JP2012089678A - Group iii nitride semiconductor device and multi-wavelength light emitting group iii nitride semiconductor layer - Google Patents

Group iii nitride semiconductor device and multi-wavelength light emitting group iii nitride semiconductor layer Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride semiconductor device having a group III nitride semiconductor single layer for emitting a plurality of beams of light having different emission wavelengths with a single layer.SOLUTION: The group III nitride semiconductor device comprises a substrate; and a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer which is a group III nitride semiconductor layer containing gallium which is formed on the substrate, to which a donor impurity and an acceptor impurity are added, and which contains gallium as an essential constituent element. The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer contains a stoichiometrically larger amount of group III elements including Ga than group V elements including nitrogen, and contains silicon having an atomic concentration within a range of 6×10cmto 5×10cm, magnesium having an atomic concentration within a range of 5×10cmto 3×10cm, and transition metal elements having a total atomic concentration within a range equal to or less than 1×10cm. The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer emits three or more beams of light having different wavelengths in a wavelength band of 400 to 750 nm simultaneously and separately from a band end light emission.

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体素子及び多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層に関し、より詳しくは、ＩＩＩ族窒化物半導体素子及び数的に単一な層でありながら、波長が相違する複数の可視光（多波長光）を出射できるガリウム（Ｇａ）を含むガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor device and a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer, and more specifically, a group III nitride semiconductor device and a plurality of layers having different wavelengths while being a single layer numerically. The present invention relates to a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer which is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer containing gallium (Ga) capable of emitting visible light (multi-wavelength light).

従来から、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０＜Ｘ≦１）等のＩＩＩ族窒化物半導体層は、可視光を出射する発光層等を構成するために利用されている（例えば、特許文献１参照）。窒化ガリウム・インジウムからは、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、リン化アルミニウム・インジウム（ＡｌＩｎＰ）等の化合物半導体材料では得られない深緑色から青色までの発光が得られるとされる（特許文献１参照）。更に、亜鉛（元素記号：Ｚｎ）を添加（ドーピング）したＧａ０．４Ｉｎ０．６Ｎ層は赤色発光用の材料として有用であることが示されている（特許文献１参照）。 Conventionally, a group III nitride semiconductor layer such as gallium nitride indium (composition formula Ga X In 1-X N: 0 <X ≦ 1) has been used to form a light emitting layer that emits visible light. (For example, refer to Patent Document 1). When gallium phosphide and indium luminescence are emitted from deep green to blue, which cannot be obtained with compound semiconductor materials such as gallium phosphide (GaP), gallium arsenide phosphide (GaAsP), aluminum phosphide / indium (AlInP) (See Patent Document 1). Furthermore, it has been shown that a Ga 0.4 In 0.6 N layer added (doped) with zinc (element symbol: Zn) is useful as a material for red light emission (see Patent Document 1).

窒化ガリウム・インジウムにあっては、亜鉛等の不純物は、禁止帯幅（ｂａｎｄ ｇａｐ）に相当する光子エネルギーとは別のエネルギーの光吸収を発生させると報告されている（特許文献１参照）。このような光吸収を生ずる不純物としては、亜鉛の他に、カドミウム（元素記号：Ｃｄ）、マグネシウム（元素記号：Ｍｇ）、ベリリウム（元素記号：Ｂｅ）、ゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）、銅（元素記号：Ｃｕ）が知られている（特許文献１参照）。   In gallium indium nitride, impurities such as zinc are reported to generate light absorption of energy different from the photon energy corresponding to the band gap (see Patent Document 1). Examples of impurities that cause such light absorption include cadmium (element symbol: Cd), magnesium (element symbol: Mg), beryllium (element symbol: Be), germanium (element symbol: Ge), copper (in addition to zinc). Element symbol: Cu) is known (see Patent Document 1).

また、複数の不純物を添加した窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）層から発光層を構成する技術も知れている。例えば、ｎ型とｐ型の不純物（ドーパント）とを共に添加した形成した窒化ガリウム・インジウム層を発光層としてＬＥＤを構成する技術である（特許文献２〜４参照）。ｎ型不純物としては、珪素（元素記号：Ｓｉ）、ゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）、テルル（元素記号：Ｔｅ）、セレン（元素記号：Ｓｅ）が例示されている（特許文献３の段落（０００８）参照）。加えて、特許文献４には、硫黄（元素記号：Ｓ）がｎ型不純物として記載されている（特許文献４の段落（００２２）参照）。また、ｐ型不純物としては、亜鉛、マグネシウム、カドミウム、ベリリウム、カルシウム（元素記号：Ｃａ）が例示されている（特許文献３の段落（０００８）参照）。加えて、特許文献４には、水銀（元素記号：Ｈｇ）がｐ型不純物として記載されている（特許文献４の段落（００２２）参照）。   A technique for forming a light emitting layer from an aluminum nitride / gallium / indium (AlGaInN) layer to which a plurality of impurities are added is also known. For example, this is a technique for configuring an LED using a gallium nitride / indium layer formed by adding both n-type and p-type impurities (dopants) as a light-emitting layer (see Patent Documents 2 to 4). Examples of n-type impurities include silicon (element symbol: Si), germanium (element symbol: Ge), tellurium (element symbol: Te), and selenium (element symbol: Se) (paragraph (0008) of Patent Document 3). )reference). In addition, Patent Document 4 describes sulfur (element symbol: S) as an n-type impurity (see paragraph (0022) of Patent Document 4). Examples of p-type impurities include zinc, magnesium, cadmium, beryllium, and calcium (element symbol: Ca) (see paragraph (0008) of Patent Document 3). In addition, Patent Document 4 describes mercury (element symbol: Hg) as a p-type impurity (see paragraph (0022) of Patent Document 4).

ｎ型とｐ型の双方の不純物を添加した、具体的には珪素と亜鉛とを添加した窒化ガリウム・インジウム層を発光層として、青色光を出射する単色の発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）を構成する技術例が知れている（特許文献２〜４参照）。ｎ型とｐ型不純物の双方を添加した窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム層を発光層とする従来のＬＥＤから出射される発光は、発光ピーク（ｐｅａｋ）波長を４９０ナノメートル（単位：ｎｍ）とする青色の単色光である（特許文献２〜４参照）。   A monochromatic light-emitting diode (English abbreviation: LED) that emits blue light using a gallium nitride indium layer doped with both n-type and p-type impurities, specifically silicon and zinc, as a light-emitting layer Examples of the technology to be configured are known (see Patent Documents 2 to 4). Light emitted from a conventional LED having an aluminum nitride / gallium / indium layer doped with both n-type and p-type impurities as a light-emitting layer has an emission peak (peak) wavelength of 490 nanometers (unit: nm). Blue monochromatic light (see Patent Documents 2 to 4).

また、青色光を発するＬＥＤを利用して、白色光を発するＬＥＤを構成する技術も公知となっている。例えば、窒化ガリウム・インジウム層からなる発光層から出射される青色光により、蛍光体を励起させ、白色の励起光を出射するＬＥＤを構成する技術である（例えば、特許文献５〜８参照）。この蛍光型白色ＬＥＤを構成するための蛍光体としては、青色光又は紫外光により励起され、白色蛍光を発する例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）等が用いられている（例えば、特許文献９〜１１参照）。 In addition, a technique for constructing an LED that emits white light using an LED that emits blue light is also known. For example, this is a technique for constructing an LED that excites a phosphor with blue light emitted from a light emitting layer made of a gallium nitride / indium layer and emits white excitation light (see, for example, Patent Documents 5 to 8). For example, yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ), which is excited by blue light or ultraviolet light and emits white fluorescence, is used as the phosphor for constituting the fluorescent white LED ( For example, see Patent Documents 9 to 11).

特公昭５５−３８３４号公報Japanese Patent Publication No.55-3834 特許第２５６０９６４号公報Japanese Patent No. 2560964 特許第２５７６８１９号公報Japanese Patent No. 2576819 特許第３５００７６２号公報Japanese Patent No. 3500762 特開平０７−０９９３４５号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-099345 特許第２９００９２８号公報Japanese Patent No. 2900928 特許第３７２４４９０号公報Japanese Patent No. 3724490 特許第３７２４４９８号公報Japanese Patent No. 3724498 特許第２９２７２７９号公報Japanese Patent No. 2927279 特許第３５０３１３９号公報Japanese Patent No. 3503139 特許第３７００５０２号公報Japanese Patent No. 3700502

窒化ガリウム・インジウムを発光層として利用する上記の蛍光型白色ＬＥＤに付随する第一の問題点は、そもそも、青色光等により励起され、波長が相違する蛍光を発する蛍光体を用いる必要があり、ＬＥＤの生産工程は冗長となり、また煩雑となることである。また、第二の問題点は、蛍光体を励起して色調の一定した白色光を安定して得るには、窒化ガリウム・インジウム層等からなる発光層からの発光の波長の差異に応じて、蛍光体として用いる希土類（ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ）元素を添加したＹ３Ａｌ５Ｏ１２等の組成を微妙に、精緻に変化させる必要があり、演色性の一定した白色系ＬＥＤを得るのが煩瑣となることである。 The first problem associated with the above-described fluorescent white LED using gallium nitride and indium as the light emitting layer is that it is necessary to use a phosphor that is excited by blue light or the like and emits fluorescence having different wavelengths. The LED production process becomes redundant and complicated. The second problem is that, in order to stably obtain white light with a constant color tone by exciting the phosphor, according to the difference in wavelength of light emitted from the light emitting layer made of a gallium nitride / indium layer or the like, It is necessary to change the composition of Y 3 Al 5 O 12 or the like to which rare-earth elements used as phosphors are added delicately and precisely, and it is troublesome to obtain a white LED with constant color rendering. That is.

窒化ガリウム・インジウム層を発光層とする従来構造の白色ＬＥＤについての技術上の問題点は、例えば、窒化ガリウム・インジウム発光層から出射される青色光と、その青色光により励起され、青色と補色の関係にある黄色の蛍光を発する蛍光体との組み合わせからなる白色ＬＥＤ（「ワイドギャップ半導体光・電子デバイス」（２００６年３月３１日、森北出版（株）発行、第１版第１刷）、１７４頁参照）の場合に端的に現れる。   The technical problems with a white LED with a conventional structure using a gallium nitride / indium layer as the light emitting layer are, for example, blue light emitted from the gallium nitride / indium light emitting layer, and the blue light that is excited by the blue light and complementary to the blue light. White LED ("Wide Gap Semiconductor Optical / Electronic Device" (March 31, 2006, published by Morikita Publishing Co., Ltd., 1st edition, 1st print)) (See page 174).

このいわば補色光型の白色ＬＥＤには、セリウム（元素記号：Ｃｅ）を添加したＹＡＧ蛍光体が用いられている（「ワイドギャップ半導体光・電子デバイス」、１８４〜１８５頁参照）。しかしながら、同様の色調の白色ＬＥＤを得るために、この励起光として利用する青色光の波長の差異に応じて、その都度、イットリウム（元素記号：Ｙ）、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）、ガドリニウム（元素記号：Ｇｄ）、又はガリウム（元素記号：Ｇａ）の組成を微妙に変化させたＹＡＧ蛍光体を用いて作製されているのが現状である。   In other words, a YAG phosphor to which cerium (element symbol: Ce) is added is used for the complementary color light type white LED (see “Wide Gap Semiconductor Optical / Electronic Device”, pages 184 to 185). However, in order to obtain a white LED having the same color tone, yttrium (element symbol: Y), aluminum (element symbol: Al), gadolinium (in accordance with the difference in wavelength of the blue light used as the excitation light each time. At present, it is manufactured using a YAG phosphor in which the composition of element symbol: Gd) or gallium (element symbol: Ga) is slightly changed.

ましてや、補色型白色ＬＥＤにあっては、白色光を得るために混色させるのは、主に、補色の関係にある２色の発光である。このため、補色の関係にある２色の発光の強度の比率に依存して、帰結される白色光の色調が微妙に変化してしまう問題も生じている。従って、補色型白色ＬＥＤにあっては、いずれにしても混光により、一定した演色性をもたらす白色ＬＥＤを安定して得るには技術上の困難さをともなうものとなっている。   In addition, in the complementary color type white LED, it is mainly the emission of two colors having a complementary color relationship that is mixed to obtain white light. For this reason, depending on the ratio of the intensity of light emission of two colors having a complementary color relationship, there is a problem that the color tone of the resulting white light slightly changes. Therefore, in the complementary color type white LED, in any case, it is technically difficult to stably obtain a white LED that provides a constant color rendering by mixing light.

従来の蛍光型或いは補色型の白色ＬＥＤには、青色光等の励起光よりも長波長側に主たる蛍光を発生させる蛍光体が用いられている（「ワイドギャップ半導体光・電子デバイス」、１７６〜１７９頁参照）。即ち、励起光とそれよりも長波長の蛍光とを混光させて白色ＬＥＤをなしている。   In conventional fluorescent type or complementary color type white LEDs, phosphors that generate fluorescence mainly on the longer wavelength side than excitation light such as blue light are used ("Wide Gap Semiconductor Optical / Electronic Device", 176- Page 179). That is, a white LED is formed by mixing excitation light and fluorescence having a longer wavelength.

例えば、数的に単一な窒化ガリウム・インジウム単層でありながら、波長が相違する複数の発光を生じさせることが出来れば、上記の蛍光型或いは補色型とは別の型の白色ＬＥＤに付随する従来の問題も解決を図れる。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色光を出射できる窒化ガリウム・インジウム層を発光層とすれば、ＲＧＢ混光型白色ＬＥＤを構成するのに利便となる。即ち、（１）赤色（Ｒ）又は緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）を各々、出射できる発光層をそれぞれ、個別に設け、（２）また、複数の発光層を設ける必要があることに加えて、発光を閉じ込めるためのクラッド（ｃｌａｄ）層を上記の各発光層につき各々、個別に設ける必要も無くなり、混光による白色ＬＥＤを簡便に得る目的を達成できる。   For example, a single gallium nitride / indium single layer that is numerically single can generate a plurality of light emission with different wavelengths, and can be attached to a white LED of a type different from the fluorescent type or the complementary type. The conventional problem can be solved. For example, if a gallium nitride / indium layer capable of emitting red (R), green (G), and blue (B) light is used as a light emitting layer, it is convenient to construct an RGB mixed white LED. That is, (1) it is necessary to individually provide a light emitting layer that can emit red (R), green (G), or blue (B), respectively, and (2) it is necessary to provide a plurality of light emitting layers. Thus, it is not necessary to separately provide a clad layer for confining light emission for each of the light emitting layers, and the object of easily obtaining a white LED by mixed light can be achieved.

しかしながら、現状では、数的に単一な層（単層）でありながら、波長が相違する複数の発光をもたらしつつ、尚更のこと、発光強度に優れるガリウムを含む（ガリウム含有）ＩＩＩ族窒化物半導体単層、例えば、窒化ガリウム・インジウム単層を構成するための要件は明確となっていない。
本発明は、本発明の一つの産業上の利用分野であるＩＩＩ族窒化物半導体白色ＬＥＤに係る上記の従来技術の問題点を回避すべくなされたものである。即ち、本発明は、波長が相違する複数の発光をもたらすためにガリウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体単層が備えるべき構成要件を、単層の内部に含まれる遷移金属の濃度を基に明確にすると共に、（ｉ）数的に単一な層、即ち、単層でありながら、発光波長が相違する複数の発光を高い強度で出射できるガリウムを必須の構成元素として含むＩＩＩ族窒化物半導体単層、（ｉｉ）そのガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層を、一つ又は二つ以上備えた発光強度に優れるＩＩＩ族窒化物半導体素子の例とし、蛍光材料からの蛍光を利用しない白色ＬＥＤを提供するものである。 However, at present, a group III nitride containing gallium (gallium-containing) having excellent emission intensity while still providing a plurality of light emission having different wavelengths while being a numerically single layer (single layer) The requirements for constructing a semiconductor single layer, for example, a gallium nitride indium single layer, are not clear.
The present invention has been made to avoid the above-mentioned problems of the prior art relating to a group III nitride semiconductor white LED which is one industrial application field of the present invention. That is, according to the present invention, the structural requirements of a group III nitride semiconductor single layer containing gallium to provide a plurality of light emissions having different wavelengths are clearly defined based on the concentration of the transition metal contained in the single layer. In addition, (i) a group III nitride semiconductor single layer containing gallium as an essential constituent element that is capable of emitting a plurality of light emission having different emission wavelengths with high intensity while being a single layer, that is, a single layer. A layer, (ii) an example of a group III nitride semiconductor device having one or more gallium-containing group III nitride semiconductor single layers and excellent in emission intensity, and a white LED that does not use fluorescence from a fluorescent material It is to provide.

以下、［１］〜［２０］に係る発明が提供される。
［１］基体と、前記基体上に形成され、ドナー不純物とアクセプター不純物が添加され且つガリウムを必須の構成元素として含むガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層と、を備え、前記多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層は、窒素を含む第Ｖ族元素よりガリウムを含む第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含み、原子濃度が６×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲の珪素と、原子濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下の範囲のマグネシウムと、合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の範囲の遷移金属元素と、を含み、且つ、バンド端発光とは別に、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯域において波長が異なる３個以上の光を同時に出射することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［２］前記波長帯域が、波長５００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることを特徴とする前項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［３］前記波長帯域が、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする前項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［４］前記遷移金属が、鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする前項１乃至３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［５］鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種の前記遷移金属の合計の原子濃度が、マグネシウムの原子濃度より低いことを特徴とする前項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［６］鉄の原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［７］モリブデンの原子濃度が、５×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［８］タンタルの原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［９］クロムの原子濃度が、３×１０１５ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［１０］マグネシウムの原子濃度が珪素の原子濃度より低く、且つ、各遷移金属の原子濃度より高いことを特徴とする前項６乃至９のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
［１１］基体上に形成されたガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層であって、ドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物とアクセプター（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純物が添加され、且つ必須の構成元素としてガリウム（元素記号：Ｇａ）を含み、窒素を含む第Ｖ族元素よりガリウムを含む第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含み、原子濃度が６×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲の珪素と、原子濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下の範囲のマグネシウムと、合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の範囲の遷移金属元素と、を含み、且つ、バンド端発光とは別に、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯域で波長が異なる３個以上の光を同時に出射することを特徴とする多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１２］前記波長帯域が、波長５００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることを特徴とする前項１１に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１３］前記波長帯域が、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする前項１１に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１４］前記遷移金属が、鉄（元素記号：Ｆｅ）、モリブデン（元素記号：Ｍｏ）、タンタル（元素記号：Ｔａ）及びクロム（元素記号：Ｃｒ）から選ばれる少なくとも１種であり、且つ、当該遷移金属の合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項１１乃至１３の何れか１項に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１５］鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種の前記遷移金属の合計の原子濃度が、マグネシウムの原子濃度より低いことを特徴とする前項１４に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１６］鉄の原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１７］モリブデンの原子濃度が、５×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１８］タンタルの原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［１９］クロムの原子濃度が、３×１０１５ｃｍ−３以下であることを特徴とする前項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。
［２０］マグネシウムの原子濃度が珪素の原子濃度より低く、且つ、各遷移金属の原子濃度より高いことを特徴とする前項１６乃至１９のいずれか１項に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 Hereinafter, the invention according to [1] to [20] is provided.
[1] A base, and a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer which is formed on the base and is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer containing a donor impurity and an acceptor impurity and containing gallium as an essential constituent element; The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer includes a group III element containing gallium stoichiometrically richer than a group V element containing nitrogen, and has an atomic concentration of 6 × 10 17 cm −. 3 to 5 × 10 19 cm −3 or less of silicon, atomic concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less of magnesium, and total atomic concentration of 1 × 10 17 a transition metal element in a range of cm −3 or less, and simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength band of 400 nm or more and 750 nm or less separately from the band edge emission. A group III nitride semiconductor device characterized by comprising:
[2] The group III nitride semiconductor device according to item 1 above, wherein the wavelength band is from 500 nm to 750 nm.
[3] The group III nitride semiconductor device according to item 1 above, wherein the wavelength band is from 400 nm to 550 nm.
[4] The group III nitride semiconductor device according to any one of items 1 to 3, wherein the transition metal is at least one selected from iron, molybdenum, tantalum, and chromium.
[5] The group III nitride semiconductor device according to item 4, wherein the total atomic concentration of at least one transition metal selected from iron, molybdenum, tantalum and chromium is lower than the atomic concentration of magnesium.
[6] The group III nitride semiconductor device according to item 5, wherein the atomic concentration of iron is 2 × 10 16 cm −3 or less.
[7] The group III nitride semiconductor device as described in 5 above, wherein the atomic concentration of molybdenum is 5 × 10 16 cm −3 or less.
[8] The group III nitride semiconductor device as described in 5 above, wherein the atomic concentration of tantalum is 2 × 10 16 cm −3 or less.
[9] The group III nitride semiconductor device as described in 5 above, wherein the atomic concentration of chromium is 3 × 10 15 cm −3 or less.
[10] The group III nitride semiconductor device according to any one of items 6 to 9, wherein the atomic concentration of magnesium is lower than the atomic concentration of silicon and higher than the atomic concentration of each transition metal.
[11] A multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer which is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer formed on a substrate, to which a donor impurity and an acceptor impurity are added, and an essential It contains gallium (element symbol: Ga) as a constituent element, contains a group III element containing gallium stoichiometrically more than a group V element containing nitrogen, and has an atomic concentration of 6 × 10 17 cm −3 or more 5 × 10 19 cm −3 or less of silicon, atomic concentration of 5 × 10 16 cm −3 or more and magnesium of 3 × 10 18 cm −3 or less, and total atomic concentration of 1 × 10 17 cm −3 In addition to the band edge emission, three or more lights having different wavelengths in the wavelength band of 400 nm to 750 nm are simultaneously emitted. A multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer.
[12] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to [11], wherein the wavelength band is from 500 nm to 750 nm.
[13] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to [11], wherein the wavelength band is from 400 nm to 550 nm.
[14] The transition metal is at least one selected from iron (element symbol: Fe), molybdenum (element symbol: Mo), tantalum (element symbol: Ta), and chromium (element symbol: Cr), and 14. The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to any one of items 11 to 13, wherein the total atomic concentration of the transition metals is 1 × 10 17 cm −3 or less.
[15] The multiwavelength light emitting group III nitride according to item 14, wherein the total atomic concentration of at least one transition metal selected from iron, molybdenum, tantalum and chromium is lower than the atomic concentration of magnesium. Semiconductor layer.
[16] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to item 15 above, wherein the atomic concentration of iron is 2 × 10 16 cm −3 or less.
[17] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to item 15 above, wherein the atomic concentration of molybdenum is 5 × 10 16 cm −3 or less.
[18] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to item 15 above, wherein the atomic concentration of tantalum is 2 × 10 16 cm −3 or less.
[19] The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to item 15 above, wherein the atomic concentration of chromium is 3 × 10 15 cm −3 or less.
[20] The multiwavelength emission group III nitride semiconductor as described in any one of the above items 16 to 19, wherein the atomic concentration of magnesium is lower than the atomic concentration of silicon and higher than the atomic concentration of each transition metal layer.

本発明に依れば、発光強度の高い各色光を混光させてなる高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体白色ＬＥＤを、従来技術如く蛍光体を用いずとも簡便に提供できる。
また、緑色、赤色又は青色を帯びた白色系光を出射できるＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを提供するのに好都合となる。
特に、鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種の遷移金属の各原子濃度を少量に規定し、深い不純物準位の密度が小さいことにより、発光強度に優れる白色光を出射するＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを提供できる。 According to the present invention, a high emission intensity group III nitride semiconductor white LED obtained by mixing light of various colors with high emission intensity can be easily provided without using a phosphor as in the prior art.
Further, it is advantageous to provide a group III nitride semiconductor LED capable of emitting white light having a green, red or blue color.
In particular, a group III that emits white light with excellent emission intensity because the atomic concentration of at least one transition metal selected from iron, molybdenum, tantalum and chromium is specified to be small and the density of deep impurity levels is small. A nitride semiconductor LED can be provided.

本実施の形態に適する窒素プラズマの発光スペクトルである。It is an emission spectrum of nitrogen plasma suitable for the present embodiment. 実施例１における多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層の内部のＳＩＭＳ分析による遷移金属の原子濃度の深さ方向の分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a distribution in the depth direction of an atomic concentration of a transition metal by SIMS analysis inside a multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer in Example 1. 比較例１に記載の窒素プラズマの発光スペクトルである。2 is an emission spectrum of nitrogen plasma described in Comparative Example 1. 比較例１に記載のＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の表面から深さ方向の鉄、モリブデン、タンタル及びクロムの濃度分布を示す図である。 Ga 0.98 In 0.02 N monolayer depth direction of the iron from the surface of described in Comparative Example 1, a diagram illustrating molybdenum, the concentration distribution of tantalum, and chromium. 比較例１に記載のＬＥＤの電流ドリフトを示す図である。5 is a diagram showing current drift of the LED described in Comparative Example 1. FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するための一例である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. The drawings to be used are examples for explaining the present embodiment.

＜多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層＞
本実施の形態が適用されるガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層は、数的に単一でありながら、相違する波長の多波長光を同時に放射するものである。多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層は、半導体材料基板または金属材料基板等の基体上に設ける。基板には、ガラス基板、極性又は無極性の結晶面を表面とするサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物結晶基板、６Ｈ又は４Ｈ又は３Ｃ型炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体結晶からなる基板を例示できる。基体には、バルク（ｂｕｌｋ）結晶基板に限定されず、例えば、ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体やリン化硼素（ＢＰ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長層を用いることができる。 <Multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer>
The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer, which is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer to which the present embodiment is applied, is a single number but simultaneously emits multi-wavelength light having different wavelengths. It is. The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer is provided on a substrate such as a semiconductor material substrate or a metal material substrate. As the substrate, a glass substrate, a metal oxide crystal substrate such as sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) or zinc oxide (ZnO) having a polar or nonpolar crystal plane as a surface, 6H, 4H, or 3C type carbonization Examples of the substrate include semiconductor crystals such as silicon (SiC), silicon (Si), and gallium nitride (GaN). The substrate is not limited to a bulk crystal substrate, and an epitaxial growth layer made of a group III nitride semiconductor such as GaN or a group III-V compound semiconductor such as boron phosphide (BP) is used. be able to.

上記の材料からなる基板或いはエピタキシャル成長層は、数的に単一の層（単層）でありがら波長が相違する複数の波長の発光を同時に出射するＩＩＩ族窒化物半導体層（多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層）を井戸層として量子井戸構造の発光層を形成する場合にも利用できる。演色性の高い白色ＬＥＤを得るときは、広い波長の範囲で多くの発光（多波長光）を放射する、複数のＩＩＩ族窒化物半導体単層を井戸層として発光層を形成する。所謂、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造（英略称：ＭＱＷ）とすると、各多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層からの発光を混光できて白色ＬＥＤ等を得るに好都合である。   The substrate or epitaxial growth layer made of the above material is a group III nitride semiconductor layer (multi-wavelength simultaneous light emission III) that emits light of a plurality of wavelengths having different wavelengths at the same time although it is a single layer (single layer). The present invention can also be used when a light emitting layer having a quantum well structure is formed using a group nitride semiconductor single layer) as a well layer. When obtaining a white LED having high color rendering properties, a light emitting layer is formed by using a plurality of group III nitride semiconductor single layers emitting a lot of light emission (multi-wavelength light) in a wide wavelength range as well layers. A so-called multiple quantum well structure having a plurality of well layers (English abbreviation: MQW) is advantageous for obtaining a white LED or the like by mixing light from each multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor single layer. .

本実施の形態では、多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を、ドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物とアクセプター（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純物とが共に添加されたＩＩＩ族窒化物半導体材料から構成する。特に、ガリウムを必須の構成元素として含む、窒素等の第Ｖ族元素よりも、ガリウム等の第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含み、バンド端発光とは別に、バンド（ｂａｎｄ）端発光より長い波長の領域で、波長が相違する３以上の光を同時に放射できるＩＩＩ族窒化物半導体材料から構成する。   In the present embodiment, the multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer is composed of a group III nitride semiconductor material to which both a donor impurity and an acceptor impurity are added. In particular, a group III element such as gallium is stoichiometrically richer than a group V element such as nitrogen containing gallium as an essential constituent element. It is made of a group III nitride semiconductor material capable of simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength range longer than that of light emission.

多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層とは、４００ｎｍ以上で７５０ｎｍ以下の波長の範囲で、波長が相違する３つ以上の光を同時に出射できる機能を有する層である。特に、上記の波長帯域に於いて、隣接する発光との波長の差を１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下とする３以上の光を発するガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層は白色ＬＥＤをなすための白色光を発する発光層として好適に利用できる。
例えば、波長４１９ｎｍの第１の発光と、第１の発光との発光波長の差を３５ｎｍとする波長４５４ｎｍの第２の発光と、第２の発光との発光波長の差を５１ｎｍとする波長５０５ｎｍの第３の発光と、第３の発光よりさらに長波長側に、第３の発光との発光波長の差を６０ｎｍとする波長５６５ｎｍの第４の発光をもたらせるガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層は白色ＬＥＤ用途の発光層として好適に利用できる。 The multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer is a layer having a function capable of simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 400 nm or more and 750 nm or less. In particular, in the above-mentioned wavelength band, a gallium-containing group III nitride semiconductor single layer that emits 3 or more light whose wavelength difference from adjacent light emission is 10 nm or more and 60 nm or less is white light for forming a white LED. It can be suitably used as a light emitting layer that emits light.
For example, a wavelength of 505 nm where a difference in emission wavelength between the first emission with a wavelength of 419 nm and a second emission with a wavelength of 454 nm that sets the difference in emission wavelength between the first emission to 35 nm and a second emission is 51 nm. Gallium-containing group III nitride semiconductor capable of providing a fourth light emission having a wavelength of 565 nm with a difference in light emission wavelength of the third light emission of 60 nm on the longer wavelength side of the third light emission and the third light emission The single layer can be suitably used as a light emitting layer for white LED applications.

また、５００ｎｍ以上で７５０ｎｍ以下の波長範囲で、波長が相違する３以上の光を同時に出射できるガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層は、赤色を帯びたパステル（ｐａｓｔｅｌ）色調の白色系ＬＥＤをなすための機能層、特に、発光層として利用できる。   In addition, a gallium-containing group III nitride semiconductor single layer capable of simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 500 nm or more and 750 nm or less forms a white LED with a pastel color tone in red. Can be used as a functional layer, particularly as a light emitting layer.

また、４００ｎｍ以上で５５０ｎｍ以下の波長範囲で、波長が相違する３つ以上の光を同時に出射できるガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層は、青色光や緑色光を発光の成分として含む淡色（パステル色）の白色系ＬＥＤを得るための機能層、特に、発光層として利用できる。各発光の波長は、フォトルミネッセンス（英略称：ＰＬ）法やカソードルミネッセンス（英略称：ＣＬ）法等により測定できる。   In addition, a gallium-containing group III nitride semiconductor single layer capable of simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 400 nm or more and 550 nm or less is a light-colored (pastel) light component containing blue light or green light. Color) white LED can be used as a functional layer, in particular, a light emitting layer. The wavelength of each light emission can be measured by a photoluminescence (abbreviation: PL) method, a cathodoluminescence (abbreviation: CL) method, or the like.

４００ｎｍ以上で５５０ｎｍ以下の波長範囲で波長が相違する３つ以上の光を同時に出射できるガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層と、５００ｎｍ以上で７５０ｎｍ以下の波長範囲で波長が相違する３つ以上の光を同時に出射するガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体単層との双方を使用して発光層を構成することもできる。
例えば、４００ｎｍ以上で５５０ｎｍ以下の波長範囲で波長が相違する３つ以上の光を同時に出射する窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０＜Ｘ≦１）単層を一つの井戸（ｗｅｌｌ）層とし、５００ｎｍ以上で７５０ｎｍ以下の波長範囲で波長が相違する３つ以上の光を同時に出射するＧａＸＩｎ１−ＸＮ単層を別の井戸層とする多重量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造の発光層を構成すれば、青緑色から赤色の複数の発光を混光でき、より演色性に優れる白色系ＬＥＤを得ることができる。 A gallium-containing group III nitride semiconductor single layer capable of simultaneously emitting three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 400 nm or more and 550 nm or less, and three or more of wavelengths different in a wavelength range of 500 nm or more and 750 nm or less The light emitting layer can also be configured using both a gallium-containing group III nitride semiconductor single layer that emits light simultaneously.
For example, a single gallium nitride indium (composition formula Ga X In 1-X N: 0 <X ≦ 1) single layer that simultaneously emits three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 400 nm or more and 550 nm or less A multiple quantum well having a well layer and a Ga X In 1-X N single layer that simultaneously emits three or more lights having different wavelengths in a wavelength range of 500 nm to 750 nm. If a light emitting layer having an abbreviation (MQW) structure is formed, a plurality of light emission from blue green to red can be mixed, and a white LED having more excellent color rendering can be obtained.

波長が相違する３つ以上の多波長光を同時に出射するＩＩＩ族窒化物半導体単層を（組成式ＧａＸＩｎ１−ＸＮ：０＜Ｘ≦１）から構成する場合、ＧａＸＩｎ１−ＸＮ単層は、インジウム組成を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）からなる多相構造であっても構わない。また、相分離（ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を生じないインジウム（Ｉｎ）組成（＝１−Ｘ）のＧａＸＩｎ１−ＸＮ（０．９０＜Ｘ≦１或いは０≦Ｘ≦０．１）からも構成できる。ガリウム（Ｇａ）組成（＝Ｘ）又はインジウム（Ｉｎ）組成（１−Ｘ）の大きな、端的にはＧａＮ又は窒化インジウム（ＩｎＮ）のようなそもそも相分離の無い層では、相分離に起因するＧａＸＩｎ１−ＸＮ層内でのインジウム濃度の不均一性に因り、珪素（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）が層内で不均一に分布するのを避けることができる。これにより、珪素（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）が形成する準位間の光学的遷移に基づく多波長発光をなす各発光の波長を均一とするのに優位となる。 In the case where a group III nitride semiconductor single layer that simultaneously emits three or more multi-wavelength lights having different wavelengths is composed of (composition formula Ga X In 1-X N: 0 <X ≦ 1), Ga X In 1− The XN single layer may have a multiphase structure including a plurality of phases having different indium compositions. It is also composed of Ga X In 1-X N (0.90 <X ≦ 1 or 0 ≦ X ≦ 0.1) having an indium (In) composition (= 1−X) that does not cause phase separation. it can. In a layer having a large gallium (Ga) composition (= X) or indium (In) composition (1-X), such as GaN or indium nitride (InN), which does not have phase separation in the first place, Ga caused by phase separation. Due to the non-uniformity of the indium concentration in the X In 1-X N layer, it is possible to avoid uneven distribution of silicon (Si) and magnesium (Mg) within the layer. Thereby, it becomes advantageous to make uniform the wavelength of each light emission which makes multiwavelength light emission based on the optical transition between the levels which silicon (Si) and magnesium (Mg) form.

ＩＩＩ族窒化物半導体単層内の珪素（Ｓｉ）の原子濃度を６×１０１７ｃｍ−３以上で５×１０１９ｃｍ−３以下とし、且つ、マグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度を５×１０１６ｃｍ−３以上で３×１０１８ｃｍ−３以下の範囲とすることにより、多波長の発光を同時に出射するＩＩＩ族窒化物半導体単層を効率的に形成できる。ＩＩＩ族窒化物半導体単層内の珪素（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度は、例えば２次イオン質量分析法（英略称：ＳＩＭＳ）法等で定量することができる。 The atomic concentration of silicon (Si) in the group III nitride semiconductor monolayer is 6 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less, and the atomic concentration of magnesium (Mg) is 5 × 10 16. By setting the range of cm −3 or more and 3 × 10 18 cm −3 or less, a group III nitride semiconductor single layer that simultaneously emits multi-wavelength light can be efficiently formed. The atomic concentration of silicon (Si) and magnesium (Mg) in the group III nitride semiconductor monolayer can be quantified by, for example, secondary ion mass spectrometry (English abbreviation: SIMS) method.

珪素（Ｓｉ）とマグネシウム（Ｍｇ）を含むＩＩＩ族窒化物半導体単層は、例えば、有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ又はＭＯＶＰＥ等と略称される）法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法、ハライド（ｈａｌｉｄｅ）法等の気相成長法により形成できる。これらの成長手段にあって、多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層内の珪素（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度は、同層へのＳｉ及びＭｇのドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）量を調節することをもって調整する。ＭＯＣＶＤ法等では、シラン（分子式；ＳｉＨ４）やメチルシラン（分子式：ＣＨ３ＳｉＨ３）等のシラン類を珪素（Ｓｉ）のドーピング源として使用できる。また、ＭＯＣＶＤ法では、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（略記号：Ｃｐ２Ｍｇ）等の有機マグネシウム化合物をマグネシウム（Ｍｇ）のドーピング源として利用できる。 The group III nitride semiconductor single layer containing silicon (Si) and magnesium (Mg) is formed by, for example, metal organic vapor phase deposition (abbreviated as MOCVD or MOVPE), molecular beam epitaxy (MBE), hydride (hydride). ) Method, a vapor deposition method such as a halide method. In these growth means, the atomic concentration of silicon (Si) and magnesium (Mg) in the multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor monolayer adjusts the doping amount of Si and Mg into the same layer. To make adjustments. In the MOCVD method or the like, silanes such as silane (molecular formula: SiH 4 ) and methylsilane (molecular formula: CH 3 SiH 3 ) can be used as a doping source for silicon (Si). In the MOCVD method, an organomagnesium compound such as biscyclopentadienylmagnesium (abbreviation: Cp 2 Mg) can be used as a magnesium (Mg) doping source.

特に、ＭＢＥ法は、多波長の発光を呈するＩＩＩ族窒化物半導体単層を上記の他の気相成長法と比較して、より低温で形成できる利点がある。例えば、基体温度にして４５０℃から５２０℃の低温でＧａＸＩｎ１−ＸＮ層を成長できる。このため、例えば、ｎ型Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ井戸層とｎ型ＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造にあって、アクセプター不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）の障壁層への拡散、侵入を抑制することができ、障壁層が高抵抗となるのを、または伝導形がｐ型に変換されるのを回避するのに効果をあげられる。これにより、井戸層と障壁層との間でのｐｎ接合の形成を回避できる。従って、井戸層と同一の伝導形を呈する障壁層とからＭＱＷ構造を構成できるため、電気的導通性に優れるＭＱＷ構造の発光層を構成できる。 In particular, the MBE method has an advantage that a group III nitride semiconductor single layer exhibiting multi-wavelength light emission can be formed at a lower temperature than the above other vapor phase growth methods. For example, the Ga X In 1-X N layer can be grown at a substrate temperature as low as 450 ° C. to 520 ° C. Therefore, for example, in an MQW structure including an n-type Ga 0.94 In 0.06 N well layer and an n-type GaN barrier layer, diffusion and penetration of magnesium (Mg), which is an acceptor impurity, into the barrier layer is prevented. It is possible to suppress the barrier layer from becoming high resistance, or to prevent the conduction type from being converted to p-type. Thereby, formation of a pn junction between the well layer and the barrier layer can be avoided. Accordingly, since the MQW structure can be configured from the well layer and the barrier layer exhibiting the same conductivity type, the MQW structure light emitting layer having excellent electrical conductivity can be configured.

珪素（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングして多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を形成するに際し、上記のマグネシウム（Ｍｇ）のドーピング量を多量とする程、即ち、層内のマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度を高める程、或る波長領域に生ずる波長が相違する発光の数を増加させることができる。例えば、珪素（Ｓｉ）の原子濃度が４×１０１８ｃｍ−３である場合に於いて、マグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満の２×１０１６ｃｍ−３であるＧａＮ層の場合、ＧａＮのバンド端発光は生ずるものの、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの領域に発光は生じない。一方、同様の珪素（Ｓｉ）の原子濃度を有し、且つ、原子濃度が８×１０１７ｃｍ−３となるように、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングすると、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの領域に例えば、合計４つの波長が相違する多波長光を同時に出射するＧａＮ単層を形成できる。 When forming a multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer by doping silicon (Si) and magnesium (Mg), the larger the magnesium (Mg) doping amount, that is, the magnesium in the layer As the atomic concentration of (Mg) is increased, the number of light emissions having different wavelengths generated in a certain wavelength region can be increased. For example, when the atomic concentration of silicon (Si) is 4 × 10 18 cm −3 , the atomic concentration of magnesium (Mg) is 2 × 10 16 cm −3 less than 5 × 10 16 cm −3. In the case of a GaN layer, although GaN band edge emission occurs, no emission occurs in a wavelength range of 400 nm to 700 nm. On the other hand, when magnesium (Mg) is doped so that the atomic concentration of silicon (Si) is the same and the atomic concentration is 8 × 10 17 cm −3 , for example, the total in the wavelength region of 400 nm to 700 nm is obtained. A GaN single layer that simultaneously emits multi-wavelength light having four different wavelengths can be formed.

また、マグネシウム（Ｍｇ）のドーピング量をより多量とする程、即ち、層内のマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度をより高める程、より長波長の帯域に多波長光を発生させることができる。例えば、珪素（Ｓｉ）の原子濃度を１〜４×１０１９ｃｍ−３とし、マグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度を４×１０１７ｃｍ−３とするＧａＸＩｎ１−ＸＮの場合には、波長を４５０ｎｍとする単一の発光のみ観測される。これに対し、インジウム組成を同一としながらも、マグネシウム（Ｍｇ）が原子濃度にして３×１０１８ｃｍ−３とより多くが含まれるときは、多波長発光の発光が顕現され、その中での最長の波長は５８０ｎｍに到達する（後述する図１参照）。 Further, as the doping amount of magnesium (Mg) is increased, that is, as the atomic concentration of magnesium (Mg) in the layer is increased, multi-wavelength light can be generated in a longer wavelength band. For example, in the case of Ga X In 1-X N in which the atomic concentration of silicon (Si) is 1 to 4 × 10 19 cm −3 and the atomic concentration of magnesium (Mg) is 4 × 10 17 cm −3 , Only a single emission with a wavelength of 450 nm is observed. On the other hand, when the indium composition is the same but magnesium (Mg) is contained in an atomic concentration of 3 × 10 18 cm −3 and more, multi-wavelength emission is manifested. The longest wavelength reaches 580 nm (see FIG. 1 described later).

異なるＩＩＩ族窒化物半導体単層からＭＱＷ構造の発光部を構成する場合には、より短い波長の領域で多波長光を同時に出射できるＩＩＩ族窒化物半導体単層である程、発光の取り出し方向のより上方に配置させる。より下方にある多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層からなる井戸層から出射される発光の吸収を避け、ＬＥＤの外部へ多波長光を効率的に取り出すためである。例えば、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ近傍の領域に多波長光を発するＩＩＩ族窒化物半導体単層を井戸層とする単一或いは第１の多重量子井戸構造上の、発光の外部への取り出し方向に向かう上方には、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの領域で多波長光を発するＩＩＩ族窒化物半導体単層を井戸層とする単一或いは第２の多重量子井戸構造を設けて、これにより全体としてＭＱＷ構造の発光部を構成する。   When the light emitting part of the MQW structure is configured from different group III nitride semiconductor single layers, the group III nitride semiconductor single layer capable of simultaneously emitting multi-wavelength light in a shorter wavelength region has a higher emission direction. It is arranged higher. This is to avoid absorption of light emitted from the well layer made of the multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor single layer located below and efficiently extract the multi-wavelength light to the outside of the LED. For example, on the single or first multiple quantum well structure having a group III nitride semiconductor single layer that emits multi-wavelength light in a region in the vicinity of a wavelength of 600 nm to 700 nm as a well layer, upward in the direction of extracting light emission to the outside. Provides a single or second multiple quantum well structure in which a group III nitride semiconductor single layer emitting multi-wavelength light in a wavelength range of 400 nm to 550 nm is used as a well layer. Configure.

上記のように多波長の発光を生ずる異なるＩＩＩ族窒化物半導体単層を井戸層とする第１及び第２の量子構造にあって、第１及び第２の量子井戸構造をなす障壁層の構成材料は、必ずしも同一とする必要はない。第１及び第２の量子井戸構造の障壁層は、多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層からなる井戸層の禁止帯幅に対応して選択された異なるＩＩＩ族窒化物半導体層から構成できる。例えば、上記の第１の量子井戸構造については、窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から障壁層を構成し、第２の量子井戸構造を（組成式ＡｌＹＧａ１−ＹＮ：０≦Ｙ≦１、但し、Ｙ≧Ｘ）を構成できる。 As described above, in the first and second quantum structures having different group III nitride semiconductor single layers that emit light of multiple wavelengths as well layers, the configuration of the barrier layers forming the first and second quantum well structures The materials are not necessarily the same. The barrier layers of the first and second quantum well structures can be composed of different group III nitride semiconductor layers selected corresponding to the forbidden band width of the well layer composed of a multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer. . For example, for the first quantum well structure, a barrier layer is formed from aluminum gallium nitride (compositional formula Al X Ga 1-X N: 0 ≦ X ≦ 1), and the second quantum well structure (composition The formula Al Y Ga 1-Y N: 0 ≦ Y ≦ 1, where Y ≧ X).

本実施の形態では、多波長発光を同時に発光できるＩＩＩ族窒化物半導体単層を、第Ｖ族元素に対して、元素周期律表の第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含むＩＩＩ族窒化物半導体層から構成する。第ＩＩＩ族元素を第Ｖ族元素に対して化学量論的に富裕に含むとは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化インジウム（ＩｎＮ）等の２元系（２元素）ＩＩＩ族窒化物半導体層にあって、ガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）又はアルミニウム（Ａｌ）が窒素よりも化学量論的に富裕に含まれていることを云う。例えば、窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ：０＜Ｘ，Ｙ，Ｚ＜１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）等の多元系（多元素）ＩＩＩ族窒化物半導体層にあっては、第ＩＩＩ族元素であるアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）の合計の原子の濃度が、窒素原子の濃度を上回っていることを指す。 In this embodiment, a group III nitride semiconductor single layer capable of simultaneously emitting multi-wavelength light is a group III element that contains a group III element in the periodic table of the element rich in stoichiometry with respect to a group V element. It consists of a nitride semiconductor layer. The fact that the Group III element is stoichiometrically rich with respect to the Group V element is, for example, a binary system (two elements) such as aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), or indium nitride (InN). In the group III nitride semiconductor layer, gallium (Ga), indium (In), or aluminum (Al) is stoichiometrically richer than nitrogen. For example, in a multi-element (multi-element) group III nitride semiconductor layer such as aluminum nitride, gallium, indium (compositional formula Al X Ga Y In Z N: 0 <X, Y, Z <1, X + Y + Z = 1) Indicates that the total atomic concentration of group III elements aluminum (Al) and gallium (Ga) and indium (In) exceeds the concentration of nitrogen atoms.

また、砒化窒化ガリウム（組成式ＧａＡｓ１−αＮα：０＜α＜１）やリン化窒化アルミニウム（組成式ＡｌＰ１−βＮβ：０＜β＜１）等の窒素以外の第Ｖ族元素（この例では、砒素（元素記号：Ａｓ）及びリン（元素記号：Ｐ））を含むＩＩＩ族窒化物半導体層では、第ＩＩＩ族元素であるガリウム（Ｇａ）又はアルミニウム（Ａｌ）の原子濃度が、窒素（Ｎ）及び窒素以外の第Ｖ族元素の合計の原子濃度よりも高いことを云う。第ＩＩＩ族元素と第Ｖ族元素の原子濃度の総量の比率が１：１であれば、それは第ＩＩＩ族元素富裕でもなく、また第Ｖ族元素富裕でもなく、化学量論的組成である。 Further, Group V other than nitrogen, such as gallium arsenide nitride (compositional formula GaAs 1-α N α : 0 <α <1) and aluminum phosphide nitride (compositional formula AlP 1-β N β : 0 <β <1). In a group III nitride semiconductor layer containing elements (in this example, arsenic (element symbol: As) and phosphorus (element symbol: P)), the atomic concentration of the group III element gallium (Ga) or aluminum (Al) Is higher than the total atomic concentration of nitrogen (N) and group V elements other than nitrogen. If the ratio of the total amount of atomic concentrations of Group III and Group V elements is 1: 1, it is neither Group III element rich nor Group V element rich and stoichiometric.

化学量論的な組成のズレは、例えば、高速反射電子線回折（英略称：ＲＨＥＥＤ）等の電子線回折技法等でＩＩＩ族窒化物半導体層の表面の再配列構造を調査すれば判定できる。
例えば、固体ソースＭＢＥ法やガスソースＭＢＥ法等の真空中でＩＩＩ族窒化物多波長発光層を基体上に堆積する成長手段では、ＲＨＥＥＤ法を有効に利用することができる。このため、基体上の堆積層が多波長を同時に発光するのに必要なガリウム等の元素周期律表の第ＩＩＩ族元素を窒素等の第Ｖ族元素よりも化学量論的に富裕とするＩＩＩ族窒化物半導体層であることをその成長場に於いて、リアルタイム（ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ）で確認できる。 The deviation of the stoichiometric composition can be determined by examining the rearrangement structure on the surface of the group III nitride semiconductor layer by, for example, an electron diffraction technique such as high-speed reflection electron diffraction (abbreviation: RHEED).
For example, the RHEED method can be effectively used in a growth means for depositing a group III nitride multi-wavelength light emitting layer on a substrate in a vacuum such as a solid source MBE method or a gas source MBE method. For this reason, the group III element of the periodic table of elements such as gallium necessary for the deposited layer on the substrate to simultaneously emit multiple wavelengths is stoichiometrically richer than the group V element such as nitrogen. It can be confirmed in real time (real-time) in the growth field that it is a group nitride semiconductor layer.

ＲＨＥＥＤ法により得られるＩＩＩ族窒化物半導体層の表面からの回折パターン（ＲＨＥＥＤパターン）に、堆積中に常時、第ＩＩＩ族元素を第Ｖ族元素よりも化学量論的に富裕に含む再配列構造に起因する輝線（ｓｔｒｅａｋ ｌｉｎｅ）を継続して生じつつ、堆積して出来上がるＩＩＩ族窒化物半導体層は、層全体としても、第ＩＩＩ族元素を第Ｖ族元素よりも化学量論的に富裕に含むＩＩＩ族窒化物半導体層であるとみなす。   A rearranged structure in which a diffraction pattern (RHEED pattern) from the surface of a group III nitride semiconductor layer obtained by the RHEED method is always stoichiometrically richer than a group V element during deposition. The group III nitride semiconductor layer deposited and produced while continuing to generate a streak line due to the above has a stoichiometrically richer group III element than the group V element as a whole. The group III nitride semiconductor layer is considered to be included.

アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）若しくはインジウム（Ｉｎ）等の元素周期律表の第ＩＩＩ族元素を窒素等の第Ｖ族元素に対して化学量論的に富裕に含むＩＩＩ族窒化物半導体層、例えば、ガリウム（Ｇａ）を窒素より富裕に含むＧａＮであれば、ＲＨＥＥＤパターン上には、例えば（２×２）等の再配列を示す回折パターンが現れる。逆に、窒素（Ｎ）をガリウム（Ｇａ）よりも化学量論的に富裕に含む窒化ガリウム（ＧａＮ）層からのＲＨＥＥＤパターンは、（３×３）再配列構造である。また、第ＩＩＩ族元素であるガリウム（Ｇａ）とインジウム（Ｉｎ）とを窒素より化学量論的に富裕に含む窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＸＩｎ１−ＸＮ）の場合、インジウム（Ｉｎ）組成比（＝１−Ｘ）が小さいときは、（２×２）再配列構造が出現し、インジウム（Ｉｎ）組成比が大きいときは、（３×１）再配列構造が出現する。 A group III nitride semiconductor layer containing a group III element of the periodic table of elements such as aluminum (Al), gallium (Ga), or indium (In) in a stoichiometrically rich amount relative to a group V element such as nitrogen For example, if GaN contains gallium (Ga) richer than nitrogen, a diffraction pattern indicating rearrangement such as (2 × 2) appears on the RHEED pattern. Conversely, the RHEED pattern from a gallium nitride (GaN) layer containing nitrogen (N) in a stoichiometric richer form than gallium (Ga) is a (3 × 3) rearranged structure. In addition, in the case of gallium nitride indium (compositional formula Ga X In 1-X N) containing a Group III element gallium (Ga) and indium (In) stoichiometrically richer than nitrogen, indium (In When the composition ratio (= 1−X) is small, a (2 × 2) rearrangement structure appears. When the composition ratio of indium (In) is large, a (3 × 1) rearrangement structure appears.

第ＩＩＩ族元素を第Ｖ族元素と比較して化学量論的に富裕に含むＩＩＩ族窒化物半導体層からは、化学量論的組成或いは第Ｖ族元素を富裕に含むＩＩＩ族窒化物半導体層よりも高い強度の発光を呈する多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を構成できる。例えば、珪素単体金属を珪素のドーピング源とし、マグネシウム単体金属をマグネシウムのドーピング源として、固体ソースＭＢＥ法により成膜した、ガリウムを化学量論的に富裕に含み、表面を（２×２）再配列構造とするＳｉ及びＭｇドープ多波長同時発光ＧａＮ層からの最大のＰＬ強度を仮に、１とする。これに対し、固体ソースＭＢＥ法で成長させた、表面を（３×３）再配列構造とし、窒素を化学量論的に富裕に含むＳｉ及びＭｇドープＧａＮ層のＰＬ強度は、０．０８と極めて微弱なものである。   From a group III nitride semiconductor layer containing a group III element stoichiometrically richer than a group V element, a group III nitride semiconductor layer containing a stoichiometric composition or a group V element richer A multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer exhibiting higher intensity light emission can be configured. For example, a silicon source metal is used as a silicon doping source, a magnesium source metal is used as a magnesium doping source, and a film is formed by a solid source MBE method. The maximum PL intensity from the Si and Mg-doped multi-wavelength simultaneous light emitting GaN layer having the array structure is assumed to be 1. On the other hand, the PL intensity of the Si and Mg-doped GaN layers grown by the solid source MBE method and having a (3 × 3) rearrangement structure and nitrogen stoichiometrically rich is 0.08. It is extremely weak.

第ＩＩＩ族元素を、窒素等の第Ｖ族元素より化学量論的に富裕に含み、尚且つ、遷移金属の含有量が少ないＩＩＩ族窒化物半導体単層は、より高い発光強度を呈する多波長発光層を構成するのに優位となる、ＩＩＩ族窒化物半導体内で深い準位（ｄｅｅｐ ｌｅｖｅｌ）を形成する遷移金属（ＪＡＣＱＵＥＳ Ｉ． ＰＮＫＯＶＥ ａｎｄ ＴＨＥＯＤＯＲＥ Ｄ． ＭＯＵＳＴＡＫＡＳ （Ｅｄｉｔｏｒｓ．），”Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ （ＧａＮ） Ｉ， ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ ＡＮＤ ＳＥＭＩＭＥＴＡＬＳ Ｖｏｌｕｍｅ ５０”（１９９８， ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＲＥＳＳ），ｐ．ｐ．３６１−３６２．）を低濃度に規定することにより、ディープレベルを形成する不純物の量を低下させれば、より効率的に放射再結合等を生じさせられるからである。即ち、高い強度の発光を呈する多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層をもたらすことができる。   A group III nitride semiconductor monolayer containing a group III element stoichiometrically richer than a group V element such as nitrogen and having a low transition metal content has a higher wavelength. JACQUES I. PNKOVE and THEODORE D. MOUSTAKAS (Editors.), “Gallium Nitride (GaN) ) I, SEMICONDUCTORS AND SEMIMETALS Volume 50 ”(1998, ACADEMIC PRESS), pp. 361-362.) By specifying a low concentration, the amount of impurities forming a deep level can be reduced, thereby improving efficiency. Radiative recombination The is because it is caused. That is, it is possible to provide a multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer exhibiting high intensity light emission.

本実施の形態における遷移金属とは、通常、一般的に遷移金属として分類されている元素である。即ち、原子番号が２２（チタン（元素記号：Ｔｉ））から３０（亜鉛（元素記号：Ｚｎ））、４０（ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ））から４２（モリブデン（元素記号：Ｍｏ））、４４（ルテニウム（元素記号：Ｒｕ））から４８（カドミウム（元素記号：Ｃｄ））、及び７２（ハフニウム（元素記号：Ｈｆ））から８０（水銀（元素記号：Ｈｇ））までの元素を云う。本発明では特に、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長時に時として不可避的に層内に混入し、深い準位（ｄｅｅｐ ｌｅｖｅｌ）を形成する鉄（元素記号：Ｆｅ）、クロム（元素記号：Ｃｒ）、モリブデン（元素記号：Ｍｏ）及びタンタル（元素記号：Ｔａ）の濃度を規定する。   The transition metal in the present embodiment is an element that is generally classified as a transition metal. That is, atomic numbers 22 (titanium (element symbol: Ti)) to 30 (zinc (element symbol: Zn)), 40 (zirconium (element symbol: Zr)) to 42 (molybdenum (element symbol: Mo)), 44 Elements from (ruthenium (element symbol: Ru)) to 48 (cadmium (element symbol: Cd)) and 72 (hafnium (element symbol: Hf)) to 80 (mercury (element symbol: Hg)). Particularly in the present invention, iron (element symbol: Fe), chromium (element symbol: Cr), which is inevitably mixed into the layer during the growth of the group III nitride semiconductor layer and forms a deep level. The concentration of molybdenum (element symbol: Mo) and tantalum (element symbol: Ta) is specified.

これらの遷移金属元素の中で、鉄は、ＭＢＥ法、化学ビーム（ｂｅａｍ）エピタキシャル成長（英略称：ＣＢＥ）法、レーザアブレーション法やＭＯＣＶＤ法等のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長するための成長チャンバー等を構成するのに一般的に用いられているｓｕｓ３０４−、ｓｕｓ３１６−やｓｕｓ３１６Ｌ−ステンレス鋼の構成元素である。クロムはＪＩＳ（日本工業規格）のステンレス鋼の種類の記号による上記のｓｕｓ３０４−ステンレス鋼等に添加元素として１６％〜１８％の重量比率で含まれている。モリブデンはｓｕｓ３１６−やｓｕｓ３１６Ｌ−ステンレス鋼に添加元素として２％〜３％の重量比率で含まれている。   Among these transition metal elements, iron is a growth chamber for growing a group III nitride semiconductor layer such as MBE, chemical beam (BEM) epitaxial growth (abbreviation: CBE), laser ablation, or MOCVD. Sus304-, sus316- or sus316L--a constituent element of stainless steel, which is generally used to configure the above. Chromium is contained in the above-mentioned sus304-stainless steel by the symbol of the type of JIS (Japanese Industrial Standard) stainless steel as an additive element in a weight ratio of 16% to 18%. Molybdenum is contained in sus316- or sus316L-stainless steel at a weight ratio of 2% to 3% as an additive element.

また、モリブデンやタンタルの炭化物は、化学的気相堆積（英略称：ＣＶＤ）法や物理的気相堆積（英略称：ＰＶＤ）法等の技術手段により成長させるに際し、基体としてのサファイア（Ａｌ２Ｏ３単結晶）基板やシリコン（Ｓｉ）基板を保持するためのサセプター（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）等の冶具の構成材料として用いられている（例えば、特開平６−１７２０８８号公報参照）。また、タンタルはＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積する成長温度に基体を加熱するためのヒーターエレメントとしても使われている。 Further, when molybdenum or tantalum carbide is grown by a technical means such as a chemical vapor deposition (abbreviation: CVD) method or a physical vapor deposition (abbreviation: PVD) method, sapphire (Al 2 It is used as a constituent material of a jig such as a susceptor for holding an O 3 single crystal substrate or a silicon (Si) substrate (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-172888). Tantalum is also used as a heater element for heating the substrate to a growth temperature for depositing a group III nitride semiconductor layer.

一般的な高周波プラズマＭＢＥ法又はＥＣＲ（エレクトロンサイクロトロンレゾナンス）方式高周波プラズマＭＢＥ法等のＰＶＤ法では、窒素プラズマ等の窒素原子を含有するプラズマ（ｐｌａｓｍａ）を窒素源として、上記の基板や半導体層等の基体表面上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる。一方で、特別の配慮をしない限り、窒素プラズマに因り、成長チャンバーの炉壁をなすスンテンレス鋼或いはヒーターを構成するタンタル（Ｔａ）材料等がスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）されることとなる。このため、炉壁をなすステンレス鋼等を汚染源として、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）等の遷移金属元素がＩＩＩ族窒化物半導体層内へ混入する事態を生ずる。   In a PVD method such as a general high-frequency plasma MBE method or an ECR (electron cyclotron resonance) method high-frequency plasma MBE method, the above-described substrate, semiconductor layer, or the like using a nitrogen-containing plasma (plasma) as a nitrogen source. A group III nitride semiconductor layer is grown on the surface of the substrate. On the other hand, unless special consideration is given, due to the nitrogen plasma, stainless steel forming the furnace wall of the growth chamber or tantalum (Ta) material constituting the heater is sputtered. For this reason, transition metal elements such as iron (Fe), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), chromium (Cr) are mixed into the group III nitride semiconductor layer using stainless steel forming the furnace wall as a contamination source. Is produced.

本実施の形態では、成長チャンバー又はその内部に配備されている部品を構成する材料からの遷移金属元素によるＩＩＩ族窒化物半導体層の汚染を抑制するために、ＭＢＥ法で成長するにあたり、特別な構成の窒素プラズマ雰囲気中でＩＩＩ族窒化物半導体層を形成するのを得策とする。特別な構成の窒素プラズマとは、窒素分子の第二正帯（ｓｅｃｏｎｄ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｅｒｉｅｓ）に由来する発光を殆ど生じない（発生しない場合を含む。）窒素プラズマである。高純度の窒素ガスに高周波を印加して生成した窒素分子の第二正帯の由来する発光を生じない窒素プラズマは、本発明に係る窒素プラズマとして最適である。   In the present embodiment, in order to suppress the contamination of the group III nitride semiconductor layer by the transition metal element from the material constituting the growth chamber or the components arranged in the growth chamber, a special case is used for the growth by the MBE method. It is advantageous to form the group III nitride semiconductor layer in a nitrogen plasma atmosphere having the structure. The nitrogen plasma having a special configuration is a nitrogen plasma that hardly emits light (including the case where it does not occur) that originates from the second positive molecular series of nitrogen molecules. Nitrogen plasma that does not cause light emission derived from the second positive band of nitrogen molecules generated by applying high frequency to high-purity nitrogen gas is optimal as the nitrogen plasma according to the present invention.

窒素分子の第二正帯の由来する発光を生じない窒素プラズマを発生させるには、体積濃度にして、酸素ガス（分子式：Ｏ２）濃度を０．１ｐｐｍ未満とし、一酸化炭素（分子式：ＣＯ）及び二酸化炭素（分子式：ＣＯ２）の濃度をそれぞれ、０．１ｐｐｍ未満とし、炭化水素ガス類の濃度を０．０５ｐｐｍ未満とし、水分（分子式：Ｈ２Ｏ）の濃度を０．５５ｐｐｍ未満とする、露点をマイナス（−）８０℃を越えて低くする、例えば（−）８５℃とする純度９９．９９９９５％以上の高純度窒素ガスが適する。 In order to generate nitrogen plasma that does not generate light emission derived from the second positive band of nitrogen molecules, the volume concentration is set to oxygen gas (molecular formula: O 2 ) concentration less than 0.1 ppm, and carbon monoxide (molecular formula: CO ) And carbon dioxide (molecular formula: CO 2 ) concentration of less than 0.1 ppm, hydrocarbon gas concentrations of less than 0.05 ppm, and moisture (molecular formula: H 2 O) concentration of less than 0.55 ppm. A high-purity nitrogen gas having a purity of 99.99995% or more, which lowers the dew point beyond minus (−) 80 ° C., for example, (−) 85 ° C., is suitable.

窒素プラズマ内での窒素分子の第二正帯に由来する発光の有無は、窒素プラズマからの発光スペクトルから知ることができる。窒素プラズマの発光スペクトルは、一般的な分光器を使用して測定できる。窒素分子の第二正帯に由来する発光は、２５０ｎｍ以上で３７０ｎｍ以下の波長の範囲に生ずる。
図１は、本実施形態に適する窒素プラズマの発光スペクトルである。図１には、回折格子型の分光器を用いて測定した、本実施の形態の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を高周波プラズマＭＢＥ法で堆積するのに適する窒素プラズマからの発光スペクトルが例示されている。本実施の形態に好適な窒素プラズマとは、図１に示す如く、波長３００ｎｍ〜３７０ｎｍの範囲に窒素分子の第二正帯に由来する発光を生じない窒素プラズマである。上記の高純度窒素ガスを使用すれば、窒素分子の第二正帯に由来する発光を生じない窒素プラズマを簡便に発生させることができる。 The presence or absence of light emission derived from the second positive band of nitrogen molecules in the nitrogen plasma can be known from the emission spectrum from the nitrogen plasma. The emission spectrum of the nitrogen plasma can be measured using a general spectrometer. Light emission derived from the second positive band of the nitrogen molecule occurs in a wavelength range of 250 nm to 370 nm.
FIG. 1 is an emission spectrum of nitrogen plasma suitable for this embodiment. FIG. 1 illustrates an emission spectrum from nitrogen plasma suitable for depositing the multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer of the present embodiment by a high frequency plasma MBE method, measured using a diffraction grating type spectroscope. Has been. Nitrogen plasma suitable for this embodiment is nitrogen plasma that does not emit light derived from the second positive band of nitrogen molecules in the wavelength range of 300 nm to 370 nm, as shown in FIG. If the above-described high-purity nitrogen gas is used, nitrogen plasma that does not generate light emission derived from the second positive band of nitrogen molecules can be easily generated.

本実施の形態が適用される多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成するための高周波の周波数を１３．５６メガヘルツ（単位：ＭＨｚ）とする場合には、入力する電力は、２００Ｗ以上で６００Ｗ以下とするのが適する。さらに、２５０Ｗ以上で４５０Ｗ以下の範囲とするのがより適する。図１に例示した発光スペクトルは、流量を毎分０．４ｃｃに設定した高純度窒素ガスに、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を４００ワット（単位：Ｗ）の電力で入力して発生させた際のものである。６００Ｗを超える電力を入力すると、窒素分子の第二正帯に由来する発光の強度が高まるため不適である。入力する電力が２５０Ｗ未満と小さくては、多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を安定して形成するのに充分な窒素プラズマを発生させられない。このため、層状ではなく、ガリウムの液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を含む不連続なＩＩＩ族窒化物半導体層が帰結される確率が高まるため望ましくはない。   When the high-frequency frequency for forming the multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer to which this embodiment is applied is 13.56 megahertz (unit: MHz), the input power is 200 W or more and 600 W. The following is suitable. Furthermore, it is more suitable to set it as the range of 250W or more and 450W or less. The emission spectrum illustrated in FIG. 1 is generated when a high-frequency nitrogen gas having a flow rate of 0.4 cc / min and a high frequency of 13.56 MHz is input with a power of 400 watts (unit: W). Is. If power exceeding 600 W is input, the intensity of light emission derived from the second positive band of nitrogen molecules increases, which is not suitable. If the input power is as low as less than 250 W, sufficient nitrogen plasma cannot be generated to stably form the multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer. This is undesirable because it increases the probability of a discontinuous group III nitride semiconductor layer containing gallium droplets rather than layered.

高いエネルギー状態に励起された（遷移状態：Ｃ３Πｕ→Ｂ３Πｇ）窒素分子の存在を示す窒素分子の第二正帯からの発光を生じないか、又は殆ど生じない窒素プラズマを窒素源として多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を堆積すると成長チャンバー等を構成する材料のスパッタされる程度を減少させられる。窒素分子の第二正帯からの発光を殆ど生じない窒素プラズマとは、窒素分子の第二正帯による発光の強度が、波長７４５ｎｍの原子状窒素による発光の強度に比較して、１／１０以下であることを云う。このため、窒素プラズマに因り、例えば炉壁をなすｓｕｓ３１６Ｌ−ステンレス鋼が顕著にスパッタされるのを抑制でき、ステンレス鋼に含まれる鉄、モリブデンやクロム等の遷移金属元素が堆積中のＩＩＩ族窒化物半導体層内に多く取り込まれるのを回避できる。   Multi-wavelength emission using a nitrogen plasma that does not produce or hardly emits light from the second positive band of a nitrogen molecule that is excited to a high energy state (transition state: C3Πu → B3Πg). When the group nitride semiconductor layer is deposited, the degree to which the material constituting the growth chamber is sputtered can be reduced. Nitrogen plasma that hardly emits light from the second positive band of nitrogen molecules means that the intensity of light emitted by the second positive band of nitrogen molecules is 1/10 compared to the intensity of light emitted by atomic nitrogen having a wavelength of 745 nm. The following is said. For this reason, it is possible to suppress, for example, the sus316L-stainless steel that forms the furnace wall from being sputtered significantly due to the nitrogen plasma, and the transition metal elements such as iron, molybdenum, and chromium contained in the stainless steel are being group-nitrided during deposition. It can be avoided that a large amount is taken into the physical semiconductor layer.

また、本実施の形態が適用される多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成するのに適する窒素プラズマに係るもう一つの特徴は、波長７４５ｎｍ、８２１ｎｍ及び８６９ｎｍに出現する３本の原子状（ａｔｏｍｉｃ）窒素の発光ピークの強度の相対的関係にある。本発明で窒素源として好適に使用できるのは、波長７４５ｎｍの発光ピークの強度が最大であり、次に波長８６９ｎｍの発光ピークの強度が高く、波長８２１ｎｍの発光ピークの強度が３本の発光ピークの中で最も低いことにある。機構は充分に解明できていないが、このようなピーク強度に於ける相対的関係を有する窒素プラズマを窒素源とすれば、多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層を簡便に安定してもたらすのに効果を上げられる。   Another feature of nitrogen plasma suitable for forming the multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer to which this embodiment is applied is that three atomic shapes appearing at wavelengths of 745 nm, 821 nm, and 869 nm ( atomic) The relative intensity of the emission peak of nitrogen. In the present invention, the intensity of the emission peak at a wavelength of 745 nm is the highest, the intensity of the emission peak at a wavelength of 869 nm is next high, and the intensity of the emission peak at a wavelength of 821 nm is 3 emission peaks. It is the lowest of all. Although the mechanism has not been fully elucidated, if a nitrogen plasma having such a relative relationship in peak intensity is used as a nitrogen source, a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer can be easily and stably produced. Effective.

数的に単一なＩＩＩ族窒化物半導体単層を基体上に堆積する場合のみならず、ＩＩＩ族窒化物半導体単層を複数、用いるに際しても、各単層は、窒素分子の第二正帯による発光を生じないか、又は殆ど発光を発生しない窒素プラズマを窒素源として形成する。例えば、多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を一つの井戸（ｗｅｌｌ）層とし、その井戸層を複数、用いて多重量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造の発光層を形成する場合を例にして説明する。例えば、ドナー不純物とアクセプター不純物の相対的な濃度比率を同一とするか否かに拘わらず、ＭＱＷ構造の発光層をなす各井戸層は、窒素分子の第二正帯による発光を生じないか、又は殆ど発光を発生しない窒素プラズマ環境内で堆積する。また、例えば、層厚を同一とするか又は異にするかに拘わらず、各井戸層は、窒素分子の第二正帯による発光を生じないか、又は殆ど発光を発生しない窒素プラズマ環境内で堆積する。   Not only when a single group III nitride semiconductor single layer is deposited on a substrate, but also when using a plurality of group III nitride semiconductor single layers, each single layer has a second positive band of nitrogen molecules. As a nitrogen source, nitrogen plasma that does not emit light or hardly emits light is formed. For example, a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor single layer is used as one well layer, and a plurality of well layers are used to form a light emitting layer having a multiple quantum well (English abbreviation: MQW) structure. I will explain. For example, regardless of whether the relative concentration ratios of the donor impurity and the acceptor impurity are the same, each well layer forming the light emitting layer of the MQW structure does not emit light due to the second positive band of nitrogen molecules, Alternatively, it is deposited in a nitrogen plasma environment that generates little light emission. Also, for example, regardless of whether the layer thickness is the same or different, each well layer does not emit light due to the second positive band of nitrogen molecules, or within a nitrogen plasma environment that hardly emits light. accumulate.

図１に例示したような窒素分子の第二正帯からの発光のない窒素プラズマを窒素源として、例えば、固体ソース高周波プラズマＭＢＥ法で珪素とマグネシウムの双方をドーピングしつつＧａＮ層を成長させると、鉄、モリブデン、タンタル、及びクロムの合計の原子濃度を１×１０１７ｃｍ−３以下とするＩＩＩ族窒化物半導体層を簡便にしかも安定して形成できる。このような深い準位を形成し得る遷移金属の濃度が低いＩＩＩ族窒化物半導体層は、高い発光強度を呈する白色ＬＥＤを得るのに優位に利用できる。深い準位を形成し得る鉄、モリブデン、タンタル、及びクロムの合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３を超えると得られる発光強度は極端に低下するため、高発光強度のＩＩＩ族窒化物半導体白色ＬＥＤを得るに不利となる。 When a nitrogen plasma without light emission from the second positive band of nitrogen molecules illustrated in FIG. 1 is used as a nitrogen source, for example, when a GaN layer is grown while doping both silicon and magnesium by solid source high frequency plasma MBE method , Iron, molybdenum, tantalum, and chromium, a group III nitride semiconductor layer having a total atomic concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less can be easily and stably formed. Such a group III nitride semiconductor layer having a low concentration of transition metal capable of forming a deep level can be advantageously used to obtain a white LED exhibiting high emission intensity. When the total atomic concentration of iron, molybdenum, tantalum, and chromium capable of forming a deep level exceeds 1 × 10 17 cm −3 , the light emission intensity obtained is extremely reduced, so that a high light emission intensity group III nitride is obtained. This is disadvantageous for obtaining a semiconductor white LED.

さらに、（１）鉄の原子濃度を２×１０１６ｃｍ−３以下とするＩＩＩ族窒化物半導体単層を備えた発光層を用い例えば、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏ）構造ＬＥＤを構成すると、高い強度の発光を呈し、尚且つ、順方向電流の経時変化（ドリフト）の小さなＬＥＤを得ることができる。多くの場合、順方向電流が通流時間の経過とともに減少する現象が観られるが、鉄の原子濃度を上記範囲とすることでドリフトを抑制することができる。高強度の発光をもたらしつつ、電流ドリフトの小さなＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤは、モリブデンの原子濃度を５×１０１６ｃｍ−３以下とするＩＩＩ族窒化物半導体単層を備えた発光層を用いても構成できる。また、電流ドリフトの小さなＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤは、タンタルの原子濃度を２×１０１６ｃｍ−３以下とするＩＩＩ族窒化物半導体単層を備えた発光層を用いても構成できる。また、電流ドリフトの小さなＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤは、クロムの原子濃度を３×１０１５ｃｍ−３以下とするＩＩＩ族窒化物半導体単層を備えた発光層を用いても構成できる。これらの遷移金属元素の原子濃度は、例えば、一般的なＳＩＭＳ法等で定量できる。 Further, (1) a light emitting layer including a group III nitride semiconductor single layer having an atomic concentration of iron of 2 × 10 16 cm −3 or less is used, for example, a pn junction type double hetero structure LED is configured. Then, it is possible to obtain an LED that emits light with high intensity and has a small forward current drift (drift). In many cases, a phenomenon is observed in which the forward current decreases with the passage of time, but drift can be suppressed by setting the atomic concentration of iron within the above range. A group III nitride semiconductor LED with low current drift while providing high-intensity light emission uses a light emitting layer including a group III nitride semiconductor single layer in which the atomic concentration of molybdenum is 5 × 10 16 cm −3 or less. Can also be configured. In addition, a group III nitride semiconductor LED having a small current drift can also be configured by using a light emitting layer including a group III nitride semiconductor single layer having a tantalum atomic concentration of 2 × 10 16 cm −3 or less. Further, a group III nitride semiconductor LED having a small current drift can also be configured by using a light emitting layer including a group III nitride semiconductor single layer having a chromium atomic concentration of 3 × 10 15 cm −3 or less. The atomic concentration of these transition metal elements can be quantified by, for example, a general SIMS method.

遷移金属の種類に依って、電流ドリフトが顕著に発生する原子濃度の上限に差異があるのは、ＩＩＩ族窒化物半導体層の内部での電子等のキャリア（担体）の捕獲効率の差に起因すると推考される。或いは、遷移金属の種類に依って、ＩＩＩ族窒化物半導体層の内部で誘引される電子等を捕獲（ｔｒａｐ）する結晶欠陥が発生する度合いが異なる等と推考される。いずれにしても、遷移金属でも特に、鉄、モリブデン、タンタル、クロムのＩＩＩ族窒化物半導体層に含まれる各濃度を、上述した数値範囲内に調整することにより、順方向電流のドリフトを低減することに効果を上げられる。   The difference in the upper limit of the atomic concentration at which current drift occurs remarkably depending on the type of transition metal is due to the difference in the capture efficiency of carriers such as electrons inside the group III nitride semiconductor layer. Then it is speculated. Alternatively, it is presumed that the degree of occurrence of crystal defects that trap electrons trapped in the group III nitride semiconductor layer varies depending on the type of transition metal. In any case, especially in transition metals, the forward current drift is reduced by adjusting each concentration contained in the group III nitride semiconductor layer of iron, molybdenum, tantalum, and chromium within the above-described numerical range. Especially effective.

電流のドリフト量（記号ΔＩで表す。）は、例えば、素子を動作させるために電圧を印加した直後の電流値（記号Ｉ０で表す。）に対する、一定の時間を経過した後の電流値（記号Ｉで表す。）との差の比率から次の式（１）で表せる。
ΔＩ＝（Ｉ−Ｉ０）／Ｉ０ ・・・・・式（１）
Ｉ＝Ｉ０の場合は、式（１）よりΔＩ＝０となり、電流は経時的に変化しない、即ち、電流ドリフトは無いことを意味する。Ｉ＞Ｉ０の場合は、ΔＩ＞０となり、電流は経時的に増加する増加ドリフトが起っていることを表している。ΔＩ＜０の減少ドリフトとなるのは、Ｉ０＞Ｉの場合である。 The amount of current drift (represented by the symbol ΔI) is, for example, the current value after a certain period of time (represented by the symbol I 0 ) immediately after applying a voltage for operating the element (represented by the symbol I 0 ). It can be expressed by the following formula (1) from the ratio of the difference with the symbol I.
ΔI = (I−I 0 ) / I 0 (1)
When I = I 0 , ΔI = 0 from equation (1), which means that the current does not change with time, that is, there is no current drift. In the case of I> I 0 , ΔI> 0, indicating that the current has an increasing drift that increases with time. A decrease drift of ΔI <0 occurs when I 0 > I.

素子への電流の通流を長時間に亘り継続すると、深い準位を形成する遷移金属のキャリアの捕獲作用よりも、素子の発熱の影響を受けてＩが増減する場合がある。従って、深い準位を形成する遷移金属による電流ドリフトを計測するには、比較的に短い時間を経過した後のＩを基に算出するのが妥当である。例えば、素子への電流の通流後、５分間以上で３０分間以下を経過した後の電流値をＩとするのが妥当である。   If the current flow to the element is continued for a long time, I may increase or decrease due to the influence of heat generation of the element rather than the trapping action of carriers of transition metal forming a deep level. Therefore, in order to measure the current drift due to the transition metal forming a deep level, it is appropriate to calculate based on I after a relatively short time. For example, it is appropriate that I be a current value after 5 minutes or more and 30 minutes or less have passed after current flow to the element.

ＧａＮ層に含まれる鉄、モリブデン、タンタル、クロムの各遷移金属の原子濃度を、何れも上述した範囲内（Ｆｅ≦２×１０１６ｃｍ−３、Ｍｏ≦５×１０１６ｃｍ−３、Ｔａ≦２×１０１６ｃｍ−３、Ｃｒ≦３×１０１５ｃｍ−３）に調整し、且つ、多波長発光を呈する当該ＧａＮ層を発光層とするｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の淡緑色パステル色調のＬＥＤに、順方向に、２０ｍＡの電流を通流した場合、順方向に通流を開始した直後の電流値に対し、この通流を開始してから１０分間を経過した後の順方向電流値の変化を±５％以内に収めることができる。 The atomic concentrations of transition metals such as iron, molybdenum, tantalum, and chromium contained in the GaN layer are all within the above-described ranges (Fe ≦ 2 × 10 16 cm −3 , Mo ≦ 5 × 10 16 cm −3 , Ta ≦ 2 × 10 16 cm −3 , Cr ≦ 3 × 10 15 cm −3 ) and a light green pastel color LED having a pn junction type double hetero structure using the GaN layer exhibiting multi-wavelength emission as a light emitting layer In addition, when a current of 20 mA is passed in the forward direction, the forward current value after 10 minutes has elapsed since the start of this flow with respect to the current value immediately after the start of the forward flow. The change can be kept within ± 5%.

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

（実施例１）
本実施の形態が適用される多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）単層から構成する場合を例にして、図２を用いて説明する。
図２は、本実施例１における多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層の内部のＳＩＭＳ分析による遷移金属の原子濃度の深さ方向の分布を示す図である。図２には、本実施例１におけるＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の表面から深さ方向の鉄、モリブデン、タンタル及びクロムの濃度分布が示されている。
（１１１）結晶面を表面とするアンチモン（元素記号：Ｓｂ）ドープｎ型（１１１）−シリコン（Ｓｉ）基板の表面上に、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法により、後記のＩＩＩ族窒化物半導体各層を成長させた。窒素源には、窒素ガスを高周波（１３．５６ＭＨｚ）で励起した（励起電力＝３３０ワット（単位：Ｗ））窒素プラズマを用いた。窒素プラズマを発生させるためのセル（ｃｅｌｌ）の基体と対向する開口部には、直径を０．５ｍｍとした微細な孔を複数、穿孔した円形噴出板を設け、２５０ｎｍ以上で３７０ｎｍ以下の波長領域の窒素分子の第二正帯による発光ピークの強度を減少させた。これにより、波長を７４５ｎｍとする原子状窒素の発光ピークの強度の１／１０以下とする窒素プラズマ雰囲気を形成した（図１参照）。窒素ガスの流量は毎分２．０ｃｃとした。 Example 1
An example in which the multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer to which the present embodiment is applied is composed of a single layer of gallium nitride and indium (GaInN) will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the distribution in the depth direction of the atomic concentration of the transition metal by SIMS analysis inside the multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer in Example 1. FIG. 2 shows the concentration distribution of iron, molybdenum, tantalum and chromium in the depth direction from the surface of the Ga 0.98 In 0.02 N single layer in Example 1.
On the surface of an antimony (element symbol: Sb) -doped n-type (111) -silicon (Si) substrate having a (111) crystal plane as a surface, each group III nitride semiconductor layer described later is formed by molecular beam epitaxy (MBE). Grew. As the nitrogen source, nitrogen plasma in which nitrogen gas was excited at a high frequency (13.56 MHz) (excitation power = 330 watts (unit: W)) was used. A circular jet plate having a plurality of fine holes each having a diameter of 0.5 mm is provided in an opening facing a cell base for generating nitrogen plasma, and a wavelength region of 250 nm to 370 nm. The intensity of the light emission peak due to the second positive band of the nitrogen molecule of the was reduced. As a result, a nitrogen plasma atmosphere having a wavelength of 745 nm and having an emission peak intensity of atomic nitrogen of 1/10 or less was formed (see FIG. 1). The flow rate of nitrogen gas was 2.0 cc / min.

加えて、この窒素プラズマ用セルを用いて発生させた窒素プラズマからは、波長を７４５ｎｍ、８２１ｎｍ、及び８６９ｎｍとする３本の原子状窒素による発光が観測された。また、波長を７４５ｎｍとする発光が３本のうちで最大とし、波長を８６９ｎｍとする原子状窒素による発光ピークが、波長７４５ｎｍの発光ピークに次いで高く、また、波長を８２１ｎｍとする原子状窒素による発光ピークの強度が最も低い窒素プラズマとなった（図１参照）。   In addition, light emission by three atomic nitrogens having wavelengths of 745 nm, 821 nm, and 869 nm was observed from the nitrogen plasma generated using this nitrogen plasma cell. In addition, the emission peak due to atomic nitrogen having the maximum light emission of 745 nm and the wavelength of 869 nm is the second highest after the emission peak of wavelength 745 nm, and the atomic nitrogen having a wavelength of 821 nm. Nitrogen plasma with the lowest emission peak intensity was obtained (see FIG. 1).

上記のＳｉ基板の表面上には、アルミニウム単体金属をアルミニウム源として、基体温度を７８０℃としてアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の高抵抗の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層（層厚＝３０ｎｍ）を成長した。成長時のステンレス鋼製の成長チャンバー内の圧力は５×１０−３Ｐａとした。次に、ＡｌＮ層上に、珪素（Ｓｉ）単体をドーピング源として、基板温度を７５０℃として、珪素（Ｓｉ）ドープｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層（層厚＝３μｍ、キャリア濃度＝２×１０１８ｃｍ−３）を成長させた。ガリウムのフラックス（ｆｌｕｘ）量は、１．１×１０−４Ｐａとした。成長時の成長チャンバー内の圧力は５×１０−３Ｐａとした。 On the surface of the Si substrate, an undoped high-resistance aluminum nitride (AlN) layer (layer thickness = 30 nm) was grown with an aluminum simple metal as an aluminum source and a substrate temperature of 780 ° C. The pressure in the growth chamber made of stainless steel at the time of growth was set to 5 × 10 −3 Pa. Next, on the AlN layer, silicon (Si) alone is used as a doping source, the substrate temperature is set to 750 ° C., and the silicon (Si) doped n-type gallium nitride (GaN) layer (layer thickness = 3 μm, carrier concentration = 2 × 10). 18 cm −3 ). The amount of flux of gallium was 1.1 × 10 −4 Pa. The pressure in the growth chamber during growth was set to 5 × 10 −3 Pa.

次に、ＧａＮ層上に、相分離を生じていない、層内のインジウム組成を均一とするインジウム組成を０．０２とした窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ）単層（層厚＝８００ｎｍ）を基板温度を５００℃として成長した。成長時の成長チャンバー内の圧力は５×１０−３Ｐａとした。ガリウムのフラックス量は、１．１×１０−４Ｐａとし、インジウムのフラックス量は１．３×１０−６Ｐａとした。 Next, gallium indium nitride (composition formula Ga 0.98 In 0.02 N) with 0.02 indium composition that does not cause phase separation and makes the indium composition in the layer uniform is formed on the GaN layer. The layer (layer thickness = 800 nm) was grown at a substrate temperature of 500.degree. The pressure in the growth chamber during growth was set to 5 × 10 −3 Pa. The flux amount of gallium was 1.1 × 10 −4 Pa, and the flux amount of indium was 1.3 × 10 −6 Pa.

Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の成長時には、珪素とマグネシウムとをドーピングした。珪素は、珪素単体をドーピング源としてドーピングした。ドーピング源の珪素を収納するクヌードセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ）セルの内部のＰＢＮ製ルツボ（坩堝）の温度は１１５０℃とした。マグネシウムのドーピング源には、高純度マグネシウム単体を用いた。特に、クロム、マンガン、鉄、及びニッケルの含有量をそれぞれ、０．２ｗｔ．ｐｐｍ、０．４ｗｔ．ｐｐｍ、０．３ｗｔ．ｐｐｍ、及び０．２ｗｔ．ｐｐｍとする純度９９．９９９９重量％（＝６Ｎ）のマグネシウムをドーピング源とした。ドーピング源としたマグネシウムを収納するＰＢＮ製クヌードセンセルの内部のルツボの温度は３５０℃とした。 During the growth of the Ga 0.98 In 0.02 N single layer, silicon and magnesium were doped. Silicon was doped using silicon alone as a doping source. The temperature of the PBN crucible inside the Knudsen cell containing the doping source silicon was 1150 ° C. High purity magnesium alone was used as a magnesium doping source. In particular, the content of chromium, manganese, iron, and nickel was 0.2 wt. ppm, 0.4 wt. ppm, 0.3 wt. ppm, and 0.2 wt. Magnesium having a purity of 99.9999% by weight (= 6N) to be ppm was used as a doping source. The temperature of the crucible inside the PBN Knudsen cell containing magnesium as a doping source was 350 ° C.

Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の成長中には、高速反射電子線回折（ＲＨＥＥＤ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）により、表面の構造をリアルタイムで観察した。成長中の表面からは、インジウムの組成が小さい（＝０．０２）ため、第ＩＩＩ族元素であるガリウムが窒素より化学量論的に富裕であることを示す（２×２）の再配列構造を示すＲＨＥＥＤパターンが得られた。 During the growth of the Ga 0.98 In 0.02 N monolayer, the surface structure was observed in real time by high-speed reflection electron diffraction (RHEED: Reflection High-Energy Electron Diffraction). From the growing surface, the composition of indium is small (= 0.02), indicating that the group III element gallium is stoichiometrically richer than nitrogen (2 × 2) rearranged structure A RHEED pattern showing was obtained.

室温でのフォトルミネッセンス（ＰＬ）測光では、Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層から、バンド端発光に加えて、波長を各々、３７５ｎｍ、３９２ｎｍ、４１９ｎｍ、４５５ｎｍ、５０５ｎｍ、及び５６５ｎｍとする複数の発光が観測された。即ち、４００ｎｍを超え５５０ｎｍ以下の波長の範囲で３つの発光が観測された。フォトルミネッセンス測光時にヘリウム−カドミウム（Ｈｅ−Ｃｄ）レーザ励起光を構造体の表面に照射した際の発光色はほぼ白色と視認された。 In photoluminescence (PL) photometry at room temperature, in addition to band edge emission, a wavelength of 375 nm, 392 nm, 419 nm, 455 nm, 505 nm, and 565 nm is selected from a Ga 0.98 In 0.02 N single layer. Was observed. That is, three light emissions were observed in the wavelength range of more than 400 nm and less than 550 nm. When the surface of the structure was irradiated with helium-cadmium (He-Cd) laser excitation light during photoluminescence photometry, the emission color was visually recognized as almost white.

一般的な２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により測定したＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の内部の珪素の原子濃度は、３×１０１８ｃｍ−３であった。また、マグネシウムの濃度は、原子濃度は８×１０１７ｃｍ−３であった。両元素とも層内では、略一様の濃度で分布しており、珪素に対するマグネシウムの原子濃度の比率は、０．２７であった。 The atomic concentration of silicon inside the Ga 0.98 In 0.02 N monolayer measured by a general secondary ion mass spectrometry (SIMS) method was 3 × 10 18 cm −3 . The magnesium concentration was 8 × 10 17 cm −3 . Both elements were distributed at a substantially uniform concentration in the layer, and the ratio of the atomic concentration of magnesium to silicon was 0.27.

また、図２に示すＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の表面から深さ方向の鉄、モリブデン、タンタル及びクロムの濃度分布も、一般的なＳＩＭＳ法により測定した。Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層表面の近傍の領域（表面から深さ約１００ｎｍに至る領域）での上記の遷移金属元素の急激な原子濃度の増加は、単層の表面の吸着物質による影響（干渉）と解された。上記の遷移金属元素の中では、モリブデンの原子濃度が最も高く、１×１０１６ｃｍ−３であった。鉄及びタンタル及びクロムの原子濃度は概ね、検出限界以下であった（Ｆｅの検出限界＝１×１０１５ｃｍ−３、Ｔａの検出限界＝５×１０１４ｃｍ−３、Ｃｒの検出限界＝５×１０１４ｃｍ−３）。このように、窒素プラズマを窒素源とする場合であっても、特に、第２正帯に発光を生じない窒素プラズマを使用することにより、上記の遷移金属元素をＳＩＭＳ法での検出限界以下の低濃度とするＧａＩｎＮ層を成長するのに好適であることが示された。 Further, the concentration distribution of iron, molybdenum, tantalum and chromium in the depth direction from the surface of the Ga 0.98 In 0.02 N single layer shown in FIG. 2 was also measured by a general SIMS method. The abrupt increase in atomic concentration of the transition metal element in the region near the Ga 0.98 In 0.02 N single layer surface (the region extending from the surface to a depth of about 100 nm) It was interpreted as an influence (interference). Among the above transition metal elements, molybdenum had the highest atomic concentration, which was 1 × 10 16 cm −3 . The atomic concentrations of iron, tantalum, and chromium were generally below the detection limit (Fe detection limit = 1 × 10 15 cm −3 , Ta detection limit = 5 × 10 14 cm −3 , Cr detection limit = 5 × 10 14 cm −3 ). In this way, even when nitrogen plasma is used as a nitrogen source, the transition metal element is detected below the detection limit in the SIMS method, particularly by using nitrogen plasma that does not emit light in the second positive band. It was shown that it is suitable for growing a GaInN layer having a low concentration.

（実施例２）
ここでは、本実施の形態において、波長が相違する複数の光を発する窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）単層を井戸層とする多重量子井戸構造からなる多波長発光層を構成する場合を例に挙げて説明する。
Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ単層を井戸層とするＭＱＷ構造は、表面の結晶面方位を（１１１）とするアンチモン（元素記号：Ｓｂ）ドープｎ型シリコン（Ｓｉ）を基板表面上に形成した。基板の表面は、弗化水素酸（化学式：ＨＦ）等の無機酸を使用して洗浄後、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）成長装置の成長室に搬送し、その成長室の内部を７×１０−５Ｐａの超高真空に排気した。その後、成長室の真空度を維持しつつ、基板の温度を７８０℃に昇温して、基板の表面が（７×７）構造の再配列構造を呈する迄、継続して加熱した。 (Example 2)
Here, in this embodiment, the case where a multi-wavelength light emitting layer having a multiple quantum well structure including a gallium nitride / indium (GaInN) single layer emitting a plurality of lights having different wavelengths as a well layer is taken as an example. I will explain.
The MQW structure having a Ga 0.94 In 0.06 N single layer as a well layer has antimony (element symbol: Sb) -doped n-type silicon (Si) having a surface crystal plane orientation of (111) on the substrate surface. Formed. The surface of the substrate is cleaned using an inorganic acid such as hydrofluoric acid (chemical formula: HF), and then transferred to a growth chamber of a molecular beam epitaxial (MBE) growth apparatus. The inside of the growth chamber is 7 × 10 −. It was evacuated to an ultra high vacuum of 5 Pa. Thereafter, while maintaining the degree of vacuum in the growth chamber, the temperature of the substrate was raised to 780 ° C., and heating was continued until the surface of the substrate exhibited a rearranged structure of (7 × 7) structure.

（７×７）構造の再配列構造を呈するように清浄化された（１１１）−シリコン基板の表面上には、高周波（＝１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマ化させた上記の実施例１に記載の窒素プラズマを用いたＭＢＥ法により、アンドープの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層（層厚＝５ｎｍ）を７６０℃で形成した。窒素ガスの流量は毎分０．４ｃｃとし、また、アルミニウム（Ａｌ）フラックス量は７．２×１０−６Ｐａとした。 On the surface of the (111) -silicon substrate cleaned so as to exhibit a rearrangement structure of (7 × 7) structure, a high frequency (= 13.56 MHz) is applied to form a plasma. An undoped aluminum nitride (AlN) layer (layer thickness = 5 nm) was formed at 760 ° C. by the MBE method using nitrogen plasma described in 1). The flow rate of nitrogen gas was 0.4 cc / min, and the amount of aluminum (Al) flux was 7.2 × 10 −6 Pa.

ＡｌＮ層上には、上記の高周波窒素プラズマＭＢＥ法により、アンドープの窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＸＧａ１−ＸＮ）組成勾配層（層厚＝３００ｎｍ）を７６０℃で堆積した。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ組成勾配層のアルミニウム（Ａｌ）組成比（Ｘ）は、ＡｌＮ層との接合面から組成勾配層の表面に向けて、０．３０から０（零）へと、組成勾配層の層厚の増加に比例してＡｌ組成を直線的に連続的に減少させた。組成勾配層の成長時には、窒素ガスの流量は毎分０．４ｃｃと一定とし、また、ガリウムのフラックス量も１．３×１０−４Ｐａと一定とした。一方で、アルミニウムフラックス量は、組成勾配層の成長開始時には７．２×１０−６Ｐａとし、それより成長時間の経過と共に直線的に減少させた。組成勾配層の成長終了時にはＡｌＮ層の表面へ向けてのＡｌのフラックスを遮断した。 On the AlN layer, an undoped aluminum gallium nitride (Al X Ga 1-X N) composition gradient layer (layer thickness = 300 nm) was deposited at 760 ° C. by the above-described high-frequency nitrogen plasma MBE method. The aluminum (Al) composition ratio (X) of the Al X Ga 1-X N composition gradient layer is a composition from 0.30 to 0 (zero) from the bonding surface with the AlN layer toward the surface of the composition gradient layer. The Al composition was decreased linearly and continuously in proportion to the increase in the thickness of the gradient layer. During the growth of the composition gradient layer, the flow rate of nitrogen gas was kept constant at 0.4 cc / min, and the flux amount of gallium was also kept constant at 1.3 × 10 −4 Pa. On the other hand, the aluminum flux amount was set to 7.2 × 10 −6 Pa at the start of growth of the composition gradient layer, and decreased linearly with the passage of the growth time. At the end of the growth of the composition gradient layer, the Al flux toward the surface of the AlN layer was blocked.

ＡｌＸＧａ１−ＸＮ組成勾配層（Ｘ＝０．３→０）上には、窒素プラズマＭＢＥ法により、珪素ドープｎ型ＧａＮ層を堆積した。ＧａＮ層の層厚は１８００ｎｍとなるように、また、キャリア濃度は４×１０１８ｃｍ−３となるように成長条件を設定した。このＧａＮ層の層厚は１０００ｎｍを超える厚い膜のため、この層を成長するときに限り、一つのＭＢＥ成長チャンバーに取り付けた２機の高周波窒素プラズマ発生装置から窒素プラズマを発生させた。窒素ガスの流量は各々の発生装置につき毎分１．５ｃｃに設定した。２機のプラズマ装置から発生させた窒素プラズマは何れも図１に示したのと同様のスペクトルを呈した。ガリウムのフラックス量を１．３×１０−４Ｐａとして、１２０分間でＧａＮ層の成長を終了した。ＧａＮ層の成長の途中時及び終了時での表面再配列構造は、ガリウムを窒素よりも化学量論的に富裕に含むことを示す（２×２）構造であった。 A silicon-doped n-type GaN layer was deposited on the Al X Ga 1-X N composition gradient layer (X = 0.3 → 0) by nitrogen plasma MBE. The growth conditions were set so that the thickness of the GaN layer was 1800 nm and the carrier concentration was 4 × 10 18 cm −3 . Since the GaN layer has a thickness exceeding 1000 nm, nitrogen plasma was generated from two high-frequency nitrogen plasma generators attached to one MBE growth chamber only when this layer was grown. The flow rate of nitrogen gas was set to 1.5 cc / min for each generator. Both nitrogen plasmas generated from the two plasma devices exhibited the same spectrum as shown in FIG. The growth of the GaN layer was completed in 120 minutes by setting the flux amount of gallium to 1.3 × 10 −4 Pa. The surface rearrangement structure during and after the growth of the GaN layer was a (2 × 2) structure indicating that gallium was stoichiometrically richer than nitrogen.

ｎ型ＧａＮ層の（２×２）再配列構造を有する表面上には、上記の高周波窒素プラズマＭＢＥ法により、基板の温度を５５０℃として、多重量子井戸構造の障壁層とするアンドープｎ型ＧａＮ層（層厚＝２６ｎｍ）を堆積した。次に、同じく上記の窒素プラズマＭＢＥ法により、５５０℃で、このｎ型ＧａＮ障壁層に接合させて、珪素とマグネシウムを含むｎ型窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ）からなる井戸層（層厚＝４ｎｍ）を設けた。このｎ型障壁層とｎ型井戸層とからなる一対の構造単位を８対（８ペア（ｐａｉｒ））積層させた後、最上層として上記のｎ型ＧａＮ障壁層を堆積し、全体としてｎ型の伝導を呈する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層を形成した。 On the surface having the (2 × 2) rearrangement structure of the n-type GaN layer, the substrate temperature is set to 550 ° C. by the above-described high-frequency nitrogen plasma MBE method, and the undoped n-type GaN serving as the barrier layer of the multiple quantum well structure A layer (layer thickness = 26 nm) was deposited. Next, the n-type gallium nitride / indium mixed crystal (Ga 0.94 In 0.06 N) containing silicon and magnesium is bonded to the n-type GaN barrier layer at 550 ° C. by the same nitrogen plasma MBE method. ) Well layer (layer thickness = 4 nm) was provided. After a pair of structural units composed of the n-type barrier layer and the n-type well layer are stacked (eight pairs), the above-mentioned n-type GaN barrier layer is deposited as the uppermost layer, and the n-type barrier unit as a whole is deposited. A light emitting layer having a multiple quantum well (MQW) structure exhibiting the following conductivity was formed.

上記の発光層をなす多重量子井戸構造の一井戸層をなすＧａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎからは、波長が相違する多数の発光が出射された。バンド端発光に加え、４００ｎｍ以上で５５０ｎｍ以下の波長範囲で２個、５００ｎｍを超え７５０ｎｍ以下の波長帯域で４個、即ち、４００ｎｍ以上で７５０ｎｍ以下の波長帯域で合計６個の発光が出射された。 From Ga 0.94 In 0.06 N forming one well layer of the multiple quantum well structure forming the light emitting layer, a large number of light emissions having different wavelengths were emitted. In addition to band edge emission, 2 lights were emitted in the wavelength range from 400 nm to 550 nm, 4 lights in the wavelength band from 500 nm to 750 nm, that is, a total of 6 lights were emitted in the wavelength band from 400 nm to 750 nm. .

上記の多重量子井戸構造の障壁層をなすＧａＮ層の成長途中及び終了時のＲＨＥＥＤパターンは何れも（２×２）再配列構造を示した。また、上記の多重量子井戸構造の井戸層をなすＧａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ層の成長途中及び終了時のＲＨＥＥＤパターンは何れも（３×１）再配列構造を示した。このことから、上記の多重量子井戸構造に於ける一対の構造単位は、ガリウムを窒素より化学量論的に富裕に含むＧａＮ層と、第ＩＩＩ族元素（ガリウムとインジウム）を窒素より化学量論的に富裕に含むＧａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ層とから構成されるものとなった。 The RHEED pattern during and after the growth of the GaN layer forming the barrier layer having the multiple quantum well structure described above showed a (2 × 2) rearranged structure. In addition, the RHEED pattern during the growth and at the end of the Ga 0.94 In 0.06 N layer forming the well layer of the multiple quantum well structure showed a (3 × 1) rearranged structure. From this, a pair of structural units in the above-mentioned multiple quantum well structure is composed of a GaN layer containing gallium in a stoichiometrically richer form than nitrogen, and a group III element (gallium and indium) in a stoichiometric form from nitrogen. In other words, it is composed of a Ga 0.94 In 0.06 N layer that is richly contained.

一般的なＳＩＭＳ分析法に依れば、Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０６Ｎ井戸層に含まれる珪素の原子濃度は２×１０１８ｃｍ−３であった。また、マグネシウムの原子濃度は、珪素の原子濃度よりも低く、且つ、窒化ガリウム・インジウム（ＧａＩｎＮ）層の表面を急激に乱雑なものとするマグネシウム（Ｍｇ）の臨界的な原子濃度（＝３×１０１８ｃｍ−３）未満の４×１０１７ｃｍ−３であった。このため、上記の８対の構造単位を積層させた多重量子井戸構造の表面は凹凸が無い良好な平坦面となった。 According to a general SIMS analysis method, the atomic concentration of silicon contained in the Ga 0.94 In 0.06 N well layer was 2 × 10 18 cm −3 . Further, the atomic concentration of magnesium is lower than the atomic concentration of silicon, and the critical atomic concentration of magnesium (Mg) that makes the surface of the gallium nitride indium (GaInN) layer suddenly messy (= 3 × 10 18 cm -3) than it was the 4 × 10 17 cm -3. For this reason, the surface of the multiple quantum well structure in which the above eight pairs of structural units were laminated was a good flat surface without irregularities.

Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ井戸層を含め多重量子井戸構造の内部での鉄、モリブデン、タンタル及びクロムの原子濃度を一般的なＳＩＭＳ法により測定した。その結果、上記の遷移金属元素の原子濃度は、何れも検出限界以下であった。因みに、ＳＩＭＳ測定時のモリブデン及び鉄の検出限界は、いずれも１×１０１５ｃｍ−３であった。また、タンタル及びクロムは、いずれも５×１０１４ｃｍ−３であった。即ち、第２正帯に発光を生じない窒素プラズマを窒素源とすれば上記の遷移金属類の含量の少ない多波長の発光を呈するＧａＩｎＮ層を成長するのに好適であることが示された。 The atomic concentrations of iron, molybdenum, tantalum and chromium in the multiple quantum well structure including the Ga 0.98 In 0.02 N well layer were measured by a general SIMS method. As a result, the atomic concentrations of the above transition metal elements were all below the detection limit. Incidentally, the detection limits of molybdenum and iron at the time of SIMS measurement were all 1 × 10 15 cm −3 . Moreover, all of tantalum and chromium were 5 × 10 14 cm −3 . That is, it was shown that using nitrogen plasma that does not emit light in the second positive band as a nitrogen source is suitable for growing a GaInN layer exhibiting multi-wavelength light emission with a small content of the transition metals.

（実施例３）
本実施例３では、波長を異にする複数の発光をもたらす多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層を含む積層体を用いてＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤを構成する場合を例に挙げて説明する。
本実施例３では、上記の実施例２に記載のＭＱＷ構造を発光層として利用し、その発光層上に、５２０℃でＭｇドープｐ型ＧａＮ層（層厚＝９０ｎｍ）を設けて、発光ダイオード（ＬＥＤ）用途のｐｎ接合型ダブルヘテロ構造の積層体を形成した。窒素プラズマＭＢＥ法により、このｐ型ＧａＮ層を成長させる際にも、窒素分子の第２正帯による発光を生じない窒素プラズマを窒素源として用いた。ｐ型ＧａＮ層の内部のマグネシウム（Ｍｇ）の原子濃度は１×１０１９ｃｍ−３でとなるように成長条件を設定した。 (Example 3)
In Example 3, a case where a group III nitride semiconductor LED is configured using a multilayer body including a multi-wavelength group III nitride semiconductor single layer that emits a plurality of light having different wavelengths will be described as an example. .
In Example 3, the MQW structure described in Example 2 above is used as a light emitting layer, and an Mg doped p-type GaN layer (layer thickness = 90 nm) is provided on the light emitting layer at 520 ° C. (LED) A laminated body having a pn junction type double hetero structure for use was formed. When growing this p-type GaN layer by the nitrogen plasma MBE method, nitrogen plasma that does not emit light due to the second positive band of nitrogen molecules was used as a nitrogen source. The growth conditions were set so that the atomic concentration of magnesium (Mg) inside the p-type GaN layer was 1 × 10 19 cm −3 .

その後、一般的なドライエッチング法により、ｎ型オーミック電極を形成する領域に在るＭｇドープｐ型ＧａＮ層及びＭＱＷ発光層を除去した。これらの層を除去して露出させたｎ型窒化ガリウム層の表面には、ｎ型オーミック電極を形成した。一方、エッチング後に残置したｐ型ＧａＮ層の表面にはｐ型オーミック電極とそれに電気的に導通する台座（ｐａｄ）電極を形成し、発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。一辺の長さを約３５０ミクロンメートル（単位：μｍ）とする正方形の平面形状のＬＥＤチップ（ｃｈｉｐ）の表面上には、白色光をもたらすための蛍光体を設けることはしなかった。   Thereafter, the Mg-doped p-type GaN layer and the MQW light emitting layer in the region for forming the n-type ohmic electrode were removed by a general dry etching method. An n-type ohmic electrode was formed on the surface of the n-type gallium nitride layer exposed by removing these layers. On the other hand, on the surface of the p-type GaN layer left after etching, a p-type ohmic electrode and a pedestal (pad) electrode electrically connected thereto were formed to produce a light emitting diode (LED). A phosphor for producing white light was not provided on the surface of a square planar LED chip having a side length of about 350 μm (unit: μm).

作製したＬＥＤからは、目視で白色の発光色が確認された。また、ＭＱＷ構造の内部での鉄等の遷移金属の原子濃度は上記の第２実施例に記載の如く、何れも検出限界以下であったため、順方向電圧を３．５Ｖに固定して２０ｍＡの順方向電流の経時変化（電流ドリフト）を測定したところ、通流を開始した後から２５分間後の順方向電流に経時的な変化は殆どなかった。   From the produced LED, a white emission color was confirmed visually. Further, since the atomic concentration of transition metal such as iron in the MQW structure was below the detection limit as described in the second embodiment, the forward voltage was fixed at 3.5 V and 20 mA. When the change with time (current drift) of the forward current was measured, there was almost no change with time in the forward current 25 minutes after the start of flow.

（比較例１）
本比較例１では、遷移金属元素を多量に含む発光層を用いて試作したＬＥＤの性能を、上記の実施例３に係るＬＥＤと比較して説明する。
図３は、本比較例１に記載の窒素プラズマの発光スペクトルである。図３には、本比較例１に於いて、上記の実施例３に記載したＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ井戸層を成長させるのに利用した窒素プラズマのスペクトルが示されている。図４は、本比較例１に記載のＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層の表面から深さ方向の鉄、モリブデン、タンタル及びクロムの濃度分布を示す図である。図４には、窒素に関係するイオンを多量に含む窒素プラズマを用いて成長させた場合の井戸層内部の遷移金属元素の原子濃度の深さ方向の分布を示すＳＩＭＳ分析図が示されている。 (Comparative Example 1)
In this comparative example 1, the performance of an LED fabricated using a light emitting layer containing a large amount of a transition metal element will be described in comparison with the LED according to the above example 3.
FIG. 3 is an emission spectrum of the nitrogen plasma described in Comparative Example 1. FIG. 3 shows the spectrum of nitrogen plasma used for growing the Ga 0.98 In 0.02 N well layer described in Example 3 in the first comparative example. FIG. 4 is a diagram showing the concentration distribution of iron, molybdenum, tantalum and chromium in the depth direction from the surface of the Ga 0.98 In 0.02 N single layer described in Comparative Example 1. FIG. 4 shows a SIMS analysis diagram showing the distribution in the depth direction of the atomic concentration of the transition metal element inside the well layer when grown using nitrogen plasma containing a large amount of ions related to nitrogen. .

上記の第３実施例に記載したＬＥＤ用途の積層構造体を形成するのに際し、ＭＱＷ構造の発光層を構成するＧａＮ障壁層とＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ井戸層を成長させる場合に限り、窒素源として、窒素分子の第２正帯による高強度の発光を生ずる窒素プラズマ（図３参照）を利用した。窒素分子の第２正帯での発光強度は、図１に示した窒素プラズマ（図１参照）の約１００倍であった。 Only when the GaN barrier layer and the Ga 0.98 In 0.02 N well layer constituting the light emitting layer of the MQW structure are grown when forming the laminated structure for LED described in the third embodiment. As the nitrogen source, nitrogen plasma (see FIG. 3) that generates high-intensity light emission by the second positive band of nitrogen molecules was used. The emission intensity of the second positive band of nitrogen molecules was about 100 times that of the nitrogen plasma shown in FIG. 1 (see FIG. 1).

前述したように、図４には、積層構造体の表面からの深さ方向の鉄等の遷移金属の原子濃度の分布が示されている。図４に示すように、ＭＱＷ構造発光層の内部に含まれる鉄、モリブデン及びタンタルの原子濃度は、上述した原子濃度の範囲内（Ｆｅ≦２×１０１６ｃｍ−３、Ｍｏ≦５×１０１６ｃｍ−３、Ｔａ≦２×１０１６ｃｍ−３）であった。しかし、クロムのＣｒの原子濃度は約１×１０１６ｃｍ−３であり、上述した原子濃度の範囲（Ｃｒ≦３×１０１５ｃｍ−３）を超え、クロムが高濃度に存在していた。 As described above, FIG. 4 shows the distribution of atomic concentrations of transition metals such as iron in the depth direction from the surface of the laminated structure. As shown in FIG. 4, the atomic concentrations of iron, molybdenum, and tantalum contained in the MQW structure light emitting layer are within the above-described atomic concentration ranges (Fe ≦ 2 × 10 16 cm −3 , Mo ≦ 5 × 10 16). cm −3 , Ta ≦ 2 × 10 16 cm −3 ). However, the Cr atomic concentration of chromium was about 1 × 10 16 cm −3 , exceeding the above-described atomic concentration range (Cr ≦ 3 × 10 15 cm −3 ), and chromium was present at a high concentration.

図５は、本比較例１に記載のＬＥＤの電流ドリフトを示す図である。本比較例１において作製したＬＥＤからは、目視で白色の発光色が確認されるものの、その発光強度は、実施例３に記載したＬＥＤのそれの約７０％と弱かった。また、ＭＱＷ構造の井戸層をなすＧａ０．９８Ｉｎ０．０２Ｎ単層に含まれるクロムの原子濃度が、上述した原子濃度の範囲（Ｃｒ≦３×１０１５ｃｍ−３）を上回っていたため、順方向電圧を３．５Ｖに固定して２０ｍＡの順方向電流を通流し始めてから２５分間に亘る経時変化（電流ドリフト）は、（−）８％と大きくなった。 FIG. 5 is a diagram showing the current drift of the LED described in the first comparative example. Although a white light emission color was visually confirmed from the LED produced in this Comparative Example 1, the light emission intensity was weak, about 70% of that of the LED described in Example 3. In addition, the atomic concentration of chromium contained in the Ga 0.98 In 0.02 N single layer forming the MQW structure well layer exceeded the above-described atomic concentration range (Cr ≦ 3 × 10 15 cm −3 ). The change over time (current drift) over 25 minutes after the forward voltage was fixed at 3.5 V and the forward current of 20 mA was started to flow was as large as (−) 8%.

多波長光を同時に発光する機能は、換言すれば、波長が相違する複数の光を吸収する機能である。従って、本実施の形態が適用される多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層は、単一の波長の光のみならず、波長が相違する複数の光を効率的に吸収する光電変換のための光吸収層、例えば、太陽電池の受光層を構成するのに優位となる。特に、遷移金属元素の含有量の少ない多波長同時発光ＩＩＩ族窒化物半導体単層は、ディープレベルの電子又は正孔の捕獲による励起電流の経時的変化を抑制できるため利便に用いることができる。   In other words, the function of simultaneously emitting multi-wavelength light is a function of absorbing a plurality of lights having different wavelengths. Therefore, the multi-wavelength simultaneous emission group III nitride semiconductor single layer to which the present embodiment is applied is for photoelectric conversion that efficiently absorbs not only light of a single wavelength but also a plurality of lights having different wavelengths. This is advantageous in constructing a light absorption layer, for example, a light receiving layer of a solar cell. In particular, a multi-wavelength simultaneous light emitting group III nitride semiconductor single layer having a low transition metal element content can be conveniently used because it can suppress a change in excitation current over time due to capture of deep level electrons or holes.

Claims (20)

基体と、
前記基体上に形成され、ドナー不純物とアクセプター不純物が添加され且つガリウムを必須の構成元素として含むガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層と、を備え、
前記多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層は、
窒素を含む第Ｖ族元素よりガリウムを含む第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含み、
原子濃度が６×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲の珪素と、
原子濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下の範囲のマグネシウムと、
合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の範囲の遷移金属元素と、を含み、
且つ、バンド端発光とは別に、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯域において波長が異なる３個以上の光を同時に出射する
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。 A substrate;
A multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer that is formed on the substrate, is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer containing a donor impurity and an acceptor impurity and containing gallium as an essential constituent element;
The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer includes:
Stoichiometrically richer Group III elements containing gallium than Group V elements containing nitrogen,
Silicon having an atomic concentration in the range of 6 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 ;
Magnesium having an atomic concentration in the range of 5 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 ;
A transition metal element having a total atomic concentration in the range of 1 × 10 17 cm −3 or less,
In addition to the band edge light emission, a group III nitride semiconductor device that simultaneously emits three or more lights having different wavelengths in a wavelength band of 400 nm to 750 nm. 前記波長帯域が、波長５００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。   The group III nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the wavelength band is a wavelength of 500 nm or more and 750 nm or less. 前記波長帯域が、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。   The group III nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the wavelength band is a wavelength of 400 nm or more and 550 nm or less. 前記遷移金属元素が、鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。   The group III nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal element is at least one selected from iron, molybdenum, tantalum, and chromium. 鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種の前記遷移金属の合計の原子濃度が、マグネシウムの原子濃度より低いことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。   The group III nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the total atomic concentration of at least one transition metal selected from iron, molybdenum, tantalum and chromium is lower than the atomic concentration of magnesium. 鉄の原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。 The group III nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the atomic concentration of iron is 2 × 10 16 cm −3 or less. モリブデンの原子濃度が、５×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。 The group III nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the atomic concentration of molybdenum is 5 × 10 16 cm −3 or less. タンタルの原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。 6. The group III nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the atomic concentration of tantalum is 2 × 10 16 cm −3 or less. クロムの原子濃度が、３×１０１５ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。 The group III nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the atomic concentration of chromium is 3 × 10 15 cm −3 or less. マグネシウムの原子濃度が珪素の原子濃度より低く、且つ、各遷移金属の原子濃度より高いことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。   10. The group III nitride semiconductor device according to claim 6, wherein the atomic concentration of magnesium is lower than the atomic concentration of silicon and higher than the atomic concentration of each transition metal. 基体上に形成されたガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体層である多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層であって、
ドナー（ｄｏｎｏｒ）不純物とアクセプター（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純物が添加され、且つ必須の構成元素としてガリウム（元素記号：Ｇａ）を含み、
窒素を含む第Ｖ族元素よりガリウムを含む第ＩＩＩ族元素を化学量論的に富裕に含み、
原子濃度が６×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲の珪素と、
原子濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下の範囲のマグネシウムと、
合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の範囲の遷移金属元素と、を含み、
且つ、バンド端発光とは別に、波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯域で波長が異なる３個以上の光を同時に出射する
ことを特徴とする多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 A multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer which is a gallium-containing group III nitride semiconductor layer formed on a substrate,
A donor impurity and an acceptor impurity are added, and gallium (element symbol: Ga) is included as an essential constituent element;
Stoichiometrically richer Group III elements containing gallium than Group V elements containing nitrogen,
Silicon having an atomic concentration in the range of 6 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 ;
Magnesium having an atomic concentration in the range of 5 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 ;
A transition metal element having a total atomic concentration in the range of 1 × 10 17 cm −3 or less,
In addition to the band edge emission, a multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer that simultaneously emits three or more lights having different wavelengths in a wavelength band of 400 nm to 750 nm. 前記波長帯域が、波長５００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。   The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 11, wherein the wavelength band is 500 nm or more and 750 nm or less. 前記波長帯域が、波長４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。   The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 11, wherein the wavelength band is from 400 nm to 550 nm. 前記遷移金属が、鉄（元素記号：Ｆｅ）、モリブデン（元素記号：Ｍｏ）、タンタル（元素記号：Ｔａ）及びクロム（元素記号：Ｃｒ）から選ばれる少なくとも１種であり、且つ、当該遷移金属の合計の原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 The transition metal is at least one selected from iron (element symbol: Fe), molybdenum (element symbol: Mo), tantalum (element symbol: Ta), and chromium (element symbol: Cr), and the transition metal 14. The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 11, wherein the total atomic concentration of is not more than 1 × 10 17 cm −3 . 鉄、モリブデン、タンタル及びクロムから選ばれる少なくとも１種の前記遷移金属の合計の原子濃度が、マグネシウムの原子濃度より低いことを特徴とする請求項１４に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。   The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 14, wherein the total atomic concentration of at least one transition metal selected from iron, molybdenum, tantalum and chromium is lower than the atomic concentration of magnesium. . 鉄の原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 15, wherein the atomic concentration of iron is 2 × 10 16 cm −3 or less. モリブデンの原子濃度が、５×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 15, wherein the atomic concentration of molybdenum is 5 × 10 16 cm −3 or less. タンタルの原子濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 15, wherein an atomic concentration of tantalum is 2 × 10 16 cm −3 or less. クロムの原子濃度が、３×１０１５ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１５に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。 The multi-wavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to claim 15, wherein an atomic concentration of chromium is 3 × 10 15 cm −3 or less. マグネシウムの原子濃度が珪素の原子濃度より低く、且つ、各遷移金属の原子濃度より高いことを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の多波長発光ＩＩＩ族窒化物半導体層。   The multiwavelength light emitting group III nitride semiconductor layer according to any one of claims 16 to 19, wherein the atomic concentration of magnesium is lower than the atomic concentration of silicon and higher than the atomic concentration of each transition metal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019004047A (en) * 2017-06-15 2019-01-10 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, method for manufacturing nitride semiconductor laminate, method for manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate and method for manufacturing semiconductor device
JP2021063007A (en) * 2021-01-13 2021-04-22 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate and semiconductor device

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03246932A (en) * 1990-02-26 1991-11-05 Fujitsu Ltd Manufacture equipment for semiconductor
JPH04145621A (en) * 1990-10-08 1992-05-19 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor thin film vapor growth device
JPH04364719A (en) * 1991-06-12 1992-12-17 Hitachi Ltd Apparatus for forming semiconductor film
JP3121617B2 (en) * 1994-07-21 2001-01-09 松下電器産業株式会社 Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP3341492B2 (en) * 1994-09-16 2002-11-05 豊田合成株式会社 Group III nitride semiconductor light emitting device
JP3341484B2 (en) * 1994-09-01 2002-11-05 豊田合成株式会社 Group III nitride semiconductor light emitting device
JPH0936429A (en) * 1995-07-25 1997-02-07 Sumitomo Chem Co Ltd Fabrication of iii-v compound semiconductor
JP3637662B2 (en) * 1995-12-28 2005-04-13 豊田合成株式会社 Group 3 nitride semiconductor light emitting device
JPH1012969A (en) * 1996-06-19 1998-01-16 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JPH10167900A (en) * 1996-12-03 1998-06-23 Nissin Electric Co Ltd Epitaxial growth apparatus
EP0902487A3 (en) * 1997-09-05 2000-10-25 Honnavalli R. Vydyanath A semiconductor device and method of fabrication thereof
JP2002314128A (en) * 2002-03-20 2002-10-25 Sumitomo Chem Co Ltd Iii-v compound semiconductor
JP2004088130A (en) * 2003-12-11 2004-03-18 Showa Denko Kk Group iii nitride semiconductor light emitting diode
JP4705384B2 (en) * 2004-03-04 2011-06-22 昭和電工株式会社 Gallium nitride semiconductor device
JP2009081379A (en) * 2007-09-27 2009-04-16 Showa Denko Kk Group iii nitride semiconductor light-emitting device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019004047A (en) * 2017-06-15 2019-01-10 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, method for manufacturing nitride semiconductor laminate, method for manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate and method for manufacturing semiconductor device
CN110731002A (en) * 2017-06-15 2020-01-24 赛奥科思有限公司 Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, method for manufacturing nitride semiconductor laminate, method for manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate, and method for manufacturing semiconductor device
US11600704B2 (en) 2017-06-15 2023-03-07 Sumitomo Chemical Company, Limited Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, method of manufacturing nitride semiconductor laminate, method of manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate and method of manufacturing semiconductor device
CN110731002B (en) * 2017-06-15 2024-02-02 住友化学株式会社 Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, method for producing nitride semiconductor laminate, method for producing nitride semiconductor self-supporting substrate, and method for producing semiconductor device
JP2021063007A (en) * 2021-01-13 2021-04-22 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate and semiconductor device
JP7181321B2 (en) 2021-01-13 2022-11-30 株式会社サイオクス nitride semiconductor laminate

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