor stacked structure having a light emitting function is formed on the DBR layer. That is, an n-type layer, a light-emitting layer, and a p-type layer made of a group III nitride compound semiconductor are provided so that the light-emitting layer is sandwiched between the n-type layer and the p-type layer. These n-type layer, light-emitting layer, and p-type layer are well known in various compositions and structures. The n-type layer, light-emitting layer, and p-type layer in the present invention are also known as the n-type layer, light-emitting layer, and p-type layer. Any n-type layer, light-emitting layer, and p-type layer having any composition and structure including the p-type layer can be used without any limitation.

n型層は、通常、下地層、負極を設けるn型コンタクト層およびバンドギャップエネルギーが大きく発光層に接しているn型クラッド層から構成されるが、n型コンタクト層が下地層および/またはn型クラッド層を兼ねることもできる。
p型層は、通常、正極を設けるp型コンタクト層およびバンドギャップエネルギーが大きく発光層に接しているp型クラッド層から構成されるが、p型コンタクト層がp型クラッド層を兼ねることもできる。
発光層は、一般に、井戸層とバンドギャップエネルギーの大きい障壁層とが交互に多数積層された多重量子井戸構造の発光層が用いられる場合が多い。
The n-type layer is usually composed of an underlayer, an n-type contact layer provided with a negative electrode, and an n-type clad layer having a large band gap energy and in contact with the light emitting layer. It can also serve as a mold cladding layer.
The p-type layer is usually composed of a p-type contact layer provided with a positive electrode and a p-type cladding layer having a large band gap energy and in contact with the light emitting layer. However, the p-type contact layer can also serve as the p-type cladding layer. .
In general, the light emitting layer is often a light emitting layer having a multiple quantum well structure in which a number of well layers and barrier layers having a large band gap energy are alternately stacked.

n型層およびp型層には負極および正極が設けられる。負極および正極としても各種組成および構造のものが周知であり、本発明における負極および正極としても、それら周知の負極および正極を含めて、どのような組成および構造の負極および正極も何ら制限無く用いることができる。   The n-type layer and the p-type layer are provided with a negative electrode and a positive electrode. Various compositions and structures are well known as the negative electrode and the positive electrode, and the negative electrode and the positive electrode of any composition and structure including the known negative electrode and the positive electrode are used without any limitation as the negative electrode and the positive electrode in the present invention. be able to.

本技術で製造した発光素子をパッケージしてランプとして使用することが可能である。また蛍光体と組み合わせることにより、発光色を変える技術が知られており、これをなんら問題なく利用することが可能である。例えば、蛍光体を適正に選定することにより発光素子より長波長の発光を得ることができるし、発光素子自身の発光波長と蛍光体によって変換された波長とを混ぜることによって、白色のパッケージとすることもできる。   It is possible to package a light emitting element manufactured by the present technology and use it as a lamp. Further, a technique for changing the emission color by combining with a phosphor is known, and this can be used without any problem. For example, by appropriately selecting a phosphor, light having a longer wavelength than that of the light emitting element can be obtained, and a white package can be obtained by mixing the light emitting wavelength of the light emitting element itself with the wavelength converted by the phosphor. You can also.

また、本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子から作製したランプは発光出力が高いので、この技術によって作製したランプを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機、などの機械装置類は、高い特性を実現することが可能である。   In addition, since a lamp manufactured from the Group III nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention has high light emission output, an electronic device such as a mobile phone, a display, or a panel incorporating the lamp manufactured by this technology, or the electronic device is used. Mechanical devices such as automobiles, computers, and game machines that are incorporated can realize high characteristics.

さらに、本件の提案する技術を適用することで、発光の電極側への取り出しを高めることができるので、チップの電極側の表面にも各種の工夫を施すことで、本技術を有効に活かすことができる。たとえば、チップの最表面に微細な凹凸構造を施したり、屈折率の異なる複数の透明膜からなる無反射コートを施したり、チップの電極側の反射を防ぐ構造を採用することで、DBR層から反射してきた発光を結晶側へ再度反射させることがなくなり、光の取り出しに有効である。   Furthermore, by applying the technique proposed in this case, it is possible to enhance the extraction of light emission to the electrode side, so that various techniques can be applied to the surface of the chip on the electrode side to effectively utilize this technique. Can do. For example, by applying a fine uneven structure to the outermost surface of the chip, applying a non-reflective coating consisting of a plurality of transparent films having different refractive indexes, or adopting a structure that prevents reflection on the electrode side of the chip, The reflected light emission is not reflected again to the crystal side, which is effective for extracting light.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited only to these examples.

(参考例)
本参考例では、c面サファイア基板上に、第一の層としてRFスパッタ法を用いてAlNからなる層を形成し、その上に第二の層としてMOCVD法を用いてGaNの層を形成した後、さらにその上にMOCVD法によりDBR層を形成して、III族窒化物化合物半導体発光素子用のIII族窒化物化合物半導体積層構造体を作製した。
(Reference example)
In this reference example, a layer made of AlN was formed as a first layer on a c-plane sapphire substrate using RF sputtering, and a GaN layer was formed thereon as a second layer using MOCVD. Thereafter, a DBR layer was further formed thereon by MOCVD to produce a group III nitride compound semiconductor multilayer structure for a group III nitride compound semiconductor light emitting device.

図1は本参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体の断面を模式的に示した図である。図中、1はc面サファイアからなる基板、2は厚さ40nmのAlNからなる第一の層、3は厚さ300nmのアンドープGaNからなる第二の層、4はDBR層で11〜37の27層構造である。DBR層はAlNとAlGaNが交互に積層された構造であり、11〜37の内、奇数番号がAlNであり、偶数番号がAlGaNである。AlN層の厚さは、11〜21が40nmであり、23が60nm、25が57nm、27が53nm、29〜35が56nm、37が51nmである。AlGaN層の厚さは、2〜22が60nmであり、24が44nm、26が49nm、28および30が47nm、32が46nm、34が47nm、36が48nmである。AlGaNの組成はAl0.04Ga0.96Nである。以下に作製手順を説明する。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a group III nitride compound semiconductor multilayer structure produced in this reference example. In the figure, 1 is a substrate made of c-plane sapphire, 2 is a first layer made of AlN having a thickness of 40 nm, 3 is a second layer made of undoped GaN having a thickness of 300 nm, and 4 is a DBR layer of 11 to 37 27 layer structure. The DBR layer has a structure in which AlN and AlGaN are alternately stacked. Among 11 to 37, an odd number is AlN and an even number is AlGaN. The thickness of the AlN layer is 40 nm for 11 to 21, 23 is 60 nm, 25 is 57 nm, 27 is 53 nm, 29 to 35 are 56 nm, and 37 is 51 nm. As for the thickness of the AlGaN layer, 2 to 22 is 60 nm, 24 is 44 nm, 26 is 49 nm, 28 and 30 are 47 nm, 32 is 46 nm, 34 is 47 nm, and 36 is 48 nm. The composition of AlGaN is Al 0.04 Ga 0.96 N. The production procedure will be described below.

まず、片面のみをエピタキシャル成長に使用できる程度に鏡面研磨したc面サファイア基板を、特に湿式の前処理を行わずにスパッタ機の中へ導入した。使用するスパッタ機は、高周波式の電源を持ち、ターゲット内でマグネットの位置を動かすことができる機構を持っている。   First, a c-plane sapphire substrate that was mirror-polished to such an extent that only one side could be used for epitaxial growth was introduced into a sputtering machine without any wet pretreatment. The sputtering machine used has a high-frequency power source and a mechanism that can move the position of the magnet within the target.

はじめに、スパッタ装置内で基板を500℃まで加熱し、窒素ガスを15sccmの流量で導入した後、チャンバー内の圧力を1Paに保持して、基板側に50Wの高周波バイアスを印加し、窒素プラズマに晒すことで、基板表面を洗浄した。   First, the substrate is heated to 500 ° C. in a sputtering apparatus, nitrogen gas is introduced at a flow rate of 15 sccm, the pressure in the chamber is maintained at 1 Pa, a high frequency bias of 50 W is applied to the substrate side, and nitrogen plasma is applied. The substrate surface was cleaned by exposing.

続いて、アルゴンおよび窒素ガスを導入した後、2000Wの高周波バイアスを金属Alターゲット側に印加し、炉内の圧力を0.5Paに保ち、Arガスを5sccm、窒素ガスを15sccm流通させた条件(ガス全体に対する窒素の比は75%)で、サファイア基板上にAlNを成膜した。成長速度は0.12nm/sであった。
ターゲット内のマグネットは、基板洗浄の際も成膜の際も、揺動させておいた。
40nmのAlNを成膜後、プラズマを立てるのを止め、基板温度を低下させた。
Subsequently, after introducing argon and nitrogen gas, a high frequency bias of 2000 W was applied to the metal Al target side, the pressure in the furnace was kept at 0.5 Pa, Ar gas was flowed at 5 sccm, and nitrogen gas was flowed at 15 sccm ( The ratio of nitrogen to the whole gas was 75%), and AlN was deposited on the sapphire substrate. The growth rate was 0.12 nm / s.
The magnet in the target was swung during both substrate cleaning and film formation.
After deposition of 40 nm AlN, the plasma was stopped and the substrate temperature was lowered.

続いて、スパッタ機から取り出した基板をMOCVD炉に導入した。
導入後、第二の層およびDBR層の形成は、MOCVD法を用いて以下の手順で行った。まず、サファイア基板を反応炉の中に導入した。サファイア基板は、窒素ガス置換されたグローブボックスの中で、加熱用のカーボン製のサセプタ上に載置した。
Subsequently, the substrate taken out from the sputtering machine was introduced into the MOCVD furnace.
After the introduction, the second layer and the DBR layer were formed by the following procedure using the MOCVD method. First, a sapphire substrate was introduced into the reactor. The sapphire substrate was placed on a carbon susceptor for heating in a glove box substituted with nitrogen gas.

そして、窒素ガスを流通した後、キャリアガスを水素に変更し、ヒータを作動させて基板温度を1150℃に昇温させた。1150℃で温度が安定したのを確認した後、アンモニア配管のバルブを開き、アンモニアの炉内への流通を開始した。続いてトリメチルガリウム(TMGa)の蒸気を含む水素を反応炉内へ供給して、サファイア基板上に第二の層を構成するIII族窒化物化合物半導体を付着させる工程を開始した。この工程により、40nmのAlNからなる第一の層の上に、先ず厚さ300nmのGaNからなる第二の層を積層した。   Then, after flowing nitrogen gas, the carrier gas was changed to hydrogen and the heater was operated to raise the substrate temperature to 1150 ° C. After confirming that the temperature was stabilized at 1150 ° C., the valve of the ammonia piping was opened, and distribution of ammonia into the furnace was started. Subsequently, hydrogen containing trimethylgallium (TMGa) vapor was supplied into the reactor, and a process of attaching a group III nitride compound semiconductor constituting the second layer on the sapphire substrate was started. By this step, a second layer made of GaN having a thickness of 300 nm was first laminated on the first layer made of AlN having a thickness of 40 nm.

その後、TMGaの供給を停止し、替わってトリメチルアルミニウム(TMAl)を供給し、厚さ40nmのAlNからなる層11を形成した。次に、TMGaの供給を再開し、厚さ60nmのAlGaNからなる層12を形成した。次いで、TMGaの供給を停止し、厚さ40nmのAlNからなる層13を形成した。同様の工程を繰り返すことにより、図1に示すような11〜37からなるDBR層4を作製した。   Thereafter, the supply of TMGa was stopped, and instead of trimethylaluminum (TMAl), a layer 11 made of AlN having a thickness of 40 nm was formed. Next, the supply of TMGa was resumed, and a layer 12 made of AlGaN having a thickness of 60 nm was formed. Next, the supply of TMGa was stopped, and a layer 13 made of AlN having a thickness of 40 nm was formed. By repeating the same steps, a DBR layer 4 made of 11 to 37 as shown in FIG. 1 was produced.

その後、TMAlの配管のバルブを切り替え、原料の反応炉への供給を終了して成長を停止した。DBR層の成長を終了した後、ヒータへの通電を停止して、基板の温度を室温まで降温した。   Thereafter, the valve of the TMAl pipe was switched, the supply of the raw material to the reactor was terminated, and the growth was stopped. After completing the growth of the DBR layer, the energization to the heater was stopped and the temperature of the substrate was lowered to room temperature.

以上の工程により、サファイア基板上にAlNの第一の層を形成し、その上にアンドープGaN層からなる第二の層を形成した後、第二の層の上にAlNとAlGaN層を交互に積層させたDBR層を形成することによって、図1に示したIII族窒化物化合物半導体積層構造体を作製した。取り出した基板は無色透明のミラー状を呈した。   Through the above steps, the first layer of AlN is formed on the sapphire substrate, the second layer made of the undoped GaN layer is formed thereon, and then the AlN and AlGaN layers are alternately formed on the second layer. By forming the laminated DBR layer, the group III nitride compound semiconductor multilayer structure shown in FIG. 1 was produced. The taken-out substrate exhibited a colorless and transparent mirror shape.

次に、上記の方法で成長を行ったDBR層のX線ロッキングカーブ(XRC)測定を行った。測定には、Cuβ線X線発生源を光源として用いて、対称面である(0002)面と非対称面である(10−10)面で行った。一般的に、III族窒化物化合物半導体の場合、(0002)面のXRCスペクトル半値幅は結晶の平坦性(モザイシティ)の指標となり、(10−10)面のXRCスペクトル半値幅は転位密度(ツイスト)の指標となる。この測定の結果、本参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体のDBR層は、(0002)面の測定では半値幅50arcsec、(10−10)面では半値幅250arcsecを示した。   Next, the X-ray rocking curve (XRC) measurement of the DBR layer grown by the above method was performed. The measurement was performed on a (0002) plane which is a symmetric plane and a (10-10) plane which is an asymmetric plane, using a Cuβ ray X-ray generation source as a light source. In general, in the case of a group III nitride compound semiconductor, the XRC spectrum half width of the (0002) plane is an index of crystal flatness (mosaicity), and the XRC spectrum half width of the (10-10) plane is the dislocation density (twist). ). As a result of this measurement, the DBR layer of the group III nitride compound semiconductor multilayer structure produced in this reference example showed a half-value width of 50 arcsec in the (0002) plane measurement and a half-value width of 250 arcsec in the (10-10) plane.

得られたIII族窒化物化合物半導体積層構造体の基板の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした後、光反射率を分光光度計によって測定した。470nm付近の光反射率は90%であり、DBR層4を作りこまなかった場合の20%を上回った。   After grinding and polishing the back surface of the substrate of the obtained group III nitride compound semiconductor multilayer structure to form a mirror-like surface, the light reflectance was measured with a spectrophotometer. The light reflectance near 470 nm was 90%, exceeding 20% when the DBR layer 4 was not formed.

得られたIII族窒化物化合物半導体積層構造体の断面を、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。図2はそのTEM写真であり、図3は図2の模式図である。これらの図から判るように、サファイア基板と窒化ガリウム層との界面には、基板面と略垂直方向に多数の粒界を持つAlN膜が観察された。膜厚は40nm程度であり、粒界と粒界の距離は5nmから20nmであった。この層は、縦長の柱状結晶の集合体からなる層であると思われる。また、第一の層は基板全面を覆っていた。   The cross section of the obtained group III nitride compound semiconductor multilayer structure was observed with a transmission electron microscope (TEM). FIG. 2 is a TEM photograph and FIG. 3 is a schematic diagram of FIG. As can be seen from these figures, an AlN film having many grain boundaries in the direction substantially perpendicular to the substrate surface was observed at the interface between the sapphire substrate and the gallium nitride layer. The film thickness was about 40 nm, and the distance between the grain boundaries was 5 nm to 20 nm. This layer is considered to be a layer composed of an assembly of vertically long columnar crystals. The first layer covered the entire surface of the substrate.

(実施例)
本実施例では、参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体を用いたIII族窒化物化合物半導体発光素子について説明する。本実施例では、参考例と同じ条件でDBR層まで形成した後、その上にアンドープGaNからなる下地層、Siをドーパントとしたn型コンタクト層などを成膜するなどして、III族窒化物化合物半導体発光素子を作製した。図4はその模式的断面図であり、図5はその模式的平面図である。つまり、c面を有するサファイア基板1上に、参考例に記載したのと同じ成長方法によって厚さ40nmのAlNからなる第一の層2を形成したのち、基板側から順に、厚さ300nmのアンドープGaNからなる第二の層3、AlNとAlGaNを交互に積層した27層構造のDBR層4、厚さ6μmのアンドープGaNからなる下地層5a、4×1018cm-3の電子濃度を持つ厚さ2μmのSiドープGaNからなるn型コンタクト層5bおよび1×1018cm-3の電子濃度を持つ厚さ20nmのIn0.1Ga0.9Nからなるn型クラッド層5cからなるn型層5、GaN障壁層に始まりGaN障壁層に終わる、層厚を16nmとする6層のGaN障壁層と層厚を3nmとする5層のアンドープのIn0.2Ga0.8Nからなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の発光層6および厚さ5nmのMgをドープしたAl0.1Ga0.9Nからなるp型クラッド層7cと膜厚0.2μmのMgドープAl0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層7bとからなるp型層7、を積層した構造を有する。8は負極であり、9は正極である。正極9は透光性正極9aと正極ボンディングパッド9bから構成される。
(Example)
In this example, a group III nitride compound semiconductor light emitting device using the group III nitride compound semiconductor multilayer structure manufactured in the reference example will be described. In this example, after forming the DBR layer under the same conditions as in the reference example, a base layer made of undoped GaN, an n-type contact layer using Si as a dopant, and the like are formed on the group III nitride. A compound semiconductor light emitting device was produced. FIG. 4 is a schematic sectional view thereof, and FIG. 5 is a schematic plan view thereof. That is, after forming the first layer 2 made of AlN having a thickness of 40 nm on the sapphire substrate 1 having the c-plane by the same growth method as described in the reference example, the undoped layer having a thickness of 300 nm is sequentially formed from the substrate side. The second layer 3 made of GaN, the DBR layer 4 having a 27-layer structure in which AlN and AlGaN are alternately stacked, the underlayer 5a made of undoped GaN having a thickness of 6 μm, and a thickness having an electron concentration of 4 × 10 18 cm −3 N-type contact layer 5b made of Si-doped GaN having a thickness of 2 μm, n-type layer 5 made of n-type cladding layer 5c made of In 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 20 nm and an electron concentration of 1 × 10 18 cm −3 , GaN ending the GaN barrier layer begins to barrier layer, well layer and is alternately made of the GaN barrier layer and the layer thickness of 6 layers of the layer thickness and 16nm undoped in 0.2 Ga 0.8 N of the 5-layer to 3nm P-type consisting of Mg-doped Al 0.02 Ga 0.98 N of stacked p-type cladding layer 7c and the film thickness 0.2μm composed of Mg of the light emitting layer 6 and the thickness of 5nm of multiple quantum well structure doped at Al 0.1 Ga 0.9 N The p-type layer 7 composed of the contact layer 7b is stacked. 8 is a negative electrode and 9 is a positive electrode. The positive electrode 9 includes a translucent positive electrode 9a and a positive electrode bonding pad 9b.

上記の半導体発光素子におけるエピタキシャル層を有するウェーハの作製は以下の手順で行った。
サファイア基板上にDBR層4を形成するまでは、参考例と同一の手順を用いた。その後の各半導体層の積層も、参考例で用いたのと同じMOCVD装置を用いて、参考例における第二の層およびDBR層の成膜と同様にして行った。
Fabrication of a wafer having an epitaxial layer in the semiconductor light emitting device described above was performed according to the following procedure.
The same procedure as in the reference example was used until the DBR layer 4 was formed on the sapphire substrate. Subsequent lamination of each semiconductor layer was performed in the same manner as the film formation of the second layer and the DBR layer in the reference example, using the same MOCVD apparatus used in the reference example.

以上のような手順により、半導体発光素子用のエピタキシャル層構造を有するエピタキシャルウェーハを作製した。ここでMgドープAl0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層はp型キャリアを活性化するためのアニール処理を行わなくてもp型を示した。 By the procedure as described above, an epitaxial wafer having an epitaxial layer structure for a semiconductor light emitting device was produced. Here, the p-type contact layer made of Mg-doped Al 0.02 Ga 0.98 N showed the p-type without the annealing treatment for activating the p-type carrier.

次いで、上記のサファイア基板上にエピタキシャル層構造が積層されたエピタキシャルウェーハを用いて半導体発光素子の一種である発光ダイオードを作製した。作製したウェーハについて、公知のフォトリソグラフィー技術によってMgドープAl0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層の表面上に、ITOからなる透光性正極9aと、その上に表面側から順にTi、AlおよびAuを積層した構造を持つ正極ボンディングパッド9bを形成し、正極9とした。更にその後ウェーハにドライエッチングを行い、SiドープGaNからなるn型コンタクト層の負極を形成する部分5dを露出させ、露出した部分にNi、Al、TiおよびAuの4層よりなる負極8を作製した。これらの作業により、ウェーハ上に図5に示すような形状を持つ電極を作製した。 Next, a light-emitting diode, which is a kind of semiconductor light-emitting element, was manufactured using an epitaxial wafer in which an epitaxial layer structure was stacked on the sapphire substrate. About the produced wafer, on the surface of the p-type contact layer made of Mg-doped Al 0.02 Ga 0.98 N by a known photolithography technique, a transparent positive electrode 9a made of ITO, and Ti, Al and A positive electrode bonding pad 9 b having a structure in which Au is laminated is formed as a positive electrode 9. Further, dry etching was performed on the wafer to expose a portion 5d for forming the negative electrode of the n-type contact layer made of Si-doped GaN, and a negative electrode 8 made of four layers of Ni, Al, Ti, and Au was produced on the exposed portion. . By these operations, an electrode having a shape as shown in FIG. 5 was produced on the wafer.

このようにして正極および負極を形成したウェーハについて、サファイア基板の裏面を研削および研磨してミラー状の面とした。その後、該ウェーハを350μm角の正方形のチップに切断し、電極が上になるように、リードフレーム上に載置し、金線でリードフレームへ結線して発光素子とした。上記のようにして作製した発光ダイオードの正極および負極間に順方向電流を流したところ、電流20mAにおける順方向電圧は3.0Vであった。また、透光性正極を通して発光を観察したところ、発光波長は470nmであり、発光出力は15mWを示した。このような発光ダイオードの特性は、作製したウェーハのほぼ全面から作製された発光ダイオードについて、ばらつきなく得られた。   With respect to the wafer on which the positive electrode and the negative electrode were thus formed, the back surface of the sapphire substrate was ground and polished to obtain a mirror-like surface. Thereafter, the wafer was cut into 350 μm square chips, placed on the lead frame so that the electrodes were on top, and connected to the lead frame with gold wires to obtain a light emitting device. When a forward current was passed between the positive electrode and the negative electrode of the light-emitting diode produced as described above, the forward voltage at a current of 20 mA was 3.0V. Moreover, when light emission was observed through the translucent positive electrode, the light emission wavelength was 470 nm and the light emission output showed 15 mW. Such characteristics of the light-emitting diode were obtained with no variation for light-emitting diodes manufactured from almost the entire surface of the manufactured wafer.

(比較例)
第一の層をMOCVD法を用いて形成したことおよびn型層5を構成する下地層5aの形成後にDBR層を設けたことを除いて、実施例と同様にIII族窒化物化合物半導体発光素子を作製し、得られた発光素子を実施例と同様に評価した。電流20mAにおける順方向電圧は3.0Vであり、発光波長は470nmであり、発光出力は11.2mWであった。DBR層が発光層に近いため、発光層の結晶性が悪く、発光出力が低下したものと推測される。
(Comparative example)
A group III nitride compound semiconductor light emitting device similar to the example except that the first layer is formed using the MOCVD method and the DBR layer is provided after the formation of the underlayer 5a constituting the n-type layer 5 And the obtained light-emitting elements were evaluated in the same manner as in the examples. The forward voltage at a current of 20 mA was 3.0 V, the emission wavelength was 470 nm, and the emission output was 11.2 mW. Since the DBR layer is close to the light emitting layer, it is presumed that the crystallinity of the light emitting layer is poor and the light emission output is reduced.

本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子は、発光層の結晶性が良好で、発光出力が極めて高い。従って、ランプ等として産業上の利用価値は極めて大きい。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device of the present invention has good light-emitting layer crystallinity and extremely high light emission output. Therefore, the industrial utility value as a lamp etc. is very large.

本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子に使用するための、参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the group III nitride compound semiconductor laminated structure produced by the reference example for using for the group III nitride compound semiconductor light-emitting device of this invention. 参考例で作製したIII族窒化物化合物半導体積層構造体の第一の層の断面TEM写真である。It is a cross-sectional TEM photograph of the 1st layer of the group III nitride compound semiconductor laminated structure produced by the reference example. 図2を模式的に表した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating FIG. 2. 実施例で作製した本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the group III nitride compound semiconductor light-emitting device of this invention produced in the Example. 実施例で作製した本発明のIII族窒化物化合物半導体発光素子の平面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plane of the group III nitride compound semiconductor light-emitting device of this invention produced in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 第一の層
3 第二の層
4 DBR層
5 n型層
6 発光層
7 p型層
8 負極
9 正極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 1st layer 3 2nd layer 4 DBR layer 5 n-type layer 6 Light emitting layer 7 p-type layer 8 Negative electrode 9 Positive electrode

Claims (26)

III族窒化物化合物半導体とは屈折率が異なる基板上に、III族窒化物化合物半導体からなる、第一の層およびDBR層がこの順序で設けられており、該DBR層上に、III族窒化物化合物半導体からなる、n型層、発光層およびp型層が、発光層をn型層とp型層が挟むように設けられており、該第一の層の厚さが1000nm以下であるIII族窒化物化合物半導体発光素子。   A first layer and a DBR layer made of a group III nitride compound semiconductor are provided in this order on a substrate having a refractive index different from that of the group III nitride compound semiconductor, and the group III nitride is formed on the DBR layer. An n-type layer, a light-emitting layer and a p-type layer made of a physical compound semiconductor are provided so that the light-emitting layer is sandwiched between the n-type layer and the p-type layer, and the thickness of the first layer is 1000 nm or less Group III nitride compound semiconductor light emitting device. DBR層が屈折率の異なる少なくとも2種類の層の積層体から構成される請求項1に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the DBR layer is composed of a laminate of at least two types of layers having different refractive indexes. 屈折率の異なる少なくとも2種類の層が3〜50層積層されている請求項2に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 2, wherein 3 to 50 layers of at least two kinds of layers having different refractive indexes are laminated. DBR層を構成する積層体の各層の厚さが200nm以下である請求項2または3に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 2 or 3, wherein each layer of the laminate constituting the DBR layer has a thickness of 200 nm or less. 屈折率の異なる少なくとも2種類の層の一方がGaNであり、他方がAlN、InNおよびAlInNからなる群から選ばれた少なくとも1種である請求項2〜4のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III according to any one of claims 2 to 4, wherein one of at least two kinds of layers having different refractive indices is GaN, and the other is at least one selected from the group consisting of AlN, InN and AlInN. Nitride compound semiconductor light emitting device. 第一の層が基板表面の少なくとも90%を覆っている請求項1〜5のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first layer covers at least 90% of the substrate surface. 第一の層が柱状結晶からなっている請求項1〜6のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first layer is formed of a columnar crystal. 柱状結晶の幅が0.1nm〜100nmである請求項7に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 7, wherein the columnar crystal has a width of 0.1 nm to 100 nm. 柱状結晶の幅が1nm〜70nmである請求項8に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 8, wherein the columnar crystal has a width of 1 nm to 70 nm. 第一の層が単結晶からなっている請求項1〜6のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first layer is made of a single crystal. 第一の層の厚さが10nm〜500nmである請求項1〜10のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the first layer has a thickness of 10 nm to 500 nm. 第一の層の厚さが20nm〜100nmである請求項11に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 11, wherein the thickness of the first layer is 20 nm to 100 nm. 第一の層がAlを含むIII族窒化物化合物半導体である請求項1〜12のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 12, wherein the first layer is a group III nitride compound semiconductor containing Al. 第一の層がAlNからなる請求項13に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 13, wherein the first layer is made of AlN. 第一の層の成膜法がスパッタ法である請求項1〜14のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the first layer is formed by sputtering. スパッタ法が窒素源をリアクタ内に流通させながら行なうリアクティブスパッタ法である請求項15に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 15, wherein the sputtering method is a reactive sputtering method performed while a nitrogen source is circulated in the reactor. 窒素源として窒素ガスを利用したスパッタ法である請求項15または16に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 15 or 16, which is a sputtering method using nitrogen gas as a nitrogen source. スパッタ法がRFスパッタ法である請求項15〜17のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 15 to 17, wherein the sputtering method is an RF sputtering method. 第一の層とDBR層との間にIII族窒化物化合物半導体からなる第二の層がさらに設けられている請求項1〜18のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting element according to any one of claims 1 to 18, further comprising a second layer made of a group III nitride compound semiconductor between the first layer and the DBR layer. . 第二の層がAlGaNである請求項19に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 19, wherein the second layer is AlGaN. 第二の層がGaNである請求項19に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 19, wherein the second layer is GaN. 第二の層の成膜法がMOCVD法である請求項19〜21のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。   The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 19 to 21, wherein the second layer is formed by a MOCVD method. 第二の層表面の転位密度が109cm-2以下である請求項19〜22のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子。 The group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 19 to 22, wherein the dislocation density on the surface of the second layer is 10 9 cm -2 or less. 請求項1〜23のいずれか一項に記載のIII族窒化物化合物半導体発光素子からなるランプ。   A lamp comprising the group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 23. 請求項24に記載のランプが組み込まれている電子機器。   An electronic device in which the lamp according to claim 24 is incorporated. 請求項25に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。   A mechanical device in which the electronic device according to claim 25 is incorporated.
JP2007175554A 2007-07-03 2007-07-03 Group iii nitride compound semiconductor light emitting element Pending JP2009016505A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007175554A JP2009016505A (en) 2007-07-03 2007-07-03 Group iii nitride compound semiconductor light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007175554A JP2009016505A (en) 2007-07-03 2007-07-03 Group iii nitride compound semiconductor light emitting element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009016505A true JP2009016505A (en) 2009-01-22

Family

ID=40357071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007175554A Pending JP2009016505A (en) 2007-07-03 2007-07-03 Group iii nitride compound semiconductor light emitting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009016505A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011031098A2 (en) * 2009-09-10 2011-03-17 주식회사 에피밸리 Semiconductor light emitting device
JP2013089616A (en) * 2011-10-13 2013-05-13 Tamura Seisakusho Co Ltd Crystalline laminate structure and manufacturing method thereof
CN103918061A (en) * 2011-10-13 2014-07-09 株式会社田村制作所 Crystal layered structure and method for manufacturing same, and semiconductor element
JP2016213364A (en) * 2015-05-12 2016-12-15 三菱電機株式会社 Light-emitting device and display device
WO2019039769A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 서울바이오시스주식회사 Light-emitting diode including distributed bragg reflector

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04297023A (en) * 1991-01-31 1992-10-21 Nichia Chem Ind Ltd Crystal growth method of gallium nitride compound semiconductor
JPH09293897A (en) * 1996-04-26 1997-11-11 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element and manufacture thereof
JPH11354846A (en) * 1996-01-19 1999-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gallium nitride type compound semiconductor light emitting element and manufacture of gallium nitride type compound semiconductor
JP3026087B2 (en) * 1989-03-01 2000-03-27 豊田合成株式会社 Gas phase growth method of gallium nitride based compound semiconductor
JP2001094150A (en) * 1999-09-21 2001-04-06 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride compound semiconductor element
JP2001308010A (en) * 2000-04-21 2001-11-02 Toyoda Gosei Co Ltd Method of manufacturing iii nitride compound semiconductor device
JP2004119756A (en) * 2002-09-27 2004-04-15 Fuji Photo Film Co Ltd Light emitting diode
JP2004153271A (en) * 2002-10-28 2004-05-27 Kyoshin Kagi Kofun Yugenkoshi White light-emitting device and manufacturing method therefor
JP2005056922A (en) * 2003-08-06 2005-03-03 Rohm Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2007149713A (en) * 2005-11-07 2007-06-14 Showa Denko Kk Semiconductor light emitting diode

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3026087B2 (en) * 1989-03-01 2000-03-27 豊田合成株式会社 Gas phase growth method of gallium nitride based compound semiconductor
JPH04297023A (en) * 1991-01-31 1992-10-21 Nichia Chem Ind Ltd Crystal growth method of gallium nitride compound semiconductor
JPH11354846A (en) * 1996-01-19 1999-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gallium nitride type compound semiconductor light emitting element and manufacture of gallium nitride type compound semiconductor
JPH09293897A (en) * 1996-04-26 1997-11-11 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element and manufacture thereof
JP2001094150A (en) * 1999-09-21 2001-04-06 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride compound semiconductor element
JP2001308010A (en) * 2000-04-21 2001-11-02 Toyoda Gosei Co Ltd Method of manufacturing iii nitride compound semiconductor device
JP2004119756A (en) * 2002-09-27 2004-04-15 Fuji Photo Film Co Ltd Light emitting diode
JP2004153271A (en) * 2002-10-28 2004-05-27 Kyoshin Kagi Kofun Yugenkoshi White light-emitting device and manufacturing method therefor
JP2005056922A (en) * 2003-08-06 2005-03-03 Rohm Co Ltd Semiconductor light emitting element
JP2007149713A (en) * 2005-11-07 2007-06-14 Showa Denko Kk Semiconductor light emitting diode

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011031098A2 (en) * 2009-09-10 2011-03-17 주식회사 에피밸리 Semiconductor light emitting device
WO2011031098A3 (en) * 2009-09-10 2011-06-23 주식회사 에피밸리 Semiconductor light emitting device
JP2013089616A (en) * 2011-10-13 2013-05-13 Tamura Seisakusho Co Ltd Crystalline laminate structure and manufacturing method thereof
CN103918061A (en) * 2011-10-13 2014-07-09 株式会社田村制作所 Crystal layered structure and method for manufacturing same, and semiconductor element
US9059077B2 (en) 2011-10-13 2015-06-16 Tamura Corporation Crystal layered structure and method for manufacturing same, and semiconductor element
JP2016213364A (en) * 2015-05-12 2016-12-15 三菱電機株式会社 Light-emitting device and display device
WO2019039769A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 서울바이오시스주식회사 Light-emitting diode including distributed bragg reflector
CN109427936A (en) * 2017-08-24 2019-03-05 首尔伟傲世有限公司 Light emitting diode with distributed Bragg reflector
US10734554B2 (en) 2017-08-24 2020-08-04 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode having distributed Bragg reflector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101066135B1 (en) ? nitride compound semiconductor laminated structure
KR101159995B1 (en) Group iii nitride semiconductor device and method for manufacturing the same, group iii nitride semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same, and lamp
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
JP4191227B2 (en) Group III nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, group III nitride semiconductor light emitting device, and lamp
KR101268139B1 (en) Method for manufacturing iii nitride semiconductor light emitting element, iii nitride semiconductor light emitting element and lamp
WO2010032423A1 (en) Method for manufacturing iii nitride semiconductor light emitting element, iii nitride semiconductor light emitting element and lamp
KR101074178B1 (en) Method for manufacturing group ⅲ nitride compound semiconductor light-emitting device, group ⅲ nitride compound semiconductor light-emitting device, and lamp
US20090283795A1 (en) Method for producing group iii nitride semiconductor light emitting device, group iii nitride semiconductor light emitting device, and lamp
JP2009123718A (en) Group iii nitride compound semiconductor element and its manufacturing method, group iii nitride compound semiconductor light-emitting element and its manufacturing method, and lamp
TW200840096A (en) Method of producing group-III nitride semiconductor layer, group-III nitride semiconductor light-emitting device and lamp thereof
KR20090048590A (en) Method for manufacturing group iii nitride compound semiconductor light-emitting device, group iii nitride compound semiconductor light-emitting device, and lamp
JP2008124060A (en) Group iii nitride compound semiconductor light-emitting element and manufacturing method thereof, and lamp
JP2009016505A (en) Group iii nitride compound semiconductor light emitting element
JP4974635B2 (en) Film forming method of group III nitride compound semiconductor multilayer structure
JP2008135463A (en) 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
JP2008098245A (en) Film forming method of group iii nitride compound semiconductor laminate structure
JP2008226868A (en) Group iii nitride compound semiconductor laminated structure
JP2008294449A (en) Method for manufacturing group iii nitride semiconductor light emitting element, group iii nitride semiconductor light emitting element and lamp
JP2009161434A (en) Method for manufacturing group iii nitride semiconductor crystal and group iii nitride semiconductor crystal
JP5261969B2 (en) Group III nitride compound semiconductor light emitting device
JP2008198705A (en) Method for manufacturing group iii nitride semiconductor light-emitting device, group iii nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
JP2008159954A (en) 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
JP2008306113A (en) 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
JP2006019713A (en) Group iii nitride semiconductor light-emitting device and led using same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100402

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120326

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121023