JP2011096893A - Nitride semiconductor light emitting element, and method of manufacturing nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting element having a light emitting layer with superior light emission characteristics. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor light emitting element includes a substrate, an n-type nitride semiconductor layer formed on the substrate, the light emitting layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer formed on the light emitting layer. The n-type nitride semiconductor layer includes a first n-type nitride semiconductor layer, an intermediate layer, and a second n-type nitride semiconductor layer in this order from the side of the substrate. The intermediate layer is made of SiN, the light emitting layer includes In, and in the In in the light emitting layer, a maximum value of a ratio σ of localization of the In, which is calculated by formula (1): E(T)=Em(0 to 10)-αT<SP>2</SP>/(T+β)-σ/(k<SB>B</SB>T), is ≤50 meV (in the formula (1), E(T) is a band gap of the light emitting layer at an arbitrary absolute temperature, Em (0 to 10) is a band gap of the light emitting layer at an absolute temperature of 0 to 10K, α and β are Varshni's fitting parameters, T is an absolute temperature (K), and k<SB>B</SB>is a Boltzmann constant). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、発光層の発光特性を高めた窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a nitride semiconductor light-emitting device with improved light-emitting characteristics of a light-emitting layer and a method for manufacturing the same.

窒化物半導体発光素子を構成する基板としてサファイアが広く用いられている。しかしながら、サファイアは、その上に窒化物半導体を形成したときにサファイアと窒化物半導体との格子不整合率が高いことにより、窒化物半導体に貫通転位が形成されるという難点がある。   Sapphire is widely used as a substrate constituting a nitride semiconductor light emitting device. However, sapphire has a drawback that threading dislocations are formed in the nitride semiconductor due to the high lattice mismatch rate between sapphire and nitride semiconductor when a nitride semiconductor is formed thereon.

このように窒化物半導体、とりわけn型窒化物半導体層に貫通転位が形成されることにより、当該n型窒化物半導体層上に形成される発光層に点欠陥が含まれるようになったり、発光層を構成するInが凝集してしまったりというように、発光層の結晶性が悪化するという問題がある。また、発光層に貫通転位が形成されることにより、発光層の領域でキャリアの再結合が生じ、その部分が非発光領域となることがあるという問題もある。   Thus, threading dislocations are formed in the nitride semiconductor, particularly the n-type nitride semiconductor layer, so that the light emitting layer formed on the n-type nitride semiconductor layer contains point defects or emits light. There is a problem that the crystallinity of the light emitting layer is deteriorated such that In constituting the layer is aggregated. In addition, the formation of threading dislocations in the light emitting layer causes carrier recombination in the region of the light emitting layer, which may become a non-light emitting region.

このような問題を解決するための試みとして、サファイアからなる基板上に低温バッファ層を形成した上で、当該低温バッファ層上に窒化物半導体を形成するという技術はよく知られているところである。このように低温バッファ層を形成することにより、サファイアとn型窒化物半導体層との格子不整合を緩和する傾向があり、もって発光層に形成される貫通転位を減らすことができる。   As an attempt to solve such a problem, a technique in which a low-temperature buffer layer is formed on a substrate made of sapphire and then a nitride semiconductor is formed on the low-temperature buffer layer is well known. By forming the low-temperature buffer layer in this manner, the lattice mismatch between sapphire and the n-type nitride semiconductor layer tends to be relaxed, and threading dislocations formed in the light emitting layer can be reduced.

しかしながら、基板上に低温バッファ層を形成したとしても、窒化物半導体を成長する初期の段階で、1cm2あたりおおよそ1×108以上の貫通転位が入ることが確認されており、さらなる貫通転位の低減が要求されていた。このような要求に応えるべく、特許文献1では、窒化物半導体の各層の一部にSiNからなる中間層を形成する技術が開示されている。 However, even if a low-temperature buffer layer is formed on the substrate, it has been confirmed that threading dislocations of approximately 1 × 10 8 or more per 1 cm 2 enter at the initial stage of growing a nitride semiconductor, Reduction was required. In order to meet such a requirement, Patent Document 1 discloses a technique for forming an intermediate layer made of SiN in a part of each layer of a nitride semiconductor.

特開2002−43233号公報JP 2002-43233 A

特許文献1のように窒化物半導体の内部にSiNからなる中間層を形成することにより、発光層に貫通転位が生じにくくなる傾向にあるものの、依然として発光層の発光特性は十分ではなく、特に発光層の発光効率の向上が要求されているというのが現状である。   Although forming an intermediate layer made of SiN inside a nitride semiconductor as in Patent Document 1 tends to make it difficult for threading dislocations to occur in the light emitting layer, the light emitting layer still has insufficient light emission characteristics, and particularly emits light. The current situation is that improvement of the luminous efficiency of the layer is required.

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、発光層の下地となるn型窒化物半導体層の貫通転位密度を低下させることにより、発光層の発光特性を高めた窒化物半導体発光素子を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and a nitride in which the light-emitting characteristics of the light-emitting layer are improved by reducing the threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer serving as the base of the light-emitting layer. A semiconductor light emitting device is provided.

本発明の窒化物半導体発光素子は、基板と、該基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層上に形成された発光層と、該発光層上に形成されたp型窒化物半導体層とを含み、n型窒化物半導体層は、第1のn型窒化物半導体層と、中間層と、第2のn型窒化物半導体層とを基板側からこの順に含み、中間層は、SiNからなり、発光層はInを含み、該発光層におけるInは、下記(1)式で算出されるInの局在化エネルギーσの最大値が50meV以下であることを特徴とする。上記のInの局在化エネルギーσの最大値は、30meV以下であることが好ましい。   The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is formed on a substrate, an n-type nitride semiconductor layer formed on the substrate, a light emitting layer formed on the n type nitride semiconductor layer, and the light emitting layer. The n-type nitride semiconductor layer includes a first n-type nitride semiconductor layer, an intermediate layer, and a second n-type nitride semiconductor layer from the substrate side. In order, the intermediate layer is made of SiN, the light emitting layer contains In, and the maximum value of In localization energy σ calculated by the following formula (1) is 50 meV or less. It is characterized by. The maximum value of the In localization energy σ is preferably 30 meV or less.

E(T)=Em(0〜10)−αT2/(T+β)−σ/(kT) (1)式
ただし、(1)式中の各定数は、以下に示すとおりである。
E (T) = Em (0~10 ) -αT 2 / (T + β) -σ / (k B T) (1) formula, however, the constants in equation (1), is shown below.

E(T):任意の絶対温度における発光層のバンドギャップ
Em(0〜10):絶対温度が0K〜10Kにおける発光層のバンドギャップ
α、β:Varshni's fitting parameters
T:絶対温度(K)
:ボルツマン定数
発光層は、430nm以上480nm以下に発光のピーク波長を有することが好ましい。n型窒化物半導体層の貫通転位密度は、5×107/cm2以下であることが好ましい。
E (T): band gap of the light emitting layer at an arbitrary absolute temperature Em (0-10): band gap of the light emitting layer at an absolute temperature of 0 K to 10 K α, β: Varshni's fitting parameters
T: Absolute temperature (K)
k B : Boltzmann constant It is preferable that the light emitting layer has a peak wavelength of light emission at 430 nm or more and 480 nm or less. The threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer is preferably 5 × 10 7 / cm 2 or less.

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板上にn型窒化物半導体層を形成する工程と、該n型窒化物半導体層上に発光層を形成する工程と、該発光層上にp型窒化物半導体層を形成する工程とを含み、該発光層を形成する工程は、有機金属気相成長法により400mbar以下の圧力で行なわれることを特徴とする。発光層を形成する工程の後に、Inの先駆物質を供給する工程を含むことが好ましい。   The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention includes a step of forming an n-type nitride semiconductor layer on a substrate, a step of forming a light emitting layer on the n-type nitride semiconductor layer, and a step of forming on the light emitting layer. a step of forming a p-type nitride semiconductor layer, wherein the step of forming the light emitting layer is performed at a pressure of 400 mbar or less by metal organic vapor phase epitaxy. It is preferable to include a step of supplying an In precursor after the step of forming the light emitting layer.

本発明は、上記の構成を有することにより、窒化物半導体発光素子の発光特性を高めるという効果を有する。   The present invention has the effect of enhancing the light emission characteristics of the nitride semiconductor light emitting device by having the above-described configuration.

本発明の窒化物半導体発光素子の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の窒化物半導体発光素子の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本願の図面において、長さ、幅、厚さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In the drawings of the present application, the dimensional relationships such as length, width, and thickness are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings and do not represent actual dimensional relationships.

<窒化物半導体発光素子>
以下、本実施の形態の窒化物半導体発光素子について図1を参照しつつ説明する。図1は、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例を示す模式的な断面図である。本実施の形態の窒化物半導体発光素子は、図1に示されるように、基板1と、該基板1上に形成されたn型窒化物半導体層10と、n型窒化物半導体層10上に形成された発光層5と、発光層5上に形成されたp型窒化物半導体層6とを含み、n型窒化物半導体層10は、第1のn型窒化物半導体層2と、中間層3と、第2のn型窒化物半導体層4とを基板1側からこの順に含み、該中間層3は、SiNからなることを特徴とする。そして、p型窒化物半導体層6上には、p側透光性電極層7が形成されている。
<Nitride semiconductor light emitting device>
Hereinafter, the nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a preferred example of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention. As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment includes a substrate 1, an n-type nitride semiconductor layer 10 formed on the substrate 1, and an n-type nitride semiconductor layer 10. The n-type nitride semiconductor layer 10 includes the first n-type nitride semiconductor layer 2, the intermediate layer, and the light-emitting layer 5 formed and the p-type nitride semiconductor layer 6 formed on the light-emitting layer 5. 3 and the second n-type nitride semiconductor layer 4 in this order from the substrate 1 side, and the intermediate layer 3 is made of SiN. A p-side translucent electrode layer 7 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 6.

ここで、第1のn型窒化物半導体層2、第2のn型窒化物半導体層4、発光層5、p型窒化物半導体層6はいずれも、窒化物半導体により構成されるものであるが、このような窒化物半導体は、代表的にはAlxGayIn1-x-yN(x、yは、いずれも0以上1以下)で示される半導体を意味するが、それのみに限られるものではなく、n型化またはp型化のために任意の元素を添加したものを含まれる。 Here, the first n-type nitride semiconductor layer 2, the second n-type nitride semiconductor layer 4, the light emitting layer 5, and the p-type nitride semiconductor layer 6 are all formed of a nitride semiconductor. However, such a nitride semiconductor typically means a semiconductor represented by Al x Ga y In 1-xy N (x and y are both 0 or more and 1 or less), but is not limited thereto. It is not a thing but what added arbitrary elements for n-type-izing or p-type-izing is included.

(基板)
本実施の形態において、基板1としては、サファイヤのような絶縁性基板、GaN、SiC、ZnO等のような導電性基板を用いることができる。このような基板1は、必ずしも平面状の基板のみに限られるものではなく、基板1の表面に凹凸が形成されたものを用いてもよい。
(substrate)
In the present embodiment, as the substrate 1, an insulating substrate such as sapphire, or a conductive substrate such as GaN, SiC, ZnO or the like can be used. Such a substrate 1 is not necessarily limited to a planar substrate, and a substrate having irregularities formed on the surface of the substrate 1 may be used.

(n型窒化物半導体層)
本実施の形態のn型窒化物半導体層10は、SiNからなる中間層3を第1のn型窒化物半導体層2および第2のn型窒化物半導体層4で挟持することを特徴とする。このようにn型窒化物半導体層10に中間層3が挟持されることにより、第1のn型窒化物半導体層2で形成された貫通転位が横方向に曲げられて中間層3で止まり、当該中間層3上に核形成過程を経て第2のn型窒化物半導体層4が形成されることにより、n型窒化物半導体層10の貫通転位密度を低減することができる。このようにn型窒化物半導体層10の貫通転位密度を低減することにより、その直上に形成される発光層5の発光効率を高めることができる。
(N-type nitride semiconductor layer)
The n-type nitride semiconductor layer 10 of the present embodiment is characterized in that the intermediate layer 3 made of SiN is sandwiched between the first n-type nitride semiconductor layer 2 and the second n-type nitride semiconductor layer 4. . As the intermediate layer 3 is sandwiched between the n-type nitride semiconductor layers 10 in this way, the threading dislocations formed in the first n-type nitride semiconductor layer 2 are bent in the lateral direction and stopped at the intermediate layer 3. By forming the second n-type nitride semiconductor layer 4 on the intermediate layer 3 through a nucleation process, the threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer 10 can be reduced. Thus, by reducing the threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer 10, the light emission efficiency of the light emitting layer 5 formed immediately thereon can be increased.

n型窒化物半導体層10の貫通転位密度としては、5×107/cm2以下であることが好ましく、第2のn型窒化物半導体層4の貫通転位密度が5×107/cm2以下であることがより好ましい。このような貫通転位密度を有することにより、第2のn型窒化物半導体層4の上に形成される発光層5の発光効率を高めることができる。ここで、n型窒化物半導体層10の貫通転位密度は、カソードルミネセンス(CL:CathodoLuminescence)測定を用いて、ダークスポットの密度を観察することにより確認することができる。 The threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer 10 is preferably 5 × 10 7 / cm 2 or less, and the threading dislocation density of the second n-type nitride semiconductor layer 4 is 5 × 10 7 / cm 2. The following is more preferable. By having such threading dislocation density, the light emission efficiency of the light emitting layer 5 formed on the second n-type nitride semiconductor layer 4 can be increased. Here, the threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer 10 can be confirmed by observing the density of dark spots by using cathodoluminescence (CL) measurement.

ここで、「n型窒化物半導体層10の貫通転位密度」とは、n型窒化物半導体層10の最上層表面付近における貫通転位密度を意味するものである。   Here, the “threading dislocation density of the n-type nitride semiconductor layer 10” means the threading dislocation density in the vicinity of the uppermost surface of the n-type nitride semiconductor layer 10.

なお、本発明において「n型窒化物半導体層」は、n型不純物がドープされた窒化物半導体のみではなく、アンドープ窒化物半導体も含まれるものとする。なぜなら窒化物半導体がアンドープである場合、一般的にはn型導電を示すからである。   In the present invention, the “n-type nitride semiconductor layer” includes not only a nitride semiconductor doped with an n-type impurity but also an undoped nitride semiconductor. This is because when the nitride semiconductor is undoped, it generally exhibits n-type conductivity.

(1)第1のn型窒化物半導体層
第1のn型窒化物半導体層2は、単層のみに限られるものではなく複数層を積層したものであってもよい。このような第1のn型窒化物半導体層2としては、たとえば低温バッファ層、AlNバッファ層、アンドープ層、n型ドーピング層等を用いることができ、これらの中でもAlNバッファ層、およびアンドープGaN層からなることが好ましい。また、窒化物半導体に導入するn型ドーパントとしてはSi、Ge等を用いることができる。これらの中でも第1のn型窒化物半導体層2の抵抗率を低減するという観点から、第1のn型窒化物半導体層2が単層の場合には、GaN、AlGaN、InAlGaN、またはInGaNを用いることができ、これにSiを含んでいてもよいし、アンドープ層を含んでいてもよい。また、第1のn型窒化物半導体層2が複数層の場合、InGaN/GaN、InGaN/AlGaN、AlGaN/GaN、InGaN/InGaNのような積層構造であってもよい。
(1) First n-type nitride semiconductor layer The first n-type nitride semiconductor layer 2 is not limited to a single layer but may be a laminate of a plurality of layers. As such a first n-type nitride semiconductor layer 2, for example, a low-temperature buffer layer, an AlN buffer layer, an undoped layer, an n-type doped layer, or the like can be used. Among these, an AlN buffer layer and an undoped GaN layer can be used. Preferably it consists of. Moreover, Si, Ge, etc. can be used as the n-type dopant introduced into the nitride semiconductor. Among these, from the viewpoint of reducing the resistivity of the first n-type nitride semiconductor layer 2, when the first n-type nitride semiconductor layer 2 is a single layer, GaN, AlGaN, InAlGaN, or InGaN is used. It can be used and may contain Si or an undoped layer. Further, when the first n-type nitride semiconductor layer 2 has a plurality of layers, a stacked structure such as InGaN / GaN, InGaN / AlGaN, AlGaN / GaN, or InGaN / InGaN may be used.

(2)中間層
中間層3は、SiNからなることを特徴とする。このように中間層3を形成することにより、その後に形成される第2のn型窒化物半導体層4の貫通転位を低減することができ、もって発光層の発光特性を良好にすることができる。
(2) Intermediate layer The intermediate layer 3 is made of SiN. By forming the intermediate layer 3 in this manner, threading dislocations in the second n-type nitride semiconductor layer 4 formed thereafter can be reduced, and the light emission characteristics of the light emitting layer can be improved. .

(3)第2のn型窒化物半導体層
第2のn型窒化物半導体層4は、単層のみに限られるものではなく複数層を積層したものであってもよい。このような第2のn型窒化物半導体層4としては、たとえばアンドープ層、n型ドーピング層、Inを含む窒化物半導体層のいずれかを含んでもよい。これらの中でも発光層5との格子整合性を高めるという観点から、第2のn型窒化物半導体層4は、n型GaN層、およびアンドープGaN層からなることが好ましい。
(3) Second n-type nitride semiconductor layer The second n-type nitride semiconductor layer 4 is not limited to a single layer but may be a laminate of a plurality of layers. Such second n-type nitride semiconductor layer 4 may include, for example, any one of an undoped layer, an n-type doped layer, and a nitride semiconductor layer containing In. Among these, the second n-type nitride semiconductor layer 4 is preferably composed of an n-type GaN layer and an undoped GaN layer from the viewpoint of improving lattice matching with the light emitting layer 5.

(発光層)
本発明において発光層5は、GaNからなる障壁層とInを含む窒化物半導体からなる井戸層とを含むことが好ましい。井戸層の厚さは、井戸層が発光する波長により最適な層厚は異なるが、2〜20nmの範囲であることが好ましく、n型窒化物半導体層10の結晶品質が高まるにつれて、井戸層の層厚は厚くすることができる。このような発光層5の構造は、量子構造に限られるものではなく、単一井戸構造、多重井戸構造、多重量子井戸構造等のいずれであってもよい。
(Light emitting layer)
In the present invention, the light emitting layer 5 preferably includes a barrier layer made of GaN and a well layer made of a nitride semiconductor containing In. The thickness of the well layer varies depending on the wavelength at which the well layer emits light, but is preferably in the range of 2 to 20 nm. As the crystal quality of the n-type nitride semiconductor layer 10 increases, The layer thickness can be increased. The structure of the light emitting layer 5 is not limited to the quantum structure, and may be any of a single well structure, a multiple well structure, a multiple quantum well structure, and the like.

発光層5が複数の井戸層を含む場合、少なくとも1つの井戸層は、発光層として機能するものである。このような井戸層は、InqGa1-qN(0<q<1)からなることが好ましい。 When the light emitting layer 5 includes a plurality of well layers, at least one well layer functions as a light emitting layer. Such a well layer is preferably made of In q Ga 1 -q N (0 <q <1).

井戸層を構成するInqGa1-qNは、熱力学的に不安定であることからスピノーダル分解が生じてInが局在化する。特に井戸層の厚みを厚く形成するほど、Inの局在化する傾向が大きくなるが、Inの局在化は、スピノーダル分解の初期過程で終焉し、スピノーダル点までInが分離することはないと考えられている。 Since In q Ga 1 -q N constituting the well layer is thermodynamically unstable, spinodal decomposition occurs and In is localized. In particular, the thicker the well layer, the greater the tendency for In to localize. However, In localization ends in the initial process of spinodal decomposition and In does not separate to the spinodal point. It is considered.

発光層におけるInの局在化の割合はバンドギャップの温度依存性を測定し、下記式(1)のVarshniの近似の法則を用いることにより、局在化エネルギーσとして表すことができる。   The localization ratio of In in the light emitting layer can be expressed as the localization energy σ by measuring the temperature dependence of the band gap and using the Varshni approximation law of the following formula (1).

E(T)=Em(0〜10)−αT2/(T+β)−σ/(kT) (1)式
ただし、(1)式中の各定数は、以下に示すとおりである。
E (T) = Em (0~10 ) -αT 2 / (T + β) -σ / (k B T) (1) formula, however, the constants in equation (1), is shown below.

E(T):任意の絶対温度における発光層のバンドギャップ
α、β:Varshni's fitting parameters
T:絶対温度(K)
:ボルツマン定数
本発明の窒化物半導体発光素子に用いられる発光層において、(1)式で算出される局在化エネルギーσは電流密度によっても変化するが、その最大値が50meV以下であることを特徴とする。このように局在化エネルギーσの最大値が50meV以下であることにより、発光層が発光する光の半値幅を30nm以下とすることができ、もって発光層の発光特性を向上させることができる。
E (T): Band gap of the light emitting layer at an arbitrary absolute temperature α, β: Varshni's fitting parameters
T: Absolute temperature (K)
k B : Boltzmann constant In the light emitting layer used in the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the localization energy σ calculated by the equation (1) varies depending on the current density, but the maximum value is 50 meV or less. It is characterized by that. Thus, when the maximum value of the localization energy σ is 50 meV or less, the half-value width of the light emitted from the light emitting layer can be made 30 nm or less, and thus the light emission characteristics of the light emitting layer can be improved.

このような局在化エネルギーσは、30meV以下であることが好ましい。このように局在化エネルギーを低減することにより、発光層の発光特性が高められるとともに、n型窒化物半導体層10に形成される貫通転移を減少させることができる。   Such localization energy σ is preferably 30 meV or less. By reducing the localization energy in this way, the light emission characteristics of the light emitting layer can be enhanced and the threading transition formed in the n-type nitride semiconductor layer 10 can be reduced.

ここで、式(1)中のEm(0〜10)は、絶対温度が0K〜10Kにおける発光層のバンドギャップを意味するものであり、絶対温度が0K〜10Kにおける発光層のバンドギャップは、クライオスタットを用いて発光層の温度を4.2Kにしたときの発光層のバンドギャップを測定することにより算出したものを採用する。また、Varshni's fitting parametersのαおよびβは、発光層の材料により異なった値となる。   Here, Em (0 to 10) in the formula (1) means the band gap of the light emitting layer at an absolute temperature of 0K to 10K, and the band gap of the light emitting layer at an absolute temperature of 0K to 10K is A value calculated by measuring the band gap of the light emitting layer when the temperature of the light emitting layer is 4.2 K using a cryostat is adopted. In addition, α and β in Varshni's fitting parameters vary depending on the material of the light emitting layer.

発光層5は、430nm以上480nm以下に発光のピーク波長を有することが好ましい。発光層5の発光のピーク波長が430nm未満ではIn濃度が低いため、Inの偏析がそもそも生じにくく、本発明によりもたらされる効果を必ずしも必要としない。一方、発光層5の発光のピーク波長が480nmを超えると、発光層5の結晶の質が著しく低下して実用的なものを形成しにくい傾向にある。   The light emitting layer 5 preferably has a peak wavelength of light emission at 430 nm or more and 480 nm or less. When the peak wavelength of light emission of the light emitting layer 5 is less than 430 nm, since the In concentration is low, In segregation hardly occurs in the first place, and the effect brought about by the present invention is not necessarily required. On the other hand, if the peak wavelength of light emission of the light emitting layer 5 exceeds 480 nm, the crystal quality of the light emitting layer 5 is remarkably deteriorated and it is difficult to form a practical one.

(p型窒化物半導体層)
本発明において、p型窒化物半導体層6は、単層または複数層のいずれであってもよく、GaN、AlGaN、InAlGaN、またはInGaNに対しp型不純物をドープしたものを用いることができる他、アンドープのものを用いてもよい。p型窒化物半導体層6が複数層の場合は、InGaN/GaN、InGaN/AlGaN、AlGaN/GaN、InGaN/InGaNのような積層構造であってもよい。
(P-type nitride semiconductor layer)
In the present invention, the p-type nitride semiconductor layer 6 may be either a single layer or a plurality of layers, and GaN, AlGaN, InAlGaN, or InGaN doped with a p-type impurity can be used. An undoped material may be used. When the p-type nitride semiconductor layer 6 has a plurality of layers, a stacked structure such as InGaN / GaN, InGaN / AlGaN, AlGaN / GaN, or InGaN / InGaN may be used.

このようなp型窒化物半導体層6の厚みは1500nm以下であることが好ましい。p型窒化物半導体層6の厚みが1500nmを超えると、発光層5が高い温度で長時間にわたって熱に曝されることになり、発光層5の熱劣化による非発光領域が増大するおそれがある。   The thickness of such p-type nitride semiconductor layer 6 is preferably 1500 nm or less. When the thickness of the p-type nitride semiconductor layer 6 exceeds 1500 nm, the light emitting layer 5 is exposed to heat at a high temperature for a long time, and there is a possibility that the non-light emitting region due to thermal degradation of the light emitting layer 5 may increase. .

(p側透光性電極層)
本発明において、p側透光性電極層7は、p型窒化物半導体層6と接触し、透光性の電極としての機能を果たすものである。このようなp側透光性電極層7に用いられる材料としては、特に限定することなくいかなる材料をも使用することができるが、電流拡散層としての機能、透明性等の観点から酸化インジウムスズ(ITO:indium tin oxide)を用いることが好ましい。
(P-side translucent electrode layer)
In the present invention, the p-side translucent electrode layer 7 is in contact with the p-type nitride semiconductor layer 6 and functions as a translucent electrode. The material used for the p-side translucent electrode layer 7 is not particularly limited, and any material can be used. From the viewpoint of the function as a current diffusion layer, transparency, etc., indium tin oxide It is preferable to use (ITO: indium tin oxide).

(p電極、n電極)
本発明において、p電極およびn電極は、外部に接続するために設けられるものである。このようなp電極およびn電極は、従来公知のものを採用することができ、たとえばTi、Al、Au等を用いることができる。また、p電極およびn電極は、単層構造に限られるものではなく、多層構造とすることもできる。
(P electrode, n electrode)
In the present invention, the p electrode and the n electrode are provided for connection to the outside. A conventionally well-known thing can be employ | adopted for such a p electrode and n electrode, for example, Ti, Al, Au etc. can be used. Further, the p-electrode and the n-electrode are not limited to a single layer structure, and may have a multilayer structure.

(窒化物半導体発光素子の製造方法)
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板上にn型窒化物半導体層を形成する工程と、該n型窒化物半導体層上に発光層を形成する工程と、該発光層上にp型窒化物半導体層を形成する工程とを含み、発光層を形成する工程は、有機金属気相成長法により400mbar以下の圧力で行なわれることを特徴とする。以下、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の各工程を説明する。
(Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device)
The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention includes a step of forming an n-type nitride semiconductor layer on a substrate, a step of forming a light emitting layer on the n-type nitride semiconductor layer, and a step of forming on the light emitting layer. including a step of forming a p-type nitride semiconductor layer, wherein the step of forming the light emitting layer is performed at a pressure of 400 mbar or less by metal organic vapor phase epitaxy. Hereafter, each process of the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention is demonstrated.

(n型窒化物半導体層の形成)
まず、基板1を有機金属気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内に設置する。次に、基板1の温度をたとえば1050℃に調整し、窒素と水素とを含むキャリアガスを用いて、III族原料ガス、Siを含むドーピングガス、およびアンモニアガスをMOCVD装置内に導入することにより、基板1上に第1のn型窒化物半導体層2を結晶成長させる。
(Formation of n-type nitride semiconductor layer)
First, the substrate 1 is placed in a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus. Next, the temperature of the substrate 1 is adjusted to, for example, 1050 ° C., and a group III source gas, a doping gas containing Si, and an ammonia gas are introduced into the MOCVD apparatus using a carrier gas containing nitrogen and hydrogen. Then, the first n-type nitride semiconductor layer 2 is crystal-grown on the substrate 1.

なお、第1のn型窒化物半導体層2を形成するために装置内に導入されるIII族原料ガスとしては、たとえばTMG((CH33Ga:トリメチルガリウム)、TEG((C253Ga:トリエチルガリウム)、TMA((CH33Al:トリメチルアルミニウム)、TEA((C253Al:トリエチルアルミニウム)、TMI((CH33In:トリメチルインジウム)、またはTEI((C253In:トリエチルインジウム)等を利用することができる。また、Siを含むドーピングガスとしては、たとえばSiH4(シラン)ガス等を用いることができる。 Examples of the group III source gas introduced into the apparatus for forming the first n-type nitride semiconductor layer 2 include TMG ((CH 3 ) 3 Ga: trimethyl gallium), TEG ((C 2 H 5) 3 Ga: triethyl gallium), TMA ((CH 3) 3 Al: trimethyl aluminum), TEA ((C 2 H 5) 3 Al: triethylaluminum), TMI ((CH 3) 3 In: trimethyl indium), Alternatively, TEI ((C 2 H 5 ) 3 In: triethylindium) or the like can be used. As the doping gas containing Si, may be used, for example SiH 4 (silane) gas or the like.

そして、次に同一の反応炉内にシランガスとアンモニアガスとを同時に流入させることにより、第1のn型窒化物半導体層2上に、数nmのSiNからなる中間層3を形成する。次に、中間層3上に第2のn型窒化物半導体層4を形成する。第2のn型窒化物半導体層4を形成するときに導入する原料ガスは、第1のn型窒化物半導体層2を形成するときの原料ガスと同様のものを用いることができる。以上のようにして基板1上にn型窒化物半導体層10を形成する。   Then, by simultaneously flowing silane gas and ammonia gas into the same reaction furnace, an intermediate layer 3 made of SiN of several nm is formed on the first n-type nitride semiconductor layer 2. Next, the second n-type nitride semiconductor layer 4 is formed on the intermediate layer 3. The source gas introduced when forming the second n-type nitride semiconductor layer 4 can be the same as the source gas used when forming the first n-type nitride semiconductor layer 2. As described above, n-type nitride semiconductor layer 10 is formed on substrate 1.

(発光層の形成)
次に、n型窒化物半導体層の形成に用いたMOCVD装置内でn型窒化物半導体層10上にInを含む井戸層と障壁層とを交互に形成することにより発光層5を形成する。ここで、発光層5を形成する工程におけるMOCVD装置内は、400mbar以下の圧力であることが好ましい。このように従来の1000mbarに比して大幅に減圧した環境化で発光層5を形成することにより、Inの局在化エネルギーを低減することができ、もってn型窒化物半導体層10の結晶品質を生かした発光層5の発光特性を高めることができる。このような発光層5の結晶成長は、発光層5の発光特性を高めるという観点から、200mbar以下であることがより好ましい。
(Formation of light emitting layer)
Next, the light emitting layer 5 is formed by alternately forming a well layer and a barrier layer containing In on the n-type nitride semiconductor layer 10 in the MOCVD apparatus used for forming the n-type nitride semiconductor layer. Here, the pressure in the MOCVD apparatus in the step of forming the light emitting layer 5 is preferably 400 mbar or less. In this way, by forming the light emitting layer 5 in an environment where the pressure is greatly reduced as compared with the conventional 1000 mbar, the localization energy of In can be reduced, and thus the crystal quality of the n-type nitride semiconductor layer 10 can be reduced. The light emission characteristics of the light emitting layer 5 utilizing the above can be improved. Such crystal growth of the light emitting layer 5 is more preferably 200 mbar or less from the viewpoint of enhancing the light emitting characteristics of the light emitting layer 5.

このように結晶成長時の装置内の圧力を400mbar以下にしたときに、Inの局在化エネルギーを小さくすることができる詳細のメカニズムは明らかではないが、おそらく発光層を形成するときの圧力を低下させたことにより、Inのマイグレーション長が上昇したことに起因するものではないかと考えられる。   As described above, when the pressure in the apparatus during crystal growth is reduced to 400 mbar or less, the detailed mechanism that can reduce the localization energy of In is not clear, but the pressure at the time of forming the light emitting layer is probably not. It is thought that this is caused by an increase in the In migration length due to the decrease.

Inのマイグレーション長を上昇させる他の方法としては、発光層を形成した後にInの先駆物質を供給する工程を含むことにより、発光層5にInサーファクタント効果を生じせしめる方法を挙げることができる。このようにInの先駆物質を供給することにより、発光層5上の結晶成長は中断される。Inの先駆物質としてはTMI(トリメチルインジウム)、TEM(トリエチルインジウム)などが考えられるが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、Inを含むいかなる材料をも用いることができる。ただし、Inの先駆物質を供給すると同時に、アンモニアを供給することが好ましい。一方、Gaの先駆物質およびAlの先駆物質は供給しないことがより好ましい。   As another method for increasing the In migration length, a method of causing an In surfactant effect in the light emitting layer 5 by including a step of supplying an In precursor after forming the light emitting layer can be mentioned. Thus, by supplying the In precursor, the crystal growth on the light emitting layer 5 is interrupted. As a precursor of In, TMI (trimethylindium), TEM (triethylindium), and the like are conceivable. However, the material is not particularly limited to these materials, and any material containing In can be used. However, it is preferable to supply ammonia simultaneously with supplying the In precursor. On the other hand, it is more preferable not to supply the Ga precursor and the Al precursor.

Inの先駆物質を供給するときのInの供給量の目安としては、通常供給する量では発光層5の表面の結晶状態に悪影響を生じる可能性が大きいため、それよりも少ない量で供給することが好ましい。具体的には、Inの先駆物質を供給するときのInの供給量と、アンモニアの供給量とのモル比率は、1:100000程度であることが好ましい。   As a guideline for the supply amount of In when supplying the precursor of In, it is highly possible that the amount of normal supply will adversely affect the crystalline state of the surface of the light-emitting layer 5, so supply it in a smaller amount. Is preferred. Specifically, the molar ratio between the supply amount of In and the supply amount of ammonia when supplying the precursor of In is preferably about 1: 100,000.

(p型窒化物半導体層の形成)
本実施の形態の窒化物半導体発光素子の製造方法では、発光層5を形成した後に発光層5上にp型窒化物半導体層6を形成する。p型窒化物半導体層6の形成は、MOCVD装置内の温度をp型窒化物半導体層6を結晶成長するのに適した基板1の温度にした後に、窒素および水素を含むキャリアガスと、III族原料ガスと、Mgを含むドーピングガスと、アンモニアガスとをMOCVD装置内に導入することにより、発光層5上にp型窒化物半導体層6を結晶成長させる。
(Formation of p-type nitride semiconductor layer)
In the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present embodiment, the p-type nitride semiconductor layer 6 is formed on the light emitting layer 5 after the light emitting layer 5 is formed. The p-type nitride semiconductor layer 6 is formed by setting the temperature in the MOCVD apparatus to the temperature of the substrate 1 suitable for crystal growth of the p-type nitride semiconductor layer 6, and then adding a carrier gas containing nitrogen and hydrogen, and III A p-type nitride semiconductor layer 6 is grown on the light emitting layer 5 by introducing a group source gas, a doping gas containing Mg, and an ammonia gas into the MOCVD apparatus.

ここで、p型窒化物半導体層6を結晶成長するのに適した基板温度は、p型窒化物半導体層6がGaNまたはAlGaNからなる場合、950℃以上1300℃以下であることが好ましく、1000℃以上1100℃以下であることがより好ましい。このような温度でp型窒化物半導体層6を結晶成長させることにより、p型窒化物半導体層6の結晶性を良好にすることができる。   Here, the substrate temperature suitable for crystal growth of the p-type nitride semiconductor layer 6 is preferably 950 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower when the p-type nitride semiconductor layer 6 is made of GaN or AlGaN. It is more preferable that the temperature is not lower than 1 ° C and not higher than 1100 ° C. Crystal growth of the p-type nitride semiconductor layer 6 at such a temperature can improve the crystallinity of the p-type nitride semiconductor layer 6.

ここで、Mgを含むドーピングガスとしては、たとえばCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)または(EtCp)2Mg(ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム)等を利用することができる。なお、(EtCp)2Mgは常温常圧下で液体なので、その条件下で固体であるCp2Mgに比べて、MOCVD装置内への導入量を変化させたときの応答性が良好であって、その蒸気圧を一定に保ちやすい。 Here, as the doping gas containing Mg, for example, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) or (EtCp) 2 Mg (bisethylcyclopentadienyl magnesium) can be used. Since (EtCp) 2 Mg is a liquid at normal temperature and pressure, the response when the amount introduced into the MOCVD apparatus is changed is better than Cp 2 Mg which is solid under the conditions, It is easy to keep the vapor pressure constant.

なお、p型窒化物半導体層6の形成に用いられるIII族原料ガスおよびアンモニアガスとしては、n型窒化物半導体層10および発光層5の場合と同様の種類のガスを用いることができる。   Note that as the group III source gas and ammonia gas used for forming the p-type nitride semiconductor layer 6, the same types of gases as in the case of the n-type nitride semiconductor layer 10 and the light emitting layer 5 can be used.

(p側透光性電極層の形成)
次に、上記で得られたp型窒化物半導体層6上にスパッタ装置を用いて、p側透光性電極層7を形成する。
(Formation of p-side translucent electrode layer)
Next, the p-side translucent electrode layer 7 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 6 obtained above using a sputtering apparatus.

(p電極、n電極)
次に、p電極およびn電極を形成する。p電極およびn電極の形成は、基板の材質によって異なり、たとえばサファイヤのような絶縁性の基板を用いる場合、p側透光性電極層7から第2のn型窒化物半導体層4までエッチングを行なう。そして、第2のn型窒化物半導体層4の一部を露出させた上で、露出した第2のn型窒化物半導体層4上にn電極が設けられるとともに、p側透光性電極層上にp電極を設ける。そして、p電極およびn電極に対してワイヤを打つことにより、通電することができる。
(P electrode, n electrode)
Next, a p-electrode and an n-electrode are formed. The formation of the p electrode and the n electrode differs depending on the material of the substrate. For example, when an insulating substrate such as sapphire is used, etching is performed from the p-side translucent electrode layer 7 to the second n-type nitride semiconductor layer 4. Do. Then, after exposing a part of the second n-type nitride semiconductor layer 4, an n-electrode is provided on the exposed second n-type nitride semiconductor layer 4 and a p-side translucent electrode layer is provided. A p-electrode is provided on top. And it can supply with electricity by hitting a wire with respect to p electrode and n electrode.

一方、GaN等のような導電性の基板を用いる場合、絶縁性の基板を用いる場合とは異なる電極構造となるが、導電性の基板を用いる場合の一般的な構造にすることができる。また、これらの電極構造の他、フリップチップ構造などの実装方法を用いることもできる。   On the other hand, when a conductive substrate such as GaN is used, the electrode structure is different from that when an insulating substrate is used, but a general structure when a conductive substrate is used can be used. In addition to these electrode structures, a mounting method such as a flip chip structure can also be used.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

図2は、本実施例で作製される窒化物半導体発光素子の模式的な断面図である。本実施例では、図2に示される構成の窒化物半導体発光素子を作製する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light emitting device manufactured in this example. In this example, a nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2 is manufactured.

まず、表面に凹凸が形成されたサファイア基板を基板11として用い、かかる基板11をスパッタ装置に設置する。そして、基板11上に、厚みが25nmのAlNバッファ層を形成する。その後、基板11をMOCVD装置の反応炉内に移動させて、AlNバッファ層上に厚みが0.8μmのアンドープGaN層を形成する。ここで、AlNバッファ層およびアンドープGaN層が第1のn型窒化物半導体層12に相当する。   First, a sapphire substrate having irregularities formed on the surface is used as the substrate 11, and the substrate 11 is set in a sputtering apparatus. Then, an AlN buffer layer having a thickness of 25 nm is formed on the substrate 11. Thereafter, the substrate 11 is moved into the reactor of the MOCVD apparatus, and an undoped GaN layer having a thickness of 0.8 μm is formed on the AlN buffer layer. Here, the AlN buffer layer and the undoped GaN layer correspond to the first n-type nitride semiconductor layer 12.

次に、同一の反応炉内にシランガスとアンモニアガスとをモル比で1:5×106の割合で同時に流入することにより、第1のn型窒化物半導体層12上に、数nmのSiNからなる中間層13を形成する。 Next, silane gas and ammonia gas are simultaneously flowed into the same reaction furnace at a molar ratio of 1: 5 × 10 6 , so that several nm of SiN is deposited on the first n-type nitride semiconductor layer 12. An intermediate layer 13 made of is formed.

その後、中間層13上にアンドープGaN層を2μmの厚みで形成し、そのアンドープGaN層上に5×1018/cm3の濃度でSiをドーピングしたn型GaN層を3μmの厚みで形成する。ここで、アンドープGaN層およびn型GaN層が第2のn型窒化物半導体層14に相当する。このようにして基板11上に、第1のn型窒化物半導体層12、中間層13、および第2のn型窒化物半導体層14からなるn型窒化物半導体層をこの順に形成する。 Thereafter, an undoped GaN layer is formed with a thickness of 2 μm on the intermediate layer 13, and an n-type GaN layer doped with Si at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 is formed with a thickness of 3 μm on the undoped GaN layer. Here, the undoped GaN layer and the n-type GaN layer correspond to the second n-type nitride semiconductor layer 14. In this way, an n-type nitride semiconductor layer including the first n-type nitride semiconductor layer 12, the intermediate layer 13, and the second n-type nitride semiconductor layer 14 is formed in this order on the substrate 11.

次に、第2のn型窒化物半導体層14上に、任意の圧力で5nmの厚みのIn0.15Ga0.85Nからなる井戸層と、10nmの厚みのGaNからなる障壁層とを交互に各2層ずつ合計4層を積層することにより発光層15を形成する。ここで、InNは蒸気圧が非常に高いため井戸層に取り込まれにくく、井戸層の表面に吸着されやすい。そして、井戸層の表面に吸着したInは表面エネルギーを下げ、In0.15Ga0.85N層の表面マイグレーションを促進する。表面マイグレーションが上昇することにより、発光層15の発光特性を向上させる傾向がある。 Next, a well layer made of In 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 5 nm and a barrier layer made of GaN having a thickness of 10 nm are alternately formed on the second n-type nitride semiconductor layer 14 at an arbitrary pressure. The light emitting layer 15 is formed by laminating a total of four layers. Here, since InN has a very high vapor pressure, it is not easily taken into the well layer and is easily adsorbed on the surface of the well layer. And In adsorbed on the surface of the well layer lowers the surface energy and promotes surface migration of the In 0.15 Ga 0.85 N layer. The increase in surface migration tends to improve the light emission characteristics of the light emitting layer 15.

その後、発光層15上にp型Al0.2Ga0.8N層およびp型GaN層をこの順に形成する。ここで、p型Al0.2Ga0.8N層およびp型GaN層がp型窒化物半導体層16に相当する。次に、反応炉の温度を下げて、基板をMOCVD装置内から取り出してスパッタ装置に設置する。そして、かかるスパッタ装置内で、p型窒化物半導体層16上にITOからなるp側透光性電極層17を形成する。 Thereafter, a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer and a p-type GaN layer are formed in this order on the light emitting layer 15. Here, the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer and the p-type GaN layer correspond to the p-type nitride semiconductor layer 16. Next, the temperature of the reaction furnace is lowered, and the substrate is taken out from the MOCVD apparatus and placed in the sputtering apparatus. Then, in this sputtering apparatus, the p-side translucent electrode layer 17 made of ITO is formed on the p-type nitride semiconductor layer 16.

次に、p側透光性電極層17からフォトリソグラフィ技術を用いて所望の範囲を保護してから、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を用いて、p側透光性電極層17から第2のn型窒化物半導体層のn型GaN層までをエッチングすることにより、第2のn型窒化物半導体層14を露出させる。   Next, after protecting a desired range from the p-side translucent electrode layer 17 using a photolithography technique, the p-side translucent electrode layer 17 is used using reactive ion etching (RIE). To the n-type GaN layer of the second n-type nitride semiconductor layer, the second n-type nitride semiconductor layer 14 is exposed.

そして、上記の露出した第2のn型窒化物半導体層14上に、Au/Ti/Alからなるn側パット電極19を形成するとともに、p側透光性電極層17上にAu/Ti/Alからなるp側パット電極18を形成する。以上の工程により、本実施例の窒化物半導体発光素子を作製することができる。   Then, an n-side pad electrode 19 made of Au / Ti / Al is formed on the exposed second n-type nitride semiconductor layer 14, and Au / Ti / Al is formed on the p-side translucent electrode layer 17. A p-side pad electrode 18 made of Al is formed. Through the above steps, the nitride semiconductor light emitting device of this example can be manufactured.

このようにして作製した本実施例の窒化物半導体発光素子のn型窒化物半導体層に対し、カソードルミネセンス(CL:CathodoLuminescence)測定を用いて、ダークスポットの密度を観察すると、n型窒化物半導体層の貫通転位密度はおおよそ3×107/cm2である。 When n-type nitride semiconductor layers of the nitride semiconductor light emitting device of this example thus fabricated were observed for the density of dark spots using cathodoluminescence (CL) measurement, n-type nitrides were observed. The threading dislocation density of the semiconductor layer is approximately 3 × 10 7 / cm 2 .

そして、本実施例の窒化物半導体発光素子の発光層をクライオスタットを用いて低温にし、温度を変更しながらPL(PhotoLuminescence)波長を測定するこのときのPL波長がエネルギーに対応し、各温度におけるエネルギーをプロットし、Varshniの近似の法則の式を用いてフィッティングさせることにより、Inの局在化エネルギーを算出すると、発光層のInの局在化エネルギーは、50meV以下である。このようにInの局在化エネルギーが小さいことから、本実施例の発光層の発光特性は良好なものである。なお、Varshni's fitting parameterのαおよびβの値は、各温度におけるPL波長の結果を曲線回帰することにより算出される。   Then, the temperature of the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting element of this example is lowered using a cryostat, and the PL (PhotoLuminescence) wavelength is measured while changing the temperature. The PL wavelength at this time corresponds to the energy, and the energy at each temperature. , And the In localization energy of the light emitting layer is 50 meV or less when the In localization energy is calculated by fitting using the equation of Varshni's approximation law. As described above, since the localization energy of In is small, the light emission characteristics of the light emitting layer of this example are good. Note that the values of α and β of the Varshni's fitting parameter are calculated by curve regression of the PL wavelength results at each temperature.

実施例1の窒化物半導体発光素子に対して、発光層15を結晶成長させるときの装置内の圧力が異なる以外は実施例1と同様の方法により窒化物半導体発光素子を作製する。具体的には、実施例1では400mbarの圧力で発光層を結晶成長させるが、本実施例では200mbarの圧力で発光層を結晶成長させることを特徴とする。   A nitride semiconductor light emitting device is manufactured by the same method as in Example 1 except that the pressure in the apparatus when crystal growth of the light emitting layer 15 is different from that of the nitride semiconductor light emitting device of Example 1. Specifically, the light-emitting layer is crystal-grown at a pressure of 400 mbar in Example 1, but the light-emitting layer is crystal-grown at a pressure of 200 mbar in this example.

このようにして作製した本実施例の窒化物半導体発光素子のn型窒化物半導体層に対し、カソードルミネセンス(CL:CathodoLuminescence)測定を用いて、ダークスポットの密度を観察すると、n型窒化物半導体層の貫通転位密度はおおよそ3×107/cm2である。 When n-type nitride semiconductor layers of the nitride semiconductor light emitting device of this example thus fabricated were observed for the density of dark spots using cathodoluminescence (CL) measurement, n-type nitrides were observed. The threading dislocation density of the semiconductor layer is approximately 3 × 10 7 / cm 2 .

そして、本実施例の窒化物半導体発光素子の発光層に対し、Inの局在化エネルギーを算出すると、発光層のInの局在化エネルギーは、50meV以下である。このようにInの局在化エネルギーが小さいことから、本実施例の発光層の発光特性は良好なものである。   When the localization energy of In is calculated for the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting device of this example, the In localization energy of the light emitting layer is 50 meV or less. As described above, since the localization energy of In is small, the light emission characteristics of the light emitting layer of this example are good.

実施例1の窒化物半導体発光素子に対して、井戸層を形成した後にInの先駆物質を供給することを除いては実施例1と同様の方法により窒化物半導体発光素子を作製する。具体的には、実施例1では井戸層と障壁層とを連続して成長させることにより発光層を結晶成長していたが、本実施例では、井戸層を形成した後に、TMIとNH3だけを供給するという成長中断時間を設けて発光層を結晶成長することを特徴とする。 A nitride semiconductor light emitting device is manufactured by the same method as in Example 1 except that an In precursor is supplied after forming a well layer for the nitride semiconductor light emitting device of Example 1. Specifically, in Example 1, the light emitting layer was crystal-grown by continuously growing the well layer and the barrier layer, but in this example, only TMI and NH 3 were formed after the well layer was formed. The light emitting layer is crystal-grown with a growth interruption time of supplying the light.

このようにして作製した本実施例の窒化物半導体発光素子のn型窒化物半導体層に対し、カソードルミネセンス(CL:CathodoLuminescence)測定を用いて、ダークスポットの密度を観察すると、n型窒化物半導体層の貫通転位密度はおおよそ3×107/cm2である。 When n-type nitride semiconductor layers of the nitride semiconductor light emitting device of this example thus fabricated were observed for the density of dark spots using cathodoluminescence (CL) measurement, n-type nitrides were observed. The threading dislocation density of the semiconductor layer is approximately 3 × 10 7 / cm 2 .

そして、本実施例の窒化物半導体発光素子の発光層に対し、Inの局在化エネルギーを算出すると、発光層のInの局在化エネルギーは、30meV以下である。このようにInの局在化エネルギーが小さいことから、本実施例の発光層の発光特性は良好なものである。   When the localization energy of In is calculated for the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting device of this example, the In localization energy of the light emitting layer is 30 meV or less. As described above, since the localization energy of In is small, the light emission characteristics of the light emitting layer of this example are good.

本発明において上記で好適な実施形態を説明した窒化物半導体発光素子は、上記に限定されるものではなく、上記以外の構成とすることもできる。   In the present invention, the nitride semiconductor light emitting device having the preferred embodiments described above is not limited to the above, and may have a configuration other than the above.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,11 基板、2,12 第1のn型窒化物半導体層、3,13 中間層、4,14 第2のn型窒化物半導体層、5,15 発光層、6,16 p型窒化物半導体層、7,17 p側透光性電極層、10 n型窒化物半導体層、18 p側パット電極、19 n側パット電極。   1,11 substrate, 2,12 first n-type nitride semiconductor layer, 3,13 intermediate layer, 4,14 second n-type nitride semiconductor layer, 5,15 light emitting layer, 6,16 p-type nitride Semiconductor layer, 7, 17 p-side translucent electrode layer, 10 n-type nitride semiconductor layer, 18 p-side pad electrode, 19 n-side pad electrode.

Claims (6)

基板と、
前記基板上に形成されたn型窒化物半導体層と、
前記n型窒化物半導体層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成されたp型窒化物半導体層とを含み、
前記n型窒化物半導体層は、第1のn型窒化物半導体層と、中間層と、第2のn型窒化物半導体層とを前記基板側からこの順に含み、
前記中間層は、SiNからなり、
前記発光層はInを含み、
前記発光層におけるInは、下記(1)式で算出されるInの局在化エネルギーσの最大値が50meV以下である、窒化物半導体発光素子。
E(T)=Em(0〜10)−αT2/(T+β)−σ/(kT) (1)式
ただし、(1)式中の各定数は、以下に示すとおりである。
E(T):任意の絶対温度における発光層のバンドギャップ
Em(0〜10):絶対温度が0K〜10Kにおける発光層のバンドギャップ
α、β:Varshni's fitting parameters
T:絶対温度(K)
:ボルツマン定数
A substrate,
An n-type nitride semiconductor layer formed on the substrate;
A light emitting layer formed on the n-type nitride semiconductor layer;
A p-type nitride semiconductor layer formed on the light emitting layer,
The n-type nitride semiconductor layer includes a first n-type nitride semiconductor layer, an intermediate layer, and a second n-type nitride semiconductor layer in this order from the substrate side,
The intermediate layer is made of SiN,
The light emitting layer includes In;
In the light emitting layer, the maximum value of In localization energy σ calculated by the following equation (1) is 50 meV or less.
E (T) = Em (0~10 ) -αT 2 / (T + β) -σ / (k B T) (1) formula, however, the constants in equation (1), is shown below.
E (T): band gap of the light emitting layer at an arbitrary absolute temperature Em (0-10): band gap of the light emitting layer at an absolute temperature of 0 K to 10 K α, β: Varshni's fitting parameters
T: Absolute temperature (K)
k B : Boltzmann constant
前記Inの局在化エネルギーσの最大値は、30meV以下である、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the maximum value of the localization energy σ of In is 30 meV or less. 前記発光層は、430nm以上480nm以下に発光のピーク波長を有する、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the light emitting layer has a peak wavelength of light emission at 430 nm or more and 480 nm or less. 前記n型窒化物半導体層は、5×107/cm2以下の貫通転位密度である、請求項1〜3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the n-type nitride semiconductor layer has a threading dislocation density of 5 × 10 7 / cm 2 or less. 基板上にn型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記n型窒化物半導体層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上にp型窒化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記発光層を形成する工程は、有機金属気相成長法により400mbar以下の圧力で行なわれる、窒化物半導体発光素子の製造方法。
Forming an n-type nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a light emitting layer on the n-type nitride semiconductor layer;
Forming a p-type nitride semiconductor layer on the light emitting layer,
The step of forming the light emitting layer is a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, wherein the step of forming the light emitting layer is performed at a pressure of 400 mbar or less by metal organic chemical vapor deposition.
前記発光層を形成する工程の後に、Inの先駆物質を供給する工程を含む、請求項5に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting element according to claim 5, further comprising a step of supplying an In precursor after the step of forming the light emitting layer.
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