JP2011091442A - Semiconductor light emitting diode of gallium nitride compound - Google Patents

Semiconductor light emitting diode of gallium nitride compound Download PDF

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Yoshimasa Kinoshita
嘉将 木下
Hidenori Kamei
英徳 亀井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity of radiation light by overcoming the problem, wherein a surface of a semiconductor substrate of a gallium nitride compound is physically damaged and the light radiated from the light emitting layer formed on it is made not uniform since the surface of the semiconductor substrate of the gallium nitride compound is polished flatly when using the gallium nitride compound semiconductor on the substrate. <P>SOLUTION: A first n-type layer 13 including at least In and light emitting 15 are located on the substrate 11 composed of the semiconductor of gallium nitride compound, and the uniformity of the radiation light can be improved by forming the first n-type layer 13 between the substrate 11 and light emitting layer 15. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は発光ダイオード、レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element used for an optical device such as a light-emitting diode or a laser diode.

近年、窒化ガリウム系化合物半導体は、可視から紫外に亘る波長帯で動作する発光デバイスや高出力及び高温で動作する電子デバイス用の半導体材料として多用されている（例えば、特許文献１）。窒化物半導体発光素子に用いられる基板として、サファイア基板のような絶縁性の基板に代わってＧａＮ基板のような導電性の基板が用いられるようになってきている。導電性の基板を用いた場合、基板に電流を流すことができるので電流通路の抵抗値を下げて消費電力や動作電圧を低減させることができるためと、静電耐圧を高めることができるためである。   In recent years, gallium nitride-based compound semiconductors are widely used as semiconductor materials for light-emitting devices that operate in the wavelength band from visible to ultraviolet and electronic devices that operate at high power and high temperature (for example, Patent Document 1). As a substrate used for a nitride semiconductor light emitting device, a conductive substrate such as a GaN substrate has been used instead of an insulating substrate such as a sapphire substrate. When a conductive substrate is used, current can flow through the substrate, so that the resistance value of the current path can be lowered to reduce power consumption and operating voltage, and the electrostatic withstand voltage can be increased. is there.

図１に従来の窒化ガリウム系化合物半導体を示す。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型層２と、ＩｎＧａＮからなる発光層５と、ＡｌＧａＮからなるｐ型層６、が順次積層されている。ｐ型層６の表面上にはｐ側電極７が形成されており、ｐ型層６の表面側から、ｐ型層６と発光層５とｎ型層２の一部をエッチングにより除去して露出されたｎ型層２の表面上に、ｎ側電極８が形成されている（例えば、特許文献２）。   FIG. 1 shows a conventional gallium nitride compound semiconductor. In FIG. 1, an n-type layer 2 made of GaN, a light emitting layer 5 made of InGaN, and a p-type layer 6 made of AlGaN are sequentially stacked on a substrate 1 made of n-type GaN. A p-side electrode 7 is formed on the surface of the p-type layer 6, and a part of the p-type layer 6, the light emitting layer 5, and the n-type layer 2 is removed from the surface side of the p-type layer 6 by etching. An n-side electrode 8 is formed on the exposed surface of the n-type layer 2 (for example, Patent Document 2).

特開２００１−６０７１９号公報JP 2001-60719 A 特開２００１−３４５４７６号公報JP 2001-345476 A

しかし、基板にＧａＮ基板を用いた場合、ＧａＮ基板の表面をフラットにするための研磨を行うため、ＧａＮ基板の表面は物理的なダメージを受け、この上に形成した発光層から放射される光が不均一になるという課題があった。   However, when a GaN substrate is used as the substrate, polishing is performed to flatten the surface of the GaN substrate, so that the surface of the GaN substrate is physically damaged and light emitted from the light emitting layer formed thereon There has been a problem of non-uniformity.

本発明はこのような課題を解決したもので、放射される光の均一性を向上させることを目的とする。   The present invention solves such a problem, and an object thereof is to improve the uniformity of emitted light.

本発明は、上記目的を達成するために、窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板と、少なくともＩｎを含む第一のｎ型層と、発光層とを有しており、第一のｎ型層は基板と発光層との間に形成されるように構成したものである。フラット化するために表面が研磨された窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板が有している、結晶の不均一な歪みやダメージを少なくともＩｎを含む第一のｎ型層が緩和する。   In order to achieve the above object, the present invention includes a substrate made of a gallium nitride compound semiconductor, a first n-type layer containing at least In, and a light-emitting layer. It is configured to be formed between the substrate and the light emitting layer. The first n-type layer containing at least In relieves uneven distortion and damage of the crystal of the substrate made of a gallium nitride compound semiconductor whose surface is polished for flattening.

基板と第一のｎ型層との間に窒化ガリウム系化合物半導体からなる第二のｎ型層を形成することにより、窒化ガリウム系化合物半導体基板が持っている微視的な凸凹を埋め込むことができる。また、基板から発光層までの距離を遠ざけることができるため、基板の表面が不純物などによって汚染されているというような界面の影響を受けにくくなる。更に、基板と略同じ格子定数を持つ第二のｎ型層を基板の上に成長させることにより、新たな歪みを生じさせずに第二のｎ型層を形成できるので、第二のｎ型層の上に成長する第一のｎ型層が安定に形成できる。また、基板から発光層までの距離を遠ざけるためにＩｎを含む層を厚くすると、クラックが入ってしまうが、第二のｎ型層を厚く成長させるならば、クラックが入ることも防ぐことができる。   By forming a second n-type layer made of a gallium nitride compound semiconductor between the substrate and the first n-type layer, the microscopic unevenness of the gallium nitride compound semiconductor substrate can be embedded. it can. Further, since the distance from the substrate to the light emitting layer can be increased, the influence of the interface such that the surface of the substrate is contaminated with impurities is less likely to be affected. Furthermore, by growing a second n-type layer having substantially the same lattice constant as that of the substrate on the substrate, the second n-type layer can be formed without causing new distortion. A first n-type layer grown on the layer can be formed stably. In addition, if the layer containing In is thickened to increase the distance from the substrate to the light emitting layer, cracks will occur. However, if the second n-type layer is grown thickly, cracks can be prevented. .

第一のｎ型層と発光層との間に窒化ガリウム系化合物半導体からなる第三のｎ型層を形成することにより、基板から発光層までの距離を遠ざけることができるため、基板の表面が不純物などによって汚染されているというような界面の影響を受けにくくなる。また、基板から発光層までの距離を遠ざけるためにＩｎを含む層を厚くすると、クラックが入ってしまうが、第三のｎ型層を厚く成長させるならば、クラックが入ることも防ぐことができる。   By forming a third n-type layer made of a gallium nitride compound semiconductor between the first n-type layer and the light-emitting layer, the distance from the substrate to the light-emitting layer can be increased. It becomes difficult to be affected by the interface such as being contaminated by impurities. In addition, if the layer containing In is thickened to increase the distance from the substrate to the light emitting layer, cracks will occur. However, if the third n-type layer is grown thickly, cracks can be prevented. .

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、少なくともＩｎを含む第一のｎ型層が窒化ガリウム系化合物半導体基板が持っている不均一な歪みやダメージを緩和するため、発光特性のウェハ面内均一性が向上し、歩留まりがよくなる。   In the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention, the first n-type layer containing at least In alleviates uneven distortion and damage of the gallium nitride compound semiconductor substrate. Uniformity is improved and yield is improved.

従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の構造を示す断面図Sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride compound semiconductor device 本発明の発明を実施するための形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子の構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the gallium nitride type compound semiconductor element which concerns on the form for implementing invention of this invention 本発明の発明を実施するための形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子の構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the gallium nitride type compound semiconductor element which concerns on the form for implementing invention of this invention 本発明の実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子の構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the gallium nitride type compound semiconductor element which concerns on Embodiment 1 of this invention

以下本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図２において、窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板１１の上に、窒化ガリウム系半導体からなる第二のｎ型層１２と、少なくともＩｎを含む第一のｎ型層１３と、クラッド層１４と、発光層１５と、ｐ型層１６、が順次積層されている。ｐ型層１６の表面上にはｐ側電極１７が形成されており、ｐ型層１６の表面側から、ｐ型層１６と発光層１５とクラッド層１４と第一のｎ型層１３と第二のｎ型層１２の一部をエッチングにより除去して露出された第二のｎ型層１２の表面上に、ｎ側電極１８が形成されている。   In FIG. 2, on a substrate 11 made of a gallium nitride based compound semiconductor, a second n type layer 12 made of a gallium nitride based semiconductor, a first n type layer 13 containing at least In, a cladding layer 14, The light emitting layer 15 and the p-type layer 16 are sequentially laminated. A p-side electrode 17 is formed on the surface of the p-type layer 16, and from the surface side of the p-type layer 16, the p-type layer 16, the light emitting layer 15, the cladding layer 14, the first n-type layer 13, and the first An n-side electrode 18 is formed on the surface of the second n-type layer 12 exposed by removing a part of the second n-type layer 12 by etching.

基板１１には、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ（但し、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１））を使用することができるが、良好な結晶性が得られやすいＡｌcＧａ1-cＮ（但し、０≦ｃ≦１）が望ましい。中でも製造が比較的容易で、かつ最も良好な結晶性が得られるＧａＮからなるものを使用することが最も好ましい。基板１１にはＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がドープされてなくてもよいが、ドープされていた方が素子抵抗を小さくすることができる。ドープする際には、その電子濃度を概略１×１０17ｃｍ-3から１×１０20ｃｍ-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１１に注入された電子が基板１１で広がりにくくなる傾向にあるからであり、１×１０20ｃｍ-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１１の結晶性が悪くなる傾向にあるからである。 For the substrate 11, an n-type gallium nitride compound semiconductor (In a Al b Ga 1-ab N (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1)) is used. Although it is possible, Al c Ga 1-c N (where 0 ≦ c ≦ 1) is desirable because good crystallinity is easily obtained. Among them, it is most preferable to use a material made of GaN that is relatively easy to manufacture and that provides the best crystallinity. The substrate 11 may not be doped with n-type impurities such as Si and Ge, but the element resistance can be reduced by doping. When doping, a material whose electron concentration is controlled in the range of approximately 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 is used. 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 11 tend not to spread on the substrate 11, and from 1 × 10 20 cm −3 . This is because the crystallinity of the substrate 11 tends to deteriorate due to the high concentration of n-type impurities.

第二のｎ型層１２には、基板と略同じ格子定数をもつ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る。これにより、窒化ガリウム系半導体からなる基板が持っている微視的な凸凹を埋め込むことができる。また、基板１１から発光層１５までの距離を遠ざけることができるため、基板１１の表面が不純物などによって汚染されているというような界面の影響を受けにくくなる。更に基板１１と略同じ格子定数を持つ第二のｎ型層１２を基板１１の上に成長させることにより、新たな歪みを生じさせずに第二のｎ型層１２を形成できるので、第二のｎ型層１２の上に成長する第一のｎ型層１３が安定に形成できる。また、基板１１から発光層１５までの距離を遠ざけるためにＩｎを含む層を厚くすると、クラックが入ってしまうが、第二のｎ型層１２を厚く成長させるならば、クラックが入ることも防ぐことができる。第二のｎ型層１２には、ＧａＮやＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の単層、若しくはこれらの層を積層したものを用いることができる。第二のｎ型層１２には、基板と略同じ格子定数をもつｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体がよいが、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮであってもＩｎの組成が小さければ、基板との格子定数は近くなるので、用いることができる。   For the second n-type layer 12, an n-type gallium nitride compound semiconductor having substantially the same lattice constant as that of the substrate can be used. Thereby, the microscopic unevenness | corrugation which the board | substrate consisting of a gallium nitride system semiconductor has can be embedded. Further, since the distance from the substrate 11 to the light emitting layer 15 can be increased, the influence of the interface such that the surface of the substrate 11 is contaminated by impurities or the like is less likely to be affected. Furthermore, by growing the second n-type layer 12 having substantially the same lattice constant as that of the substrate 11 on the substrate 11, the second n-type layer 12 can be formed without causing new distortion. The first n-type layer 13 grown on the n-type layer 12 can be formed stably. Further, if the layer containing In is thickened to increase the distance from the substrate 11 to the light emitting layer 15, cracks will occur. However, if the second n-type layer 12 is grown thickly, cracks can be prevented. be able to. As the second n-type layer 12, a single layer of GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN or the like, or a stack of these layers can be used. The second n-type layer 12 is preferably an n-type gallium nitride compound semiconductor having substantially the same lattice constant as the substrate. However, even if InGaN or InAlGaN is used, if the In composition is small, the lattice constant with the substrate is Since it becomes close, it can be used.

第二のｎ型層１２は、少なくともｎ側電極１８が形成される層において、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以上で１×１０20ｃｍ-3未満とすることが望ましい。電子濃度が１×１０17ｃｍ-3よりも低くなると、ｎ側電極１８とのオーミック接触抵抗が高くなり、発光素子の動作電圧が高くなるからであり、１×１０20ｃｍ-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第二のｎ型層１２の結晶性が悪くなる傾向にあるからである。 The second n-type layer 12 is doped with an n-type impurity such as Si or Ge at least in the layer where the n-side electrode 18 is formed, and has an electron concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 7. It is desirable to be less than 20 cm −3 . This is because when the electron concentration is lower than 1 × 10 17 cm −3 , the ohmic contact resistance with the n-side electrode 18 is increased, and the operating voltage of the light emitting element is increased. This is higher than 1 × 10 20 cm −3. This is because the crystallinity of the second n-type layer 12 tends to deteriorate due to the high concentration of n-type impurities.

第二のｎ型層１２の層厚は、１００ｎｍ以上とすることが望ましい。１００ｎｍよりも薄いとエッチングにより第二のｎ型層１２内にｎ側電極１８を形成するための露出面を形成する際のエッチング精度が非常に厳しくなるからである。第二のｎ型層１２の層厚の上限は特にはないが、露出面を形成する際のエッチング精度を緩和するとともに、第二のｎ型層１２の形成時間を不必要に長くならないようにするため、５μｍ以下程度とすることが望ましい。   The layer thickness of the second n-type layer 12 is desirably 100 nm or more. This is because if the thickness is less than 100 nm, the etching accuracy when forming an exposed surface for forming the n-side electrode 18 in the second n-type layer 12 by etching becomes very strict. The upper limit of the layer thickness of the second n-type layer 12 is not particularly limited, but the etching accuracy when forming the exposed surface is eased and the formation time of the second n-type layer 12 is not unnecessarily prolonged. Therefore, it is desirable that the thickness be about 5 μm or less.

少なくともＩｎを含む第一のｎ型層１３には、ＩｎＧａＮやＩｎＡｌＧａＮやＩｎＡｌＮからなる単層、またはこれらのＩｎを含む層を少なくとも一層含む多層膜層、またはこれらのＩｎを含む層のうちの一層とＧａＮやＡｌＧａＮ等のＩｎを含まない層を交互に積層した多層膜層を使用することができる。Ｉｎを含む半導体層が相対的に軟らかいので、基板のダメージに由来する不均一な歪みを緩和することができる。その中でも製造がし易いＩｎＧａＮが望ましいが、Ａｌが含まれているとバンドギャップを大きくできるため、発光層１５から放射された光が吸収されにくくなるので、特に青から紫外発光領域においては、ＩｎＡｌＧａＮを用いることもできる。第一のｎ型層１３にはＩｎが少なくとも含まれていればよいが、Ｉｎ組成が０．０１〜０．１０が望ましい。０．０１より多ければ、軟らかいという効果がより一層でてくるため、基板のダメージに由来する不均一な歪みを吸収し易い。０．１０より少ないとＩｎ組成が大きくなることにより第一のｎ型層１３自体に生じる圧縮歪みを小さくできるので、この層自体に欠陥が生じない。従って、結晶性が悪くならない。また、Ｉｎ組成は０．０２〜０．０７が特に好ましい。上記の効果がより顕著であるからである。第一のｎ型層１３の厚さは１０ｎｍ〜１μｍが望ましい。第一のｎ型層１３の厚さが１０ｎｍより大きいと、ウェハ面内で発光特性を均一化できるという効果が安定して得られる。１μｍより薄いと第一のｎ型層の結晶性の劣化を防止することができ、また第一のｎ型層１３の製造時間の短縮化が図れる。特に、２０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。第一のｎ型層１３の厚さが２０ｎｍより大きいと、ウェハ面内で発光特性を均一化できるという効果がより一層安定して得られる。１００ｎｍより薄いと第一のｎ型層の結晶性の劣化をより一層防止することができ、また第一のｎ型層１３の製造時間の短縮化がより一層図れる。また、第一のｎ型層１３にはノンドープでも構わないが、ｎ型不純物がドープされていることが望ましい。特にＳｉやＧｅが好ましい。面内での電流の広がりをよくすることができる。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以上で１×１０20ｃｍ-3未満とすることが望ましい。 The first n-type layer 13 containing at least In is a single layer made of InGaN, InAlGaN, or InAlN, a multilayer film layer containing at least one layer containing these In, or one of these layers containing In. And a multilayer film in which layers not containing In, such as GaN and AlGaN, are alternately stacked. Since the semiconductor layer containing In is relatively soft, uneven distortion due to substrate damage can be reduced. Among them, InGaN, which is easy to manufacture, is desirable. However, if Al is contained, the band gap can be increased, so that light emitted from the light emitting layer 15 is difficult to be absorbed. Can also be used. The first n-type layer 13 only needs to contain at least In, but the In composition is preferably 0.01 to 0.10. If it is more than 0.01, the effect of being softer will be further enhanced, so that it is easy to absorb non-uniform distortion resulting from damage to the substrate. If it is less than 0.10, the In composition increases, so that the compressive strain generated in the first n-type layer 13 itself can be reduced, so that no defect occurs in this layer itself. Therefore, the crystallinity does not deteriorate. The In composition is particularly preferably 0.02 to 0.07. This is because the above effect is more remarkable. The thickness of the first n-type layer 13 is desirably 10 nm to 1 μm. When the thickness of the first n-type layer 13 is larger than 10 nm, the effect that the light emission characteristics can be made uniform in the wafer surface can be stably obtained. If it is thinner than 1 μm, the crystallinity of the first n-type layer can be prevented from being deteriorated, and the manufacturing time of the first n-type layer 13 can be shortened. In particular, 20 nm to 100 nm is preferable. When the thickness of the first n-type layer 13 is larger than 20 nm, the effect that the light emission characteristics can be made uniform in the wafer surface can be obtained more stably. When the thickness is less than 100 nm, the crystallinity of the first n-type layer can be further prevented from being deteriorated, and the manufacturing time of the first n-type layer 13 can be further shortened. The first n-type layer 13 may be non-doped, but is preferably doped with n-type impurities. Si and Ge are particularly preferable. The current spread in the plane can be improved. It is desirable that an n-type impurity such as Si or Ge is doped so that the electron concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and less than 1 × 10 20 cm −3 .

クラッド層１４には、ＧａＮやＡｌＧａＮを使用することができる。クラッド層１４を第一のｎ型層よりバンドギャップが大きい窒化ガリウム系化合物半導体とすることにより、発光層からの正孔のオーバーフローを効果的に抑制することができる。また、クラッド層１４にはｎ型不純物がドープされていても、ｎ型不純物がドープされていなくてもよい。クラッド層１４は第二もしくは第一のｎ型層よりもキャリア濃度が小さい方がよい。このような構成にすることにより、ｎ型層内で電子が一時的に発光層１５側へ流れにくくなり、ｎ型層の面内で電子が均一に広がり、これにより発光層１５への均一な電子の注入が実現できるため、発光層１５における発光分布が均一となり、その結果、基板１１の裏面側の主発光面で均一な面発光が得られるからである。クラッド層１４の厚さは、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。１０ｎｍ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、２００ｎｍよりも厚くなると発光素子の直列抵抗が高くなって動作電圧が高くなるからである。   GaN or AlGaN can be used for the clad layer 14. By making the cladding layer 14 a gallium nitride compound semiconductor having a band gap larger than that of the first n-type layer, it is possible to effectively suppress the overflow of holes from the light emitting layer. The clad layer 14 may be doped with n-type impurities or may not be doped with n-type impurities. The cladding layer 14 should have a lower carrier concentration than the second or first n-type layer. With such a configuration, electrons temporarily do not easily flow to the light emitting layer 15 side in the n-type layer, and the electrons spread uniformly in the surface of the n-type layer. This is because electron injection can be realized, so that the light emission distribution in the light emitting layer 15 becomes uniform, and as a result, uniform surface light emission is obtained on the main light emitting surface on the back surface side of the substrate 11. The thickness of the cladding layer 14 is desirably in the range of 10 nm to 200 nm. This is because if the thickness is smaller than 10 nm, the effect of current spreading tends to be small, and if the thickness is larger than 200 nm, the series resistance of the light emitting element becomes high and the operating voltage becomes high.

発光層１５には、第二のｎ型層１２並びにｐ型層１６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やＧａＮを用いると、紫外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。発光層１５がＩｎを含む場合は、膜厚を１０ｎｍよりも薄くして単一量子井戸層とすると、発光層１５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。   For the light emitting layer 15, a gallium nitride compound semiconductor having a band gap smaller than that of the second n-type layer 12 and the p-type layer 16 can be used. In particular, when InGaN or GaN not containing Al is used, the emission intensity in the ultraviolet to green wavelength region can be increased. When the light emitting layer 15 contains In, the crystallinity of the light emitting layer 15 can be increased and the light emission efficiency can be further increased by making the film thickness thinner than 10 nm to be a single quantum well layer.

また、発光層１５は、ＩｎＧａＮやＧａＮ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、ＡｌＧａＮ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 light emitting layer 15 has a multiple quantum well structure in which a quantum well layer made of InGaN or GaN and a barrier layer made of InGaN, GaN, AlGaN or the like having a larger band gap than the quantum well layer are alternately stacked. You can also

ｐ型層１６には、発光層１５よりもバンドギャップの大きいｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。これにより、ｐ型層１６にｐ型クラッド層としての機能を付与できる。ｐ型層１６には、ＧａＮやＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の単層、若しくはこれらの層を積層したものを用いることができる。特に、発光層１５に接する側のｐ型層としてＡｌＧａＮを用いると、発光層１５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。   For the p-type layer 16, a p-type gallium nitride compound semiconductor having a band gap larger than that of the light emitting layer 15 can be used. Thereby, the p-type layer 16 can be provided with a function as a p-type cladding layer. As the p-type layer 16, a single layer of GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN or the like, or a stack of these layers can be used. In particular, it is preferable to use AlGaN as the p-type layer on the side in contact with the light emitting layer 15 because electrons can be efficiently confined in the light emitting layer 15 and the light emission efficiency can be increased.

ｐ型層１６は、ｐ型不純物がドープされて、ｐ型伝導とされている。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。ｐ型不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3以上で５×１０20ｃｍ-3未満とすることが望ましい。ｐ型不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3よりも低くなると、ｐ側電極１７とのオーミック接触抵抗が高くなり、発光素子の動作電圧が高くなるからであり、５×１０20ｃｍ-3よりも高くなると、ｐ型不純物を高濃度にドープしたことに起因してｐ型層１６の結晶性が悪くなる傾向になるとともに、発光層１５へのｐ型不純物の拡散が顕著になり、発光効率が低下するからである。 The p-type layer 16 is doped with a p-type impurity to have p-type conduction. Mg, Zn, Cd, C, or the like can be used as the p-type impurity, but it is preferable to use Mg that can be made p-type relatively easily. The p-type impurity concentration is desirably 1 × 10 19 cm −3 or more and less than 5 × 10 20 cm −3 . This is because when the p-type impurity concentration is lower than 1 × 10 19 cm −3 , the ohmic contact resistance with the p-side electrode 17 is increased, and the operating voltage of the light emitting device is increased. From 5 × 10 20 cm −3 Higher, the crystallinity of the p-type layer 16 tends to deteriorate due to the high concentration of the p-type impurity, and the diffusion of the p-type impurity into the light-emitting layer 15 becomes remarkable, and the light emission efficiency. This is because of a decrease.

ｐ型層１６に比較的高い濃度のｐ型不純物をドープする際は、ｐ型不純物の発光層１５への過剰な拡散を抑制するために、発光層１５とｐ型層１６の間に、中間層を導入することもできる。この中間層には、ＩｎＡｌＧａＮを用いることができるが、特に、ＧａＮやＡｌＧａＮを用いると、発光層１５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。中間層は、発光層１５の方向に拡散するｐ型不純物の吸収層としての役目を果たすために、アンドープであることが好ましい。中間層の層厚は、１ｎｍ以上で５０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。１ｎｍよりも薄いとｐ型不純物の発光層１５への拡散を抑制する効果が小さくなり、５０ｎｍよりも厚くなると発光層１５への正孔の注入効率が低下し、発光効率が低下するようになるからである。   When the p-type layer 16 is doped with a relatively high concentration of p-type impurity, an intermediate between the light-emitting layer 15 and the p-type layer 16 is used to suppress excessive diffusion of the p-type impurity into the light-emitting layer 15. Layers can also be introduced. For this intermediate layer, InAlGaN can be used. In particular, GaN or AlGaN is preferable because the crystallinity at the interface with the light emitting layer 15 can be kept good. The intermediate layer is preferably undoped in order to serve as an absorption layer for p-type impurities that diffuse in the direction of the light emitting layer 15. The thickness of the intermediate layer is preferably in the range of 1 nm to 50 nm. If the thickness is less than 1 nm, the effect of suppressing the diffusion of p-type impurities into the light emitting layer 15 is reduced. Because.

ｐ型層１６の層厚は、５０ｎｍ以上で５００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。５０ｎｍよりも薄いとｐ側電極１７の構成金属がエレクトロマイグレーション等による発光層１５への侵入により、発光素子の寿命が低下しやすくなり、５００ｎｍよりも厚くなると電流（正孔）がｐ型層１６を通過する際の電圧降下が増大し、発光素子の動作電圧が高くなるからである。   The layer thickness of the p-type layer 16 is preferably in the range of 50 nm to 500 nm. When the thickness is less than 50 nm, the constituent metal of the p-side electrode 17 easily enters the light-emitting layer 15 due to electromigration or the like, so that the lifetime of the light-emitting element is liable to decrease. This is because the voltage drop at the time of passing through increases to increase the operating voltage of the light emitting element.

ｐ型層１６のｐ側電極１７に接する側は、バンドギャップの比較的小さいＧａＮやＩｎＧａＮとすることができる。これにより、ｐ側電極１７との接触抵抗を小さくでき、動作電圧の低減を効果的に行うことができる。   The side of the p-type layer 16 in contact with the p-side electrode 17 can be made of GaN or InGaN having a relatively small band gap. Thereby, the contact resistance with the p-side electrode 17 can be reduced, and the operating voltage can be effectively reduced.

ｐ側電極１７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Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ等の金属を用いると、発光層１５からｐ側電極１７の側へ向かう光を反射させて、基板１１の裏面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-side electrode 17, a single metal such as Au, Ni, Pt, Pd, or Mg, or an alloy or a laminated structure thereof can be used. In particular, when a metal such as Ag, Pt, Mg, Al, Zn, Rh, Ru, Pd or the like having a high reflectance with respect to the emission wavelength is used, light directed from the light emitting layer 15 toward the p-side electrode 17 is reflected, and the substrate is reflected. 11 can be taken out from the rear surface side, which is preferable in terms of improving the light emission intensity.

ｎ側電極１８は、第二のｎ型層１２の上に形成された第一のｎ型層１３とクラッド層１４と発光層１５とｐ型層１６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第二のｎ型層１２の表面に接して形成される。ｎ側電極１８をこのように配置する構成とすることにより、基板１１の前記積層構造を形成していない裏面側を主発光面とすることができ、主発光面において均一な面発光が得られる。   The n-side electrode 18 is formed of the first n-type layer 13 formed on the second n-type layer 12, the cladding layer 14, the light emitting layer 15, and the p-type layer 16 from the surface side of the laminated structure. It is formed in contact with the surface of the second n-type layer 12 exposed by removing the portion. By adopting a configuration in which the n-side electrode 18 is arranged in this manner, the back surface side of the substrate 11 where the laminated structure is not formed can be used as a main light emitting surface, and uniform surface light emission can be obtained on the main light emitting surface. .

ｎ側電極１８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 18, 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.

また、基板１１の電子キャリア濃度が第二のｎ型層１２の電子キャリア濃度と同等かそれより高い場合は、ｎ側電極１８は、第二のｎ型層１２の上に形成された第一のｎ型層１３とクラッド層１４と発光層１５とｐ型層１６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１１の表面に接して形成してもよい。電子キャリア濃度が高い基板１１にｎ側電極１８を設けることにより、ｎ側電極１８のオーミック接触抵抗を小さくできるので、動作電圧を低くできる。   In addition, when the electron carrier concentration of the substrate 11 is equal to or higher than the electron carrier concentration of the second n-type layer 12, the n-side electrode 18 is formed on the second n-type layer 12. The n-type layer 13, the clad layer 14, the light emitting layer 15, and the p-type layer 16 may be formed in contact with the surface of the substrate 11 that is exposed by removing a part of the laminated structure. By providing the n-side electrode 18 on the substrate 11 having a high electron carrier concentration, the ohmic contact resistance of the n-side electrode 18 can be reduced, so that the operating voltage can be lowered.

また、ｎ側電極１８は、基板１１の発光層１５とは反対側の表面に接して形成してもよい。ｎ側電極１８をこのように配置する構成とすることにより、ｎ側電極を形成するスペースを省略することができるので、チップサイズを小さくすることができる。   Further, the n-side electrode 18 may be formed in contact with the surface of the substrate 11 opposite to the light emitting layer 15. By adopting a configuration in which the n-side electrode 18 is arranged in this manner, the space for forming the n-side electrode can be omitted, and the chip size can be reduced.

また、ｎ側電極１８は、第一のｎ型層１３の上に形成されたクラッド層１４と発光層１５とｐ型層１６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第一のｎ型層１３の表面に接して形成してもよい。バンドギャップの小さい第一のｎ型層１３にｎ側電極１８を形成することで、ｎ側電極１８のオーミック接触抵抗を小さくできる。   Further, the n-side electrode 18 is exposed by removing a part of the surface from the laminated structure formed of the cladding layer 14, the light emitting layer 15, and the p-type layer 16 formed on the first n-type layer 13. You may form in contact with the surface of the made 1st n-type layer 13 made. By forming the n-side electrode 18 on the first n-type layer 13 having a small band gap, the ohmic contact resistance of the n-side electrode 18 can be reduced.

また、発光層１５とｐ型層１６との間にｐ型クラッド層が形成されていてもよい（図示せず）。ｐ型クラッド層は、発光層１５のバンドギャップよりも大き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で形成され、特にＭｇ等のｐ型不純物がドープされたＡｌuＧａ1-uＮ（但し、０≦ｕ＜１）で形成されることが好ましい。通常、ｐ型クラッド層は、結晶性良く形成させるために、発光層１５の成長に適した温度よりも高い成長温度で形成されることが多く、このため、発光層１５の成長後、ｐ型クラッド層の成長温度にまで昇温させる間において、発光層１５を構成するインジウムや窒素等の構成元素の解離等により発光層１５の結晶性の劣化が生じることがある。そこで、ｐ型クラッド層の発光層１５に接する側の一部を、発光層１５を成長後に昇温させながら連続して成長形成し、ｐ型クラッド層の成長温度において、引き続いて残りのｐ型クラッド層を成長させると、発光層１５の結晶性の劣化を効果的に防止することが可能となる。このとき、昇温させながら成長させるｐ型クラッド層の一部は、ＡｌvＧａ1-vＮ（但し、０≦ｖ＜１、ｖ≦ｕ）で形成されることが好ましい。発光層１５に接して形成されクラッド層としての作用を十分達成することができると同時に、発光層１５の構成元素の解離等による結晶性の劣化を防止する効果を高めることができるからである。 A p-type cladding layer may be formed between the light emitting layer 15 and the p-type layer 16 (not shown). The p-type cladding layer is formed of a gallium nitride compound semiconductor having a band gap larger than the band gap of the light emitting layer 15, and in particular Al u Ga 1-u N doped with a p-type impurity such as Mg (provided that 0 ≦ u <1) is preferable. Usually, the p-type cladding layer is often formed at a growth temperature higher than the temperature suitable for the growth of the light emitting layer 15 in order to form it with good crystallinity. While the temperature is raised to the growth temperature of the cladding layer, the crystallinity of the light emitting layer 15 may be deteriorated due to dissociation of constituent elements such as indium and nitrogen constituting the light emitting layer 15. Therefore, a part of the p-type cladding layer on the side in contact with the light-emitting layer 15 is continuously grown while the temperature of the light-emitting layer 15 is increased after the growth, and the remaining p-type is subsequently grown at the growth temperature of the p-type cladding layer. When the cladding layer is grown, it is possible to effectively prevent the crystallinity of the light emitting layer 15 from deteriorating. At this time, a part of the p-type cladding layer grown while raising the temperature is preferably formed of Al v Ga 1-v N (where 0 ≦ v <1, v ≦ u). This is because the effect as a cladding layer formed in contact with the light emitting layer 15 can be sufficiently achieved, and at the same time, the effect of preventing the deterioration of crystallinity due to dissociation of the constituent elements of the light emitting layer 15 can be enhanced.

また、図３に示すように、ｎ型層は基板１１側からキャリア濃度の低い第四のｎ型層３１とキャリア濃度の高い第五のｎ型層３２を含む積層構造を持ってもよい。すなわち、基板１１側にキャリア濃度の低い第四のｎ型層３１を形成した後、この第四のｎ型層３１の上にキャリア濃度の高い第五のｎ型層３２を形成し、この第五のｎ型層３２の上にｎ側電極１８を形成したものである。   As shown in FIG. 3, the n-type layer may have a laminated structure including a fourth n-type layer 31 having a low carrier concentration and a fifth n-type layer 32 having a high carrier concentration from the substrate 11 side. That is, after the fourth n-type layer 31 having a low carrier concentration is formed on the substrate 11 side, the fifth n-type layer 32 having a high carrier concentration is formed on the fourth n-type layer 31. The n-side electrode 18 is formed on the fifth n-type layer 32.

このようなキャリア濃度が異なる第四のｎ型層３１及び第五のｎ型層３２を基板１１側から順に形成した積層構造とすることによって、第四のｎ型層３１のｎ型不純物ドープ量を小さくしてキャリア濃度を低くしても、第四のｎ型層３１の層厚を厚く形成することができるので、この第四のｎ型層３１における抵抗の増加とクラックの発生を同時に抑制することができる。そして、第四のｎ型層３１の上に、ｎ型不純物のドープ量を第四のｎ型層３１よりも大きくしてキャリア濃度を高くした第五のｎ型層３２にｎ側電極１８を形成することで、第五のｎ型層３２とｎ側電極１８の間の接触抵抗を低減することができるので、発光素子の動作電圧を下げることができ、消費電力の削減が可能となる。   By adopting a stacked structure in which the fourth n-type layer 31 and the fifth n-type layer 32 having different carrier concentrations are sequentially formed from the substrate 11 side, the n-type impurity doping amount of the fourth n-type layer 31 is increased. Since the fourth n-type layer 31 can be formed thick even if the carrier concentration is reduced by reducing the thickness of the fourth n-type layer 31, the increase in resistance and the generation of cracks in the fourth n-type layer 31 are simultaneously suppressed. can do. Then, on the fourth n-type layer 31, the n-side electrode 18 is placed on the fifth n-type layer 32 in which the doping amount of the n-type impurity is larger than that of the fourth n-type layer 31 and the carrier concentration is increased. By forming the contact resistance, the contact resistance between the fifth n-type layer 32 and the n-side electrode 18 can be reduced, so that the operating voltage of the light emitting element can be lowered and the power consumption can be reduced.

このように、第四及び第五のｎ型層３１、３２のそれぞれのキャリア濃度の差を持たせることが、動作電圧の低減及びクラック発生防止の両面での最適化を促すことができる。そして、それぞれのキャリア濃度の具体的な数値の特定は、本発明者等の知見によれば、以下のとおりである。   As described above, the difference in carrier concentration between the fourth and fifth n-type layers 31 and 32 can promote optimization in terms of both reducing the operating voltage and preventing cracks. According to the knowledge of the present inventors, the specific numerical values of the respective carrier concentrations are specified as follows.

まず、第四のｎ型層３１のキャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲とすることが望ましい。この第四のｎ型層３１のキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3よりも小さくなると、第四のｎ型層３１自身における直列抵抗が大きくなって素子の動作電圧が高くなる傾向があり、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3よりも大きくなると、クラックが発生しやすくなる傾向があるためである。 First, the carrier concentration of the fourth n-type layer 31 is desirably in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 . When the carrier concentration of the fourth n-type layer 31 is smaller than 1 × 10 17 cm −3 , the series resistance in the fourth n-type layer 31 itself tends to increase, and the operating voltage of the element tends to increase. This is because when the carrier concentration is higher than 2 × 10 18 cm −3 , cracks tend to occur.

第四のｎ型層３１よりもキャリア濃度の高い第五のｎ型層３２のキャリア濃度は、２×１０18ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3とすることが望ましい。この第五のｎ型層３２のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、ｎ側電極１８との間の接触抵抗を十分に低減することは困難になり、１×１０19ｃｍ-3よりも大きくなると、この層の結晶性が悪くなる傾向があり、この上に成長させる発光層やｐ型層の結晶性が悪くなって発光出力が低下する恐れがある。 The carrier concentration of the fifth n-type layer 32 having a carrier concentration higher than that of the fourth n-type layer 31 is preferably 2 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 . If the carrier concentration of the fifth n-type layer 32 is smaller than 2 × 10 18 cm −3 , it is difficult to sufficiently reduce the contact resistance with the n-side electrode 18, and 1 × 10 19 cm. If it exceeds -3 , the crystallinity of this layer tends to deteriorate, and the crystallinity of the light-emitting layer or p-type layer grown on this layer tends to deteriorate and the light emission output may decrease.

また、第五のｎ型層３２は第四のｎ型層３１の層厚よりも小さくし、特に１００〜５００ｎｍの範囲とすることが好ましい。１００ｎｍよりも薄くなると、ｐ型層１６と発光層１５とクラッド層１４と第一のｎ型層１３と第五のｎ型層３２の一部を除去してｎ型層の表面を露出させるとエッチングの深さを制御することが困難になる。また、５００ｎｍよりも厚くなると、第五のｎ型層３２の結晶性が悪くなり、この第五のｎ型層３２の上に成長させる第一のｎ型層１３やクラッド層１４や発光層１５やｐ型層１６の結晶性が悪くなって発光出力が低下する恐れがある。   Further, the fifth n-type layer 32 is preferably smaller than the thickness of the fourth n-type layer 31, and particularly preferably in the range of 100 to 500 nm. When the thickness is smaller than 100 nm, the p-type layer 16, the light emitting layer 15, the cladding layer 14, the first n-type layer 13 and the fifth n-type layer 32 are partially removed to expose the surface of the n-type layer. It becomes difficult to control the etching depth. On the other hand, if the thickness exceeds 500 nm, the crystallinity of the fifth n-type layer 32 is deteriorated, and the first n-type layer 13, the cladding layer 14, and the light emitting layer 15 grown on the fifth n-type layer 32. In addition, the crystallinity of the p-type layer 16 may be deteriorated and the light emission output may be reduced.

第四のｎ型層３１の層厚は、１〜５μｍの範囲とすることが好ましい。１μｍよりも薄くなると、素子の直列抵抗が大きくなって動作電圧が高くなる傾向があり、５μｍより厚くなると、クラックが発生しやすくなる傾向があるためである。また、上記説明を行ったように、基板１１と第一のｎ型層１３との間に第四のｎ型層３１と第五のｎ型層３２が形成され、第一のｎ型層１３と発光層１５との間に、キャリア濃度の低いｎ型層とキャリア濃度の高いｎ型層を含む積層構造が形成されていてもよい。更に、図示はしないが、第一のｎ型層１３と発光層１５との間のみに、キャリア濃度の低いｎ型層とキャリア濃度の高いｎ型層を含む積層構造が形成されていてもよい。   The layer thickness of the fourth n-type layer 31 is preferably in the range of 1 to 5 μm. This is because if the thickness is less than 1 μm, the series resistance of the element tends to increase and the operating voltage tends to increase, and if the thickness is greater than 5 μm, cracks tend to occur. In addition, as described above, the fourth n-type layer 31 and the fifth n-type layer 32 are formed between the substrate 11 and the first n-type layer 13, and the first n-type layer 13 is formed. Between the light emitting layer 15 and the light emitting layer 15, a stacked structure including an n-type layer having a low carrier concentration and an n-type layer having a high carrier concentration may be formed. Further, although not shown, a laminated structure including an n-type layer having a low carrier concentration and an n-type layer having a high carrier concentration may be formed only between the first n-type layer 13 and the light emitting layer 15. .

（実施の形態１）
次に本発明における実施の形態１を説明する。本実施の形態１と上述した発明を実施するための形態との間で異なる点は、少なくともＩｎを含む層の上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる第三のｎ型層が形成されていることである。すなわち、少なくともＩｎを含む層は、窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型層に挟まれた構造となる。これ以外については、特に説明しない限りは基本的には発明を実施するための形態と同様である。 (Embodiment 1)
Next, a first embodiment of the present invention will be described. The difference between the first embodiment and the embodiment for carrying out the invention is that a third n-type layer made of a gallium nitride compound semiconductor is formed on a layer containing at least In. It is. That is, the layer containing at least In has a structure sandwiched between n-type layers made of a gallium nitride compound semiconductor. Other than this, unless otherwise specified, the embodiment is basically the same as the embodiment for carrying out the invention.

図４に示す、第三のｎ型層１９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-3〜１×１０20ｃｍ-3とすることが望ましい。電子濃度が１×１０17ｃｍ-3よりも低くなると、ｎ側電極１８とのオーミック接触抵抗が高くなり、発光素子の動作電圧が高くなるからであり、１×１０20ｃｍ-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第二のｎ型層１２の結晶性が悪くなる傾向にあるからである。 The third n-type layer 19 shown in FIG. 4 is doped with an n-type impurity such as Si or Ge, and the electron concentration is set to 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3. Is desirable. This is because when the electron concentration is lower than 1 × 10 17 cm −3 , the ohmic contact resistance with the n-side electrode 18 is increased, and the operating voltage of the light emitting element is increased. This is higher than 1 × 10 20 cm −3. This is because the crystallinity of the second n-type layer 12 tends to deteriorate due to the high concentration of n-type impurities.

第三のｎ型層１９の層厚は、１００ｎｍ以上とすることが望ましい。１００ｎｍよりも薄いとエッチングにより第三のｎ型層１９内にｎ側電極１８を形成するための露出面を形成する際のエッチング精度が非常に厳しくなるからである。第三のｎ型層１９の層厚の上限は特にはないが、露出面を形成する際のエッチング精度を緩和するとともに、第三のｎ型層１９の形成時間を不必要に長くならないようにするため、５μｍ以下程度とすることが望ましい。また、ｎ側電極１８は第三のｎ型層１９上に形成される。   The layer thickness of the third n-type layer 19 is preferably 100 nm or more. This is because if the thickness is less than 100 nm, the etching accuracy in forming an exposed surface for forming the n-side electrode 18 in the third n-type layer 19 by etching becomes very strict. The upper limit of the thickness of the third n-type layer 19 is not particularly limited, but the etching accuracy when forming the exposed surface is eased and the formation time of the third n-type layer 19 is not unnecessarily prolonged. Therefore, it is desirable that the thickness be about 5 μm or less. The n-side electrode 18 is formed on the third n-type layer 19.

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１）
図２は本発明の他の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である。 Example 1
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.

本実施例においては、図２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。   In this example, the gallium nitride compound semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 was produced.

まず、ハライド気相成長法によりサファイア基板の表面に約３７０μｍの厚さで成長したＧａＮ単結晶膜を、サファイア基板の裏面から波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザ光を照射することでサファイア基板から剥離した。次に剥離したＧａＮ単結晶膜を剥離した側の面を下にして円盤に貼り付け、研磨装置を用いてダイヤモンドの微粒子を含む砥粒により表面を平坦且つ鏡面に研磨した。この後、ＧａＮ単結晶膜を円盤から剥がして有機溶剤及び酸溶液により洗浄した。こうしてＧａＮ単結晶膜からなる厚さ約３５０μｍ、直径約５０ｍｍのＧａＮ基板１１を得た。   First, a GaN single crystal film grown to a thickness of about 370 μm on the surface of the sapphire substrate by the halide vapor deposition method was peeled from the sapphire substrate by irradiating YAG laser light having a wavelength of 355 nm from the back surface of the sapphire substrate. Next, the peeled GaN single crystal film was attached to a disk with the peeled side down, and the surface was polished flat and mirror-finished with abrasive grains containing diamond fine particles using a polishing apparatus. Thereafter, the GaN single crystal film was peeled off from the disk and washed with an organic solvent and an acid solution. Thus, a GaN substrate 11 made of a GaN single crystal film and having a thickness of about 350 μm and a diameter of about 50 mm was obtained.

次に、基板１１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１１の温度を１０６０℃に１０分間保ち、水素ガスを７リットル／分、窒素ガスを７リットル／分、アンモニアを６リットル／分で流しながら基板１１を加熱することにより、基板１１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。   Next, after placing the substrate 11 on the substrate holder in the reaction tube, the temperature of the substrate 11 is kept at 1060 ° C. for 10 minutes, hydrogen gas is 7 liters / minute, nitrogen gas is 7 liters / minute, and ammonia is 6 liters / minute. The substrate 11 was heated while flowing for a minute to perform cleaning for removing dirt and moisture such as organic substances adhering to the surface of the substrate 11.

次に、基板１１の温度を１０６０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガスを７リットル／分及び水素ガスを７リットル／分で流しながら、アンモニアを６リットル／分、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略称する。）を８０μｍｏｌ／分、１０ｐｐｍ希釈のモノシランを３０ｃｃ／分、で供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第二のｎ型層１２を２μｍの厚さで成長させた。この第二のｎ型層１２の電子濃度は３×１０18ｃｍ-3であった。 Next, while maintaining the temperature of the substrate 11 at 1060 ° C., while flowing nitrogen gas as a carrier gas at 7 liter / min and hydrogen gas at 7 liter / min, ammonia is 6 liter / min, trimethylgallium (hereinafter, The second n-type layer 12 made of Si-doped GaN was grown to a thickness of 2 μm by supplying monosilane diluted at 80 μmol / min and 10 ppm diluted at 30 cc / min. The electron concentration of the second n-type layer 12 was 3 × 10 18 cm −3 .

第二のｎ型層１２を成長後、ＴＭＧとモノシランとの供給を止め、基板１１の温度を７６０℃まで降下させ、この温度に維持して、キャリアガスとして窒素ガスを１４リットル／分で流しながら、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを１２μｍｏｌ／分、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩと略称する。）を１μｍｏｌ／分、モノシランを１．５ｃｃ／分、で供給して、ＳｉドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる第一のｎ型層１３を５０ｎｍの厚さで成長させた。第一のｎ型層１３の電子濃度は１×１０18ｃｍ-3であった。 After the second n-type layer 12 is grown, the supply of TMG and monosilane is stopped, the temperature of the substrate 11 is lowered to 760 ° C. and maintained at this temperature, and nitrogen gas is allowed to flow as a carrier gas at 14 liters / minute. While supplying ammonia at 6 liters / minute, TMG at 12 μmol / minute, trimethylindium (hereinafter abbreviated as TMI) at 1 μmol / minute, and monosilane at 1.5 cc / minute, Si-doped In 0.05 Ga A first n-type layer 13 made of 0.95 N was grown to a thickness of 50 nm. The electron concentration of the first n-type layer 13 was 1 × 10 18 cm −3 .

第一のｎ型層１３を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１４リットル／分、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分で供給して、基板１１の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させ、基板１１の温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素ガスを８リットル／分及び水素ガスを８リットル／分で流しながら、アンモニアを４リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略称する。）を３μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるクラッド層１４を３０ｎｍの厚さで成長させた。このクラッド層１４の電子濃度は５×１０16ｃｍ-3であった。 After the growth of the first n-type layer 13, the supply of TMI is stopped, nitrogen is supplied as a carrier gas at 14 liters / minute, ammonia is supplied at 6 liters / minute, and TMG is supplied at 2 μmol / minute. While the temperature is raised toward 0 ° C., undoped GaN (not shown) is continuously grown to a thickness of 3 nm. When the temperature of the substrate 11 reaches 1060 ° C., nitrogen gas is used as a carrier gas at 8 liters / minute and hydrogen. While flowing gas at 8 liters / minute, ammonia was supplied at 4 liters / minute, TMG was supplied at 40 μmol / minute, and trimethylaluminum (hereinafter abbreviated as TMA) was supplied at 3 μmol / minute, and undoped Al 0.05 Ga 0.95 was supplied. A cladding layer 14 made of N was grown to a thickness of 30 nm. The electron concentration of the cladding layer 14 was 5 × 10 16 cm −3 .

クラッド層１４を成長後、ＴＭＧとＴＭＡの供給を止め、基板１１の温度を７００℃にまで降下させ、この温度に維持して、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを４μｍｏｌ／分、ＴＭＩを５μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる量子井戸構造の井戸層（図示せず）を２ｎｍの厚さで成長させた。 After growing the clad layer 14, the supply of TMG and TMA is stopped, the temperature of the substrate 11 is lowered to 700 ° C., and maintained at this temperature, the carrier gas is 12 liters / minute nitrogen and 8 liters / minute ammonia. Then, TMG was supplied at 4 μmol / min and TMI was supplied at 5 μmol / min to grow a well layer (not shown) having a quantum well structure made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N with a thickness of 2 nm.

井戸層を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分で供給して、基板１１の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ障壁層（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させ、基板１１の温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素と水素を各々７リットル／分と７リットル／分で流しながら、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、で供給して、引き続きアンドープのＧａＮ障壁層（図示せず）を１２ｎｍの厚さで成長させた。こうしてアンドープのＧａＮからなる厚さ１５ｎｍの障壁層を形成した。そして、ＴＭＧの供給を止め、基板温度を再度７００℃まで降下させ、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）の製法と同様の手順を繰り返すことにより、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）を形成した。   After growing the well layer, supply of TMI is stopped, nitrogen is supplied as a carrier gas at 12 liters / minute, ammonia is supplied at 8 liters / minute, and TMG is supplied at 2 μmol / minute, and the temperature of the substrate 11 is increased toward 1060 ° C. While heating, an undoped GaN barrier layer (not shown) is subsequently grown to a thickness of 3 nm, and when the temperature of the substrate 11 reaches 1060 ° C., nitrogen and hydrogen as carrier gases are 7 liters / minute and 7 liters, respectively. Then, ammonia was supplied at a rate of 6 liters / minute and TMG was supplied at 40 μmol / minute, and an undoped GaN barrier layer (not shown) was subsequently grown to a thickness of 12 nm. Thus, a 15 nm thick barrier layer made of undoped GaN was formed. Then, the supply of TMG is stopped, the substrate temperature is lowered again to 700 ° C., and the procedure similar to the manufacturing method of the well layer (not shown) and the barrier layer (not shown) is repeated, thereby the well layer (not shown). ), A barrier layer (not shown), a well layer (not shown), a barrier layer (not shown), and a well layer (not shown).

最後の井戸層（図示せず）を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１４リットル／分、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分、ＴＭＡを０．１５μｍｏｌ／分で供給して、基板１１の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させた。 After growing the last well layer (not shown), the supply of TMI was stopped, nitrogen as carrier gas was 14 liters / minute, ammonia was 6 liters / minute, TMG was 2 μmol / minute, and TMA was 0.15 μmol / minute. Then, while increasing the temperature of the substrate 11 toward 1060 ° C., undoped Al 0.05 Ga 0.95 N (not shown) was subsequently grown to a thickness of 3 nm.

このようにして、４層の井戸層からなるＭＱＷを形成した。   In this way, an MQW composed of four well layers was formed.

次に、基板温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素ガスを１０リットル／分及び水素ガスを６リットル／分で流しながら、アンモニアを４リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏｌ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2Ｍｇと略称する。）を０．１μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型層１６を２００ｎｍの厚さで成長させた。このｐ型層１６のＭｇ濃度は１×１０20ｃｍ-3であった。 Next, when the substrate temperature reaches 1060 ° C., nitrogen gas is flowed at 10 liter / minute and hydrogen gas is flowed at 6 liter / minute as carrier gas, ammonia is 4 liter / minute, TMG is 40 μmol / minute, and TMA is 3 μmol. Biscyclopentadienylmagnesium (hereinafter abbreviated as Cp 2 Mg) is supplied at 0.1 μmol / min, and a p-type layer 16 made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with Mg is formed at a thickness of 200 nm. Grown in thickness. The Mg concentration of the p-type layer 16 was 1 × 10 20 cm −3 .

ｐ型層１６を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ2Ｍｇの供給を止め、窒素ガスを１８リットル／分、アンモニアを２リットル／分で流しながら、基板１１の温度を室温程度にまで冷却させて、基板１１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出した。 After the growth of the p-type layer 16, the supply of TMG, TMA, and Cp 2 Mg is stopped, and the temperature of the substrate 11 is cooled to about room temperature while supplying nitrogen gas at 18 liters / minute and ammonia at 2 liters / minute. The wafer in which the gallium nitride compound semiconductor was laminated on the substrate 11 was taken out from the reaction tube.

このウェハーを励起光源として波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ光を用いたフォトルミネッセンスマッピング装置により１ｍｍピッチでフォトルミネッセンス強度のウェハー面内分布を測定したところ、直径５０ｍｍのウェハー内で標準偏差は４．１％であった。   When the wafer in-plane distribution of photoluminescence intensity was measured at a pitch of 1 mm by a photoluminescence mapping apparatus using a He—Cd laser beam having a wavelength of 325 nm using this wafer as an excitation light source, the standard deviation was 4.1 in a wafer having a diameter of 50 mm. %Met.

このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ2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型層１６と発光層１５とクラッド層１４と第一のｎ型層１３と第二のｎ型層１２の一部を約５００ｎｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、第二のｎ型層１２の表面を露出させた。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により、露出させた第二のｎ型層１２の表面上の一部に、１００ｎｍ厚のＴｉと５００ｎｍ厚のＡｕを積層したｎ側電極１８を蒸着形成させた。さらに、エッチング用のＳｉＯ2マスクをウェットエッチングにより除去させた後、フォトリソグラフィーと蒸着法により、ｐ型層１６の表面上のほぼ全面に、５ｎｍのＰｔと、５００ｎｍのＲｈと、１００ｎｍのＴｉと、５００ｎｍ厚のＡｕとからなるｐ側電極１７を蒸着形成させた。 After the SiO 2 film is deposited on the surface of the laminated structure made of the gallium nitride compound semiconductor formed in this way by the CVD method without performing any additional annealing, it is roughly processed by photolithography and wet etching. An SiO 2 mask for etching was formed by patterning into a shape. Then, by reactive ion etching, the p-type layer 16, the light emitting layer 15, the cladding layer 14, the first n-type layer 13, and part of the second n-type layer 12 are stacked in the stacking direction at a depth of about 500 nm. The surface of the second n-type layer 12 was exposed by removing in the opposite direction. Then, an n-side electrode 18 in which 100 nm-thick Ti and 500 nm-thick Au were stacked was vapor-deposited on a part of the exposed surface of the second n-type layer 12 by photolithography and vapor deposition. Further, after removing the etching SiO 2 mask by wet etching, 5 nm of Pt, 500 nm of Rh, 100 nm of Ti are formed on almost the entire surface of the p-type layer 16 by photolithography and vapor deposition. The p-side electrode 17 made of Au having a thickness of 500 nm was formed by vapor deposition.

この後、基板１１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２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 11 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. 2 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ツェナーダイオードの上に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１７およびｎ側電極１８が、それぞれＳｉツェナー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ツェナーダイオードを、Ａｇペーストによりステム上に載置し、Ｓｉツェナー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、ピーク発光波長が約４７０ｎｍの青色で発光し、基板１１の裏面側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力は個々の発光ダイオード間でばらつきが小さく、約６ｍＷであった。また、順方向動作電圧は約３．０Ｖであった。   This light emitting element was bonded by Au bumps on a Si Zener 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-side electrode 17 and the n-side electrode 18 of the light-emitting element are connected to the negative electrode and the positive electrode of the Si Zener diode, respectively. After that, the Si Zener diode on which the light emitting element is mounted is placed on the stem with Ag paste, the positive electrode of the Si Zener diode is connected to the electrode on the stem with a wire, and then resin molded to produce the light emitting diode. did. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, light was emitted in blue with a peak emission wavelength of about 470 nm, and uniform surface emission was obtained from the back side of the substrate 11. The light emission output at this time was about 6 mW with little variation among individual light emitting diodes. The forward operation voltage was about 3.0V.

（実施例２）
実施例２においては、上記実施例１において、第二のｎ型層１２を成長する前に、ＧａＮ基板１１の表面を反応性イオンエッチング法によりエッチングした以外は、上記実施例１と同様の手順で発光ダイオードを作製した。 (Example 2)
In Example 2, the same procedure as in Example 1 above, except that the surface of the GaN substrate 11 was etched by the reactive ion etching method before growing the second n-type layer 12 in Example 1 above. A light-emitting diode was manufactured.

具体的には、上記実施例１と同様の手順で表面を平坦且つ鏡面に研磨したＧａＮ基板１１を準備した後、ＧａＮ基板１１を反応性イオンエッチング装置内にセットし、プロセスガスとして塩素ガスを１０ｓｃｃｍ流し、高周波パワーを１００Ｗ、基板温度を５０℃として、ＧａＮ基板１１の表面を約１００ｎｍの厚さだけエッチングした。   Specifically, after preparing a GaN substrate 11 having a flat and mirror polished surface in the same procedure as in Example 1, the GaN substrate 11 is set in a reactive ion etching apparatus, and chlorine gas is used as a process gas. The surface of the GaN substrate 11 was etched to a thickness of about 100 nm with a flow of 10 sccm, a high frequency power of 100 W, a substrate temperature of 50 ° C.

この後、上記実施例１と同様の手順で、ＧａＮ基板１１の表面に第二のｎ型層１２、第一のｎ型層１３、クラッド層１４、発光層１５、ｐ型層１６を順次成長して、基板１１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを形成した。   Thereafter, the second n-type layer 12, the first n-type layer 13, the cladding layer 14, the light emitting layer 15, and the p-type layer 16 are sequentially grown on the surface of the GaN substrate 11 in the same procedure as in the first embodiment. Thus, a wafer in which a gallium nitride compound semiconductor was laminated on the substrate 11 was formed.

次に、上記実施例１と同様の手順で、フォトルミネッセンス強度のウェハー面内分布を測定したところ、直径５０ｍｍのウェハー内で標準偏差は３．０％であった。   Next, when the in-plane distribution of photoluminescence intensity was measured in the same procedure as in Example 1, the standard deviation was 3.0% in a wafer having a diameter of 50 mm.

このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、上記実施例１と同様の手順で、電極を形成し、さらに実装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、ピーク発光波長が約４７０ｎｍの青色で発光し、基板１１の裏面側から均一な面発光が得られた。このときの発光出力は個々の発光ダイオード間でばらつきが小さく、約６ｍＷであった。また、順方向動作電圧は約３．０Ｖであった。   With respect to the laminated structure made of the gallium nitride compound semiconductor thus formed, electrodes were formed and mounted in the same procedure as in Example 1 to produce a light emitting diode. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, light was emitted in blue with a peak emission wavelength of about 470 nm, and uniform surface emission was obtained from the back side of the substrate 11. The light emission output at this time was about 6 mW with little variation among individual light emitting diodes. The forward operation voltage was about 3.0V.

（比較例）
比較例においては、上記実施例１において、第一のｎ型層１３を形成しなかった以外は、上記実施例１と同様の手順で発光ダイオードを作製した。 (Comparative example)
In the comparative example, a light-emitting diode was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the first n-type layer 13 was not formed in Example 1.

具体的には、上記実施例１において、第二のｎ型層１２を成長後、基板１１の温度を１０６０℃に維持しながら、上記実施例１と同様の手順でアンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるクラッド層１４を成長させ、引き続き発光層１５、ｐ型層１６を順次成長して、基板１１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを形成した。 Specifically, in Example 1 above, after the second n-type layer 12 is grown, undoped Al 0.05 Ga 0.95 N is obtained in the same procedure as in Example 1 above while maintaining the temperature of the substrate 11 at 1060 ° C. Then, the light emitting layer 15 and the p-type layer 16 were successively grown to form a wafer in which a gallium nitride compound semiconductor was laminated on the substrate 11.

次に、上記実施例１と同様の手順で、フォトルミネッセンス強度のウェハー面内分布を測定したところ、直径５０ｍｍのウェハー内で標準偏差は３２．９％であった。   Next, when the in-plane distribution of photoluminescence intensity was measured in the same procedure as in Example 1, the standard deviation was 32.9% within a wafer having a diameter of 50 mm.

このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、上記実施例１と同様の手順で、電極を形成し、さらに実装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、ピーク発光波長が約４７０ｎｍの青色で発光した。このときの発光出力は個々の発光ダイオード間でばらつきが大きく、３ｍＷから６ｍＷの範囲でばらついた。また、順方向動作電圧は３．０Ｖから３．３Ｖの範囲でばらついた。   With respect to the laminated structure made of the gallium nitride compound semiconductor thus formed, electrodes were formed and mounted in the same procedure as in Example 1 to produce a light emitting diode. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, it emitted blue light with a peak emission wavelength of about 470 nm. The light emission output at this time varied widely among individual light emitting diodes, and varied in the range of 3 mW to 6 mW. Further, the forward operation voltage varied in the range of 3.0V to 3.3V.

本発明は、少なくともＩｎを含む第一のｎ型層がＧａＮ基板が持っている不均一な歪みやダメージを緩和するため、発光特性のウェハ面内均一性が向上し、歩留まりがよくなるという効果を有し、製造コストの低い発光ダイオード、レーザダイオードを実現可能とする。   In the present invention, the first n-type layer containing at least In alleviates the non-uniform distortion and damage of the GaN substrate, so that the in-wafer uniformity of the light emission characteristics is improved and the yield is improved. It is possible to realize a light-emitting diode and a laser diode that have low manufacturing costs.

１ ｎ型のＧａＮからなる基板
２ ｎ型層
５ 発光層
６ ｐ型層
７ ｐ側電極
８ ｎ側電極
１１ 基板
１２ 第二のｎ型層
１３ 第一のｎ型層
１４ クラッド層
１５ 発光層
１６ ｐ型層
１７ ｐ側電極
１８ ｎ側電極
１９ 第三のｎ型層
３１ 第四のｎ型層
３２ 第五のｎ型層 1 n-type GaN substrate 2 n-type layer 5 light-emitting layer 6 p-type layer 7 p-side electrode 8 n-side electrode 11 substrate 12 second n-type layer 13 first n-type layer 14 clad layer 15 light-emitting layer 16 p-type layer 17 p-side electrode 18 n-side electrode 19 third n-type layer 31 fourth n-type layer 32 fifth n-type layer

Claims (7)

研磨された表面を有する窒化ガリウム系化合物半導体からなる基板と、
前記研磨された表面上に少なくともＩｎを含む第一のｎ型層と、
発光層とを有しており、
前記第一のｎ型層は前記基板と前記発光層との間に形成され、前記第一のｎ型層と前記基板の間に基板側から第四のｎ型層と第五のｎ型層を有し、前記第五のｎ型層は前記第四のｎ型層よりキャリア濃度が高く、かつｎ側電極が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 A substrate made of a gallium nitride compound semiconductor having a polished surface;
A first n-type layer comprising at least In on the polished surface;
A light emitting layer,
The first n-type layer is formed between the substrate and the light emitting layer, and a fourth n-type layer and a fifth n-type layer from the substrate side between the first n-type layer and the substrate. And the fifth n-type layer has a carrier concentration higher than that of the fourth n-type layer, and an n-side electrode is formed. 前記基板はＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 The gallium nitride compound semiconductor light emitting diode according to claim 1, wherein the substrate is GaN. 前記第四のｎ型層のキャリア濃度は１×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3であり、前記第五のｎ型層のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 The fourth n-type layer has a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 , and the fifth n-type layer has a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 to 1 ×. The gallium nitride compound semiconductor light-emitting diode according to claim 1 or 2, wherein the gallium nitride compound semiconductor light-emitting diode is 10 19 cm -3 . 前記第五のｎ型層の層厚は前記第四のｎ型層の層厚よりも小さく、１００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 The layer thickness of said 5th n-type layer is smaller than the layer thickness of said 4th n-type layer, and is 100-500 nm, The layer thickness of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Gallium nitride compound semiconductor light emitting diode. 前記第四のｎ型層の層厚は１〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 5. The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting diode according to claim 1, wherein a thickness of the fourth n-type layer is 1 to 5 μm. 前記第一のｎ型層の厚さは１０ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 6. The gallium nitride compound semiconductor light-emitting diode according to claim 1, wherein the first n-type layer has a thickness of 10 nm to 1 [mu] m. 前記第一のｎ型層はＩｎＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮである、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード。 The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting diode according to any one of claims 1 to 6, wherein the first n-type layer is InAlGaN or InGaN.
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