JP3267250B2 - The nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

The nitride semiconductor light emitting device

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【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 The present invention relates to a light emitting diode (LE
D)、レーザダイオード(LD)等に使用される窒化物半導体(In a Al b Ga 1-ab N、0≦a、0≦b、a+b D), a nitride semiconductor used in the laser diode (LD), etc. (In a Al b Ga 1- ab N, 0 ≦ a, 0 ≦ b, a + b
≦1)よりなる発光素子に係り、特にダブルへテロ構造を有する窒化物半導体発光素子に関する。 ≦ 1) relates to a light-emitting element consisting of, a nitride semiconductor light emitting device having a hetero structure in particular to double.

【0002】 [0002]

【従来の技術】紫外〜赤色に発光するLED、LD等の発光素子の材料として窒化物半導体(In a Al b Ga BACKGROUND ART LED that emits ultraviolet to red, nitride semiconductor as a material of the light emitting element LD, etc. (In a Al b Ga
1-ab N、0≦a、0≦b、a+b≦1)が知られている。 1-ab N, 0 ≦ a , 0 ≦ b, a + b ≦ 1) are known.
我々はこの半導体材料を用いて、1993年11月に光度1cdの青色LEDを発表し、1994年4月に光度2cdの青緑色LEDを発表し、1994年10月には光度2cdの青色LEDを発表した。 We use this semiconductor material, presented a blue LED luminosity 1cd November 1993, published a blue-green LED luminosity 2cd April 1994, the blue LED luminosity 2cd in October 1994 It announced. これらのLEDは全て製品化されて、現在ディスプレイ、信号等の実用に供されている。 All of these LED's are commercialized, it is subjected currently displayed, the practical signal or the like.

【0003】図2に窒化物半導体よりなる従来の青色、 Conventional blue in Figure 2 made of a nitride semiconductor,
青緑色LEDの発光チップの構造を示す。 It shows the structure of a light emitting chip of the blue-green LED. 基本的には、 Basically,
基板21の上に、GaNよりなるバッファ層22、n型GaNよりなるn型コンタクト層23と、n型AlGa On the substrate 21, the n-type contact layer 23 made of the buffer layer 22, n-type GaN formed of GaN, n-type AlGa
Nよりなるn型クラッド層24と、n型InGaNよりなる活性層25と、p型AlGaNよりなるp型クラッド層26と、p型GaNよりなるp型コンタクト層27 An n-type cladding layer 24 made of N, an active layer 25 made of n-type InGaN, a p-type cladding layer 26 of p-type AlGaN, of p-type GaN p-type contact layer 27
とが順に積層された構造を有している。 Bets has laminated in this order. 活性層25のn n of the active layer 25
型InGaNにはSi、Ge等のドナー不純物および/ The type InGaN Si, donor impurity such as Ge and /
またはZn、Mg等のアクセプター不純物がドープされており、LED素子の発光波長は、その活性層のInG Or Zn, are acceptor impurity doping such as Mg, emission wavelength of the LED element, InG of the active layer
aNのIn組成比を変更するか、若しくは活性層にドープする不純物の種類を変更することで、紫外〜赤色まで変化させることが可能となっている。 Change the In composition ratio of aN, or by changing the type of impurities to be doped into the active layer, and can be varied from ultraviolet to red. 今のところ、活性層にドナー不純物とアクセプター不純物とが同時にドープされた発光波長510nm以下のLEDが実用化されている。 So far, the donor impurity and an acceptor impurity into the active layer is less LED doped emission wavelength 510nm has been put into practical use at the same time.

【0004】 [0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のLEDは順方向電流20mAで発光出力は3mW近くあり、SiCよりなるLEDと比較して20倍以上の出力を有している。 BRIEF Problems to be Solved] Conventional LED is near 3mW light output at a forward current 20 mA, and a comparison with the output of more than 20 times the LED consisting of SiC.
しかしながらこのLEDは静電耐圧が低く、例えば逆方向でバイアスして測定するとおよそ50〜100Vしかないという欠点があった。 However, this LED has low electrostatic withstand voltage, there is a drawback that approximately 50~100V only when measured biased in the reverse direction, for example. 静電耐圧が低いと乾燥した雰囲気中でLEDを取り扱うと、容易に静電気により素子が破壊されるので、信頼性に乏しい。 Handling the LED in an atmosphere electrostatic withstand voltage was dried low, easily since elements by static electricity is broken, poor reliability.

【0005】従って、本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、その目的とするところは静電耐圧が大きい窒化物半導体発光素子及び高出力な発光素子を実現して、窒化物半導体発光素子の信頼性を向上させることにある。 Accordingly, the present invention was made in view of the above circumstances, and its object is to achieve an electrostatic breakdown voltage is greater nitride semiconductor light emitting device and a high-output light-emitting element, It is to improve the reliability of the nitride semiconductor light emitting device.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】我々は従来のダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子について、種々の実験を重ねた結果、活性層の次に成長させるp型クラッド層に、その原因の多くがあることを突き止め、本発明を成すに至った。 Means for Solving the Problems] nitride semiconductor light emitting device of the heterostructure conventional double, as a result of various experiments, the p-type cladding layer to be grown next active layer, many of the causes I found out that there is, thereby forming the basis of the present invention. 即ち、本発明の窒化物半導体発光素子は、 That is, the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention,
単一量子井戸もしくは多重量子井戸構造を有する活性層と、n型クラッド層との間に、インジウムを含むn型の窒化物半導体よりなる第二のn型クラッド層を有し、さらに前記活性層と、p型クラッド層との間に、少なくともインジウムを含むp型の窒化物半導体、またはp型のGaNよりなる第二のp型クラッド層が200オングストローム以下の膜厚で形成されていることを特徴とする。 An active layer having a single quantum well or multiple quantum well structure, between the n-type cladding layer having a second n-type clad layer made of n-type nitride semiconductor containing indium, further wherein the active layer If, between the p-type cladding layer, that is formed in the second p-type cladding layer is less film thickness 200 Å of p-type nitride semiconductor or p-type GaN, containing at least indium and features.

【0007】図1は本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示す模式断面図である。 [0007] Figure 1 is a schematic sectional view showing a structure of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. この発光素子は基板1の上にバッファ層2、n型コンタクト層3、n型クラッド層4、活性層5、第二のp型クラッド層60、第一のp Buffer layer 2 on the light emitting element substrate 1, n-type contact layer 3, n-type cladding layer 4, active layer 5, a second p-type cladding layer 60, the first p
型クラッド層6、p型コンタクト層7を順に積層した構造を示している。 It shows a structure obtained by laminating a type cladding layer 6, p-type contact layer 7 in order.

【0008】基板1にはサファイア(A面、C面、R面を含む)の他、SiC(6H、4Hを含む)、ZnO、 [0008] Another sapphire (A plane, C plane, including R-plane) on the substrate 1, SiC (6H, including 4H), ZnO,
Si、GaAsのような窒化物半導体と格子不整合の基板、またNGO(ネオジウムガレート)のような酸化物単結晶よりなる窒化物半導体と格子定数の近い基板等を使用することができる。 Si, may be used a substrate such as close to that of the nitride semiconductor and the lattice constant consisting oxide single crystals such as nitride semiconductor is lattice mismatched substrates such as GaAs, also NGOs (neodymium gallate).

【0009】バッファ層2はGaN、AlN、GaAl [0009] The buffer layer 2 is GaN, AlN, GaAl
N等を例えば50オングストローム〜0.1μmの膜厚で成長させることが好ましく、例えばMOVPE法によると400℃〜600℃の低温で成長させることにより形成できる。 It is preferred that is grown to the thickness of the N such as, for example, 50 Å ~0.1Myuemu, for example formed by growing at a low temperature of the by MOVPE 400 ° C. to 600 ° C..

【0010】n型コンタクト層3は負電極8を形成する層であり、GaN、AlGaN、InAlGaN等を例えば1μm〜10μmの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもGaNを選択することにより負電極の材料と好ましいオーミック接触を得ることができる。 [0010] n-type contact layer 3 is a layer for forming the negative electrode 8, GaN, AlGaN, it is preferable to grow InAlGaN, or the like for example, a film thickness of 1 m to 10 m, the negative electrode by selecting the GaN Among them it can be obtained in the materials preferred ohmic contact. 負電極8の材料としては例えばAl、Au、Ti等を好ましく用いることができる。 As a material of the negative electrode 8 may be preferably used for example Al, Au, Ti, or the like.

【0011】n型クラッド層4はGaN、AlGaN、 [0011] The n-type cladding layer 4 is GaN, AlGaN,
InAlGaN等を例えば500オングストローム〜 The InAlGaN, or the like, for example, 500 angstroms to
0.5μmの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもGaN、AlGaNを選択することにより結晶性の良い層が得られる。 Preferably grown in a thickness of 0.5 [mu] m, GaN, it is good crystallinity layer by selecting the AlGaN obtained among them. また、n型クラッド層4、n型コンタクト層3のいずれかを省略することも可能である。 It is also possible to omit one of the n-type cladding layer 4, n-type contact layer 3. どちらかを省略すると、残った層がn型クラッド層およびn型コンタクト層として作用する。 Omitting either the remaining layer acts as a n-type cladding layer and the n-type contact layer.

【0012】活性層5はクラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さいInGaN、InAlGaN、A [0012] The active layer 5 is the band gap energy is smaller than that of the cladding layer InGaN, InAlGaN, A
lGaN等の窒化物半導体であれば良く、特に所望のバンドギャップによってインジウムの組成比を適宜変更したInGaNにすることが好ましい。 May be any nitride semiconductor such LGaN, it is preferable that the InGaN a suitably changing the composition ratio of indium in particular by the desired band gap. また活性層5を例えばInGaN/GaN、InGaN/InGaN(組成が異なる)等の組み合わせで、それぞれの薄膜を積層した多重量子井戸構造としてもよい。 The active layer 5, for example InGaN / GaN, a combination of such InGaN / InGaN (different compositions) may be a multiple quantum well structure formed by laminating respective thin films. 単一量子井戸構造、多重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はn型、p型いずれでもよいが、特にノンドープ(無添加)とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、LED Single quantum well structure, in any of the active layer multiple quantum well structure, the active layer is n-type, it may be either p-type, in particular non-doped (no addition) and emission between narrow half width band by, excitons emission, or the quantum well level emission is obtained, LED
素子、LD素子を実現する上で特に好ましい。 Elements, particularly preferable in realizing LD elements. 活性層を単一量子井戸(SQW:single quantum well)構造若しくは多重量子井戸(MQW:multiquantum well)構造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。 Single quantum well active layer (SQW: single quantum well) structure or a multiple quantum well (MQW: multiquantum well) having a very high output when a structure emitting device can be obtained. SQ SQ
W、MQWとはノンドープのInGaNによる量子準位間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばSQW W, it refers to the structure of the active layer in which light is obtained between quantum levels by non-doped InGaN and MQW, for example SQW
では活性層を単一組成のIn X Ga 1-X N(0≦X<1) In a single composition the active layer In X Ga 1-X N ( 0 ≦ X <1)
で構成した層であり、In X Ga 1-X Nの膜厚を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とすることにより量子準位間の強い発光が得られる。 In a configuration with a layer, In X Ga 1-X N film thickness of 100 angstroms, the strong emission of inter-quantum level obtained by still more preferably to not more than 70 angstroms. またMQWは組成比の異なるIn X Ga 1-X The MQW different composition ratios In X Ga 1-X N
(この場合X=0、X=1を含む)の薄膜を複数積層した多層膜とする。 And (in this case X = 0, X = 1 including a) multilayer thin film was stacked in. このように活性層をSQW、MQWとすることにより量子準位間発光で、約365nm〜660 Thus the active layer SQW, between quantum levels emission by the MQW, about 365nm~660
nmまでの発光が得られる。 Light-emitting up to nm is obtained. 量子構造の井戸層の厚さとしては、前記のように70オングストローム以下が好ましい。 The thickness of the well layer of the quantum structure, as described above preferably 70 angstroms or less. 多重量子井戸構造では井戸層はIn X Ga 1-X Nで構成し、障壁層は同じくIn Y Ga 1-Y N(Y<X、この場合Y=0を含む)で構成することが望ましい。 Well layer is a multiple quantum well structure composed of In X Ga 1-X N, the barrier layer also In Y Ga 1-Y N ( Y <X, in this case including the Y = 0) it is desirable to configure at. 特に好ましくは井戸層と障壁層をInGaNで形成すると同一温度で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。 Particularly preferably good crystallinity active layer is obtained because the well layer and the barrier layer can be grown at the same temperature to form in InGaN. 障壁層の膜厚は150オングストローム以下、さらに好ましくは120オングストローム以下にすると高出力な発光素子が得られる。 The film thickness is 150 angstroms or less in the barrier layer, high-output light-emitting element can be obtained if more preferably below 120 angstroms. また、活性層5にドナー不純物および/またはアクセプター不純物をドープしてもよい。 Further, a donor impurity and / or acceptor impurity may be doped into the active layer 5. 不純物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであれば、ドナー不純物をドープするとノ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。 If the same crystalline impurities doped active layer is non-doped, it can be further strongly interband emission intensity as compared with the non-doped When doping donor impurity. アクセプター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低エネルギー側にピーク波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。 Although the doping with an acceptor impurity can take a peak wavelength at about 0.5eV lower energy side than the peak wavelength of the band-to-band emission, the half-value width becomes wider.
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープすると、アクセプター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。 When the acceptor impurity and a donor impurity simultaneously doping, it is possible to further increase the emission intensity of the doped active layer only an acceptor impurity. 特にアクセプター不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導電型はSi等のドナー不純物を同時にドープしてn型とすることが好ましい。 Especially when the acceptor impurity to achieve a doped active layer, the conductivity type of the active layer is preferably an n-type by simultaneously doping a donor impurity such as Si. 活性層5は例えば数オングストローム〜0.5μmの膜厚で成長させることができる。 Active layer 5 can be grown at a film thickness of several angstroms ~0.5μm example. 但し、活性層をSQW、若しくはMQWとするときは、n However, SQW active layer or when the MQW is, n
型クラッド層4と活性層5との間にInを含むn型の窒化物半導体、またはn型GaNよりなる第二のn型クラッド層を形成することが望ましい。 It is desirable to form the second n-type clad layer made of n-type nitride semiconductor or n-type GaN, for containing In between the type cladding layer 4 and the active layer 5.

【0013】次に本発明の最も特徴である第二のp型クラッド層60は少なくともインジウムを含むp型の窒化物半導体(In X Al Y Ga 1-XY N、0<X、Y≦0、X+ [0013] next most second p-type cladding layer 60 is a characteristic p-type nitride semiconductor containing at least indium (In X Al Y Ga 1- XY N, 0 of the present invention <X, Y ≦ 0, X +
Y<1)またはp型のGaNで形成する必要がある。 Y <1) or is required to be formed in the p-type GaN. その中でもInGaN、またはGaN等のAlを含まない窒化物半導体で形成することが特に好ましい。 It is particularly preferably formed of InGaN among them or not containing Al such as GaN nitride semiconductor. さらに第二のp型クラッド層60の膜厚は200オングストローム以下、さらに好ましくは100オングストローム以下の膜厚で形成することが好ましい。 Furthermore the second p-type cladding layer 60 having a thickness of 200 angstroms or less, and more preferably be formed to a thickness of 100 angstroms or less. なぜなら、200オングストローム以下の膜厚に調整することにより、発光素子の発光出力をほとんど維持したまま、発光素子の静電耐圧を上げることが可能となるからである。 This is because, by adjusting the film thickness of not more than 200 angstroms, while the light output of the light emitting element was almost maintained, because it is possible to increase the electrostatic breakdown voltage of the light emitting element. 逆にその膜厚が200オングストロームよりも厚いと、発光素子の出力が低下する傾向にある。 When the film thickness to the contrary is thicker than 200 Angstroms tend to output of the light emitting element decreases.

【0014】第一のp型クラッド層6はGaN、AlG [0014] The first p-type cladding layer 6 is GaN, AlG
aN、InAlGaN等を例えば500オングストローム〜0.5μmの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもGaN、AlGaNを選択することにより結晶性の良い層が得られる。 aN, it is preferable that is grown to the thickness of the example 500 Å ~0.5μm like InAlGaN, GaN, is good crystallinity layer by selecting the AlGaN obtained among them. また、第二のp型クラッド層6 The second p-type cladding layer 6
0の組成と第一のp型クラッド層6の構成が同じである場合、第一のp型クラッド層6の組成比を変化させて、 If the composition and structure of the first p-type cladding layer 6 of 0 is the same, by changing the composition ratio of the first p-type cladding layer 6,
バンドギャップエネルギーを第二のp型クラッド層60 The band gap energy second p-type cladding layer 60
と同じとするか、または大きくする。 The same as, or larger.

【0015】p型コンタクト層7は正電極9を形成する層であり、例えばGaN、AlGaN、InAlGaN [0015] p-type contact layer 7 is a layer for forming a positive electrode 9, for example GaN, AlGaN, InAlGaN
等を成長させることが好ましく、その中でもGaNを選択することにより正電極の材料と好ましいオーミック接触を得ることができる。 It is preferable to grow the like, can be obtained in the positive electrode material and the preferable ohmic contact by selecting the GaN among them. 正電極材料としてはNi、Au The positive electrode material Ni, Au
等を好ましく用いることができる。 It can be preferably used, and the like. また、p型コンタクト層7、第一のp型クラッド層6のいずれかを省略することも可能である。 Further, p-type contact layer 7, it is also possible to omit one of the first p-type cladding layer 6. どちらかを省略すると、残った層が第一のp型クラッド層およびp型コンタクト層として作用する。 Omitting either the remaining layer acts as the first p-type cladding layer and p-type contact layer.

【0016】本発明の発光素子は例えばMOVPE(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)、H The light emitting device of the present invention are, for example MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam vapor deposition), H
DVPE(ハイドライド気相成長法)等の気相成長法を用いて、基板上にIn a Al b Ga 1-ab N(0≦a、0≦ DVPE by a vapor deposition method (hydride vapor phase epitaxy) or the like, In the substrate a Al b Ga 1-ab N (0 ≦ a, 0 ≦
b、a+b≦1)をn型、p型等の導電型で積層することによって得られる。 b, a + b ≦ 1) the n-type, is obtained by laminating with p-type conductivity and the like. n型の窒化物半導体はノンドープの状態でも得られるが、Si、Ge、S等のドナー不純物を結晶成長中に半導体層中に導入することによって得られる。 n-type nitride semiconductor is also obtained in a non-doped state, Si, Ge, obtained by introducing into the semiconductor layer during crystal growth the donor impurity S and the like. これらのドナー不純物濃度を調整することにより、n型層のキャリア濃度を調整できる。 By adjusting these donor impurity concentration can be adjusted to the carrier concentration of the n-type layer. 一方、p型の窒化物半導体層はMg、Zn、Cd、Ca、Be、C等のアクセプター不純物を同じく結晶成長中に半導体層中に導入するか、または導入後400℃以上でアニーリングを行うことにより得られる。 On the other hand, p-type nitride semiconductor layer of the performed Mg, Zn, Cd, Ca, Be, or introduced into the semiconductor layer during the same during crystal growth the acceptor impurities such as C, or annealing in the introduction after 400 ° C. or higher by obtained. 同様にこれらアクセプター不純物濃度を調整することにより、p型層のキャリア濃度を調整することができる。 Similarly, by adjusting these acceptor impurity concentration, it is possible to adjust the carrier concentration of the p-type layer. バッファ層2は基板1と窒化物半導体との格子不整合を緩和するために設けられるが、SiC、ZnOのような窒化物半導体と格子定数が近い基板、窒化物半導体と格子整合した基板を使用する際にはバッファ層が形成されないこともある。 Although the buffer layer 2 is provided to reduce lattice mismatch between the substrate 1 and the nitride semiconductor, using SiC, a nitride semiconductor and the lattice constant is closer substrates such as ZnO, a nitride semiconductor lattice-matched to the substrate when is sometimes buffer layer is not formed.

【0017】 [0017]

【作用】従来のLEDでは例えばInを含む活性層の上にAlを含む第一のp型クラッド層を成長させていた。 [Action] had grown a first p-type cladding layer containing Al on the active layer comprising a conventional LED in example In.
一方、本発明では新たに活性層と第一のp型クラッド層との間にGaNまたはInを含む窒化物半導体よりなる第二のp型クラッド層を成長させている。 On the other hand, the newly grown a second p-type clad layer comprising a nitride semiconductor containing GaN or In between the active layer and the first p-type cladding layer in the present invention. この構成により発光素子の静電耐圧を向上させることができる。 This configuration can improve the electrostatic withstand voltage of the light emitting element. これは活性層の上の第二のp型クラッド層がバッファ層の作用をして、第一のp型クラッド層の結晶性を良くして素子の静電耐圧を向上させている。 This is the second p-type cladding layer on the active layer of to the action of the buffer layer, to improve the electrostatic withstand voltage of the well to element the crystallinity of the first p-type cladding layer. 窒化物半導体はバンドギャップエネルギーの大きい順、AlN>GaN>In Nitride semiconductor descending order of band gap energy, AlN> GaN> In
Nの順に結晶自体が柔らかい性質を持っている。 Crystal itself in the order of N has a soft nature. つまり、Inを含む窒化物半導体、またはGaNよりなる第二のp型クラッド層は、第二のp型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第一のp型クラッド層に比べて結晶自体が柔らかい。 In other words, nitride semiconductor containing In or second p-type cladding layer made of GaN, the crystal itself is soft in comparison with the second first p-type cladding layer band gap energy greater than that of the p-type cladding layer . この柔らかい結晶である第二のp型クラッド層がバッファ層の作用をすることにより、その第二のp型クラッド層の上に成長させる第一のp型クラッド層の結晶性が良くなり、格子欠陥が少なくなるので、素子全体の静電耐圧が向上するのである。 By the second p-type cladding layer is the soft crystals the effect of the buffer layer, the second p-type cladding layer the first p-type crystalline cladding layer is improved to be grown on the lattice since fewer defects is to improve the electrostatic withstand voltage of the entire device.

【0018】バッファ層として好適に作用する第二のp The second p which suitably act as a buffer layer
型クラッド層の膜厚は200オングストローム以下が好ましい。 The film thickness of the type cladding layer is preferably not more than 200 angstroms. 第二のp型クラッド層を厚く積むほど静電耐圧は向上する傾向にあるが、膜厚が厚すぎると、その第二のp型クラッド層自体に結晶欠陥が多く発生してしまいバッファ層として作用しにくくなる傾向にある。 Although electrostatic withstand voltage higher gain thicker second p-type cladding layer tends to be improved, the film thickness is too thick, as a second p-type cladding layer a buffer layer will be crystal defects often occur in itself it tends to be difficult to effect. 結晶欠陥の多い第二のp型クラッド層の上に第一のp型クラッド層を成長させると、結晶欠陥が第一のp型クラッド層にまで伝わってしまうので、結晶性の良い第一のp型クラッド層が成長しにくくなる。 When growing the first p-type cladding layer on a lot of crystal defects second p-type cladding layer, the crystal defects are transmitted to the first p-type cladding layer, a good first crystalline p-type cladding layer is less likely to grow. このため第二のp型クラッド層の膜厚が厚すぎると、発光素子の出力が低下する傾向にある。 This because of the thickness of the second p-type cladding layer is too thick, the output of the light emitting element tends to decrease. 第二のp型クラッド層の膜厚の下限は特に限定するものではなく、例えば1原子層、2原子層にあたるような数オングストロームの膜厚で形成してもよい。 Film lower limit of the thickness of the second p-type cladding layer is not particularly limited, for example, 1 atomic layer may be formed to a thickness of several angstroms, such as corresponding to 2 atomic layers.

【0019】 [0019]

【実施例】以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 It will be described based EXAMPLES The present invention will in the specific examples. 以下の実施例はMOVPE法による成長方法を示している。 The following examples show the growth method by MOVPE.

【0020】[実施例1]図1を元に実施例1について説明する。 [0020] For Example 1 Figure 1 Example 1 based on will be described. まず、TMG(トリメチルガリウム)とNH First, NH and TMG (trimethyl gallium)
3とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板1のC面に500℃でGaNよりなるバッファ層2を500 With 3 and the buffer layer 2 of GaN at 500 ° C. in the C-plane of the sapphire substrate 1 was set in the reaction vessel 500
オングストロームの膜厚で成長させる。 It is grown to the thickness of angstroms.

【0021】次に温度を1050℃まで上げ、TMG、 [0021] and then raising the temperature up to 1050 ℃, TMG,
NH 3に加えシランガスを用い、Siドープn型GaN In addition to NH 3 using a silane gas, Si-doped n-type GaN
よりなるn型コンタクト層23を4μmの膜厚で成長させる。 The n-type contact layer 23 become more is grown to the thickness of 4 [mu] m.

【0022】続いて原料ガスにTMA(トリメチルアルミニウム)を加え、同じく1050℃でSiドープn型Al0.3Ga0.7N層よりなるn型クラッド層4を0.1 [0022] Subsequently TMA to (trimethyl aluminum) was added to the raw material gas, also n-type clad layer 4 made of Si-doped n-type Al0.3Ga0.7N layer at 1050 ° C. 0.1
μmの膜厚で成長させる。 It is grown to the thickness of μm.

【0023】次に温度を800℃に下げ、TMG、TM [0023] Next, the temperature was lowered to 800 ℃, TMG, TM
I(トリメチルインジウム)、NH I (trimethyl indium), NH 3 、シランガス、D 3, silane gas, D
EZ(ジエチルジンク)を用い、Si+Znドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる活性層5を0.1μmの膜厚で成長させる。 Using EZ (diethyl zinc), an active layer 5 made of Si + Zn-doped n-type In0.05Ga0.95N is grown to the thickness of 0.1 [mu] m.

【0024】続いて800℃にて、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、NH 3 、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)ガスを用い、Mgドープp型In0.01Ga0.99Nよりなる第二のp型クラッド層60 [0024] At Subsequently 800 ° C., TMG, TMI (trimethyl indium), NH 3, with Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) gas, a second p-type cladding made of Mg-doped p-type In0.01Ga0.99N layer 60
を50オングストローム成長させる。 It is grown 50 angstroms.

【0025】次に温度を1050℃に上げ、TMG、T [0025] and then raising the temperature to 1050 ℃, TMG, T
MA、NH 3 、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgドープp型Al0.3Ga0.7Nよりなる第一のp型クラッド層6を0.1μmの膜厚で成長させる。 MA, NH 3, with Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium), a first p-type cladding layer 6 made of Mg-doped p-type Al0.3Ga0.7N is grown to the thickness of 0.1 [mu] m.

【0026】続いて1050℃でTMG、NH 3 、Cp2 [0026] followed by TMG in 1050 ℃, NH 3, Cp2
Mgを用い、Mgドープp型GaNよりなるp型コンタクト層7を0.5μmの膜厚で成長させる。 With Mg, a p-type contact layer 7 made of Mg-doped p-type GaN is grown to the thickness of 0.5 [mu] m.

【0027】反応終了後、温度を室温まで下げてウェーハを反応容器から取り出し、700℃でウェーハのアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化する。 [0027] After the reaction, remove the wafer from the reaction vessel by lowering the temperature to room temperature and the annealing of the wafer at 700 ° C., to further reduce the resistance of the p-type layer. 次に最上層のp型コンタクト層7の表面に所定の形状のマスクを形成し、n型コンタクト層3の表面が露出するまでエッチングする。 Then forming a mask of a predetermined shape on the uppermost layer of the surface of the p-type contact layer 7, the surface of the n-type contact layer 3 is etched to expose. エッチング後、n型コンタクト層3の表面にTiとAlよりなる負電極8、p型コンタクト層7 After the etching, a negative electrode made of Ti and Al on the surface of the n-type contact layer 3 8, p-type contact layer 7
の表面にNiとAuよりなる正電極9を形成する。 Forming a positive electrode 9 made of Ni and Au on the surface of the. 電極形成後、ウェーハを350μm角のチップに分離した後、LED素子とした。 After electrode formation, after separating the wafer into chips of 350μm square, and the LED element. このLED素子はIf20mA The LED element is If20mA
でVf3.6V、発光ピーク波長450nm、半値幅7 In Vf3.6V, emission peak wavelength 450 nm, half width 7
0nmの青色発光を示し、発光出力は3mWであった。 Shows a blue emission of 0 nm, emission output was 3 mW.
さらに、このLEDの両電極に逆バイアスをかけて静電耐圧を測定したところ、400Vまで素子が破壊しなかった。 Furthermore, measurement of the electrostatic breakdown voltage reverse biasing both electrodes of the LED, element to 400V was not destroyed.

【0028】[実施例2]第二のp型クラッド層60の膜厚を100オングストロームとする他は実施例1と同様にしてLED素子を得たところ、発光出力は3mWと同一で、静電耐圧は450Vまで向上していた。 [0028] When Example 2 except that the second film thickness of the p-type cladding layer 60 is 100 angstroms to obtain a LED element in the same manner as in Example 1, the light emitting output is identical to the 3 mW, electrostatic breakdown voltage was increased to 450V.

【0029】[実施例3]第二のp型クラッド層60の膜厚を200オングストロームとする他は実施例1と同様にしてLED素子を得たところ、発光出力は2.5m [0029] [Example 3] where addition to the thickness of the second p-type cladding layer 60 and 200 angstroms to obtain a LED element in the same manner as in Example 1, emission output 2.5m
W、静電耐圧は550Vまで向上していた。 W, electrostatic withstand voltage was increased to 550V.

【0030】[実施例4]第二のp型クラッド層60の膜厚を300オングストロームとする他は実施例1と同様にしてLED素子を得たところ、静電耐圧は650V [0030] [Example 4] was obtained an LED element addition to the thickness of the second p-type cladding layer 60 and 300 Å in the same manner as in Example 1, the electrostatic withstand voltage 650V
まで向上したが、発光出力は1mWまで低下した。 It improved to but light emission output was reduced to 1 mW.

【0031】[実施例5]第二のp型クラッド層60にMgドープp型GaNを10オングストロームの膜厚で形成する他は実施例1と同様にしてLED素子を得たところ、発光出力は実施例1と同じ3mW、静電耐圧は3 [0031] [Example 5] where other to form a second p-type cladding layer 60 of Mg-doped p-type GaN with a film thickness of 10 Å was obtained LED element in the same manner as in Example 1, emission output the same 3mW example 1, the electrostatic withstand voltage 3
60Vであった。 Was 60V.

【0032】[実施例6]図3は実施例6に係る発光素子の構造を示す模式的な断面図である。 [0032] [Embodiment 6] FIG. 3 is a schematic sectional view showing a structure of a light emitting device according to Example 6. この発光素子が図1の発光素子と異なるところは、n型クラッド層4と活性層5との間に新たなバッファ層としてInを含むn n The light emitting device is different from the light emitting device of FIG. 1, which contains In as the new buffer layer between the n-type cladding layer 4 and the active layer 5
型の窒化物半導体、またはn型GaNよりなる第二のn Type nitride semiconductor or the second n of n-type GaN,
型クラッド層40を形成しているところである。 It is where forming the type cladding layer 40. この第二のクラッド層40は10オングストローム以上、0. The second clad layer 40 is 10 Å or more, 0.
1μm以下の膜厚で形成することが望ましく、さらに第二のn型クラッド層40と活性層5の膜厚を300オングストローム以上にすると、Inを含む第一のn型クラッド層40とInを含む活性層5とがバッファ層として作用し、n型クラッド層4、p型クラッド層6にクラックが入らず結晶性良く成長できる。 It is desirable to be formed by the following film thickness 1 [mu] m, including further when the thickness of the second n-type cladding layer 40 and the active layer 5 to more than 300 angstroms, the first n-type cladding layer 40 and the In containing In act and the active layer 5 as a buffer layer, n-type cladding layer 4, cracking the p-type cladding layer 6 can be good crystallinity growth without entering. さらに、この第二のn型クラッド層40を成長させることにより、不純物をドープしない活性層が実現でき、半値幅が狭く、出力の高い発光を得ることができる。 Furthermore, by growing the second n-type clad layer 40, an impurity can active layer realized without doping, half-value width is narrow, it can be obtained with high output emission.

【0033】この第二のn型クラッド層40は、活性層5とAlとGaとを含むn型クラッド層4との間のバッファ層として作用する。 [0033] The second n-type clad layer 40 acts as a buffer layer between the n-type cladding layer 4 including the active layer 5 and the Al and Ga. つまりInとGaとを含む第二のn型クラッド層40が結晶の性質として柔らかい性質を有しているので、AlとGaとを含むn型クラッド層4と活性層5との格子定数不整と熱膨張係数差によって生じる歪を吸収する働きがある。 That since the second n-type clad layer 40 containing In and Ga has soft properties as the nature of the crystal, the lattice constant mismatch between the n-type cladding layer 4 and the active layer 5 containing Al and Ga there is work to absorb the strain caused by the thermal expansion coefficient difference. 従って活性層5を膜厚が薄い量子構造を有するSQW、MQWとしても、活性層5、n型クラッド層4にクラックが入らないので、活性層を量子構造にしても活性層が弾性的に変形し、活性層の結晶欠陥が少なくなる。 Therefore SQW active layer 5 is a film thickness having a thin quantum structure, as MQW, since no cracks enter the active layer 5, n-type cladding layer 4, the active layer even if the active layer in the quantum structure elastically deforms and crystal defects of the active layer is reduced. つまり活性層の膜厚が薄い状態においても、活性層の結晶性が良くなるので発光出力が増大する。 That even in the film thickness of the active layer is thin state, the light emission output is increased because the crystallinity of the active layer is improved. さらに、活性層は膜厚を薄くしたことにより量子効果および励起子効果により発光出力が増大する。 Further, the active layer emission output is increased by quantum effect and exciton effect by having a reduced thickness. 言い換えると、従来の発光素子では単一の活性層の膜厚を例えば1000オングストローム以上と厚くすることにより、クラッド層、活性層にクラックが入るのを防止していた。 In other words, by increasing the thickness of the single active layer, for example, 1000 angstroms in the conventional light emitting device, the cladding layers had been prevented from cracks in the active layer. しかしながら活性層には常に熱膨張係数差、格子不整による歪が係っており、従来の発光素子では活性層の厚さが弾性的に変形可能な臨界膜厚を超えているので、弾性的に変形することができず、活性層中に多数の結晶欠陥を生じ、バンド間発光ではあまり光らない。 However always thermal expansion coefficient difference in the active layer, and strain due to lattice mismatching Kakari', the conventional light emitting device because the thickness of the active layer is greater than the resiliently deformable critical thickness, elastically can not be deformed, resulting a large number of crystal defects in the active layer, not less shine the interband emission. この第二のn型クラッド層40を形成することにより、量子構造の活性層において、発光素子の発光出力を飛躍的に向上させることが可能である。 By forming the second n-type cladding layer 40, the active layer of the quantum structure, a light emission output of the light emitting device can be remarkably improved.

【0034】具体的には、実施例1においてn型クラッド層4を成長させた後、温度を800℃に下げ、TM [0034] Specifically, after growing the n-type cladding layer 4 in Example 1, the temperature was lowered to 800 ° C., TM
G、TMI(トリメチルインジウム)、NH 3 、シランガスを用い、Siドープn型In0.01Ga0.99Nよりなる第二のn型クラッド層40を500オングストロームの膜厚で成長させる。 G, TMI (trimethyl indium), NH 3, using a silane gas, a second n-type clad layer 40 made of Si-doped n-type In0.01Ga0.99N is grown to the thickness of 500 angstroms.

【0035】続いてTMG、TMI、NH 3を用い80 [0035] Subsequently, using TMG, TMI, and NH 3 80
0℃でノンドープn型In0.05Ga0.95Nよりなる単一量子井戸構造の活性層5を80オングストロームの膜厚で成長させる。 0 The active layer 5 of a single quantum well structure composed of non-doped n-type In0.05Ga0.95N is grown to the thickness of 80 angstroms ° C.. 後は実施例1と同様にして、第二のp型クラッド層60と、第一のp型クラッド層6、p型コンタクト層7を成長させてLED素子としたところ、このLED素子は、If20mAでVf3.2V、発光ピーク波長400nmの青色発光を示し、発光出力は12m After the same manner as in Example 1, and the second p-type cladding layer 60, was the first p-type cladding layer 6, p-type contact layer 7 is grown by the LED element, the LED element, If20mA in Vf3.2V, it shows the emitted light of peak wavelength 400 nm, emission output 12m
Wであった。 It was W. さらに、発光スペクトルの半値幅は20n Further, the half value width of the emission spectrum 20n
mであり、非常に色純度の良い発光を示した。 M, and it showed very good luminescent color purity. また静電耐圧も実施例1と同様に400Vであった。 The electrostatic withstand voltage was similar to 400V as in Example 1.

【0036】[実施例7]実施例6において、活性層5 [0036] In Example 7 Example 6, the active layer 5
の組成をノンドープIn0.05Ga0.95Nよりなる井戸層を25オングストロームと、ノンドープIn0.01Ga0. And 25 Å well layers made of non-doped In0.05Ga0.95N the composition of non-doped In0.01Ga0.
99Nよりなる障壁層を50オングストロームの膜厚で成長させる。 A barrier layer made of 99N is grown to the thickness of 50 angstroms. この操作を13回繰り返し、最後に井戸層を積層して総厚1000オングストロームの活性層6を成長させた。 This operation was repeated 13 times, and finally by laminating a well layer is grown an active layer 6 having a total thickness of 1000 Angstroms. 後は実施例1と同様にして、第二のp型クラッド層60と、第一のp型クラッド層6、p型コンタクト層7を成長させてLED素子としたところ、このLE After the same manner as in Example 1, and the second p-type cladding layer 60, was the first p-type cladding layer 6, p-type contact layer 7 is grown by the LED element, the LE
D素子は、If20mAでVf3.2V、発光ピーク波長400nmの青色発光を示し、発光出力は12mWであった。 D element represents Vf3.2V, the blue light emission peak wavelength 400nm at If20mA, emission output was 12 mW. さらに、発光スペクトルの半値幅は20nmであり、非常に色純度の良い発光を示した。 Further, the half width of the emission spectrum was 20 nm, showed a very good light emission with high color purity. また静電耐圧は500Vであった。 The electrostatic withstand voltage was 500V. これは単一量子井戸構造の活性層よりも、多重量子井戸構造の活性層を有する素子の方が静電耐圧が高いことを示している。 This shows that even the active layer of single quantum well structure, the electrostatic breakdown voltage is more of an element having an active layer of multiple quantum well structure high.

【0037】[実施例8]活性層5の膜厚を500オングストロームとする他は実施例6と同様にしてLED素子を得たところ、このLED素子は活性層の膜厚が厚くなったので、発光出力は3mWまで低下したが、発光ピーク波長390nmで、半値幅20nmの青色発光を示し、静電耐圧は400Vであった。 [0037] When Example 8 the thickness of the active layer 5 except that a 500 angstroms to obtain a LED element in the same manner as in Example 6, since the LED element is the thickness of the active layer is thickened, light output was reduced to 3mW, but emission peak wavelength 390 nm, showed a blue light emission half-width 20 nm, the electrostatic withstand voltage was 400V.

【0038】[実施例9]第二のp型クラッド層60の膜厚を200オングストロームとする他は実施例6と同様にしてLED素子を得たところ、実施例6と同じく発光ピーク波長400nm、半値幅20nmの青色発光を示し、発光出力は10mW、静電耐圧は550Vまで向上していた。 [0038] [Example 9] The second p-type where the other film thickness of the cladding layer 60 and 200 angstroms to obtain a LED element in the same manner as in Example 6, also the emission peak wavelength 400nm as in Example 6, shows a blue emission of the half-value width 20 nm, emission output 10 mW, the electrostatic withstand voltage was improved to 550 V.

【0039】 [0039]

【発明の効果】従来の窒化物半導体発光素子では静電耐圧に弱く、特に乾燥した環境中では静電気により容易に素子が破壊してしまい信頼性に乏しかった。 In according to the present invention a conventional nitride semiconductor light emitting device is vulnerable to electrostatic withstand voltage, can easily element electrostatically was poor in reliability corrupting, especially dry environment. しかし本発明により発光素子の静電耐圧が向上するので、素子が容易に破壊されにくくなり信頼性が極めて向上した。 However, since improved electrostatic withstand voltage of the light emitting device according to the present invention, the element can easily reliability hardly be destroyed is extremely improved.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示す模式断面図。 Schematic cross-sectional view showing the structure of a light emitting device according to an embodiment of the present invention; FIG.

【図2】 従来の発光素子の構造を示す模式断面図。 Figure 2 is a schematic sectional view showing a structure of a conventional light emitting element.

【図3】 本発明の他の実施例に係る発光素子の構造を示す模式断面図。 Schematic cross-sectional view showing the structure of a light emitting device according to another embodiment of the present invention; FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1・・・・基板 2・・・・バッファ層 3・・・・n型コンタクト層 4・・・・n型クラッド層 5・・・・活性層 60・・・・第二のp型クラッド層 6・・・・第一のp型クラッド層 7・・・・p型コンタクト層 8・・・・負電極 9・・・・正電極 1 ... substrate 2 ... buffer layer 3 ... n-type contact layer 4 .... n-type cladding layer 5 ... active layer 60 ... second p-type cladding layer 6 .... the first p-type cladding layer 7 .... p-type contact layer 8 .... negative electrode 9 ... positive electrode

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 単一量子井戸もしくは多重量子井戸構造を有する活性層と、n型クラッド層との間に、インジウムを含むn型の窒化物半導体よりなる第二のn型クラッド層を有し、さらに前記活性層と、p型クラッド層との間に、少なくともインジウムを含むp型の窒化物半導体、またはp型のGaNよりなる第二のp型クラッド層が200オングストローム以下の膜厚で形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 And 1. A active layer having a single quantum well or multiple quantum well structure, between the n-type cladding layer having a second n-type clad layer made of n-type nitride semiconductor containing indium , formed further with the active layer, between the p-type cladding layer, at least a p-type nitride semiconductor containing indium or the second p-type cladding layer of p-type GaN is less than or equal to a film thickness 200 Å, nitride semiconductor light emitting device characterized in that it is.
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