JP3458007B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device

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JP3458007B2
JP3458007B2 JP20247794A JP20247794A JP3458007B2 JP 3458007 B2 JP3458007 B2 JP 3458007B2 JP 20247794 A JP20247794 A JP 20247794A JP 20247794 A JP20247794 A JP 20247794A JP 3458007 B2 JP3458007 B2 JP 3458007B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子に関す
る。さらに詳しくは、青色発光に好適なチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device. More specifically, it relates to a semiconductor light emitting device using a gallium nitride based compound semiconductor suitable for blue light emission.

【0002】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなど他のIII 族元
素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部が
P、Asなど他のV族元素と置換した化合物からなる半
導体をいう。
Here, a gallium nitride compound semiconductor is a compound of a group III element Ga and a group V element N or
A semiconductor made of a compound in which a part of Ga of the group III element is replaced with another group III element such as Al and In and / or a part of N of the group V element is replaced with another group V element such as P and As. Say.

【0003】また、半導体発光素子とは、pn接合また
はpinなどダブルヘテロ接合を有する発光ダイオード
(以下、LEDという)、スーパルミネッセントダイオ
ード(SLD)または半導体レーザダイオード(LD)
などの光を発生する半導体素子をいう。
A semiconductor light emitting device is a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) having a double heterojunction such as a pn junction or a pin, a super luminescent diode (SLD) or a semiconductor laser diode (LD).
A semiconductor element that emits light.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来青色のLEDは赤色や緑色に比べて
輝度が小さく実用化に難点があったが、近年チッ化ガリ
ウム系化合物半導体を用い、Mgをドーパントした低抵
抗のp型半導体層がえられたことにより、輝度が向上し
脚光をあびている。
2. Description of the Related Art Conventionally, blue LEDs have a lower brightness than red and green and are difficult to put into practical use. In recent years, however, gallium nitride compound semiconductors have been used, and a low resistance p-type semiconductor layer doped with Mg has been formed. As a result, the brightness is improved and it is in the limelight.

【0005】従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用
いたLEDは図4に示されるような構造になっている。
A conventional LED using a gallium nitride based compound semiconductor has a structure as shown in FIG.

【0006】図4において、サファイア(Al2 3
結晶)基板21上にSiなどをドーピングしたn型のG
aNなどからなる低温バッファ層22、同じくn型のG
aNなどからなる高温バッファ層23、n型のAlx
1-x N(0<x<1)などからなるダブルヘテロ接合
形成のためのn型クラッド層24、ノンドープのGay
In1-y N(0<y<1)などからなる活性層25、M
gなどをドーピングしたp型Alx Ga1-x Nなどから
なるp型クラッド層26、p型GaNなどからなるキャ
ップ層27が有機金属化合物気相成長法(以下、MOC
VD法という)により順次積層され、n型クラッド層2
4と、活性層25とp型クラッド層26とでダブルヘテ
ロ接合が形成されている。この積層された半導体層の一
部がエッチングにより除去されて露出したn型クラッド
層24または高温バッファ層23および積層された半導
体層の表層であるキャップ層27にそれぞれn側電極2
9およびp側電極28が設けられることによりLEDが
形成されている。
In FIG. 4, an n-type G doped with Si or the like is formed on a sapphire (Al 2 O 3 single crystal) substrate 21.
Low temperature buffer layer 22 made of aN, etc., also n-type G
High temperature buffer layer 23 made of aN, n-type Al x G
a 1-x N (0 <x <1) or the like for forming a double heterojunction, an n-type cladding layer 24, undoped Ga y
In 1-y N (0 <y <1) active layer 25, M
The p-type cladding layer 26 made of p-type Al x Ga 1-x N or the like doped with g or the like and the cap layer 27 made of p-type GaN are formed by a metal organic compound vapor phase epitaxy method (hereinafter, MOC).
N-type clad layer 2 which is sequentially laminated by the VD method)
4, the active layer 25 and the p-type cladding layer 26 form a double heterojunction. The n-side clad layer 24 or the high temperature buffer layer 23 exposed by removing a part of the stacked semiconductor layers by etching and the cap layer 27 which is a surface layer of the stacked semiconductor layers are provided on the n-side electrode 2 respectively.
An LED is formed by providing the 9 and p-side electrodes 28.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のチッ化ガリウム
系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、前述のよ
うにクラッド層4、6にSiまたはMgなどをドーピン
グしたAlx Ga1-x N層を、活性層25にノンドーピ
ングのGay In1-y N層などを用いて活性層25のバ
ンドギャップエネルギーをクラッド層24、26のバン
ドギャップエネルギーより小さくして光の閉じ込め効果
を利用している。この活性層25にInを添加すること
により、バンドギャップエネルギーを小さくすることが
できるとともに、発光波長はGay In1-y N層中のI
nの組成比が多くなるほど発光波長を長くすることがで
きるが、Inの組成比が余り多くなると格子定数がバッ
ファ層であるGaNと大きく異なり、発光効率が低下す
るため、Inの組成比(1−y)は0.2が限度で、発
光波長は480nm程度より長くすることができない。
In the conventional semiconductor light emitting device using the gallium nitride based compound semiconductor, the Al x Ga 1-x N layer in which the cladding layers 4 and 6 are doped with Si or Mg as described above. By using a non-doped Ga y In 1 -y N layer or the like for the active layer 25 to make the band gap energy of the active layer 25 smaller than the band gap energy of the cladding layers 24 and 26 to utilize the light confinement effect. There is. By adding In to the active layer 25, the band gap energy can be reduced, and the emission wavelength is I y in the Ga y In 1 -y N layer.
The emission wavelength can be made longer as the composition ratio of n increases, but if the composition ratio of In is too large, the lattice constant is significantly different from that of GaN which is the buffer layer, and the emission efficiency is reduced. -Y) is limited to 0.2 and the emission wavelength cannot be made longer than about 480 nm.

【0008】そのため、青色発光LEDや緑色発光LE
Dの目的で480nmより長い波長の490〜520n
m程度の光が求められるが、そのような波長の半導体発
光素子がえられないという問題がある。またInの組成
比を増やして発光波長を長くするばあい、格子不整が顕
者になり、組成比0.2でも活性層の厚さを厚くするこ
とができず、発光量を増やせないという問題がある。
Therefore, blue light emitting LED and green light emitting LE
490-520n with a wavelength longer than 480 nm for the purpose of D
Although light of about m is required, there is a problem that a semiconductor light emitting device having such a wavelength cannot be obtained. Further, if the composition ratio of In is increased and the emission wavelength is increased, lattice imperfections become apparent, and even if the composition ratio is 0.2, the thickness of the active layer cannot be increased and the amount of light emission cannot be increased. There is.

【0009】本発明はこのような問題を解決し、Inの
混晶比にかかわらず発光波長の変化の幅が広い半導体発
光素子を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to solve such a problem and to provide a semiconductor light emitting device having a wide variation range of the emission wavelength regardless of the mixed crystal ratio of In.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、サファイア基板上に少なくともn型クラッド層およ
びp型クラッド層と、該両クラッド層のあいだに挟まれ
該両クラッド層の材料よりバンドギャップエネルギーが
小さい材料からなる活性層とを有するチッ化ガリウム系
化合物半導体層が積層されてなる半導体発光素子であっ
て、前記活性層のチッ化ガリウム系化合物半導体のチッ
素の一部がリンおよび/またはヒ素と置換した化合物半
導体からなり、かつ、前記両クラッド層はリンおよびヒ
素を含まないチッ化ガリウム系化合物半導体からなり、
前記活性層にMg、Zn、Cd、Be、Ca、Mn、S
i、Se、S、GeおよびTeよりなる群から選ばれた
少なくとも2種のドーパントがドーピングされ、かつ、
n型またはp型の同種のドーパントが2種以上添加され
ている。
A semiconductor light emitting device according to the present invention comprises a sapphire substrate on which at least an n-type cladding layer and a p-type cladding layer are sandwiched between both cladding layers, and a band is formed from a material of both cladding layers. What is claimed is: 1. A semiconductor light-emitting device comprising: a gallium nitride-based compound semiconductor layer having an active layer made of a material having a small gap energy, wherein a part of nitrogen of the gallium nitride-based compound semiconductor in the active layer is phosphorus and / or made of a compound semiconductor was replaced with arsenic, and said both cladding layers Ri do the gallium nitride based compound semiconductor containing no phosphorus and arsenic,
Mg, Zn, Cd, Be, Ca, Mn, S are added to the active layer.
selected from the group consisting of i, Se, S, Ge and Te
At least two dopants are doped, and
Two or more kinds of the same n-type or p-type dopant are added .

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】前記活性層がチッ化ガリウム系化合物半導
体のガリウムの一部がInと置換した化合物半導体であ
ることが、発光波長を長くするうえで好ましい。
It is preferable that the active layer is a compound semiconductor in which a part of gallium of the gallium nitride compound semiconductor is replaced with In in order to elongate the emission wavelength.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【作用】本発明の半導体発光素子によれば、発光部、す
なわちダブルヘテロ接合の発光素子であれば活性層をチ
ッ化ガリウム系化合物半導体のNの一部をPおよび/ま
たはAsと置換した化合物半導体としているため、Pま
たはAsはNよりガリウム化合物のエネルギーバンドが
小さい原子であり、長い波長の光を発光する。さらに、
活性層にMg、Zn、Cd、Be、Ca、Mn、Si、
Se、S、GeおよびTeよりなる群から選ばれた少な
くとも2種のドーパントがドーピングされているため、
発光波長を長くしやすく、しかもn型またはp型の同種
のドーパントが2種以上添加されているため、発光波長
を制御しやすい。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, in the case of a light emitting part, that is, in the case of a light emitting device having a double heterojunction, a compound in which a part of N of a gallium nitride based compound semiconductor is substituted with P and / or As in the active layer. Since it is a semiconductor, P or As is an atom whose energy band of the gallium compound is smaller than that of N, and emits light having a long wavelength. further,
Mg, Zn, Cd, Be, Ca, Mn, Si,
A few selected from the group consisting of Se, S, Ge and Te
Since it is doped with at least two kinds of dopants,
It is easy to lengthen the emission wavelength, and the same type of n-type or p-type
Since two or more dopants are added, the emission wavelength
Easy to control.

【0019】またNの一部がPまたはAsと置換した化
合物半導体はGaの一部がInと置換した化合物半導体
より格子定数の変化のわりに、エネルギーバンド幅の縮
小率が大きいため、GaNやAlx Ga1-x Nなどとの
格子整合がとり易く発光部(活性層)の膜厚を厚くする
ことができ、発光量を増やすことができる。
A compound semiconductor in which a part of N is replaced with P or As has a larger energy band reduction rate than a compound semiconductor in which a part of Ga is replaced with In. The lattice matching with x Ga 1-x N or the like can be easily achieved, and the thickness of the light emitting portion (active layer) can be increased, and the amount of light emission can be increased.

【0020】さらに前記活性層にドーパントを添加する
ことにより、異なる発光準位が結晶のエネルギーバンド
の中にできるため、一層発光波長を長くすることができ
る。さらにドーパントの組合せにより発光波長に対する
発光強度のスペクトルの半値幅を変えることができ、た
とえばZnとSeをドーパントとして添加すると、個々
のドーパントZn、Seの発光準位と異なる(ZnとS
eの足し算ではなく)ZnSeとしての発光準位が定ま
り発光波長を変えることができる。
Further, by adding a dopant to the active layer, different emission levels can be formed in the energy band of the crystal, so that the emission wavelength can be further lengthened. Further, the half width of the spectrum of the emission intensity with respect to the emission wavelength can be changed by the combination of the dopants. For example, when Zn and Se are added as the dopants, the emission levels of the individual dopants Zn and Se are different (Zn and S
The emission level as ZnSe is determined (not the addition of e), and the emission wavelength can be changed.

【0021】[0021]

【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明の半導
体発光素子を説明する。
The semiconductor light emitting device of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1は本発明の半導体発光素子の断面説明
図、図2はその製造工程を示す図、図3は本発明の半導
体発光素子の他の実施例の断面説明図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the manufacturing process thereof, and FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention.

【0023】実施例1 図1において、1はサファイアなどからなる基板で、そ
の上にn型GaNからなる低温バッファ層2が0.01
〜0.2μm程度、n型GaNからなる高温バッファ層
3が2〜5μm程度、n型Alx Ga1-x N(0≦x<
1)からなるn型クラッド層4を0.1〜0.3μm程
度、ノンドープのGaN1-u u (0<u<0.2)か
らなる活性層5を0.05〜0.1μm程度、p型Al
x Ga1-x Nからなるp型クラッド層6を0.1〜0.
3μm程度およびp型GaNからなるキャップ層7が
0.3〜2μm程度順次積層されている。n型層にする
にはSiやGeがドーピングされ、p型層にするにはM
gまたはZnがドーピングされる。そして積層された化
合物半導体層の少なくともキャップ層7、p型クラッド
層6および活性層5の一部がエッチングにより除去され
て露出したn型層である高温バッファ層3および積層さ
れた最表面のp型層であるキャップ層7にそれぞれn側
電極9およびp側電極8が形成されている。
Example 1 In FIG. 1, reference numeral 1 is a substrate made of sapphire or the like, on which a low temperature buffer layer 2 made of n-type GaN is 0.01.
˜0.2 μm, the high temperature buffer layer 3 made of n-type GaN is about 2 to 5 μm, n-type Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <
The n-type cladding layer 4 made of 1) is about 0.1 to 0.3 μm, and the active layer 5 made of undoped GaN 1-u P u (0 <u <0.2) is about 0.05 to 0.1 μm. , P-type Al
The p-type clad layer 6 made of x Ga 1 -x N is added to 0.1 to 0.
A cap layer 7 of about 3 μm and p-type GaN is sequentially laminated on the order of 0.3 to 2 μm. Si or Ge is doped to form an n-type layer, and M to form a p-type layer.
g or Zn is doped. Then, at least the cap layer 7, the p-type cladding layer 6 and the active layer 5 of the stacked compound semiconductor layers are removed by etching to expose the high temperature buffer layer 3 which is an n-type layer and the stacked outermost p layer. An n-side electrode 9 and a p-side electrode 8 are formed on the cap layer 7, which is a mold layer, respectively.

【0024】本発明では活性層5の化合物半導体をGa
1-u u にして、クラッド層4、6の材料よりバンド
ギャップエネルギーを小さくするだけでなく、Nの一部
をPと置換したGaN1-u u にしたことに特徴があ
る。このPの割合は好ましくはuの値が0.01〜0.
1、さらに好ましくは0.02〜0.05に選ばれる。
Pの割合が多すぎると発光波長が長くなりすぎること、
深い準位からの発光が大きくなることとなり、少なすぎ
ると目標とする波長まで長くならないからである。
In the present invention, the compound semiconductor of the active layer 5 is Ga.
In the N 1-u P u, not only to reduce the band gap energy than the material of the cladding layers 4 and 6, is characterized in that the part of the N in GaN 1-u P u which was replaced with P. The ratio of P is preferably such that the value of u is 0.01 to 0.
1, more preferably 0.02 to 0.05.
If the proportion of P is too large, the emission wavelength becomes too long,
This is because the light emission from the deep level becomes large, and if it is too small, it does not reach the target wavelength.

【0025】Nの一部がPと置換されることによりエネ
ルギーバンド幅が小さくなり、発光波長を長くすること
ができる。Pの組成比を多くする程発光波長を長くする
ことができるが、格子定数や、結晶としての膜質の理由
から前述の範囲で選定され、発光波長として490〜5
20nmの発光をすることができる。
By substituting a part of N for P, the energy band width becomes smaller and the emission wavelength can be lengthened. The emission wavelength can be made longer as the composition ratio of P is increased, but it is selected within the above range because of the lattice constant and the film quality as a crystal, and the emission wavelength is 490 to 5
It can emit light of 20 nm.

【0026】Nの一部をPと置換するのと同じ理由によ
り、Pの代りにまたはPとともにAsをNの一部と置換
しても同様に長波長の発光がえられる。Pの代りにAs
を使用したばあい、Asの割合としては0.5〜5原子
%、さらに好ましくは1〜3原子%に選定される。余り
多すぎると発光波長が長くなりすぎること、深い準位か
らの発光が大きくなることとなり、少なすぎると目標と
する波長がえられないからである。またPとAsの両元
素をNの一部と置換するばあいにはPとAsの割合は各
々前述の範囲内にすることが好ましい。
For the same reason as substituting a part of N for P, a long wavelength light emission can be obtained by substituting As for a part of N instead of P or together with P. As instead of P
When As is used, the proportion of As is selected to be 0.5 to 5 atom%, more preferably 1 to 3 atom%. This is because if the amount is too large, the emission wavelength becomes too long, and the emission from the deep level becomes large, and if it is too small, the target wavelength cannot be obtained. Further, when substituting a part of N for both elements of P and As, it is preferable that the ratios of P and As are each within the above range.

【0027】前述の実施例では活性層5としてGaN
1-u u の例で説明したが、Nの一部の置換のみなら
ず、Gaの一部をInにより置換して、Gay In1-y
1-u u (0<y≦1、0<u<0.2)の組成の半
導体としてもさらにバンドギャップエネルギーが小さく
なり、また発光波長を長くすることができる。
In the above-described embodiment, GaN is used as the active layer 5.
Although the example of 1-u P u has been described, not only partial replacement of N but also partial replacement of Ga by In to replace Ga y In 1-y
Even a semiconductor having a composition of N 1 -u P u (0 <y ≦ 1, 0 <u <0.2) has a smaller bandgap energy and a longer emission wavelength.

【0028】さらに前述の実施例では活性層5としてノ
ンドープの例で説明したが、Mg、Zn、Cd、Be、
CaまたはMnなどの不純物をドーピングしてp型層に
したり、Si、Se、S、GeまたはTeなどの不純物
をドーピングしてn型層にすることにより、エネルギー
バンドギャップ中にその不純物特有のエネルギー準位が
できこの準位を介しての発光再結合がおこるという理由
で発光波長を長くすることができる。これらの不純物の
中でも、とくにBe、Mn、Sc、Teなどが比較的深
いレベルの準位ができるため発光波長を長くすることが
できて好ましい。さらに不純物として、たとえばZnと
Be、MgとMn、SiとTeとZnなどのように、2
種類以上の不純物を混入することにより、足し算以上の
長波長発光に寄与する。これはある程度以上、原子濃度
が増えると、組み合わせた原子同士の相互作用によって
準位ができるためである。
Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the active layer 5 is not doped, but Mg, Zn, Cd, Be,
By doping an impurity such as Ca or Mn to form a p-type layer, or by doping an impurity such as Si, Se, S, Ge or Te to an n-type layer, the energy peculiar to the impurity is formed in the energy band gap. The emission wavelength can be lengthened because a level is created and radiative recombination occurs via this level. Among these impurities, Be, Mn, Sc, Te and the like are particularly preferable because the emission wavelength can be lengthened because a relatively deep level can be formed. Further, as impurities such as Zn and Be, Mg and Mn, Si and Te and Zn, 2
By mixing more than one kind of impurities, it contributes to long-wavelength light emission more than addition. This is because when the atomic concentration increases above a certain level, a level is created due to the interaction between the combined atoms.

【0029】また、本発明によりチッ化ガリウム系化合
物半導体のNの一部をPおよび/またはAsで置換して
長波長化を達成しており、Inを添加するのと同様の効
果がえられるが、PやAsを添加する方がInを添加す
るよりも格子整合がなされるため、活性層の膜厚を厚く
することができ、発光効率の増大に寄与する。
Further, according to the present invention, a part of N of the gallium nitride compound semiconductor is replaced with P and / or As to achieve a longer wavelength, and the same effect as adding In can be obtained. However, since the lattice matching is made more by adding P or As than by adding In, the thickness of the active layer can be made thicker, which contributes to the increase of the luminous efficiency.

【0030】さらに前記実施例では活性層5以外のバッ
ファ層2、3やキャップ層7をGaNで、クラッド層
4、6をAlx Ga1-x Nの例で説明したが、クラッド
層4、6のバンドギャップエネルギーが活性層のそれよ
り大きくなれば他の組成でもよく、バッファ層2、3な
どもGaN以外の他の組成のチッ化ガリウム系化合物半
導体でもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the buffer layers 2 and 3 other than the active layer 5 and the cap layer 7 are made of GaN, and the clad layers 4 and 6 are made of Al x Ga 1 -x N. Other compositions may be used as long as the bandgap energy of 6 is larger than that of the active layer, and the buffer layers 2, 3 and the like may be gallium nitride-based compound semiconductors having compositions other than GaN.

【0031】つぎに図2を参照しながら、図1のLED
の製法について説明する。
Next, referring to FIG. 2, the LED of FIG.
The manufacturing method of is explained.

【0032】図2(a)に示されるように、サファイア
などからなる基板1に、MOCVD法によりキャリアガ
スH2 とともに有機金属化合物ガスであるトリメチルガ
リウム(以下、TMGという)、NH3 およびドーパン
トとしてのSiH4 、GeH4 、TeH4 などを供給
し、400〜700℃でn型GaN層などのチッ化ガリ
ウム系半導体層からなる低温バッファ層2および700
〜1200℃で高温バッファ層3をそれぞれ0.01〜
0.2μm、2〜5μm程度づつ成長する。
As shown in FIG. 2A, on a substrate 1 made of sapphire or the like, trimethylgallium (hereinafter referred to as TMG) which is an organometallic compound gas, NH 3 and a dopant together with a carrier gas H 2 by a MOCVD method. SiH 4 of, GeH 4, such as to supply TeH 4, the low-temperature buffer layer 2, and 700 made of gallium nitride based semiconductor layer such as n-type GaN layer at 400 to 700 ° C.
~ 1200 ℃ high temperature buffer layer 3 0.01 ~ respectively
The growth is about 0.2 μm and about 2 to 5 μm.

【0033】ついで前述のガスにさらにトリメチルアル
ミニウム(以下、TMAという)を加え、n型ドーパン
トのSi、Ge、Teなどを含有したn型クラッド層4
を0.1〜0.3μm程度形成する。
Then, trimethylaluminum (hereinafter referred to as TMA) is further added to the above-mentioned gas, and the n-type cladding layer 4 containing the n-type dopants Si, Ge, Te and the like is added.
Is formed to about 0.1 to 0.3 μm.

【0034】つぎに前述の原料ガスTMAに代えてター
シャリブチルホスフィン(以下、TBPという)を導入
し、バンドギャップエネルギーがクラッド層4のそれよ
り小さくなる材料、たとえばGaN1-u u からなる発
光部である活性層5を0.05〜0.1μm程度形成す
る。活性層を変化させることで、発光波長λは495〜
520nmまで変化できるようになった。
Next, tert-butylphosphine (hereinafter referred to as TBP) is introduced in place of the above-mentioned source gas TMA, and a material having a band gap energy smaller than that of the cladding layer 4, for example, GaN 1-u P u is used. The active layer 5, which is a light emitting portion, is formed to have a thickness of about 0.05 to 0.1 μm. By changing the active layer, the emission wavelength?
It became possible to change to 520 nm.

【0035】さらに、n型クラッド層4の形成に用いた
ガスと同じ原料のガスで不純物原料ガスをSiH4 に代
えてp型不純物としてのMgまたはZnをビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム(以下、Cp2 Mgという)
またはジメチル亜鉛(以下、DMZnという)として反
応管に導入し、p型クラッド層6であるp型Alx Ga
1-x N層を気相成長させる。
Further, the same source gas as the gas used for forming the n-type cladding layer 4 was used, and the impurity source gas was replaced with SiH 4 to replace Mg or Zn as a p-type impurity with biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter referred to as Cp). 2 called Mg)
Alternatively, it is introduced into the reaction tube as dimethyl zinc (hereinafter referred to as DMZn), and the p-type cladding layer 6 of p-type Al x Ga is formed.
Vapor growth of the 1-x N layer.

【0036】ついでキャップ層7形成のため、前述のバ
ッファ層3と同様のガスで不純物原料ガスとしてCp2
MgまたはDMZnを供給してp型のGaN層を0.3
〜1μm程度の厚さに成長させる。キャップ層7は電極
と半導体層との接触抵抗を減少させるためのものであ
る。
Next, to form the cap layer 7, the same gas as that for the buffer layer 3 is used as Cp 2 as an impurity source gas.
Mg or DMZn is supplied to form a p-type GaN layer of 0.3.
Grow to a thickness of about 1 μm. The cap layer 7 is for reducing the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer.

【0037】そののち図2(b)に示されるように、S
iO2 などの保護膜10を半導体層の成長層表面全面に
設け、400〜800℃、20〜60分間程度のアニー
ルを行い、p型クラッド層6およびキャップ層7の活性
化を図る。
After that, as shown in FIG. 2B, S
A protective film 10 of iO 2 or the like is provided on the entire surface of the growth layer of the semiconductor layer and annealed at 400 to 800 ° C. for about 20 to 60 minutes to activate the p-type cladding layer 6 and the cap layer 7.

【0038】アニールが完了すると、温度を室温まで下
げて、保護膜10をウエットエッチングすることにより
除去する。
When the annealing is completed, the temperature is lowered to room temperature and the protective film 10 is removed by wet etching.

【0039】ついで、n側の電極を形成するため、レジ
ストを塗布してパターニングを行い、図2(c)に示さ
れるように保護膜10の除去されたチッ化ガリウム系化
合物半導体層の表面のレジストの一部をドライエッチン
グにより除去し、n型GaN層であるバッファ層3を露
出させる。ついで積層された化合物半導体層の表面でp
型層に電気的に接続されるAuなどの金属膜からなるp
側電極8を、露出した高温バッファ層3表面でn型層に
電気的に接続されるAlなどの金属膜からなるn側電極
9をそれぞれスパッタリングなどにより形成する(図2
(d)参照)。
Next, in order to form an n-side electrode, resist is applied and patterning is performed, and as shown in FIG. 2C, the surface of the gallium nitride based compound semiconductor layer from which the protective film 10 has been removed is formed. Part of the resist is removed by dry etching to expose the buffer layer 3, which is an n-type GaN layer. Then, p is formed on the surface of the laminated compound semiconductor layer.
P made of a metal film such as Au electrically connected to the mold layer
The side electrode 8 is formed by sputtering or the like on the exposed surface of the high-temperature buffer layer 3 and the n-side electrode 9 made of a metal film such as Al electrically connected to the n-type layer (FIG. 2).
(See (d)).

【0040】つぎに、各チップにダイシングして、LE
Dチップが形成される。
Next, each chip is diced to obtain LE.
A D chip is formed.

【0041】前述の活性層5を成長する際にGaN1-v
Asv (0<v<1)を成長するばあいは前述のTBP
に代えてターシャリブチルアルシン(以下、TBAとい
う)のガスを導入することにより、Gay In1-y
1-u u (0<y<1、0<u<1)を成長するばあい
は前述の原料ガスにさらにTMIを導入することによ
り、Gay In1-y 1-v Asv (0<y<1、0<v
<1)を成長するばあいは前記GaN1-v Asv の原料
ガスにTMIを導入することによりえられる。
When growing the above-mentioned active layer 5, GaN 1-v
When growing As v (0 <v <1), the above-mentioned TBP is used.
By introducing a gas of tert-butylarsine (hereinafter referred to as TBA) instead of Ga y In 1-y N
In the case of growing 1-u P u (0 <y <1, 0 <u <1), by further introducing TMI into the above-mentioned raw material gas, the Ga y In 1-y N 1-v As v ( 0 <y <1, 0 <v
When <1) is grown, it can be obtained by introducing TMI into the source gas of GaN 1-v As v .

【0042】また活性層5に不純物をドーピングするば
あいは、前述の活性層5の成長のための原料ガスにさら
に不純物の原料ガスを導入することによりえられる。
When the active layer 5 is doped with an impurity, it can be obtained by further introducing an impurity source gas into the source gas for growing the active layer 5 described above.

【0043】実施例2 図3は本発明の半導体発光素子の第2の実施例の断面説
明図である。本実施例は前記実施例1のダブルヘテロ接
合に代えてホモpn接合のLEDとしたものでチッ化ガ
リウム系化合物半導体層の成長法や組成の変化は前述の
実施例1と同様である。
Embodiment 2 FIG. 3 is a cross sectional view showing a second embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention. In this example, an LED having a homo-pn junction was used in place of the double heterojunction of Example 1, and the growth method of the gallium nitride based compound semiconductor layer and the change in composition were the same as in Example 1 described above.

【0044】図3において、サファイア(Al2 3
結晶)基板11上に、たとえばn型のGaNなどからな
る低温バッファ層12が400〜700℃の低温で、
0.01〜0.2μm程度に形成され、その上に700
〜1200℃の高温でSiなどをドーピングしたn型の
GaN1-u u などからなるn型層13が形成され、さ
らにその上にMgなどをドーピングしたp型のGaN
1-u u などからなるp型層14が形成されてGaN
1-u u 層からなるホモpn接合が形成されている。p
型層14上には、Au、Alなどからなるp側電極15
が設けられ、p型層14の一部がエッチング除去されて
露出したn型層13にn側電極16が設けられてpn接
合のLEDが形成されている。
In FIG. 3, a low temperature buffer layer 12 made of, for example, n-type GaN is formed on a sapphire (Al 2 O 3 single crystal) substrate 11 at a low temperature of 400 to 700 ° C.
It is formed to have a thickness of about 0.01 to 0.2 μm and 700 thereon.
An n-type layer 13 made of n-type GaN 1-u P u or the like doped with Si or the like at a high temperature of up to 1200 ° C. is formed, and p-type GaN doped with Mg or the like is further formed thereon.
The p-type layer 14 made of 1-u P u or the like is formed to form GaN.
A homo pn junction composed of a 1-u P u layer is formed. p
A p-side electrode 15 made of Au, Al or the like is formed on the mold layer 14.
Is provided, and the n-side electrode 16 is provided on the n-type layer 13 exposed by etching away part of the p-type layer 14 to form a pn junction LED.

【0045】本実施例においてもGaN1-u u の代り
にGaN1-v Asv 、Gay In1-y 1-u u 、Ga
y In1-y 1-v Asv などの他の組成の化合物半導体
層を使用することができる。要は発光層として寄与する
半導体層のチッ化ガリウム系半導体のNの一部をPおよ
び/またはAsで置換した組成とすることにより長い波
長の発光をする半導体発光素子がえられる。
[0045] Also, instead of GaN 1-u P u in this example GaN 1-v As v, Ga y In 1-y N 1-u P u, Ga
y In 1-y N 1- v As v may be used a compound semiconductor layer of another composition, such as. In short, a semiconductor light emitting device that emits light with a long wavelength can be obtained by using a composition in which a part of N of the gallium nitride based semiconductor of the semiconductor layer that contributes as a light emitting layer is replaced with P and / or As.

【0046】また、前記各実施例ではLEDで説明した
がLEDのほかに半導体レーザなど種々の半導体発光素
子についても本発明を適用できる。
Although the above embodiments have been described using LEDs, the present invention can be applied to various semiconductor light emitting devices such as semiconductor lasers in addition to LEDs.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、チッ
化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子の発
光層にPやAsを加えることにより発光波長の幅の広い
発光素子をうることができ、製品価値の高い発光素子を
うることができる。また、Inを添加するばあいに比べ
て格子不整が小さいので、発光層の膜厚を大きくするこ
とができ発光効率を増大することが可能になり、輝度も
大きくなる。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, a light emitting device having a wide emission wavelength can be obtained by adding P or As to the light emitting layer of the semiconductor light emitting device made of a gallium nitride based compound semiconductor. Therefore, a light emitting device with high product value can be obtained. Further, since the lattice mismatch is smaller than when In is added, the thickness of the light emitting layer can be increased, the light emission efficiency can be increased, and the brightness can be increased.

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

【図1】本発明の半導体発光素子の一実施例であるLE
Dの断面説明図である。
FIG. 1 is an example of an LE of a semiconductor light emitting device of the present invention.
It is a section explanatory view of D.

【図2】図1のLEDの製造工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the LED of FIG.

【図3】本発明の半導体発光素子の他の実施例であるL
EDの断面説明図である。
FIG. 3 shows another example L of the semiconductor light emitting device of the present invention.
It is a section explanatory view of ED.

【図4】従来の半導体発光素子の一例を示す断面説明図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view showing an example of a conventional semiconductor light emitting device.

【符号の説明】 1 基板 4 n型クラッド層 5 活性層 6 p型クラッド層 7 キャップ層 11 基板 13 n型層 14 p型層[Explanation of symbols] 1 substrate 4 n-type clad layer 5 Active layer 6 p-type clad layer 7 Cap layer 11 board 13 n-type layer 14 p-type layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−171182(JP,A) 特開 昭53−117390(JP,A) 特開 平2−275682(JP,A) 特開 平4−236477(JP,A) 特開 平4−192585(JP,A) 特開 昭49−134288(JP,A) Jpn.J.Appl.Phys.P art 1,32[10](1993),p. 4413−4417 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-59-171182 (JP, A) JP-A-53-117390 (JP, A) JP-A-2-275682 (JP, A) JP-A-4-236477 (JP , A) JP-A-4-192585 (JP, A) JP-A-49-134288 (JP, A) Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 32 [10] (1993), p. 4413-4417 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 サファイア基板上に少なくともn型クラ
ッド層およびp型クラッド層と、該両クラッド層のあい
だに挟まれ該両クラッド層の材料よりバンドギャップエ
ネルギーが小さい材料からなる活性層とを有するチッ化
ガリウム系化合物半導体層が積層されてなる半導体発光
素子であって、 前記活性層のチッ化ガリウム系化合物半導体のチッ素の
一部がリンおよび/またはヒ素と置換した化合物半導体
からなり、かつ、前記両クラッド層はリンおよびヒ素を
含まないチッ化ガリウム系化合物半導体からなり、 前記活性層にMg、Zn、Cd、Be、Ca、Mn、S
i、Se、S、GeおよびTeよりなる群から選ばれた
少なくとも2種のドーパントがドーピングされ、かつ、
n型またはp型の同種のドーパントが2種以上添加され
てな る半導体発光素子。
1. A sapphire substrate having at least an n-type clad layer and a p-type clad layer, and an active layer made of a material sandwiched between the both clad layers and having a bandgap energy smaller than that of the material of the both clad layers. A semiconductor light-emitting device comprising a stack of gallium nitride based compound semiconductor layers, wherein the active layer comprises a compound semiconductor in which a part of nitrogen of the gallium nitride based compound semiconductor is replaced with phosphorus and / or arsenic, and the two cladding layers Ri do the gallium nitride based compound semiconductor which does not include phosphorus and arsenic, Mg in the active layer, Zn, Cd, Be, Ca , Mn, S
selected from the group consisting of i, Se, S, Ge and Te
At least two dopants are doped, and
Two or more of the same type of n-type or p-type dopants are added
Ing Te semiconductor light-emitting element.
【請求項2】 前記活性層が、チッ化ガリウム系化合物
半導体のガリウムの一部がInと置換した化合物半導体
である請求項1記載の半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the active layer is a compound semiconductor in which a part of gallium of a gallium nitride compound semiconductor is replaced with In.
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