JP3424629B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device

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JP3424629B2 JP34866599A JP34866599A JP3424629B2 JP 3424629 B2 JP3424629 B2 JP 3424629B2 JP 34866599 A JP34866599 A JP 34866599A JP 34866599 A JP34866599 A JP 34866599A JP 3424629 B2 JP3424629 B2 JP 3424629B2
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友次 三谷
宏充 丸居
公二 谷沢
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日亜化学工業株式会社
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード(LE BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] Field of the Invention The present invention is a light emitting diode (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、In a Al b Ga 1-ab N、0≦a、0≦ D), a laser diode (LD), a solar cell, the light-emitting element such as an optical sensor, the light receiving element or transistor, the nitride semiconductors used in electronic devices of the power device, etc., (e.g., In a Al b Ga 1- ab N , 0 ≦ a, 0 ≦
b、a+b≦1)素子に関する。 b, about a + b ≦ 1) element. 【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。 [0002] nitride semiconductor high-brightness blue LED, as a material for pure green LED, a full color LED display, traffic lights, is put into practical use in various light sources such as an image scanner light source. これらのLED素子は基本的に、 These LED elements is basically
サファイア基板上にGaNよりなるバッファ層と、Si A buffer layer of GaN on a sapphire substrate, 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 And n-side contact layer composed of doped GaN, a single quantum well structure (SQW: Single-Quantum- Well) InGa of
N、あるいはInGaNを有する多重量子井戸構造(M N or a multiple quantum well structure having a InGaN, (M
QW:Multi-Quantum-Well)の活性層と、MgドープA QW: a Multi-Quantum-Well) active layer of, Mg-doped A
lGaNよりなるp側クラッド層と、MgドープGaN And the p-side cladding layer consisting of lGaN, Mg-doped 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 Has a more becomes p-side contact layer are sequentially stacked, in 20 mA, 5 mW blue LED emission wavelength 450 nm, the external quantum efficiency 9.1%, 520 nm
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。 Shows 3 mW, a very excellent characteristic and 6.3% external quantum efficiency of the green LED. 量子井戸構造を有する活性層は、その構造の特性から、発光出力の向上が期待される。 Active layer having a quantum well structure, the characteristics of the structure, improvement in luminous output can be expected. 【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。 [0003] The present invention is, however, the conventional device as a LED element, a light source for illumination, for use in outdoor displays and the like in direct sunlight is not intended to emission output can be sufficiently satisfied. このように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、 Active layer of the thus quantum well structure, although significant improvement in light output can be considered,
その予想される可能性を十分に発揮させ難い。 As expected possibility difficult to sufficiently exhibited. 更に、素子の順方向電圧(Vf)を低くし、静電耐圧を良好にすることが、素子の汎用性を広げ、素子の信頼性を向上させることにつながる。 Further, to lower the forward voltage of the device (Vf), possible to improve the electrostatic withstand voltage, spread the versatility of the device, leading to improving the reliability of the device. そこで、本発明の目的は、素子の信頼性を向上させ、種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能とするため、発光出力のさらなる向上が可能となり、Vfの低い静電耐圧の良好となる窒化物半導体素子を提供することである。 An object of the present invention improves the reliability of the device, to enable the expansion of application range to various application products, it is possible to further improve the light output, good low electrostatic withstand voltage Vf it is to provide a nitride semiconductor device comprising. 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明は、以下の(1) [0004] According to an aspect of the present invention, the following (1)
〜(8)の構成により上記目的を達成することができる。 It is possible to achieve the above object by the configuration to (8). (1)n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、 (1) between the n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor,
活性層を有する窒化物半導体素子において、前記n型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記n In the nitride semiconductor device having an active layer, the said n-type nitride semiconductor, and has an n-type multi-film layer of n-type contact layer and the superlattice structure, the said n-type contact layer n
型多層膜層との間に100オングストローム以上の膜厚を有するアンドープのGaN層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 Nitride semiconductor device characterized by having a GaN layer of undoped having the thickness of 100 angstroms or more between the type multilayer film. (2)前記n型コンタクト層の下にさらに、アンドープのGaN層を有し、前記n型コンタクト層は前記2つのアンドープのGaN層の間に位置する上記(1)記載の窒化物半導体素子。 (2) the further below the n-type contact layer has an undoped GaN layer of the n-type contact layer is the two above (1) located between the undoped GaN layer nitride semiconductor device according. (3)前記n型コンタクト層は、SiドープのGaNからなる上記(1)(2)記載の窒化物半導体素子。 (3) the n-type contact layer (1) made of GaN doped with Si (2) The nitride semiconductor device according. (4)前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有し、前記n型多層膜層の組成と前記p型多層膜層の組成とが互いに異なることを特徴とする上記(1)〜(3)のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 (4) wherein the p-type nitride semiconductor having a p-type multi-film layer of the super lattice structure, and the composition of the n-type multi-film layer and the composition of the p-type multi-film layer is a feature different from each other to the (1) the nitride semiconductor device according to any one of - (3). (5)n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、 (5) between the n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor,
活性層を有する窒化物半導体素子において、前記n型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造の第1 In the nitride semiconductor device having an active layer, the said n-type nitride semiconductor, the n-type contact layer and the superlattice structure 1
のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記第1のn型多層膜層との間に、少なくとも3層構造の第2のn型多層膜層を有し、該第2のn型多層膜層は、前記n型コンタクト層側から順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を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 And and an n-type multilayer film of, between the n-type contact layer and the first n-type multi-film layer, a second n-type multilayer film of at least three layers, wherein the second n-type multi-film layer, the n-type from the contact layer side in the order of undoped layer, the nitride semiconductor device characterized by having an intermediate layer and an upper undoped n-type impurity doped. (6)前記下層、前記中間層及び前記上層の各膜厚は、 (6) the lower layer, each film thickness of the intermediate layer and the upper layer,
前記第1のn型多層膜層に近づくにしたがって薄くなるように設定された上記(5)記載の窒化物半導体素子。 The first n-type multi-layered film set to be thinner toward the layer has been described above (5) The nitride semiconductor device according. (7)前記アンドープの下層は、1000Å〜5000 (7) a lower layer of said undoped, 1000A~5000
Åの範囲の膜厚を有する上記(5)又は(6)記載の窒化物半導体素子。 Above (5) or (6) The nitride semiconductor device according has a thickness in the range of Å. (8)前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有することを特徴とする上記(5)〜(7)のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 (8) wherein the p-type nitride semiconductor, a nitride semiconductor device according to any one of the above (5) to (7), characterized in that it has a p-type multi-film layer of the super lattice structure . 【0005】つまり、本発明に係る窒化物半導体素子は、上記構成により、発光出力を向上させ、Vfを低くでき、静電耐圧の良好な窒化物半導体素子を提供することができる。 [0005] That is, the nitride semiconductor device according to the present invention, the above structure improves the luminous output, it can be lowered Vf, it is possible to provide a good nitride semiconductor device of the electrostatic breakdown voltage. 【0006】量子井戸構造の活性層は、発光出力を向上させる可能性を秘めているが、従来の素子では、量子井戸構造の可能性を十分満足できる程度に発揮させることが困難であった。 [0006] The active layer of a quantum well structure, although the potential to improve the luminous output, the conventional device, it is difficult to exhibit enough to fully satisfy the potential of the quantum well structure. 【0007】これに対して、本発明者らは、量子井戸構造の活性層の性能を十分発揮させるべく、種々検討した結果、活性層に接して又は近接して互いに組成及び/又は層数の異なるn型多層膜層とp型多層膜層とを形成することにより、活性層の性能を良好に引き出して発光出力の向上を達成するとともに、Vfの低下、及び静電耐圧の向上を達成することができた。 [0007] In contrast, the present inventors, in order to sufficiently exhibit the performance of the active layer of quantum well structure, a result of various studies, the active layer in contact or in proximity to the composition and / or number of layers to each other by forming the different n-type multi-film layer and the p-type multilayer film, while achieving an improvement in light output satisfactory pull the performance of the active layer, to achieve reduction of Vf, and the improvement of the electrostatic withstand voltage it could be. この理由は定かではないが、恐らく多層膜とすることにより結晶性が向上し、活性層の結晶性やp電極を形成する層の結晶性を良好とすることに加え、更に、組成及び/又は層数が異なることによるn型多層膜層とp型多層膜層との結晶の性質の相違が相乗的に作用して素子全体に好影響を及ぼし、素子性能(発光出力、Vf、静電耐圧等)を向上させていると考えられる。 The reason is not clear, probably crystallinity is improved by a multilayer film, the crystallinity of the layers forming the crystalline or p electrode of the active layer in addition to good, further, the composition and / or a positive impact on the entire device differences in the nature of the crystals of the n-type multi-film layer and the p-type multilayer film by the number of layers are different act synergistically, device performance (light output, Vf, the electrostatic breakdown etc.) to improve believed to be. 【0008】本発明において、多層膜層とは、少なくとも組成の異なる2種類以上の単一の窒化物半導体層を少なくとも2層以上積層させてなるものであり、隣接する単一の窒化物半導体層同士で組成が異なるように、単一の窒化物半導体層を複数層積層してなる。 [0008] In the present invention, the multilayer film, which made by stacking at least two layers of at least two or more single nitride semiconductor layer having different compositions, adjacent single nitride semiconductor layer compositionally with each other differ, formed by a plurality of layers stacked single nitride semiconductor layer. また、本発明において、n型多層膜層を構成する窒化物半導体の組成と、p型多層膜層を構成する窒化物半導体の組成とが異なるとは、それぞれの多層膜層を構成する単一の窒化物半導体の組成が同一であってもよいが、単一の窒化物半導体層を複数積層してなる多層膜層の全体の層構成(全体の組成)が一致しないことを意味する。 Also, a single constituting the present invention, the composition of the nitride semiconductor constituting the n-type multi-film layer, a p-type multi-film layer and the composition of the nitride semiconductor which have different configurations, the respective multilayer film it may be a composition of the nitride semiconductor of the same, but means that the entire layer structure of the multilayer film layer formed by laminating a plurality of single nitride semiconductor layer (overall composition) do not match. つまり、n型多層膜層とp型多層膜層とは、それらを構成する組成が、部分一致を有していてもよいが、完全一致しないように窒化物半導体層の組成が調整される。 That is, the n-type multi-film layer and the p-type multilayer film, the composition constituting them, may have a partial match, so as not to completely match the composition of the nitride semiconductor layer is adjusted. 本発明において、積層された層数が異なるとは、p型又はn型のいずれか一方が、多層膜層を構成する窒化物半導体が少なくとも一層以上多く積層されていればよい。 In the present invention, the number of laminated layers are different, one of p-type or n-type nitride semiconductor forming the multi-film layer has only to be many laminated over at least one layer. 【0009】更に、本発明は、p型多層膜層を構成する窒化物半導体層の層数が、n型多層膜層を構成する窒化物半導体層の層数より少ない方が、発光出力、Vf及び静電耐圧の特性をいすれも良好にできるので、好ましい。 Furthermore, the present invention is the number of layers of the nitride semiconductor layer constituting the p-type multi-film layer is found the less than the number of layers of the nitride semiconductor layers constituting the n-type multi-film layer, the light emitting output, Vf and since the characteristics of the electrostatic breakdown voltage Isure it may satisfactorily, preferred. 本発明において、p型多層膜層の積層された層数が、n型多層膜層の積層された層数より少なくとも一層すくなければよい。 In the present invention, p-type multilayer film laminated layer number of the layer is at least may even less than the n-type multi-layer film laminated layer number of the layer. 【0010】更に本発明は、p型多層膜層及び/又はn [0010] The present invention, p-type multi-film layer and / or n
型多層膜層が、変調ドープされていると、発光出力、V Type multi-film layer is, when are modulation doped, luminescent output, V
f及び静電耐圧を向上させることができる。 It is possible to improve the f and electrostatic withstand voltage. また、本発明において、変調ドープとは、多層膜層を形成する単一の窒化物半導体層において、隣接する窒化物半導体層同士の不純物濃度が異なることをいい、多層膜層を構成する隣接の一方の窒化物半導体層がアンドープで、他方が不純物をドープされていてもよく、また、隣接する両方の窒化物半導体層に不純物がドープされている場合に、 Further, in the present invention, the modulation-doped in a single nitride semiconductor layer to form a multilayer film layer, it means that the impurity concentration between the adjacent nitride semiconductor layers are different, adjacent to the multilayer film layer in one of the nitride semiconductor layer is undoped and the other may be doped with an impurity, and when the impurity adjacent both the nitride semiconductor layer is doped,
隣接する窒化物半導体同士で不純物濃度が異なっていてもよい。 It may be different impurity concentration at the adjacent nitride semiconductor other. 【0011】また、本発明において、n型多層膜層6とp型多層膜層8との組成が異なる場合、n型多層膜層6 Further, in the present invention, when the composition of the n-type multi-film layer 6 and the p-type multi-film layer 8 are different, n-type multi-film layer 6
を構成する層数とp型多層膜層8を構成する層数とは、 The number of layers constituting the layer number and the p-type multilayer film 8 constituting the,
同一でも異なってもよく、好ましくは層数が異なり、より好ましくはp型多層膜層の層数がn型多層膜層の層数より少ないことが、発光出力、Vf、静電耐圧の点で好ましい。 May be the same or different, preferably different number of layers, more preferably the number of layers of the p-type multi-film layer is smaller than the number of layers of n-type multi-film layer is, the light emitting output, Vf, in terms of the electrostatic withstand voltage preferable. また、本発明において、n型多層膜層とp型多層膜層との層数が異なる場合、n型多層膜層の組成とp In the present invention, if the number of layers of the n-type multi-film layer and the p-type multi-film layer are different, and the composition of the n-type multilayer film p
型多層膜層の組成とは、同一でも異なってもよく、好ましくは組成が異なることが、上記のような本発明の効果を得るのに好ましい。 Type and composition of the multilayer film may be the same or different, preferably the composition is different, preferably to obtain the effects of the present invention as described above. また、本発明において、n型多層膜層とp型多層膜層との層数が異なる場合、n型とp型との層数の組み合わせは特に限定されず、p型多層膜層8とn型多層膜層6の層数が異なっていれば、いずれの組み合わせでもよく、好ましくは、上記したように、p In the present invention, if the number of layers of the n-type multi-film layer and the p-type multi-film layer are different, the number of layers of the combination of the n-type and p-type is not particularly limited, and p-type multi-film layer 8 n if different number of layers of type multi-film layer 6 may be any combination, preferably, as described above, p
型多層膜層の層数がn型多層膜層の層数より少ないようにすることが、上記本発明の効果を得るのに好ましい。 Type the number of layers of the multilayer film that is to be less than the number of layers of the n-type multilayer film, preferably to obtain the effect of the present invention. 【0012】また、本発明に係る窒化物半導体素子は、 Further, the nitride semiconductor device according to the present invention,
以下のように構成しても上述した本発明の目的を達成することができる。 Can achieve the object of the present invention described above can also be configured as follows. すなわち、本発明に係る第4の窒化物半導体素子は、n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、活性層を有する窒化物半導体素子において、前記n型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記n型多層膜層との間に100オングストローム以上の膜厚を有するアンドープの窒化物半導体層を有しており、前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有することを特徴とする。 That is, the fourth nitride semiconductor device according to the present invention, between the n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor, the nitride semiconductor device having an active layer, the n-type nitride semiconductor, and an n-type multi-film layer of n-type contact layer and the superlattice structure and undoped nitride semiconductor layer having a film thickness of 100 angstroms or more between the n-type contact layer and the n-type multi-film layer the has, in the p-type nitride semiconductor, and having a p-type multi-film layer of the super lattice structure. このように、この第4の窒化物半導体素子は、n側の領域である前記n型窒化物半導体において超格子構造のn型多層膜層を有し、 Thus, the fourth nitride semiconductor device has an n-type multi-film layer of the superlattice structure in the n-type nitride semiconductor is a region of n-side,
p側の領域である前記p型窒化物半導体において超格子構造のp型多層膜層を有しかつ、前記n型コンタクト層と前記n型多層膜層との間に100オングストローム以上の膜厚を有するアンドープの窒化物半導体層を備えることにより、アンドープの窒化物半導体層を備えていない素子に比較してさらに、静電耐圧を良くすることができる。 In the p-type nitride semiconductor is a region of the p-side has a p-type multi-film layer of the superlattice structure and the thickness of 100 angstroms or more between the n-type contact layer and the n-type multi-film layer by providing the nitride semiconductor layer of undoped with further compared to the device without a nitride semiconductor layer of undoped, it is possible to improve the electrostatic withstand voltage. 【0013】また、本発明に係る第4の窒化物半導体素子においては、前記n型多層膜層の組成と前記p型多層膜層の組成とが互いに異なるようにしてもよい。 [0013] In the fourth semiconductor device according to the present invention, the composition of the n-type multi-film layer and the composition of the p-type multi-film layer may be different from each other. 【0014】さらに、本発明に係る第5の窒化物半導体素子は、n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、活性層を有する窒化物半導体素子において、前記n Furthermore, the fifth nitride semiconductor device according to the present invention, between the n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor, the nitride semiconductor device having an active layer, the n
型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造の第1のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記第1のn型多層膜層との間に、少なくとも3層構造の第2のn型多層膜層を有し、該第2のn型多層膜層を構成する層は前記第1の多層膜層に近づくに従って膜厚が薄くなるように調整されており、前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有することを特徴とする。 The type nitride semiconductor and having a first n-type multi-film layer of n-type contact layer and the superlattice structure, between the said n-type contact layer and the first n-type multilayer film, a second n-type multilayer film of at least three layers, the layers constituting the n-type multi-film layer of the second is adjusted so that the film thickness becomes thinner as approaching the first multi-film layer in which, in the p-type nitride semiconductor, and having a p-type multi-film layer of the super lattice structure. 以上のように構成することにより、本発明に係る第5の窒化物半導体素子は、従来例に比較して静電耐圧を向上させることができる。 By the above configuration, the fifth nitride semiconductor device according to the present invention, it is possible to improve the electrostatic withstand voltage as compared with the conventional example. 【0015】また、本発明に係る第5の窒化物半導体素子において、前記第2の多層膜層に100オングストローム以上の膜厚を有するアンドープの窒化物半導体層を有することが好ましく、これによりより静電耐圧を向上させることができる。 Further, in the fifth nitride semiconductor device according to the present invention preferably has a nitride semiconductor layer of undoped having the thickness of 100 angstroms or more in the second multi-film layer, thereby more static it is possible to improve the electrostatic withstand voltage. 【0016】また、本発明に係る第5の窒化物半導体素子において、前記n型第1の多層膜層の組成と前記p型多層膜層の組成とが互いに異なるようにしてもよい。 Further, in the fifth nitride semiconductor device according to the present invention, the composition of the n-type first multi-film layer and the composition of the p-type multi-film layer may be different from each other. 【0017】さらに、本発明に係る第5の窒化物半導体素子において、前記第2のn型多層膜層は、アンドープの層、Siドープの層、アンドープの層を順に有するように構成することができる。 Furthermore, in the fifth nitride semiconductor device according to the present invention, the second n-type multi-film layer is undoped layer, a layer of Si-doped, be configured to have a layer of undoped in order it can. 【0018】また、本発明に係る第6の窒化物半導体素子は、n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、 Further, the sixth nitride semiconductor device according to the present invention, between the n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor,
活性層を有する窒化物半導体素子において、前記n型窒化物半導体には超格子構造のn型多層膜層を有し、前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有し、前記n型多層膜層の組成と前記p型多層膜層の組成とが互いに異なりかつ、前記n型多層膜層の膜厚が前記p型多層膜層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。 In the nitride semiconductor device having an active layer, the said n-type nitride semiconductor having n-type multi-film layer of the super lattice structure, the said p-type nitride semiconductor, the p-type multilayer film of super lattice structure It has, unlike the composition of the n-type multi-film layer and the composition of the p-type multi-film layer to each other and the film thickness of the n-type multi-film layer is thicker than the thickness of the p-type multi-film layer and features. 以上のように構成された第6の窒化物半導体素子は、閾値又は順方向電圧を低くすることができる。 Or sixth nitride semiconductor device having the structure described can lower the threshold or forward voltage. 【0019】 【発明の実施の形態】以下に、図1を用いて本発明のn [0019] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, n of the present invention with reference to FIG. 1
型多層膜層及びp型多層膜層を有する窒化物半導体についてさらに詳細に説明する。 It will be described in more detail nitride semiconductor having a type multi-film layer and the p-type multi-film layer. 図1は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体素子(LED素子)の構造を示す模式的断面図を示す。 Figure 1 shows a schematic cross-sectional view showing a structure of a nitride semiconductor element according to an embodiment (LED element) of the present invention. しかし、本発明はこれに限定されない。 However, the present invention is not limited thereto. 図1には、サファイア基板1の上に、GaNよりなるバッファ層2、アンドープGaN層3、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層4、アンドープGa 1 shows, on a sapphire substrate 1, a buffer layer 2 made of GaN, an undoped GaN layer 3, Si-doped consisting GaN n-type contact layer 4, an undoped Ga
N層5、n型多層膜層6、InGaN/GaNよりなる多重量子井戸構造の活性層7、p型多層膜層8、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層9が順に積層された構造を有する窒化物半導体素子が示されている。 Having N layer 5, n-type multi-film layer 6, InGaN / active layer of multiple quantum well structure made of GaN 7, p-type multi-film layer 8, made of Mg-doped GaN p-type contact layer 9 are sequentially stacked nitride semiconductor device is shown. 上記n型多層膜層6及びp型多層膜層8を構成するそれぞれの窒化物半導体の組成、及び又は層数がn型とp型とで異なる。 The n-type multi-film layer 6 and the p-type multilayer film 8 each nitride semiconductor having a composition constituting the, and or the number of layers is different between the n-type and p-type. ここで、上記図1には、n型窒化物半導体としてn型多層膜層を1層及びp型窒化物半導体としてp型多層膜層を1層設けているが、n型窒化物半導体及びp Here, in FIG. 1, is provided with the p-type multilayer film one layer of n-type multi-film layer as a first layer and a p-type nitride semiconductor as n-type nitride semiconductor, n-type nitride semiconductor and p
型窒化物半導体にそれぞれ多層膜層を2層以上設けてもよい。 Each type nitride semiconductor may be provided multi-film layer 2 or more layers. 例えば、上記アンドープGaN層5を、基板側から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ている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる下層を順に積層してなる多層膜層とすると、発光出力、Vf及び静電耐圧をより良好とすることが好ましい。 For example, the undoped GaN layer 5, laminated underlayer from the substrate side of a nitride semiconductor of undoped intermediate layer n-type impurity is made of a nitride semiconductor that is doped, and the lower layer made of undoped nitride semiconductor in order When made Te multilayer film, the light emitting output, it is preferred to better the Vf and static withstand voltage. このようにn型窒化物半導体に2種のn型多層膜層を有する場合、2種のn型多層膜層のいずれかが、p型多層膜層の層数より多ければよい。 When such having two n-type multi-film layer in the n-type nitride semiconductor, one of the two n-type multi-film layer may be the amount exceeds the number of layers of p-type multilayer film. 【0020】まず、多層膜層について説明する。 [0020] First, a description will be given of the multilayer film layer. 本発明において、n型多層膜層6は、組成の異なる少なくとも2種類以上の窒化物半導体から構成されていればよく、 In the present invention, n-type multi-film layer 6 may be composed of at least two different kinds of nitride semiconductor compositions,
好ましい組成としては、Al z Ga 1-z N(0≦z<1) Preferred compositions, Al z Ga 1-z N (0 ≦ z <1)
[第1の窒化物半導体層]とIn p Ga 1-p N(0<p< [First nitride semiconductor layer] and In p Ga 1-p N ( 0 <p <
1)[第2の窒化物半導体層]との2種類の組成が挙げられる。 1) two types of composition between [the second nitride semiconductor layer] and the like. 第1の窒化物半導体層の好ましい組成としては、上記第1の窒化物半導体層を示す化学式のz値が小さいほど結晶性が良くなり、より好ましくはz値が0 The preferred composition of the first nitride semiconductor layer, the first higher crystallinity becomes better z value of the formula is less of a nitride semiconductor layer, and more preferably z value 0
[ゼロ]を示すGaNである。 A GaN showing the zero. また、第2の窒化物半導体層の好ましい組成としては、上記第2の窒化物半導体層を示す化学式のp値が0.5以下のIn p Ga 1-p N、 Further, preferred compositions of the second nitride semiconductor layer, p value formula that shows the second nitride semiconductor layer is 0.5 or less In p Ga 1-p N,
より好ましくはp値が0.1以下のIn p Ga 1-p Nである。 More preferably p value of 0.1 or less In p Ga 1-p N. 本発明において、第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層との好ましい組み合わせとしては、第1の窒化物半導体層がGaNであり、第2の窒化物半導体層がX値0.5以下のIn X Ga 1-X Nである組み合わせが挙げられる。 In the present invention, a preferred combination of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, a first nitride semiconductor layer is GaN, the second nitride semiconductor layer X value 0. 5 combinations thereof is less in X Ga 1-X N. 【0021】また、上記のような組成からなるn型多層膜層6は、第1の窒化物半導体層及び第2の窒化物半導体層をそれぞれ少なくとも1層以上形成し、合計で2層以上又は3層以上、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層以上積層し、好ましくはそれぞれ少なくとも7層以上積層し、合計で14層以上積層する。 Further, n-type multi-film layer 6 made of a composition as described above, the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer was formed respectively at least one layer, two layers or more in total or 3 or more layers, preferably stacked at least two layers respectively, are stacked in total four or more layers, preferably each laminated least 7 or more layers, laminating total 14 layers or more. 第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層の積層数の上限は特に限定されないが、例えば500層以下である。 The upper limit of the number of stacked first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer is not particularly limited, for example, or less 500 layers. 500層を超えると、積層する時間がかかり過ぎ操作が煩雑となったり、素子特性がやや低下する傾向がある。 When more than 500 layers, may become time consuming only operations and complicated to be laminated tends to device characteristics are deteriorated a little. 【0022】n型多層膜6を構成する単一の窒化物半導体層の膜厚は、特に限定されないが、2種類以上の窒化物半導体層の少なくとも1種類の単一の窒化物半導体層の膜厚を、100オングストローム以下、好ましくは7 The thickness of a single nitride semiconductor layer constituting the n-type multi-layer film 6 is not particularly limited, two or more nitrides of at least one semiconductor layer of the film of a single nitride semiconductor layer the thickness, 100 angstroms or less, preferably 7
0オングストローム以下、より好ましくは50オングストローム以下とする。 0 angstroms or less, more preferably at most 50 Å. このようにn型多層膜層6を構成する単一の窒化物半導体層の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。 By reducing the thickness of a single nitride semiconductor layer thus configuring the n-type multi-film layer 6, the multilayer film layer is a superlattice structure, the crystallinity of the multilayer film is improved, there is a tendency that the output can be improved. 【0023】n型多層膜層6が第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層とから構成される場合、少なくとも一方の膜厚を、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、最も好ましくは50オングストローム以下とする。 [0023] When n-type multi-film layer 6 is composed of a first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, at least one of thickness, 100 angstroms, preferably 70 angstroms or less, most preferably not more than 50 angstroms. 第1の窒化物半導体層及び第2の窒化物半導体層の少なくとも一方が、100オングストローム以下の薄膜層とすると、単一の窒化物半導体層がそれぞれ弾性臨界膜厚以下となり結晶が良好となる。 At least one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, when the following thin layer 100 Å, a single nitride semiconductor layer each crystal becomes less thick elastic critical film becomes good. この結晶性が改善された窒化物半導体層上に更に弾性臨界膜厚以下の窒化物半導体を成長させると、より結晶性が良好となる。 When the crystallinity is grown improved further elastic critical film on the nitride semiconductor layer thickness below the nitride semiconductor, more crystallinity is improved. このことから第1及び第2の窒化物半導体層の結晶性が積層されるに従って良くなり、結果としてn型多層膜層6全体の結晶性が良くなる。 May be in accordance with crystallinity of the first and second nitride semiconductor layer is laminated Therefore, results overall crystalline n-type multi-film layer 6 is improved as. このようにn型多層膜層6の全体の結晶性が良好となることにより、素子の発光出力が向上する。 By thus overall crystallinity of the n-type multi-film layer 6 is improved, thereby improving the emission output of the device. 【0024】第1の窒化物半導体層及び第2の窒化物半導体層の好ましい膜厚としては、両方とも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、最も好ましくは50オングストローム以下である。 [0024] Preferred thickness of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, both 100 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, and most preferably 50 angstroms or less.
n型多層膜層6を構成する第1及び第2の窒化物半導体層の膜厚が両方とも100オングストローム以下とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が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る。 When the thickness of the first and second nitride semiconductor layers constituting the n-type multi-film layer 6 are both set to 100 angstroms or less, the thickness of a single nitride semiconductor layer becomes less elastic critical thickness, the thickness compared to good nitride semiconductor crystallinity it can be grown in the case of growing a film. また、n型多層膜層6の第1 The first n-type multi-film layer 6
及び第2の窒化物半導体層の両方の膜厚を70オングストローム以下にすると、多層膜層が超格子構造となり結晶性が良好となり、この結晶性の良い超格子構造の上に活性層を成長させると、n型多層膜層6がバッファ層のような作用をして、活性層を結晶性よく成長できる。 And if both the thickness of the second nitride semiconductor layer is below 70 Å, multi-film layer crystallinity is improved becomes super lattice structure, the active layer is grown on the good crystallinity superlattice structure When, n-type multi-film layer 6 and the effects such as the buffer layer, it can be grown active layer with good crystallinity. 【0025】n型多層膜層6の総膜厚としては、特に限定されないが、25〜10000オングストロームであり、好ましくは25〜5000オングストロームであり、より好ましくは25〜1000オングストロームである。 [0025] As the total thickness of the n-type multi-film layer 6 is not particularly limited, but is from 25 to 10,000 angstroms, preferably from 25 to 5000 angstroms, more preferably from 25 to 1000 angstroms. 膜厚がこの範囲であると、結晶性が良く、素子の出力が向上する。 A thickness within this range, crystallinity is good, improves the output of the device. 【0026】n型多層膜層6は、形成される位置は特に限定されず、活性層7に接して形成されても、活性層7 [0026] n-type multi-film layer 6, the position to be formed is not particularly limited, and formed in contact with the active layer 7, the active layer 7
と離れて形成されてもよく、好ましくはn型多層膜層6 It may be formed apart from the, preferably n-type multi-film layer 6
が活性層7に接して形成されていることが好ましい。 There may preferably be formed in contact with the active layer 7. n
型多層膜層6が活性層7に接して形成されている場合、 If a type multi-film layer 6 is formed in contact with the active layer 7,
活性層7の最初の層である井戸層又は障壁層と接するn n in contact with the first layer is well layer of the active layer 7 or barrier layer
型多層膜層6を構成する窒化物半導体層としては、第1 As the nitride semiconductor layer constituting the type multi-film layer 6, the first
の窒化物半導体層でも、第2の窒化物半導体層でも良い。 In the nitride semiconductor layer may be a second nitride semiconductor layer. このようにn型多層膜層6を構成する第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層との積層順序は、特に限定されない。 Stacking order of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer thus configuring the n-type multi-film layer 6 is not particularly limited. つまり、第1の窒化物半導体から積層を始め、第1の窒化物半導体で終わっても、第1の窒化物半導体から積層を始め、第2の窒化物半導体で終わっても、第2の窒化物半導体から積層を始め、第1の窒化物半導体で終わっても、また、第2の窒化物半導体から積層を始め、第2の窒化物半導体で終わってもよい。 That is, starting the lamination of a first nitride semiconductor, even end in the first nitride semiconductor, including a laminate of a first nitride semiconductor, even end in the second nitride semiconductor, the second nitride began stacked from sEMICONDUCTOR, even end in the first nitride semiconductor, also began stacking the second nitride semiconductor, may end in the second nitride semiconductor. 図1 Figure 1
では、n型多層膜層6は、活性層7に接して形成されているが、上記したように、n型多層膜層6が活性層7と離れて形成されている場合、n型多層膜層6と活性層7 In, n-type multi-film layer 6 is formed in contact with the active layer 7, as described above, if the n-type multi-film layer 6 is formed apart from the active layer 7, n-type multilayer film layer 6 and the active layer 7
との間に、他のn型窒化物半導体よりなる層が形成されていてもよい。 Or, even though the layer made of the other n-type nitride semiconductor is formed between the. 【0027】本発明において、n型多層膜層6を構成する単一の窒化物半導体層、例えば第1及び第2の窒化物半導体層は、アンドープでも、n型不純物がドープされていてもよい。 [0027] In the present invention, a single nitride semiconductor layer constituting the n-type multi-film layer 6, for example, first and second nitride semiconductor layers, even undoped, n-type impurity may be doped . 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状態を指し、例えば隣接する窒化物半導体層から拡散により混入される不純物を含んでいても成長時に不純物をドープしないで成長させている場合も本発明ではアンドープという。 In the present invention, undoped and refers to a state that is not intentionally doped with an impurity, for example, when from the adjacent nitride semiconductor layer contain impurities to be mixed by diffusion and impurity is grown without doping during growth that undoped also in the present invention. なお、拡散により混入され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ことが多い。 The impurity to be mixed by diffusion is often attached gradients in the impurity concentration in the inner-layer. 【0028】n型多層膜層6を構成する単一の窒化物半導体層が、第1の窒化物半導体層及び第2の窒化物半導体層からなる場合、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良いし、両方にn型不純物がドープされていても良いし、またいずれか一方に不純物がドープされていてもよい。 The n-type single nitride semiconductor layer constituting the multilayer film layer 6, if made of a first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, the first and second nitride semiconductor layer it may be undoped both, to both the n-type impurity may be doped, or may have an impurity is doped to either one. 第1の窒化物半導体層及び第2の窒化物半導体層のいずれか一方にn型不純物をドープすること、又は、両方にn型不純物がドープされ隣接する窒化物半導体層同士で濃度が異なることを、変調ドープと呼び、変調ドープすることにより、出力が向上しやすい傾向にある。 Doping with either one n-type impurity of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, or both concentrations nitride semiconductor layer between an n-type impurity is doped are adjacent be different for and referred to as a modulation doped by modulation doping, in prone improved output. また、第1の窒化物半導体層および第2の窒化物半導体層の両方にn型不純物がドープされている場合は、隣接する単一の窒化物半導体層同士で不純物濃度が異なっても同一でもよく、好ましくは異なることが挙げられる。 Further, if the n-type impurity to both of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer is doped, it is the same or different impurity concentrations in a single nitride semiconductor layer adjacent to each other well, and preferably it is different. 結晶性を良くするためには、アンドープが最も好ましく、次に隣接する一方がアンドープの変調ドープ、その次に隣接する両方にドープする変調ドープの順である。 In order to improve the crystallinity, most preferably undoped, then while the adjacent undoped modulation doping, in the order of modulation doping to dope both adjacent to the next. また、第1の窒化物半導体層及び第2 The first nitride semiconductor layer and the second
の窒化物半導体層の両方にn型不純物がドープされている場合、不純物濃度は、いずれの層の濃度が高くてもよい。 If n-type impurity to both the nitride semiconductor layer is doped, the impurity concentration may be higher the concentration of any layer. n型不純物をドープする場合の不純物濃度は、特に限定されないが、5×10 The impurity concentration of In doping n-type impurity is not particularly limited, 5 × 10 21 /cm 3以下、好ましくは1 21 / cm 3 or less, preferably 1
×10 20 /cm 3以下、下限としては5×10 16 /cm 3に調整する。 × 10 20 / cm 3 or less, the lower limit is adjusted to 5 × 10 16 / cm 3. 5×10 21 /cm 3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。 5 × 10 21 / cm 3 larger the crystals of the nitride semiconductor layer becomes worse than the output conversely tends to decrease. これは変調ドープの場合も同様である。 This is also the case of modulation doping. 本発明において、n型不純物としては、Si、Ge、Sn、S等の In the present invention, the n-type impurity, Si, Ge, Sn, S-like
IV族、VI族元素を好ましく選択し、さらに好ましくはS Group IV, Group VI elements and preferably selected, more preferably S
i、Snを用いる。 i, using Sn. 【0029】次に、p型多層膜層8について説明する。 [0029] Next, a description will be given of the p-type multi-film layer 8.
本発明において、p型多層膜層8は、組成の異なる少なくとも2種類以上の窒化物半導体から構成されていればよく、好ましい組成としては、Al x Ga 1-x N(0<x In the present invention, p-type multi-film layer 8 may be composed of at least two different kinds of nitride semiconductor compositions, the preferred composition, Al x Ga 1-x N (0 <x
<1)[第3の窒化物半導体層]とIn y Ga 1-y N(0 <1) [third nitride semiconductor layer] and In y Ga 1-y N ( 0
≦y<1)[第4の窒化物半導体層]との2種類の組成が挙げられる。 ≦ y <1) are two compositions of the [fourth semiconductor layer] and the like. 第3の窒化物半導体層の好ましい組成としては、上記第3の窒化物半導体層を示す化学式のx値が0.5以下のAl x Ga 1-x Nである。 The preferred composition of the third nitride semiconductor layer, x value formula that shows the third nitride semiconductor layer is 0.5 or less of Al x Ga 1-x N. xが0.5を超えると結晶性が悪くなってクラックが入りやすい傾向にある。 x is in a tendency to be cracked is poor crystallinity and greater than 0.5. また、第4の窒化物半導体層の好ましい組成としては、上記第4の窒化物半導体層を示す化学式のy値が0[ゼロ]のGaNである。 Further, preferred compositions of the fourth nitride semiconductor layer, y values ​​of the chemical formula representing the fourth nitride semiconductor layer is GaN of 0 [zero]. y値がゼロであると全体的に結晶性の良い多層膜層が成長でき易くなる傾向がある。 y value is easily tends be totally good crystallinity multi-film layer is grown when is zero. 本発明において、n型多層膜層8を構成する窒化物半導体の好ましい組み合わせとしては、第3の窒化物半導体層がx値0.5以下のAl x Ga 1-x Nであり、第4 In the present invention, preferred combinations of the nitride semiconductor constituting the n-type multi-film layer 8, a third nitride semiconductor layer is less than x value 0.5 of Al x Ga 1-x N, 4
の窒化物半導体層がGaNとの組み合わせが挙げられる。 Nitride semiconductor layer can be mentioned a combination of GaN. 【0030】また、上記のような組成からなるp型多層膜層8は、第3の窒化物半導体層及び第4の窒化物半導体層をそれぞれ少なくとも1層以上形成し、合計で2層以上又は3層以上、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。 Further, p-type multilayer film 8 having the composition as described above, the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer each formed at least one layer, two layers or more in total or 3 or more layers, preferably each stacking at least two layers, stacked total of four or more layers. 第3の窒化物半導体層と第4の窒化物半導体層の積層の上限は特に限定されないが、積層時間等の製造工程や素子特性などを考慮すると、例えば100層以下が挙げられる。 The upper limit of the lamination of the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer is not particularly limited, when considering the manufacturing processes and device characteristics such as lamination time, for example, it includes the 100 layers or less. 【0031】p型多層膜層8の総膜厚としては、特に限定されないが、25〜10000オングストロームであり、好ましくは25〜5000オングストロームであり、より好ましくは25〜1000オングストロームである。 [0031] The total thickness of the p-type multilayer film 8 is not particularly limited, but is from 25 to 10,000 angstroms, preferably from 25 to 5000 angstroms, more preferably from 25 to 1000 angstroms. 膜厚がこの範囲であると、結晶性が良く、素子の出力が向上する。 A thickness within this range, crystallinity is good, improves the output of the device. また本発明において、p型多層膜層8 In the present invention, p-type multi-film layer 8
は、上記範囲の膜厚内で比較的膜厚を薄く形成される方が、素子のVf、閾値が低下しやすくなる傾向にある。 Is, it is formed thin relatively thickness within the thickness of the above range, there Vf of the element, tends to threshold tends to decrease. 【0032】また、n型多層膜層6の膜厚をp型多層膜層8より厚くすると、n型多層膜層6の膜厚がp型多層膜層8より薄い場合に比較してVfを低くすることができる。 Further, when the thickness of the n-type multi-film layer 6 is thicker than the p-type multi-film layer 8, the thickness of the n-type multi-film layer 6 is a Vf in comparison with the case thinner than the p-type multi-film layer 8 it can be lowered. 【0033】p型多層膜層8を構成する単一の窒化物半導体層の膜厚は、特に限定されないが、2種類以上の窒化物半導体層の少なくとも1種類の窒化物半導体層の単一の窒化物半導体層の膜厚を、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、より好ましくは50オングストローム以下とする。 The thickness of a single nitride semiconductor layer constituting the p-type multi-film layer 8 is not particularly limited, single of two or more of at least one nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor layer the film thickness of the nitride semiconductor layer, 100 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, more preferably 50 angstroms or less. このようにp In this way p
型多層膜層8を構成する単一の窒化物半導体層の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、 By reducing the thickness of a single nitride semiconductor layer constituting the type multi-film layer 8, the multilayer film layer is a super lattice structure,
多層膜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やしきい値等が低下し易い傾向がある。 Since the crystallinity of the multi-film layer is improved, p layer is obtained carrier concentration is small large resistivity in the case of adding the p-type impurity, Vf and threshold like elements there is a tendency to decrease. これによって、低消費電力で良好な発光出力を得ることができる。 This makes it possible to obtain good emission output with low power consumption. 【0034】p型多層膜層8が第3の窒化物半導体層と第4の窒化物半導体層とから構成される場合、少なくとも一方の膜厚を、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、最も好ましくは50オングストローム以下とする。 [0034] When p-type multi-film layer 8 is composed of a third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer, at least one of thickness, 100 angstroms, preferably 70 angstroms or less, most preferably not more than 50 angstroms. 第3の窒化物半導体層及び第4の窒化物半導体層の少なくとも一方が、100オングストローム以下の薄膜層とすると、単一の窒化物半導体層がそれぞれ弾性臨界膜厚以下となり結晶が良好となる。 At least one of the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer, when the following thin layer 100 Å, a single nitride semiconductor layer each crystal becomes less thick elastic critical film becomes good. この結晶性が改善された窒化物半導体層上に更に弾性臨界膜厚以下の窒化物半導体を成長させると、より結晶性が良好となる。 When the crystallinity is grown improved further elastic critical film on the nitride semiconductor layer thickness below the nitride semiconductor, more crystallinity is improved. このことから第3及び第4の窒化物半導体層の結晶性が積層されるに従って良くなり、結果として、p型多層膜層8全体の結晶性が良くなる。 May be in accordance with crystallinity of the third and fourth nitride semiconductor layers are laminated Therefore, as a result, the overall crystalline p-type multi-film layer 8 is improved. このようにp型多層膜層8の全体の結晶性が良好となることにより、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型層が得られ、素子のVfやしきい値等が低下し易い傾向にある。 By thus overall crystallinity of the p-type multi-film layer 8 is improved, the p-type layer is obtained carrier concentration is small large resistivity in the case of adding the p-type impurity, Vf and threshold of the device value or the like tends to easily decrease. これによって、低消費電力で良好な発光出力を得ることができる。 This makes it possible to obtain good emission output with low power consumption. 【0035】第3の窒化物半導体層及び第4の窒化物半導体層の好ましい膜厚は、両方とも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、最も好ましくは50オングストローム以下である。 A preferred thickness of the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer are both 100 angstroms or less, preferably 70 angstroms or less, and most preferably 50 angstroms or less. p型多層膜層8を構成する第3及び第4の窒化物半導体層の膜厚が両方とも100オングストローム以下とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が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る。 When the thickness of the third and fourth nitride semiconductor layer constituting the p-type multi-film layer 8 is to both less than 100 angstroms, the thickness of a single nitride semiconductor layer becomes less elastic critical thickness, the thickness compared to good nitride semiconductor crystallinity it can be grown in the case of growing a film. また、p型多層膜層8の第3及び第4 The third and fourth p-type multilayer film 8
の窒化物半導体層の両方の膜厚を70オングストローム以下にすると、多層膜層が超格子構造となり結晶性が良好となり、素子のVfやしきい値等が低下し易くなり、 Of If below 70 angstroms both thickness of the nitride semiconductor layer, the multilayer film layer becomes satisfactory crystallinity becomes superlattice structure, it tends to decrease. Vf and threshold of the device. Therefore,
発光出力を向上させるのに好ましい。 Preferred for improving the emission output. 【0036】p型多層膜層8は、形成される位置は特に限定されず、活性層7に接して形成されても、活性層7 The p-type multi-film layer 8, position formed is not particularly limited, and formed in contact with the active layer 7, the active layer 7
と離れて形成されてもよく、好ましくはp型多層膜層8 May be formed apart from the, preferably p-type multi-film layer 8
が活性層7に接して形成されていることが好ましい。 There may preferably be formed in contact with the active layer 7. p
型多層膜層8が活性層7に接して形成されていると発光出力が向上し易くなり好ましい。 Type multi-film layer 8 is preferably Nari easily improved and the light emitting output is formed in contact with the active layer 7. p型多層膜層8が活性層7に接して形成されている場合、活性層7の最初の層である井戸層又は障壁層と接するp型多層膜層8を構成する窒化物半導体層としては、第3の窒化物半導体層でも、第4の窒化物半導体層でも良い。 If p-type multi-film layer 8 is formed in contact with the active layer 7, the nitride semiconductor layer constituting the p-type multi-film layer 8 in contact with the first a layer well layers or barrier layers of the active layer 7 , in the third nitride semiconductor layer may be the fourth nitride semiconductor layer. このようにp型多層膜層8を構成する第3の窒化物半導体層と第4の窒化物半導体層との積層順序は、特に限定されない。 Stacking order of the third nitride semiconductor layer of the fourth semiconductor layer constituting the p-type multi-film layer 8 thus is not particularly limited. つまり、第3の窒化物半導体層から積層を始め、第3の窒化物半導体層で終わっても、第3の窒化物半導体層から積層を始め、第4の窒化物半導体層で終わっても、第4の窒化物半導体層から積層を始め、第3の窒化物半導体層で終わっても、また、第4の窒化物半導体層から積層を始め、第4の窒化物半導体層で終わってもよい。 In other words, start the laminate from the third nitride semiconductor layer, even end in the third nitride semiconductor layer, including the stack from the third nitride semiconductor layer, even end in the fourth nitride semiconductor layer, began stacked from the fourth nitride semiconductor layer, even end in the third nitride semiconductor layer, also started stacked from the fourth nitride semiconductor layer may be finished in the fourth nitride semiconductor layer . 図1では、p型多層膜層8は、活性層7に接して形成されているが、上記したように、p型多層膜層8が活性層7と離れて形成されている場合、p型多層膜層8と活性層7との間に、他のp型窒化物半導体よりなる層が形成されていてもよい。 In Figure 1, p-type multi-film layer 8 is formed in contact with the active layer 7, as described above, if the p-type multi-film layer 8 is formed apart from the active layer 7, p-type between the multi-film layer 8 and the active layer 7, a layer made of another p-type nitride semiconductor may be formed. 【0037】また、本発明において、第3の窒化物半導体層及び第4の窒化物半導体層は、両方ともアンドープでも、いずれか一方にp型不純物がドープされていてもよく、両方にp型不純物がドープされていてもよい。 Further, in the present invention, the third nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer, both in undoped, which may be the p-type impurity is doped to either one, p-type both impurities may be doped. p
型多層膜層8を構成する第3及び第4の窒化物半導体層が、両方ともにアンドープである場合、p型多層膜層8 If the third and fourth nitride semiconductor layer constituting the type multi-film layer 8 is undoped Both, p-type multi-film layer 8
の膜厚を0.1μm以下、好ましくは700オングストローム以下、さらに好ましくは500オングストローム以下にする。 Film thickness 0.1μm or less, preferably 700 angstroms or less, more preferably below 500 angstroms. 膜厚が0.1μmよりも厚いと、活性層に正孔が注入されにくくなって、発光出力が低下しやすい傾向にある。 When thicker than 0.1μm thickness, made a hole in the active layer is hardly injected, light emission output tends to easily lowered. また、膜厚が、0.1μmを超えると、アンドープ層の抵抗値が高くなる傾向にあるからである。 The thickness is more than 0.1 [mu] m, because there is a tendency that the resistance of the undoped layer is increased.
また、第3及び第4の窒化物半導体層のいずれか一方に、p型不純物がドープされる変調ドープをすると、発光出力が向上しやすい傾向にある。 Further, either one of the third and fourth nitride semiconductor layer, when the modulation doping a p-type impurity is doped, tends to easily improve light emission output. また、変調ドープするとキャリア濃度の高いp層が得られ易くなり好ましい。 Also preferred Nari easily high p layer carrier concentration is obtained when modulation doping. また、第3及び第4の窒化物半導体層の両方にp型不純物をドープすると一方がアンドープの場合に比べて、更にキャリア濃度が高くなるのでVfが低下し好ましい。 Further, as compared with the case one when doped with a p-type impurity to both the third and fourth nitride semiconductor layer is undoped, reduced further Vf since the carrier concentration increases preferable. 第3及び第4の窒化物半導体層の両方にp型不純物をドープする場合、隣接する窒化物半導体層同士の不純物濃度が同一でもよいが、異なること(変調ドープ) If it third and doped with p-type impurity to both the fourth nitride semiconductor layer, the impurity concentration between the adjacent nitride semiconductor layers may be the same, different (modulation doped)
が好ましい。 It is preferred. 【0038】本発明において、p型多層膜層8にp型不純物をドープする場合、p型不純物としては、Mg、Z [0038] In the present invention, when doped with a p-type impurity into the p-type multilayer film 8, as the p-type impurity, Mg, Z
n、Cd、Be、Ca等のII族元素を好ましく選択し、 n, Cd, Be, a Group II element such as Ca and preferably selected,
好ましくは、Mg、Beを用いる。 Preferably, Mg, Be, used. p型不純物をドープする場合、不純物濃度は1×10 22 /cm 3以下、好ましくは5×10 20 /cm 3以下に調整する。 In doping p-type impurity, the impurity concentration of 1 × 10 22 / cm 3 or less, preferably adjusted to 5 × 10 20 / cm 3 or less. 1×10 22 /cm 3 1 × 10 22 / cm 3
よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、発光出力が低下する傾向にある。 Greater than the turned crystallinity of the nitride semiconductor layer is poor, the light emitting output tends to decrease. p型不純物のドープ量の下限は特に限定されないが、5×10 16 /cm 3以上である。 doping amount of the lower limit of the p-type impurity is not particularly limited, but is 5 × 10 16 / cm 3 or more. 【0039】以下に、図1に示されるn型多層膜層6及びp型多層膜層8以外の他の素子構造を形成する各層について説明するが、本発明はこれに限定されない。 [0039] The following is a description of each layer for forming the n-type multi-film layer 6 and the other element structures other than the p-type multi-film layer 8 shown in FIG. 1, the present invention is not limited thereto. 【0040】基板1としては、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(MgA [0040] As the substrate 1, C plane, sapphire having the principal R-plane or A plane, other, spinel (MGA
124 )のような絶縁性の基板の他、SiC(6H、4 12 O 4) other such insulating substrate, SiC (6H, 4
H、3Cを含む)、Si、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基板を用いることができる。 H, including 3C), Si, may be used ZnO, GaAs, a semiconductor substrate such as GaN. 【0041】バッファ層2としては、Ga d Al 1-d [0041] As the buffer layer 2, Ga d Al 1-d N
(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。 (Where d is in the range of 0 <d ≦ 1.) And a nitride semiconductor made of, preferably improvement ratio of the crystalline smaller Al composition becomes remarkable, more preferably the buffer layer 2 made of GaN and the like. バッファ層2の膜厚は、0.002〜0.5μm、好ましくは0.05〜 The film thickness of the buffer layer 2, 0.002~0.5μm, preferably 0.05 to
0.2μm、更に好ましくは0.01〜0.02μmの範囲に調整する。 0.2 [mu] m, more preferably adjusted to the range of 0.01~0.02Myuemu. 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。 When the thickness of the buffer layer 2 is in this range, the nitride semiconductor crystal morphology is improved, the crystallinity of the nitride semiconductor grown on the buffer layer 2 is improved. バッファ層2の成長温度は、200〜900℃ The growth temperature of the buffer layer 2, 200 to 900 ° C.
であり、好ましくは400〜800℃の範囲に調整する。 , And the preferably adjusted to the range of 400 to 800 ° C.. 成長温度が上記範囲であると良好な多結晶となり、 When the growth temperature is in the above-mentioned range it is a good polycrystalline,
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。 Preferred possible the crystallinity of the polycrystalline nitride grown on the buffer layer 2 as a seed crystal semiconductor well. 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。 The buffer layer 2 grown at such a low temperature, the type of substrate, may be omitted depending on the growth method or the like. 【0042】アンドープGaN層3としては、先に成長させたバッファ層2よりも高温、例えば900℃〜11 [0042] The undoped GaN layer 3, a higher temperature than the buffer layer 2 grown previously, for example, 900 ° C. to 11
00℃で成長させ、In f Al g Ga 1-fg N(0≦f、 00 grown at ℃, In f Al g Ga 1 -fg N (0 ≦ f,
0≦g、f+g≦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GaN、g値が0.2以下のAl g Ga 1-g N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。 0 ≦ g, can be configured in f + g ≦ 1), although its composition is not intended asks particularly preferably GaN, less nitride crystal defects and g value of 0.2 or less of Al g Ga 1-g N semiconductor layer is easily obtained. また膜厚は特に問うものではなく、バッファ層よりも厚膜で成長させ、通常0.1μm The film thickness is not asking particularly, grown thick film than the buffer layer, typically 0.1μm
以上の膜厚で成長させる。 It is grown to the thickness of the above. 【0043】SiドープGaNからなるn型コンタクト層4としては、アンドープGaN層3と同様に、In f [0043] As the n-type contact layer 4 made of Si-doped GaN, similarly to the undoped GaN layer 3, an In f
Al g Ga 1-fg N(0≦f、0≦g、f+g≦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GaN、g値が0.2以下のAl g Ga 1-g N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。 Al g Ga 1-fg N ( 0 ≦ f, 0 ≦ g, f + g ≦ 1) can be configured with, but its composition is not intended asks particularly preferably GaN, g value of 0.2 or less Al g Ga 1 -g N and the nitride semiconductor layer is easily obtained with less crystal defects and. 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1μm以上の膜厚で成長させることが望ましい。 The film thickness is not intended asks particular, it is desirable to grow a film thickness of not less than 1μm because the layer forming the n electrode. さらにn型不純物濃度は窒化物半導体の結晶性を悪くしない程度に高濃度にドープすることが望ましく、1×10 Further n-type impurity concentration is desirably doped in a high concentration so as not to deteriorate the crystallinity of the nitride semiconductor, 1 × 10
18 /cm 3以上、5×10 21 /cm 3以下の範囲でドープすることが望ましい。 18 / cm 3 or more, it is preferable to dope in a range of 5 × 10 21 / cm 3 or less. 【0044】アンドープGaN層5としては、上記と同様に、GaNに限られず、In f Al g Ga 1-fg N(0 [0044] The undoped GaN layer 5, similarly to the above, not limited to GaN, In f Al g Ga 1 -fg N (0
≦f、0≦g、f+g≦1)で構成できる。 ≦ f, 0 ≦ g, can be composed of f + g ≦ 1). アンドープGaN層5は、GaN、g値が0.2以下のAl g Ga Undoped GaN layer 5, GaN, g value of 0.2 or less Al g Ga
1-g N、またはf値が0.1以下のIn f Ga 1-f N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ので好ましい。 Preferred because 1-g N or f value tends obtained is small nitride semiconductor layer crystal defects and to 0.1 or less In f Ga 1-f N, . このアンドープGaN層を成長させることにより、高濃度で不純物をドープしたn型コンタクト層4の上に直接次層を成長させるのと異なり、下地の結晶性が良くなるため、次に成長させるn型多層膜層6が成長し易くなり、更にn型多層膜層上に活性層7を成長させると成長しやすく結晶性が良好となり好ましい。 By growing the undoped GaN layer, a high concentration unlike grow directly in the next layer on the n-type contact layer 4 doped with an impurity, since the crystallinity of the underlayer is improved, n-type to then grow easily multi-film layer 6 is grown, further n-type multi-film layer on the grown easily crystallinity and growing the active layer 7 is improved in the preferred. このように、アンドープの窒化物半導体層よりなるアンドープGaN層3の上に、高濃度でn型不純物をドープした窒化物半導体よりなるn型コンタクト層4、次にアンドープの窒化物半導体よりなるアンドープGaN層5を積層し、更に前記n型多層膜層6を積層した構造とすると、LED素子にした場合にVfが低下しやすい傾向にある。 Thus, on the undoped GaN layer 3 made of undoped nitride semiconductor layer, a high concentration of a nitride semiconductor doped with n-type impurity in n-type contact layer 4, an undoped next made of undoped nitride semiconductor laminating a GaN layer 5, further when the n-type multi-film layer 6 was laminated structure, Vf when the LED element is in the tendency to decrease. なおn型多層膜層6をアンドープにする場合はアンドープGaN層5を省略することができる。 In the case of the n-type multi-film layer 6 in the undoped can be omitted undoped GaN layer 5. 【0045】また、アンドープGaN層5を100オングストローム以上の膜厚に形成することにより、静電耐圧を向上させることができる。 Further, by forming the undoped GaN layer 5 to the thickness of 100 angstroms or more, it is possible to improve the electrostatic withstand voltage. 【0046】また、本発明において、上記アンドープG [0046] In the present invention, the undoped G
aN層5に変えて、以下のアンドープの下層5a、n型不純物ドープの中間層5b、アンドープの上層5cからなる多層膜層5a−cとしてもよい。 Instead of aN layer 5, following undoped lower 5a, an intermediate layer 5b of the n-type impurity-doped, may be a multilayer film 5a-c of undoped upper layer 5c. 多層膜層5a−c Multilayer film 5a-c
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。 From the substrate side, an undoped lower 5a, n-type impurity doped intermediate layer 5b, it is composed of at least three layers of undoped upper layer 5c. n側第2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。 The n-side second multi-film layer may have other layers than the above lower 5a~ layer 5c. また多層膜層5a−cは、活性層と接していても、 The multilayer film 5a-c are also in contact with the active layer,
活性層の間に他の層を有していてもよい。 It may have another layer between the active layer. 上記下層5a The lower layer 5a
〜上層5cを構成する窒化物半導体としては、In g As the nitride semiconductor constituting the ~ upper 5c, In g A
h Ga 1- gh N(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。 l h Ga 1- gh N can be a nitride semiconductor having various compositions represented by (0 ≦ g <1,0 ≦ h <1), preferably include the composition consisting of GaN. また多層膜層5a−cの各層は組成が同一でも異なっていてもよい。 The layers of the multilayer film 5a-c may be the same or different in composition. 【0047】多層膜層5a−c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、 The thickness of the multilayer film 5a-c is not particularly limited, but is from 175 to 12,000 Å,
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。 Preferably 1,000 to 10,000 angstroms, and more preferably from 2000 to 6000 Angstroms. 多層膜層5a−c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。 The film thickness of the multilayer film 5a-c is preferable in view of improvement of the optimization and the electrostatic withstand voltage of Vf In the above-mentioned range. 上記範囲の膜厚を有する第2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、多層膜層5a−cの総膜厚を上記の範囲とすることが好ましい。 Adjustment of the thickness of the second multi-film layer 5 having a film thickness of the above range, the lower layer 5a, an intermediate layer 5b, and by appropriately adjusting the respective film thickness of the upper layer 5c, the total thickness of the multilayer film 5a-c that is preferably in the above range. 【0048】多層膜層5a−c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、多層膜層5a−c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、 The lower layer 5a constituting the multilayer film layer 5a-c, each thickness of the intermediate layer 5b and upper 5c is not particularly limited, various characteristics of the device performance by the position to be laminated in multi-film layer 5a-c in since the influence on the different, in particular focusing on large involved characteristics device performance of each layer, either the thickness of the two layers is fixed, and the thickness of the remaining first layer is changed stepwise,
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。 The thickness of the good range of characteristics are measured, and specifies the range of the film thickness by further adjustment of the respective layers. 多層膜層5a−c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多層膜層5a−c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、 Each layer of the multilayer film 5a-c may also not adversely respective direct impact on the electrostatic withstand voltage, but by the multilayer film 5a-c in combination each layer is good variety of device characteristics as a whole together,
特に発光出力及び静電耐圧が著しく良好となる。 In particular the light emitting output and the electrostatic withstand voltage becomes significantly better. 【0049】アンドープの下層5aの膜厚は、100〜 [0049] The thickness of the undoped lower layer 5a is, 100
10000オングストローム、好ましくは500〜80 10000 angstroms, preferably 500 to 80
00オングストローム、より好ましくは1000〜50 00 angstroms, more preferably from 1000 to 50
00オングストロームである。 A 00 angstrom. アンドープの下層5a Undoped lower layer 5a
は、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。 Is the electrostatic breakdown voltage is gradually going to increase the film thickness rises, Vf increases rapidly around 10000 Angstroms, whereas when gradually small thickness, Vf is gradually impaired, electrostatic electrostatic decrease in breakdown voltage becomes large, it tends to decrease increases in the yield due to the reduction of the electrostatic breakdown voltage is observed below 100 angstroms. 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。 Further, the upper layer 5a, since believed to improve the effects of decreased crystallinity of the n-side contact layer 4 containing the n-type impurity, the improvement of the crystallinity is grown at a film thickness that becomes good It is preferred. 【0050】n型不純物ドープの中間層5bの膜厚は、 The thickness of the intermediate layer 5b of the n-type impurity-doped,
50〜1000オングストローム、好ましくは100〜 50 to 1000 angstroms, preferably 100 to
500オングストローム、より好ましくは200〜50 500 angstroms, more preferably from 200 to 50
0(基の記載は、150〜400)オングストロームである。 0 (description of groups, 150 to 400) angstrom. 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。 Intermediate layer 5b which this impurity is doped, a layer that acts relatively large in emission output the carrier concentration by sufficiently significantly emission output when not form this layer tends to be lowered. 膜厚が1000オングストロームを超えると発光出力が大きく低下する傾向がある。 Thickness tends to emission output is greatly reduced and exceeds 1000 angstroms. 一方、 on the other hand
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る。 Although electrostatic withstand voltage and the film thickness of the intermediate layer 5b is thick is good, the film thickness tends to decrease the electrostatic breakdown voltage is increased is less than 50 Angstroms. 【0051】アンドープの上層5cの膜厚は、25〜1 [0051] The thickness of the undoped layer 5c is, 25 to 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り、よりいっそう好ましくは、50〜100 000 angstroms, preferably 25 to 500 angstroms, more preferably from 25 to 150 angstroms, and even more preferably, 50 to 100
オングストロームとする。 Angstroms to. このアンドープの上層5c The upper layer 5c of the undoped
は、第2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5c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。 Trend is formed by active layer in contact with or closest in the second multilayer film, although greatly involved in prevention of the leakage current, the thickness of the upper layer 5c is the leakage current increases less than 25 Angstroms there is. また、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る。 Moreover, the electrostatic withstand voltage layer thickness of the upper layer 5c increases the Vf exceeds 1000 angstroms also tends to decrease. 【0052】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。 [0052] As described above, the thickness of the lower 5a~ upper 5c, as indicated above, focusing on susceptible device characteristics are affected by changes in film thickness of each layer, further, the lower layer 5a, an intermediate layer 5b and when combined with upper 5c, all the various device characteristics become almost uniformly good, especially as light output and the electrostatic withstand voltage is improved, and various investigations as further satisfactory internal standard, each in the above range by defining the thickness, it is possible to obtain an electrostatic withstand voltage which can achieve further improvement of the reliability of good luminous output and products. また、第2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 Also, the combination of the film thickness of each layer of the second multi-film layer 5, changes in the composition of the active layer due to the type of emission wavelength, the electrode, 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。 Depending on various conditions such as the shape of the device, it is appropriately adjusted to obtain the best effect. 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。 Performance due to the combination of the film thickness of each layer, by appropriately combining with a film thickness within the above range, it is possible to obtain a satisfactory light emission output and good electrostatic withstand voltage as compared with the conventional. 【0053】また、以上の第2多層膜層5において、各層5a〜5cの各層の膜厚は、上述した各範囲内で、n [0053] In the second multi-film layer 5 described above, the thickness of each layer of each layer bodies 5a to 5c, within each range described above, n
型多層膜層6に近づくに従って薄くなるように調整することが好ましく、このようにすると発光出力及びVfを比較的良好な値に保ったまま静電耐圧を向上させることができる。 Is preferably adjusted to be thinner toward the mold multilayer film 6, it is possible to improve the electrostatic withstand voltage while maintaining a relatively good value the emission output and Vf this way. 【0054】上記多層膜層5a−cを構成する各層の組成は、In m Al n Ga 1-mn N(0≦m<1、0≦n< [0054] The composition of each layer constituting the multilayer film 5a-c are, In m Al n Ga 1- mn N (0 ≦ m <1,0 ≦ n <
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。 May be a composition represented by a 1) may be layers of composition are identical or different, preferably the composition ratio of In and Al are small, the layer is preferably more preferably of GaN. 【0055】上記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、3×10 18 [0055] doping amount of n-type impurity of the intermediate layer 5b of the n-type impurity doped is not particularly limited, 3 × 10 18
/cm 3以上、好ましくは5×10 18 /cm 3以上の濃度で含有する。 / Cm 3 or more, preferably at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or more. 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5×10 21 /cm 3以下が望ましい。 The upper limit of the n-type impurities are not particularly limited, as the limit of the degree of crystallinity is not too bad to 5 × 10 21 / cm 3 is desirable. 第2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。 The impurity concentration of the intermediate layer of the second multilayer film layer is preferably within the above range in terms of reduction in the increase in light output and Vf. n型不純物としてはS The n-type impurity S
i、Ge、Se、S、O等の周期律表第IVB族、第VIB i, Ge, Se, S, Group IVB of the periodic table, such as O, Group VIB
族元素を選択し、好ましくはSi、Ge、Sをn型不純物とする。 Select group elements and preferably Si, Ge, S-n-type impurity. 【0056】また、上記第2の多層膜層5a−cにおいて、n型多層膜層6との界面に位置する上層5cは、n [0056] In the second multi-film layer 5a-c, the upper layer 5c located at the interface between the n-type multi-film layer 6, n
型多層膜層6の一部の層として機能させることができる。 It can function as part of a layer of type multi-film layer 6. 【0057】次に、活性層7としては、少なくともIn Next, as an active layer 7, at least In
を含んでなる窒化物半導体、好ましくはIn j Ga 1-j Contain consisting nitride semiconductor, preferably In j Ga 1-j N
(0≦j<1)を含んでなる井戸層を有する単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造のものが挙げられる。 A single quantum well structure having a (0 ≦ j <1) comprising a well layer, or include those having a multiple quantum well structure. 活性層7の積層順は、井戸層から積層して井戸層で終わってもよく、井戸層から積層して障壁層で終わってもよく、また、障壁層から積層して井戸層で終わっても良く積層順は特に問わない。 Stacking order of the active layer 7 may be done by laminating a well layer in the well layer may be terminated with a barrier layer are laminated from the well layer, and also end with a well layer are laminated from the barrier layer well stacking order is not particularly limited. 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。 100 Å or less thickness of the well layer is preferably 70 angstroms or less, more preferably adjusted to below 50 Angstroms. 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。 When thicker than 100 angstroms, it is in the difficult trend improved output. 一方、障壁層の厚さは300 Meanwhile, the thickness of the barrier layer 300
オングストローム以下、好ましくは250オングストローム以下、最も好ましくは200オングストローム以下に調整する。 Å, preferably 250 Å or less, and most preferably adjusted to below 200 Angstroms. 【0058】次に、MgドープGaNからなるp型コンタクト層9としては、上記と同様にIn f Al g Ga Next, as the p-type contact layer 9 made of Mg-doped GaN, similarly to the In f Al g Ga
1-fg N(0≦f、0≦g、f+g≦1)で構成でき、 1-fg N (0 ≦ f , 0 ≦ g, f + g ≦ 1) can be configured in,
その組成は特に問うものではないが、好ましくはGaN Although the composition is not intended asks particularly preferably GaN
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く、またp電極材料と好ましいオーミック接触が得られやすい。 And less likely nitride semiconductor layer is obtained crystal defects, also ohmic contact can be easily obtained preferably with the p-electrode material and. 【0059】また、本発明において用いられるp電極及びn電極は、特に限定されず、従来知られている電極等を用いることができ、例えば実施例に記載の電極が挙げられる。 [0059] Further, p electrode and n electrode used in the present invention is not particularly limited, can be used an electrode as known conventionally include electrodes described in the Examples. 【0060】以上の実施の形態の窒化物半導体素子は、 [0060] The nitride semiconductor device of the above embodiment, the
n型多層膜層6とp型多層膜層8とを備えているので、 Since an n-type multi-film layer 6 and the p-type multilayer film 8,
発光出力及び静電耐圧を向上させることができ、かつV It is possible to improve the light emitting output and the electrostatic withstand voltage, and V
fを低くすることができる。 It is possible to lower the f. そして、以上の実施の形態の窒化物半導体素子では、n型多層膜層6とp型多層膜層8の組成又は層数を異ならせることによりさらに発光出力及び静電耐圧を向上させることができ、Vfを低くすることができる。 Then, in the above nitride semiconductor device embodiment, it can be improved further emission output and the electrostatic withstand voltage by making the n-type multi-film layer 6 and the p-type different composition or number of layers of the multilayer film 8 , it is possible to lower the Vf. 【0061】さらに、本実施の形態の窒化物半導体素子では、n型多層膜層6及びp型多層膜層8に加え、10 [0061] Furthermore, in the nitride semiconductor device of the present embodiment, in addition to the n-type multi-film layer 6 and the p-type multi-film layer 8, 10
0オングストローム以上の膜厚のアンドープGaN層5 0 undoped GaN layer having a thickness of more than angstrom 5
を備えることにより、より静電耐圧を向上させることができる。 By providing it can further improve the electrostatic withstand voltage. またさらに、本実施の形態の窒化物半導体素子では、アンドープGaN層5に代えて第2の多層膜層を形成し、かつその第2の多層膜層を構成する下層5a、 Furthermore, in the nitride semiconductor device of the present embodiment, the lower layer 5a in place of the undoped GaN layer 5 to form a second multi-film layer, and forming the second multi-film layer,
中間層5b、上層5bの膜厚をn型多層膜層6に近づくに従って薄くなるように調整することにより、よりいっそう静電耐圧を向上させることができる。 Intermediate layer 5b, by adjusting the thickness of the upper layer 5b to be thinner toward the n-type multi-film layer 6, it is possible to further improve the electrostatic withstand voltage. 【0062】以上の実施の形態の窒化物半導体素子では、アンドープGaN層5又は第2の多層膜層をn型多層膜層6と接するように形成した例を示したが、、アンドープGaN層5又は第2の多層膜層とn型多層膜層6 [0062] In the nitride semiconductor device of the above embodiment, although an example of forming the undoped GaN layer 5 or the second multi-film layer in contact with the n-type multi-film layer 6 ,, undoped GaN layer 5 or the second multi-film layer and the n-type multi-film layer 6
とは離れて形成されていてもよい。 It may be formed apart from the. すなわち、本発明では、少なくともn型コンタクト層4とn型多層膜層6との間に、アンドープGaN層5又は第2の多層膜層を形成するようにすればよい。 That is, in the present invention, at least between the n-type contact layer 4 and the n-type multi-film layer 6, it is sufficient to form an undoped GaN layer 5 or the second multi-film layer. また、本発明では第2の多層膜層を3層以上の層で構成してもよい。 Further, in the present invention may be constituted by the second multi-film layer of three layers or more layers. さらに、第2の多層膜層とn型多層膜層6とを接するように形成する場合、第2の多層膜層の上層5cがn型多層膜層6の最も下の層を兼ねるようにしてもよい。 Further, when formed in contact with the second multi-film layer and the n-type multi-film layer 6, the upper layer 5c of the second multi-film layer is to serve as a layer of lowest n-type multi-film layer 6 it may be. 【0063】 【実施例】以下に、本発明に係る実施例を示す。 [0063] THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention. しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 However, the present invention is not limited to the following examples. 【0064】[実施例1]図1を元に実施例1について説明する。 [0064] For Example 1 Figure 1 Example 1 based on will be described. (基板1)サファイア(C面)よりなる基板1をMOV (Substrate 1) of sapphire (C plane) than consisting of substrate 1 MOV
PE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1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。 It was set in the reaction vessel of PE, while flowing hydrogen, the temperature of the substrate was raised to 1050 ° C., to clean the substrate. 【0065】(バッファ層2)続いて、温度を510℃ [0065] (buffer layer 2) Subsequently, the temperature 510 ° C.
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200オングストロームの膜厚で成長させる。 Until lowered, hydrogen as a carrier gas, using ammonia as a source gas TMG and (trimethyl gallium), growing a buffer layer 2 of GaN on the substrate 1 in a thickness of approximately 200 Angstroms. なおこの低温で成長させる第1 Note first grown in this low temperature 1
のバッファ層2は基板の種類、成長方法等によっては省略できる。 The buffer layer 2 on the kind of the substrate, can be omitted by the growth method or the like. 【0066】(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。 [0066] (undoped GaN layer 3) buffer layer 2 after growth, stopped only TMG raising the temperature to 1050 ° C.. 1050℃になったら、同じく原料ガスにTM Once you become a 1050 ℃, also TM to the raw material gas
G、アンモニアガスを用い、アンドープGaN層3を1 G, using ammonia gas, an undoped GaN layer 3 1
μmの膜厚で成長させる。 It is grown to the thickness of μm. 【0067】(n型コンタクト層4)続いて1050℃ [0067] (n-type contact layer 4) followed by 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3×10 19 /cm 3ドープしたGaNよりなるn型コンタクト層を3μmの膜厚で成長させる。 In likewise TMG as the raw material gas, a silane gas to the ammonia gas, impurity gas, an n-type contact layer composed of GaN was 3 × 10 19 / cm 3 doped with Si is grown to the thickness of 3 [mu] m. 【0068】(アンドープGaN層5)次にシランガスのみを止め、1050℃で同様にしてアンドープGaN [0068] (undoped GaN layer 5) then stopped the only silane gas, an undoped GaN in the same manner in 1050 ℃
層5を100オングストロームの膜厚で成長させる。 Growing a layer 5 with a thickness of 100 angstroms. 【0069】(n型多層膜層6)次に、温度を800℃ [0069] (n-type multi-film layer 6) Next, the temperature 800 ° C.
にして、TMG、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn 0.03 Ga 0.97 Nよりなる第2の窒化物半導体層を25オングストローム成長させ、続いて温度を上昇させ、その上にアンドープGaNよりなる第1の窒化物半導体層を25オングストローム成長させる。 A manner, TMG, TMI, with ammonia, a second nitride semiconductor layer made of undoped In 0.03 Ga 0.97 N was grown 25 Å, followed by raising the temperature, a first nitride of undoped GaN is formed thereon things semiconductor layer grown 25 Å. 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層づつ積層した超格子構造よりなるn型多層膜を500オングストロームの膜厚で成長させる。 And repeating these operations to grow the n-type multilayer film consisting of a superlattice structure formed by stacking 10 layers at a time alternately at the 2+ first order a film thickness of 500 angstroms. 【0070】(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In 0.4 Ga 0.6 N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。 [0070] Next (active layer 7), a barrier layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 200 Å, followed by a temperature of 800 ° C., TMG, TMI, undoped In 0.4 Ga 0.6 N with ammonia the become well layer is grown to the thickness of 30 angstroms. 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4層交互に積層して、総膜厚1120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。 The barrier + well + barrier + well ... + sequentially with a barrier layer five layers of the barrier, laminated on the well layer 4 layers alternately growing the active layer 7 made of multiple quantum well structure having a total thickness of 1120 Angstroms make. 【0071】(p型多層膜層8)次に、TMG、TM [0071] Next (p-type multi-film layer 8), TMG, TM
A、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5×10 19 /cm 3ドープしたp型Al 0.1 Ga 0.9 Nよりなる第3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、続いてCp A, ammonia, Cp2Mg used (cyclopentadienyl magnesium), Mg and 5 × 10 19 / cm 3 of the third nitride semiconductor layer made of doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N grown to the thickness of 25 Å then, followed by the Cp
2Mg、TMAを止めアンドープGaN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。 2 mg, the fourth nitride semiconductor layer made of stopping undoped GaN of TMA is grown to the thickness of 25 angstroms. そしてこれらの操作を繰り返し、第3+第4の順で交互に4層ずつ積層した超格子よりなるp型多層膜層8を200オングストロームの膜厚で成長させる。 And repeating these operations, growing a p-type multilayer film 8 made of a superlattice formed by laminating by four layers alternately at the 3+ fourth order with a thickness of 200 angstroms. 【0072】(p型コンタクト層9)続いて1050℃ [0072] (p-type contact layer 9) followed by 1050 ℃
で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用い、Mgを1 In, TMG, ammonia, using the Cp2Mg, the Mg 1
×10 20 /cm 3ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層8を700オングストロームの膜厚で成長させる。 × 10 20 / cm 3 p-type contact layer 8 made of doped p-type GaN is grown to the thickness of 700 angstroms. 【0073】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 [0073] After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, in a nitrogen atmosphere, the wafers in the reaction vessel, 700
℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化する。 ℃ performed annealing at, to further reduce the resistance of the p-type layer. 【0074】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型コンタクト層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型コンタクト層側からエッチングを行い、 [0074] After annealing, removed wafer from the reaction vessel, the uppermost surface of the p-type contact layer 9 forming a mask of a predetermined shape, the etching from the p-type contact layer side RIE (reactive ion etching) apparatus done,
図1に示すようにn型コンタクト層4の表面を露出させる。 To expose the surface of the n-type contact layer 4 as shown in FIG. 【0075】エッチング後、最上層にあるp型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。 [0075] After etching, a p electrode 10 of the light-transmitting including thickness 200 Å of Ni and Au over substantially the entire surface of the p-type contact layer at the uppermost layer, made of Au for bonding over the p-electrode 10 the p pad electrode 11 is formed in a thickness of 0.5 [mu] m. 一方、エッチングにより露出させたn型コンタクト層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。 On the other hand, the surface of the n-type contact layer 4 exposed by etching was LED element to form an n-electrode 12 containing W and Al. 【0076】このLED素子は順方向電圧20mAにおいて、520nmの純緑色発光を示し、Vfは3.5V [0076] In this LED element forward voltage 20 mA, shows a pure green light emission of 520 nm, Vf is 3.5V
しかなく、従来の多重量子井戸構造のLED素子に比較して、Vfで0.5V近く低下し、発光出力は2倍以上に向上した。 However no, compared to the LED element of the conventional multi-quantum well structure, reduced near 0.5V in Vf, the emission output was improved twice or more. 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。 Therefore, LED has been obtained having substantially the same characteristics as the conventional LED device at 10mA. 更に得られた素子は、静電耐圧が従来の素子に比べて約1.2倍以上良好となる。 Further, the resulting device, the electrostatic breakdown voltage is about 1.2 times or more better than the conventional devices. 【0077】なお、従来のLED素子の構成は、GaN [0077] The configuration of a conventional LED element, 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 On the more becomes the first buffer layer, a second buffer layer made of undoped GaN, made of Si-doped GaN n
型コンタクト層、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Al 0.1 Ga 0.9 N層、 -type contact layer, Example 1 made of the same multiple quantum well structure and the active layer, a single Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer,
MgドープGaNからなるp型コンタクト層を順に積層したものである。 The p-type contact layer made of Mg-doped GaN is laminated in this order. 【0078】[実施例2]実施例1において、n型多層膜層6を成長する際に、第1の窒化物半導体層のみを、 [0078] In Example 2 Example 1, in growing the n-type multi-film layer 6, only the first nitride semiconductor layer,
Siを1×10 18 /cm 3ドープしたGaNとして成長さる他は同様にして、LED素子を作製した。 Si growth monkey other as 1 × 10 18 / cm 3 doped GaN in the same manner to prepare a LED device. 得られたL The resulting L
ED素子は、実施例1とほぼ同等の良好な素子特性を有している。 ED element has substantially the same excellent device characteristics as in Example 1. 【0079】[実施例3]実施例1において、n型多層膜層6を成長する際に、第2の窒化物半導体層をSiを1×10 18 /cm 3ドープしたIn 0.03 Ga 0.97層とし、 [0079] In Example 3 Example 1, in growing the n-type multi-film layer 6, the second nitride semiconductor layer Si 1 × and 10 18 / cm 3 doped with an In 0.03 Ga 0.97 layer ,
第1の窒化物半導体層を、Siを5×10 18 /cm 3ドープしたGaNとする他は同様にしてLED素子を製造した。 A first nitride semiconductor layer, except that a GaN was 5 × 10 18 / cm 3 doped with Si was produced an LED element in a similar manner. 得られたLED素子は、20mAにおいてVfは The obtained LED element, the Vf in 20mA
3.4V、出力は従来のものに比較して、1.5倍以上と優れた特性を示した。 3.4 V, the output is compared with the conventional, it exhibited excellent characteristics of 1.5 times or more. また静電耐圧は、実施例1と同様に良好である。 The electrostatic withstand voltage is the same manner as in Example 1 good. 【0080】[実施例4]実施例1において、p型多層膜層8を成長する際に、第4の窒化物半導体層にMgを1×10 19 /cm 3ドープしたp型GaN層を成長させる他は同様にしてLED素子を作製したところ、実施例1 [0080] In Example 4 Example 1, p-type in growing a multi-layered film layer 8, p-type GaN layer was 1 × 10 19 / cm 3 doped with Mg to the fourth nitride semiconductor layer another to the place of manufacturing a LED element in the same manner, example 1
とほぼ同等の特性を有するLED素子が得られた。 When the LED element was obtained having substantially equal characteristics. 【0081】[実施例5]実施例1において、p型多層膜層8を成長する際に、アンドープAl 0.1 Ga 0 .9 Nよりなる第3の窒化物半導体層を25オングストロームと、アンドープGaNよりなる第4の窒化物半導体層を25オングストロームとでそれぞれ2層づつ交互に積層して総膜厚100オングストロームとする他は同様にしてLED素子を作製したところ、実施例1とほぼ同等の特性を有するLED素子が得られた。 [0081] In Example 5 Example 1, in growing the p-type multi-film layer 8, the third nitride semiconductor layer made of undoped Al 0.1 Ga 0 .9 N and 25 Å, undoped GaN where addition to the fourth semiconductor layer 25 Å stacked in two layers at a time alternately, respectively and in total thickness 100 Å made is to prepare a LED device in the same manner, substantially the same characteristics as in example 1 LED elements included in the obtained. 【0082】[実施例6]実施例1において、アンドープGaN層5に変えて多層膜総5a−cを、さらに、下記各層を以下のように変更する他は同様にして、LED [0082] In Example 6 Example 1, the multilayer MakuSo 5a-c in place of the undoped GaN layer 5, further, in addition to changing the following layers as shown below in a similar manner, LED
素子を製造する。 To produce the element. 【0083】(n側コンタクト層4)続いて1050℃ [0083] (n-side contact layer 4) followed by 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6×10 18 /cm 3ドープしたGaNよりなるn側コンタクト層4を2.25μ In likewise TMG as the raw material gas, ammonia gas, a silane gas impurity gas, Si and a 6 × 10 18 / cm 3 doped with n-side contact layer 4 made of GaN was 2.25μ
mの膜厚で成長させる。 It is grown to the thickness of m. 【0084】(多層膜層5a−c)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6×10 18 /cm 3ドープしたGa [0084] stopping only (multi-film layer 5a-c) then silane, at 1050 ° C., TMG, using ammonia gas, growing a lower layer 5a made of undoped GaN with a thickness of 2000 angstroms, followed by the same temperature Add silane Te was 6 × the Si 10 18 / cm 3 doped with Ga
N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235 An intermediate layer 5b made of N is grown to the thickness of 300 Å, further followed stopped only silane gas, the upper layer 5c made of undoped GaN at the same temperature is grown to the thickness of 50 angstroms, the total film composed of three layers thickness 235
0オングストロームの第2多層膜層5を成長させる。 0 growing the second multi-film layer 5 Angstrom. 【0085】(n型多層膜層6)次に、同様の温度で、 [0085] (n-type multi-film layer 6) Next, at the same temperature,
アンドープGaNよりなる第1の窒化物半導体層を40 A first nitride semiconductor layer made of undoped GaN 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I Å is grown, then the temperature is brought to 800 ° C., using TMG, TMI, ammonia, undoped I
0.02 Ga 0.98 Nよりなる第1の窒化物半導体層を20 n 0.02 Ga 0.98 the first nitride semiconductor layer made of N 20
オングストローム成長させる。 Angstroms is grown. そしてこれらの操作を繰り返し、第1+第2の順で交互に10層づつ積層させ、 And repeating these operations, alternately are stacked 10 layers at a time in the 1 + second order,
最後にGaNよりなる第1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型多層膜層6を640オングストロームの膜厚で成長させる。 Finally, n-type multi-film layer 6 to the first nitride semiconductor layer made of GaN consisting multilayer superlattice structure is 40 Å grown is grown to the thickness of 640 angstroms. 【0086】(p型多層膜層8)次に、温度1050℃ [0086] (p-type multi-film layer 8) Next, temperature 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5×10 19 In TMG, TMA, ammonia, using Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium), a Mg 5 × 10 19
/cm 3ドープしたp型Al 0.2 Ga 0.8 N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5×10 19 /cm 3ドープしたIn 0.02 Ga 0.98 N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。 / Cm 3 the third nitride semiconductor layer made of doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N is grown to the thickness of 40 angstroms, followed by a temperature of 800 ° C., TMG, TMI, ammonia, Mg using Cp2Mg the 5 × 10 19 / cm 3 and the fourth nitride semiconductor layer made of doped in 0.02 Ga 0.98 N is grown to the thickness of 25 angstroms. 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型多層膜層8を365オングストロームの膜厚で成長させる。 And repeating these operations, by the 3+ 5 layers alternately fourth order are stacked, consisting of a multilayer film of the last third of the superlattice structure of the nitride semiconductor layer is grown to the thickness of 40 angstroms p growing type multi-film layer 8 with a thickness of 365 angstroms. 【0087】得られたLED素子は、実施例1とほぼ同様に良好な発光出力及びVfを示し、更に、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静電耐圧を測定したところ、実施例1に記載の従来の素子に比べて1.5倍以上となり、実施例1より静電耐圧は良好な結果が得られた。 [0087] The obtained LED element is in substantially the same manner as in Example 1 shows a good luminous output and Vf, further, the electrostatic added slowly voltage in the opposite direction from each electrode of n-type and p-type layers of the LED elements measurement of the breakdown voltage, is 1.5 times or more as compared with the conventional device described in example 1, the electrostatic withstand voltage than that of example 1 is good results were obtained. 【0088】[実施例7]実施例6においてアンドープGaNからなる下層5aを形成しない他は、実施例6と同様にしてLED素子を作製した。 [0088] Other not forming a lower layer 5a made of undoped GaN in Example 7 Example 6 was fabricated an LED element in the same manner as in Example 6. このようにして得られた、LED素子は実施例1とほぼ同様の発光出力とV Thus obtained, LED element in Example 1 and the substantially same light emission output V
fを示し、静電耐圧は従来例に比較すると高いが、実施例1及び実施例6に比較すると低いものであった。 Indicates f, is higher when the electrostatic withstand voltage is compared with the prior art, were those low compared to Examples 1 and 6. 【0089】以上のように、本実施例7のLED素子は、従来例の素子より静電耐圧を高くできるが、実施例1及び実施例6の素子と比較して静電耐圧は低いものである。 [0089] As described above, LED element of this example 7, can increase the electrostatic breakdown voltage than the element of the prior art, the electrostatic withstand voltage as compared with the device of Example 1 and Example 6 than low is there. このことから、実施例6のアンドープの下層5a Therefore, an undoped lower 5a of Example 6
は静電耐圧を向上させる効果があることがわかる。 It can be seen that have a effect of improving the electrostatic breakdown voltage. また、実施例1のLED素子の静電耐圧は、実施例7のL Moreover, the electrostatic withstand voltage of the LED element of Example 1, Example 7 L
ED素子の静電耐圧より高いことから、実施例1のアンドープのGaN層5も静電耐圧を向上させる効果があることがわかる。 Since higher electrostatic breakdown voltage of the ED element, it can be seen that the effect of also improving the electrostatic breakdown voltage undoped GaN layer 5 of Example 1. 【0090】[実施例8]実施例6において、アンドープAl 0.05 Ga 0.95 N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6×10 18 /cm 3ドープしたGa [0090] In Example 8 Example 6, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 a lower layer 5a consisting of N is grown to the thickness of 2000 angstroms, followed by a Si adding silane gas at the same temperature 6 × 10 18 / cm 3 doped with Ga
N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Al 0.05 Ga 0.95 N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2350オングストロームの第2多層膜層5を成長させる他は、実施例6と同様に作製した。 An intermediate layer 5b made of N is grown to the thickness of 300 angstroms, and further subsequently stopped only silane gas, growing an upper layer 5c of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N at the same temperature with a film thickness of 50 Å, third layer another growing a second multi-film layer 5 of the total film thickness 2350 Å made of was prepared in the same manner as in example 6. 以上のように作製したLED素子は、実施例6とほぼ同様の発光出力、Vf及び静電耐圧を示した。 LED elements manufactured as described above, substantially the same light output as in Example 6, showed Vf and static withstand voltage. 【0091】[実施例9]実施例6において、アンドープIn 0.03 Ga 0.97 N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6×10 18 /cm 3ドープしたGa [0091] In Example 9 Example 6, an undoped an In 0.03 Ga 0.97 a lower layer 5a consisting of N is grown to the thickness of 2000 angstroms, followed by a Si adding silane gas at the same temperature 6 × 10 18 / cm 3 doped with Ga
N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In 0.03 Ga 0.97 N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2350オングストロームの第2多層膜層5を成長させる他は、実施例6と同様に作製した。 An intermediate layer 5b made of N is grown to the thickness of 300 angstroms, and further subsequently stopped only silane gas, growing an upper layer 5c made of undoped an In 0.03 Ga 0.97 N at the same temperature with a film thickness of 50 Å, third layer another growing a second multi-film layer 5 of the total film thickness 2350 Å made of was prepared in the same manner as in example 6. 以上のように作製したLED素子は、実施例6とほぼ同様の発光出力、Vf及び静電耐圧を示した。 LED elements manufactured as described above, substantially the same light output as in Example 6, showed Vf and static withstand voltage. 【0092】[実施例10]実施例6において、SiドープGaNからなる5bを1000オングストロームで成長させる他は、実施例6と同様にしてLED素子を作製した。 [0092] In Example 10 Example 6, except that grow 5b consisting of Si-doped GaN with 1000 Angstroms were produced LED elements in the same manner as in Example 6. このようにして得られたLED素子は、実施例6と同等のVfを示し、静電耐圧は実施例6の1.2倍であった。 LED device obtained in this way, showed comparable Vf and Example 6, the electrostatic withstand voltage was 1.2 times that of Example 6. しかしながら、発光出力は実施例6のLED However, emission output LED of Example 6
素子に比較して70%であった。 Was 70% compared to the device. 【0093】[実施例11]SiドープGaNからなる5b層を100オングストロームで成長させる他は、実施例6と同様にして作製した。 [0093] [Example 11] Si-doped 5b layer made of GaN other grown at 100 Å, was produced in the same manner as in Example 6. 得られたLED素子は、 The obtained LED element is
実施例6とほぼ同等のVfを示し、発光出力は実施例6 Showed almost the same Vf as in Example 6, the light emission output Example 6
のLED素子に比較して1.1倍程度であった。 It was 1.1 times as compared with the LED element. しかしながら、静電耐圧は実施例6に比較して低いものであった。 However, the electrostatic withstand voltage was as low as compared with Example 6. 【0094】[実施例12]アンドープGaNからなる5c層を200オングストロームで成長させる他は、実施例6と同様にしてLED素子を作製した。 [0094] Example 12 except that growing 5c ​​layer made of undoped GaN with 200 angstroms, an LED was formed element in the same manner as in Example 6. 得られたL The resulting L
ED素子は、実施例6と同様の発光出力を示し、Vfは実施例6のLED素子に比較して高くなり、静電耐圧は実施例6のLED素子に比較して低いものであった。 ED element showed similar emission output as in Example 6, Vf becomes higher compared to the LED device of Example 6, the electrostatic withstand voltage was as low as compared with the LED device of Example 6. 【0095】[実施例13]実施例6において、n型多層膜層6の、第2と第1の窒化物半導体層を20層ずつ積層し成長させる他は、実施例6と同様にしてLED素子を作製した。 [0095] In Example 13 Example 6, the n-type multi-film layer 6, other to the second and the first nitride semiconductor layer laminated by 20 layers growth, in the same manner as in Example 6 LED a device was prepared. このようにして作製された実施例13のLED素子は、実施例6のLED素子と同等の発光出力を示し、実施例6のLED素子に比較してVfは20% LED device of Example 13 that is fabricated in this manner indicates the light output equivalent to the LED device of Example 6, Vf compared to the LED device of Example 6 20%
程度低くすることができた。 It was able to lower degree. しかしながら、静電耐圧は実施例6の素子に比較して低下していた。 However, the electrostatic withstand voltage was reduced compared to the device of Example 6. 【0096】 【発明の効果】本発明は、素子の信頼性を向上させ、種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能とするため、発光出力のさらなる向上が可能となり、Vfの低い静電耐圧の良好となる窒化物半導体素子を提供することができる。 [0096] The present invention improves the reliability of the device, to enable the expansion of application range to various application products, it is possible to further improve the light output, low Vf electrostatic it is possible to provide a nitride semiconductor device becomes excellent in breakdown voltage.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の一実施の形態であるLED素子の構造を示す模式的断面図である。 It is a schematic cross-sectional view showing the structure of an LED element according to an embodiment of the BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] present invention. 【符号の説明】 1・・・サファイア基板、 2・・・バッファ層、 3・・・アンドープGaN層、 4・・・SiドープGaNのn型コンタクト層、 5・・・アンドープGaN層、 6・・・n型多層膜層、 7・・・活性層、 8・・・p型多層膜層、 9・・・MgドープGaNのp型コンタクト層、 10・・・全面電極、 11・・・p電極、 12・・・n電極。 [Reference Numerals] 1 ... sapphire substrate, 2 ... buffer layer, 3 ... undoped GaN layer, 4 ... Si-doped GaN n-type contact layer, 5 ... undoped GaN layer, 6- · · n-type multi-film layer, 7 ... active layer, 8 ... p-type multilayer film, 9 ... Mg-doped GaN p-type contact layer, 10 ... full-surface electrode, 11 ... p electrode, 12 ··· n electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−229480(JP,A) 特開 平5−110139(JP,A) 特開 平8−23124(JP,A) 特開 平8−83956(JP,A) 特開 平9−97921(JP,A) 特開 平9−116234(JP,A) 特開 平10−84134(JP,A) 特開 平10−145004(JP,A) 特開 平11−195812(JP,A) 特開2000−232236(JP,A) 特開2000−286509(JP,A) 国際公開98/031055(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (56) reference Patent flat 3-229480 (JP, a) JP flat 5-110139 (JP, a) JP flat 8-23124 (JP, a) JP flat 8- 83956 (JP, A) Patent Rights 9-97921 (JP, A) Patent Rights 9-116234 (JP, A) Patent Rights 10-84134 (JP, A) Patent Rights 10-145004 (JP, A) Patent flat 11-195812 (JP, a) JP 2000-232236 (JP, a) JP 2000-286509 (JP, a) WO 98/031055 (WO, A1) (58) investigated the field (Int. Cl. 7, DB name) H01L 33/00 JICST file (JOIS)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、活性層を有する窒化物半導体素子において、 前記n型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記n型多層膜層との間に100オングストローム以上の膜厚を有するアンドープのGaN層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 (57) between the Patent Claims 1 n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor, the nitride semiconductor device having an active layer, the n-type nitride semiconductor, n and and an n-type multilayer film of the type contact layer and the superlattice structure having a GaN layer of undoped having the thickness of 100 angstroms or more between said n-type contact layer wherein the n-type multi-film layer nitride semiconductor device characterized. 【請求項2】 前記n型コンタクト層の下にさらに、アンドープのGaN層を有し、前記n型コンタクト層は前記2つのアンドープのGaN層の間に位置する請求項1 2. A further below the n-type contact layer has a GaN layer of undoped claim 1 wherein the n-type contact layer is located between the GaN layer of the two undoped
    記載の窒化物半導体素子。 Nitride semiconductor device according. 【請求項3】 前記n型コンタクト層は、SiドープのGaNからなる請求項1又は2記載の窒化物半導体素子。 Wherein the n-type contact layer, the nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein composed of GaN doped with Si. 【請求項4】 前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有し、前記n型多層膜層の組成と前記p型多層膜層の組成とが互いに異なることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 The method according to claim 4, wherein said p-type nitride semiconductor having a p-type multi-film layer of the super lattice structure, that the composition of the n-type multi-film layer and the composition of the p-type multi-film layer are different from each other the nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized. 【請求項5】 n型窒化物半導体とp型窒化物半導体との間に、活性層を有する窒化物半導体素子において、 前記n型窒化物半導体には、n型コンタクト層と超格子構造の第1のn型多層膜層とを有しかつ、前記n型コンタクト層と前記第1のn型多層膜層との間に、少なくとも3層構造の第2のn型多層膜層を有し、該第2のn型多層膜層は、前記n型コンタクト層側から順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を有することを特徴とする窒化物半導体素子。 Between the 5. n-type nitride semiconductor and the p-type nitride semiconductor, the nitride semiconductor device having an active layer, the said n-type nitride semiconductor, the n-type contact layer and the superlattice structure and has first and n-type multi-film layer, between the n-type contact layer and the first n-type multi-film layer, a second n-type multilayer film of at least three layers, n-type multilayer film of the second, the n-type contact layer from the order of the undoped side layer, a nitride semiconductor device and having a top layer of the intermediate layer and the undoped n-type impurity doped. 【請求項6】 前記下層、前記中間層及び前記上層の各膜厚は、前記第1のn型多層膜層に近づくにしたがって薄くなるように設定された請求項5記載の窒化物半導体素子。 Wherein said lower layer, each film thickness of the intermediate layer and the upper layer, the first n-type multi-layered film set to be thinner toward the layer claims 5 nitride semiconductor device according. 【請求項7】 前記アンドープの下層は、1000Å〜 7. lower layer of the undoped, 1000A~
    5000Åの範囲の膜厚を有する請求項5又は6記載の窒化物半導体素子。 Nitride semiconductor device according to claim 5 or 6, wherein having a thickness in the range of 5000 Å. 【請求項8】 前記p型窒化物半導体には、超格子構造のp型多層膜層を有することを特徴とする請求項5〜7 The method according to claim 8, wherein said p-type nitride semiconductor, claim characterized by having a p-type multi-film layer of the super lattice structure 5-7
    のうちのいずれか1つに記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to any one of.
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