JP3383242B2 - Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device - Google Patents
Gallium nitride based compound semiconductor light emitting deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は青色発光の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子に関する。The present invention relates to relates to the blue light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGa
N 系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率
が高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とす
ること等から注目されている。2. Description of the Related Art Conventionally, GaN has been used as a blue light emitting diode.
There are known ones using a system compound semiconductor. That Ga
N-based compound semiconductors are attracting attention because of their direct emission, high emission efficiency, and blue, which is one of the three primary colors of light, as the emission color.
【0003】このようなGaN 系の化合物半導体を用いた
発光ダイオードは、サファイア基板上に直接又は窒化ア
ルミニウムから成るバッファ層を介在させて、n導電型
のGaN 系の化合物半導体から成るn層を成長させ、その
n層の上にp型不純物を添加してi型のGaN 系の化合物
半導体から成るi層を成長させた構造をとっている(特
開昭62-119196 号公報、特開昭63-188977 号公報) 。In such a light emitting diode using a GaN-based compound semiconductor, an n layer made of an n-conductivity type GaN-based compound semiconductor is grown directly on a sapphire substrate or with a buffer layer made of aluminum nitride interposed. Then, a p-type impurity is added to the n-layer to grow an i-layer made of an i-type GaN-based compound semiconductor (JP-A-62-119196, JP-A-63-196196). -188977 publication).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造の発
光ダイオードの発光強度は未だ十分ではない。又、pn
接合でないため、駆動電圧がバラツキ、しかも高くなる
ことがある。これらの改良が望まれている。However, the light emission intensity of the light emitting diode having the above structure is not yet sufficient. Also, pn
Since it is not a junction, the drive voltage may vary and become high. These improvements are desired.
【0005】そこで、本発明の目的は、GaN 系の化合物
半導体の発光ダイオードの青色の発光強度を向上させる
こと及び駆動電圧を安定させることである。Therefore, an object of the present invention is to improve the blue light emission intensity of a GaN compound semiconductor light emitting diode and to stabilize the driving voltage.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子において、窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子において、シリコン(Si)を添加
して電子濃度が1×10 17 〜1×10 19 /cm 3 のn型の
Al X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る高キャリア濃度層と、
電子濃度が1×10 14 〜1×10 17 /cm 3 のn型のAl X G
a 1-X N(X=0 を含む) から成る低キャリア濃度層と、p型
のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成るp層とを有すること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であ
る。 Configuration of the present invention, in order to solve the problem] is the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element, gallium nitride
Addition of silicon (Si) to compound semiconductor light emitting device
And the electron concentration of the n-type 1 × 10 17 ~1 × 10 19 / cm 3 and
A high carrier concentration layer composed of Al X Ga 1-X N (including X = 0),
N-type Al X G with an electron concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3
a 1-X N (including X = 0) low carrier concentration layer and p-type
And a p-layer consisting of Al X Ga 1-X N (including X = 0)
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device characterized by
It
【0007】又、他の発明の構成は、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子において、シリコン(Si)を添加して
電子濃度が1×10 17 〜1×10 19 /cm 3 のn型のAl X G
a 1-X N(X=0 を含む) から成る高キャリア濃度層と、ノン
ドープのn型のAl X Ga 1-X N(X= 0 を含む) から成る低キャ
リア濃度層と、p型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る
p層とを有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子である。 又、他の発明の構成は、窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子において、シリコン(Si)
を添加したn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る高キ
ャリア濃度層と、電子濃度が1×10 14 〜1×10 17 /
cm 3 のn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る低キャリ
ア濃度層と、p型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成るp
層とを有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子である。 Another structure of the present invention is based on gallium nitride.
In compound semiconductor light emitting device, by adding silicon (Si)
N-type Al X G with electron concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3
a 1-X N (including X = 0) high carrier concentration layer
A low-capacity array of doped n-type Al X Ga 1-X N ( including X = 0).
Consists of a rear concentration layer and p-type Al X Ga 1-X N (including X = 0)
a gallium nitride-based compound having a p-layer
It is a semiconductor light emitting device. The structure of another invention is a nitride gas.
In a lithium compound semiconductor light emitting device, silicon (Si)
High-quality N - type Al X Ga 1-X N (including X = 0)
Carrier concentration layer and electron concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 /
Low carry of cm 3 n-type Al X Ga 1-X N (including X = 0)
P consisting of a concentration layer and p-type Al X Ga 1-X N (including X = 0)
And a gallium nitride-based compound semi-comprising
It is a conductor light emitting element.
【0008】[0008]
【発明の作用及び効果】本発明は、従来のi層とn層と
の接合に代えて、p層とn層との接合が可能となった。
この結果、注入キャリアの量が増加し、発光効率及び発
光輝度を向上させることができた。According to the present invention, the p-layer and the n-layer can be joined instead of the conventional i-layer and the n-layer.
As a result, the amount of injected carriers was increased, and the light emission efficiency and the light emission brightness could be improved.
【0009】高キャリア濃度層によりn層全体の電気抵
抗を小さくでき、発光ダイオードの直列抵抗が下がり、
発光ダイオードの発熱を抑えることができる。そして、
上記の構成をとることにより発光ダイオードの発光強度
を増加させることができる。 又、低キャリア濃度層と高
キャリア濃度層とを設けたことで、発光ダイオードの青
色の発光強度を増加させることができる。 Due to the high carrier concentration layer, the electrical resistance of the entire n layer is
The resistance can be reduced, the series resistance of the light emitting diode is reduced,
It is possible to suppress heat generation of the light emitting diode. And
With the above configuration, the emission intensity of the light emitting diode
Can be increased. In addition, the low carrier concentration layer and high
By providing a carrier concentration layer, the light emitting diode blue
The emission intensity of the color can be increased.
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on specific embodiments.
【0012】図1において、発光ダイオード10は、サ
ファイア基板1を有しており、そのサファイア基板1に
500 ÅのAlN のバッファ層2が形成されている。そのバ
ッファ層2の上には、順に、膜厚約2.2μmのGaN から成
る高キャリア濃度n+ 層3と膜厚約1.5μmのGaN から成
る低キャリア濃度n層4が形成されており、更に、低キ
ャリア濃度n層4の上に膜厚約0.2μmのGaN から成るp
層5が形成されている。そして、p層5に接続するアル
ミニウムで形成された電極7と高キャリア濃度n+ 層3
に接続するアルミニウムで形成された電極8とが形成さ
れている。In FIG. 1, a light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1, and
A buffer layer 2 of 500 Å AlN is formed. On the buffer layer 2, a high carrier concentration n + layer 3 made of GaN having a film thickness of about 2.2 μm and a low carrier concentration n layer 4 made of GaN having a film thickness of about 1.5 μm are sequentially formed. , A low carrier concentration n layer 4 having a thickness of about 0.2 μm GaN p
Layer 5 has been formed. The electrode 7 formed of aluminum and connected to the p layer 5 and the high carrier concentration n + layer 3 are formed.
And an electrode 8 made of aluminum and connected to.
【0013】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described.
【0014】上記発光ダイオード10は、有機金属化合
物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) による気相成長
により製造された。The light emitting diode 10 was manufactured by vapor phase epitaxy by an organometallic compound vapor phase epitaxy method (hereinafter referred to as "M0VPE").
【0015】用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2
とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」と記
す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下「TMA
」と記す) とシラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマ
グネシウム(Mg(C5H5)2)(以下、「CP2Mg 」と記す) であ
る。The gases used are NH 3 and carrier gas H 2
Trimethyl gallium (Ga (CH 3) 3) ( hereinafter referred to as "TMG") and trimethylaluminum (Al (CH 3) 3) ( hereinafter "TMA
)), Silane (SiH 4 ), and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter referred to as “CP 2 Mg”).
【0016】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶のサファイア基板1をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板1を気相エッチングした。First, the single crystal sapphire substrate 1 whose main surface is the a-plane cleaned by organic cleaning and heat treatment is mounted on the susceptor placed in the reaction chamber of the M0VPE apparatus. Then, at a pressure of 1100 while flowing H 2 into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / min under normal pressure.
The sapphire substrate 1 was vapor-phase etched at 0 ° C.
【0017】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMA を 1.8×10-5
モル/分で供給してAlN のバッファ層2が約 500Åの厚
さに形成された。Next, the temperature is lowered to 400 ° C. and H 2 is added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 × 10 -5
The buffer layer 2 of AlN was formed at a thickness of about 500Å by supplying at a mol / min.
【0018】次に、サファイア基板1の温度を1150℃に
保持し、H2を20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMG
を 1.7×10-4モル/分、H2で0.86ppm まで希釈したシラ
ン(SiH4)を 200ml/分の割合で30分間供給し、膜厚約2.
2μm、キャリア濃度 1.5×1018/ cm3 のGaN から成る高
キャリア濃度n+ 層3を形成した。Next, the temperature of the sapphire substrate 1 was maintained at 1150 ° C., H 2 was 20 liter / min, NH 3 was 10 liter / min, and TMG was used.
Silane (SiH 4 ) diluted to 1.7 × 10 -4 mol / min and 0.86 ppm with H 2 at a rate of 200 ml / min for 30 minutes to obtain a film thickness of about 2.
2 [mu] m, thereby forming a high carrier concentration n + layer 3 made of GaN having a carrier concentration 1.5 × 10 18 / cm 3.
【0019】続いて、サファイア基板1の温度を1150℃
に保持し、H2を20 liter/ 分、NH3を10 liter/ 分、TMG
を1.7 ×10-4モル/分の割合で20分間供給し、膜厚約
1.5μm、キャリア濃度 1×1015/ cm3 のGaN から成る低
キャリア濃度n層4を形成した。Then, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 1150 ° C.
, H 2 at 20 liter / min, NH 3 at 10 liter / min, TMG
For 20 minutes at a rate of 1.7 × 10 -4 mol / min,
A low carrier concentration n-layer 4 made of GaN having a carrier concentration of 1 × 10 15 / cm 3 and a thickness of 1.5 μm was formed.
【0020】次に、サファイア基板1を 900℃にして、
H2 を20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMG を 1.7
×10-4モル/分、CP2Mg を 3×10-6モル/分の割合で 3
分間供給して、膜厚0.2μmのGaN から成るi層5を形成
した。この状態では、i層5は絶縁体である。Next, the sapphire substrate 1 is set to 900 ° C.,
H 2 = 20 liter / min, NH 3 = 10 liter / min, TMG = 1.7
× 10 -4 mol / min, CP 2 Mg at 3 × 10 -6 mol / min 3
Then, the i-layer 5 made of GaN having a film thickness of 0.2 μm was formed by supplying for 10 minutes. In this state, the i layer 5 is an insulator.
【0021】次に、反射電子線回析装置を用いて、この
i層5に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件
は、加速電圧10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度
0.2mm/sec、ビーム径60μmφ、真空度2.1 ×10-5Torrで
ある。この電子線の照射により、i層5は抵抗率は108
Ωcm以上の絶縁体から抵抗率40Ωcmのp導電型半導体と
なった。このようにして、p導電型を示すp層5が得ら
れる。Next, the i layer 5 was uniformly irradiated with an electron beam by using a reflection electron beam diffraction apparatus. Electron beam irradiation conditions are: acceleration voltage 10 KV, sample current 1 μA, beam moving speed
0.2 mm / sec, beam diameter 60 μmφ, vacuum degree 2.1 × 10 −5 Torr. This electron beam irradiation causes the i-layer 5 to have a resistivity of 10 8
An insulator of Ωcm or more became a p-conductivity type semiconductor with a resistivity of 40 Ωcm. In this way, the p layer 5 exhibiting the p conductivity type is obtained.
【0022】このようにして、図2に示すような多層構
造のウエハが得られた。In this way, a wafer having a multilayer structure as shown in FIG. 2 was obtained.
【0023】以下に述べられる図3から図7、図9から
図12は、ウエハ上の1つの素子のみを示す断面図であ
り、実際は、この素子が連続的に繰り返されたウエハに
ついて、処理が行われ、その後、各素子毎に切断され
る。FIGS. 3 to 7 and 9 to 12 described below are cross-sectional views showing only one element on the wafer. In practice, a wafer in which this element is continuously repeated is processed. After that, it is cut into each element.
【0024】図3に示すように、p層5の上に、スパッ
タリングによりSiO2層11を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層11上にフォトレジスト12を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト12
を高キャリア濃度n+ 層3に対する電極形成部位Aとそ
の電極形成部をp層5に対する電極と絶縁分離する溝を
形成する部位Bのフォトレジストを除去したパターンに
形成した。次に、図4に示すように、フォトレジスト1
2によって覆われていないSiO2層11をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。As shown in FIG. 3, a SiO 2 layer 11 having a thickness of 2000 Å was formed on the p layer 5 by sputtering.
Next, a photoresist 12 is applied on the SiO 2 layer 11, and the photoresist 12 is applied by photolithography.
Was formed in a pattern in which the photoresist was removed from the electrode forming portion A for the high carrier concentration n + layer 3 and the portion B forming a groove for insulating the electrode forming portion from the electrode for the p layer 5. Next, as shown in FIG.
The SiO 2 layer 11 not covered with 2 was removed with a hydrofluoric acid-based etching solution.
【0025】次に、図5に示すように、フォトレジスト
12及びSiO2層11によって覆われていない部位のp層
5とその下の低キャリア濃度n層4と高キャリア濃度n
+ 層3の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44
W/cm2 、CCl2F2ガスを10ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。Next, as shown in FIG. 5, the p layer 5 in a portion not covered by the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11, the low carrier concentration n layer 4 and the high carrier concentration n under the p layer 5 are formed.
+ Vacuum level 0.04 Torr, high frequency power 0.44
W / cm 2 and CCl 2 F 2 gas were supplied at a rate of 10 ml / min for dry etching, and then Ar was used for dry etching.
【0026】次に、図6に示すように、p層5上に残っ
ているSiO2層11をフッ化水素酸で除去した。Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 layer 11 remaining on the p layer 5 was removed with hydrofluoric acid.
【0027】次に、図7に示すように、試料の上全面
に、Al層13を蒸着により形成した。そして、そのAl層
13の上にフォトレジスト14を塗布して、フォトリソ
グラフにより、そのフォトレジスト14が高キャリア濃
度n+ 層3及びp層5に対する電極部が残るように、所
定形状にパターン形成した。Next, as shown in FIG. 7, an Al layer 13 was formed on the entire surface of the sample by vapor deposition. Then, a photoresist 14 is applied on the Al layer 13, and the photoresist 14 is patterned into a predetermined shape by photolithography so that the electrode portions for the high carrier concentration n + layer 3 and the p layer 5 remain. did.
【0028】次に、図7に示すようにそのフォトレジス
ト14をマスクとして下層のAl層13の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングし、フォトレジスト14をア
セトンで除去し、高キャリア濃度n+ 層3の電極8、p
層5の電極7を形成した。Next, as shown in FIG. 7, the exposed portion of the lower Al layer 13 is etched with a nitric acid-based etching solution using the photoresist 14 as a mask, and the photoresist 14 is removed with acetone to obtain a high carrier concentration n +. Electrode 3 of layer 3, p
The electrode 7 of the layer 5 was formed.
【0029】その後、上記の如く処理されたウエハは、
各素子毎に切断され、図1に示すpn構造の窒化ガリウ
ム系発光素子を得た。Thereafter, the wafer processed as described above is
Each element was cut to obtain a pn-structure gallium nitride-based light-emitting element shown in FIG.
【0030】このようにして製造された発光ダイオード
10の発光強度を測定したところ10mcd であった。これ
は、単純にi層とキャリア濃度 5×1017/ cm3 、厚さ4
μmのn層とを接続した従来の発光ダイオードに比べ
て、発光強度が10倍に向上した。The light emission intensity of the light emitting diode 10 thus manufactured was measured and found to be 10 mcd. This is simply the i-layer and carrier concentration 5 × 10 17 / cm 3 , thickness 4
The light emission intensity is 10 times higher than that of a conventional light emitting diode connected to a μm n layer.
【0031】さらに、i 層を使用したときの駆動電圧(1
0mA)が10〜15V ばらついたのが、p層の導入により駆動
電圧は7V程度と低くなりばらつきも少なくなった。Furthermore, the driving voltage (1
(0mA) varied from 10 to 15V, but the driving voltage was reduced to about 7V due to the introduction of the p layer, and the variation was reduced.
【0032】又、発光面を観察した所、発光点の数が増
加していることも観察された。When the light emitting surface was observed, it was also observed that the number of light emitting points increased.
【0033】尚、比較のために、低キャリア濃度n層4
のキャリア濃度を各種変化させた上記試料を製造して、
発光強度及び発光スペクトラムを測定した。その結果
を、図8に示す。For comparison, the low carrier concentration n layer 4 is used.
We manufactured the above samples with various carrier concentrations of
The emission intensity and emission spectrum were measured. The result is shown in FIG.
【0034】キャリア濃度が増加するに連れて、発光強
度が減少し、且つ、発光波長が赤色側に変位することが
分かる。このことは、ドーピング元素のシリコンがp層
5に不純物元素として拡散または混入するためであると
思われる。It can be seen that the emission intensity decreases and the emission wavelength shifts to the red side as the carrier concentration increases. This is considered to be because the doping element silicon diffuses or mixes into the p layer 5 as an impurity element.
【0035】又、発光ダイオード10は、次のようにし
て製造することもできる。The light emitting diode 10 can also be manufactured as follows.
【0036】上述したのと同様な方法で、図2に示すよ
うに各層を積層させる。ただし、p層5に代えてi層5
0(図9)が積層されている。即ち、i層50には電子
線が照射されていない。従って、この積層状態では、i
層50は絶縁体(i型)である。The layers are laminated as shown in FIG. 2 in the same manner as described above. However, instead of the p layer 5, the i layer 5
0 (FIG. 9) are stacked. That is, the i layer 50 is not irradiated with the electron beam. Therefore, in this stacked state, i
The layer 50 is an insulator (i type).
【0037】次に、この積層されたウエハにおいて、図
9に示すように、高キャリア濃度n+ 層3に対する電極
形成部位Aだけに、エッチングにより溝が形成された。Then, in this laminated wafer, as shown in FIG. 9, a groove was formed by etching only in the electrode forming portion A for the high carrier concentration n + layer 3.
【0038】次に、図10に示すように、i層50の一
部にのみ、電子線を照射して、p導電型半導体のp層5
が形成された。この時、p層5以外の部分、即ち、電子
線の照射されなかった部分は、絶縁体のi層50のまま
である。従って、p層5は、縦方向に対しては、低キャ
リア濃度n層4とpn接合を形成するが、横方向には、
p層5は、周囲に対して、i層50により電気的に絶縁
分離される。Next, as shown in FIG. 10, only a part of the i layer 50 is irradiated with an electron beam to form the p layer 5 of p conductivity type semiconductor.
Was formed. At this time, the portion other than the p layer 5, that is, the portion not irradiated with the electron beam remains the i layer 50 of the insulator. Therefore, the p layer 5 forms a pn junction with the low carrier concentration n layer 4 in the vertical direction, but in the horizontal direction,
The p layer 5 is electrically isolated from the surroundings by the i layer 50.
【0039】次に、図11に示すように、p層5とi層
50と高キャリア濃度n+ 層3に対する電極形成部位A
の上全面に、Al層20が蒸着により形成された。そし
て、そのAl層20の上にフォトレジスト21を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト21
が高キャリア濃度n+ 層3及びp層5に対する電極部が
残るように、所定形状にパターン形成した。Next, as shown in FIG. 11, an electrode forming portion A for the p layer 5, the i layer 50 and the high carrier concentration n + layer 3 is formed.
An Al layer 20 was formed on the entire upper surface by vapor deposition. Then, a photoresist 21 is applied on the Al layer 20, and the photoresist 21 is applied by photolithography.
Was patterned into a predetermined shape so that the electrode portions for the high carrier concentration n + layer 3 and p layer 5 remain.
【0040】次に、そのフォトレジスト21をマスクと
して下層のAl層20の露出部を硝酸系エッチング液でエ
ッチングし、フォトレジスト21をアセトンで除去し、
図12に示すように、高キャリア濃度n+ 層3の電極5
2、p層5の電極51を形成した。Next, using the photoresist 21 as a mask, the exposed portion of the lower Al layer 20 is etched with a nitric acid-based etching solution, and the photoresist 21 is removed with acetone.
As shown in FIG. 12, the electrode 5 of the high carrier concentration n + layer 3 is formed.
2, the electrode 51 of the p layer 5 was formed.
【0041】その後、上述のように形成されたウエハが
各素子毎に切断された。After that, the wafer formed as described above was cut into each element.
【0042】尚、マグネシウムMgのドーピングガスは、
上述のガスの他、メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウムMg((C5H5)CH3)2を用いても良い。The doping gas of magnesium Mg is
In addition to the above gases, methylcyclopentadienyl magnesium Mg ((C 5 H 5 ) CH 3 ) 2 may be used.
【0043】又、上記実施例では、p層のドーピング元
素は、マグネシウム(Mg)である。Mgを単にドーピングし
た場合には、i型(絶縁)となる。このi型の層に電子
線を照射することで、p導電型に変化させることができ
る。電子線の照射条件としては、加速電圧1KV〜50KV、
試料電流0.1 μA 〜1mA が望ましい。Further, in the above embodiment, the doping element of the p layer is magnesium (Mg). When Mg is simply doped, it becomes i-type (insulating). By irradiating the i-type layer with an electron beam, it can be changed to the p-conductivity type. The electron beam irradiation conditions include an acceleration voltage of 1 KV to 50 KV,
A sample current of 0.1 μA to 1 mA is desirable.
【0044】又、上記低キャリア濃度n層のキャリア濃
度は1 ×1014〜 1×1017/cm3 で膜厚は 0.5〜2μmが望
ましい。キャリア濃度が 1×1017/cm3 以上となると発
光強度が低下するので望ましくなく、 1×1014/cm3 以
下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流
すと発熱するので望ましくない。又、膜厚が2μm以上と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくなく、膜厚が0.5μm以下となると
発光強度が低下するので望ましくない。The carrier concentration of the low carrier concentration n layer is preferably 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3 and the film thickness is preferably 0.5 to 2 μm. When the carrier concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or more, the emission intensity decreases, which is not desirable. When the carrier concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when an electric current is applied. . Further, if the film thickness is 2 μm or more, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when a current is applied, which is not desirable, and if the film thickness is 0.5 μm or less, the emission intensity decreases, which is not desirable.
【0045】更に、高キャリア濃度n+ 層のキャリア濃
度は 1×1017〜 1×1019/cm3 で膜厚は2〜10μmが望ま
しい。キャリア濃度が 1×1019/cm3 以上となると結晶
性が悪化するので望ましくなく、 1×1017/cm3 以下と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくない。又、膜厚が10μm 以上とな
ると基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μm 以
下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流
すと発熱するので望ましくない。Further, the carrier concentration of the high carrier concentration n + layer is preferably 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 and the film thickness is preferably 2 to 10 μm. When the carrier concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or more, the crystallinity is deteriorated, which is not desirable. When the carrier concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when a current is applied, which is not desirable. . Also, if the film thickness is 10 μm or more, the substrate is curved, which is not desirable, and if the film thickness is 2 μm or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when an electric current is passed, which is not desirable.
【0046】尚、発明の詳細な説明において、次の発明
も認識されている。 窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子において、p導電型を示す窒化ガリウム系化合物半導
体(Al X Ga 1-X N;X =0 を含む) からなるp層と、p層に接
合する低キャリア濃度の窒化ガリウム系化合物半導体(A
l X Ga 1-X N;X=0を含む) から成る低キャリア濃度n層と、
低キャリア濃度n層に接合する高キャリア濃度の窒化ガ
リウム系化合物半導体(Al X Ga 1-X N;X=0を含む) から成る
高キャリア濃度n + 層とを形成し、pn接合を形成する
と共にn層を低キャリア濃度と高キャリア濃度の二重層
構造とした発明が認識されている。 In the detailed description of the invention, the following inventions will be described.
Is also recognized. Gallium Nitride Compound Semiconductor Luminescent Element
In semiconductor, gallium nitride compound semiconductor showing p conductivity type
Layer (including Al X Ga 1-X N; X = 0 ) and the p layer
Low carrier concentration gallium nitride compound semiconductor (A
l X Ga 1-X N; including X = 0) and a low carrier concentration n layer,
Nitride gas with a high carrier concentration that joins to a low carrier concentration n-layer
Comprised of helium compound semiconductors (including Al X Ga 1-X N; X = 0)
Forming a high carrier concentration n + layer and forming a pn junction
With n layer is a double layer of low carrier concentration and high carrier concentration
Structured inventions are recognized.
【0047】又、サファイア基板上にバッファ層を形成
する工程と、バッファ層上に高キャリア濃度の窒化ガリ
ウム系化合物半導体から成る層を形成する工程と、高キ
ャリア濃度の窒化ガリウム系化合物半導体から成る層の
上に低キャリア濃度の窒化ガリウム系化合物半導体から
成る層を形成する工程と、低キャリア濃度の窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成る層の上にp導電型を示す窒化
ガリウム系化合物半導体から成る層を形成する工程とか
ら成ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子の製造方法が認識されている。 A buffer layer is formed on the sapphire substrate.
And the high carrier concentration gallium nitride on the buffer layer.
A step of forming a layer made of an um-based compound semiconductor, and
Of a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor with a carrier concentration
From gallium nitride compound semiconductor with low carrier concentration
Forming a layer composed of gallium nitride with a low carrier concentration.
Nitriding showing p-conductivity type on a layer made of a compound semiconductor
Such as forming a layer made of gallium compound semiconductor
Gallium nitride-based compound semiconductor
Methods of manufacturing optical devices have been recognized.
【0048】上記の発明の構成において、p層とn層と
の接合が可能となったので、注入キャリアの量が増加
し、発光効率及び発光輝度を向上させることができた。
又、n層をp層と接合する側から順に、低キャリア濃度
n層と高キャリア濃度n + 層との二重層構造とすること
で、発光ダイオードの青色の発光強度を増加させること
ができた。 In the structure of the above invention, a p layer and an n layer are formed.
Since it has become possible to bond the
However, the luminous efficiency and the luminous brightness could be improved.
In addition, in order from the side where the n layer is joined to the p layer, the low carrier concentration
Double layer structure of n layer and high carrier concentration n + layer
To increase the blue emission intensity of the light emitting diode
I was able to.
【0049】即ち、高キャリア濃度n + 層によりn層全
体の電気抵抗を小さくでき、発光ダイオードの直列抵抗
が下がり、発光ダイオードの発熱を抑えることができ
る。又、p層に接合するn層は低キャリア濃度とするこ
と、つまり GaNを高純度化して発光領域(p層及びその
近傍)の青色発光を劣化させる不純物原子濃度を抑える
ことができる。又、p層に接合するn層は、結晶歪みの
少ないものとすることができる。以上の作用により青色
の発光強度が向上した。 In other words, the high carrier concentration n + layer enables the entire n layers to be
The electrical resistance of the body can be reduced and the series resistance of the light emitting diode
Can reduce the heat generation of the light emitting diode
It Also, the n layer joined to the p layer should have a low carrier concentration.
That is, GaN is highly purified to emit light in the light emitting region (p layer and its
Suppressing the concentration of impurity atoms that deteriorate blue light emission in the vicinity
be able to. In addition, the n layer joined to the p layer has a crystal strain.
Can be few. Due to the above action, blue
The emission intensity of was improved.
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a specific embodiment of the present invention.
【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図6】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図7】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図8】低キャリア濃度n層のキャリア濃度と発光強度
及び発光波長との関係を示した測定図。FIG. 8 is a measurement diagram showing the relationship between the carrier concentration of a low carrier concentration n layer and the emission intensity and emission wavelength.
【図9】他の製造方法による発光ダイオードの製造工程
を示した断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of a light emitting diode by another manufacturing method.
【図10】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a light emitting diode by another manufacturing method.
【図11】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a light emitting diode by another manufacturing method.
【図12】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a light emitting diode by another manufacturing method.
10─発光ダイオード 1─サファイア基板 2─バッファ層 3─高キャリア濃度n+ 層 4─低キャリア濃度n層 5─p層 50─i層 7,8,51,52─電極10-Light-emitting diode 1-Sapphire substrate 2-Buffer layer 3-High carrier concentration n + layer 4-Low carrier concentration n layer 5-p layer 50-i layer 7, 8, 51, 52-Electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 396020800 科学技術振興事業団 埼玉県川口市本町4丁目1番8号 (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 佐々 道成 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 橋本 雅文 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町(番地な し) 名古屋大学内 (56)参考文献 特開 昭59−228776(JP,A) 特開 昭53−47284(JP,A) 特開 昭48−22291(JP,A) Japanese Journal of Applied Physic s,Vol.28,No.12,Decem ber,1989,pp.L2112−L2114 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (73) Patent holder 396020800 Science and Technology Promotion Corporation 4-8 Hommachi, Kawaguchi City, Saitama Prefecture (72) Inventor Katsuhide Sanbe Ochiai, Nagahata, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Prefecture In Toyoda Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Sasa Dosei, Nagachi 1 Ochiai, Kasuga-cho, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture In-house Toyoda Gosei Co., Ltd. (72) Kuki Kato 1 Ochiai, Nagahata, Kasuga-cho, Nishikasui-gun, Aichi Toyoda Gosei Incorporated (72) Inventor Shiro Yamazaki 1 Ochiai, Nagahata, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Prefecture Toyota Gosei Co., Ltd. (72) Inventor, Masafumi Hashimoto, Aichi-gun, Aichi-gun, Nagakute-cho 41, Nagamage Yokomichi 1 Toyota Central Research Institute (72) Inventor Yu Akasaki Furomachi, Chikusa-ku, Nagoya-shi, Aichi (No house number) Nagoya Univ. The inner (56) Reference Patent Sho 59-228776 (JP, A) JP Akira 53-47284 (JP, A) JP Akira 48-22291 (JP, A) Japanese Journal of Applied Physic s, Vol. 28, No. 12, December, 1989, pp. L2112-L2114 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00
Claims (3)
いて、 シリコン(Si)を添加して電子濃度が1×10 17 〜1×1
0 19 /cm 3 のn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る高
キャリア濃度層と、 電子濃度が1×10 14 〜1×10 17 /cm 3 のn型のAl X G
a 1-X N(X=0 を含む) から成る低キャリア濃度層と、 p型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成るp層と を有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。1. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device
Then, silicon (Si) is added to make the electron concentration 1 × 10 17 to 1 × 1.
0 19 / cm 3 n-type Al X Ga 1-X N (including X = 0) high
Carrier concentration layer and n-type Al X G with electron concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3.
Nitride having a low carrier concentration layer made of a 1-X N (including X = 0) and a p- layer made of p-type Al X Ga 1-X N (including X = 0) Gallium compound semiconductor light emitting device.
いて、 シリコン(Si)を添加して電子濃度が1×10 17 〜1×1
0 19 /cm 3 のn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る高
キャリア濃度層と、 ノンドープのn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成る低
キャリア濃度層と、 p型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成るp層と を有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。2. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device
Then, silicon (Si) is added to make the electron concentration 1 × 10 17 to 1 × 1.
0 19 / cm 3 n-type Al X Ga 1-X N (including X = 0) high
Low carrier concentration layer and non-doped n-type Al X Ga 1-X N (including X = 0)
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device having a carrier concentration layer and a p- layer made of p-type Al X Ga 1-X N (including X = 0) .
いて、 シリコン(Si)を添加したn型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む)
から成る高キャリア濃度層と、 電子濃度が1×10 14 〜1×10 17 /cm 3 のn型のAl X G
a 1-X N(X=0 を含む) から成る低キャリア濃度層と、 p型のAl X Ga 1-X N(X=0 を含む) から成るp層と を有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。3. A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device
And n-type Al X Ga 1-X N (including X = 0 ) added with silicon (Si )
And a high carrier concentration layer composed of n-type Al X G with an electron concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3.
Nitride having a low carrier concentration layer made of a 1-X N (including X = 0) and a p- layer made of p-type Al X Ga 1-X N (including X = 0) Gallium compound semiconductor light emitting device.
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JP29005790A Division JP3026102B2 (en) | 1990-10-27 | 1990-10-27 | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device |
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1999
- 1999-09-13 JP JP25915499A patent/JP3383242B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
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Japanese Journal of Applied Physics,Vol.28,No.12,December,1989,pp.L2112−L2114 |
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