JP3468644B2 - Group III nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Group III nitride semiconductor light emitting device

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JP3468644B2
JP3468644B2 JP29949896A JP29949896A JP3468644B2 JP 3468644 B2 JP3468644 B2 JP 3468644B2 JP 29949896 A JP29949896 A JP 29949896A JP 29949896 A JP29949896 A JP 29949896A JP 3468644 B2 JP3468644 B2 JP 3468644B2
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nitride semiconductor
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group iii
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誠二 永井
史郎 山崎
敏夫 平松
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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、発光効率を向上させた
紫あるいは紫外線領域(430nm以下の波長)の光を
発光する3族窒化物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 group III nitride semiconductor light emitting device which emits light in a purple or ultraviolet region (wavelength of 430 nm or less) with improved luminous efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、紫あるいは紫外線領域の光を
発光する3族窒化物半導体にて構成された発光層を有す
る発光素子が知られている。そしてこの発光素子は、発
光層の下部のシリコン(Si)がドーピングされたn
−GaNのn−クラッド層、発光層の上部のマグネシウ
ム(Mg)がドーピングされたp−Alx1Ga
1―x1Nのp−クラッド層、ただしx1<0.08、
p−クラッド層の上部のp−GaNのコンタクト層によ
って構成されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, a light emitting device having a light emitting layer made of a Group III nitride semiconductor that emits light in a purple or ultraviolet region has been known. In addition, the light emitting device includes n + -doped silicon (Si) under the light emitting layer.
-GaN n-clad layer, p-Al x1 Ga doped with magnesium (Mg) on the top of the light emitting layer
1-x1 N p-cladding layer, where x1 <0.08,
It is constituted by a p-GaN contact layer on the p-clad layer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、p−コンタク
ト層及びp−クラッド層では、マグネシウム(Mg)は
深い準位のアクセプタレベルを形成している。その深い
準位と伝導帯とのバンドギャップにより430nm以下
の波長の光を吸収する。そのため上記の構造では発光層
から430nm以下の波長の光を発光させる場合、上部
から発光する光の一部がp−コンタクト層及びp−クラ
ッド層で吸収されてしまい、発光出力が弱くなるという
問題がある。 そこで、発光層より上部の層での光の吸収を最小限にす
ることにより、発光強度を増大させることが本発明の課
題である。
However, in the p-contact layer and the p-cladding layer, magnesium (Mg) forms a deep level acceptor level. The band gap between the deep level and the conduction band absorbs light having a wavelength of 430 nm or less. Therefore, in the above structure, when light having a wavelength of 430 nm or less is emitted from the light emitting layer, a part of the light emitted from the upper portion is absorbed by the p-contact layer and the p-clad layer, resulting in a weak emission output. There is. Therefore, it is an object of the present invention to increase the emission intensity by minimizing the absorption of light in the layer above the light emitting layer.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項1の発明は、3族窒化物半導体から成り波長
が430nm以下である光を発光する発光層と発光層の
上部に形成されるp−クラッド層とを有する発光素子に
おいて、p−クラッド層は、厚さが1〜70nmで、
0.08≦x1≦0.3であるマグネシウム(Mg)ド
ープAlx1Ga1―x1Nから成り、吸収する光の波
長を発光波長より短波長側にずらした層であることを特
徴とする3族窒化物半導体発光素子である。
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention of claim 1 is made of a group III nitride semiconductor.Wavelength
Emits light of 430 nm or lessOf the light emitting layer and the light emitting layer
In a light emitting device having a p-clad layer formed on the top
The p-cladding layer is, With a thickness of 1 to 70 nm,
Magnesium (Mg) with 0.08 ≦ x1 ≦ 0.3
Loop Alx1Ga1-x1Made up of NA wave of light that absorbs and absorbs
With a layer whose length is shifted to the shorter wavelength side than the emission wavelengthSpecial to be
Group III nitride semiconductor light emitting deviceIs.

【0005】請求項2の発明は、請求項1に記載の3族
窒化物半導体発光素子のp−クラッド層の上部に形成さ
れるマグネシウム(Mg)ドープGaNから成るp−コ
ンタクト層の厚さを10〜100nm以下としたことを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the thickness of the p-contact layer made of magnesium (Mg) -doped GaN formed on the p-clad layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect is set. The feature is that the thickness is 10 to 100 nm or less.

【0006】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の3族窒化物半導体発光素子の発光層の下に形成
されるn−クラッド層が0<x2≦0.3であるシリコ
ン(Si)ドープn−Alx2Ga1―x2Nから成
ることを特徴とする。
The invention of claim 3 relates to claim 1 or claim 2.
The n-clad layer formed under the light emitting layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, is made of silicon (Si) -doped n + -Al x2 Ga 1 -x2 N having 0 <x2 ≦ 0.3. It is characterized by

【0007】請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3
のいずれかに記載の3族窒化物半導体発光素子におい
て、サファイア基板の裏面に反射膜をつけたことを特徴
とする。また、請求項5の発明は、請求項4に記載の反
射膜がアルミニウムであることを特徴とする。
The invention of claim 4 relates to claim 1 to claim 3.
The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of 1 to 3, wherein a reflective film is provided on the back surface of the sapphire substrate. Further, the invention of claim 5 is characterized in that the reflecting film according to claim 4 is aluminum.

【0008】[0008]

【発明の作用及び効果】請求項1に示すように、3族窒
化物半導体発光素子のp−クラッド層は厚さが1〜70
nmでで0.08≦x1≦0.3であるマグネシウム
(Mg)ドープAlx1Ga1―x1Nから成ることを
特徴とする。これにより、従来のx1<0.08のAl
x1Ga1―x1Nに比べてバンドギャップが拡がり、
深い準位であるマグネシウム(Mg)の準位とAlx1
Ga1―x1Nの伝導帯とのバンドギャップも拡がるの
で、吸収する光の波長が短くなる。さらに、膜厚が70
nm以下と薄くなっているので、光の吸収量が少なくな
る。つまり、p−クラッド層で吸収する光の波長を43
0nmより短波長側にずらして、かつ、膜厚を薄くした
ので、この結果、発光層より430nm以下の光が発光
された場合に吸収される光を最小限にすることができ、
発光出力を増大することができる。
According to the present invention, the p-clad layer of the group III nitride semiconductor light emitting device has a thickness of 1 to 70.
It is characterized by comprising magnesium (Mg) -doped Al x1 Ga 1-x1 N with 0.08 ≦ x1 ≦ 0.3 in nm . As a result, conventional x1 <0.08 Al
spread the band gap than that of the x1 Ga 1-x1 N,
Deep levels of magnesium (Mg) and Al x1
Since the band gap with the Ga 1 -x1 N conduction band also widens, the wavelength of the absorbed light becomes shorter. Furthermore, the film thickness is 70
Since the thickness is as thin as nm or less, the amount of light absorption is small. That is, the wavelength of the light absorbed by the p-clad layer is set to 43
Since the wavelength is shifted to the shorter wavelength side than 0 nm and the film thickness is made thin, as a result, the light absorbed when the light of 430 nm or less is emitted from the light emitting layer can be minimized,
The light emission output can be increased.

【0009】また、請求項2に示すように請求項1に記
載の3族窒化物半導体発光素子のp−コンタクト層の厚
さを10〜100nmとしたことにより、430nm以
下の光を吸収する層が薄くなったので吸収される光の量
が減少して、発光強度が増大する。
Further, as described in claim 2, the thickness of the p-contact layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 is set to 10 to 100 nm , whereby a layer absorbing light of 430 nm or less is obtained. Becomes thinner, the amount of light absorbed decreases and the emission intensity increases.

【0010】請求項3に示すように、請求項1又は請求
項2に記載の3族窒化物半導体発光素子のn−クラッド
層はシリコン(Si)ドープn―AlGaNから成る
ことを特徴とする。これにより従来のシリコン(Si)
ドープn―GaNに比べてバンドギャップが広がるこ
とにより、430nm以下の波長の光を吸収することが
なくなる。よって、発光強度が増大することになる。
According to a third aspect of the present invention, the n-clad layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the first or second aspect is composed of silicon (Si) -doped n + -AlGaN. . This allows conventional silicon (Si)
Since the bandgap is wider than that of doped n + -GaN, light having a wavelength of 430 nm or less is not absorbed. Therefore, the emission intensity is increased.

【0011】請求項4に示すように、請求項1乃至請求
項3のいずれかに記載の3族窒化物半導体発光素子のサ
ファイア基板の裏面に反射膜をつけたこと、また、請求
項5に示すように請求項4に記載の3族窒化物半導体発
光素子の反射膜をアルミニウムにしたことにより発光層
より下部に向かった光も反射膜にて反射させることによ
り上部から発光させることができる。よって上部がら発
光する光の発光強度が増大する。
According to a fourth aspect of the present invention, a reflective film is provided on the back surface of the sapphire substrate of the group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of the first to third aspects. As shown, when the reflective film of the group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 4 is made of aluminum, the light directed to the lower part of the light emitting layer can be reflected by the reflective film to emit light from the upper part. Therefore, the emission intensity of the light emitted from the upper portion increases.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図1は本願実施例の発光素子100の
全体図を示す。発光素子100は、サファイア基板1を
有しており、そのサファイア基板1上に50nmのAl
Nバッファ層2が形成されている。また、サファイア基
板1の下部には厚さが200nmのアルミニウム反射膜
10が形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on specific embodiments. The present invention is not limited to the examples below. FIG. 1 shows an overall view of a light emitting device 100 of this embodiment. The light emitting device 100 has a sapphire substrate 1, and 50 nm of Al on the sapphire substrate 1.
The N buffer layer 2 is formed. An aluminum reflection film 10 having a thickness of 200 nm is formed below the sapphire substrate 1.

【0013】そのバッファ層2の上には、順に、膜厚
5.0μm、電子濃度1×1018/cm、シリコン
濃度4×1018/cmのシリコン(Si)ドープn
−Al0.08Ga0.92Nから成る高キャリア濃
度n−クラッド層3、全膜厚約410nmでGaNから
成るバリア層とシリコン(Si)が5×1018/cm
の濃度で添加されているIn0.0Ga0.93
Nから成る井戸層から成る多重量子井戸構造の発光層4
、膜厚50nm、ホール濃度5×1017/cm、マ
グネシウム(Mg)濃度5×1020/cmのマグネ
シウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから
なるp−クラッド層5、膜厚30nm、ホール濃度7×
1018/cm、マグネシウム(Mg)濃度5×10
21/cmのマグネシウム(Mg)ドープGaNから
なるp−コンタクト層6が形成されている。そして、p
−コンタクト層6の上面全体にNi/Auの2重層から
成る透明電極8が形成され、その透明電極8の隅の部分
にNi/Auの2重層から成るボンディングのためのパ
ッド9が形成されている。また、n−クラッド層3上に
はAlから成る電極7が形成されている。
On the buffer layer 2, a silicon (Si) -doped n film having a film thickness of 5.0 μm, an electron concentration of 1 × 10 18 / cm 3 and a silicon concentration of 4 × 10 18 / cm 3 is sequentially formed.
+ -Al 0.08 Ga 0.92 N with a high carrier concentration n-clad layer 3, a barrier layer made of GaN and silicon (Si) having a total film thickness of about 410 nm and silicon (Si) of 5 × 10 18 / cm 3.
In 0.0 7 Ga 0.93 added at a concentration of 3
Light-emitting layer 4 having a multiple quantum well structure composed of well layers composed of N
P-clad layer 5 composed of magnesium (Mg) -doped Al 0.08 Ga 0.92 N having a film thickness of 50 nm, a hole concentration of 5 × 10 17 / cm 3 , and a magnesium (Mg) concentration of 5 × 10 20 / cm 3. Thickness 30nm, hole concentration 7x
10 18 / cm 3 , magnesium (Mg) concentration 5 × 10
A p-contact layer 6 made of 21 / cm 3 of magnesium (Mg) -doped GaN is formed. And p
A transparent electrode 8 made of a Ni / Au double layer is formed on the entire upper surface of the contact layer 6, and a pad 9 for bonding made of a Ni / Au double layer is formed at a corner of the transparent electrode 8; There is. An electrode 7 made of Al is formed on the n-clad layer 3.

【0014】発光層5の詳細な構成は、図2に示すよう
に膜厚10nmのGaNから成る21層のバリア層41
と膜厚10nmのシリコン(Si)が5×1018/c
の濃度で添加されているIn0.07Ga0.93
Nから成る20層の井戸層42とが交互に積層された多
重量子井戸構造であり、全膜厚は約410nmである。
As shown in FIG. 2, the detailed structure of the light emitting layer 5 is 21 barrier layers 41 made of GaN having a film thickness of 10 nm.
And silicon (Si) with a film thickness of 10 nm is 5 × 10 18 / c
In 0.07 Ga 0.93 added at a concentration of m 3.
It has a multiple quantum well structure in which 20 well layers 42 made of N are alternately stacked, and the total film thickness is about 410 nm.

【0015】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相
成長法(以下MOVPE)による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、アンモニア(NH)、キャ
リアガスH又はN、トリメチルガリウム(Ga(C
)(以下「TMG」と記す)、トリメチルアル
ミニウム(Al(CH)(以下「TMA」と記
す)、トリメチルインジウム(In(CH)(以
下「TMI」と記す)、シラン(SiH)、シクロペ
ンタジエニルマグネシウム(Mg(C)(以
下「CPMg」と記す)である。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having this structure will be described. The light emitting device 100 was manufactured by vapor phase growth by a metal organic vapor phase epitaxy method (hereinafter, MOVPE). The gas used is ammonia (NH 3 ), carrier gas H 2 or N 2 , trimethylgallium (Ga (C 3
H 3) 3) (hereinafter referred to as "TMG"), trimethylaluminum (Al (CH 3) 3) ( hereinafter referred to as "TMA"), trimethylindium (In (CH 3) 3) ( hereinafter referred to as "TMI" ), Silane (SiH 4 ), and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter referred to as “CP 2 Mg”).

【0016】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
面を主面とし、単結晶のサファイア基板1をMOVPE
装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、
常圧でHを流速2liter/分で約30分間反応室
に流しながら温度1100℃でサファイア基板をベーキ
ングした。
First, the single crystal sapphire substrate 1 is MOVPE with the main surface being the surface cleaned by organic cleaning and heat treatment.
It is attached to the susceptor placed in the reaction chamber of the device. next,
The sapphire substrate was baked at a temperature of 1100 ° C. while flowing H 2 into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / minute for about 30 minutes under normal pressure.

【0017】次に、温度を400℃まで低下させて、H
又はNを10liter/分、NHを10lit
er/分、TMAを1.8×10―5モル/分で約90
秒間供給してAlNのバッファ層2を約50nmの厚さ
に形成した。次に、サファイア基板1の温度を1100
℃に保持し、Hを20liter/分、NHを10
liter/分、TMAを0.47×10―4モル/
分、TMGを1.12×10―4モル/分、Hガスに
より0.86ppmに希釈されたシラン(SiH)を
2×10―7モル/分で100分導入し、膜厚5.0μ
m、電子濃度1×1018/cm、シリコン濃度4×
1018/cmのシリコン(Si)ドープAl
0.08Ga0.92Nからなる高キャリア濃度n−ク
ラッド層3を形成した。
Next, the temperature is lowered to 400 ° C., and H
2 or N 2 at 10 liter / min, NH 3 at 10 lit / min
er / min, TMA 1.8 × 10 −5 mol / min of about 90
It was supplied for 2 seconds to form the AlN buffer layer 2 with a thickness of about 50 nm. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 1100.
Hold at 20 ° C., H 2 at 20 liter / min, NH 3 at 10
liter / min, TMA 0.47 × 10 −4 mol /
Min., 1.12 × 10 −4 mol / min of TMG, and silane (SiH 4 ) diluted to 0.86 ppm with H 2 gas at 2 × 10 −7 mol / min for 100 min to introduce a film thickness of 5. 0μ
m, electron concentration 1 × 10 18 / cm 3 , silicon concentration 4 ×
10 18 / cm 3 silicon (Si) -doped Al
A high carrier concentration n-clad layer 3 made of 0.08 Ga 0.92 N was formed.

【0018】その後、サファイア基板1の温度を850
℃に保持し、Hを20liter/分、NHを10
liter/分、TMGを1.7×10―4モル/分で
3分間導入してGaNから成る厚さ10nmのバリア層
41を形成した。次に、Hを20liter/分、N
を10liter/分、TMGを2.1×10―4
モル/分、TMIを0.02×10―4モル/分、H
ガスにより0.86ppmに希釈されたシラン(SiH
)を10×10―8モル/分で3分間導入して、シリ
コン(Si)が5×1018/cmの濃度で添加され
ているIn0.07Ga0.93Nから成る厚さ10n
mの井戸層42を形成した。このような手順の繰り返し
により、図2に示すようにバリア層41と井戸層42と
を交互に、21層と20層だけ積層した多重量子井戸構
造で、全膜厚が410nmの発光層4を形成した。
After that, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 850.
Hold at 20 ° C., H 2 at 20 liter / min, NH 3 at 10
liter / min, TMG was introduced at 1.7 × 10 −4 mol / min for 3 minutes to form a barrier layer 41 made of GaN and having a thickness of 10 nm. Then, add H 2 to 20 liter / min, N
H 3 at 10 liter / min, TMG at 2.1 × 10 -4
Mol / min, TMI 0.02 × 10 −4 mol / min, H 2
Silane (SiH diluted to 0.86 ppm by gas)
4 ) is introduced at 10 × 10 −8 mol / min for 3 minutes, and a thickness of In 0.07 Ga 0.93 N in which silicon (Si) is added at a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 10n
m well layer 42 was formed. By repeating such a procedure, as shown in FIG. 2, the light emitting layer 4 having a multiple quantum well structure in which the barrier layer 41 and the well layer 42 are alternately laminated by 21 layers and 20 layers and the total film thickness is 410 nm is obtained. Formed.

【0019】続いて、温度を1100℃に保持し、H
又はNを10liter/分、NHを10lite
r/分、TMAを0.47×10―4モル/分、TMG
を1.12×10―4モル/分、CpMgを2×10
―5モル/分で0.5分間導入し、膜厚約50nm、マ
グネシウム(Mg)濃度が5×1020/cmのマグ
ネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nか
らなるp−クラッド層5を形成した。なおこの状態で
は、p−クラッド層5は抵抗率10Ωcm以上の絶縁
体である。
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C., and H 2
Or 10 liter / min of N 2 and 10 liter of NH 3
r / min, TMA 0.47 × 10 −4 mol / min, TMG
1.12 × 10 −4 mol / min, Cp 2 Mg 2 × 10
-Introduced at a rate of 5 mol / min for 0.5 minutes, a film thickness of about 50 nm, and a magnesium (Mg) concentration of 5 x 10 20 / cm 3 made of magnesium (Mg) -doped Al 0.08 Ga 0.92 N p- The clad layer 5 was formed. In this state, the p-cladding layer 5 is an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.

【0020】次に、温度を1100℃に保持し、H
はNを20liter/分、NHを10liter
/分、TMGを1.12×10―4モル/分、Cp
gを2×10―5モル/分で0.5分間導入し、膜厚3
0nm、マグネシウム(Mg)濃度が5×1021/c
のマグネシウム(Mg)ドープGaNからなるp−
コンタクト層6を形成した。なおこの状態では、p−コ
ンタクト層6は抵抗率10Ωcm以上の絶縁体であ
る。
Next, the temperature was maintained at 1100 ° C., 20 liters / minute of H 2 or N 2, and 10 liters of NH 3 .
/ Min, TMG 1.12 × 10 −4 mol / min, Cp 2 M
g at a rate of 2 × 10 −5 mol / min for 0.5 minutes to obtain a film thickness of 3
0 nm, magnesium (Mg) concentration is 5 × 10 21 / c
p − made of magnesium (Mg) -doped GaN of m 3
The contact layer 6 was formed. In this state, the p-contact layer 6 is an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.

【0021】次に、電子線照射装置を用いて、p−コン
タクト層6及びp−クラッド層5に一様に電子線を照射
した。電子線の照射条件は、加速電圧約10kV、試料
電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/sec、ビ
ーム径60μmφ、真空度5.0×10―5Torrで
ある。この電子線の照射により、p−コンタクト層6及
びp−クラッド層5は、それぞれ、ホール濃度5×10
17/cm、7×1018/cm、抵抗率1Ωc
m、0.7Ωcmのp伝導型半導体となった。このよう
にして多層構造のウエハが得られた。
Next, the p-contact layer 6 and the p-clad layer 5 were uniformly irradiated with an electron beam using an electron beam irradiation device. The electron beam irradiation conditions are an acceleration voltage of about 10 kV, a sample current of 1 μA, a beam moving speed of 0.2 mm / sec, a beam diameter of 60 μmφ, and a vacuum degree of 5.0 × 10 −5 Torr. By this electron beam irradiation, the p-contact layer 6 and the p-clad layer 5 each have a hole concentration of 5 × 10 5.
17 / cm 3 , 7 × 10 18 / cm 3 , resistivity 1 Ωc
It became a p-conduction type semiconductor of m and 0.7 Ωcm. In this way, a wafer having a multilayer structure was obtained.

【0022】次に、図3に示すように、p−コンタクト
層6の上に、スパッタリングによりSiO層11を2
00nmの厚さに形成し、そのSiO層11の上にフ
ォトレジスト12を塗布した。そして、フォトリソグラ
フにより図3に示すように、p−コンタクト層6上にお
いて、n−クラッド層3に対する電極形成部位A’のフ
ォトレジスト12を除去した。次に、図4に示すよう
に、フォトレジスト12によって覆われていないSiO
層11をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
Next, as shown in FIG. 3, a SiO 2 layer 11 is sputtered on the p-contact layer 6 by sputtering.
It was formed to a thickness of 00 nm, and a photoresist 12 was applied on the SiO 2 layer 11. Then, as shown in FIG. 3 by photolithography, on the p-contact layer 6, the photoresist 12 at the electrode formation site A ′ with respect to the n-clad layer 3 was removed. Next, as shown in FIG. 4, SiO not covered by the photoresist 12
The second layer 11 was removed with a hydrofluoric acid-based etching solution.

【0023】次に、フォトレジスト12及びSiO
11によって覆われていない部位のp−コンタクト層
6、p−クラッド層5、発光層4、n−クラッド層3
を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/
cm、BClガスを10ml/分の割合で供給しド
ライエッチングした後、Arでドライエッチングした。
この工程で、図5に示すように、n−クラッド層3に対
する電極取り出しのための孔Aが形成された。その後、
フォトレジスト12及びSiO層11を除去した。
Next, the p-contact layer 6, the p-clad layer 5, the light emitting layer 4, and the n-clad layer 3 which are not covered with the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11 are formed.
Vacuum degree 0.04 Torr, high frequency power 0.44 W /
cm 2 and BCl 3 gas were supplied at a rate of 10 ml / min to perform dry etching, and then dry etching was performed using Ar.
In this step, as shown in FIG. 5, a hole A for taking out an electrode from the n-clad layer 3 was formed. afterwards,
The photoresist 12 and the SiO 2 layer 11 were removed.

【0024】次に、一様にNi/Auの2層を蒸着し、
フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ−工程、エ
ッチング工程を経て、p−コンタクト層6の上に透明電
極8を形成した。そして、その透明電極8の一部にNi
/Auの2層を蒸着してパッド9を形成した。一方、n
−クラッド層3に対してはアルミニウムを蒸着して電極
7を形成した。
Next, two layers of Ni / Au are uniformly vapor-deposited,
The transparent electrode 8 was formed on the p-contact layer 6 through a photoresist coating process, a photolithography process, and an etching process. Then, Ni is formed on part of the transparent electrode 8.
The pad 9 was formed by vapor-depositing two layers of / Au. On the other hand, n
-For the clad layer 3, aluminum was vapor-deposited to form the electrode 7.

【0025】次に、サファイア基板1の裏面全体にアル
ミニウムを厚さ200nm蒸着して反射層10を形成し
た。 その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子毎に
切断され、図1に示す構造の発光ダイオードを得た。こ
の発光素子は駆動電流20mAで発光ピーク波長380
nmであり、従来構造のLEDに比べて発光強度は10
倍になった。
Next, aluminum was evaporated to a thickness of 200 nm on the entire back surface of the sapphire substrate 1 to form the reflective layer 10. After that, the wafer treated as described above was cut into each element to obtain a light emitting diode having the structure shown in FIG. This light emitting device has a driving current of 20 mA and a peak light emission wavelength of 380
The emission intensity is 10 nm as compared with the conventional structure LED.
Doubled.

【0026】このように、本発明は紫及び紫外線領域の
光を発光する3族窒化物半導体発光素子の紫及び紫外線
領域の光を吸収するマグネシウム(Mg)が添加されて
いるp−クラッド層およびp−コンタクト層を薄膜化す
ることにより、紫及び紫外線領域の光が吸収される確率
が減少することにより発光効率が増大した。また、p−
クラッド層のアルミニウムの混晶比を増加させることに
よりバンドギャップを大きくして紫及び紫外線領域の光
が吸収されないようにしたことにより発光効率が増大し
た。 また、n−クラッド層をGaNでなくAlGaNにする
ことによりバンドギャップを大きくして紫及び紫外線領
域の光が吸収されないようにし、さらに、サファイア基
板の下部に反射膜を形成することにより発光層より下部
に発光した光も上部から発光するようにした結果、発光
強度が増大した。
As described above, the present invention provides a Group III nitride semiconductor light emitting device that emits light in the violet and ultraviolet regions, with a p-clad layer containing magnesium (Mg) absorbing the light in the violet and ultraviolet regions. By reducing the thickness of the p-contact layer, the probability that light in the violet and ultraviolet regions is absorbed is reduced, and the luminous efficiency is increased. Also, p-
The luminous efficiency was increased by increasing the bandgap by increasing the mixed crystal ratio of aluminum in the clad layer so that light in the violet and ultraviolet regions was not absorbed. In addition, the n-clad layer is made of AlGaN instead of GaN to increase the band gap so that light in the violet and ultraviolet regions is not absorbed. Further, by forming a reflective film below the sapphire substrate, As a result that the light emitted to the lower part also emitted from the upper part, the emission intensity increased.

【0027】上記の実施例において発光層は多重量子井
戸構造であるが、単一量子井戸構造あるいはバルク構造
でもよい。また、発光層はGaN、InGaNでなくて
も430nm以下の紫及び紫外線領域の光が発光できる
ならばどの3族窒化物半導体を用いてもよい。また、上
記実施例では井戸層にのみシリコンがドーピングされて
いるが、430nm以下の紫及び紫外線領域の光が発光
できるならば他のドナー不純物あるいはアクセプタ不純
物を井戸層又は/及びバリア層に添加してもよい。
Although the light emitting layer has a multiple quantum well structure in the above embodiments, it may have a single quantum well structure or a bulk structure. The light emitting layer may be made of any group III nitride semiconductor other than GaN or InGaN as long as it can emit light in the violet and ultraviolet region of 430 nm or less. Further, in the above embodiment, only the well layer is doped with silicon. However, other donor impurities or acceptor impurities may be added to the well layer and / or the barrier layer as long as light in the violet and ultraviolet region of 430 nm or less can be emitted. May be.

【0028】また、n−クラッド層は1層で形成されて
いるが、n層とn層の2層で形成されていてもよい。
さらに、p−コンタクト層も1層で形成されているが、
2層で形成されていてもよい。また、p型化する際に上
記実施例では電子線照射を行っているが、熱アニーリン
グ、Nプラズマガス中での熱処理、レーザ照射によっ
行ってもよい。
Although the n-cladding layer is formed of one layer, it may be formed of two layers of an n layer and an n + layer.
Furthermore, the p-contact layer is also formed as a single layer,
It may be formed of two layers. Further, in the above embodiment, the electron beam irradiation is carried out when making the p-type, but it may be carried out by thermal annealing, heat treatment in N 2 plasma gas, or laser irradiation.

【0029】上記実施例において、反射膜はアルミニウ
ムで形成されているが紫及び紫外線領域の光である43
0nm以下の波長の光を吸収せずに反射する材料ならば
アルミニウムでなくてもよい。
In the above embodiment, the reflection film is made of aluminum, but it is light in the purple and ultraviolet regions.
The material is not limited to aluminum as long as it is a material that reflects light having a wavelength of 0 nm or less without absorbing it.

【0030】n−クラッド層3のシリコン濃度は1×1
17〜1×1020/cmが望ましく、電子濃度は
1×1016〜1×1019/cmが望ましい。ま
た、膜厚は0.5〜10μmが望ましい。シリコン濃度
が1×1017/cm以下であると高抵抗となり、1
×1020/cm以上であると結晶性が低下するので
望ましくない。また、電子濃度が1×1016/cm
以下であると発光素子の直列抵抗が高くなり、1×10
19/cm以上になると結晶性が悪化するので望まし
くない。又、膜厚が10μm以上となると基板が湾曲
し、0.5μm以下になるとエッチングしてn−クラッ
ド層3を露出させて、n−クラッド層3に対する電極の
形成が困難になるので望ましくない。n−クラッド層3
のAlGaNのAlの混晶比は0〜30%が望ましく、
より望ましい範囲は0〜15%の範囲である。15%以
下であると結晶性がより良好な状態となるので望まし
い。
The silicon concentration of the n-clad layer 3 is 1 × 1.
0 17 to 1 × 10 20 / cm 3 is desirable, and the electron concentration is preferably 1 × 10 16 to 1 × 10 19 / cm 3 . The film thickness is preferably 0.5 to 10 μm. If the silicon concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or less, the resistance becomes high and 1
It is not desirable for it to be not less than × 10 20 / cm 3 , because the crystallinity will decrease. Further, the electron concentration is 1 × 10 16 / cm 3
When it is below, the series resistance of the light emitting element becomes high, and 1 × 10
If it is 19 / cm 3 or more, the crystallinity deteriorates, which is not desirable. When the film thickness is 10 μm or more, the substrate is curved, and when the film thickness is 0.5 μm or less, etching is performed to expose the n-clad layer 3 and it is difficult to form an electrode on the n-clad layer 3, which is not desirable. n-cladding layer 3
The Al mixed crystal ratio of AlGaN is preferably 0 to 30%,
A more desirable range is 0 to 15%. If it is 15% or less, the crystallinity becomes better, which is desirable.

【0031】p−クラッド層5のホール濃度は1×10
17〜1×1018/cmが望ましい。ホール濃度が
1×1018/cm以上になると結晶性が悪化するた
めに望ましくなく、1×1017/cm以下になると
発光素子の直列抵抗が高くなりすぎて望ましくない。ま
た、p−クラッド層5の膜厚は1〜70nmが望まし
い。70nm以上では効果があまりなく、1nm以下で
はキャリア閉じ込め効果が低下するために発光効率が低
下するので望ましくない。p−クラッド層5のAlGa
NのAlの混晶比は8〜30%が望ましい。8%以下で
あるとバンドギャップが小さいために不純物のマグネシ
ウム(Mg)レベルで紫及び紫外線領域の光を吸収が大
きいために望ましくなく、30%以上では結晶性が悪化
し、さらにホール濃度が低下するために望ましくない。
The hole concentration of the p-clad layer 5 is 1 × 10.
It is preferably 17 to 1 × 10 18 / cm 3 . When the hole concentration is 1 × 10 18 / cm 3 or more, the crystallinity is deteriorated, which is not desirable, and when the hole concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high, which is not desirable. Further, the film thickness of the p-clad layer 5 is preferably 1 to 70 nm. If it is 70 nm or more, the effect is not so great, and if it is 1 nm or less, the carrier confinement effect is lowered, and the light emission efficiency is lowered, which is not desirable. AlGa of p-cladding layer 5
The mixed crystal ratio of N Al is preferably 8 to 30%. If it is 8% or less, it is not desirable because the bandgap is small and the absorption of light in the purple and ultraviolet regions is large at the magnesium (Mg) level of impurities. Undesired to.

【0032】p−コンタクト層6の膜厚は10〜100
nmの範囲が望ましく、さらには10〜20nmの範囲
が望ましい。10〜20nmの範囲では光の吸収が少な
くなるので望ましい。また、100nm以上では効果が
あまりなく、10nm以下では金属電極に対してオーミ
ック性を低下させることになるために望ましくない。
The thickness of the p-contact layer 6 is 10 to 100.
The range of nm is desirable, and the range of 10 to 20 nm is desirable. A range of 10 to 20 nm is desirable because it reduces light absorption. Further, if it is 100 nm or more, the effect is not so great, and if it is 10 nm or less, the ohmic property with respect to the metal electrode is deteriorated, which is not desirable.

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

【図1】本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオード
の構成を示した構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】同実施例に係る発光ダイオードの発光層の構成
を示した構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting layer of the light emitting diode according to the embodiment.

【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

【符号の説明】 100…発光ダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…高キャリア濃度n層 4…発光層 5…p−クラッド層 6…p−コンタクト層 7…電極 8…透明電極 9…パッド 10…反射膜[Description of Reference Signs] 100 ... Light emitting diode 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... High carrier concentration n + layer 4 ... Light emitting layer 5 ... P-clad layer 6 ... P-contact layer 7 ... Electrode 8 ... Transparent electrode 9 ... Pad 10 ... Reflective film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 平松 敏夫 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−32116(JP,A) 特開 昭59−18688(JP,A) 特開 昭63−301573(JP,A) 特開 平8−236445(JP,A) 実開 昭58−74356(JP,U)   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shiro Yamazaki               Aichi prefecture Kasuga-cho, Kasuga-cho               Address 1 Toyota Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Hiramatsu               Aichi prefecture Kasuga-cho, Kasuga-cho               Address 1 Toyota Gosei Co., Ltd.                (56) Reference JP-A-8-32116 (JP, A)                 JP 59-18688 (JP, A)                 JP-A-63-301573 (JP, A)                 JP-A-8-236445 (JP, A)                 58-74356 (JP, U)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】3族窒化物半導体から成り波長が430n
m以下である光を発光する発光層と発光層の上に形成さ
れるp−クラッド層とを有する発光素子において、 前記p−クラッド層は、厚さが1〜70nmで、0.0
8≦x1≦0.3であるマグネシウム(Mg)ドープA
x1Ga1―x1Nから成り、吸収する光の波長を前
記発光波長より短波長側にずらした層であることを特徴
とする3族窒化物半導体発光素子。
1. A formed Ri wavelength from group III nitride semiconductor 430n
A light emitting device having a light emitting layer that emits light of m or less and a p-clad layer formed on the light emitting layer, wherein the p-clad layer has a thickness of 1 to 70 nm, and
Magnesium (Mg) -doped A with 8 ≦ x1 ≦ 0.3
l x1 Ga 1-x1 Ri from N formed, before the wavelength of the absorption light
A Group III nitride semiconductor light-emitting device, which is a layer shifted to a shorter wavelength side than the emission wavelength .
【請求項2】前記p−クラッド層の上に形成されるマグ
ネシウム(Mg)ドープGaNから成るp−コンタクト
層の厚さを10〜100nmとしたことを特徴とする請
求項1に記載の3族窒化物半導体発光素子。
2. The Group 3 element according to claim 1, wherein the p-contact layer made of magnesium (Mg) -doped GaN formed on the p-clad layer has a thickness of 10 to 100 nm. Nitride semiconductor light emitting device.
【請求項3】前記発光層の下に形成されるn−クラッド
層は0<x2≦0.3であるシリコン(Si)ドープn
−Alx2Ga1―x2Nから成ることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の3族窒化物半導体発光素
子。
3. An n-clad layer formed under the light emitting layer is silicon (Si) -doped n with 0 <x2 ≦ 0.3.
+ -Al x2 Ga 1-x2 3-nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 or claim 2, characterized in that it consists of N.
【請求項4】3族窒化物半導体から成る発光層を有する
発光素子において、 サファイア基板を有し、そのサファイア基板の裏面に反
射膜をつけたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の
いずれかに記載の3族窒化物半導体発光素子。
4. A light emitting device having a light emitting layer made of a Group 3 nitride semiconductor, comprising a sapphire substrate, and a reflective film provided on the back surface of the sapphire substrate. 3. The group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims.
【請求項5】前記反射膜はアルミニウムであることを特
徴とする請求項4に記載の3族窒化物半導体素子。
5. The Group III nitride semiconductor device according to claim 4, wherein the reflective film is aluminum.
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