JP3063757B1 - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device

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JP3063757B1
JP3063757B1 JP11290999A JP11290999A JP3063757B1 JP 3063757 B1 JP3063757 B1 JP 3063757B1 JP 11290999 A JP11290999 A JP 11290999A JP 11290999 A JP11290999 A JP 11290999A JP 3063757 B1 JP3063757 B1 JP 3063757B1
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公二 谷沢
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Abstract

【要約】 【課題】 多重量子井戸構造の活性層を用い種々の応用
製品への適用範囲の拡大を可能とするため、発光出力が
より向上し、静電耐圧が良好な窒化物半導体発光素子を
提供することである。 【解決手段】 基板1上に、少なくともアンドープ窒化
物半導体の下層5a、n型不純物ドープ窒化物半導体の
中間層5b、及びアンドープ窒化物半導体の上層5cの
少なくとも3層が順に積層されてなるn側第1多層膜層
5を含み、前記活性層7が、InaGa1-aN(0≦a<
1)を含んでなる多重量子井戸構造であり、更に、互い
にバンドギャップエネルギーが異なり且つ互いにp型不
純物濃度が異なる又は同一の第3と第4の窒化物半導体
層とが積層されてなるp側多層膜クラッド層8、又はp
型不純物を含みAlbGa1-bN(0≦b≦1)よりなる
p側単一膜クラッド層8を含む。
Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting device with improved light emission output and good electrostatic withstand voltage in order to enable an application range to be applied to various application products by using an active layer having a multiple quantum well structure. To provide. SOLUTION: On an n-side, at least three layers of an undoped nitride semiconductor lower layer 5a, an n-type impurity-doped nitride semiconductor intermediate layer 5b, and an undoped nitride semiconductor upper layer 5c are sequentially laminated on a substrate 1. The active layer 7 includes a first multilayer film layer 5, and the active layer 7 is made of In a Ga 1-a N (0 ≦ a <
1) and a p-side formed by stacking third and fourth nitride semiconductor layers having different band gap energies and different or the same p-type impurity concentrations from each other. Multilayer clad layer 8 or p
A p-side single film clad layer 8 made of Al b Ga 1 -bN (0 ≦ b ≦ 1) containing a p - type impurity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード(LE
D)、レーザダイオード(LD)、太陽電池、光センサ
ー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パ
ワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導
体(例えば、InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X
+Y≦1)素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode (LE).
D), a nitride semiconductor used for a light emitting element such as a laser diode (LD), a solar cell, an optical sensor, a light receiving element, or an electronic device such as a transistor or a power device (for example, In X Al Y Ga 1 -XYN). , 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X
+ Y ≦ 1) Regarding the element.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色LED、純緑
色LEDの材料として、フルカラーLEDディスプレ
イ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源
で実用化されている。これらのLED素子は基本的に、
サファイア基板上にGaNよりなるバッファ層と、Si
ドープGaNよりなるn側コンタクト層と、単一量子井
戸構造(SQW:Single-Quantum- Well)のInGa
N、あるいはInGaNを有する多重量子井戸構造(M
QW:Multi-Quantum-Well)の活性層と、MgドープA
lGaNよりなるp側クラッド層と、MgドープGaN
よりなるp側コンタクト層とが順に積層された構造を有
しており、20mAにおいて、発光波長450nmの青
色LEDで5mW、外部量子効率9.1%、520nm
の緑色LEDで3mW、外部量子効率6.3%と非常に
優れた特性を示す。多重量子井戸構造は、複数のミニバ
ンドからなる構造を有し、効率よく、小さな電流でも発
光が実現することから、単一量子井戸構造より発光出力
が高くなる等の素子特性の向上が期待される。また例え
ば、多重量子井戸構造の活性層を用いたLED素子とし
て、特開平10−135514号公報には、発光効率及
び発光光度を良好とするため、少なくともアンドープの
GaNからなるバリア層、アンドープのInGaNから
なる井戸層からなる多重量子井戸構造の発光層、更に発
光層のバリア層よりも広いバンドギャップを持つクラッ
ド層を有する窒化物半導体素子が開示されている。
2. Description of the Related Art Nitride semiconductors have been put into practical use as materials for high-brightness blue LEDs and pure green LEDs in various light sources such as full-color LED displays, traffic signal lights, and image scanner light sources. These LED elements are basically
A buffer layer of GaN on a sapphire substrate;
N-side contact layer made of doped GaN and InGa of a single quantum well structure (SQW: Single-Quantum-Well)
Multiple quantum well structure with N or InGaN (M
QW: Multi-Quantum-Well) active layer and Mg-doped A
a p-side cladding layer of lGaN and Mg-doped GaN
And a p-side contact layer composed of a blue LED with an emission wavelength of 450 nm at 5 mA and an external quantum efficiency of 9.1% and 520 nm at 20 mA.
3mW and an external quantum efficiency of 6.3%, which are very excellent characteristics. The multiple quantum well structure has a structure composed of a plurality of minibands, and can efficiently emit light even with a small current. Therefore, improvement in device characteristics such as higher light emission output than a single quantum well structure is expected. You. Also, for example, as an LED element using an active layer having a multiple quantum well structure, JP-A-10-135514 discloses at least a barrier layer made of undoped GaN, an undoped InGaN in order to improve luminous efficiency and luminous intensity. There is disclosed a nitride semiconductor device having a light emitting layer having a multiple quantum well structure composed of a well layer made of, and a cladding layer having a wider band gap than a barrier layer of the light emitting layer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の素子をLED素子として、照明用光源、直射日光の
当たる屋外ディスプレイ等に使用するためには発光出力
が十分満足できるものでない。このように多重量子井戸
構造の活性層は、発光出力の飛躍的な向上が考えられる
が、その予想される可能性を十分に発揮させ難い。更に
また、窒化物半導体からなる素子は、その構造上、人体
に生じる静電気より遙かに弱い100Vの電圧でさえも
劣化する可能性がある。例えば、帯電防止処理された袋
等から取り出す際、また製品に応用する際等、劣化する
危険性が考えられる。窒化物半導体素子の信頼性をより
高めるには、このような劣化の危険性をなくすことが望
まれる。
However, in order to use the above-mentioned conventional element as an LED element for a light source for lighting, an outdoor display exposed to direct sunlight, or the like, the light emission output is not sufficiently satisfactory. As described above, the active layer having the multiple quantum well structure can dramatically improve the light emission output, but it is difficult to sufficiently exhibit the expected possibility. Furthermore, a device made of a nitride semiconductor may deteriorate due to its structure even at a voltage of 100 V, which is much weaker than static electricity generated in a human body. For example, there is a risk of deterioration when taking out from a bag or the like that has been subjected to antistatic treatment, or when applying it to a product. In order to further enhance the reliability of the nitride semiconductor device, it is desired to eliminate such a risk of deterioration.

【0004】そこで、本発明の目的は、多重量子井戸構
造の活性層を用い種々の応用製品への適用範囲の拡大を
可能とするため、発光出力がより向上し、静電耐圧が良
好な窒化物半導体発光素子を提供することである。
[0004] Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-quantum well structure active layer that can be used in a wide range of application products, so that the light emitting output is further improved and the electrostatic breakdown voltage is improved. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device.

【0005】すなわち、本発明は、以下の(1)〜(1
1)の構成により本発明の目的を達成することができ
る。 (1) 基板上に、バッファ層を介して形成されたn側
窒化物半導体層、活性層及びp側窒化物半導体層を有す
る窒化物半導体素子において、前記n側窒化物半導体層
は、膜厚100〜10000Åのアンドープの窒化物半
導体からなる下層、n型不純物がドープされた窒化物半
導体からなる中間層、アンドープの窒化物半導体からな
る上層の少なくとも3層が順に積層されてなるn側第1
多層膜層を含むことを特徴とする窒化物半導体素子。 (2) 前記活性層が、InaGa1-aN(0≦a<1)
層を含んでなる多重量子井戸構造である前記(1)記載
の窒化物半導体素子。 (3) 前記中間層の膜厚が50〜1000オングスト
ロームであり、前記上層の膜厚が25〜1000オング
ストロームであることを特徴とする前記(1)又は
(2)に記載の窒化物半導体素子。 (4) 前記n側第1多層膜層と活性層との間に、In
を含む第1の窒化物半導体層と、その第1の窒化物半導
体層と異なる組成を有する第2の窒化物半導体層とが積
層されたn側第2多層膜層を有することを特徴とする前
記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の窒化物半導体
素子。 (5) 前記n側窒化物半導体層において、前記n側第
1多層膜層より基板側に、n型不純物を含むn側コンタ
クト層を有することを特徴とする前記(1)〜(4)の
いずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 (6) 前記n側コンタクト層が、アンドープGaN層
の上に形成されてなることを特徴とする前記(5)に記
載の窒化物半導体素子。 (7) 前記窒化物半導体素子において、前記アンドー
プGaN層が低温成長させたGadAl1-dN(0<d≦
1)からなるバッファ層上に形成された前記(6)の窒
化物半導体素子。 (8) 前記アンドープGaN層、n側コンタクト層、
及びn側第1多層膜層の合計の膜厚が、2〜20μmで
あることを特徴とする前記(6)又は(7)に記載の窒
化物半導体素子。 (9) 前記p側窒化物半導体層が、互いにバンドギャ
ップエネルギーが異なり且つ互いにp型不純物濃度が異
なる第3と第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp
側多層膜クラッド層、又は互いにバンドギャップエネル
ギーが異なり且つp型不純物濃度が同一の第3と第4の
窒化物半導体層とが積層されてなるp側多層膜クラッド
層を含む前記(1)〜(8)のうちのいずれか1つに記
載の窒化物半導体素子。 (10) 前記p側窒化物半導体層が、p型不純物を含
みAlbGa1-bN(0≦b≦1)よりなるp側単一膜ク
ラッド層を含む前記(1)〜(8)のうちのいずれか1
つに記載の窒化物半導体素子。 (11) 前記p側多層膜クラッド層又はp側単一膜ク
ラッド層上にp型不純物としてMgを含むp側GaNコ
ンタクト層を形成した前記(9)又は(10)記載の窒
化物半導体素子。
That is, the present invention provides the following (1) to (1)
The object of the present invention can be achieved by the configuration of 1). (1) In a nitride semiconductor device having an n-side nitride semiconductor layer, an active layer and a p-side nitride semiconductor layer formed on a substrate via a buffer layer, the n-side nitride semiconductor layer has a thickness of An n-side first layer in which at least three layers of a lower layer made of an undoped nitride semiconductor of 100 to 10000 °, an intermediate layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity, and an upper layer made of an undoped nitride semiconductor are sequentially stacked.
A nitride semiconductor device comprising a multilayer film layer. (2) The active layer is made of In a Ga 1-a N (0 ≦ a <1).
The nitride semiconductor device according to the above (1), which has a multiple quantum well structure including a layer. (3) The nitride semiconductor device according to (1) or (2), wherein the thickness of the intermediate layer is 50 to 1000 Å, and the thickness of the upper layer is 25 to 1000 Å. (4) In between the n-side first multilayer film layer and the active layer, In
And an n-side second multilayer film layer in which a first nitride semiconductor layer containing: and a second nitride semiconductor layer having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer are stacked. The nitride semiconductor device according to any one of (1) to (3). (5) In the (1) to (4), the n-side nitride semiconductor layer has an n-side contact layer containing an n-type impurity on the substrate side of the n-side first multilayer film layer. The nitride semiconductor device according to any one of the above. (6) The nitride semiconductor device according to (5), wherein the n-side contact layer is formed on an undoped GaN layer. (7) In the nitride semiconductor device, the undoped GaN layer is Ga d Al 1 -dN (0 <d ≦
The nitride semiconductor device according to (6), which is formed on the buffer layer according to (1). (8) the undoped GaN layer, the n-side contact layer,
And the total thickness of the n-side first multilayer film layer is 2 to 20 μm, (6) or (7). (9) The p-side nitride semiconductor layer is formed by stacking third and fourth nitride semiconductor layers having different band gap energies and different p-type impurity concentrations from each other.
(1) to (4) including a side-side multilayer clad layer or a p-side multilayer-layer clad layer formed by laminating third and fourth nitride semiconductor layers having different band gap energies and the same p-type impurity concentration. The nitride semiconductor device according to any one of (8). (10) wherein the p-side nitride semiconductor layer comprises a p-side single layer cladding layer made of include p-type impurity Al b Ga 1-b N ( 0 ≦ b ≦ 1) (1) ~ (8) Any one of
6. A nitride semiconductor device according to any one of the above. (11) The nitride semiconductor device according to (9) or (10), wherein a p-side GaN contact layer containing Mg as a p-type impurity is formed on the p-side multilayer clad layer or the p-side single film clad layer.

【0006】つまり、本発明は、多重量子井戸構造の活
性層を挟むように、n側にアンドープの下層、n型不純
物ドープの中間層、及びアンドープの上層の特定の層構
成からなるn側第1多層膜層と、p側に第3及び第4の
窒化物半導体層からなるp側多層膜クラッド層又はp型
不純物を含みAlbGa1-bN(0≦b≦1)よりなるp
側単一膜クラッド層とを組み合わせて形成することによ
り、発光効率が向上し発光出力の良好な、しかも、静電
耐圧の良好な窒化物半導体素子を得ることができる。こ
のように特定の組成や層構造等を有する複数の窒化物半
導体層を組み合わせることにより、多重量子井戸構造の
活性層の性能を効率良く発揮することができるととも
に、静電耐圧が良好となる。更に本発明は、n側第1多
層膜層を構成する各層の膜厚を特定の範囲の組み合わせ
にすることにより、良好な発光出力と共に静電耐圧をよ
り良好にすることができる。
That is, the present invention provides an n-side second layer having a specific layer configuration of an undoped lower layer, an n-type impurity-doped intermediate layer, and an undoped upper layer so as to sandwich an active layer having a multiple quantum well structure. A multi-layered film layer and a p-sided multi-layered cladding layer composed of third and fourth nitride semiconductor layers on the p-side or a p-layer composed of Al b Ga 1-b N (0 ≦ b ≦ 1) containing p-type impurities.
By forming in combination with the side single-film cladding layer, it is possible to obtain a nitride semiconductor device having improved luminous efficiency, good luminous output, and good electrostatic withstand voltage. By thus combining a plurality of nitride semiconductor layers having a specific composition, a layer structure, and the like, the performance of the active layer having the multiple quantum well structure can be efficiently exhibited, and the electrostatic withstand voltage can be improved. Further, according to the present invention, by setting the film thickness of each layer constituting the n-side first multilayer film layer in a specific range, it is possible to improve the electrostatic discharge voltage as well as the excellent light emission output.

【0007】本発明において、アンドープとは、意図的
に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する
層からの不純物の拡散、原料又は装置からのコンタミネ
ーションにより不純物が混入した層であっても、意図的
に不純物をドープしていない場合にはアンドープ層とす
る。なお、拡散により混入する不純物は層内において不
純物濃度に勾配がついている場合がある。
In the present invention, the term “undoped” refers to a layer formed without intentionally doping impurities, and is a layer in which impurities are mixed by diffusion of impurities from an adjacent layer or contamination from raw materials or equipment. Also, when the impurity is not intentionally doped, the undoped layer is used. Note that the impurity mixed by diffusion may have a gradient in the impurity concentration in the layer.

【0008】また、多重量子井戸構造の活性層との組み
合わせにおいて、好ましいその他の窒化物半導体層を以
下に記載する。本発明において、前記n側第1多層膜層
と活性層との間に、Inを含む第1の窒化物半導体層
と、その第1の窒化物半導体層と異なる組成を有する第
2の窒化物半導体層とが積層されたn側第2多層膜層を
有すると更に発光効率が向上すると共に、順方向電圧
(以下、Vfとする。)を低下させて発光効率を向上さ
せることができ好ましい。更に、本発明において、前記
n側第1多層膜層より基板側に、n型不純物を含むn側
コンタクト層を有すると、発光出力を向上させ、Vfを
低下させるのに好ましい。また更に、本発明において、
前記n側コンタクト層が、アンドープGaN層の上に形
成されてなると、かかるアンドープGaN層は結晶性の
良い層として得られるので、n電極を形成する層となる
n側コンタクト層の結晶性が良くなり、n側コンタクト
層上に形成される活性層などのその他の窒化物半導体層
の結晶性も良くなり、発光出力を向上させるのに好まし
い。また更に、本発明において、前記アンドープGaN
層が、低温成長させたGa dAl1-dN(0<d≦1)か
らなるバッファ層上に形成されていると、アンドープG
aN層の結晶性が更に良好となり、n側コンタクト層等
の結晶性もより良好となり、発光出力の向上において好
ましく、更にまた、p側多層膜クラッド層又はp側単一
膜クラッド層上にMgドープp側GaNコンタクト層を
形成してなると、p型特性を得やすくなると共に、かか
るp側GaNコンタクト層がこの上に形成されるp電極
と良好なオーミック接触を有し、発光出力を向上させる
のに好ましい。また更に、本発明において、アンドープ
GaN層、n側コンタクト層、及びn側第1多層膜層の
合計の膜厚が、2〜20μm、好ましくは3〜10μ
m、より好ましくは4〜9μmであると、静電耐圧向上
の点で好ましい。また上記範囲の膜厚であると静電耐圧
以外の他の素子特性も良好である。また、上記3層の合
計の膜厚は、各層の好ましい膜厚の範囲内で、3層の合
計の膜厚が上記範囲となるように適宜調整される。
Also, a combination with an active layer having a multiple quantum well structure
In the combination, the other preferable nitride semiconductor layers are as follows.
It is described below. In the present invention, the n-side first multilayer film layer
First nitride semiconductor layer containing In between a semiconductor and an active layer
And a first nitride semiconductor having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer.
The n-side second multilayer film layer in which the nitride semiconductor layers
And further improving the luminous efficiency and the forward voltage
(Hereinafter referred to as Vf) to improve luminous efficiency.
It is preferable because it can be performed. Further, in the present invention, the
The n-side including the n-type impurity is closer to the substrate than the n-side first multilayer film layer.
Having a contact layer improves the light emission output and increases Vf.
Preferred for lowering. Still further, in the present invention,
The n-side contact layer is formed on the undoped GaN layer.
Once formed, such an undoped GaN layer is crystalline
Because it is obtained as a good layer, it is a layer that forms the n-electrode
The crystallinity of the n-side contact layer is improved,
Other nitride semiconductor layers such as an active layer formed on the layer
Improves the crystallinity of the material, which is preferable for improving the light output.
No. Still further, in the present invention, the undoped GaN
The layer is a low temperature grown Ga dAl1-dN (0 <d ≦ 1)
Undoped G
The crystallinity of the aN layer is further improved, and the n-side contact layer, etc.
Has better crystallinity, which is favorable for improving light emission output.
More preferably, the p-side multilayer clad layer or the p-side single layer
Mg-doped p-side GaN contact layer on film cladding layer
Once formed, it becomes easier to obtain p-type characteristics,
P-side electrode on which a p-side GaN contact layer is formed
With good ohmic contact to improve light output
Preferred for Still further, in the present invention, undoped
GaN layer, n-side contact layer, and n-side first multilayer film layer
Total film thickness is 2 to 20 μm, preferably 3 to 10 μm
m, more preferably 4 to 9 μm, to improve electrostatic withstand voltage.
It is preferred in terms of. When the film thickness is in the above range, the electrostatic withstand voltage
Other element characteristics other than the above are also good. In addition, the combination of the above three layers
The total thickness of the three layers is within the preferable range of the thickness of each layer.
The total thickness is appropriately adjusted so as to be within the above range.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態であ
る窒化物半導体素子の構造を示す窒化物半導体素子の模
式的断面図である図1を用いて、本発明を詳細に説明す
る。図1は、基板1上に、バッファ層2、アンドープG
aN層3、n型不純物を含むn側コンタクト層4、アン
ドープの下層5a、n型不純物ドープの中間層5b及び
アンドープの上層5cの3層からなるn側第1多層膜
5、第1及び第2の窒化物半導体層よりなるn側第2多
層膜層6、多重量子井戸構造の活性層7、第3及び第4
の窒化物半導体層からなるp側多層膜クラッド層8又は
p側単一膜クラッド層8、Mgドープp側GaNコンタ
クト層9が順に積層された構造を有する。更にn側コン
タクト層4上にn電極11、p側GaNコンタクト層9
上にp電極10がそれぞれ形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to FIG. 1 which is a schematic sectional view of a nitride semiconductor device showing a structure of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention. . FIG. 1 shows that a buffer layer 2 and an undoped G
an n-side first multilayer film 5 composed of three layers: an aN layer 3, an n-side contact layer 4 containing an n-type impurity, an undoped lower layer 5a, an n-type impurity-doped intermediate layer 5b, and an undoped upper layer 5c; N-side second multilayer film layer 6 composed of two nitride semiconductor layers, active layer 7 having a multiple quantum well structure, third and fourth
Has a structure in which a p-side multilayer clad layer 8 or a p-side single film clad layer 8 composed of a nitride semiconductor layer and a Mg-doped p-side GaN contact layer 9 are sequentially laminated. Further, an n-electrode 11 and a p-side GaN contact layer 9 are formed on the n-side contact layer 4.
A p-electrode 10 is formed thereon.

【0010】本発明において、基板1としては、サファ
イアC面、R面又はA面を主面とするサファイア、その
他、スピネル(MgA124)のような絶縁性の基板の
他、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Si、Zn
O、GaAs、GaN等の半導体基板を用いることがで
きる。
In the present invention, as the substrate 1, sapphire having a sapphire C-plane, R-plane or A-plane as a main surface, other insulating substrates such as spinel (MgA1 2 O 4 ), SiC (6H , 4H, 3C), Si, Zn
A semiconductor substrate such as O, GaAs, or GaN can be used.

【0011】本発明において、バッファ層2としては、
GadAl1-dN(但しdは0<d≦1の範囲である。)
からなる窒化物半導体であり、好ましくはAlの割合が
小さい組成ほど結晶性の改善が顕著となり、より好まし
くはGaNからなるバッファ層2が挙げられる。バッフ
ァ層2の膜厚は、0.002〜0.5μm、好ましくは
0.005〜0.2μm、更に好ましくは0.01〜
0.02μmの範囲に調整する。バッファ層2の膜厚が
上記範囲であると、窒化物半導体の結晶モフォロジーが
良好となり、バッファ層2上に成長させる窒化物半導体
の結晶性が改善される。バッファ層2の成長温度は、2
00〜900℃であり、好ましくは400〜800℃の
範囲に調整する。成長温度が上記範囲であると良好な多
結晶となり、この多結晶が種結晶としてバッファ層2上
に成長させる窒化物半導体の結晶性を良好にでき好まし
い。また、このような低温で成長させるバッファ層2
は、基板の種類、成長方法等によっては省略してもよ
い。
In the present invention, as the buffer layer 2,
Ga d Al 1-d N (where d is in the range of 0 <d ≦ 1)
Preferably, a composition having a smaller proportion of Al has a remarkable improvement in crystallinity, more preferably a buffer layer 2 made of GaN. The thickness of the buffer layer 2 is 0.002 to 0.5 μm, preferably 0.005 to 0.2 μm, more preferably 0.01 to 0.2 μm.
Adjust to a range of 0.02 μm. When the thickness of the buffer layer 2 is in the above range, the crystal morphology of the nitride semiconductor becomes good, and the crystallinity of the nitride semiconductor grown on the buffer layer 2 is improved. The growth temperature of the buffer layer 2 is 2
The temperature is adjusted to 00 to 900 ° C, preferably to 400 to 800 ° C. When the growth temperature is in the above range, a favorable polycrystal is formed, and this polycrystal is preferable because the crystallinity of the nitride semiconductor grown on the buffer layer 2 as a seed crystal can be improved. The buffer layer 2 grown at such a low temperature
May be omitted depending on the type of the substrate, the growth method, and the like.

【0012】次に、本発明において、アンドープGaN
層3は、成長する際にn型不純物を添加せずに成長して
なる層を示す。バッファ層2上にアンドープGaN層3
を成長させるとアンドープGaN層3の結晶性が良好と
なり、アンドープGaN層3上に成長させるn側コンタ
クト層4などの結晶性も良好となる。アンドープGaN
層3の膜厚としては、0.01μm以上であり、好まし
くは0.5μm以上であり、より好ましくは1μm以上
である。またアンドープGaN層3の膜厚の上限は特に
限定されないが、製造効率等を考慮して適宜調整され
る。膜厚がこの範囲であると、n側コンタクト層4以降
の層を結晶性良く成長でき好ましい。更に、アンドープ
GaN層3の膜厚が上記範囲であると、n側コンタクト
層4とn側第1多層膜層5との合計の膜厚を、前記範囲
に調整し静電耐圧を向上させる点で好ましい。
Next, in the present invention, undoped GaN
The layer 3 is a layer grown without adding an n-type impurity during growth. Undoped GaN layer 3 on buffer layer 2
Is grown, the crystallinity of the undoped GaN layer 3 is improved, and the crystallinity of the n-side contact layer 4 and the like grown on the undoped GaN layer 3 is also improved. Undoped GaN
The thickness of the layer 3 is 0.01 μm or more, preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1 μm or more. The upper limit of the thickness of the undoped GaN layer 3 is not particularly limited, but is appropriately adjusted in consideration of production efficiency and the like. When the thickness is in this range, the layers subsequent to the n-side contact layer 4 can be grown with good crystallinity, which is preferable. Further, when the thickness of the undoped GaN layer 3 is within the above range, the total thickness of the n-side contact layer 4 and the n-side first multilayer film layer 5 is adjusted to the above range to improve the electrostatic breakdown voltage. Is preferred.

【0013】次に、本発明において、n型不純物を含む
n側コンタクト層4は、n型不純物を3×1018/cm
3以上、好ましくは5×1018/cm3以上の濃度で含有
する。このようにn型不純物を多くドープし、この層を
n側コンタクト層とすると、Vf及び閾値を低下させる
ことができる。不純物濃度が上記範囲を逸脱するとVf
が低下しにくくなる傾向がある。また、n側コンタクト
層4は、n型不純物濃度が小さい結晶性の良好なアンド
ープGaN層3上に形成されると、高濃度のn型不純物
を有しているにも関わらず結晶性を良好に形成すること
ができる。n側コンタクト層4のn型不純物濃度の上限
は特に限定しないが、コンタクト層としての機能を保持
しうる限界としては5×1021/cm3以下が望まし
い。
Next, in the present invention, the n-side contact layer 4 containing the n-type impurity has an n-type impurity of 3 × 10 18 / cm 3.
3 or more, preferably at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or more. When the n-type impurity is heavily doped as described above and this layer is used as an n-side contact layer, Vf and the threshold value can be reduced. If the impurity concentration deviates from the above range, Vf
Tend to be less likely to decrease. Further, when the n-side contact layer 4 is formed on the undoped GaN layer 3 having a low n-type impurity concentration and good crystallinity, the n-side contact layer 4 has good crystallinity despite having a high concentration of n-type impurities. Can be formed. Although the upper limit of the n-type impurity concentration of the n-side contact layer 4 is not particularly limited, the limit at which the function as the contact layer can be maintained is preferably 5 × 10 21 / cm 3 or less.

【0014】n側コンタクト層4の組成は、IneAlf
Ga1-e-fN(0≦e、0≦f、e+f≦1)で構成で
き、その組成は特に問うものではないが、好ましくはG
aN、f値0.2以下のAlfGa1-fNとすると結晶欠
陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。n側コンタ
クト層4の膜厚は特に問うものではないが、n電極を形
成する層であるので0.1〜20μm、好ましくは0.
5〜10μm、より好ましくは1〜5μmである。膜厚
が上記範囲であると抵抗値を低くでき、発光素子のVf
を低くでき好ましい。更に、n側コンタクト層4の膜厚
が上記範囲であると、アンドープGaN層3及びn側第
1多層膜層5との組み合わせにより、静電耐圧を向上さ
せる点で好ましい。また、n側コンタクト層4は、後述
のn側第1多層膜層5を厚膜に形成する場合、省略する
ことができる。
[0014] The composition of the n-side contact layer 4, an In e Al f
It can be composed of Ga 1-ef N (0 ≦ e, 0 ≦ f, e + f ≦ 1), and its composition is not particularly limited.
aN, less nitride semiconductor layer crystal defects and the f value of 0.2 or less of Al f Ga 1-f N can be easily obtained. The thickness of the n-side contact layer 4 is not particularly limited, but is 0.1 to 20 μm, preferably 0.1 to 20 μm because it is a layer for forming an n-electrode.
It is 5 to 10 μm, more preferably 1 to 5 μm. When the film thickness is in the above range, the resistance can be reduced, and the Vf of the light emitting element can be reduced.
Can be reduced, which is preferable. Further, it is preferable that the film thickness of the n-side contact layer 4 be in the above range, because the combination with the undoped GaN layer 3 and the n-side first multilayer film layer 5 improves the electrostatic withstand voltage. Further, the n-side contact layer 4 can be omitted when the later-described n-side first multilayer film layer 5 is formed as a thick film.

【0015】次に、本発明において、n側第1多層膜層
5は、基板側から、アンドープの下層5a、n型不純物
ドープの中間層5b、アンドープの上層5cの少なくと
も3層から構成されている。n側第1多層膜層には上記
下層5a〜上層5c以外のその他の層を有していてもよ
い。またn側第1多層膜層5は、活性層と接していて
も、活性層の間に他の層を有していてもよい。これら下
層5a〜上層5cを構成する窒化物半導体としては、I
gAlhGa 1-g-hN(0≦g<1、0≦h<1)で表
される種々の組成の窒化物半導体を用いることができ、
好ましくはGaNからなる組成のものが挙げられる。ま
た第1多層膜層5の各層は組成が同一でも異なっていて
もよい。
Next, in the present invention, the n-side first multilayer film layer
5 is an undoped lower layer 5a, an n-type impurity
At least the doped intermediate layer 5b and the undoped upper layer 5c
Is also composed of three layers. The n-side first multilayer film layer
It may have another layer other than the lower layer 5a to the upper layer 5c.
No. The n-side first multilayer film layer 5 is in contact with the active layer.
May have another layer between the active layers. Below these
As the nitride semiconductor constituting the layers 5a to 5c, I
ngAlhGa 1-ghExpressed as N (0 ≦ g <1, 0 ≦ h <1)
Nitride semiconductors of various compositions can be used,
Preferably, a composition of GaN is used. Ma
Each layer of the first multilayer film 5 has the same composition but is different.
Is also good.

【0016】n側第1多層膜層5の膜厚は、特に限定さ
れないが、175〜12000オングストロームであ
り、好ましくは1000〜10000オングストローム
であり、より好ましくは2000〜6000オングスト
ロームである。第1多層膜層5の膜厚が上記範囲である
とVfの最適化と静電耐圧の向上の点で好ましい。更
に、n側第1多層膜層5の膜厚が上記範囲であると、ア
ンドープGaN層3とn側コンタクト層4との組み合わ
せにより、静電耐圧を向上させる点で好ましい。上記範
囲の膜厚を有する第1多層膜層5の膜厚の調整は、下層
5a、中間層5b、及び上層5cの各膜厚を適宜調整し
て、第1多層膜層5の総膜厚を上記の範囲とすることが
好ましい。
The thickness of the n-side first multilayer film layer 5 is not particularly limited, but is 175 to 12,000 angstroms, preferably 1,000 to 10,000 angstroms, and more preferably 2000 to 6000 angstroms. It is preferable that the film thickness of the first multilayer film layer 5 be in the above range in terms of optimizing Vf and improving electrostatic withstand voltage. Furthermore, it is preferable that the film thickness of the n-side first multilayer film layer 5 is in the above range, because the combination of the undoped GaN layer 3 and the n-side contact layer 4 improves the electrostatic breakdown voltage. Adjustment of the film thickness of the first multilayer film layer 5 having a film thickness in the above range is performed by appropriately adjusting the respective film thicknesses of the lower layer 5a, the intermediate layer 5b, and the upper layer 5c to obtain the total film thickness of the first multilayer film layer 5. Is preferably in the above range.

【0017】n側第1多層膜層5を構成する下層5a、
中間層5b及び上層5cの各膜厚は、特に限定されない
が、n側第1多層膜層5中で積層される位置により素子
性能の諸特性に与える影響が異なるため、各層の素子性
能に大きく関与する特性に特に注目し、いずれか2層の
膜厚を固定し、残りの1層の膜厚を段階的に変化させ
て、特性の良好な範囲の膜厚を測定し、更に各層との調
整により膜厚の範囲を特定している。n側第1多層膜層
の5の各層は、各々静電耐圧に直接影響を及ぼさない場
合もあるが、各層を組み合わせてn側第1多層膜層5と
することにより、全体として種々の素子特性が良好であ
ると共に、特に発光出力及び静電耐圧が著しく良好とな
る。このような効果は、実際に、各層を積層させてなる
素子を製造して初めて得られる予想外の効果といえる。
各層の膜厚について以下に具体的に示すと共に、図2〜
図4を用いて、膜厚の変化による素子特性の変化につい
て示す。但し比較の従来品としては、後述の実施例1に
示されている従来例である。また、図中のPoは発光出
力を示す。また各図の横軸に示される膜厚はゼロを含ま
ない範囲で変動させている。
The lower layer 5a constituting the n-side first multilayer film layer 5,
Although the thickness of each of the intermediate layer 5b and the upper layer 5c is not particularly limited, the influence on various characteristics of the element performance varies depending on the position where the layers are stacked in the n-side first multilayer film layer 5, so that the element performance of each layer is greatly affected. Paying particular attention to the characteristics involved, fixing the film thickness of any two layers, changing the film thickness of the remaining one layer stepwise, measuring the film thickness in a good range of the characteristics, The range of the film thickness is specified by the adjustment. Each layer of the n-side first multilayer film layer 5 may not directly affect the electrostatic withstand voltage in some cases. However, by combining the respective layers to form the n-side first multilayer film layer 5, various elements as a whole are obtained. The characteristics are good, and the light emission output and electrostatic withstand voltage are particularly excellent. Such an effect can be said to be an unexpected effect that can be obtained only when an element formed by laminating each layer is actually manufactured.
The thickness of each layer is specifically shown below, and FIGS.
FIG. 4 shows a change in element characteristics due to a change in film thickness. However, the comparative conventional product is a conventional example shown in Example 1 described later. Po in the figure indicates the light emission output. Further, the film thickness shown on the horizontal axis in each figure is varied within a range not including zero.

【0018】アンドープの下層5aの膜厚は、100〜
10000オングストローム、好ましくは500〜80
00オングストローム、より好ましくは1000〜50
00オングストロームである。アンドープの下層5a
は、図2(a)及び(b)に示すように、膜厚を徐々に
厚くしていくと静電耐圧が上昇していくが、10000
オングストローム付近でVfが急上昇し、一方膜厚を薄
くしていくと、Vfは低下していくが、静電耐圧の低下
が大きくなり、100オングストローム未満では静電耐
圧の低下に伴い歩留まりの低下が大きくなる傾向が見ら
れる。また、上層5aは、n型不純物を含むn側コンタ
クト層4の結晶性の低下の影響を改善していると考えら
れるので、結晶性の改善が良好となる程度の膜厚で成長
されるのが好ましい。
The thickness of the undoped lower layer 5a is 100 to
10,000 angstroms, preferably 500-80
00 Å, more preferably 1000 to 50
00 angstroms. Undoped lower layer 5a
As shown in FIGS. 2A and 2B, as the film thickness is gradually increased, the electrostatic withstand voltage increases.
When Vf rises sharply in the vicinity of Angstrom, and when the film thickness is reduced, Vf decreases, but the electrostatic withstand voltage decreases greatly. When the film thickness is less than 100 Angstroms, the yield decreases as the electrostatic withstand voltage decreases. There is a tendency to increase. Further, since it is considered that the upper layer 5a improves the influence of the decrease in the crystallinity of the n-side contact layer 4 containing the n-type impurity, the upper layer 5a is grown to a thickness that improves the crystallinity. Is preferred.

【0019】n型不純物ドープの中間層5bの膜厚は、
50〜1000オングストローム、好ましくは100〜
500オングストローム、より好ましくは150〜40
0オングストロームである。この不純物がドープされた
中間層5bは、キャリア濃度を十分とさせて発光出力に
比較的大きく作用する層であり、この層を形成させない
と著しく発光出力が低下する傾向がある。なお、図3
(a)では、膜厚を25オングストローム程度まで薄く
しても発光出力の低下がやや下降する程度となっている
のは、中間層5bの膜厚が50オングストロームでも発
光出力が低下しないように考慮してその他の層の膜厚等
を調整して行ったからである。また、図3(a)に示さ
れるように、膜厚が1000オングストロームを超える
と発光出力が商品となりにくい程度まで大きく低下する
傾向がある。一方、静電耐厚のみを見ると、図3(b)
に示されるように、中間層5bの膜厚が厚いと静電耐圧
は良好であるが、膜厚が50オングストローム未満では
静電耐圧の低下が大きくなる傾向があり、商品として十
分満足できない。
The thickness of the intermediate layer 5b doped with n-type impurities is
50-1000 angstroms, preferably 100-
500 angstroms, more preferably 150-40
0 Angstrom. The intermediate layer 5b doped with the impurity is a layer having a sufficient carrier concentration and having a relatively large effect on the light emission output. If this layer is not formed, the light emission output tends to decrease significantly. Note that FIG.
In (a), the reason why the light emission output slightly decreases even when the film thickness is reduced to about 25 angstroms is considered so that the light emission output does not decrease even when the thickness of the intermediate layer 5b is 50 angstroms. This is because the thickness of the other layers was adjusted. Further, as shown in FIG. 3A, when the film thickness exceeds 1000 angstroms, the light emission output tends to greatly decrease to a level that makes it difficult to commercialize. On the other hand, looking only at the electrostatic resistance, FIG.
As shown in (1), when the film thickness of the intermediate layer 5b is large, the electrostatic withstand voltage is good, but when the film thickness is less than 50 angstroms, the electrostatic withstand voltage tends to be greatly reduced, which is not satisfactory as a commercial product.

【0020】アンドープの上層5cの膜厚は、25〜1
000オングストローム、好ましくは25〜500オン
グストローム、より好ましくは25〜150オングスト
ロームである。このアンドープの上層5cは、第1多層
膜の中で活性層に接してあるいは最も接近して形成さ
れ、リーク電流の防止に大きく関与しているが、上層5
cの膜厚が25オングストローム未満ではリーク電流が
増加する傾向がある。また、図4(a)及び(b)に示
されるように、上層5cの膜厚が1000オングストロ
ームを超えるとVfが上昇し静電耐圧も低下する傾向が
あり、商品として十分満足することができない。
The thickness of the undoped upper layer 5c is 25 to 1
000 angstroms, preferably 25-500 angstroms, more preferably 25-150 angstroms. The undoped upper layer 5c is formed in contact with or closest to the active layer in the first multilayer film and greatly contributes to prevention of leakage current.
If the thickness of c is less than 25 angstroms, the leak current tends to increase. Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the thickness of the upper layer 5c exceeds 1000 angstroms, Vf tends to increase and the electrostatic breakdown voltage tends to decrease. .

【0021】以上のように、下層5a〜上層5cの各膜
厚は、上記に示したように、各層の膜厚の変動により影
響されやすい素子特性に注目し、更に、下層5a、中間
層5b及び上層5cを組み合わせた際に、諸素子特性す
べてがほぼ均一に良好となり、特に発光出力及び静電耐
圧が良好となるように、更に社内規格を満足できるよう
に種々検討し、上記範囲に各膜厚を規定することによ
り、良好な発光出力及び商品の信頼性の更なる向上を達
成することが可能な静電耐圧を得ることができる。ま
た、第1多層膜層5の各層の膜厚の組み合わせは、発光
波長の種類による活性層の組成の変化や、電極、LED
素子の形状など種々の条件により、最も良好な効果を得
るために適宜調整される。各層の膜厚の組み合わせに伴
う性能は、上記範囲の膜厚で適宜組み合わせることによ
り、従来のものに比べ良好な発光出力及び良好な静電耐
圧を得ることができる。
As described above, the film thickness of each of the lower layer 5a to the upper layer 5c focuses on the element characteristics which are easily affected by the fluctuation of the film thickness of each layer as described above. When the upper layer 5c is combined with the upper layer 5c, various examinations are made so that all of the various element characteristics become almost uniformly good, and particularly, the light emission output and the electrostatic withstand voltage become good. By defining the film thickness, it is possible to obtain an electrostatic breakdown voltage capable of achieving good emission output and further improvement in product reliability. Further, the combination of the film thicknesses of the respective layers of the first multilayer film layer 5 may be determined by a change in the composition of the active layer depending on the type of the emission wavelength, an electrode, an LED, or the like.
Depending on various conditions such as the shape of the element, it is appropriately adjusted to obtain the best effect. The performance associated with the combination of the film thicknesses of the respective layers can achieve better emission output and better electrostatic withstand voltage than those of the related art by appropriately combining the film thicknesses in the above ranges.

【0022】上記第1多層膜層を構成する各層の組成
は、IngAlhGa1-g-hN(0≦g<1、0≦h<
1)で表される組成であればよく、各層の組成が同一で
も異なっていてもよく、好ましくはIn及びAlの割合
が小さい組成であり、より好ましくはGaNからなる層
が好ましい。
The composition of each layer constituting the first multilayer film layer is In g Al h Ga 1-gh N (0 ≦ g <1, 0 ≦ h <
Any composition may be used as long as it is the composition represented by 1), and the composition of each layer may be the same or different. Preferably, the composition is such that the proportion of In and Al is small, and more preferably, a layer made of GaN.

【0023】上記第1多層膜層5のn型不純物ドープの
中間層5bのn型不純物のドープ量は、特に限定されな
いが、3×1018/cm3以上、好ましくは5×1018
/cm3以上の濃度で含有する。n型不純物の上限とし
ては、特に限定されないが、結晶性が悪くなりすぎない
程度の限界としては5×1021/cm3以下が望まし
い。第1の多層膜層の中間層の不純物濃度が上記範囲で
あると、発光出力の向上とVfの低下の点で好ましい。
n型不純物としてはSi、Ge、Se、S、O等の周期
律表第IVB族、第VIB族元素を選択し、好ましくはS
i、Ge、Sをn型不純物とする。
The doping amount of the n-type impurity in the n-type impurity-doped intermediate layer 5b of the first multilayer film layer 5 is not particularly limited, but is not less than 3 × 10 18 / cm 3 , preferably 5 × 10 18 / cm 3.
/ Cm 3 or more. The upper limit of the n-type impurity is not particularly limited, but is preferably 5 × 10 21 / cm 3 or less as a limit that does not deteriorate crystallinity too much. It is preferable that the impurity concentration of the intermediate layer of the first multilayer film be in the above range in terms of improvement of light emission output and reduction of Vf.
As the n-type impurity, an element of Group IVB or VIB of the periodic table such as Si, Ge, Se, S, or O is selected.
i, Ge, and S are n-type impurities.

【0024】また、上記第1多層膜層5の界面において
は、それぞれの層及び素子の機能を害しない範囲で両方
の層を兼ねる。
Further, at the interface of the first multilayer film layer 5, both layers function as both layers as long as the function of each layer and the element is not impaired.

【0025】次に、本発明において、n側第2多層膜層
6は、Inを含む第1の窒化物半導体層と、その第1の
窒化物半導体層と異なる組成を有する第2の窒化物半導
体層とが積層されたn側多層膜層からなる。この第1の
窒化物半導体層、または第2の窒化物半導体層の内の少
なくとも一方の膜厚が、好ましくは両方の膜厚が、10
0オングストローム以下、より好ましくは70オングス
トローム以下、更に好ましくは50オングストローム以
下にする。このように膜厚を薄くすることにより、多層
膜層が超格子構造となって、多層膜層の結晶性が良くな
るので、出力が向上する傾向にある。
Next, in the present invention, the n-side second multilayer film layer 6 includes a first nitride semiconductor layer containing In and a second nitride layer having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer. It is composed of an n-side multilayer film layer in which a semiconductor layer is laminated. At least one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer preferably has a thickness of 10
The thickness is set to 0 angstrom or less, more preferably 70 angstrom or less, and further preferably 50 angstrom or less. By reducing the film thickness in this manner, the multilayer film layer has a superlattice structure, and the crystallinity of the multilayer film layer is improved, so that the output tends to be improved.

【0026】第1又は第2の窒化物半導体の少なくとも
一方の膜厚が、100オングストローム以下であって
も、薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶が良くな
り、その上に積層する第1の窒化物半導体層、若しくは
第2の窒化物半導体層の結晶性が良くなり、多層膜層全
体の結晶性が良くなるため、素子の出力が向上する。
Even if the thickness of at least one of the first and second nitride semiconductors is less than 100 Å, the thin film layer becomes less than the elastic critical thickness and the crystal becomes better. Since the crystallinity of the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer is improved, and the crystallinity of the entire multilayer film layer is improved, the output of the device is improved.

【0027】また、第1及び第2の窒化物半導体の膜厚
が、共に100オングストローム以下であると、窒化物
半導体単一層の弾性臨界膜厚以下となり、厚膜で成長さ
せる場合や、第1又は第2の窒化物半導体の一方が10
0オングストローム以下の場合に比較して結晶性の良い
窒化物半導体が成長できる。また、両方を70オングス
トローム以下にすると、n側第2多層膜層6が超格子構
造となり、この結晶性の良い多層膜構造の上に活性層を
成長させると、n側第2多層膜層6がバッファ層のよう
な作用をして、活性層がより結晶性よく成長できる。
If the thickness of each of the first and second nitride semiconductors is less than 100 angstroms, the thickness becomes less than the elastic critical thickness of the nitride semiconductor single layer. Alternatively, one of the second nitride semiconductors is 10
A nitride semiconductor having better crystallinity can be grown as compared with the case where the thickness is 0 Å or less. If both are set to 70 angstroms or less, the n-side second multilayer film layer 6 has a superlattice structure. When an active layer is grown on the multilayer film structure with good crystallinity, the n-side second multilayer film layer 6 has a superlattice structure. Acts like a buffer layer, and the active layer can be grown with higher crystallinity.

【0028】本発明において、n側窒化物半導体層に、
前記n側第1多層膜層と上記n側第2多層膜層とを組み
合わせると、発光出力が向上し、Vfが低下し好まし
い。この理由は定かではないが、n側第2多層膜層上に
成長させる活性層の結晶性が良好となるためと考えられ
る。
In the present invention, the n-side nitride semiconductor layer includes
When the n-side first multilayer film layer and the n-side second multilayer film layer are combined, the light emission output is improved and Vf is preferably reduced. Although the reason for this is not clear, it is considered that the crystallinity of the active layer grown on the n-side second multilayer film layer is improved.

【0029】また、n側第2多層膜層6の前記第1の窒
化物半導体層または前記第2の窒化物半導体層の内の少
なくとも一方の膜厚は、近接する第1の窒化物半導体層
または第2の窒化物半導体層同士で互いに異なっても、
同一でもよい。好ましくは、第1の窒化物半導体層また
は第2の窒化物半導体層の内の少なくとも一方の膜厚
が、近接する第1の窒化物半導体層、または第2の窒化
物半導体層同士で互いに異なっていることが好ましい。
膜厚が近接する層同士で互いに異なるとは、第1の窒化
物半導体層及び第2の窒化物半導体層を複数層積層した
多層膜層を形成した場合に、第2の窒化物半導体層(第
1の窒化物半導体層)の膜厚とそれを挟んだ第1の窒化
物半導体層(第2の窒化物半導体層)の膜厚とが互いに
異なることを意味する。例えば、第1の窒化物半導体層
をInGaNとし、第2の窒化物半導体層をGaNとし
た場合、GaN層とGaN層との間のInGaN層の膜
厚を、活性層に接近するに従って次第に厚くしたり、ま
た薄くしたりすることにより、多層膜層内部において屈
折率が変化するため、実質的に屈折率が次第に変化する
層を形成することができる。即ち、実質的に組成傾斜し
た窒化物半導体層を形成するのと同じ効果が得られる。
このため例えばレーザ素子のような光導波路を必要とす
る素子においては、この多層膜層で導波路を形成して、
レーザ光のモードを調整できる。
The thickness of at least one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer of the n-side second multilayer film layer 6 is close to that of the first nitride semiconductor layer. Alternatively, even if the second nitride semiconductor layers are different from each other,
They may be the same. Preferably, at least one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer has a different thickness between adjacent first nitride semiconductor layers or second nitride semiconductor layers. Is preferred.
The difference in thickness between adjacent layers means that when a multilayer film layer in which a plurality of first nitride semiconductor layers and a plurality of second nitride semiconductor layers are stacked is formed, the second nitride semiconductor layer ( This means that the thickness of the first nitride semiconductor layer) and the thickness of the first nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) sandwiching the first nitride semiconductor layer are different from each other. For example, when the first nitride semiconductor layer is made of InGaN and the second nitride semiconductor layer is made of GaN, the thickness of the InGaN layer between the GaN layers gradually increases as approaching the active layer. Since the refractive index changes within the multilayer film layer by reducing or reducing the thickness, it is possible to form a layer whose refractive index gradually changes substantially. That is, the same effect as that of forming a nitride semiconductor layer having a substantially composition gradient can be obtained.
Therefore, for example, in an element requiring an optical waveguide such as a laser element, a waveguide is formed with this multilayer film layer,
The mode of the laser beam can be adjusted.

【0030】また、第1、または第2の窒化物半導体層
の内の少なくとも一方のIII族元素の組成を、近接する
第1または第2の窒化物半導体層の同一III族元素の組
成同士で互いに異なる、又は同一でもよい。好ましく
は、第1の窒化物半導体層、または第2の窒化物半導体
層の内の少なくとも一方のIII族元素の組成が、近接す
る第1の窒化物半導体層または第2の窒化物半導体層の
同一III族元素の組成同士で互いに異なる。この互いに
異なるとは、第1の窒化物半導体層または第2の窒化物
半導体層を複数層積層した多層膜層を形成した場合に、
第2の窒化物半導体層(第1の窒化物半導体層)のIII
族元素の組成比とそを挟んだ第1の窒化物半導体層(第
2の窒化物半導体層)のIII族元素の組成比とが互いに
異なることを意味する。
The composition of at least one group III element in the first or second nitride semiconductor layer is the same as the composition of the same group III element in the adjacent first or second nitride semiconductor layer. They may be different or the same. Preferably, the composition of at least one group III element of the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer is the same as that of the adjacent first nitride semiconductor layer or second nitride semiconductor layer. The compositions of the same group III elements are different from each other. This difference is that when a multilayer film layer in which a plurality of first nitride semiconductor layers or second nitride semiconductor layers are stacked is formed,
III of the second nitride semiconductor layer (first nitride semiconductor layer)
This means that the composition ratio of the group III element and the composition ratio of the group III element of the first nitride semiconductor layer (second nitride semiconductor layer) sandwiching the group element are different from each other.

【0031】例えば、同一III族元素の組成同士で互い
に異ならせると、第1の窒化物半導体層をInGaNと
し、第2の窒化物半導体層をGaNとした場合、GaN
層とGaN層との間のInGaN層のIn組成を活性層
に接近するに従って次第に多くしたり、また少なくした
りすることにより、多層膜層内部において屈折率を変化
させて、実質的に組成傾斜した窒化物半導体層を形成す
ることができる。なおIn組成が減少するに従い、屈折
率は小さくなる傾向にある。
For example, if the compositions of the same group III elements are different from each other, the first nitride semiconductor layer is made of InGaN, and the second nitride semiconductor layer is made of GaN.
By gradually increasing or decreasing the In composition of the InGaN layer between the layer and the GaN layer as approaching the active layer, the refractive index is changed inside the multilayer film layer, and the composition gradient is substantially increased. The nitride semiconductor layer thus formed can be formed. The refractive index tends to decrease as the In composition decreases.

【0032】上記のn側第2多層膜層6は、例えば、図
1に示すように、活性層7を挟んで下部にあるn側窒化
物半導体層に、Inを含む第1の窒化物半導体層と、そ
の第1の窒化物半導体層と異なる組成を有する第2の窒
化物半導体層とが積層されたn側第2多層膜層6を有し
ている。n側第2多層膜層6において、第1の窒化物半
導体層、第2の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一
層以上形成し、合計で2層以上、好ましくは3層以上、
さらに好ましくはそれぞれ少なくとも2層以上積層し合
計で4層以上積層することが望ましい。
For example, as shown in FIG. 1, the n-side second multilayer film layer 6 includes a first nitride semiconductor containing In in an n-side nitride semiconductor layer below the active layer 7. It has an n-side second multilayer film layer 6 in which a layer and a second nitride semiconductor layer having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer are stacked. In the n-side second multilayer film layer 6, at least one first nitride semiconductor layer and at least one second nitride semiconductor layer are formed, and a total of two or more layers, preferably three or more layers,
More preferably, at least two or more layers are laminated, and a total of four or more layers are desirably laminated.

【0033】n側第2多層膜層6は、活性層と離間して
形成されていても良いが、最も好ましくは活性層に接し
て形成されているようにする。活性層に接して形成する
方がより出力が向上しやすい傾向にある。n側第2多層
膜層6が活性層に接して形成されている場合、活性層の
最初の層(井戸層、若しくは障壁層)と接する多層膜層
は第1の窒化物半導体層でも、第2の窒化物半導体層い
ずれでも良く、n側第2多層膜層6の積層順序は特に問
うものではない。なお、図1ではn側第2多層膜層6
が、活性層7に接して形成されているが、このn側第2
多層膜層6と活性層との間に、他のn型窒化物半導体よ
りなる層を有していても良い。
The n-side second multilayer film layer 6 may be formed separately from the active layer, but is most preferably formed in contact with the active layer. When formed in contact with the active layer, the output tends to be more easily improved. When the n-side second multilayer film layer 6 is formed in contact with the active layer, the multilayer film layer in contact with the first layer (the well layer or the barrier layer) of the active layer may be the first nitride semiconductor layer or the first nitride semiconductor layer. The order of laminating the n-side second multilayer film layer 6 is not particularly limited. In FIG. 1, the n-side second multilayer film layer 6 is formed.
Is formed in contact with the active layer 7, but the n-side second
A layer made of another n-type nitride semiconductor may be provided between the multilayer film layer 6 and the active layer.

【0034】第1の窒化物半導体層はInを含む窒化物
半導体、好ましくは3元混晶のIn kGa1-kN(0<k
<1)とし、さらに好ましくはk値が0.5以下のIn
kGa1-kN、最も好ましくはk値が0.2以下のInk
Ga1-kNとする。一方、第2の窒化物半導体層は第1
の窒化物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であれば
良く、特に限定しないが、結晶性の良い第2の窒化物半
導体を成長させるためには、第1の窒化物半導体よりも
バンドギャップエネルギーが大きい2元混晶あるいは3
元混晶のInmGa1-mN(0≦m<1、m<k)を成長
させ、好ましくはGaNである。第2の窒化物半導体を
GaNとすると、全体に結晶性の良い多層膜層が成長で
きる。好ましい組み合わせとしては、第1の窒化物半導
体をIn kGa1-kN(0<k<1)とし、第2の窒化物
半導体をInmGa1-mN(0≦m<1、m<k)、好ま
しくはGaNとする組み合わせが挙げられる。更に好ま
しい組み合わせとしては、第1の窒化物半導体層のk値
が0.5以下のInkGa1 -kNであり、第2の窒化物半
導体層がGaNとの組み合わせである。
The first nitride semiconductor layer is a nitride containing In.
Semiconductor, preferably ternary mixed crystal In kGa1-kN (0 <k
<1), and more preferably In with a k value of 0.5 or less.
kGa1-kN, most preferably In with a k value of 0.2 or less.k
Ga1-kN. On the other hand, the second nitride semiconductor layer
If the nitride semiconductor has a composition different from that of the nitride semiconductor layer
Good, although not particularly limited, the second nitride semiconductor having good crystallinity
In order to grow the conductor, the first nitride semiconductor
Binary mixed crystal with large band gap energy or 3
Original mixed crystal InmGa1-mGrow N (0 ≦ m <1, m <k)
And preferably GaN. The second nitride semiconductor
With GaN, a multilayer film layer with good crystallinity can be grown
Wear. Preferred combinations include the first nitride semiconductor
In the body kGa1-kN (0 <k <1) and the second nitride
Semiconductor InmGa1-mN (0 ≦ m <1, m <k), preferred
Or GaN. More preferred
A good combination is the k value of the first nitride semiconductor layer.
Is 0.5 or less InkGa1 -kN and the second nitride half
The conductor layer is a combination with GaN.

【0035】第1および第2の窒化物半導体層は両方と
もアンドープでも、両方にn型不純物がドープされてい
ても、またいずれか一方に不純物がドープ(変調ドー
プ)されていてもよい。結晶性を良くするためには、両
方がアンドープであることが最も好ましく、次に変調ド
ープ、その次に両方ドープの順である。なお両方にn型
不純物をドープする場合、第1の窒化物半導体層のn型
不純物濃度と、第2の窒化物半導体層のn型不純物濃度
は異なっていても良い。また、第1の窒化物半導体層ま
たは第2の窒化物半導体層のいずれか一方に、n型不純
物がドープされていることを変調ドープと呼ぶが、この
ような変調ドープをすることにより、出力が向上しやす
い傾向を有する。
The first and second nitride semiconductor layers may both be undoped, both may be doped with n-type impurities, or one of them may be doped with impurities (modulation doping). In order to improve the crystallinity, it is most preferable that both are undoped, followed by modulation doping and then both doping. When both are doped with an n-type impurity, the n-type impurity concentration of the first nitride semiconductor layer and the n-type impurity concentration of the second nitride semiconductor layer may be different. In addition, the fact that one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer is doped with an n-type impurity is called modulation doping. Has a tendency to improve.

【0036】なおn型不純物としては、Si、Ge、S
n、S等のIV族、VI族元素を好ましく選択し、さらに好
ましくはSi、Snを用いる。n型不純物をドープする
場合、不純物濃度は5×1021/cm3以下、好ましくは
1×1020/cm3以下に調整する。5×1021/cm3より
も多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、逆に出
力が低下する傾向にある。これは変調ドープの場合も同
様である。
The n-type impurities include Si, Ge, S
A group IV or group VI element such as n or S is preferably selected, and more preferably, Si or Sn is used. When doping with an n-type impurity, the impurity concentration is adjusted to 5 × 10 21 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 20 / cm 3 or less. If it is more than 5 × 10 21 / cm 3, the crystallinity of the nitride semiconductor layer deteriorates, and the output tends to decrease. This is the same in the case of modulation doping.

【0037】本発明において、多重量子井戸構造の活性
層7は、In及びGaを含有する窒化物半導体、好まし
くは、InaGa1-aN(0≦a<1)で形成され、n
型、p型いずれでもよいが、アンドープ(不純物無添
加)とすることにより強いバンド間発光が得られ発光波
長の半値幅が狭くなり好ましい。活性層7にn型不純物
及び/又はp型不純物をドープしてもよい。活性層7に
n型不純物をドープするとアンドープのものに比べてバ
ンド間発光強度をさらに強くすることができる。活性層
7にp型不純物をドープするとバンド間発光のピーク波
長よりも約0.5eV低いエネルギー側にピーク波長を
シフトさせることができるが、半値幅は広くなる。活性
層にp型不純物とn型不純物との双方をドープすると、
前述したp型不純物のみドープした活性層の発光強度を
さらに大きくすることができる。特にp型ドーパントを
ドープした活性層を形成する場合、活性層の導電型はS
i等のn型ドーパントをもドープして全体をn型とする
ことが好ましい。結晶性のよい活性層を成長させるに
は、ノンドープが最も好ましい。
In the present invention, the active layer 7 having a multiple quantum well structure is formed of a nitride semiconductor containing In and Ga, preferably, In a Ga 1 -aN (0 ≦ a <1), and n
It may be of either p-type or p-type, but undoped (doped with no impurities) is preferred because strong interband emission is obtained and the half-width of the emission wavelength is reduced. The active layer 7 may be doped with an n-type impurity and / or a p-type impurity. When the active layer 7 is doped with an n-type impurity, the inter-band emission intensity can be further increased as compared with the undoped one. When the active layer 7 is doped with a p-type impurity, the peak wavelength can be shifted to an energy side lower than the peak wavelength of the inter-band emission by about 0.5 eV, but the half width is widened. When the active layer is doped with both a p-type impurity and an n-type impurity,
The light emission intensity of the active layer doped with only the p-type impurity can be further increased. In particular, when forming an active layer doped with a p-type dopant, the conductivity type of the active layer is S
It is preferable that an n-type dopant such as i is also doped to make the whole n-type. In order to grow an active layer having good crystallinity, non-doping is most preferable.

【0038】活性層7の障壁層と井戸層との積層順は、
特に問わず、井戸層から積層して井戸層で終わる、井戸
層から積層して障壁層で終わる、障壁層から積層して障
壁層で終わる、また障壁層から積層して井戸層で終わっ
ても良い。井戸層の膜厚としては100オングストロー
ム以下、好ましくは70オングストローム以下、さらに
好ましくは50オングストローム以下に調整する。井戸
層の膜厚の上限は、特に限定されないが、1原子層以
上、好ましくは10オングストローム以上である。井戸
層が100オングストロームよりも厚いと、出力が向上
しにくい傾向にある。一方、障壁層の厚さは2000オ
ングストローム以下、好ましくは500オングストロー
ム以下、より好ましくは300オングストローム以下に
調整する。障壁層の膜厚の上限は特に限定されないが、
1原子層以上、好ましくは10オングストローム以上で
ある。障壁層が上記範囲であると出力が向上し易く好ま
しい。また、活性層7全体の膜厚はとくに限定されず、
LED素子などの希望の波長等を考慮して、障壁層及び
井戸層の各積層数や積層順を調整し活性層7の総膜厚を
調整する。
The stacking order of the barrier layer and the well layer of the active layer 7 is as follows.
It does not matter even if the layers are stacked from the well layer and ends with the well layer, the layers from the well layer are ended with the barrier layer, the layers from the barrier layer are ended with the barrier layer, or the layers from the barrier layer are ended with the well layer. good. The thickness of the well layer is adjusted to 100 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, and more preferably 50 angstroms or less. Although the upper limit of the thickness of the well layer is not particularly limited, it is at least one atomic layer, preferably at least 10 Å. If the well layer is thicker than 100 angstroms, the output tends to be hardly improved. On the other hand, the thickness of the barrier layer is adjusted to 2000 angstroms or less, preferably 500 angstroms or less, and more preferably 300 angstroms or less. Although the upper limit of the thickness of the barrier layer is not particularly limited,
It is at least one atomic layer, preferably at least 10 angstroms. When the barrier layer is within the above range, the output can be easily improved, which is preferable. Further, the thickness of the entire active layer 7 is not particularly limited.
The total number of layers of the active layer 7 is adjusted by adjusting the number of layers and the order of the layers of the barrier layer and the well layer in consideration of a desired wavelength of the LED element and the like.

【0039】本発明において、p側クラッド層8は、バ
ンドギャップエネルギーの大きな第3の窒化物半導体層
と、第3の窒化物半導体層よりもバンドギャップエネル
ギーの小さな第4の窒化物半導体層とが積層されて、互
いのp型不純物濃度が異なる、又は同一の多層膜層、ま
たはp型不純物を含有するAlbGa1-bN(0≦b≦
1)からなる単一層である。まず、p側クラッド層8が
多層膜構造(超格子構造)を有するp側多層膜クラッド
層の場合について以下に説明する。p側多層膜クラッド
層17の多層膜層を構成する第3、第4の窒化物半導体
層の膜厚は、100オングストローム以下、さらに好ま
しくは70オングストローム以下、最も好ましくは10
〜40オングストロームの膜厚に調整され、第3窒化物
半導体層と第4の窒化物半導体層との膜厚は、同一でも
異なっていてもよい。多層膜構造の各膜厚が上記範囲で
あると、窒化物半導体の弾性臨界膜厚以下となり、厚膜
で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒化物半導体
が成長でき、また窒化物半導体層の結晶性が良くなるの
で、p型不純物を添加した場合にキャリア濃度が大きく
抵抗率の小さいp層が得られ、素子のVf、しきい値が
低下し易い傾向にある。このような膜厚の2種類の層を
1ペアとして複数回積層して多層膜層を形成する。そし
て、p側多層膜クラッド層8の総膜厚の調整は、この第
3及び第4の窒化物半導体層の各膜厚を調整し積層回数
を調整することにより行う。p側多層膜クラッド層8の
総膜厚は、特に限定されないが、2000オングストロ
ーム以下、好ましくは1000オングストローム以下、
より好ましくは500オングストローム以下であり、総
膜厚がこの範囲であると発光出力が高く、Vfが低下し
好ましい。第3の窒化物半導体層は少なくともAlを含
む窒化物半導体、好ましくはAl nGa1-nN(0<n≦
1)を成長させることが望ましく、第4の窒化物半導体
は好ましくはAlpGa1-pN(0≦p<1、n>p)、
InrGa1-rN(0≦r≦1)のような2元混晶、3元
混晶の窒化物半導体を成長させることが望ましい。p側
クラッド層8を超格子構造とすると、結晶性が良くな
り、抵抗率が低下しVfが低下する傾向がある。
In the present invention, the p-side cladding layer 8
Third Nitride Semiconductor Layer with Large Band Gap Energy
And a bandgap energy more than that of the third nitride semiconductor layer.
And a fourth nitride semiconductor layer having low energy.
Different p-type impurity concentrations or the same
Or Al containing p-type impuritiesbGa1-bN (0 ≦ b ≦
It is a single layer consisting of 1). First, the p-side cladding layer 8
P-side multilayer cladding with multilayer structure (superlattice structure)
The case of a layer will be described below. p-side multilayer cladding
Third and fourth nitride semiconductors constituting the multilayer film of layer 17
The layer thickness should be less than 100 Å, more preferably
Or less than 70 Å, most preferably 10 Å
Adjusted to a film thickness of ~ 40 Å, the third nitride
Even if the semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer have the same thickness,
It may be different. Each film thickness of the multilayer structure is within the above range
In some cases, the thickness becomes less than the elastic critical thickness of the nitride semiconductor.
Nitride semiconductor with better crystallinity than when grown by
Can be grown and the crystallinity of the nitride semiconductor layer improves.
Therefore, when a p-type impurity is added, the carrier concentration increases.
A p layer having a small resistivity can be obtained, and the Vf and threshold value of the element can be reduced.
It tends to decrease. Two layers of such thickness
Multiple layers are stacked as a pair to form a multilayer film layer. Soshi
Therefore, the adjustment of the total film thickness of the p-side multilayer clad layer 8 is performed by
The thickness of each of the third and fourth nitride semiconductor layers was adjusted and the number of laminations was adjusted.
This is done by adjusting. of the p-side multilayer clad layer 8
Although the total thickness is not particularly limited, it is 2,000 angstroms.
Or less, preferably less than 1000 Angstroms,
More preferably, it is 500 angstrom or less.
When the film thickness is in this range, the light emission output is high, and Vf decreases.
preferable. The third nitride semiconductor layer contains at least Al.
Nitride semiconductor, preferably Al nGa1-nN (0 <n ≦
Preferably, a fourth nitride semiconductor is grown.
Is preferably AlpGa1-pN (0 ≦ p <1, n> p),
InrGa1-rBinary mixed crystal such as N (0 ≦ r ≦ 1), ternary
It is desirable to grow a mixed crystal nitride semiconductor. p side
When the cladding layer 8 has a superlattice structure, the crystallinity is improved.
Therefore, the resistivity tends to decrease and Vf tends to decrease.

【0040】p側多層膜クラッド層8のp型不純物濃度
において、第3の窒化物半導体層と第4の窒化物半導体
層とのp型不純物濃度が異なる場合について以下に示
す。p側多層膜クラッド層8の第3の窒化物半導体層と
第4の窒化物半導体層とのp型不純物濃度は異なり、一
方の層の不純物濃度を大きく、もう一方の層の不純物濃
度を小さくする。n側クラッド層12と同様に、バンド
ギャップエネルギーの大きな第3の窒化物半導体層の方
のp型不純物濃度を大きくして、バンドギャップエネル
ギーの小さな第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度を
小さく、好ましくはアンドープとすると、閾値電圧、V
f等を低下させることができる。またその逆でも良い。
つまりバンドギャップエネルギーの大きな第3の窒化物
半導体層のp型不純物濃度を小さくして、バンドギャッ
プエネルギーの小さな第4の窒化物半導体層のp型不純
物濃度を大きくしても良い。
The case where the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer is different from that of the fourth nitride semiconductor layer in the p-type impurity concentration of the p-side multilayer clad layer 8 will be described below. The p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer of the p-side multilayer clad layer 8 are different, and the impurity concentration of one layer is high and the impurity concentration of the other layer is low. I do. Similarly to the n-side cladding layer 12, the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a larger bandgap energy is increased, and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer having a smaller bandgap energy is increased. Is small, preferably undoped, the threshold voltage, V
f etc. can be reduced. The reverse is also possible.
That is, the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer having a large band gap energy may be reduced and the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer having a small band gap energy may be increased.

【0041】第3の窒化物半導体層への好ましいドープ
量としては1×1018/cm3〜1×1021/cm3、さらに
好ましくは1×1019/cm3〜5×1020/cm3の範囲に
調整する。1×1018/cm3よりも少ないと、同様に第
4の窒化物半導体層との差が少なくなって、同様にキャ
リア濃度の大きい層が得られにくい傾向にあり、また1
×1021/cm3よりも多いと、結晶性が悪くなる傾向に
ある。一方、第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度は
第3の窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましく
は1/10以上少ない方が望ましい。最も好ましくはア
ンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、膜
厚が薄いため、第3の窒化物半導体側から拡散してくる
p型不純物があり、その量は1×1020/cm3以下が望
ましい。また、バンドギャップエネルギーが大きい第3
の窒化物半導体層にp型不純物を少なくドープして、バ
ンドギャップエネルギーが小さい第4の窒化物半導体層
にp型不純物を多くドープする場合も同様である。p型
不純物としてはMg、Zn、Ca、Be等の周期律表第
IIA族、IIB族元素を選択し、好ましくはMg、Ca等
をp型不純物とする。
The preferable doping amount of the third nitride semiconductor layer is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 , more preferably 1 × 10 19 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3. Adjust to the range of 3 . If it is less than 1 × 10 18 / cm 3 , the difference from the fourth nitride semiconductor layer is similarly reduced, and similarly, a layer having a high carrier concentration tends to be hardly obtained.
If it is more than × 10 21 / cm 3 , the crystallinity tends to deteriorate. On the other hand, the p-type impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer may be lower than that of the third nitride semiconductor layer, preferably 1/10 or more. Most preferably, an undoped layer is obtained, which has the highest mobility. However, since the layer is thin, there is a p-type impurity diffused from the third nitride semiconductor side, and its amount is 1 × 10 20 / cm 3. 3 or less is desirable. In addition, the third having a large band gap energy
The same applies to the case where the nitride semiconductor layer is doped with a small amount of p-type impurities and the fourth nitride semiconductor layer having a small band gap energy is doped with a large amount of p-type impurities. Examples of p-type impurities include Mg, Zn, Ca, Be, etc.
A group IIA or IIB element is selected, and preferably, Mg, Ca or the like is used as the p-type impurity.

【0042】さらにまた多層膜を構成する窒化物半導体
層において、不純物が高濃度にドープされる層は、厚さ
方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大き
く、両端部近傍の不純物濃度が小さい(好ましくはアン
ドープ)とすることが、抵抗率を低下させるのに望まし
い。
Further, in the nitride semiconductor layer constituting the multilayer film, the layer in which impurities are doped at a high concentration has a higher impurity concentration near the center of the semiconductor layer and a higher impurity concentration near both ends in the thickness direction. Is small (preferably undoped) to reduce the resistivity.

【0043】またp側多層膜クラッド層8の第3の窒化
物半導体層と第4の窒化物半導体層のp型不純物濃度が
同一の場合は、上記第3と第4の窒化物半導体層のp型
不純物濃度が異なる場合の第3の窒化物半導体層のp型
不純物濃度の範囲内で不純物濃度が調整される。このよ
うにp型不純物濃度が同一であると、上記不純物濃度が
異なる場合に比べて、やや結晶性の劣る傾向があるが、
キャリア濃度の高いp型クラッド層8を形成し易くな
り、出力向上の点で好ましい。
When the third and fourth nitride semiconductor layers of the p-side multilayer cladding layer 8 have the same p-type impurity concentration, the third and fourth nitride semiconductor layers have the same p-type impurity concentration. The impurity concentration is adjusted within the range of the p-type impurity concentration of the third nitride semiconductor layer when the p-type impurity concentration is different. Thus, when the p-type impurity concentration is the same, the crystallinity tends to be slightly inferior to the case where the impurity concentration is different,
The p-type clad layer 8 having a high carrier concentration can be easily formed, which is preferable from the viewpoint of improving output.

【0044】次に、p側クラッド層8が、p型不純物を
含みAlbGa1-bN(0≦b≦1)よりなる単一層から
なる場合、p側単一膜クラッド層8の膜厚は、2000
オングストローム以下、好ましくは1000オングスト
ローム以下であり、より好ましくは500〜100オン
グストローム以下である。膜厚が上記範囲であると、発
光出力が向上し、Vfが低下し好ましい。p側単一膜ク
ラッド層8の組成は、AlbGa1-bN(0≦b≦1)で
ある。また、単一膜層のクラッド層は、前記多層膜構造
のp側クラッド層に比べ、結晶性はやや劣るものの、前
記第1の多層膜層4との組み合わせにより、結晶性良く
成長させることができ、しきい値やVfの低下が可能と
なる。更に、このように単一膜としてもその他の層構成
と組み合わせることにより素子の性能の低下を少なく
し、しかも単一膜であるので、製造工程の簡易化が可能
となり、量産する場合に好ましい。p側単一膜クラッド
層8のp型不純物の濃度は1×1018〜1×1021/cm
3、好ましくは5×1018〜5×1020/cm3、より好ま
しくは5×1019〜1×1020/cm3である。不純物濃
度が上記範囲であると、良好なp型膜ができ好ましい。
Next, in the case where the p-side cladding layer 8 is a single layer containing p-type impurities and made of Al b Ga 1 -bN (0 ≦ b ≦ 1), The thickness is 2000
Angstrom or less, preferably 1000 angstrom or less, and more preferably 500 to 100 angstrom or less. When the film thickness is in the above range, the light emission output is improved, and Vf is preferably reduced. The composition of the p-side single film cladding layer 8 is Al b Ga 1 -bN (0 ≦ b ≦ 1). In addition, although the single-layer clad layer has slightly lower crystallinity than the p-side clad layer of the multilayer structure, it can be grown with good crystallinity in combination with the first multilayer layer 4. As a result, the threshold value and Vf can be reduced. Further, even when a single film is used in this manner, a decrease in element performance is reduced by combining with another layer configuration, and since the single film is used, the manufacturing process can be simplified, which is preferable in mass production. The concentration of the p-type impurity in the p-side single film cladding layer 8 is 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm.
3 , preferably 5 × 10 18 to 5 × 10 20 / cm 3 , more preferably 5 × 10 19 to 1 × 10 20 / cm 3 . When the impurity concentration is within the above range, a favorable p-type film can be formed, which is preferable.

【0045】次に、本発明において、Mgドープp側G
aNコンタクト層9は、その組成をIn、Alを含まな
い二元混晶の窒化物半導体とする。仮にIn、Alを含
有していると、p電極10とオーミック接触が得られな
くなり、発光効率が低下する。p側コンタクト層9の膜
厚は 0.001〜0.5μm、 好ましくは0.01
〜0.3μm、より好ましくは0.05〜0.2μmで
ある。膜厚が0.001μmよりも薄いとp型GaAl
Nクラッド層と電気的に短絡しやすくなり、コンタクト
層として作用しにくい。また、三元混晶のGaAlNク
ラッド層の上に、組成の異なる二元混晶のGaNコンタ
クト層を積層するため、逆にその膜厚を0.5μmより
も厚くすると、結晶間のミスフィットによる格子欠陥が
p側GaNコンタクト層9中に発生しやすく、結晶性が
低下する傾向にある。なお、コンタクト層の膜厚は薄い
ほどVfを低下させ発光効率を向上させることができ
る。また、このp型GaNコンタクト層9のp型不純物
はMgであるとp型特性が得られ易く、またオーミック
接触が得られ易くなる。Mgの濃度は、1×1018〜1
×1021/cm3、好ましくは5×1019〜3×1020/c
m3、より好ましくは1×1020/cm3程度である。Mg
濃度がこの範囲であると良好なp型膜が得られ易く、V
fが低下し好ましい。
Next, in the present invention, the Mg-doped p-side G
The aN contact layer 9 has a composition of a binary mixed crystal nitride semiconductor not containing In and Al. If In and Al are contained, ohmic contact with the p-electrode 10 cannot be obtained, and the luminous efficiency decreases. The thickness of the p-side contact layer 9 is 0.001 to 0.5 μm, preferably 0.01
To 0.3 μm, more preferably 0.05 to 0.2 μm. If the film thickness is less than 0.001 μm, p-type GaAl
An electrical short-circuit easily occurs with the N-clad layer, and it is difficult to function as a contact layer. In addition, since a binary mixed crystal GaN contact layer having a different composition is laminated on the ternary mixed crystal GaAlN cladding layer, if the thickness of the GaN contact layer is made larger than 0.5 μm, a misfit between the crystals may occur. Lattice defects tend to occur in the p-side GaN contact layer 9 and the crystallinity tends to decrease. Note that the smaller the thickness of the contact layer, the lower the Vf and the higher the light emission efficiency. When the p-type impurity of the p-type GaN contact layer 9 is Mg, p-type characteristics are easily obtained, and ohmic contact is easily obtained. The concentration of Mg is 1 × 10 18 to 1
× 10 21 / cm 3 , preferably 5 × 10 19 to 3 × 10 20 / c
m 3 , more preferably about 1 × 10 20 / cm 3 . Mg
When the concentration is within this range, a good p-type film is easily obtained.
f decreases, which is preferable.

【0046】また、n電極11はn側コンタクト層4上
に、p電極はMgドープp側GaNコンタクト層9上に
それぞれ形成されている。n電極及びp電極の材料とし
ては特に限定されず、例えばn電極としてはW/Al、
p電極としてはNi/Auなどを用いることができる。
The n-electrode 11 is formed on the n-side contact layer 4, and the p-electrode is formed on the Mg-doped p-side GaN contact layer 9. The material of the n-electrode and the p-electrode is not particularly limited. For example, the n-electrode may be W / Al,
Ni / Au or the like can be used as the p-electrode.

【0047】[0047]

【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示すが、本発明はこれに限定されない。 [実施例1]図1を元に実施例1について説明する。サ
ファイア(C面)よりなる基板1をMOVPEの反応容
器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を10
50℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
EXAMPLES Examples which are embodiments of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to these. Embodiment 1 Embodiment 1 will be described with reference to FIG. The substrate 1 made of sapphire (C surface) was set in a MOVPE reaction vessel, and the temperature of the substrate was set to 10 while flowing hydrogen.
The temperature is raised to 50 ° C., and the substrate is cleaned.

【0048】(バッファ層2)続いて、温度を510℃
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板1上に
GaNよりなるバッファ層2を約150オングストロー
ムの膜厚で成長させる。
(Buffer Layer 2) Subsequently, the temperature is set to 510 ° C.
The buffer layer 2 made of GaN is grown on the substrate 1 to a thickness of about 150 angstroms using hydrogen as the carrier gas and ammonia and TMG (trimethylgallium) as the source gas.

【0049】(アンドープGaN層3)バッファ層2成
長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで上昇さ
せる。1050℃になったら、同じく原料ガスにTM
G、アンモニアガスを用い、アンドープGaN層3を
1.5μmの膜厚で成長させる。
(Undoped GaN layer 3) After growing the buffer layer 2, only TMG is stopped, and the temperature is raised to 1050 ° C. When the temperature reaches 1050 ° C, TM
G, an undoped GaN layer 3 is grown to a thickness of 1.5 μm using ammonia gas.

【0050】(n側コンタクト層4)続いて1050℃
で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Siを4.5×1018/cm3
ドープしたGaNよりなるn側コンタクト層4を2.2
65μmの膜厚で成長させる。
(N-side contact layer 4) Subsequently, at 1050 ° C.
Similarly, TMG, ammonia gas and silane gas were used as the source gas and the impurity gas, and Si was 4.5 × 10 18 / cm 3.
The n-side contact layer 4 made of doped GaN is
It is grown to a thickness of 65 μm.

【0051】(n側第1多層膜層5)次にシランガスの
みを止め、1050℃で、TMG、アンモニアガスを用
い、アンドープGaNからなる下層5aを2000オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しSiを4.5×1018/cm3ドープした
GaNからなる中間層5bを300オングストロームの
膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同
温度にてアンドープGaNからなる上層5cを50オン
グストロームの膜厚で成長させ、3層からなる総膜厚2
350オングストロームの第1多層膜層5を成長させ
る。
(N-side first multilayer film layer 5) Then, only the silane gas is stopped, and a lower layer 5a made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. using TMG and ammonia gas to a thickness of 2000 angstroms. A silane gas was added at a temperature to grow an intermediate layer 5b made of GaN doped with 4.5 × 10 18 / cm 3 of Si to a thickness of 300 Å, followed by stopping only the silane gas and undoping undoped GaN at the same temperature. Is grown to a thickness of 50 angstroms, and a total film thickness of 3 layers 2
A first multilayer film layer 5 of 350 Å is grown.

【0052】(n側第2多層膜層6)次に、同様の温度
で、アンドープGaNよりなる第2の窒化物半導体層を
40オングストローム成長させ、次に温度を800℃に
して、TMG、TMI、アンモニアを用い、アンドープ
In0.13Ga0.87Nよりなる第1の窒化物半導体層を2
0オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を
繰り返し、第2+第1の順で交互に10層づつ積層さ
せ、最後にGaNよりなる第2の窒化物半導体層を40
オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなる
n側第2多層膜層6を640オングストロームの膜厚で
成長させる。
(N-side Second Multilayer Film Layer 6) Next, at the same temperature, a second nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown at 40 Å, and then the temperature is set to 800 ° C., and TMG, TMI The first nitride semiconductor layer made of undoped In 0.13 Ga 0.87 N using
Grow 0 Å. These operations are repeated so that ten layers are alternately stacked in the second + first order.
An n-side second multilayer film layer 6 composed of a multilayer film having a super lattice structure grown by angstrom is grown to a thickness of 640 angstrom.

【0053】(活性層7)次に、アンドープGaNより
なる障壁層を200オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、ア
ンモニアを用いアンドープIn0.4Ga0.6Nよりなる井
戸層を30オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁+井戸+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層
を5層、井戸層を4層、交互に積層して、総膜厚112
0オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層
7を成長させる。
(Active Layer 7) Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 200 angstroms. Then, the temperature is raised to 800 ° C., and undoped In 0.4 Ga 0.6 N using TMG, TMI and ammonia. A well layer having a thickness of 30 Å is grown. Then, five barrier layers and four well layers are alternately stacked in the order of barrier + well + barrier + well.
An active layer 7 having a multiple quantum well structure of 0 Å is grown.

【0054】(p側多層膜クラッド層8)次に、温度1
050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg
(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを
1×1020/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nより
なる第3の窒化物半導体層を40オングストロームの膜
厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、TMG、
TMI、アンモニア、Cp2Mgを用いMgを1×10
20/cm3ドープしたIn0.03Ga0.97Nよりなる第4の
窒化物半導体層を25オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そしてこれらの操作を繰り返し、第3+第4の順
で交互に5層ずつ積層し、最後に第3の窒化物半導体層
を40オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造
の多層膜よりなるp側多層膜クラッド層8を365オン
グストロームの膜厚で成長させる。
(P-side multilayer clad layer 8)
TMG, TMA, ammonia, Cp 2 Mg at 050 ° C
Using (cyclopentadienyl magnesium), is grown in a thickness of 1 × 10 20 / cm 3 doped with p-type Al 0.2 Ga consisting 0.8 N third nitride semiconductor layer 40 Å Mg, followed by temperature To 800 ° C., TMG,
Mg is 1 × 10 using TMI, ammonia and Cp 2 Mg.
A fourth nitride semiconductor layer made of In 0.03 Ga 0.97 N doped with 20 / cm 3 is grown to a thickness of 25 Å. These operations are repeated, and five layers are alternately stacked in the third + fourth order. Finally, a p-layer made of a superlattice-structured multilayer film in which a third nitride semiconductor layer is grown to a thickness of 40 angstroms. The side multilayer clad layer 8 is grown to a thickness of 365 angstroms.

【0055】(p側GaNコンタクト層9)続いて10
50℃で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用い、M
gを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp
側コンタクト層9を700オングストロームの膜厚で成
長させる。
(P-side GaN contact layer 9)
At 50 ° C., TMG, ammonia, Cp 2 Mg
g of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3
The side contact layer 9 is grown to a thickness of 700 Å.

【0056】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700
℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化す
る。
After the completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and the wafer was placed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere for 700 minutes.
Anneal at ℃ to further reduce the resistance of the p-type layer.

【0057】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のp側コンタクト層9の表面に所定の
形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッチン
グ)装置でp側コンタクト層側からエッチングを行い、
図1に示すようにn側コンタクト層4の表面を露出させ
る。
After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer 9, and etching is performed from the p-side contact layer side by an RIE (reactive ion etching) apparatus. Do
As shown in FIG. 1, the surface of the n-side contact layer 4 is exposed.

【0058】エッチング後、最上層にあるp側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiと
Auを含む透光性のp電極10と、そのp電極10の上
にボンディング用のAuよりなるpパッド電極11を
0.5μmの膜厚で形成する。一方、エッチングにより
露出させたn側コンタクト層4の表面にはWとAlを含
むn電極12を形成してLED素子とした。
After the etching, almost the entire surface of the uppermost p-side contact layer is formed of a light-transmitting p-electrode 10 containing 200 Å of Ni and Au and a bonding Au on the p-electrode 10. The p pad electrode 11 is formed with a thickness of 0.5 μm. On the other hand, an n-electrode 12 containing W and Al was formed on the surface of the n-side contact layer 4 exposed by etching, to obtain an LED element.

【0059】このLED素子は順方向電流20mAにお
いて、520nmの純緑色発光を示し、Vfは3.5V
で、従来の多重量子井戸構造のLED素子に比較して、
Vfで1.0V近く低下し、出力は2.0倍以上に向上
した。そのため、10mAで従来のLED素子とほぼ同
等の特性を有するLEDが得られた。更に、得られたL
EDの静電耐圧をLED素子のn層及びp層の各電極よ
り逆方向に徐々に電圧を加え測定したところ、従来の
1.5倍以上となり良好な結果が得られた。
This LED element emits pure green light of 520 nm at a forward current of 20 mA, and Vf is 3.5 V
In comparison with the conventional multiple quantum well structure LED element,
Vf decreased by about 1.0 V, and the output increased 2.0 times or more. Therefore, an LED having a characteristic substantially equal to that of a conventional LED element at 10 mA was obtained. Further, the obtained L
The electrostatic breakdown voltage of the ED was measured by gradually applying a voltage in the opposite direction from each electrode of the n-layer and the p-layer of the LED element.

【0060】なお、従来のLED素子の構成は、GaN
よりなる第1のバッファ層の上に、アンドープGaNよ
りなる第2のバッファ層、SiドープGaNよりなるn
側コンタクト層、実施例1と同一の多重量子井戸構造よ
りなる活性層、単一のMgドープAl0.1Ga0.9N層、
MgドープGaNからなるp側コンタクト層を順に積層
したものである。
The structure of the conventional LED element is GaN
A second buffer layer made of undoped GaN and an n layer made of Si-doped GaN on the first buffer layer made of
Side contact layer, an active layer having the same multiple quantum well structure as in Example 1, a single Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer,
The p-side contact layer made of Mg-doped GaN is sequentially laminated.

【0061】[実施例2]実施例1において、活性層7
を以下のように変える他は同様にしてLED素子を作製
した。 (活性層7)次に、アンドープGaNよりなる障壁層を
250オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度
を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用い
アンドープIn0.3Ga0.7Nよりなる井戸層を30オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして障壁+井戸+
障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を7層、井戸層
を6層、交互に積層して、総膜厚1930オングストロ
ームの多重量子井戸構造よりなる活性層7を成長させ
る。得られたLED素子は、順方向電流20mAにおい
て、470nmの純青色発光を示し、実施例1と同様に
良好な結果が得られる。
[Embodiment 2] In the embodiment 1, the active layer 7
Was prepared in the same manner except that the following was changed. (Active Layer 7) Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 Å, and then the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.3 Ga 0.7 N using TMG, TMI and ammonia. Is grown to a thickness of 30 Å. And barrier + well +
Barrier + well... + Barrier in the order of seven barrier layers and six well layers alternately stacked to grow an active layer 7 having a multiple quantum well structure with a total thickness of 1930 Å. The obtained LED element emits pure blue light of 470 nm at a forward current of 20 mA, and good results are obtained as in Example 1.

【0062】[実施例3]実施例1において、活性層7
を以下のように変える他は同様にしてLED素子を作製
した。 (活性層7)次に、アンドープGaNよりなる障壁層を
250オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度
を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用い
アンドープIn0.3Ga0.7Nよりなる井戸層を30オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして障壁+井戸+
障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を6層、井戸層
を5層、交互に積層して、総膜厚1650オングストロ
ームの多重量子井戸構造よりなる活性層7を成長させ
る。得られたLED素子は、順方向電流20mAにおい
て、470nmの純青色発光を示し、実施例1と同様に
良好な結果が得られる。
[Embodiment 3] In the embodiment 1, the active layer 7
Was prepared in the same manner except that the following was changed. (Active Layer 7) Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 Å, and then the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.3 Ga 0.7 N using TMG, TMI and ammonia. Is grown to a thickness of 30 Å. And barrier + well +
Barrier + well... + Barrier in the order of six barrier layers and five well layers are alternately laminated to grow an active layer 7 having a multiple quantum well structure with a total film thickness of 1650 Å. The obtained LED element emits pure blue light of 470 nm at a forward current of 20 mA, and good results are obtained as in Example 1.

【0063】[実施例4]実施例1において、活性層7
を以下のように変える他は同様にしてLED素子を作製
した。 (活性層7)次に、アンドープGaNよりなる障壁層を
250オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度
を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用い
アンドープIn0.35Ga0.65Nよりなる井戸層を30オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁+井戸
+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を7層、井戸
層を6層、交互に積層して、総膜厚1930オングスト
ロームの多重量子井戸構造よりなる活性層7を成長させ
る。得られたLED素子は、順方向電流20mAにおい
て、500nmの青緑色発光を示し、実施例1と同様に
良好な結果が得られる。
[Embodiment 4] In the embodiment 1, the active layer 7
Was prepared in the same manner except that the following was changed. (Active Layer 7) Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 angstroms, then the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.35 Ga 0.65 N using TMG, TMI and ammonia. Is grown to a thickness of 30 Å. An active layer 7 having a multiple quantum well structure with a total thickness of 1930 angstroms is formed by alternately stacking seven barrier layers and six well layers in the order of barrier + well + barrier + well... + Barrier. Grow. The obtained LED element emits blue-green light of 500 nm at a forward current of 20 mA, and good results are obtained as in Example 1.

【0064】[実施例5]実施例1において、活性層7
を以下のように変える他は同様にしてLED素子を作製
した。 (活性層7)次に、アンドープGaNよりなる障壁層を
250オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度
を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用い
アンドープIn0.35Ga0.65Nよりなる井戸層を30オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁+井戸
+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を4層、井戸
層を3層、交互に積層して、総膜厚1090オングスト
ロームの多重量子井戸構造よりなる活性層7を成長させ
る。得られたLED素子は、順方向電流20mAにおい
て、500nmの青緑色発光を示し、実施例1と同様に
良好な結果が得られる。
Fifth Embodiment In the first embodiment, the active layer 7
Was prepared in the same manner except that the following was changed. (Active Layer 7) Next, a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 250 angstroms, then the temperature is set to 800 ° C., and a well layer made of undoped In 0.35 Ga 0.65 N using TMG, TMI and ammonia. Is grown to a thickness of 30 Å. Four barrier layers and three well layers are alternately stacked in the order of barrier + well + barrier + well... + Barrier to form an active layer 7 having a multiple quantum well structure with a total film thickness of 1090 Å. Grow. The obtained LED element emits blue-green light of 500 nm at a forward current of 20 mA, and good results are obtained as in Example 1.

【0065】[実施例6]実施例1において、n側第2
多層膜層6を成長させない他は同様にしてLED素子を
作製した。得られたLED素子は、実施例1に比べやや
素子特性及び発光出力が低いものの、静電耐圧は実施例
1とほぼ同様に良好となる。
[Embodiment 6] In Embodiment 1, the n-side second
An LED device was manufactured in the same manner except that the multilayer film layer 6 was not grown. Although the obtained LED element has slightly lower element characteristics and light emission output than the first embodiment, the electrostatic breakdown voltage is almost as good as that of the first embodiment.

【0066】[実施例7]実施例1において、p側多層
膜クラッド層8を以下のように変える他は同様にしてL
ED素子を作製した。 (p側単一膜クラッド層8)温度1050℃でTMG、
TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニ
ルマグネシウム)を用い、Mgを1×1020/cm3ドー
プしたp型Al0.16Ga0.84Nよりなるp側単一膜クラ
ッド層8を300オングストロームの膜厚で成長させ
る。得られたLED素子は、クラッド層を超格子とせず
単一の層として成長させているが、その他の層構成との
組み合わせにより、実施例1よりやや発光出力などの性
能が劣るものの、静電耐圧がほぼ同様に良好な結果が得
られる。また、単一層とすると、多層膜層にする場合に
比べ製造工程が簡易化でき好ましい。
[Embodiment 7] In the same manner as in the embodiment 1, except that the p-side multilayer cladding layer 8 is changed as follows.
An ED element was manufactured. (P-side single film clad layer 8) TMG at a temperature of 1050 ° C.
A p-side single film cladding layer 8 of p-type Al 0.16 Ga 0.84 N doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 using TMA, ammonia, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium), and a 300 Å film Grow in thickness. Although the obtained LED element is grown as a single layer without using the clad layer as a superlattice, the performance such as the light emission output is slightly inferior to that of Example 1 due to the combination with other layer configurations. Good results are obtained with almost the same breakdown voltage. In addition, it is preferable to use a single layer because the manufacturing process can be simplified as compared with the case of forming a multilayer film layer.

【0067】[実施例8]実施例1において、n側第1
多層膜層5を以下のように各膜厚を変更する他は同様に
してLED素子を作製した。 (n側第1多層膜層5)次にシランガスのみを止め、1
050℃で、TMG、アンモニアガスを用い、アンドー
プGaNからなる下層5aを3000オングストローム
の膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加
しSiを4.5×1018/cm3ドープしたGaNからな
る中間層5bを300オングストロームの膜厚で成長さ
せ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアン
ドープGaNからなる上層5cを50オングストローム
の膜厚で成長させ、3層からなる総膜厚3350オング
ストロームの第1多層膜層5を成長させる。得られたL
ED素子は、実施例1とほぼ同等の特性を有し、良好な
結果が得られる。
[Embodiment 8] In Embodiment 1, the n-side first
An LED element was produced in the same manner except that the thickness of the multilayer film layer 5 was changed as follows. (N-side first multilayer film layer 5) Then, only the silane gas is stopped and 1
At 050 ° C., using TMG and ammonia gas, a lower layer 5a made of undoped GaN was grown to a thickness of 3000 Å, and then silane gas was added at the same temperature to dope 4.5 × 10 18 / cm 3 of Si. An intermediate layer 5b made of GaN is grown to a thickness of 300 angstroms, then only silane gas is stopped, and an upper layer 5c made of undoped GaN is grown at the same temperature to a thickness of 50 angstroms to form a total film consisting of three layers. A first multilayer film layer 5 having a thickness of 3350 angstroms is grown. L obtained
The ED element has substantially the same characteristics as those of the first embodiment, and good results can be obtained.

【0068】[実施例9]実施例8において、n側コン
タクト層4の膜厚を、4.165μm、5.165μ
m、7.165μmとする他は同様にして3種のLED
素子を作製する。得られたLED素子は、実施例1とほ
ぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られ、また、膜厚
が4.165μm及び5.165μmの場合は、発光出
力などの素子特性を維持したまま静電耐圧がやや実施例
1より良好となる。
Ninth Embodiment In the eighth embodiment, the thickness of the n-side contact layer 4 is set to 4.165 μm, 5.165 μm.
m, 7.165 μm except for 3 kinds of LED
A device is manufactured. The obtained LED element has substantially the same characteristics as those of Example 1, and good results are obtained. In addition, when the film thickness is 4.165 μm or 5.165 μm, the element characteristics such as light emission output are maintained. The electrostatic withstand voltage is slightly better than that of the first embodiment.

【0069】[実施例10]実施例1において、n側第
2多層膜層6をアンドープGaNよりなる第2の窒化物
半導体層と、Siを5×1017/cm3ドープしたIn
0.13Ga0.87Nよりなる第1の窒化物半導体層とからな
る多層膜とする他は同様にしてLED素子を作製する。
得られたLED素子は、実施例1とほぼ同等の特性を示
す。
[Embodiment 10] In Embodiment 1, the n-side second multilayer film layer 6 is made of a second nitride semiconductor layer made of undoped GaN and In doped with 5 × 10 17 / cm 3 of Si.
An LED element is manufactured in the same manner except that a multilayer film including a first nitride semiconductor layer made of 0.13 Ga 0.87 N is used.
The obtained LED element shows almost the same characteristics as in Example 1.

【0070】[実施例11]実施例1において、p側多
層膜クラッド層8を、Mgを5×1019/cm3ドープ
したAl0.2Ga0.8Nよりなる第3の窒化物半導体層
と、アンドープのIn 0.03Ga0.97Nよりなる第4の窒
化物半導体層とからなる多層膜とする他は同様にしてL
ED素子を作製する。得られたLED素子は、実施例1
とほぼ同等の特性を示す。
[Embodiment 11] In Embodiment 1, the p-side
The cladding layer 8 is made of Mg19/ CmThreeDope
Al0.2Ga0.8Third nitride semiconductor layer made of N
And undoped In 0.03Ga0.97The fourth nitrogen consisting of N
Except that a multi-layer film composed of
An ED element is manufactured. The obtained LED element was obtained in Example 1.
Shows almost the same characteristics.

【0071】[実施例12]実施例1において、p側多
層膜クラッド層8をアンドープのAl0.2Ga0.8Nより
なる第3の窒化物半導体層と、Mgを5×1019/cm
3ドープしたIn0.0 3Ga0.97Nよりなる第4の窒化物
半導体層とからなる多層膜とする他は同様にしてLED
素子を作製する。得られたLED素子は、実施例1とほ
ぼ同等の特性を示す。
[Example 12] In Example 1, the p-side multilayer clad layer 8 was made of a third nitride semiconductor layer of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N and Mg of 5 × 10 19 / cm.
3 addition to doped with an In 0.0 3 Ga 0.97 fourth nitride semiconductor layer made of N multilayer film made in the same manner LED
A device is manufactured. The obtained LED element shows almost the same characteristics as in Example 1.

【0072】[実施例13]実施例8において、n側第
1多層膜層5が、アンドープGaNからなる3000オ
ングストロームの膜厚の下層5aと、4.5×1018
cm3ドープした300オングストロームの膜厚のAl0.1
Ga0.9Nからなる中間層5bと、アンドープGaNか
らなる50オングストロームの膜厚の上層5cとを成長
させてなる他は同様にしてLED素子を作製する。得ら
れたLED素子は、実施例8とほぼ同等の特性を有し、
良好な結果が得られる。
[Embodiment 13] In the embodiment 8, the n-side first multilayer film 5 is composed of a lower layer 5a of undoped GaN having a thickness of 3000 Å and 4.5 × 10 18 / cm 2.
cm 3 doped 300 Å thick Al 0.1
An LED element is manufactured in the same manner as above except that an intermediate layer 5b made of Ga 0.9 N and an upper layer 5c made of undoped GaN having a thickness of 50 Å are grown. The obtained LED element has substantially the same characteristics as in Example 8,
Good results are obtained.

【0073】[実施例14]実施例8において、n側第
1多層膜層5が、アンドープAl0.1Ga0.9Nからなる
3000オングストロームの膜厚の下層5aと、4.5
×1018/cm3ドープした300オングストロームの膜
厚のAl0.1Ga0.9Nからなる中間層5bと、アンドー
プAl0.1Ga0.9Nからなる50オングストロームの膜
厚の上層5cとを成長させてなる他は同様にしてLED
素子を作製する。得られたLED素子は、実施例8とほ
ぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られる。
[Embodiment 14] In the embodiment 8, the n-side first multilayer film layer 5 is composed of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N lower layer 5a having a thickness of 3000 Å and 4.5.
An intermediate layer 5b made of Al 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 300 Å doped with × 10 18 / cm 3 and an upper layer 5c made of 50 Å made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N are grown. LED in the same way
A device is manufactured. The obtained LED element has substantially the same characteristics as in Example 8, and good results are obtained.

【0074】[実施例15]実施例8において、n側第
1多層膜層5が、アンドープAl0.1Ga0.9Nからなる
3000オングストロームの膜厚の下層5aと、4.5
×1018/cm3ドープした300オングストロームの膜
厚のGaNからなる中間層5bと、アンドープGaNか
らなる50オングストロームの膜厚の上層5cとを成長
させてなる他は同様にしてLED素子を作製する。得ら
れたLED素子は、実施例8とほぼ同等の特性を有し、
良好な結果が得られる。
[Embodiment 15] In Embodiment 8, the n-side first multilayer film layer 5 has a lower layer 5a of 3,000 angstroms made of undoped Al 0.1 Ga 0.9 N and 4.5.
An LED element is manufactured in the same manner except that an intermediate layer 5b made of GaN with a thickness of 300 Å doped with × 10 18 / cm 3 and an upper layer 5c made of undoped GaN with a thickness of 50 Å are grown. . The obtained LED element has substantially the same characteristics as in Example 8,
Good results are obtained.

【0075】[実施例16]実施例8において、n側コ
ンタクト層4を、Siを4.5×1018/cm3ドープし
たAl0.05Ga0.95Nの膜厚4.165μmとする他は
同様にしてLED素子を作製する。得られたLED素子
は、実施例8とほぼ同等の特性を示す。
Example 16 The procedure of Example 8 was repeated, except that the n-side contact layer 4 was made of Al 0.05 Ga 0.95 N doped with 4.5 × 10 18 / cm 3 of Si and having a thickness of 4.165 μm. To produce an LED element. The obtained LED element shows substantially the same characteristics as in Example 8.

【0076】[比較例1]実施例1において、n側第1
多層膜層5を構成するアンドープGaNからなる下層5
aを形成しない他は同様にしてLED素子を作製した。
得られたLED素子は、実施例1に比べ、静電耐圧が著
しく低下し、リーク電流及びVfに関する特性も十分満
足できる値ではなかった。
[Comparative Example 1] In Example 1, the n-side first
Lower layer 5 made of undoped GaN constituting multilayer film layer 5
An LED element was fabricated in the same manner except that a was not formed.
In the obtained LED element, the electrostatic withstand voltage was remarkably reduced as compared with Example 1, and the characteristics regarding the leak current and Vf were not sufficiently satisfactory.

【0077】[比較例2]実施例1において、n側第1
多層膜層5を構成するSiドープGaNからなる中間層
5bを形成しない他は同様にしてLED素子を作製し
た。得られたLED素子は、実施例1に比べ、発光出力
及び静電耐圧が大きく低下し、その他の特性も十分満足
できる値ではなかった。
[Comparative Example 2] In Example 1, the n-side first
An LED element was manufactured in the same manner except that the intermediate layer 5b made of Si-doped GaN constituting the multilayer film layer 5 was not formed. In the obtained LED element, the light emission output and the electrostatic breakdown voltage were greatly reduced as compared with Example 1, and other characteristics were not sufficiently satisfactory.

【0078】[比較例3]実施例1において、n側第1
多層膜層5を構成するアンドープGaNからなる上層5
cを形成しない他は同様にしてLED素子を作製した。
得られたLED素子は、実施例1に比べ、リーク電流が
増加し、その他の特性も十分満足できる値ではなかっ
た。
[Comparative Example 3] In Example 1, the n-side first
Upper layer 5 of undoped GaN constituting multilayer film layer 5
An LED element was fabricated in the same manner except that c was not formed.
In the obtained LED element, the leak current increased as compared with Example 1, and other characteristics were not satisfactory values.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明は、多重量子井戸構造の活性層を
用い種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能とするた
め、発光出力がより向上し、静電耐圧が良好な窒化物半
導体発光素子を提供することができる。
According to the present invention, a nitride semiconductor having an improved luminous output and a good electrostatic withstand voltage can be obtained by using an active layer having a multiple quantum well structure to expand the range of application to various applied products. A light-emitting element can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明の一実施の形態であるLED素
子の構造を示す模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of an LED element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は、本発明のアンドープの下層5aの膜厚
を変動させた場合の素子特性の変化を示したグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing changes in device characteristics when the thickness of an undoped lower layer 5a of the present invention is changed.

【図3】図3は、本発明のn型不純物ドープの中間層5
bの膜厚を変動させた場合の素子特性の変化を示したグ
ラフである。
FIG. 3 shows an n-type impurity-doped intermediate layer 5 according to the present invention.
6 is a graph showing a change in device characteristics when the film thickness b is changed.

【図4】図4は、本発明のアンドープの上層5cの膜厚
を変動させた場合の素子特性の変化を示したグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing changes in device characteristics when the thickness of the undoped upper layer 5c of the present invention is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・サファイア基板 2・・・バッファ層 3・・・アンドープGaN層 4・・・n側コンタクト層 5・・・n側第1多層膜層 5a・・・アンドープの下層 5b・・・n型不純物ドープの中間層 5c・・・アンドープの上層 6・・・n側第2多層膜層 7・・・活性層 8・・・p側クラッド層 9・・・Mgドープp側GaNコンタクト層 10・・・p電極 11・・・n電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... Undoped GaN layer 4 ... N side contact layer 5 ... N side first multilayer film layer 5a ... Undoped lower layer 5b ... n Intermediate layer of type impurity doping 5c ... Undoped upper layer 6 ... n-side second multilayer film layer 7 ... active layer 8 ... p-side cladding layer 9 ... Mg-doped p-side GaN contact layer 10 ... p electrode 11 ... n electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−232629(JP,A) 特開 平8−228025(JP,A) 特開 平5−82834(JP,A) 特開 平8−51251(JP,A) 特開 平4−68579(JP,A) 特開 平10−135575(JP,A) IEEE Journal of S elected Topics in Quantum Electronic s Vol.4 No.3 p.483− 489(1998,5/6) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/205 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-9-232629 (JP, A) JP-A-8-228025 (JP, A) JP-A-5-82834 (JP, A) JP-A-8-22834 51251 (JP, A) JP-A-4-68579 (JP, A) JP-A-10-135575 (JP, A) IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 4 No. 3 p. 483-489 (1998, May 6) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 21/205 H01L 33/00 JICST file (JOIS)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に、バッファ層を介して形成され
たn側窒化物半導体層、活性層及びp側窒化物半導体層
を有する窒化物半導体素子において、前記n側窒化物半
導体層は、膜厚100〜10000Åのアンドープの窒
化物半導体からなる下層、n型不純物がドープされた窒
化物半導体からなる中間層、アンドープの窒化物半導体
からなる上層の少なくとも3層が順に積層されてなるn
側第1多層膜層を含むことを特徴とする窒化物半導体素
子。
1. A nitride semiconductor device having an n-side nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-side nitride semiconductor layer formed on a substrate via a buffer layer, wherein the n-side nitride semiconductor layer comprises: An n in which at least three layers of a lower layer made of an undoped nitride semiconductor having a thickness of 100 to 10000 °, an intermediate layer made of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity, and an upper layer made of an undoped nitride semiconductor are stacked in this order.
A nitride semiconductor device comprising a first side multilayer film layer.
【請求項2】 前記活性層が、InaGa1-aN(0≦a
<1)層を含んでなる多重量子井戸構造である請求項1
記載の窒化物半導体素子。
2. The method according to claim 1, wherein the active layer is formed of In a Ga 1 -aN (0 ≦ a
<1> A multiple quantum well structure including a layer.
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項3】 前記中間層の膜厚が50〜1000オン
グストロームであり、前記上層の膜厚が25〜1000
オングストロームであることを特徴とする請求項1又は
2に記載の窒化物半導体素子。
3. The intermediate layer has a thickness of 50 to 1000 angstroms, and the upper layer has a thickness of 25 to 1000 angstroms.
3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is angstrom.
【請求項4】 前記n側第1多層膜層と活性層との間
に、Inを含む第1の窒化物半導体層と、その第1の窒
化物半導体層と異なる組成を有する第2の窒化物半導体
層とが積層されたn側第2多層膜層を有することを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導
体素子。
4. A first nitride semiconductor layer containing In between the n-side first multilayer film layer and the active layer, and a second nitride semiconductor having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an n-side second multilayer film layer on which an object semiconductor layer is laminated.
【請求項5】 前記n側窒化物半導体層において、前記
n側第1多層膜層より基板側に、n型不純物を含むn側
コンタクト層を有することを特徴とする請求項1〜4の
いずれか1項に記載の窒化物半導体素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the n-side nitride semiconductor layer has an n-side contact layer containing an n-type impurity on a substrate side of the n-side first multilayer film layer. 2. The nitride semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記n側コンタクト層が、アンドープG
aN層の上に形成されてなることを特徴とする請求項5
に記載の窒化物半導体素子。
6. An undoped G-side contact layer.
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is formed on the aN layer.
3. The nitride semiconductor device according to item 1.
【請求項7】 前記窒化物半導体素子において、前記ア
ンドープGaN層が低温成長させたGadAl1-dN(0
<d≦1)からなるバッファ層上に形成された請求項6
記載の窒化物半導体素子。
7. The nitride semiconductor device, wherein the undoped GaN layer is grown at a low temperature by using Ga d Al 1 -dN (0
7. A semiconductor device according to claim 6, wherein said buffer layer is formed on a buffer layer comprising <d ≦ 1).
The nitride semiconductor device as described in the above.
【請求項8】 前記アンドープGaN層、n側コンタク
ト層、及びn側第1多層膜層の合計の膜厚が、2〜20
μmであることを特徴とする請求項6又は7に記載の窒
化物半導体素子。
8. The total film thickness of the undoped GaN layer, the n-side contact layer, and the n-side first multilayer film layer is 2 to 20.
8. The nitride semiconductor device according to claim 6, wherein the thickness is μm. 9.
【請求項9】 前記p側窒化物半導体層が、互いにバン
ドギャップエネルギーが異なり且つ互いにp型不純物濃
度が異なる第3と第4の窒化物半導体層とが積層されて
なるp側多層膜クラッド層、又は互いにバンドギャップ
エネルギーが異なり且つp型不純物濃度が同一の第3と
第4の窒化物半導体層とが積層されてなるp側多層膜ク
ラッド層を含む請求項1〜8のうちのいずれか1項に記
載の窒化物半導体素子。
9. A p-side multi-layer clad layer formed by laminating third and fourth nitride semiconductor layers having different band gap energies and different p-type impurity concentrations from each other. 9. A p-side multilayer clad layer formed by laminating third and fourth nitride semiconductor layers having different band gap energies and the same p-type impurity concentration from each other. 2. The nitride semiconductor device according to item 1.
【請求項10】 前記p側窒化物半導体層が、p型不純
物を含みAlbGa1-bN(0≦b≦1)よりなるp側単
一膜クラッド層を含む請求項1〜8のうちのいずれか1
項に記載の窒化物半導体素子。
10. The p-side nitride semiconductor layer according to claim 1, wherein the p-side nitride semiconductor layer includes a p-side single film clad layer containing p-type impurities and made of Al b Ga 1 -bN (0 ≦ b ≦ 1). Any one of them
Item 6. The nitride semiconductor device according to item 1.
【請求項11】 前記p側多層膜クラッド層又はp側単
一膜クラッド層上にp型不純物としてMgを含むp側G
aNコンタクト層を形成した請求項9又は10記載の窒
化物半導体素子。
11. A p-side layer containing Mg as a p-type impurity on the p-side multilayer clad layer or the p-side single film clad layer.
The nitride semiconductor device according to claim 9, wherein an aN contact layer is formed.
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