JP3763701B2 - Gallium nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウム系半導体発光素子に関し、特に窒化ガリウム系半導体発光素子構造中のn型半導体層に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒化ガリウム系半導体は直接遷移型の光学遷移を行うため高効率発光再結合を可能とし、半導体レーザあるいは高輝度LEDなどの高効率発光素子材料として開発されている。窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた青色から緑色までのLEDは、実用化されている。図2は従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示した断面図である。従来の窒化ガリウム系半導体発光素子は、サファイア基板21上にバッファ層22、nGaNコンタクト層23、InGaN活性層24、pAlGaNクラッド層25、pGaNコンタクト層26を順次形成している。そしてpGaNコンタクト層26上にp側電極27を有し、nGaNコンタクト層23上の一部にn側電極28を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図2に示す従来の窒化ガリウム系半導体発光素子において、その動作電圧は低く、青色発光LED(450nm)を例にとれば、活性層のエネルギーギャップ(約2.7V)と素子構造内部の抵抗成分から約3V程度と見積もられる。しかしながら実用化されている素子は3.6〜4.0V程度の高い動作電圧を示す。この原因はp型半導体層の電流注入用金属電極との高コンタクト抵抗や、n型半導体層における高抵抗率である。nGaNコンタクト層23中の電圧は動作電圧の増加の一因である。図2に示したような表面コンタクト型(素子表面からp、nの電極を取る)の素子は、上下コンタクト型(基板裏面に一方の電極を取る)の素子に比べn型コンタクト層23中におけるキャリアの移動距離が数百倍にもなり、nGaNコンタクト層23中での電圧降下が比較的大きくなる。形状と結晶特性から見積もられる抵抗成分は約30Ωであり20mAでの電圧降下は0.6Vと大きな値になる。n型コンタクト層23には主にGaNやAlGaNが用いられている。これらの材料へ不純物をドーピングして抵抗率を低減することができる。通常n型の不純物にはSiが用いられる。しかしながら高濃度のドーピングは欠陥結晶の発生の原因となる。濃度約5E18cm−3を超えると、結晶に六角錐状のピットがあらわれ平坦性を損なう原因となる。従って不純物をn型コンタクト層中へ高濃度ドーピングできないため、n型コンタクト層における電圧降下は動作電圧を高める原因となる。
【0004】
また、従来構造では発光の均一性が低いという問題がある。一般に窒化ガリウム系半導体はGaAs、GaP等の3、4族化合物半導体に比べて電流を流しにくい性質を持つ。従ってn側電極から供給される電子はnGaNコンタクト層23内において横方向へ広がりにくく、n側電極からの最短距離を通って達する活性層の一部分に集中してしまうからである。そこでn型半導体中にInを有する高キャリア濃度半導体層を設けて、活性層へのキャリア注入を均一にすることにより発光を均一に行う化合物半導体発光素子が考案されている(特開平8−23124)。図3はその窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図である。サファイア基板31上にバッファ層32、nGaNコンタクト層33を順次有し、nGaNコンタクト層33上に、nInAlGaN層34を有している。nInAlGaN層34上にはnAlGaNクラッド層35、InGaN活性層36、pAlGaNクラッド層37、pGaNコンタクト層38を順次形成している。pGaNコンタクト層38上にp側電極39を有し、pGaNコンタクト層38、pAlGaNクラッド層37、InGaN活性層36、nAlGaNクラッド層35、nInAlGaN層34およびnGaNコンタクト層33の一部をエッチングし露出したnGaNコンタクト層33上にn側電極40を有している。なお、この窒化ガリウム系半導体発光素子の層厚はnGaNコンタクト層33が1μm〜5μm、nInAlGaN層34が10Å〜1μm、nAlGaNクラッド層35及びpAlGaNクラッド層37及びpGaNコンタクト層38が50Å〜1μm、InGaN活性層36が50Å〜0.5μmである。この構造ではn型コンタクト層から供給された電子がキャリア濃度の高いn型InAlGaN中を通って均一に広がり、活性層での発光の均一性を向上することができている。しかしながら、n型InAlGaN層34は1μm以下の薄膜であるため、この層中における抵抗成分も比較的大きく、この素子の20mAにおける動作電圧は3.3Vである。従ってこの構造においても動作電圧に対する改善効果はまだ不充分である。
【0005】
また図2及び図3に示した従来構造では、活性層のInGaN5及び36は膜厚が薄いために比較的厚いnGaNコンタクト層3及び33に格子整合して成長しており、結晶中に歪を含んで形成されている。InGaNはGaNよりも格子定数が大きいために、GaNコンタクト層に格子整合したInGaN活性層の結晶中には圧縮歪が生じる。これによりInGaN内にはピエゾ電界が発生し、結晶内に存在するキャリア(電子と正孔)を空間的に分離するため、再結合確率の低下を伴う。これはLED内の内部量子効率を低下させるものであり、望ましくない。以上において従来の窒化ガリウム系発光素子ではいくつかの問題を含んでいた。本発明は上記事情に顧みてなされたものであり、その目的は動作電圧が低く発光が均一で、且つ発光効率の高い窒化ガリウム系発光素子並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子は、基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第一のn型半導体層と、前記第一のn型半導体層上に形成された第二のn型半導体層と、前記第二のn型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたp型半導体層と、前記第一のn型半導体層上に形成された電極とを具備し、前記第一のn型半導体層はインジウムを含み、且つ前記第二のn型半導体層より電子キャリア濃度及び層厚が大きいことを特徴とする。
前記第一のn型半導体層は1μm以上の層厚を有することを特徴とする。
本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法において、有機金属気相成長法により成長速度0.5μm/h以上、温度800℃以上1000℃以下の範囲において窒化インジウムガリウムからなる層を形成することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図である。本実施例はInを含有したnコンタクト層を有し、そのnコンタクト層上にn側電極を有している点で従来例と異なる。構造について詳しく説明する。サファイア基板1上にバッファ層2を有し、バッファ層2上にInを含むnInGaNコンタクト層3を形成している。nInGaNコンタクト層3上に、nAlGaNクラッド4層を有している。nAlGaNクラッド層4上にはInGaN活性層5、pAlGaNクラッド層6、pGaNコンタクト層7を順次形成している。pGaNコンタクト層7上にアノード電極8を有し、pAlGaNクラッド層7、InGaN活性層5、nAlGaNクラッド層4およびnInGaNコンタクト層3の一部をエッチングし露出したn−InGaNコンタクト層3上にn側電極9を有している。なお層厚について、 nInGaNコンタクト層3は4μm、 nAlGaNクラッド層4及びpAlGaNクラッド層6及びpGaNコンタクト層7は0.1μm、 InGaN活性層5は20Åである。n−InGaNコンタクト層3の組成比はGaが0.9、Inは0.1である。
【0008】
次に本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明する。本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子は有機金属気相成長法(MOCVD法)により形成した。詳しくは以下のプロセスにより結晶成長を行っている。まずサファイア基板1を水素雰囲気中、1100℃で10分間クリーニングする。サファイア基板1を500℃に降温し、成長原料を水素キャリアガスで供給してバッファ層2を形成する。基板温度を1000℃に昇温し、TMG、TMI、NH、SiHを窒素キャリアガスで供給してnInGaNコンタクト層3を形成する。なおnInGaNコンタクト層3を4μmの層厚に形成するために、成長速度を通常よりも大きくする必要がある。InGaN層の成長においてTMGの供給量がほぼ成長速度を決めるため、本実施例において1μm/hの成長速度に対し8.3x10−5mol/minとしている。形成されるInGaNコンタクト層の電子キャリア濃度は5x1019cm−3である。次に基板温度を1050℃に昇温し、TMG、TMA、NH、SiHを水素キャリアガスで供給してnAlGaNクラッド層4を形成する。その後基板温度を750℃に降温し、TMG、TMI、NHを窒素キャリアガスで供給してInGaN活性層5を形成する。基板温度を1050℃に昇温し、TMG、TMA、NH、CpMgを水素キャリアガスで供給してpAlGaNクラッド層6を形成する。基板温度を変えずにTMG、 NH、CpMgを水素キャリアガスで供給してpGaNコンタクト層7を形成する。次に得られた構造に対しエッチングによりpGaNコンタクト層7、pAlGaNクラッド層6、InGaN活性層5、nAlGaNクラッド層4、及びnInGaNコンタクト層3の一部を除去して露出したnInGaNコンタクト層3上にn側電極を形成する。pGaNコンタクト層7上にはp側電極を形成して素子構造とした。
【0009】
本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造が従来例と異なる点はnコンタクト層3にInを含んだInGaN混晶を用いており、4μmの層厚を有することである。
図3に示した従来例ではIn含有n型層34の結晶品質の観点からその膜厚を1μm以下に制限しているため、動作電圧の十分な低減を図れないことは上述の通りである。本実施例におけるnInGaNコンタクト層において、その電気的特性はキャリア濃度が5x1019cm−3で抵抗率が0.001Ωcmであり、従来用いられていたGaNコンタクト層の0.008Ωcm(キャリア濃度:5x1018cm−3)より良好である。従ってnコンタクト層3における電圧降下を低減でき、素子の動作電圧を低減できる。
更にnInGaNコンタクト層3とnAlGaNクラッド層4の積層構造も抵抗を低減している。InGaNとAlGaNとの大きなエネルギーギャップの差により、界面方向へのキャリアの移動が促進されるためである。界面方向、すなわち横方向への電流の広がりが容易になるため、活性層への均一なキャリア注入が行われる。この結果素子の均一発光が実現できる。
【0010】
InGaNコンタクト層3(In組成0.1)上に格子整合して成長したInGaN活性層5(In組成0.25)はそのIn組成差分だけ圧縮歪が生じている。しかしながら、GaNを下地とした従来例の構造と比べると活性層中の歪量は小さい。nInGaNコンタクト層3はインジウムを含有するため柔らかい結晶を有し、InGaN活性層5に生じる圧縮歪を緩和するためである。従って活性層内に発生するピエゾ電界は小さくなり、電子と正孔の再結合確率が高くなり、効率の高い発光が可能となる。
本実施例における発光素子に対しバイアスを印加して電流を注入したところ、活性層からの主発光波長450nmの均一な発光が観察された。順方向電流20mAにおいて動作電圧は3.0Vであり、発光出力は8mWであった。
本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法において従来例と異なる点は1μm/hの成長速度と高い成長温度でインジウムを含むコンタクト層を結晶成長していることである。これにより膜の厚い高品質なInGaN結晶を形成することができる。膜の厚いnInGaNコンタクト層3を形成することによりn側電極9を形成するためのエッチングの遊度が大きくなり、nInGaNコンタクト層への電極形成が可能になる。
【0011】
本発明における実施の形態は以上に示したものに限定されない。nInGaNコンタクト層3の不純物はSiを用いたが、代わりにGe、O、C等を用いても同様の効果を得られる。 nInGaNコンタクト層3の電子キャリア濃度は5x10−19cmとしたが、1x1019cm−3乃至1x10−22cmの範囲で変更可能である。本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子はnAlGaNクラッド層4を有しているが、nInGaNコンタクト層3上に直接InGaN活性層5を形成することも可能である。しかしこの場合、InGaN活性層5のIn組成はnInGaNコンタクト層3よりも大きくする必要がある。本発明はInを含有し1μm以上の層厚を有するn型半導体層と、その上面にn側電極を有する窒化ガリウム系半導体発光素子に関するものであり、この構造を満たすものであれば素子形成上問題のない範囲で構造の変更は可能である。nInGaNコンタクト層3の成長速度は1μm/hとしたがこれに限るものではなく、素子形成上問題のない範囲で変更可能である。nInGaNコンタクト層3の成長温度は1000℃としたが、同様に素子形成上問題のない範囲で変更可能である。本実施例は窒化ガリウム系LEDに関するものであるが、窒化ガリウム系LDへの適用も可能である。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施可能である。
【0012】
【発明の効果】
本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造により動作電圧が低く、活性層の均一発光が得られ、かつ発光出力の向上した素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図、
【図2】従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図、
【図3】従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図。
【符号の説明】
1…サファイア基板
2…バッファ層
3… nInGaNコンタクト層
4… nAlGaNクラッド層
5… InGaN活性層
6… pAlGaNクラッド層
7… pGaNコンタクト層
8、 9…電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gallium nitride based semiconductor light emitting device, and more particularly to an n-type semiconductor layer in a gallium nitride based semiconductor light emitting device structure.
[0002]
[Prior art]
Gallium nitride semiconductors are capable of high-efficiency recombination due to direct transition optical transition, and have been developed as high-efficiency light-emitting element materials such as semiconductor lasers and high-intensity LEDs. LEDs from blue to green using gallium nitride based semiconductor light emitting devices have been put into practical use. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device. In the conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device, a buffer layer 22, an n GaN contact layer 23, an InGaN active layer 24, a p AlGaN cladding layer 25 and a p GaN contact layer 26 are sequentially formed on a sapphire substrate 21. . A p side electrode 27 is provided on the p GaN contact layer 26, and an n side electrode 28 is provided on a part of the n GaN contact layer 23.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device shown in FIG. 2, the operating voltage is low. For example, when a blue light emitting LED (450 nm) is taken as an example, the energy gap (about 2.7 V) of the active layer and the resistance component inside the device structure Is estimated to be about 3V. However, devices that are put into practical use exhibit a high operating voltage of about 3.6 to 4.0V. This is due to the high contact resistance of the p-type semiconductor layer with the metal electrode for current injection and the high resistivity of the n-type semiconductor layer. The voltage in the n GaN contact layer 23 contributes to an increase in operating voltage. The surface contact type element (p and n electrodes are taken from the element surface) as shown in FIG. 2 is in the n type contact layer 23 as compared with the upper and lower contact type elements (one electrode is taken on the back side of the substrate). The moving distance of carriers is several hundred times, and the voltage drop in the n GaN contact layer 23 becomes relatively large. The resistance component estimated from the shape and crystal characteristics is about 30Ω, and the voltage drop at 20 mA is as large as 0.6V. For the n-type contact layer 23, GaN or AlGaN is mainly used. These materials can be doped with impurities to reduce the resistivity. Usually, Si is used for n-type impurities. However, high concentration doping causes the generation of defective crystals. If the concentration exceeds about 5E18 cm −3 , hexagonal pyramid pits appear in the crystal, which causes the flatness to be impaired. Therefore, since the impurity cannot be doped at a high concentration into the n-type contact layer, the voltage drop in the n-type contact layer causes the operating voltage to increase.
[0004]
Further, the conventional structure has a problem that the uniformity of light emission is low. In general, gallium nitride-based semiconductors have a property that current is less likely to flow than group 3 and 4 compound semiconductors such as GaAs and GaP. Therefore, electrons supplied from the n side electrode are difficult to spread in the lateral direction in the n GaN contact layer 23 and concentrate on a part of the active layer reaching through the shortest distance from the n side electrode. Therefore, a compound semiconductor light emitting device has been devised that emits light uniformly by providing a high carrier concentration semiconductor layer containing In in an n-type semiconductor and making carrier injection into the active layer uniform (JP-A-8-23124). ). FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device. A buffer layer 32 and an n GaN contact layer 33 are sequentially provided on the sapphire substrate 31, and an n InAlGaN layer 34 is provided on the n GaN contact layer 33. On the n InAlGaN layer 34, an n AlGaN cladding layer 35, an InGaN active layer 36, a p AlGaN cladding layer 37, and a p GaN contact layer 38 are sequentially formed. p - p on the GaN contact layer 38 - have a side electrode 39, p - GaN contact layer 38, p - AlGaN cladding layer 37, InGaN active layer 36, n - AlGaN cladding layer 35, n - InAlGaN layer 34 and the n The n side electrode 40 is provided on the n GaN contact layer 33 exposed by etching a part of the GaN contact layer 33. Incidentally, the layer thickness of the gallium nitride-based semiconductor light-emitting element is n - GaN contact layer 33 is 1 m to 5 m, n - InAlGaN layer 34 is 10Å~1μm, n - AlGaN cladding layer 35 and the p - AlGaN cladding layer 37 and p - The GaN contact layer 38 is 50 to 1 μm, and the InGaN active layer 36 is 50 to 0.5 μm. In this structure, electrons supplied from the n-type contact layer spread uniformly through the n-type InAlGaN having a high carrier concentration, and the uniformity of light emission in the active layer can be improved. However, since the n-type InAlGaN layer 34 is a thin film of 1 μm or less, the resistance component in this layer is also relatively large, and the operating voltage of this element at 20 mA is 3.3V. Therefore, even in this structure, the improvement effect on the operating voltage is still insufficient.
[0005]
In the conventional structure shown in FIGS. 2 and 3, since the active layers InGaN 5 and 36 are thin, they grow in lattice matching with the relatively thick n GaN contact layers 3 and 33, It is formed including distortion. Since InGaN has a larger lattice constant than GaN, compressive strain occurs in the crystal of the InGaN active layer lattice-matched to the GaN contact layer. As a result, a piezoelectric field is generated in InGaN, and carriers (electrons and holes) existing in the crystal are spatially separated, which is accompanied by a decrease in recombination probability. This reduces the internal quantum efficiency in the LED and is undesirable. As described above, the conventional gallium nitride-based light emitting device has some problems. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gallium nitride-based light emitting device having a low operating voltage, uniform light emission and high light emission efficiency, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on a buffer layer formed on a substrate, a first n-type semiconductor layer formed on the buffer layer, and the first n-type semiconductor layer. A second n-type semiconductor layer, an active layer formed on the second n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer formed on the active layer, and the first n-type semiconductor layer And the first n-type semiconductor layer contains indium and has an electron carrier concentration and a layer thickness larger than those of the second n-type semiconductor layer.
The first n-type semiconductor layer has a layer thickness of 1 μm or more.
In the method for producing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention, a layer made of indium gallium nitride is formed at a growth rate of 0.5 μm / h or higher and a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by metal organic vapor phase epitaxy. It is characterized by.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention. This example n contained In - has a contact layer, the n - different from the conventional example in that it has a side electrode - n on the contact layer. The structure will be described in detail. A buffer layer 2 is provided on the sapphire substrate 1, and an n InGaN contact layer 3 containing In is formed on the buffer layer 2. On the n InGaN contact layer 3, there are four n AlGaN cladding layers. On the n AlGaN cladding layer 4, an InGaN active layer 5, a p AlGaN cladding layer 6, and a p GaN contact layer 7 are sequentially formed. An n- electrode having an anode electrode 8 on the p GaN contact layer 7 and etching and exposing a part of the p AlGaN cladding layer 7, the InGaN active layer 5, the n AlGaN cladding layer 4 and the n InGaN contact layer 3. An n - side electrode 9 is provided on the InGaN contact layer 3. Regarding the layer thickness, the n - InGaN contact layer 3 is 4 μm, the n - AlGaN cladding layer 4 and the p - AlGaN cladding layer 6 and the p - GaN contact layer 7 are 0.1 μm, and the InGaN active layer 5 is 20 μm. The composition ratio of the n-InGaN contact layer 3 is 0.9 for Ga and 0.1 for In.
[0008]
Next, a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example will be described. The gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example was formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Specifically, crystal growth is performed by the following process. First, the sapphire substrate 1 is cleaned in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. for 10 minutes. The sapphire substrate 1 is cooled to 500 ° C., and the growth material is supplied with a hydrogen carrier gas to form the buffer layer 2. The substrate temperature is raised to 1000 ° C., and TMG, TMI, NH 3 and SiH 4 are supplied with a nitrogen carrier gas to form the n InGaN contact layer 3. In order to form the n InGaN contact layer 3 with a thickness of 4 μm, it is necessary to increase the growth rate than usual. Since the supply amount of TMG almost determines the growth rate in the growth of the InGaN layer, in this embodiment, the growth rate is set to 8.3 × 10 −5 mol / min with respect to the growth rate of 1 μm / h. The electron carrier concentration of the formed InGaN contact layer is 5 × 10 19 cm −3 . Next, the substrate temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 , and SiH 4 are supplied by a hydrogen carrier gas to form the n AlGaN cladding layer 4. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 750 ° C., and TMG, TMI, and NH 3 are supplied with a nitrogen carrier gas to form the InGaN active layer 5. The substrate temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, NH 3 , and Cp 2 Mg are supplied with a hydrogen carrier gas to form the p - AlGaN cladding layer 6. TMG without changing the substrate temperature, the NH 3, Cp 2 Mg is supplied with hydrogen carrier gas to form p - GaN contact layer 7. Next, the p - GaN contact layer 7, the p - AlGaN clad layer 6, the InGaN active layer 5, the n - AlGaN clad layer 4, and a part of the n - InGaN contact layer 3 are removed by etching the obtained structure. An n side electrode is formed on the exposed n InGaN contact layer 3. p - is on the GaN contact layer 7 p - and an element to form a side electrode structure.
[0009]
The structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example is different from the conventional example in that the n contact layer 3 uses InGaN mixed crystal containing In and has a layer thickness of 4 μm.
In the conventional example shown in FIG. 3, since the film thickness is limited to 1 μm or less from the viewpoint of crystal quality of the In-containing n-type layer 34, the operating voltage cannot be sufficiently reduced as described above. In the n InGaN contact layer in this example, the electrical characteristics are a carrier concentration of 5 × 10 19 cm −3 and a resistivity of 0.001 Ωcm, which is 0.008 Ωcm (carrier concentration: Better than 5 × 10 18 cm −3 ). Therefore, the voltage drop in the n contact layer 3 can be reduced, and the operating voltage of the element can be reduced.
Furthermore, the laminated structure of the n InGaN contact layer 3 and the n AlGaN cladding layer 4 also reduces the resistance. This is because the movement of carriers toward the interface is promoted by the large energy gap difference between InGaN and AlGaN. Since current spreading in the interface direction, that is, in the lateral direction is facilitated, uniform carrier injection into the active layer is performed. As a result, uniform light emission of the element can be realized.
[0010]
The InGaN active layer 5 (In composition 0.25) grown in lattice matching on the n InGaN contact layer 3 (In composition 0.1) has a compressive strain corresponding to the In composition difference. However, the amount of strain in the active layer is small compared to the structure of the conventional example based on GaN. This is because the n InGaN contact layer 3 contains soft crystals because it contains indium, and relaxes the compressive strain generated in the InGaN active layer 5. Therefore, the piezoelectric field generated in the active layer is reduced, the recombination probability of electrons and holes is increased, and highly efficient light emission is possible.
When a current was injected by applying a bias to the light emitting element in this example, uniform light emission with a main emission wavelength of 450 nm from the active layer was observed. At a forward current of 20 mA, the operating voltage was 3.0 V and the light emission output was 8 mW.
The manufacturing method of the gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention is different from the conventional example in that the contact layer containing indium is grown at a growth rate of 1 μm / h and a high growth temperature. Thereby, a high-quality InGaN crystal having a thick film can be formed. By forming the thick n InGaN contact layer 3, the etching freedom for forming the n-side electrode 9 is increased, and the electrode can be formed on the n InGaN contact layer.
[0011]
Embodiments in the present invention are not limited to those shown above. The impurity of the n InGaN contact layer 3 is Si, but the same effect can be obtained by using Ge, O, C, or the like instead. The electron carrier concentration of the n InGaN contact layer 3 is 5 × 10 −19 cm 3 , but can be changed in the range of 1 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 −22 cm 3 . Although the gallium nitride based semiconductor light emitting device in this embodiment has the n AlGaN cladding layer 4, the InGaN active layer 5 can also be formed directly on the n InGaN contact layer 3. However, in this case, the In composition of the InGaN active layer 5 needs to be larger than that of the n InGaN contact layer 3. The present invention is a n-type semiconductor layer having a layer thickness of more than 1μm containing an In, n on the upper surface - relates gallium nitride based semiconductor light-emitting device having a side electrode, the element formation as long as it satisfies the structure The structure can be changed as long as there is no problem. The growth rate of the n InGaN contact layer 3 is 1 μm / h. However, the growth rate is not limited to this, and can be changed as long as there is no problem in element formation. Although the growth temperature of the n InGaN contact layer 3 is set to 1000 ° C., it can be changed within the range where there is no problem in element formation. This embodiment relates to a gallium nitride LED, but can also be applied to a gallium nitride LD. Other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0012]
【The invention's effect】
According to the structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device of the present invention, an element having a low operating voltage, uniform light emission of the active layer, and improved light emission output can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device.
[Explanation of symbols]
1 ... sapphire substrate 2 ... buffer layer 3 ... n - InGaN contact layer 4 ... n - AlGaN cladding layer 5 ... InGaN active layer 6 ... p - AlGaN cladding layer 7 ... p - GaN contact layer 8, 9 ... electrode

Claims (2)

基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第一のn型半導体層と、前記第一のn型半導体層上面に接して形成された第二のn型半導体層と、前記第二のn型半導体層上面に接して形成された活性層と、前記活性層上に形成されたp型半導体層と、前記第一のn型半導体層上に形成された電極と、を具備し、前記第一のn型半導体層及び前記活性層はインジウムを含み、前記第二のn型半導体層はAlGaNからなることを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子。A buffer layer formed on a substrate, a first n-type semiconductor layer formed on the buffer layer, the second n-type semiconductor layer formed in contact with said first n-type semiconductor layer on surface When the a second n-type semiconductor layer on surface active layer formed in contact, the active layer p-type semiconductor layer formed on the first n-type semiconductor electrode formed on the layer And the first n-type semiconductor layer and the active layer contain indium, and the second n-type semiconductor layer is made of AlGaN. 前記第一のn型半導体層は1μm以上の層厚を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。2. The gallium nitride based semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first n-type semiconductor layer has a layer thickness of 1 μm or more.
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US6635904B2 (en) * 2001-03-29 2003-10-21 Lumileds Lighting U.S., Llc Indium gallium nitride smoothing structures for III-nitride devices
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KR101017396B1 (en) * 2008-08-20 2011-02-28 서울옵토디바이스주식회사 Light emitting diode having modulation doped layer
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