JP3868136B2 - The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device - Google Patents

The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device Download PDF

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【0001】 [0001]
【産業上の利用分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は窒化物半導体In Al Ga 1−x−y N(0≦x、0≦y、x+y≦1)よりなり、発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の発光素子に用いられる窒化物半導体発光素子に関する。 The present invention is a nitride semiconductor In x Al y Ga 1-x -y N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) made of a light-emitting diode element, a nitride semiconductor used for the light emitting element such as a laser diode element It relates to a light-emitting element.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
窒化物半導体は高輝度純緑色発光LED、青色LEDとして、既にフルカラーLEDディスプレイ、交通信号灯、イメージスキャナ光源等の各種光源で実用化されている。 Nitride semiconductor high brightness pure green light emitting LED, a blue LED, has been put into practical use already full color LED displays, traffic lights, in various light sources such as an image scanner light source. これらのLED素子は基本的に、サファイア基板上にGaNよりなるn型コンタクト層と、単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造のInGaN層を包含する活性層と、MgドープAlGaNよりなるp型クラッド層と、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層とが順に積層された構造を有しており、20mA、発光波長450nmの青色LEDで、活性層が単一量子井戸構造の場合、2.5mW、外部量子効率5パーセント、活性層が多重量子井戸構造の場合、5mW、外部量子効率9.1パーセント、また発光波長520nmの緑色LEDで、単一量子井戸構造の場合、2.2mW、外部量子効率4.3パーセント、多重量子井戸構造の場合、3mW、外部量子効率6.3パーセントと非常に優れた特性を示す。 In these LED elements basically comprises a n-type contact layer made of GaN on a sapphire substrate, single quantum well structure or a encompass active layer InGaN layer having the multiple quantum well structure, p-type consisting of Mg-doped AlGaN and the cladding layer, and a p-type contact layer made of Mg-doped GaN has a laminated structure sequentially, 20 mA, a blue LED emission wavelength 450 nm, when the active layer is a single quantum well structure, 2.5 mW If the external quantum efficiency 5%, the active layer of multiple quantum well structure, 5 mW, the external quantum efficiency 9.1%, also a green LED emission wavelength 520 nm, the case of single quantum well structure, 2.2 mW, and the external quantum efficiency 4.3 percent, in the case of multiple quantum well structure, showing 3 mW, a very good characteristics and external quantum efficiency 6.3%.
【0003】 [0003]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、上記従来の窒化物半導体素子は、近年では屋外用の大型ディスプレイ等にも使用されるようになり、今後種々の応用製品への適用を考えると、さらなる発光出力の向上が求められる。 However, the conventional nitride semiconductor device, in recent years come to be also used for large displays such as for outdoor, considering the future application to various application products, further improvement in light emission output is obtained. 発光出力を高くする方法として、n型コンタクト層をn型不純物をドープしたGaNとすると、低抵抗構造の素子が得られる。 As a method for increasing the light emission output and the n-type contact layer and GaN doped with n-type impurities, element of low resistance structure is obtained. しかし、このn型不純物のドープ量を多くしていくと、n型コンタクト層の結晶性が悪くなってしまう。 However, when gradually increasing the doping amount of the n-type impurity, the crystallinity of the n-type contact layer is deteriorated. n型コンタクト層の結晶性が悪くなってしまうと、さらにその上に積層する活性層、p型クラッド層およびp型コンタクト層のすべての層の結晶性も悪くなってしまい、発光出力を高くするという効果が打ち消されてしまう。 When the crystallinity of the n-type contact layer is deteriorated, further active layer stacked thereon, the crystallinity of every layers of p-type cladding layer and p-type contact layer also becomes worse, to increase the emission output effect will be canceled that.
【0004】 [0004]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
そこで本発明では、n型不純物をドープしたGaNからなるn型コンタクト層と、In、Gaを含み量子井戸を有する活性層と、p型不純物が添加されたp型AlGaNを含んでなるp型クラッド層と、p型不純物をドープしたGaNからなるp型コンタクト層とを順に有する窒化物半導体素子において、前記n型コンタクト層と活性層との間に、活性層に接して、膜厚が10オングストロームから0.2μmであるアンドープの第1の窒化物半導体層が形成され、さらに前記p型クラッド層と活性層との間に、 前記p型クラッド層と活性層に接して 、膜厚が10オングストロームから100オングストロームであるAlGaNから成るアンドープの第2の窒化物半導体層が形成されており、前記p型クラッド層はMgドープのAl Ga Therefore, in the present invention, the n-type contact layer made of GaN doped with n-type impurities, In, and an active layer having a quantum well comprises Ga, p-type clad comprising a p-type AlGaN with a p-type impurity is added a layer, in the nitride semiconductor device having a p-type contact layer made of GaN doped with p-type impurity in this order, between the n-type contact layer and the active layer, in contact with the active layer, the film thickness is 10 Å the first nitride semiconductor layer of undoped a 0.2μm is formed from the further between the p-type cladding layer and the active layer, in contact with the p-type cladding layer and the active layer, the film thickness is 10 Å a second nitride semiconductor layer of undoped made of AlGaN is formed is 100 Å, the p-type cladding layer of Mg doped Al b Ga −b N(0<b<1)とMgドープのIn Ga 1−c N(0≦c<1)との超格子からなる層であることを特徴とする。 Characterized in that a layer consisting of a superlattice of -b N (0 <b <1 ) and Mg-doped In c Ga 1-c N ( 0 ≦ c <1).
【0010】 [0010]
本発明の発光素子は、例えば、n型コンタクト層をSi濃度が1×10 18 /cm 以上の高濃度の不純物がドープされた低抵抗構造の窒化物半導体において、活性層に接してn側に、アンドープのIn Al Ga 1−g−h N(0≦g、0≦h、g+h≦1)を0.2μm以下で形成し、さらに活性層に接してp側にも、アンドープのIn Al Ga 1−i−j N(0≦i、0≦j、i+j≦1)を100オングストローム以下の膜厚で形成することで高い発光出力で結晶性の良い素子を得ることができる。 Light emitting device of the present invention, for example, the n-type contact layer of Si concentration in the nitride semiconductor of low resistance structure 1 × 10 18 / cm 3 or more high-concentration impurities are doped, n-side contact with the active layer to, undoped in g Al h Ga 1-g -h N (0 ≦ g, 0 ≦ h, g + h ≦ 1) was formed with 0.2μm or less, even the p-side further contact with the active layer, an undoped can be obtained in i Al j Ga 1-i -j N (0 ≦ i, 0 ≦ j, i + j ≦ 1) good element crystallinity at a high light emission output to the form in the following film thickness 100 Å . さらにp型クラッド層をMgドープのAl Ga 1−b N(0≦b<1)とMgドープのIn Ga 1−c N(0≦c<1)との超格子構造とすることで、高い発光出力を維持できる。 By further to the p-type cladding layer and the superlattice structure of the Mg-doped Al b Ga 1-b N ( 0 ≦ b <1) and a Mg-doped In c Ga 1-c N ( 0 ≦ c <1) It can maintain high light emission output. また、第1および第2の窒化物半導体の膜厚は、大きくすればするほど、その上に形成する層の結晶性は良くなるが、厚くしすぎるとキャリアの注入効率が悪くなってしまい、発光しなくなってしまう。 The first and second nitride semiconductor film thickness, The greater, but the better the crystalline layer to be formed thereon, if too thick a carrier injection efficiency becomes worse, no longer emit light. そこで、n側の第1の窒化物半導体の膜厚を0.2μm以下に、p側の第2の窒化物半導体の膜厚を100オングストローム以下にすることによって、n型コンタクト層にn型不純物としてSiを1×10 21 /cm と高ドープにしても20mAにおいて2.5mWを維持したLED素子ができる。 Therefore, the first nitride semiconductor film thickness of the n-side 0.2μm or less, by no more than 100 angstroms and the second nitride semiconductor film thickness of the p-side, n-type impurity in n-type contact layer Si to 1 × 10 21 / cm 3 and 2.5mW can LED element was maintained at 20mA even in the highly doped as.
【0011】 [0011]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下に本発明の一実施の形態である窒化物半導体素子の構造を示す窒化物半導体素子の模式的断面図である図1を用いて、本発明を詳細に説明する。 With reference to FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor device showing the structure of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention will now be described the present invention in detail.
図1は基板1上に、バッファ層2、アンドープのGaN層3、n型不純物を含むn型コンタクト層4、アンドープからなる第1の窒化物半導体層5、単一量子井戸構造の活性層6、アンドープからなる第2の窒化物半導体層7、p型不純物を含むp型クラッド層8、p型不純物を含むp型コンタクト層9が順に積層された構造を有する。 Figure 1 on the substrate 1, buffer layer 2, n-type contact layer 4 including the undoped GaN layer 3, n-type impurity, the first nitride semiconductor layer 5 made of undoped, active layer of single quantum well structure 6 has a p-type contact layer 9 comprising a p-type cladding layer 8, p-type impurity comprising a second nitride semiconductor layer 7, p-type impurities consisting of undoped are stacked in this order. さらに、n型クラッド層4上にn電極10、p型コンタクト層9上にp電極11がそれぞれ形成されている。 Further, p electrode 11 are formed on the n electrode 10, p-type contact layer 9 on the n-type cladding layer 4.
【0012】 [0012]
本発明において、基板1としては、サファイアC面、R面またはA面を主面とするサファイア、その他スピネル(MgAl )のような絶縁性の基板の他、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Si、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基板を用いることができる。 In the present invention, as the substrate 1, a sapphire C plane, sapphire having the principal R-plane or A plane, other insulating substrate such as other spinel (MgAl 2 O 4), SiC (6H, 4H, 3C the containing), Si, may be used ZnO, GaAs, a semiconductor substrate such as GaN.
【0013】 [0013]
本発明において、バッファ層2としては、AlGaNからなる窒化物半導体であり、好ましくはAlの割合が小さい組成ほど結晶性の改善が顕著となり、より好ましくはGaNからなるバッファ層2が挙げられる。 In the present invention, as the buffer layer 2, a nitride semiconductor made of AlGaN, preferably improvement ratio of the crystalline smaller Al composition becomes remarkable, or more preferably the buffer layer 2 made of GaN.
【0014】 [0014]
次に本発明において、アンドープGaN層3は、成長する際にn型不純物を添加せずに成長してなる層を示す。 Next, in the present invention, the undoped GaN layer 3 shows a layer made to grow without the addition of n-type impurity when growing. バッファ層2上にアンドープのGaN層3を成長させるとアンドープGaN層の結晶性が良好となり、アンドープGaN層3上に成長させるn型コンタクト層4などの結晶性も良好となる。 When growing GaN layer 3 of undoped on the buffer layer 2 crystalline undoped GaN layer is improved, also becomes good crystallinity, such as n-type contact layer 4 is grown on the undoped GaN layer 3.
【0015】 [0015]
次に本発明において、n型不純物を含むn型コンタクト層4は、n型不純物としてSiをドープしたGaNとし、不純物濃度は1×10 18 /cm 以上、1×10 21 /cm 以下、好ましくは5×10 18 /cm 以上、5×10 20 /cm 以下に調整する。 Next, in the present invention, n-type contact layer 4 containing the n-type impurity, and GaN doped with Si as an n-type impurity, the impurity concentration of 1 × 10 18 / cm 3 or more, 1 × 10 21 / cm 3 or less, preferably 5 × 10 18 / cm 3 or more, adjusted to 5 × 10 20 / cm 3 or less. このようにn型不純物を多くドープし、この層をn型コンタクト層とすると、V および閾値を低下させることができる。 Thus by increasing doped with an n-type impurity, when this layer and n-type contact layer, it is possible to lower the V f and threshold. 不純物濃度が上記範囲を逸脱するとV が低下しにくくなる傾向にある。 Impurity concentration tends to V f when outside the above range is less likely to decrease. また、n型コンタクト層4は、結晶性の良好なアンドープのGaN3上に形成されると、高濃度のn型不純物を有しているにもかかわらず結晶性を良好にすることができる。 Further, n-type contact layer 4 can be improved when it is formed on GaN3 crystalline good undoped, despite crystallinity has a high concentration n-type impurity.
【0016】 [0016]
またn型コンタクト層4の組成は、In Al Ga 1−k−m N(0≦k、0≦m、k+m≦1)で構成でき、その組成は特に問うものではないが、好ましくはGaN、m値0.2以下のAl Ga 1−m Nとすると結晶性の少ない窒化物半導体層が得られやすい。 The composition of the n-type contact layer 4 also, In k Al m Ga 1- k-m N (0 ≦ k, 0 ≦ m, k + m ≦ 1) can be configured in its composition but is not intended asks particularly preferably GaN, easy crystallinity less nitride semiconductor layer is obtained with a m value of 0.2 or less of Al m Ga 1-m N.
【0017】 [0017]
次に本発明においてn側の第1の窒化物半導体層5は、アンドープのIn Al Ga 1−g−h N(0≦g、0≦h、g+h≦1)とし、10オングストロームから0.5μmの範囲で、好ましくは10オングストロームから0.2μmの範囲で、活性層に接して形成する。 The first nitride semiconductor layer 5 of n-side in the present invention may then be undoped In g Al h Ga 1-g -h N (0 ≦ g, 0 ≦ h, g + h ≦ 1) and from 0 to 10 Angstroms in the range of .5Myuemu, preferably in the range of 10 angstroms 0.2 [mu] m, it is formed in contact with the active layer. n側にはキャリア濃度が高濃度で存在するが、第1の窒化物半導体層の膜厚が0.5μmを越えてしまうとキャリアの注入効率が悪くなってしまい、充分な発光出力が得られない。 The carrier concentration in the n-side is present in high concentrations, but the thickness of the first nitride semiconductor layer may exceed the 0.5μm would be the carrier injection efficiency becomes worse, sufficient light emission output is obtained Absent. また、10オングストロームより小さいとその上に形成する層の結晶性が悪くなってしまい、同様に充分な発光出力が得られない。 Also, it becomes poor crystallinity of the layer formed on 10 Å smaller and thereon can not be obtained equally well emission output.
【0018】 [0018]
また本発明において活性層6は、In、Gaを含むアンドープの窒化物半導体、好ましくはInGaNよりなる井戸層を有する単一または多重の量子井戸構造とすることが望ましい。 The active layer 6 in the present invention, In, an undoped nitride semiconductor containing Ga, preferably it is desirable that the single or multiple quantum well structure having a well layer made of InGaN. また本発明における低抵抗構造の窒化物半導体発光素子は、特に単一量子井戸構造の時に顕著な効果がある。 The nitride semiconductor light emitting element with low resistance structure in the present invention is particularly remarkable effects when the single quantum well structure.
【0019】 [0019]
次に本発明においてp側の第2の窒化物半導体層7は、アンドープのIn Al Ga 1−i−j N(0≦i、0≦j、i+j≦1)とし、10オングストロームから、0.1μmの範囲で、好ましくは10オングストロームから100オングストロームの範囲で、活性層に接して形成する。 The second nitride semiconductor layer 7 of p-side in the present invention is then undoped In i Al j Ga 1-i -j N (0 ≦ i, 0 ≦ j, i + j ≦ 1) and then, from 10 Angstroms, in the range of 0.1 [mu] m, preferably in the range of 10 angstroms to 100 angstroms, is formed in contact with the active layer.
【0020】 [0020]
次に本発明においてp型クラッド層8は、p型不純物としてMgをドープしたAl Ga 1−b N(0≦b<1)の単層からなる層でも良いが、好ましくはAl Ga 1−b N(0≦b<1)とMgドープのIn Ga 1−c N(0≦c<1)との超格子構造とすることが望ましい。 Then p-type cladding layer 8 in the present invention may be a layer composed of a single layer of Al doped with Mg as a p-type impurity b Ga 1-b N (0 ≦ b <1) , but preferably Al b Ga 1 -b N (0 ≦ b <1 ) and it is desirable that the super lattice structure of the Mg-doped in c Ga 1-c N ( 0 ≦ c <1). p型クラッド層を超格子構造とすると抵抗率が低下するため、V および閾値が低下できると共に発光出力の高い素子を得ることができる。 Since the p-type cladding layer is a super lattice structure resistivity decreases, V f and threshold can be obtained with high emission output device with can be reduced. またこの層を超格子構造とする場合、超格子を構成する窒化物半導体層の膜厚は100オングストローム以下、さらに好ましくは70オングストローム以下、さらに最も好ましくは50オングストローム以下に調整する。 In the case of this layer superlattice structure, the film thickness of the nitride semiconductor layer constituting the superlattice 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, and most preferably adjusted to below 50 Angstroms.
【0021】 [0021]
次に本発明においてp型コンタクト層9は、p型不純物としてMgをドープしたGaNとし、不純物濃度を1×10 18 〜1×10 21 /cm 、より好ましくは5×10 18 〜5×10 20 /cm 、より好ましくは5×10 19 〜1×10 20 /cm とすることで良好なp型膜ができ好ましい。 P-type contact layer 9 in the present invention then includes a GaN doped with Mg as a p-type impurity, the impurity concentration of 1 × 10 18 ~1 × 10 21 / cm 3, more preferably 5 × 10 18 ~5 × 10 20 / cm 3, more preferably it is a good p-type film by a 5 × 10 19 ~1 × 10 20 / cm 3 preferred.
【0022】 [0022]
【実施例】 【Example】
以下に、本発明の一実施の形態である実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。 It is shown below, but examples of an embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto.
[実施例1] [Example 1]
図1を元に実施例1について説明する。 It is described in Example 1 based on FIG.
サファイア(C面)よりなる基板1をMOVPEの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。 Insert the substrate 1 of sapphire (C plane) in the reaction vessel of MOVPE, while flowing hydrogen, the temperature of the substrate was raised to 1050 ° C., to clean the substrate.
【0023】 [0023]
(バッファ層2) (Buffer layer 2)
続いて、温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板1上にGaNよりなるバッファ層2を150オングストロームの膜厚で成長させる。 Subsequently, the temperature was lowered to 510 ° C., hydrogen in the carrier gas, with the raw material gas into ammonia and TMG (trimethylgallium), growing a buffer layer 2 of GaN on the substrate 1 in a thickness of 150 angstroms.
(アンドープGaN層3) (Undoped GaN layer 3)
バッファ層2成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで昇温させる。 After the buffer layer 2 grown stopped only TMG raise the temperature up to 1050 ° C.. 続いて1050℃で、同じく原料ガスに、TMG、アンモニアを用い、アンドープGaN層3を1.5μmの膜厚で成長させる。 Followed by 1050 ° C., similarly to the raw material gas, TMG, using ammonia, to grow an undoped GaN layer 3 at a film thickness of 1.5 [mu] m.
【0024】 [0024]
(n型コンタクト層4) (N-type contact layer 4)
続いて1050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを4.5×10 18 /cm ドープしたGaNよりなるn型コンタクト層4を2.25μmの膜厚で成長させる。 Followed by 1050 ° C., similarly to the raw material gas TMG, ammonia, using a silane gas as an impurity gas, a 4.5 × 10 18 / cm 3 n-type contact layer 4 made of doped GaN Si with a thickness of 2.25μm to grow.
【0025】 [0025]
(n側窒化物半導体層5) (N-side nitride semiconductor layer 5)
次にシランガスを止め、1050℃で、TMG、TMA、アンモニアを用い、アンドープAlGaN層5を0.15μmの膜厚で成長させる。 Then it stopped silane gas at 1050 ° C., TMG, TMA, using ammonia to grow an undoped AlGaN layer 5 with a thickness of 0.15 [mu] m.
(活性層6) (Active layer 6)
次に、温度を800℃まで下げ、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、アンドープIn 0.35 Ga 0.65 Nよりなる活性層6を30オングストロームの膜厚で成長させる。 Then, the temperature was lowered to 800 ° C., TMG, TMI (trimethyl indium), using ammonia to grow an active layer 6 made of undoped In 0.35 Ga 0.65 N with a thickness of 30 angstroms.
【0026】 [0026]
(p側窒化物半導体層7) (P-side nitride semiconductor layer 7)
次に窒素、TMIを止め、温度を1050℃まで昇温し、TMG、TMA、アンモニアを用い、アンドープAlGaN層7を10オングストロームの膜厚で成長させる。 Then nitrogen to stop the TMI, the temperature was raised to 1050 ° C., TMG, TMA, using ammonia to grow an undoped AlGaN layer 7 with a thickness of 10 angstroms.
【0027】 [0027]
(p型クラッド層8) (P-type cladding layer 8)
続いて1050℃で、TMG、TMA、アンモニア、Cp Mgを用い、Mgを1×10 20 /cm ドープしたAlGaNよりなる層を40オングストローム成長させ、次に温度を800℃にして、TMAを止めTMIを流し、同じくMgを1×10 20 /cm ドープしたInGaNよりなる層を25オングストロームの膜厚で成長させる。 Followed by 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia, using Cp 2 Mg, Mg is the 1 × 10 20 / cm 3 doped with AlGaN layer 40 Å growth consisting, then the temperature is brought to 800 ° C., the TMA flowing stop TMI, it is grown similarly to Mg 1 × a 10 20 / cm 3 doped layer made of InGaN in the thickness of 25 angstroms. そしてこれらの操作を交互に繰り返し、5層ずつ積層させた、超格子からなるp型クラッド層8を成長させる。 And repeating these operations alternately, by laminating five layers, growing a p-type clad layer 8 made of superlattice.
【0028】 [0028]
(p型コンタクト層9) (P-type contact layer 9)
続いて1050℃で、TMG、アンモニア、Cp Mgを用い、Mgを1×10 20 /cm ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層9を0.15μmの膜厚で成長させる。 Then at 1050 ° C., TMG, ammonia, using Cp 2 Mg, a p-type contact layer 9 which the Mg consisting 1 × 10 20 / cm 3 doped with p-type GaN is grown to the thickness of 0.15 [mu] m.
【0029】 [0029]
反応終了後、温度を室温まで下げ、更に窒素雰囲気中、ウエハーを反応容器内において、700℃でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。 After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, further in a nitrogen atmosphere, in a wafer reactor, subjected to annealing at 700 ° C., further reduce the resistance of the p-type layer.
アニーリング後、ウエハーを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層9の表面に所定のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッチング)装置でp型コンタクト層側からエッチングを行い、図1に示すようにn型コンタクト層4の表面を露出させる。 After annealing, the wafer is taken out from the reaction vessel to form a predetermined mask the top layer of the surface of the p-type contact layer 9, etched from the p-type contact layer side RIE (reactive ion etching) apparatus, in FIG. 1 to expose the surface of the n-type contact layer 4 as shown.
【0030】 [0030]
エッチング後、最上層にあるp型コンタクト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNi、Auを含む透光性のp電極10を0.5μmの膜厚で形成し、一方エッチングにより露出させたn型コンタクト層4の表面にはWとAlを含むn電極11を形成してLED素子とした。 After etching, to expose the substantially entire thickness of 200 Å Ni, a p electrode 10 of the light-transmitting containing Au was formed to a thickness of 0.5μm on, whereas etching of the p-type contact layer at the uppermost n the surface of the mold contact layer 4 and the LED element to form an n-electrode 11 containing W and Al.
このLED素子は順方向電圧20mAにおいて、順方向電圧3.4V、468nmの青色発光を示し、発光出力は3mWであった。 In this LED element forward voltage 20 mA, the forward voltage 3.4 V, shows a blue emission of 468 nm, emission output was 3 mW.
【0031】 [0031]
[実施例2] [Example 2]
実施例1において活性層6を以下のようにした他は同様にしてLED素子を作製した。 Other in which the active layer 6 in the first embodiment as follows to prepare a LED device in the same manner.
(活性層6) (Active layer 6)
1050℃でアンドープのGaNよりなる障壁層を200オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にしてTMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、アンドープIn 0.35 Ga 0.65 Nよりなる井戸層を30オングストロームの膜厚で成長させる。 A barrier layer of undoped GaN is grown to the thickness of 200 Å at 1050 ° C., followed by TMG to a temperature of 800 ° C., TMI (trimethyl indium), using ammonia, an undoped In 0.35 Ga 0.65 N growing become more well layers with a thickness of 30 angstroms. そして障壁+井戸+障壁+井戸+・・・+障壁の順で障壁層を5層、井戸層を4層交互に積層して総膜厚1120オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層6を成長させる。 The barrier + well + barrier + well + ... + sequentially with a barrier layer five layers of the barrier, growing the active layer 6 by laminating a well layer 4 layers alternately made of the multiple quantum well structure of total thickness 1120 Å make.
その結果、このLED素子は順方向電圧20mAにおいて、順方向電圧3.6V、470nmの青色発光を示し、発光出力は6.0mWであった。 As a result, in the LED element forward voltage 20 mA, the forward voltage 3.6V, showed a blue light emission 470 nm, emission output was 6.0 mW.
【0032】 [0032]
[実施例3] [Example 3]
実施例1において活性層6を以下のようにした他は同様にしてLED素子を作製した。 Other in which the active layer 6 in the first embodiment as follows to prepare a LED device in the same manner.
(活性層6) (Active layer 6)
800℃で、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、アンドープIn 0.45 Ga 0.55 Nよりなる活性層6を30オングストロームの膜厚で成長させる。 At 800 ° C., TMG, TMI (trimethyl indium), using ammonia to grow an active layer 6 made of undoped In 0.45 Ga 0.55 N with a thickness of 30 angstroms.
その結果、このLED素子は順方向電圧20mAにおいて、順方向電圧3.4V、500nmの青緑色発光を示し、発光出力は2.5mWであった。 As a result, in the LED element forward voltage 20 mA, the forward voltage 3.4 V, shows a blue-green emission of 500 nm, emission output was 2.5 mW.
【0033】 [0033]
[実施例4] [Example 4]
実施例1において、p側の第2の窒化物半導体層7を除いた他は同様にしてLED素子を作製したところ、実施例1よりは少し劣るが同等の特性を有するLED素子が得られた。 In Example 1, where the other except for the second nitride semiconductor layer 7 of p-side of manufacturing a LED element in the same manner, but slightly inferior to Example 1 was obtained LED element with the same characteristics .
【0034】 [0034]
[実施例5] [Example 5]
実施例1において、p型クラッド層8を以下のようにした他は同様にしてLED素子を作製した。 In Example 1, except that the p-type cladding layer 8 as described below was prepared an LED element in a similar manner.
(p型クラッド層8) (P-type cladding layer 8)
1050℃で、TMG、TMA、アンモニア、Cp Mgを用い、Mgを1×10 20 /cm ドープしたAlGaNよりなるp型クラッド層8を250オングストロームの膜厚で成長させた。 At 1050 ° C., TMG, using TMA, ammonia, Cp 2 Mg, and the p-type cladding layer 8 which the Mg consisting 1 × 10 20 / cm 3 doped with AlGaN is grown to the thickness of 250 angstroms.
その他は実施例1と同様にしてLED素子を作製したところ、実施例1よりは少し劣るが同等の特性を有するLED素子が得られた。 Others were manufactured LED element in the same manner as in Example 1, but slightly inferior to Example 1 was obtained LED element with the same characteristics.
【0035】 [0035]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明によれば、n型コンタクト層を高濃度の不純物がドープされた窒化物半導体とした低抵抗構造の窒化物半導体素子において、n型コンタクト層と活性層との間にアンドープの第1の窒化物半導体層を2000オングストローム以下の膜厚で設け、さらにp型クラッド層と活性層との間にアンドープの第2の窒化物半導体層を100オングストローム以下の膜厚で設ける。 As described above, according to the present invention, in the nitride semiconductor device with low resistance structure the n-type contact layer high concentration impurity was doped nitride semiconductor, between the n-type contact layer and the active layer a first undoped nitride semiconductor layer formed at a film thickness of not more than 2000 angstroms, provided further with a second film of less than a nitride semiconductor layer 100 Å undoped thickness between the p-type cladding layer and the active layer . このような構造にしたことによって、Vfおよび閾値が低下し、高い発光出力の素子が得られる。 By that such a structure, Vf and the threshold is lowered, element high emission output can be obtained. 例えば、n型コンタクト層にn型不純物としてSiを1×10 21 /cm と高ドープにしても20mAにおいて2.5mWを維持したLED素子ができる。 For example, it LED element was maintained 2.5mW at 20mA be Si as n-type impurity in the n-type contact layer to 1 × 10 21 / cm 3 and high doping.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施例にかかるLED素子の構造を示す模式断面図。 Schematic cross-sectional view showing the structure of an LED device according to an embodiment of the present invention; FIG.
【符号の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE SYMBOLS
1・・・基板、 1 ... substrate,
2・・・バッファ層、 2 ... buffer layer,
3・・・GaN層、 3 ··· GaN layer,
4・・・n型コンタクト層、 4 ··· n-type contact layer,
5・・・n側窒化物半導体層、 5 · · · n-side nitride semiconductor layer,
6・・・活性層、 6 ... the active layer,
7・・・p側窒化物半導体層、 7 · · · p-side nitride semiconductor layer,
8・・・p型クラッド層、 8 ··· p-type cladding layer,
9・・・p型コンタクト層、 9 ··· p-type contact layer,
10・・・p電極、 10 ··· p electrode,
11・・・n電極。 11 ··· n electrode.

Claims (5)

  1. n型不純物をドープしたGaNからなるn型コンタクト層と、In、Gaを含み量子井戸を有する活性層と、p型不純物が添加されたp型AlGaNを含んでなるp型クラッド層と、p型不純物をドープしたGaNからなるp型コンタクト層とを順に有する窒化物半導体素子において、 And n-type contact layer made of GaN doped with n-type impurities, In, and an active layer having a quantum well comprises Ga, and p-type clad layer comprising a p-type AlGaN with a p-type impurity is added, p-type in the nitride semiconductor device having a p-type contact layer made of GaN doped with an impurity in order,
    前記n型コンタクト層と活性層との間に、活性層に接して、膜厚が10オングストロームから0.2μmであるアンドープの第1の窒化物半導体層が形成され、 Wherein between the n-type contact layer and the active layer, in contact with the active layer, the first nitride semiconductor layer of the film thickness of 0.2μm from 10 Å undoped is formed,
    さらに前記p型クラッド層と活性層との間に、 前記p型クラッド層と活性層に接して 、膜厚が10オングストロームから100オングストロームであるAlGaNから成るアンドープの第2の窒化物半導体層が形成されており、 Furthermore between the p-type cladding layer and the active layer, the contact with the p-type cladding layer and the active layer, the second nitride semiconductor layer of undoped made of a film thickness of 100 angstroms from 10 angstroms AlGaN is formed It has been,
    前記p型クラッド層はMgドープのAl Ga 1−b N(0<b<1)とMgドープのIn Ga 1−c N(0≦c<1)との超格子からなる層であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 The p-type cladding layer is a layer comprising a superlattice of Mg doped Al b Ga 1-b N ( 0 <b <1) and Mg-doped In c Ga 1-c N ( 0 ≦ c <1) nitride semiconductor light emitting device characterized by.
  2. 前記n型コンタクト層はn型不純物として、Siが1×10 18 /cm 以上、1×10 21 /cm 以下でドープされていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 As the n-type contact layer is n-type impurity, Si is 1 × 10 18 / cm 3 or more, 1 × 10 21 / cm 3 or less that is doped with a nitride semiconductor light emitting according to claim 1, wherein element.
  3. 前記第1の窒化物半導体層は、アンドープAlGaN層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体発光素子。 The first nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, characterized in that an undoped AlGaN layer.
  4. 前記活性層は単一量子井戸構造であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to claim 3, wherein the active layer is a single quantum well structure.
  5. 前記p側のアンドープからなる第2の窒化物半導体層の膜厚は、10オングストロームであることを特徴とする請求項1から請求項のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子 The thickness of the second semiconductor layer made of the p-side of the undoped nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the 10 Å
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