JP3494841B2 - Group III nitride semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は3族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a group III nitride semiconductor.
【0002】[0002]
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてAlGaIn
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高
いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。2. Description of the Related Art Conventionally, AlGaIn has been used as a blue light emitting diode.
Those using N-based compound semiconductors are known. Since the compound semiconductor is a direct transition type, it has been noted that it has high emission efficiency, and that blue, which is one of the three primary colors of light, is used as the emission color.
【0003】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりp型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のn層と半
絶縁層(i層)とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のp層と、ZnドープのGaInNの発光層と、AlGaN のn層
とを用いたダブルヘテロpn接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。Recently, it has been revealed that also in an AlGaInN-based semiconductor, Mg can be doped to irradiate it with an electron beam or can be made into a p-type by heat treatment. As a result, instead of the conventional MIS type in which an n layer and a semi-insulating layer (i layer) are joined, AlGaN
, A Zn-doped GaInN light emitting layer, and an AlGaN n layer have been proposed as a light emitting diode having a double hetero pn junction.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記のダブルヘテロp
n接合型の発光ダイオードは、発光層には発光中心とし
てZnがドープされている。このタイプの発光ダイオード
は発光強度がかなり改善されたものの、さらに、発光強
度の向上が望まれている。このように、従来の発光素子
では、発光層にはマグネシウム(Mg)、又は、亜鉛(Zn)の
アクセプタ不純物しか添加されていない。このために、
この素子の発光機構は、伝導帯とアクセプタ準位との間
の遷移によるものであるが、エネルギー準位差が大きい
ために、他の深い準位を介した非発光再結合が優勢とな
るため、発光強度が大きくない。又、発光ピーク波長は
380〜440nmであり、純青色に対してやや短波長側
にシフトしている。本発明は上記の課題を解決するため
に成されたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体
を用いた発光素子の発光強度を向上させ、より純青色に
近いスペクトルを得ることである。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the n-junction type light emitting diode, the light emitting layer is doped with Zn as an emission center. Although the light emitting diode of this type has a considerably improved light emission intensity, further improvement of the light emission intensity is desired. As described above, in the conventional light emitting device, only the acceptor impurities of magnesium (Mg) or zinc (Zn) are added to the light emitting layer. For this,
The emission mechanism of this device is due to the transition between the conduction band and the acceptor level. However, since the energy level difference is large, non-radiative recombination via other deep levels becomes dominant. , The emission intensity is not high. The emission peak wavelength is 380 to 440 nm, which is slightly shifted to the short wavelength side with respect to pure blue. The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the light emission intensity of a light emitting device using an AlGaInN semiconductor and obtain a spectrum closer to pure blue.
【0005】[0005]
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、n伝
導型を示す3族窒化物半導体 (Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≦
X1 ≦ 1,0 ≦ Y1 ≦ 1, 0 ≦ X1+Y1 ≦ 1) から成るn層と、p伝
導型を示す3族窒化物半導体 (Al X2 Ga Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≦
X2 ≦ 1, 0 ≦ Y2 ≦ 1, 0 ≦ X2+Y2 ≦ 1) から成るp層と、その
間に介在する3族窒化物半導体 (Al X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0
≦ X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3 ≦ 1, 0 ≦ X3+Y3 ≦ 1) から成る発光層がヘ
テロ接合で形成された3層構造を有する発光素子におい
て、p層に対するニッケル(Ni)から成る電極を有し、発
光層には、ドナー不純物とアクセプタ不純物とが添加さ
れていることを特徴とする。According to the invention of claim 1, a group III nitride semiconductor (Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≤
X1 ≦ 1,0 ≦ Y1 ≦ 1, 0 ≦ X1 + Y1 ≦ 1 and n layer formed of a), group III nitride semiconductor exhibiting p-conduction type (Al X2 Ga Y2 In 1- X2-Y2 N; 0 ≦
X2 ≤ 1, 0 ≤ Y2 ≤ 1, 0 ≤ X2 + Y2 ≤ 1) and a p-layer composed of a group III nitride semiconductor (Al X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0).
≦ X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3 ≦ 1, 0 ≦ X3 + Y3 ≦ 1) In a light emitting device having a three-layer structure in which a light emitting layer composed of a heterojunction is formed, an electrode made of nickel (Ni) for the p layer is provided. The light-emitting layer has a donor impurity and an acceptor impurity added thereto.
【0007】 請求項2の発明は、n伝導型を示す3族
窒化物半導体 (Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1 N;0 ≦ X1 ≦ 1, 0 ≦ Y1 ≦
1, 0 ≦ X1+Y1 ≦ 1) から成るn層と、p伝導型を示す3族
窒化物半導体 (Al X2 Ga Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≦ X2 ≦ 1, 0 ≦ Y2 ≦
1, 0 ≦ X2+Y2 ≦ 1) から成るp層と、その間に介在する3
族窒化物半導体 (Al X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≦ X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3
≦ 1, 0 ≦ X3+Y3 ≦ 1) から成る発光層がヘテロ接合で形成
された3層構造を有する発光素子において、発光層は窒
化ガリウム(GaN) 又はアルミニウムを含む3族窒化物半
導体(Alx3GaY3In1-X3-Y3N;0<X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+
Y3 ≦1)から成り、ドナー不純物とアクセプタ不純物と
が添加されており、p層に対するニッケル(Ni)から成る
電極を有していることを特徴とする。[0007] The invention of claim 2 is a group 3 exhibiting n-conductivity type
Nitride semiconductor (Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≤ X1 ≤ 1, 0 ≤ Y1 ≤
N layer consisting of 1, 0 ≤ X1 + Y1 ≤ 1) and a group 3 showing p conductivity type
Nitride semiconductor (Al X2 Ga Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≤ X2 ≤ 1, 0 ≤ Y2 ≤
P layer consisting of 1, 0 ≤ X2 + Y2 ≤ 1) and 3 interposed therebetween
Group Nitride Semiconductor (Al X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≤ X3 ≤ 1, 0 ≤ Y3
≦ 1, 0 ≦ X3 + Y3 ≦ 1) a light emitting layer in the light-emitting device having a three-layer structure formed by heterojunction light emitting layer group III nitride semiconductor containing gallium nitride (GaN) or aluminum (Al x3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 <X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3 ≦ 1, 0 ≦ X3 +
Y3 ≤ 1), to which donor impurities and acceptor impurities are added, and an electrode made of nickel (Ni) for the p layer is provided.
【0008】 請求項3の発明は、請求項1、2におい
て、p層と電極との間にp-GaN から成るコンタクト層が
形成されていることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects, a contact layer made of p-GaN is formed between the p layer and the electrode.
【0009】[0009]
【発明の作用及び効果】上記のように、発光層にドナー
不純物とアクセプタ不純物とを混在させた為に、発光機
構がドナー準位の電子とアクセプタ準位の正孔との再結
合となり、発光強度が増加した。又、ドナー準位の電子
とアクセプタ準位の正孔との再結合は、発光層の内部で
も発生することになり、この結果としても、発光強度が
向上する。As described above, since the donor impurity and the acceptor impurity are mixed in the light emitting layer, the light emitting mechanism is the recombination of the electron of the donor level and the hole of the acceptor level, and the light emission. Strength increased. Further, the recombination of the electron of the donor level and the hole of the acceptor level also occurs inside the light emitting layer, and as a result, the emission intensity is improved.
【0010】[0010]
【実施例】第1実施例
図1において、発光ダイオード10は、サファイア基板
1を有しており、そのサファイア基板1上に500 ÅのAl
N のバッファ層2が形成されている。そのバッファ層2
の上には、順に、膜厚約2.0 μm、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度n+ 層
3、膜厚約2.0 μm、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、カドミウム(Cd)及びシリ
コンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成るi層(発
光層)5、膜厚約1.0 μm、ホール濃度2 ×1017/cm3の
マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る
p層6が形成されている。そして、p層6に接続するニ
ッケルで形成された電極7と高キャリア濃度n+ 層4に
接続するニッケルで形成された電極8が形成されてい
る。電極7と電極8とは、溝9により電気的に絶縁分離
されている。EXAMPLES First Example In FIG. 1, a light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1, and 500 Å Al on the sapphire substrate 1.
An N 2 buffer layer 2 is formed. Its buffer layer 2
On the top, in order, a film thickness of about 2.0 μm, electron concentration 2 × 10 18 / c
High carrier concentration n + layer 3 composed of m 3 silicon-doped GaN, film thickness of about 2.0 μm, electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 of silicon-doped (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N A high carrier concentration n + layer 4, a film thickness of about 0.5 μm, an i-layer (light emitting layer) 5 composed of cadmium (Cd) and silicon-doped (Al x1 Ga 1-x1 ) y1 In 1-y1 N, a film thickness of about A p-layer 6 composed of magnesium-doped (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N with a thickness of 1.0 μm and a hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 is formed. Then, an electrode 7 made of nickel connected to the p layer 6 and an electrode 8 made of nickel connected to the high carrier concentration n + layer 4 are formed. The electrode 7 and the electrode 8 are electrically insulated and separated by the groove 9.
【0011】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード10は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はN2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)(以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)(以下「TMA」と記す) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)(以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す)である。Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described. The light emitting diode 10 is
It was manufactured by vapor phase epitaxy by an organometallic compound vapor phase epitaxy method (hereinafter referred to as "M0VPE"). The gas used is NH
3 and carrier gas H 2 or N 2 and trimethylgallium (Ga
(CH 3) 3) and (hereinafter referred to as "TMG") and trimethylaluminum (Al (CH 3) 3) (hereinafter referred to as "TMA") and trimethyl indium (an In (CH 3) 3) (hereinafter "TMI" Dimethyl cadmium (Cd (CH 3 ) 2 ) (hereinafter referred to as “DMCd”), silane (SiH 4 ) and cyclopentadienyl magnesium (Mg
(C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter referred to as “CP 2 Mg”).
【0012】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶のサファイア基板1をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板1を気相エッチングした。First, a single crystal sapphire substrate 1 having an a-plane as a main surface, which has been cleaned by organic cleaning and heat treatment, is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of a M0VPE apparatus. Then, at a pressure of 1100 while flowing H 2 into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / min under normal pressure.
The sapphire substrate 1 was vapor-phase etched at 0 ° C.
【0013】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMA を 1.8×10-5
モル/分で供給してAlN のバッファ層2が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板1の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μm、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度n+ 層3
を形成した。Next, the temperature is lowered to 400 ° C. and H 2 is added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 × 10 -5
The buffer layer 2 of AlN was formed at a thickness of about 500Å by supplying at a mol / min. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 1150.
℃ to retain a thickness of about 2.2 [mu] m, the electron concentration of 2 × 10 18 / cm high carrier concentration of GaN silicon doped 3 n + layer 3
Was formed.
【0014】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層5(アクティブ層)及びクラッド層4、6の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度n+ 層3を形成した後、続いて、サファイア基板1
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter/分、NH
3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル/分、TMA を
0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4モル/分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μm、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度n+ 層4を形成した。Hereinafter, the composition ratios of the light emitting layer 5 (active layer) and the cladding layers 4 and 6 and the crystal growth conditions were set when the emission peak wavelength was set to 430 nm with cadmium (Cd) and silicon (Si) as the emission centers. Here is an example. After forming the above-mentioned high carrier concentration n + layer 3, the sapphire substrate 1 is subsequently formed.
Temperature of 850 ℃, N 2 or H 2 10 liter / min, NH
3 for 10 liter / min, TMG for 1.12 x 10 -4 mol / min, TMA for
0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 × 10 -4 mol / min, and silane introduced, film thickness about 0.5 μm, concentration 1 × 10 18 / c
A high carrier concentration n + layer 4 of m 3 silicon-doped (Al 0.47 Ga 0.53 ) 0.9 In 0.1 N was formed.
【0015】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×
10-4モル/分、及び、DMCdを2 ×10-7モル/分とシラン
を10×10-9モル/分導入し、膜厚約0.5 μmのカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06
N から成る発光層5を形成した。発光層5は高抵抗層で
ある。この発光層5におけるカドミウム(Cd)の濃度は、
5 ×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は、1 ×1018
/cm3である。Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.53 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.02 ×
Introducing 10 −4 mol / min, DMCd of 2 × 10 −7 mol / min and silane of 10 × 10 −9 mol / min, and doping cadmium (Cd) and silicon (Si) with a film thickness of about 0.5 μm. (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.94 In 0.06
A light emitting layer 5 made of N 2 was formed. The light emitting layer 5 is a high resistance layer. The concentration of cadmium (Cd) in the light emitting layer 5 is
5 × 10 18 / cm 3 and the concentration of silicon (Si) is 1 × 10 18
/ cm 3 .
【0016】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入
し、膜厚約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るp層6を形成した。p
層6のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、p層6は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁
体である。Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 ×
10 -4 mol / min, and, CP to 2 Mg 2 × 10 -4 mol / min was introduced, a film thickness of about 1.0 [mu] m of magnesium (Mg) doped (Al
A p-layer 6 made of 0.47 Ga 0.53 ) 0.9 In 0.1 N was formed. p
The magnesium concentration in layer 6 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state, the p layer 6 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.
【0017】次に、反射電子線回折装置を用いて、p層
6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、資料電流1 μA、ビームの移動速度0.2m
m/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層6は、ホール濃度 2
×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのp伝導型半導体となった。
このようにして、図2に示すような多層構造のウエハが
得られた。Next, the p-type layer 6 was uniformly irradiated with an electron beam by using a reflection electron beam diffractometer. The electron beam irradiation conditions are: accelerating voltage about 10KV, sample current 1μA, beam moving speed 0.2m
m / sec, beam diameter 60 μmφ, and vacuum degree 5.0 × 10 −5 Torr. Due to this electron beam irradiation, the p-layer 6 has a hole concentration of 2
× 10 17 / cm 3, was a p conductivity type semiconductor resistivity 2Omucm.
In this way, a wafer having a multilayer structure as shown in FIG. 2 was obtained.
【0018】以下に述べられる図3から図7は、ウエハ
上の1つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。FIGS. 3 to 7 described below are cross-sectional views showing only one element on the wafer. In fact, a wafer in which this element is continuously repeated is processed, and then each of the elements is processed. It is cut for each element.
【0019】図3に示すように、p層6の上に、スパッ
タリングによりSiO2層11を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層11上にフォトレジスト12を塗布し
た。そして、フォトリソグラフにより、p層6上におい
て、高キャリア濃度n+ 層4に至るように形成される孔
15に対応する電極形成部位Aとその電極形成部をp層
6の電極と絶縁分離する溝9を形成する部位Bのフォト
レジストを除去した。As shown in FIG. 3, a SiO 2 layer 11 having a thickness of 2000 Å was formed on the p layer 6 by sputtering.
Next, a photoresist 12 was applied on the SiO 2 layer 11. Then, by photolithography, on the p layer 6, the electrode forming portion A corresponding to the hole 15 formed to reach the high carrier concentration n + layer 4 and the electrode forming portion are insulated and separated from the electrode of the p layer 6. The photoresist in the portion B where the groove 9 is formed was removed.
【0020】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SiO2層11をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図5に示すように、
フォトレジスト12及びSiO2層11によって覆われてい
ない部位のp層6とその下の発光層5、高キャリア濃度
n+ 層4の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/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、高キャリア濃度n+ 層4に対する電極取出しのため
の孔15と絶縁分離のための溝9が形成された。Next, as shown in FIG. 4, the SiO 2 layer 11 not covered with the photoresist 12 was removed with a hydrofluoric acid type etching solution. Next, as shown in FIG.
Part of the upper surface of the p layer 6 and the light emitting layer 5 thereunder, which is not covered with the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11, and the high carrier concentration n + layer 4, a vacuum degree of 0.04 Torr and a high frequency power of 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, a hole 15 for taking out an electrode and a groove 9 for insulating separation were formed for the high carrier concentration n + layer 4.
【0021】次に、図6に示すように、p層6上に残っ
ているSiO2層11をフッ化水素酸で除去した。次に、図
7に示すように、試料の上全面に、Ni層13を蒸着によ
り形成した。これにより、孔15には、高キャリア濃度
n+ 層4に電気的に接続されたNi層13が形成される。
そして、図7に示すように、そのNi層13の上にフォト
レジスト14を塗布して、フォトリソグラフにより、そ
のフォトレジスト14が高キャリア濃度n+ 層4及びp
層6に対する電極部が残るように、所定形状にパターン
形成した。Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 layer 11 remaining on the p layer 6 was removed with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 7, a Ni layer 13 was formed on the entire surface of the sample by vapor deposition. As a result, the Ni layer 13 electrically connected to the high carrier concentration n + layer 4 is formed in the hole 15.
Then, as shown in FIG. 7, a photoresist 14 is applied on the Ni layer 13, and the photoresist 14 is formed into a high carrier concentration n + layer 4 and p by photolithography.
A pattern was formed into a predetermined shape so that the electrode portion for the layer 6 remained.
【0022】次に、図7に示すようにそのフォトレジス
ト14をマスクとして下層のNi層13の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝9に蒸着されたNi層13は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト14をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度n+ 層4の電極8、p層6の電極7が残され
た。その後、上記の如く処理されたウエハは、各素子毎
に切断され、図1に示すpn構造の窒化ガリウム系発光
素子を得た。Next, as shown in FIG. 7, the exposed portion of the lower Ni layer 13 was etched with a nitric acid-based etching solution using the photoresist 14 as a mask. At this time, the Ni layer 13 deposited in the groove 9 for insulation separation is completely removed.
Next, the photoresist 14 was removed with acetone, and the electrode 8 of the high carrier concentration n + layer 4 and the electrode 7 of the p layer 6 were left. Then, the wafer treated as described above was cut into each element to obtain a pn structure gallium nitride-based light emitting element shown in FIG.
【0023】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長430nm、発光強度100mcdで
あった。The light emitting device thus obtained had a driving current of 20 mA, an emission peak wavelength of 430 nm and an emission intensity of 100 mcd.
【0024】又、上記のカドミウム(Cd)とシリコン(Si)
の濃度は、それぞれ、1×1017〜1×1020の範囲が
発光強度を向上させる点で望ましい。又、シリコン(Si)
の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、1/2 〜1/10の程度
少ない方がより望ましい。Also, the above-mentioned cadmium (Cd) and silicon (Si)
It is preferable that the concentration of each of the above is in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 20 from the viewpoint of improving the emission intensity. Also, silicon (Si)
It is more desirable that the concentration of γ is smaller than that of cadmium (Cd) by about 1/2 to 1/10.
【0025】上記の実施例では、発光層5のバンドギャ
ップが両側に存在するp層6と高キャリア濃度n+ 層4
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの3つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度n+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。又、上記実施例
ではダブルヘテロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ
接合構造であっても良い。In the above embodiment, the p layer 6 and the high carrier concentration n + layer 4 in which the band gap of the light emitting layer 5 exists on both sides.
Is formed in a double heterojunction that is smaller than the band gap. Also, these three layers of Al and G
The component ratios of a and In are selected so as to match the lattice constant of the high carrier concentration n + layer of GaN. Further, although the double heterojunction structure is used in the above embodiment, a single heterojunction structure may be used.
【0026】第2実施例
第1実施例の発光層5は、カドミウム(Cd)とシリコン(S
i)とが添加されているが、第2実施例の発光層5は、図
8に示すように、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加され
ている。上記の高キャリア濃度n+ 層3を形成した後、
続いて、サファイア基板1の温度を800 ℃に保持し、N2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×
10-4モル/分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μ
m、濃度 2×1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成る高キャリア濃度n+ 層4を形成し
た。 Second Embodiment The light emitting layer 5 of the first embodiment is composed of cadmium (Cd) and silicon (S).
i) is added, but the light emitting layer 5 of the second embodiment is added with zinc (Zn) and silicon (Si) as shown in FIG. After forming the above high carrier concentration n + layer 3,
Then, the temperature of the sapphire substrate 1 was maintained at 800 ° C., and N 2
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 ×
Introducing 10 -4 mol / min and silane, film thickness of about 0.5 μ
m, concentration 2 × 10 19 / cm 3 of silicon-doped (Al 0.3 Ga 0.7 ).
A high carrier concentration n + layer 4 composed of 0.94 In 0.06 N was formed.
【0027】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×10-4モ
ル/分、シランを10×10-9モル/分、DEZ を2 ×10-4モ
ル/分で7 分導入し、膜厚約0.5 μmのシリコン(Si)と
亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01Nか
ら成る発光層5を形成した。この発光層5における亜鉛
(Zn)の濃度は 2×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度
は1 ×1018/cm3である。Then, the temperature was maintained at 1150 ° C. and 20 l of N 2 was added.
iter / min, the NH 3 10liter / min, 1.53 × 10 -4 mol / min TMG, 0.47 × 10 -4 mol / min TMA, 0.02 × 10 -4 mol / min TMI, silane 10 × 10 - 9 mol / min, DEZ was introduced at 2 × 10 -4 mol / min for 7 min, and silicon (Si) and zinc (Zn) -doped (Al 0.09 Ga 0.91 ) 0.99 In 0.01 N with a film thickness of about 0.5 μm were introduced. Was formed. Zinc in this light emitting layer 5
The concentration of (Zn) is 2 × 10 18 / cm 3 , and the concentration of silicon (Si) is 1 × 10 18 / cm 3 .
【0028】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、膜厚
約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るp層6を形成した。p層6のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
p層6は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C. and 20 L of N 2 was added.
iter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg Introduced at 2 × 10 -4 mol / min, magnesium (Mg) -doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) with a film thickness of about 1.0 μm
A p-layer 6 made of 0.94 In 0.06 N was formed. The concentration of magnesium in the p-layer 6 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state,
The p-layer 6 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.
【0029】次に、反射電子線回折装置を用いて、p層
6に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第
1実施例と同一である。以下、第1実施例と同様な製法
により発光ダイオード10を形成した。この発光ダイオ
ード10の発光ピーク波長は、430nm であり、発光強度
は1000mcd である。Next, the p-type layer 6 was uniformly irradiated with an electron beam using a reflection electron diffraction apparatus. The electron beam irradiation conditions are the same as in the first embodiment. Hereinafter, the light emitting diode 10 was formed by the same manufacturing method as in the first embodiment. The emission peak wavelength of the light emitting diode 10 is 430 nm, and the emission intensity is 1000 mcd.
【0030】第3実施例
第3実施例の発光ダイオードは図9に示す構成であり、
第2実施例の発光ダイオードの発光層5にマグネシウム
(Mg)を更に添加して電子線を照射してp型化したもので
ある。発光層5を除く他の層の形成は、第2実施例と同
一である。又、発光層5は、第2実施例の発光ダイオー
ドの製造工程において、CP2Mg を2 ×10-7モル/分の割
合で更に加えることのみが異なる。The light emitting diode of the third embodiment The third embodiment is as shown in FIG. 9,
Magnesium is used for the light emitting layer 5 of the light emitting diode of the second embodiment.
(Mg) is further added and irradiated with an electron beam to form a p-type. The formation of the layers other than the light emitting layer 5 is the same as in the second embodiment. Further, the light emitting layer 5 is different only in that CP 2 Mg is further added at a rate of 2 × 10 −7 mol / min in the manufacturing process of the light emitting diode of the second embodiment.
【0031】膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)と亜鉛
(Zn)とシリコン(Si)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る発光層5を形成した。発光層5は未だ
この状態で抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層5におけるマグネシウム(Mg)の濃度は 1×1019/cm3
であり、亜鉛(Zn)の濃度は2 ×1018/cm3であり、シリコ
ン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3である。Magnesium (Mg) and zinc having a film thickness of about 0.5 μm
(Zn) and silicon (Si) doped (Al 0.09 Ga 0.91 ) 0.99
A light emitting layer 5 made of In 0.01 N was formed. The light emitting layer 5 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more in this state. The concentration of magnesium (Mg) in the light emitting layer 5 is 1 × 10 19 / cm 3
And the concentration of zinc (Zn) is 2 × 10 18 / cm 3 and the concentration of silicon (Si) is 1 × 10 18 / cm 3 .
【0032】そして反射電子線回折装置を用いて、発光
層5及びp層6に一様に電子線を照射する。電子線の照
射条件は第1実施例と同一である。この電子線の照射に
より、発光層5及びp層6は、ホール濃度 2×1017/c
m3、抵抗率 2Ωcmのp伝導型半導体となった。Then, the reflection electron beam diffractometer is used to uniformly irradiate the light emitting layer 5 and the p layer 6 with an electron beam. The electron beam irradiation conditions are the same as in the first embodiment. This electron beam irradiation causes the light emitting layer 5 and the p layer 6 to have a hole concentration of 2 × 10 17 / c.
It became a p-conducting semiconductor with m 3 and a resistivity of 2 Ωcm.
【0033】第4実施例
第4実施例の発光ダイオードは、発光層5をGaN 、シン
グルヘテロ接合としたものである。即ち、一方の接合は
シリコン(Si)が高濃度に添加されたGaN の高濃度n+ 層
4と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されたGaN の発光
層5であり、他方の接合はGaN の発光層5とマグネシウ
ム(Mg)の添加されたp伝導型のAl0.1Ga0.9N から成るp
層61との接合である。本実施例では、p層61の上に
マグネシウム(Mg)の添加されたp伝導型のGaN から成る
コンタクト層62が形成されている。又、絶縁分離のた
めの溝9はコンタクト層62、p層61、発光層5を貫
いて形成されている。The light emitting diode of the fourth embodiment The fourth embodiment is obtained by the light-emitting layer 5 GaN, a single heterojunction. That is, one junction is the GaN high-concentration n + layer 4 to which silicon (Si) is added at a high concentration and the GaN light-emitting layer 5 to which zinc (Zn) and silicon (Si) are added. The junction is made of a GaN light emitting layer 5 and a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N p-doped with magnesium (Mg).
It is a bond with the layer 61. In this embodiment, a contact layer 62 made of p-conductivity type GaN doped with magnesium (Mg) is formed on the p layer 61. Further, the trench 9 for insulation separation is formed so as to penetrate the contact layer 62, the p layer 61, and the light emitting layer 5.
【0034】図10において、発光ダイオード10は、
サファイア基板1を有しており、そのサファイア基板1
上に500 ÅのAlN のバッファ層2が形成されている。そ
のバッファ層2の上には、順に、膜厚約4.0 μm、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、亜鉛及シリコンド
ープのGaN から成る発光層5、膜厚約0.5 μm、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N
から成るp層61、膜厚約0.5 μm、ホール濃度2 ×10
17/cm3のマグネシウムドープのGaN から成るコンタクト
層62が形成されている。そして、コンタクト層62に
接続するニッケルで形成された電極7と高キャリア濃度
n+ 層4に接続するニッケルで形成された電極8が形成
されている。電極7と電極8とは、溝9により電気的に
絶縁分離されている。In FIG. 10, the light emitting diode 10 is
It has a sapphire substrate 1, and the sapphire substrate 1
A 500 Å AlN buffer layer 2 is formed on top. On the buffer layer 2, a high carrier concentration n + layer 4 made of silicon-doped GaN having an electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 and a film thickness of approximately 0.5 μm, zinc and silicon-doped layer are sequentially formed on the buffer layer 2. Light emitting layer 5 made of GaN, film thickness of about 0.5 μm, and hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 magnesium-doped Al 0.1 Ga 0.9 N
P-layer 61 consisting of, film thickness about 0.5 μm, hole concentration 2 × 10
A contact layer 62 made of magnesium-doped GaN of 17 / cm 3 is formed. Then, an electrode 7 made of nickel connected to the contact layer 62 and an electrode 8 made of nickel connected to the high carrier concentration n + layer 4 are formed. The electrode 7 and the electrode 8 are electrically insulated and separated by the groove 9.
【0035】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。第1実施例と同様に、AlN の
バッファ層2まで形成する。次に、サファイア基板1の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μm、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度n+ 層4を形成した。Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described. Similar to the first embodiment, the buffer layer 2 of AlN is formed. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is maintained at 1150 ° C., the film thickness is about 4.0 μm, and the electron concentration is 2 ×.
A high carrier concentration n + layer 4 of 10 18 / cm 3 of silicon-doped GaN was formed.
【0036】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の発光層
5、クラッド層即ちp層61、コンタクト層62の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度n+ 層4を形成した後、続いて、サファイア基板1
の温度を1000℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH
3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル/分、DMZ を
2 ×10-7モル/分、シランを10×10-9モル/分で導入
し、膜厚約0.5 μmの亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープの
GaN の発光層5を形成した。Hereinafter, the composition ratios of the light emitting layer 5, the cladding layer, that is, the p layer 61, and the contact layer 62 and the crystal growth conditions when the emission peak wavelength is set to 430 nm with zinc (Zn) and silicon (Si) as the emission centers. An example will be described. After forming the above-mentioned high carrier concentration n + layer 4, the sapphire substrate 1 is continuously formed.
Temperature of 1000 ℃, N 2 or H 2 20 liter / min, NH
3 for 10 liter / min, TMG for 1.53 × 10 -4 mol / min, DMZ for
2 × 10 -7 mol / min, silane was introduced at 10 × 10 -9 mol / min, and a film thickness of about 0.5 μm zinc (Zn) and silicon (Si) was doped.
A light emitting layer 5 of GaN was formed.
【0037】続いて、温度を1000℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル/分で7 分導入し、膜厚約0.5 μmのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るp
層61を形成した。p層61は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。p層61におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。Subsequently, the temperature was maintained at 1000 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg
Was introduced at 2 × 10 −7 mol / min for 7 minutes, and p was made of Al 0.1 Ga 0.9 N doped with magnesium (Mg) and having a thickness of about 0.5 μm.
Layer 61 was formed. The p-layer 61 still has a resistivity of 10 in this state.
It is an insulator of 8 Ωcm or more. The concentration of magnesium (Mg) in the p-layer 61 is 1 × 10 19 / cm 3 .
【0038】続いて、温度を1000℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、
膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層62を形成した。コンタクト層62のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層62は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。Subsequently, the temperature was maintained at 1000 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, and CP 2 Mg introduced at 2 × 10 -4 mol / min,
A contact layer 62 made of GaN doped with magnesium (Mg) and having a film thickness of about 0.5 μm was formed. The magnesium concentration of the contact layer 62 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state, the contact layer 62 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.
【0039】次に、反射電子線回折装置を用いて、p層
61及びコンタクト層62に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第1実施例と同一である。この電
子線の照射により、p層61及びコンタクト層62は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのp伝導型半導
体となった。Next, the p-layer 61 and the contact layer 62 were uniformly irradiated with an electron beam by using a reflection electron beam diffractometer.
The electron beam irradiation conditions are the same as in the first embodiment. By the irradiation of this electron beam, the p layer 61 and the contact layer 62 are
It became a p-conduction type semiconductor with a hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 and a resistivity of 2 Ωcm.
【0040】上記のようにシングルヘテロ接合で発光層
5に亜鉛(Zn)のアクセプタとシリコン(Si)のドナーとを
ドープした発光ダイオード10を製造した。尚、第4実
施例において、発光層5にマグネシウム(Mg)をドープし
て電子線を照射することで、発光層5をp伝導型化して
も良い。As described above, the light emitting diode 10 in which the light emitting layer 5 is doped with the acceptor of zinc (Zn) and the donor of silicon (Si) in the single heterojunction was manufactured. In the fourth embodiment, the light emitting layer 5 may be doped with magnesium (Mg) and irradiated with an electron beam to make the light emitting layer 5 a p-conduction type.
【0041】第5実施例
第4実施例と異なり、図11に示すように、発光層5に
は亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたAlx2Ga
1-x2N 、p層61はマグネシウム(Mg)のドープされたAl
x1Ga1-x1N 、高キャリア濃度n+ 層4はシリコン(Si)の
ドープされたAlx3Ga1-x3N で形成されている。そして、
組成比x1,x2,x3は、発光層5のバンドギャップが高キャ
リア濃度n+ 層4、p層61のバンドギャップに対して
小さくなるダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合が形
成されるように設定される。ダブルヘテロ接合、シング
ルヘテロ接合により発光層5でのキャリアの閉じ込めが
行われ、発光輝度が向上する。尚、発光層5は半絶縁
性、p伝導型、n伝導型のいずれでも良い。 Fifth Embodiment Unlike the fourth embodiment, as shown in FIG. 11, the light emitting layer 5 is made of Al x2 Ga in which zinc (Zn) and silicon (Si) are simultaneously doped.
1-x2 N, p-layer 61 is magnesium (Mg) -doped Al
The x1 Ga 1-x1 N, high carrier concentration n + layer 4 is formed of Al x3 Ga 1-x3 N doped with silicon (Si). And
The composition ratios x1, x2, x3 are set so that the band gap of the light emitting layer 5 becomes smaller than the band gaps of the high carrier concentration n + layer 4 and the p layer 61 so that a double hetero junction or a single hetero junction is formed. It Carriers are confined in the light emitting layer 5 by the double heterojunction and the single heterojunction, and the emission brightness is improved. The light emitting layer 5 may be semi-insulating, p-conductive type, or n-conductive type.
【0042】第6実施例
第6実施例の発光ダイオードは、第5実施例の発光ダイ
オードと異なり、図12に示すように、発光層5には亜
鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたGayIn1-yN
、p層61はマグネシウム(Mg)のドープされたAlx1Ga
1-x1N 、高キャリア濃度n+ 層4はシリコン(Si)のドー
プされたAlx2Ga1-x2N で形成して良い。そして、組成比
x1,y,x2 は、発光層5のバンドギャップが高キャリア濃
度n+ 層4、p層61のバンドギャップに対して小さく
なるダブルヘテロ接合が形成されるように設定される。
ダブルヘテロ接合、シングルヘテロ接合により発光層5
でのキャリアの閉じ込めが行われ、発光輝度が向上す
る。尚、発光層5は半絶縁性、p伝導型、n伝導型のい
ずれでも良い。The light emitting diode of the sixth embodiment The sixth embodiment is different from the light emitting diode of the fifth embodiment, as shown in FIG. 12, the zinc in the light emitting layer 5 (Zn) and silicon (Si) is doped at the same time Ga y In 1-y N
, P layer 61 is Al x1 Ga doped with magnesium (Mg)
The 1-x1 N, high carrier concentration n + layer 4 may be formed of Al x2 Ga 1-x2 N doped with silicon (Si). And the composition ratio
x1, y, x2 are set so that a double heterojunction is formed in which the bandgap of the light emitting layer 5 becomes smaller than the bandgap of the high carrier concentration n + layer 4 and the p layer 61.
Light emitting layer 5 by double heterojunction and single heterojunction
The carriers are confined in the light emission, and the emission brightness is improved. The light emitting layer 5 may be semi-insulating, p-conductive type, or n-conductive type.
【0043】図13において、発光ダイオード10は、
サファイア基板1を有しており、そのサファイア基板1
上に500 ÅのAlN のバッファ層2が形成されている。そ
のバッファ層2の上には、順に、膜厚約4.0 μm、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、亜鉛及シリコンド
ープのGa0.94In0.06N から成る発光層5、膜厚約0.5 μ
m、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのAl
0.1Ga0.9N から成るp層61、膜厚約0.5 μm、ホール
濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る
コンタクト層62が形成されている。そして、コンタク
ト層62に接続するニッケルで形成された電極7と高キ
ャリア濃度n+ 層4に接続するニッケルで形成された電
極8が形成されている。電極7と電極8とは、溝9によ
り電気的に絶縁分離されている。In FIG. 13, the light emitting diode 10 is
It has a sapphire substrate 1, and the sapphire substrate 1
A 500 Å AlN buffer layer 2 is formed on top. On the buffer layer 2, a high carrier concentration n + layer 4 made of silicon-doped GaN having an electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 and a film thickness of approximately 0.5 μm, zinc and silicon-doped layer are sequentially formed on the buffer layer 2. Ga 0.94 In 0.06 N of light emitting layer 5, film thickness about 0.5 μ
m, hole concentration 2 × 10 17 / cm 3 magnesium-doped Al
A p-layer 61 made of 0.1 Ga 0.9 N and a contact layer 62 made of magnesium-doped GaN having a hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 and having a film thickness of about 0.5 μm are formed. Then, an electrode 7 made of nickel connected to the contact layer 62 and an electrode 8 made of nickel connected to the high carrier concentration n + layer 4 are formed. The electrode 7 and the electrode 8 are electrically insulated and separated by the groove 9.
【0044】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。第1実施例と同様に、AlN の
バッファ層2まで形成する。次に、サファイア基板1の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μm、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度n+ 層4を形成した。Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described. Similar to the first embodiment, the buffer layer 2 of AlN is formed. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is maintained at 1150 ° C., the film thickness is about 4.0 μm, and the electron concentration is 2 ×.
A high carrier concentration n + layer 4 of 10 18 / cm 3 of silicon-doped GaN was formed.
【0045】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層
5、クラッド層即ちp層61、コンタクト層62の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度n+ 層4を形成した後、続いて、サファイア基板1
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH
3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル/分、TMI を
0.02×10-4モル/分、DMZ を2 ×10-7モル/分、シラン
を10×10-9モル/分で導入し、膜厚約0.5 μmの亜鉛(Z
n)とシリコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層5を
形成した。Hereinafter, the composition ratios of the light emitting layer 5, the cladding layer, that is, the p layer 61, and the contact layer 62 and the crystal growth conditions when the emission peak wavelength was set to 450 nm with zinc (Zn) and silicon (Si) as the emission centers. An example will be described. After forming the above-mentioned high carrier concentration n + layer 4, the sapphire substrate 1 is continuously formed.
Temperature of 850 ℃, N 2 or H 2 20 liter / min, NH
3 for 10 liter / min, TMG for 1.53 × 10 -4 mol / min, TMI for
0.02 × 10 -4 mol / min, DMZ at 2 × 10 -7 mol / min, and silane at 10 × 10 -9 mol / min were introduced.
n) and a silicon (Si) -doped Ga 0.94 In 0.06 N light emitting layer 5 were formed.
【0046】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル/分で7 分導入し、膜厚約0.5 μmのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るp
層61を形成した。p層61は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。p層61におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg
Was introduced at 2 × 10 −7 mol / min for 7 minutes, and p was made of Al 0.1 Ga 0.9 N doped with magnesium (Mg) and having a thickness of about 0.5 μm.
Layer 61 was formed. The p-layer 61 still has a resistivity of 10 in this state.
It is an insulator of 8 Ωcm or more. The concentration of magnesium (Mg) in the p-layer 61 is 1 × 10 19 / cm 3 .
【0047】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、
膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
るコンタクト層62を形成した。コンタクト層62のマ
グネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、コンタクト層62は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の
絶縁体である。Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, and CP 2 Mg introduced at 2 × 10 -4 mol / min,
A contact layer 62 made of GaN doped with magnesium (Mg) and having a film thickness of about 0.5 μm was formed. The magnesium concentration of the contact layer 62 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state, the contact layer 62 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.
【0048】次に、反射電子線回折装置を用いて、p層
61及びコンタクト層62に一様に電子線を照射した。
電子線の照射条件は、第1実施例と同一である。この電
子線の照射により、p層61及びコンタクト層62は、
ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmのp伝導型半導
体となった。Next, the p-layer 61 and the contact layer 62 were uniformly irradiated with an electron beam by using a reflection electron beam diffractometer.
The electron beam irradiation conditions are the same as in the first embodiment. By the irradiation of this electron beam, the p layer 61 and the contact layer 62 are
It became a p-conduction type semiconductor with a hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 and a resistivity of 2 Ωcm.
【0049】上記の第1〜第6実施例において、発光層
5は半絶縁性、p伝導型、n伝導型のいずれでも良い。
又、上記の亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞ
れ、1×1017〜1×1020の範囲が発光強度を向上さ
せる点で望ましいことが分かった。さらに好ましくは1
×1018〜1 ×1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと
効果が少なく、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。
又、シリコン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べて、10倍〜
1/10が好ましく、さらに好ましくは 1 〜1/10の間程度
か、少ないほうがより望ましい。In the above first to sixth embodiments, the light emitting layer 5 may be semi-insulating, p-conducting or n-conducting.
Further, it has been found that the above-mentioned concentrations of zinc (Zn) and silicon (Si) are preferably in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 20 to improve the emission intensity. More preferably 1
A range of × 10 18 to 1 × 10 19 is preferable. If it is less than 1 × 10 18 , the effect is small, and if it is more than 1 × 10 19 , the crystallinity deteriorates.
The concentration of silicon (Si) is 10 times higher than that of zinc (Zn).
It is preferably 1/10, more preferably about 1 to 1/10 or less.
【0050】又、発光層5は、カドミウム(Cd)濃度より
もシリコン(Si)濃度が高ければ、i型( 半絶縁性) 、カ
ドミウム(Cd)濃度よりもシリコン(Si)濃度が低ければn
伝導型となる。The light emitting layer 5 is i-type (semi-insulating) if the concentration of silicon (Si) is higher than the concentration of cadmium (Cd), and n if the concentration of silicon (Si) is lower than the concentration of cadmium (Cd).
Conductive type.
【0051】又、上記実施例では、アクセプタ不純物に
カドミウム(Cd)、ドナー不純物にシリコン(Si)を用いた
例を示したが、アクセプタ不純物は、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(H
g)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭素
(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛(P
b)を用いることができる。Further, in the above-mentioned embodiment, an example in which cadmium (Cd) is used as the acceptor impurity and silicon (Si) is used as the donor impurity is shown. However, the acceptor impurity is beryllium (Be),
Magnesium (Mg), Zinc (Zn), Cadmium (Cd), Mercury (H
g) may be used. In addition, donor impurities include carbon
(C), Silicon (Si), Germanium (Ge), Tin (Sn), Lead (P)
b) can be used.
【0052】さらに、ドナー不純物として、イオウ(S)
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。p
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。Further, sulfur (S) is used as a donor impurity.
, Selenium (Se) and tellurium (Te) can also be used. p
Molding can be performed by electron beam irradiation, thermal annealing, heat treatment in N 2 plasma gas, or laser irradiation.
【図1】本発明の具体的な第1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 first specific example of the present invention.
【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図6】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図7】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.
【図8】第2実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a second embodiment.
【図9】第3実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a third embodiment.
【図10】第4実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。FIG. 10 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a fourth embodiment.
【図11】第5実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。FIG. 11 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a fifth embodiment.
【図12】第6実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。FIG. 12 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a sixth embodiment.
【図13】第6実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a sixth embodiment.
10…発光ダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…高キャリア濃度n+ 層 4…高キャリア濃度n+ 層 5…発光層 6…p層 61…p層 62…キャップ層 7,8…電極 9…溝10 ... Light emitting diode 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... High carrier concentration n + layer 4 ... High carrier concentration n + layer 5 ... Light emitting layer 6 ... P layer 61 ... P layer 62 ... Cap layers 7, 8 ... Electrode 9 …groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 佐々 道成 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅井 誠 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−291621(JP,A) 特開 平4−242985(JP,A) 特開 平4−10665(JP,A) 特開 平2−264483(JP,A) 特開 平6−260680(JP,A) Appl.Phys.Lett.Vo l.64 No.13(1994)p1687−1689 Jpn.J.Appl.Phys.P art2 Vol.32 No.1A/B (1993)p.L8−L11 (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 (72) Inventor Naoki Shibata No. 1 Nagahata, Ochiai, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Toyoda Gosei Co., Ltd. Toyoda Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Sasa Dosei Aichi Nagashiro, Kasuga-cho, Aichi Prefecture Ochiai, Nagahata No. 1 Toyoda Gosei Co., Ltd. Incorporated (72) Inventor Shiro Yamazaki, Kasuga-cho, Nishi-Kasugai, Aichi 1 Ochiai, Nagahata, Toyoda Gosei Co., Ltd. (56) Reference JP 5-291621 (JP, A) JP 4-242985 ( JP, A) JP-A-4-10665 (JP, A) JP-A-2-264483 (JP, A) JP-A-6-260680 (JP, A) Appl. Phys. Lett. Vol. 64 No. 13 (1994) p1687-1689 Jpn. J. Appl. Phys. Part 2 Vol. 32 No. 1A / B (1993) p. L8-L11 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50
Claims (3)
a Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≦ X1 ≦ 1, 0 ≦ Y1 ≦ 1, 0 ≦ X1+Y1 ≦ 1) か
ら成るn層と、p伝導型を示す3族窒化物半導体 (Al X2 G
a Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≦ X2 ≦ 1, 0 ≦ Y2 ≦ 1, 0 ≦ X2+Y2 ≦ 1) か
ら成るp層と、その間に介在する3族窒化物半導体 (Al
X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≦ X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3 ≦ 1, 0 ≦ X3+Y3 ≦
1) から成る発光層がヘテロ接合で形成された3層構造を
有する発光素子において、 前記p層に対するニッケル(Ni)から成る電極を有し、 前記発光層には、ドナー不純物とアクセプタ不純物とが
添加されていることを特徴とする3族窒化物半導体発光
素子。1. An n-conductivity type is shown.Group 3 nitride semiconductor (Al X1 G
a Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≤ X1 ≤ Ten ≤ Y1 ≤ Ten ≤ X1 + Y1 ≤ 1) Or
Consists ofShows n-layer and p-conduction typeGroup 3 nitride semiconductor (Al X2 G
a Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≤ X2 ≤ Ten ≤ Y2 ≤ Ten ≤ X2 + Y2 ≤ 1) Or
Consists ofp layer and intervening betweenGroup 3 nitride semiconductor (Al
X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≤ X3 ≤ Ten ≤ Y3 ≤ Ten ≤ X3 + Y3 ≤
1) Consisting ofA three-layer structure in which the light emitting layer is formed by a heterojunction
In the light emitting element having An electrode made of nickel (Ni) for the p-layer, The light emitting layer contains donor impurities and acceptor impurities.
Group III nitride semiconductor light emission characterized by being added
element.
a Y1 In 1-X1-Y1 N;0 ≦ X1 ≦ 1, 0 ≦ Y1 ≦ 1, 0 ≦ X1+Y1 ≦ 1) か
ら成るn層と、p伝導型を示す3族窒化物半導体 (Al X2 G
a Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≦ X2 ≦ 1, 0 ≦ Y2 ≦ 1, 0 ≦ X2+Y2 ≦ 1) か
ら成るp層と、その間に介在する3族窒化物半導体 (Al
X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≦ X3 ≦ 1, 0 ≦ Y3 ≦ 1, 0 ≦ X3+Y3 ≦
1) から成る発光層がヘテロ接合で形成された3層構造を
有する発光素子において、 前記発光層は窒化ガリウム(GaN) 又はアルミニウムを含
む3族窒化物半導体(Alx3GaY3In1-X3-Y3N; 0<X3≦1, 0
≦Y3≦1, 0≦X3+Y3 ≦1)から成り、ドナー不純物とアク
セプタ不純物とが添加されており、 前記p層に対するニッケル(Ni)から成る電極を有してい
ることを特徴とする3族窒化物半導体発光素子。2. An n-conductivity type is shown.Group 3 nitride semiconductor (Al X1 G
a Y1 In 1-X1-Y1 N; 0 ≤ X1 ≤ Ten ≤ Y1 ≤ Ten ≤ X1 + Y1 ≤ 1) Or
Consists ofShows n-layer and p-conduction typeGroup 3 nitride semiconductor (Al X2 G
a Y2 In 1-X2-Y2 N; 0 ≤ X2 ≤ Ten ≤ Y2 ≤ Ten ≤ X2 + Y2 ≤ 1) Or
Consists ofp layer and intervening betweenGroup 3 nitride semiconductor (Al
X3 Ga Y3 In 1-X3-Y3 N; 0 ≤ X3 ≤ Ten ≤ Y3 ≤ Ten ≤ X3 + Y3 ≤
1) Consisting ofA three-layer structure in which the light emitting layer is formed by a heterojunction
In the light emitting element having The light emitting layer contains gallium nitride (GaN) or aluminum.
Group 3 nitride semiconductors (Alx3GaY3In1-X3-Y3N; 0 <X3 ≦ 1, 0
≤Y3 ≤ 1, 0 ≤ X3 + Y3 ≤ 1)
Septa impurities and added, Having an electrode made of nickel (Ni) for the p-layer
A group III nitride semiconductor light emitting device, comprising:
るコンタクト層が形成されてい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. A group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the contact layer made of p-GaN is formed between the electrode and the p layer.
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