JP3518289B2 - Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device - Google Patents

Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device

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JP3518289B2
JP3518289B2 JP30244797A JP30244797A JP3518289B2 JP 3518289 B2 JP3518289 B2 JP 3518289B2 JP 30244797 A JP30244797 A JP 30244797A JP 30244797 A JP30244797 A JP 30244797A JP 3518289 B2 JP3518289 B2 JP 3518289B2
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light emitting
gallium nitride
compound semiconductor
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保成 奥
英徳 亀井
英美 武石
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード等
の光デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子に係り、特にp型層の全体への電流の注入を改
善して発光効率を高く維持できるようにした窒化ガリウ
ム系化合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 gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device used for an optical device such as a light emitting diode, and more particularly, it improves the current injection into the entire p-type layer to increase the light emission efficiency. The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device that can be maintained.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN、AlGaN、InGaN及びA
lGaInN等の窒化ガリウム系化合物半導体は、緑色
や青色等の可視光発光デバイスや高温動作電子デバイス
用の半導体材料として注目されており、特に青色・緑色
発光ダイオードやレーザダイオード等の光デバイス分野
での展開が進んでいる。
2. Description of the Related Art GaN, AlGaN, InGaN and A
Gallium nitride-based compound semiconductors such as lGaInN are attracting attention as semiconductor materials for visible light emitting devices such as green and blue and high temperature operating electronic devices, and particularly in the field of optical devices such as blue and green light emitting diodes and laser diodes. Deployment is progressing.

【0003】この窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
光デバイスの製造においては、窒化ガリウム系化合物半
導体と格子整合する基板がないことから、専らサファイ
アが結晶成長用の基板として用いられている。このサフ
ァイアのような絶縁性の基板を用いる場合では、他のG
aAsやInP等の導電性を有する半導体基板を用いた
発光素子とは異なり、基板側から電極を取り出すことが
できないので、半導体層に設けるp側及びn側の電極は
半導体層を積層させた基板の一面側に形成されることに
なる。
In the manufacture of an optical device using this gallium nitride compound semiconductor, sapphire is exclusively used as a substrate for crystal growth because there is no substrate that is lattice-matched with the gallium nitride compound semiconductor. When using an insulating substrate such as sapphire, another G
Unlike a light-emitting element using a semiconductor substrate having conductivity such as aAs or InP, electrodes cannot be taken out from the substrate side. Therefore, the p-side and n-side electrodes provided in the semiconductor layer are substrates in which semiconductor layers are stacked. Will be formed on one surface side.

【0004】一般に、窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子は、有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法に
より、基板表面にn型層及びp型層とを積層させた後、
p型層の一部の領域をエッチングにより除去してn型層
を露出させ、この露出した部分のn型層の表面及びp型
層の表面のそれぞれにn側電極及びp側電極を接合形成
させたものとして得ることができる。
Generally, a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device is prepared by stacking an n-type layer and a p-type layer on the surface of a substrate by a metal organic chemical vapor deposition method or a molecular beam epitaxy method, and then
A partial region of the p-type layer is removed by etching to expose the n-type layer, and an n-side electrode and a p-side electrode are formed on the exposed surface of the n-type layer and the surface of the p-type layer, respectively. Can be obtained as

【0005】このような半導体発光素子においては、n
型層及びp型層との積層を、n型のクラッド層と活性層
とp型のクラッド層とからなるダブルヘテロ構造とする
ことで、発光出力の向上が可能であることは、既に広く
知られている。また、p型不純物としてマグネシウム
(Mg)がドープされたAlGaNからなるp型クラッ
ド層とし、この層の上に電極が形成されるべき層として
Mgがドープされたp型GaNコンタクト層を備えた構
造とすれば、電極との良好なオーミック性が得られ、素
子の順方向電圧を低下させ、発光効率を向上させること
ができる。このような構造の半導体発光素子は、例えば
特開平6−268259号公報に開示されている。
In such a semiconductor light emitting device, n
It has already been widely known that it is possible to improve the light emission output by forming a stack of a p-type layer and a p-type layer into a double hetero structure including an n-type clad layer, an active layer and a p-type clad layer. Has been. Also, a structure is provided in which a p-type clad layer made of AlGaN doped with magnesium (Mg) as a p-type impurity is provided, and a p-type GaN contact layer doped with Mg is provided as a layer on which an electrode is to be formed. If so, good ohmic contact with the electrode can be obtained, the forward voltage of the device can be lowered, and the light emission efficiency can be improved. A semiconductor light emitting device having such a structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-268259.

【0006】ところで、窒化ガリウム系化合物半導体の
p型層はn型層に比べると、一般に電気的抵抗が高いた
め、電流が流れにくい。このため、p型層の表面にp側
電極としてワイヤボンディング用のパッド電極を蒸着法
等により形成すると、パッド電極から注入された電流は
p型層の層方向へは広がらず、このパッド電極を形成し
た領域の下側にかけてしか電流が流れない傾向がある。
したがって、発光部における発光はパッド電極の下側の
領域に限られ、p型層側へ向かう光はこのパッド電極に
遮られてしまい、発光効率が低下してしまう。
By the way, a p-type layer of a gallium nitride-based compound semiconductor generally has a higher electric resistance than an n-type layer, so that a current hardly flows. Therefore, if a pad electrode for wire bonding is formed as a p-side electrode on the surface of the p-type layer by a vapor deposition method or the like, the current injected from the pad electrode does not spread in the layer direction of the p-type layer, and this pad electrode is The current tends to flow only to the lower side of the formed region.
Therefore, the light emission in the light emitting portion is limited to the region below the pad electrode, and the light traveling toward the p-type layer side is blocked by the pad electrode, so that the light emission efficiency is reduced.

【0007】これに対し、例えば特開平6−31482
2号公報にて開示されているように、パッド電極部分だ
けでなくp型層の全体に電流を注入しやすくするため、
p型層の上面に導電性の薄膜を形成し、これを電極とす
ることが有効とされている。
On the other hand, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-31482.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2 (1994), in order to make it easier to inject current into the entire p-type layer, not only the pad electrode portion,
It is effective to form a conductive thin film on the upper surface of the p-type layer and use it as an electrode.

【0008】そして、導電性薄膜による電極を透光性と
してp型層のほぼ全面に形成し、透光性電極とすれば、
p型層の上面を発光部からの発光観測面とする構成が可
能である。透光性電極としては、p型層とのオーミック
接触が得られるAu及びNiが好ましく用いられる。
If an electrode made of a conductive thin film is formed as a light-transmitting film on almost the entire surface of the p-type layer to form a light-transmitting electrode,
A configuration is possible in which the upper surface of the p-type layer serves as an emission observation surface from the light emitting section. As the translucent electrode, Au and Ni that can obtain ohmic contact with the p-type layer are preferably used.

【0009】図は上述した従来の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の構造を示す断面図であり、近来では
主流とされているものの典型的なものである。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the above-mentioned conventional gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, which is typical of what has been mainstream these days.

【0010】図において、サファイアを用いた基板1
上に、バッファ層2と、n型窒化ガリウム系化合物半導
体層3と、InGaNからなる発光層4と、Mgドープ
AlGaNからなるp型クラッド層5と、MgドープG
aNからなるp型コンタクト層7とが順に形成されてい
る。n型窒化ガリウム系化合物半導体層3にはn側電極
10が設けられ、p型コンタクト層7の上面にはそのほ
ぼ全面にAuとNiからなる透光性電極8が形成されて
いる。さらに、透光性電極8の上面にはボンディング用
のp側パッド電極9が形成されている。
In FIG. 2 , the substrate 1 using sapphire
The buffer layer 2, the n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer 3, the light emitting layer 4 made of InGaN, the p-type cladding layer 5 made of Mg-doped AlGaN, and the Mg-doped G
A p-type contact layer 7 made of aN is sequentially formed. An n-side electrode 10 is provided on the n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3, and a translucent electrode 8 made of Au and Ni is formed on almost the entire upper surface of the p-type contact layer 7. Further, a p-side pad electrode 9 for bonding is formed on the upper surface of the transparent electrode 8.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】透光性電極8として
は、上記のように好ましくはNi及びAuが用いられ、
Niの場合は1〜5nmの膜厚及びAuでは5〜20n
mの膜厚として形成されるのが一般的である。すなわ
ち、NiやAu等の金属を極めて薄い膜として形成し透
光性を得ようとしたものであるが、発光層4からの発光
に対して、光の透過率は100%とはならない。例え
ば、青色の波長の発光に対しては、透過率は40%〜7
0%程度である。したがって、上述の従来構造のように
p型層のほぼ全面に透光性電極を形成すると、発光層か
らの光が透光性電極を通過するときに光量が減衰して発
光効率が低下してしまう。
As the translucent electrode 8, Ni and Au are preferably used as described above,
Film thickness of 1 to 5 nm for Ni and 5 to 20 n for Au
It is generally formed to have a film thickness of m. That is, although a metal such as Ni or Au is formed as an extremely thin film in order to obtain translucency, the light transmittance of light emitted from the light emitting layer 4 is not 100%. For example, for light emission of blue wavelength, the transmittance is 40% to 7%.
It is about 0%. Therefore, when the translucent electrode is formed on almost the entire surface of the p-type layer as in the above-described conventional structure, when the light from the light emitting layer passes through the translucent electrode, the amount of light is attenuated and the luminous efficiency is lowered. I will end up.

【0012】一方、透過率を上げるために透光性電極8
を薄く形成すると、この透光性電極8の厚みばらつき等
により、p型コンタクト層7との密着性やオーミック性
が悪くなり、p型層に均一に電流を注入することができ
なくなる傾向がある。このため、透光性電極8を極端に
薄くすることは好ましくなく、結果的に前記の範囲の透
過率を有することを避けられない傾向にある。
On the other hand, in order to increase the transmittance, the transparent electrode 8
If the thickness is made thin, the adhesiveness with the p-type contact layer 7 and the ohmic property are deteriorated due to variations in the thickness of the translucent electrode 8 and the current may not be uniformly injected into the p-type layer. . Therefore, it is not preferable to make the translucent electrode 8 extremely thin, and as a result, it tends to be unavoidable that the translucent electrode 8 has a transmittance within the above range.

【0013】このように、p型層の上面に形成する透光
性電極8は、電流注入をp型層全体に行うという観点か
らは、できるだけその面積を大きくすることが好ましい
ものの、透光性電極の透過率を上げることは上述のよう
に制限されているため、透光性電極による光の減衰を引
き起こし、発光効率を十分高く維持することができな
い。
As described above, the light-transmitting electrode 8 formed on the upper surface of the p-type layer preferably has as large an area as possible from the viewpoint of injecting current into the entire p-type layer. Since increasing the transmittance of the electrode is limited as described above, light is attenuated by the translucent electrode, and the luminous efficiency cannot be maintained sufficiently high.

【0014】本発明において解決すべき課題は、p型層
における電流の広がりを改善することによって、透光性
電極の面積を小さくし発光効率を向上させることができ
る構造の発光素子が得られるようにすることである。
The problem to be solved in the present invention is to obtain a light emitting device having a structure capable of reducing the area of the transparent electrode and improving the light emission efficiency by improving the spread of the current in the p-type layer. Is to

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、基板上に窒化ガリウム系化合
物半導体薄膜からなるn型層と発光層とp型層とを有す
る発光素子であって、p型層は、Mgをドープしたコン
タクト層である第一の層と、この第一の層よりも低濃度
にMgをドープして低い抵抗率とした第二の層と、第二
の層よりも高濃度にMgをドープして高い抵抗率とした
第三の層を含み、第二の層は第一の層と第三の層の間に
形成されていることを特徴とする。
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention is a light-emitting device having an n-type layer, a light-emitting layer and a p-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film on a substrate. , The p-type layer is a Mg-doped layer.
The first layer, which is the tact layer, and a lower concentration than this first layer
A second layer for the lower resistivity by doping with Mg, the second
Of Mg to a higher concentration than the layer of
A third layer, the second layer being between the first and third layers
It is characterized by being formed .

【0016】この構成により、p型層における電流の広
がりが改善される結果、p型層の上面に形成する透光性
電極の面積を小さくすることができる。したがって、光
が透光性電極を通過する割合を小さくし、p型層から直
接取り出される光の割合を大きくして発光効率を高く維
持することが可能となる。
With this structure, the spread of the current in the p-type layer is improved, and as a result, the area of the transparent electrode formed on the upper surface of the p-type layer can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the proportion of light passing through the translucent electrode and increase the proportion of light directly extracted from the p-type layer to maintain high luminous efficiency.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜からなるn型層と
発光層とp型層とを有する半導体発光素子であって、p
型層はMgをドープしたコンタクト層である第一の層
と、この第一の層よりも低濃度にMgをドープして低い
抵抗率とした第二の層と、第二の層よりも高濃度にMg
をドープして高い抵抗率とした第三の層を含み、第二の
層は第一の層と第三の層の間に形成されたものであり、
p型層が抵抗率の低い第二の層を含むので、この第二の
層で電流が層方向に流れやすくなり電流広がりが改善さ
れるという作用を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention is a semiconductor light-emitting device having an n-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film, a light-emitting layer, and a p-type layer.
-Type layer and the first layer is a contact layer doped with Mg, and a second layer was doped with Mg less <br/> resistivity lower concentration than the first layer, the second Higher concentration than Mg
Including a third layer doped with a high resistivity
The layer is formed between the first layer and the third layer ,
Since the p-type layer includes the second layer having a low resistivity, the second layer has an effect that the current easily flows in the layer direction and the current spread is improved.

【0018】また、p型層は第二の層よりも抵抗率の高
い第三の層を含み、第二の層は第一の層と第三の層の間
に形成されていることを特徴とするものであり、p型層
が抵抗率の高い二つの層の間に抵抗率の低い層を含むの
で、この層で電流が層方向に流れやすくなり電流の広が
りが改善されるという作用を有する。
Further , the p-type layer includes a third layer having a resistivity higher than that of the second layer, and the second layer is formed between the first layer and the third layer. Since the p-type layer includes a layer having a low resistivity between two layers having a high resistivity, it is easy for a current to flow in the layer direction in this layer and the action of improving the spread of the current can be achieved. Have.

【0019】また、第二の層は、第一の層よりもp型不
純物であるMgが低濃度にドープされており、第一の層
がコンタクト層の場合、金属電極とのオーミック性を確
保するためにMgを高濃度にドープすることで高抵抗と
なるので、第二の層にMgを第一の層よりも低濃度にド
ープすることで抵抗率を下げることができる。このた
め、この第二の層で電流が層方向に流れやすくなり電流
広がりが改善されるという作用を有する。
Further, the second layer than the first layer is a p-type impurity Mg are lightly doped, when the first layer of the contact layer, ensuring the ohmic property between the metal electrode In order to do so, high resistance is obtained by doping Mg in a high concentration. Therefore, the resistivity can be lowered by doping Mg in the second layer to a lower concentration than in the first layer. Therefore, the current easily flows in the second layer in the layer direction, and the current spread is improved.

【0020】請求項に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、第二の層は、少なくともインジウムを
含むことを特徴とするものであり、インジウムを含むこ
とによりp型不純物をドープして簡便に抵抗率を下げる
ことが可能となるため、この層で電流が層方向に流れや
すくなり電流広がりが改善されるという作用を有する。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, characterized in that the second layer contains at least indium, and the p-type impurity is doped by containing indium. Therefore, the resistivity can be easily reduced, and thus, the current easily flows in this layer in the layer direction, and the current spread is improved.

【0021】請求項に記載の発明は、請求項1または
に記載の発明において、第二の層の抵抗率は、1〜1
0Ω・cmの範囲であることを特徴とするものであり、
例えば、抵抗率が10〜100Ω・cmと高い層を含む
p型層に、抵抗率が一桁以上も低い層を設けることで、
この層で電流が層方向に流れやすくなり電流広がりが改
善されるという作用を有する。
The invention according to claim 3 is the same as claim 1 or
In the invention described in 2 , the resistivity of the second layer is 1 to 1
It is characterized in that it is in the range of 0 Ω · cm,
For example, by providing a p-type layer including a layer having a high resistivity of 10 to 100 Ω · cm with a layer having a resistivity as low as one digit or more,
This layer has the effect of making it easier for current to flow in the layer direction and improving current spreading.

【0022】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を
示す断面図である。図1において、サファイアを利用し
た絶縁性の基板1の表面に、AlNからなるバッファ層
2と、n型窒化ガリウム系化合物半導体層3と、アンド
ープInGaNからなる発光層4と、p型AlGaNか
らなるp型クラッド層5と、p型GaNからなるp型中
間層6と、p型GaNからなるp型コンタクト層7と
が、従来周知の有機金属気相成長法によって形成されて
いる。p型コンタクト層7の上面には透光性電極8を蒸
着法により接合するとともに、この透光性電極8の上部
にp側パッド電極9を同じく蒸着法により形成してい
る。そして、p型コンタクト層7、p型中間層6及びp
型クラッド層5の一部をエッチングにより除去して露出
した部分のn型窒化ガリウム系化合物半導体層3の表面
にn側電極10を同様に蒸着法により接合形成してい
る。
Specific examples of embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a buffer layer 2 made of AlN, an n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3, a light emitting layer 4 made of undoped InGaN, and a p-type AlGaN are formed on the surface of an insulating substrate 1 using sapphire. The p-type clad layer 5, the p-type intermediate layer 6 made of p-type GaN, and the p-type contact layer 7 made of p-type GaN are formed by a conventionally known metal organic chemical vapor deposition method. A transparent electrode 8 is bonded to the upper surface of the p-type contact layer 7 by a vapor deposition method, and a p-side pad electrode 9 is also formed on the transparent electrode 8 by a vapor deposition method. Then, the p-type contact layer 7, the p-type intermediate layer 6, and the p-type
An n-side electrode 10 is similarly formed on the surface of the exposed portion of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3 by etching by removing a part of the type cladding layer 5 by etching.

【0023】ここで、p型コンタクト層7上のほぼ全面
に透光性電極8を形成し、p型層20の全体への電流注
入を促し、これによって発光層4からの全面発光を得る
ことは従来技術の項で述べた通りである。そして、発光
層4からの光のうち透光性電極8を介して取り出される
光は、透光性電極8を通過する際に光量が減衰して発光
効率が低く抑えられているというのが従来の構造であっ
た。
Here, the translucent electrode 8 is formed on almost the entire surface of the p-type contact layer 7 to promote the current injection into the entire p-type layer 20, thereby obtaining the total light emission from the light emitting layer 4. Is as described in the section of the prior art. The light extracted from the light-emitting layer 4 through the transparent electrode 8 has its light emission efficiency suppressed to a low level due to attenuation of the amount of light passing through the transparent electrode 8. It was the structure of.

【0024】これに対し、本発明においては、図1に示
すように、p型層20はp型コンタクト層7とp型クラ
ッド層5との間にp型中間層6を有する。p型中間層6
は、p型不純物としてMgがドープされており、そのド
ーピング量を制御することにより、p型中間層6の抵抗
率はp型コンタクト層7の抵抗率よりも低くなるように
形成されている。すなわち、本実施の形態では、p型層
20の第一の層としてp型コンタクト層7を形成し第二
の層としてp型中間層6を形成している。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 1, the p-type layer 20 has the p-type intermediate layer 6 between the p-type contact layer 7 and the p-type cladding layer 5. p-type intermediate layer 6
Is doped with Mg as a p-type impurity, and the resistivity of the p-type intermediate layer 6 is made lower than that of the p-type contact layer 7 by controlling the doping amount. That is, in the present embodiment, the p-type contact layer 7 is formed as the first layer of the p-type layer 20, and the p-type intermediate layer 6 is formed as the second layer.

【0025】このように、p型コンタクト層7やp型ク
ラッド層5よりも抵抗率の低いp型中間層6を形成する
ことにより、p型コンタクト層7から注入された電流
は、p型中間層6において層方向に電流が広がりやすく
なり、p型層20における電流広がりが改善される。こ
のため、透光性電極8の形成面積を小さくしても、発光
層4全体への効果的な電流注入が損なわれることがな
い。したがって、発光層4からの光のうち透光性電極8
を通過して減衰する光の割合を小さくして、p型コンタ
クト層7から直接取り出される光の割合を大きくするこ
とができ、発光効率を向上させることができる。
As described above, by forming the p-type intermediate layer 6 having a resistivity lower than that of the p-type contact layer 7 and the p-type clad layer 5, the current injected from the p-type contact layer 7 becomes a p-type intermediate layer. In the layer 6, the current easily spreads in the layer direction, and the current spreading in the p-type layer 20 is improved. Therefore, even if the area where the translucent electrode 8 is formed is reduced, effective current injection into the entire light emitting layer 4 is not impaired. Therefore, of the light from the light emitting layer 4, the transparent electrode 8
The proportion of light passing through and being attenuated can be reduced, and the proportion of light directly extracted from the p-type contact layer 7 can be increased, so that the luminous efficiency can be improved.

【0026】p型コンタクト層7はGaN、AlGa
N、InGaN等を用いて形成することができるが、特
にオーミック性の良いInGaNやGaN等を用いるこ
とが好ましい。InGaNはInを含まないAlGaN
やGaNに比較して、p型不純物をドープすることによ
り低抵抗となりやすいが、オーミック性を良好なものに
するためにInN組成を大きくした場合、例えば、膜厚
を0.1μmと厚くして形成すると結晶性が悪くなり、
逆にオーミック性や表面平坦性が悪くなる傾向がある。
このため、膜厚を厚くしたときにオーミック性とこの層
における十分な電流広がりを両立させて得ることは困難
である。また、GaNはp型不純物を高濃度にドープす
ることにより、透光性電極8とのオーミック性が良くな
り、発光素子の駆動電圧を下げることが可能であるが、
この高濃度のドーピングによりp型コンタクト層7は抵
抗率が高くなる傾向にある。GaNの結晶性にもよる
が、好ましいオーミック性が得られるp型コンタクト層
7のMg濃度は8×1019〜5×1020/cm3の範囲
であり、このときのp型コンタクト層7の抵抗率は、お
およそ10〜100Ω・cmの範囲である。このため、
オーミック性を優先してMg濃度を調整すると、p型層
20での十分な電流広がりが得られるほど低い抵抗率が
得られない。
The p-type contact layer 7 is composed of GaN and AlGa.
Although it can be formed using N, InGaN, or the like, it is particularly preferable to use InGaN, GaN, or the like having good ohmic properties. InGaN is AlGaN that does not contain In
Compared with GaN and GaN, the resistance tends to be low by doping with a p-type impurity, but when the InN composition is increased to improve the ohmic property, for example, the film thickness is increased to 0.1 μm. When formed, the crystallinity deteriorates,
On the contrary, the ohmic property and the surface flatness tend to deteriorate.
Therefore, it is difficult to obtain both ohmic property and sufficient current spread in this layer when the film thickness is increased. Further, by doping GaN with a high concentration of p-type impurities, the ohmic property with the transparent electrode 8 is improved, and the driving voltage of the light emitting element can be lowered.
This high concentration doping tends to increase the resistivity of the p-type contact layer 7. Although depending on the crystallinity of GaN, the Mg concentration of the p-type contact layer 7 that can obtain preferable ohmic properties is in the range of 8 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3 , and the p-type contact layer 7 at this time has The resistivity is in the range of approximately 10 to 100 Ω · cm. For this reason,
If the Mg concentration is adjusted by giving priority to the ohmic property, it is not possible to obtain a resistivity low enough to obtain a sufficient current spread in the p-type layer 20.

【0027】また、p型クラッド層5はGaN、AlG
aN、AlInGaN等を用いて形成することができる
が、クラッド層としてはバンドギャップを大きくするた
めに、Alを含むAlGaNやAlInGaN等が一般
に用いられる。Alを含む層はMgをドープしてもAl
を含まない層に比較して抵抗率を十分低くすることがで
きない。例えば、Al0.14GaN0.86Nの場合、5×1
19〜2×1020/cm3であり、このとき抵抗率はほ
ぼ20〜150Ω・cmの範囲である。
The p-type clad layer 5 is made of GaN or AlG.
Although it can be formed using aN, AlInGaN, or the like, AlGaN or AlInGaN containing Al is generally used for the cladding layer in order to increase the band gap. The layer containing Al is Al even if it is doped with Mg.
The resistivity cannot be made sufficiently low as compared with the layer not containing. For example, in the case of Al 0.14 GaN 0.86 N, 5 × 1
0 19 to 2 × 10 20 / cm 3 , and the resistivity is in the range of about 20 to 150 Ω · cm at this time.

【0028】一方、p型中間層6はp型不純物のドーピ
ング量を調整することにより、p型コンタクト層7やp
型クラッド層5よりも抵抗率を下げることができる。p
型中間層6の好ましいMg濃度の範囲は、結晶性にもよ
るが、例えば、p型中間層6としてGaNを用いる場
合、Mg濃度を5×1018〜8×1019/cm3の範囲
として抵抗率を約1.5Ω・cmとすることができる。
On the other hand, in the p-type intermediate layer 6, the p-type contact layer 7 and the p-type contact layer 7 are adjusted by adjusting the doping amount of the p-type impurity.
The resistivity can be made lower than that of the mold cladding layer 5. p
Although the preferable Mg concentration range of the type intermediate layer 6 depends on the crystallinity, for example, when GaN is used as the p-type intermediate layer 6, the Mg concentration is set to a range of 5 × 10 18 to 8 × 10 19 / cm 3 . The resistivity can be about 1.5 Ω · cm.

【0029】p型中間層6の抵抗率は1〜10Ω・cm
の範囲とすることが望ましい。p型中間層6の抵抗率が
p型コンタクト層と同程度まで高くなると、電流広がり
の効果が小さくなる傾向にある。Alを含む層はAlを
含まない層に比べ、抵抗率が高くなる傾向にあるので、
AlGaNを用いる場合は、そのMg濃度と抵抗率の関
係から、p型コンタクト層7やp型クラッド層5よりも
抵抗率が小さくなるように、Mg濃度を適宜調整するこ
とが望ましい。
The resistivity of the p-type intermediate layer 6 is 1 to 10 Ω · cm.
It is desirable to set the range to. When the resistivity of the p-type intermediate layer 6 is as high as that of the p-type contact layer, the effect of current spreading tends to be reduced. Since the layer containing Al tends to have a higher resistivity than the layer not containing Al,
When AlGaN is used, it is desirable to appropriately adjust the Mg concentration so that the resistivity is smaller than that of the p-type contact layer 7 or the p-type cladding layer 5 from the relationship between the Mg concentration and the resistivity.

【0030】ところで、抵抗率は、その値が小さいほど
電流が流れやすいことを示すので、電流の流れやすさの
指標として用いられる。AlGaNやAlInGaN等
のAlを含む層は、p型不純物をドープしてもGaNよ
りも抵抗率が高くなる傾向にあり、その混晶組成によっ
てもp型不純物ドープ量と抵抗率の関係が異なる。例え
ば、GaNの場合、Mg濃度を2×1019/cm3程度
まで増加させていくと抵抗率は約1.5Ω・cmまで低
下するが、その後、Mg濃度を増加させると抵抗率は増
大する。一方、Alを含むAl0.08Ga0.92Nの場合、
Mg濃度を1×1020/cm3まで増加させると抵抗率
は約6Ω・cmまで低下するが、その後、Mg濃度を増
加させると、GaNの場合と同様に抵抗率は増大する。
また、同じMg濃度の場合でもAlを含むと、Alを含
まない場合よりも抵抗率が高くなる。
By the way, the smaller the value of the resistivity, the easier the current flows. Therefore, the resistivity is used as an index of the ease of current flow. A layer containing Al, such as AlGaN or AlInGaN, tends to have a higher resistivity than GaN even if it is doped with p-type impurities, and the relationship between the p-type impurity doping amount and the resistivity differs depending on the mixed crystal composition. For example, in the case of GaN, the resistivity decreases to about 1.5 Ω · cm when the Mg concentration is increased to about 2 × 10 19 / cm 3, but the resistivity increases when the Mg concentration is increased thereafter. . On the other hand, in the case of Al 0.08 Ga 0.92 N containing Al,
When the Mg concentration is increased to 1 × 10 20 / cm 3 , the resistivity decreases to about 6 Ω · cm, but when the Mg concentration is increased thereafter, the resistivity increases as in the case of GaN.
Further, even if the Mg concentration is the same, if Al is contained, the resistivity becomes higher than that when Al is not contained.

【0031】このように、GaNやAlGaN等のp型
層はMg濃度や混晶組成により抵抗率が大きく変化す
る。つまり、層における電流の流れやすさが大きく変化
する。
As described above, the resistivity of the p-type layer such as GaN or AlGaN greatly changes depending on the Mg concentration and the mixed crystal composition. That is, the easiness of current flow in the layer changes significantly.

【0032】一方、抵抗率が高くなると、ホール効果測
定によりキャリア濃度を安定して測定することが困難に
なる傾向がある。そこで、本発明においては、Mg濃度
やキャリア濃度でなく、電流の流れやすさの指標であ
り、測定を比較的安定かつ簡便に行うことができる抵抗
率によって発光素子を特徴づけている。
On the other hand, when the resistivity is high, it tends to be difficult to stably measure the carrier concentration by the Hall effect measurement. Therefore, in the present invention, the light emitting element is characterized not by the Mg concentration or the carrier concentration but by the index of the easiness of current flow and by the resistivity which enables the measurement to be relatively stable and simple.

【0033】p型中間層6はInを含む層とすることも
できる。例えば、In0.05Ga0.95Nを用いて形成する
と、p型不純物をドープすることによりGaNやAlG
aNに比べて比較的容易に抵抗率を下げることができ
る。これはInを含むとGaNやAlGaNに比べてバ
ンドギャップが小さくなり、層に取り込まれたp型不純
物に対して得られるキャリア濃度の割合が増大するため
と考えられる。例えば、Mg濃度が2×1019/cm3
のとき、GaNの抵抗率が1.5Ω・cmであったのに
対し、In0.05Ga0.95Nの抵抗率は1Ω・cmであっ
た。
The p-type intermediate layer 6 may be a layer containing In. For example, when it is formed using In 0.05 Ga 0.95 N, GaN or AlG is formed by doping p-type impurities.
The resistivity can be lowered relatively easily as compared with aN. This is presumably because the band gap including In becomes smaller than that of GaN or AlGaN, and the ratio of the carrier concentration obtained with respect to the p-type impurities taken into the layer increases. For example, the Mg concentration is 2 × 10 19 / cm 3
At that time, the resistivity of GaN was 1.5 Ω · cm, whereas the resistivity of In 0.05 Ga 0.95 N was 1 Ω · cm.

【0034】なお、p型クラッド層5を形成しない場合
は、p型中間層6をクラッド層として用いることもでき
る。また、p型中間層6の混晶組成やMg濃度の範囲は
以上の数値範囲に限定されるものではなく、本発明の技
術思想に基づくものであれば、種々の変容が可能である
ことは無論である。
When the p-type cladding layer 5 is not formed, the p-type intermediate layer 6 can be used as the cladding layer. Further, the mixed crystal composition and the Mg concentration range of the p-type intermediate layer 6 are not limited to the above numerical ranges, and various modifications can be made as long as they are based on the technical idea of the present invention. Of course.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の半導体発光素子をその具体的
な製造方法に基づいて説明する。以下の実施例は、有機
金属気相成長法による窒化ガリウム系化合物半導体の成
長方法を示すものである。
The semiconductor light emitting device of the present invention will be described below based on its specific manufacturing method. The following example shows a method for growing a gallium nitride-based compound semiconductor by a metal organic chemical vapor deposition method.

【0036】(実施例1) 本実施例を図1を参照しながら説明する。(Example 1) This embodiment will be described with reference to FIG.

【0037】まず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板1を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基
板1の表面温度を1100℃に10分間保ち、水素ガス
を流しながら基板を加熱することにより、基板1の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くための
クリーニングを行う。
First, a sapphire substrate 1 having a mirror-finished surface is placed on a substrate holder in a reaction tube, the surface temperature of the substrate 1 is maintained at 1100 ° C. for 10 minutes, and the substrate is heated while flowing hydrogen gas. As a result, cleaning is performed to remove dirt and moisture such as organic substances attached to the surface of the substrate 1.

【0038】次に、基板1の表面温度を600℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを10リッ
トル/分、アンモニアを5リットル/分、トリメチルア
ルミニウム(以下、「TMA」と記す)を含むTMA用
のキャリアガスを20cc/分で流しながら、AlNか
ら成るバッファ層2を25nmの厚さで成長させる。
Next, the surface temperature of the substrate 1 is lowered to 600 ° C., nitrogen gas as a main carrier gas is 10 liters / minute, ammonia is 5 liters / minute, and trimethylaluminum (hereinafter referred to as “TMA”). The buffer layer 2 made of AlN is grown to have a thickness of 25 nm while flowing a carrier gas for TMA containing Pd of 20 cc / min.

【0039】次に、TMAのキャリアガスのみを止めて
1050℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、
窒素ガスを9リットル/分、水素ガスを0.95リット
ル/分で流しながら、新たにトリメチルガリウム(以
下、「TMG」と記す)のキャリアガスを4cc/分、
Si源である10ppmのSiH4(モノシラン)ガス
を10cc/分で流して60分間成長させて、Siをド
ープしたGaNからなるn型窒化ガリウム系化合物半導
体層3を2μmの厚さで成長させる。
Next, after stopping only the carrier gas of TMA and raising the temperature to 1050 ° C., as the main carrier gas,
While flowing nitrogen gas at 9 liters / minute and hydrogen gas at 0.95 liters / minute, a carrier gas of trimethylgallium (hereinafter referred to as “TMG”) is newly added at 4 cc / minute,
SiH 4 (monosilane) gas of 10 ppm as a Si source is flowed at 10 cc / min for growth for 60 minutes to grow an n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3 made of Si-doped GaN to a thickness of 2 μm.

【0040】n型窒化ガリウム系化合物半導体層3の成
長形成後、TMG用のキャリアガスとSiH4ガスを止
め、基板表面温度を750℃まで下降させ、新たに主キ
ャリアガスとして窒素ガスを10リットル/分、TMG
用のキャリアガスを2cc/分、トリメチルインジウム
(以下、「TMI」と記す)用のキャリアガスを200
cc/分で流しながら30秒間成長させて、アンドープ
のInGaNからなる発光層4を3nmの厚さで成長さ
せる。
After the growth and formation of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3, the carrier gas for TMG and the SiH 4 gas are stopped, the substrate surface temperature is lowered to 750 ° C., and 10 liters of nitrogen gas is newly used as the main carrier gas. / Min, TMG
Carrier gas for 2 cc / min and carrier gas for trimethylindium (hereinafter referred to as "TMI") 200
The light emitting layer 4 made of undoped InGaN is grown to have a thickness of 3 nm while being grown for 30 seconds while flowing at cc / min.

【0041】発光層4を成膜後、TMI用のキャリアガ
スとTMG用のキャリアガスを止め、基板表面温度を1
050℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを9リットル/分、水素ガスを0.90リットル
/分と、TMG用のキャリアガスを4cc/分、TMA
用のキャリアガスを6cc/分、Cp2Mg用のキャリ
アガスを50cc/分で流しながら4分間成長させて、
MgをドープしたAl0.14Ga0.86Nからなるp型クラ
ッド層5を0.1μmの厚さで成長させる。このp型ク
ラッド層5の抵抗率は38Ω・cmであった。
After forming the light emitting layer 4, the carrier gas for TMI and the carrier gas for TMG are stopped, and the substrate surface temperature is set to 1
The temperature is increased to 050 ° C., nitrogen gas is 9 liters / minute, hydrogen gas is 0.90 liters / minute as new main carrier gas, carrier gas for TMG is 4 cc / minute, TMA.
Carrier gas for Cp 2 Mg at 50 cc / min and carrier gas for Cp 2 Mg at 4 cc / min for 4 minutes to grow,
A p-type cladding layer 5 made of Al 0.14 Ga 0.86 N doped with Mg is grown to a thickness of 0.1 μm. The resistivity of this p-type cladding layer 5 was 38 Ω · cm.

【0042】引き続き、TMA用のキャリアガスのみを
止め、1050℃にて、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを9リットル/分、水素ガスを0.98リットル
/分と、TMG用のキャリアガスを4cc/分、Cp2
Mg用のキャリアガスを20cc/分で流しながら6分
間成長させて、MgをドープしたGaNからなるp型中
間層6を0.2μmの厚さで成長させる。このp型中間
層6の抵抗率は1.4Ω・cmであった。
Subsequently, only the carrier gas for TMA was stopped, and at 1050 ° C., nitrogen gas of 9 liter / min and hydrogen gas of 0.98 liter / min were newly added as the main carrier gas, and the carrier gas for TMG was changed. 4 cc / min, Cp 2
The carrier gas for Mg is allowed to flow for 20 minutes at a rate of 20 cc / min to grow the p-type intermediate layer 6 made of GaN doped with Mg to a thickness of 0.2 μm. The p-type intermediate layer 6 had a resistivity of 1.4 Ω · cm.

【0043】さらに引き続き、1050℃にて、新たに
主キャリアガスとして窒素ガスを9リットル/分、水素
ガスを0.90リットル/分と、TMG用のキャリアガ
スを4cc/分、Cp2Mg用のキャリアガスを100
cc/分で流しながら3分間成長させて、Mgをドープ
したGaNからなるp型コンタクト層7を0.1μmの
厚さで成長させる。このp型コンタクト層7の抵抗率
は、30Ω・cmであった。
Then, at 1050 ° C., nitrogen gas is newly added as a main carrier gas at 9 liters / minute, hydrogen gas is newly added at 0.90 liters / minute, carrier gas for TMG is 4 cc / minute, and Cp 2 Mg is used. Carrier gas of 100
The p-type contact layer 7 made of GaN doped with Mg is grown to a thickness of 0.1 μm by growing for 3 minutes while flowing at cc / min. The resistivity of this p-type contact layer 7 was 30 Ω · cm.

【0044】成長後、原料ガスであるTMGガスとCp
2Mgガスとアンモニアを止めて、窒素ガスと水素ガス
をそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウ
ェハーを反応管から取り出す。
After the growth, the source gases TMG gas and Cp
2 After stopping the Mg gas and the ammonia and cooling to room temperature while flowing the nitrogen gas and the hydrogen gas at the same flow rates, the wafer is taken out from the reaction tube.

【0045】このようにして形成したn型窒化ガリウム
系化合物半導体層3と発光層4とp型層20とからなる
量子井戸構造を含むp−n接合に対して、フォトリソグ
ラフィと反応性イオンエッチング法を用いてp型層20
及び発光層4の一部をエッチングして、n型窒化ガリウ
ム系化合物半導体薄膜3の一部を露出させた。そして、
露出させたn型窒化ガリウム系化合物半導体層3にオー
ミック電極であるn側電極10をフォトリソグラフィと
蒸着法を用いて接合形成した。一方、p型コンタクト層
7上には、p型コンタクト層7の表面積の約80%を占
める面積のNiとAuとからなる透光性電極8をフォト
リソグラフィと蒸着法を用いて接合形成した。Niの膜
厚は3nm、Auの膜厚は7nmとした。さらに、透光
性電極8の上に、Auからなるp側パッド電極9をフォ
トリソグラフィと蒸着法を用いて接合形成した。この結
果、p型コンタクト層7の表面積に対する透光性電極8
の占める面積の割合を約70%とした。この透光性電極
の透過率は約60%であった。
Photolithography and reactive ion etching are applied to the pn junction including the quantum well structure composed of the n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3, the light emitting layer 4 and the p-type layer 20 thus formed. P-type layer 20 using
A part of the light emitting layer 4 was etched to expose a part of the n-type gallium nitride based compound semiconductor thin film 3. And
An n-side electrode 10, which is an ohmic electrode, was formed on the exposed n-type gallium nitride compound semiconductor layer 3 by photolithography and vapor deposition. On the other hand, on the p-type contact layer 7, a translucent electrode 8 made of Ni and Au having an area occupying about 80% of the surface area of the p-type contact layer 7 was formed by bonding using photolithography and vapor deposition. The film thickness of Ni was 3 nm, and the film thickness of Au was 7 nm. Further, a p-side pad electrode 9 made of Au was formed on the transparent electrode 8 by photolithography and vapor deposition. As a result, the transparent electrode 8 with respect to the surface area of the p-type contact layer 7 is formed.
The ratio of the area occupied by is about 70%. The transmissivity of this translucent electrode was about 60%.

【0046】この後、サファイアの基板1の裏面を研磨
して100μm程度まで薄くし、スクライブによりチッ
プ状に分離した。このチップを電極形成面を上向きにし
てステムに接着した後、チップのn側電極10およびp
側パッド電極9をそれぞれステム上の電極にワイヤで結
線し、その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製し
た。この発光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動
したところ、順方向電圧は3.6V、発光出力は900
μWであり、波長430nmの青紫色発光を呈した。ま
た、樹脂モールドしていない段階で、チップの発光状態
を顕微鏡で観察したところ、p側パッド電極9を形成し
た領域を除くp型コンタクト層7のほぼ全面で発光して
いるのが認められた。
Thereafter, the back surface of the sapphire substrate 1 was polished to a thickness of about 100 μm, and scribed to separate it into chips. This chip was adhered to the stem with the electrode forming surface facing upward, and then the n-side electrode 10 and p of the chip were bonded.
Each of the side pad electrodes 9 was connected to the electrode on the stem with a wire, and then resin-molded to manufacture a light emitting diode. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, the forward voltage was 3.6 V and the light emission output was 900
μW, and emitted blue-violet light with a wavelength of 430 nm. In addition, when the light emitting state of the chip was observed with a microscope before resin molding, it was found that light was emitted from almost the entire surface of the p-type contact layer 7 except the region where the p-side pad electrode 9 was formed. .

【0047】(実施例2) p型コンタクト層7上に、p型コンタクト層7の表面積
の約70%を占める面積の透光性電極8を形成し、その
上にp側パッド電極9を形成した結果、p型コンタクト
層7に対する透光性電極8の占める面積の割合を約40
%とする以外は、実施例1と同様にして、発光ダイオー
ドを作製した。この発光ダイオードを20mAの順方向
電流で駆動したところ、順方向電圧は3.6V、発光出
力は1080μWであり、波長430nmの青紫色発光
を呈した。
Example 2 A transparent electrode 8 having an area occupying about 70% of the surface area of the p-type contact layer 7 is formed on the p-type contact layer 7, and a p-side pad electrode 9 is formed thereon. As a result, the ratio of the area occupied by the transparent electrode 8 to the p-type contact layer 7 is about 40.
A light emitting diode was produced in the same manner as in Example 1 except that the percentage was changed. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, the forward voltage was 3.6 V, the emission output was 1080 μW, and blue-violet emission with a wavelength of 430 nm was exhibited.

【0048】本実施例においては、透光性電極8の面積
を実施例1と比較して小さく形成したにもかかわらず、
発光出力は増大した。これはp型層20で電流が十分広
がり、透光性電極8を通過する光の割合が減少し、p型
コンタクト層7から直接取り出される割合が増大したた
めであると思われる。
In this embodiment, although the area of the transparent electrode 8 is formed smaller than that of the first embodiment,
The luminescence output increased. It is considered that this is because the current spreads sufficiently in the p-type layer 20, the proportion of light passing through the transparent electrode 8 decreases, and the proportion of light directly extracted from the p-type contact layer 7 increases.

【0049】ここで、p型中間層6を形成しない以外
は、実施例2と同様にして発光ダイオードを比較例とし
て作製した。この作製した発光ダイオードを20mAの
順方向電流で駆動したところ、順方向電圧、波長及びス
ペクトル半値幅はほぼ同程度であったのに対し、発光出
力は720μWと、実施例2の発光ダイオードと比較し
て顕著な差が認められた。
Here, a light emitting diode was manufactured as a comparative example in the same manner as in Example 2 except that the p-type intermediate layer 6 was not formed. When the manufactured light emitting diode was driven by a forward current of 20 mA, the forward voltage, wavelength and spectrum half-width were almost the same, but the light emission output was 720 μW, which was compared with the light emitting diode of Example 2. Then, a remarkable difference was recognized.

【0050】(実施例3) GaNの代わりにAl0.05Ga0.95Nを用いてp型中間
層6を形成した以外は、実施例2と同様にして発光ダイ
オードを作製した。具体的には、p型中間層6は、10
50℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを9
リットル/分、水素ガスを0.90リットル/分と、T
MG用のキャリアガスを4cc/分、TMA用のキャリ
アガスを4cc/分、Cp2Mg用のキャリアガスを5
0cc/分で流しながら8分間成長させて、0.2μm
の厚さで成長させた。この層の抵抗率は9Ω・cmであ
った。この発光ダイオードを20mAの順方向電流で駆
動したところ、順方向電圧は3.8V、発光出力は98
0μWであり、波長430nmの青紫色発光を呈した。
Example 3 A light emitting diode was produced in the same manner as in Example 2 except that the p-type intermediate layer 6 was formed by using Al 0.05 Ga 0.95 N instead of GaN. Specifically, the p-type intermediate layer 6 has 10
Nitrogen gas was newly added as the main carrier gas at 50 ° C.
L / min, hydrogen gas 0.90 l / min, T
Carrier gas for MG is 4 cc / min, carrier gas for TMA is 4 cc / min, carrier gas for Cp 2 Mg is 5 cc / min.
Grow for 8 minutes while flowing at 0 cc / min to 0.2 μm
Grown to a thickness of. The resistivity of this layer was 9 Ω · cm. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, the forward voltage was 3.8 V and the light emission output was 98.
It was 0 μW, and emitted blue-violet light with a wavelength of 430 nm.

【0051】(実施例4) AlGaNの代わりに(Al0.05Ga0.950.98In
0.02Nを用いてp型中間層6を形成した以外は、実施例
3と同様にして発光ダイオードを作製した。具体的に
は、p型中間層6は、1050℃にて、新たに主キャリ
アガスとして窒素ガスを9リットル/分、水素ガスを
0.90リットル/分と、TMA用のキャリアガスを4
cc/分、TMG用のキャリアガスを4cc/分、TM
I用のキャリアガスを10cc/分、Cp 2 Mg用のキ
ャリアガスを70cc/分で流しながら8分間成長させ
て、0.2μmの厚さで成長させた。実施例3のAlG
aNからなるp型中間層6と比較して、Inを含ませる
ことにより、この層の抵抗率を4Ω・cmと小さくする
ことができた。この発光ダイオードを20mAの順方向
電流で駆動したところ、順方向電圧は3.7V、発光出
力は1030μWであり、波長430nmの青紫色発光
を呈した。
(Example 4) (Al 0.05 Ga 0.95 ) 0.98 In instead of AlGaN
A light emitting diode was produced in the same manner as in Example 3 except that the p-type intermediate layer 6 was formed using 0.02 N. Specifically, the p-type intermediate layer 6 has a new main carrier gas of nitrogen gas of 9 liters / minute, hydrogen gas of 0.90 liters / minute, and TMA carrier gas of 4 times at 1050 ° C.
cc / min, carrier gas for TMG 4 cc / min, TM
The carrier gas for I and the carrier gas for Cp 2 Mg were allowed to grow at a flow rate of 10 cc / min and 70 cc / min, respectively, for 8 minutes to have a thickness of 0.2 μm. AlG of Example 3
By including In, the resistivity of this layer could be reduced to 4 Ω · cm as compared with the p-type intermediate layer 6 made of aN. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, the forward voltage was 3.7 V, the emission output was 1030 μW, and blue-violet emission with a wavelength of 430 nm was exhibited.

【0052】(実施例) AlGaNからなるp型クラッド層を成長させた後、
MgをドープしたGaNからなるp型中間層6を0.3
μmの厚さで成長させ、さらにこの後、Mgをドープし
たIn0.05Ga0.95Nからなるp型コンタクト層7を
0.05μmの厚さで成長させる以外は、実施例2と同
様にして発光ダイオードを作製した。具体的には、p型
中間層6は、1050℃にて、新たに主キャリアガスと
して窒素ガスを9リットル/分、水素ガスを0.98リ
ットル/分と、TMG用のキャリアガスを4cc/分、
Cp2Mg用のキャリアガスを20cc/分で流しなが
ら9分間成長させて、0.3μmの厚さで成長させる。
この層の抵抗率は1.4Ω・cmであった。また、p型
コンタクト層7は、850℃にて、新たに主キャリアガ
スとして窒素ガスを10リットル/分と、TMI用のキ
ャリアガスを12cc/分、TMG用のキャリアガスを
4cc/分、Cp2Mg用のキャリアガスを30cc/
分で流しながら1.5分間成長させて、In0.05Ga
0.95N層を0.05μmの厚さで形成した。この層の抵
抗率は1.2Ω・cmであった。この発光ダイオードを
20mAの順方向電流で駆動したところ、順方向電圧は
3.5V、発光出力は1080μWであり、波長430
nmの青紫色発光を呈した。
Example 5 After growing the p-type cladding layer 5 made of AlGaN,
The p-type intermediate layer 6 made of GaN doped with Mg has a thickness of 0.3.
The light emitting diode was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the p-type contact layer 7 made of In 0.05 Ga 0.95 N doped with Mg was grown to a thickness of 0.05 μm. Was produced. Specifically, the p-type intermediate layer 6 has a nitrogen gas of 9 l / min, a hydrogen gas of 0.98 l / min, and a carrier gas of 4 cc / min for TMG at 1050 ° C. Minutes,
The carrier gas for Cp 2 Mg is grown at a flow rate of 20 cc / min for 9 minutes to grow to a thickness of 0.3 μm.
The resistivity of this layer was 1.4 Ω · cm. At 850 ° C., the p-type contact layer 7 has a nitrogen gas of 10 liter / min, a carrier gas of TMI of 12 cc / min, a carrier gas of TMG of 4 cc / min, and a Cp of Cp. 2 Carrier gas for Mg 30cc /
Flowed for 1.5 minutes to grow In 0.05 Ga
A 0.95 N layer was formed with a thickness of 0.05 μm. The resistivity of this layer was 1.2 Ω · cm. When this light emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, the forward voltage was 3.5 V, the light emission output was 1080 μW, and the wavelength was 430
It emitted blue-violet emission of nm.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、基板上に窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜からなるn型層と発光層とp型層と
を有する発光素子において、p型層を抵抗率に差がある
二層または三層の構造としたことにより、p型層におけ
る電流の広がりが改善されるので、p型層の上面に形成
する透光性電極の面積を小さくすることができ、光が透
光性電極を通過する割合を小さくしp型層から直接取り
出される光の割合を大きくして発光効率を高く維持する
ことができるという優れた効果が得られる。
According to the present invention, in a light emitting device having an n-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film, a light-emitting layer and a p-type layer on a substrate, the p-type layer has a difference in resistivity. By adopting a three-layer structure or a three-layer structure, the spread of current in the p-type layer is improved, so that the area of the transparent electrode formed on the upper surface of the p-type layer can be reduced and the light can be transmitted. An excellent effect is obtained in which the ratio of light passing through the electrode is reduced and the ratio of light directly extracted from the p-type layer is increased to maintain high luminous efficiency.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図
FIG. 2 shows a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device.
Cross section showing structure

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 n型窒化ガリウム系化合物半導体層 4 発光層 5 p型クラッド層 6 p型中間層(第二の層) 7 p型コンタクト層(第一の層) 8 透光性電極 9 p側パッド電極 10 n側電極 20 p型層 1 substrate 2 buffer layers 3 n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer 4 Light emitting layer 5 p-type clad layer 6 p-type intermediate layer (second layer) 7 p-type contact layer (first layer) 8 Translucent electrode 9 p-side pad electrode 10 n side electrode 20 p-type layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−97471(JP,A) 特開 平8−32111(JP,A) 特開 平6−90020(JP,A) 特開 平8−264831(JP,A) 特開 平8−167735(JP,A) 特開 平6−151966(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) References JP-A-8-97471 (JP, A) JP-A-8-32111 (JP, A) JP-A-6-9020 (JP, A) JP-A-8- 264831 (JP, A) JP-A-8-167735 (JP, A) JP-A-6-151966 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒化ガリウム系化合物半導体薄膜からな
るn型層と発光層とp型層とを有する半導体発光素子で
あって、p型層は、Mgをドープしたコンタクト層であ
る第一の層と、この第一の層よりも低濃度にMgをドー
プして低い抵抗率とした第二の層と、第二の層よりも
濃度にMgをドープして高い抵抗率とした第三の層を含
み、第二の層は第一の層と第三の層の間に形成されてい
ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。
1. A semiconductor light emitting device having an n-type layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor thin film, a light-emitting layer, and a p-type layer, wherein the p-type layer is a Mg-doped contact layer.
Of the first layer and Mg in a lower concentration than the first layer.
Second layer with low resistivity and higher than the second layer
A gallium nitride-based compound semiconductor, comprising a third layer having a high resistivity by doping with Mg in a concentration , wherein the second layer is formed between the first layer and the third layer Light emitting element.
【請求項2】 第二の層は、少なくともインジウムを含
ことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。
2. The second layer contains at least indium.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the free it.
【請求項3】 第二の層の抵抗率は、1〜10Ω・cm
の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
3. The resistivity of the second layer is 1 to 10 Ω · cm.
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1 or 2, characterized in that
【請求項4】 前記第二の層のMg濃度は5×10 18
8×10 19 /cm 3 の範囲であることを特徴とする請求
項1から3のいずれかの項に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。
4. The Mg concentration of the second layer is 5 × 10 18 to
The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device has a range of 8 × 10 19 / cm 3 .
【請求項5】 前記第一の層上には、透光性電極が形成
されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか
の項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. A transparent electrode is formed on the first layer.
The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein
【請求項6】 前記第一の層がGaN、前記第二の層が
GaN、前記第三の層がAlGaNであることを特徴と
する請求項1から5のいずれかの項に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子。
6. The first layer is GaN and the second layer is
The gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5 , wherein GaN and the third layer are AlGaN .
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