JPH08125223A - Group iii nitride semiconductor light-emitting element and its manufacture - Google Patents

Group iii nitride semiconductor light-emitting element and its manufacture

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JPH08125223A
JPH08125223A JP28604994A JP28604994A JPH08125223A JP H08125223 A JPH08125223 A JP H08125223A JP 28604994 A JP28604994 A JP 28604994A JP 28604994 A JP28604994 A JP 28604994A JP H08125223 A JPH08125223 A JP H08125223A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
light emitting
group iii
iii nitride
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Pending
Application number
JP28604994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michinari Sasa
道成 佐々
Norikatsu Koide
典克 小出
Masayoshi Koike
正好 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08125223A publication Critical patent/JPH08125223A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/452Ohmic electrodes on AIII-BV compounds

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To improve the crystallizability of group III nitride semiconductor and to improve light emitting brightness by forming a buffer layer consisting of amorphous Alx Gay In1-x-y N: X+Y≠1 on a Sapphire substrate. CONSTITUTION: Amorphous buffer layer 2 consisting of Alx Gay In1-x-y N: X+Y≠1 with a thickness of 100-500 is formed on a Sapphire substrate 1 at 300-800 deg.C and group III nitride semiconductor (including Alx Gay In1-x-y N: X=0, Y=0, X=Y=0) is subjected to epitaxial growth on it at 800-1200 deg.C. Then, in a light- emitting diode 10, high-carrier concentration n<+> layers 3 and 4, p-type light emitting layer 5, p-layer 61, and second and first contact layers 62 and 63 are formed successively on the buffer layer 2, thus improving the blue light-emitting intensity of the group III nitride semiconductor light-emitting element by the epitaxial growth film of an improved nitride semiconductor (including Alx Gay In1-x-y N: X=0, Y=0, X=Y=0).

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は青色発光の3族窒化物半
導体発光素子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a blue light emitting group III nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN 系
の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGaN
系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率が
高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とする
こと等から注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a blue light emitting diode, one using a GaN compound semiconductor has been known. Its GaN
Attention has been paid to the fact that the compound semiconductors of the type have high emission efficiency because they are direct transitions, and that blue, which is one of the three primary colors of light, is the emission color.

【0003】このようなGaN 系の化合物半導体を用いた
発光ダイオードは、サファイア基板上に窒化アルミニウ
ム又は窒化ガリウムから成るバッファ層を介在させて、
n型のGaN 系の化合物半導体から成るn層を成長させ、
そのn層の上にp型不純物を添加して半絶縁性のi型の
GaN 系の化合物半導体から成るi層又は熱処理又は電子
線照射によりp型のGaN 系の化合物半導体から成るp層
を成長させた構造をとっている(特開昭62-119196 号公
報、特開昭63-188977 号公報、JJAP Vol.30,No.12A,199
9 年12月,pp.L1998-L2008 、JJAP Vol.31,Part2,No.2B,
1992年 2月,pp.L139-L142 ) 。
A light emitting diode using such a GaN compound semiconductor has a buffer layer made of aluminum nitride or gallium nitride on a sapphire substrate,
growing an n-layer made of n-type GaN-based compound semiconductor,
A p-type impurity is added on the n-layer to form a semi-insulating i-type
It has a structure in which an i layer made of a GaN-based compound semiconductor or a p-layer made of a p-type GaN-based compound semiconductor is grown by heat treatment or electron beam irradiation (JP-A-62-119196, JP-A-62-119196). 63-188977, JJAP Vol.30, No.12A, 199
Dec. 9, pp.L1998-L2008, JJAP Vol.31, Part2, No.2B,
February 1992, pp.L139-L142).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造の発
光ダイオードの発光強度は未だ十分ではなく、改良が望
まれている。本発明者らは、研究を重ねた結果、サファ
イア基板上に良質な3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;
X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) のエピタキシャル成長膜を得る
ことができた。この結果、発光輝度が向上した。本発明
は、この問題を解決するものであり、青色の発光強度を
向上させることを目的としている。
However, the light emission intensity of the light emitting diode having the above structure is not yet sufficient, and improvement is desired. As a result of repeated studies, the inventors of the present invention have performed a good-quality Group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N;
It was possible to obtain epitaxial growth films with X = 0, Y = 0, and X = Y = 0. As a result, the emission brightness was improved. The present invention solves this problem, and an object thereof is to improve blue light emission intensity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、サファイア基
板と、3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=
0を含む)から成る複数の層で構成された発光部とを有す
る発光素子において、サファイア基板上に、温度300
℃〜800℃において、非晶質のAlXGaYIn1-X-YN;X+Y≠
1 が厚さ100Å〜500Åに形成されたバッファ層を
有し、バッファ層上に発光部の各層を形成したことを特
徴とする。
The present invention provides a sapphire substrate and a group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, X = Y =
In a light emitting element having a light emitting portion composed of a plurality of layers each including (including 0), a temperature of 300
Amorphous Al X Ga Y In 1-XY N; X + Y ≠ ° C. to 800 ° C.
1 has a buffer layer formed to a thickness of 100Å to 500Å, and each layer of the light emitting portion is formed on the buffer layer.

【0006】又、他の発明は、サファイア基板上に3族
窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む)
から成る層をエピタキシャル成長させる方法において、
サファイア基板上に、温度300℃〜800℃におい
て、厚さ100Å〜500Åの非晶質のAlXGaYIn
1-X-YN;X+Y≠1 から成るバッファ層を成長させ、そのバ
ッファ層上に温度800℃〜1200℃で3族窒化物半
導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) をエピタ
キシャル成長させることを特徴とする製造方法である。
Another invention is a group III nitride semiconductor (including Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, X = Y = 0) on a sapphire substrate.
In a method of epitaxially growing a layer consisting of
Amorphous Al X Ga Y In with a thickness of 100Å to 500Å on a sapphire substrate at a temperature of 300 ° C to 800 ° C.
A buffer layer composed of 1-XY N; X + Y ≠ 1 is grown, and a Group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, at a temperature of 800 ° C. to 1200 ° C.) is grown on the buffer layer. (Including Y = 0 and X = Y = 0) is epitaxially grown.

【0007】[0007]

【作用及び発明の効果】上記のように、サファイア基板
上に、温度300℃〜800℃において、厚さ100Å
〜500ÅのAlXGaYIn1-X-YN;X+Y≠1 から成る非晶質の
バッファ層を形成した結果、その上にエピタキシャル成
長される3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=
Y=0 を含む) の結晶性を向上させることができた。この
結果、発光素子の発光輝度が向上した。
FUNCTION AND EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the thickness of 100 Å on the sapphire substrate at the temperature of 300 ° C to 800 ° C.
~ 500Å Al X Ga Y In 1-XY N; X + Y ≠ 1 was formed, and as a result, the group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1- XY N; X = 0, Y = 0, X =
The crystallinity of (including Y = 0) could be improved. As a result, the emission brightness of the light emitting element was improved.

【0008】[0008]

【実施例】図1において、発光ダイオード10は、サフ
ァイア基板1を有しており、そのサファイア基板1上に
500 ÅのAl0.1Ga0.83In0.07Nのバッファ層2が形成され
ている。そのバッファ層2の上には、順に、膜厚約2.0
μm、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から
成る高キャリア濃度n+ 層3、膜厚約2.0 μm、電子濃
度 2×1018/cm3のシリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N から成る高キャリア濃度n+ 層4、膜厚約0.5 μ
m、マグネウシム(Mg)、カドミウム(Cd)及びシリコンド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成るp伝導型の発光
層5、膜厚約1.0 μm、ホール濃度5 ×1017/cm3、マグ
ネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープの(Al
x2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るp層61、膜厚約0.2 μ
m、ホール濃度5 ×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×10
20/cm3のマグネシウムドープのGaNから成る第2コンタ
クト層62、膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017/cm3
マグネシウム濃度2 ×1020/cm3のマグネシウムドープの
GaN から成る第1コンタクト層63が形成されている。
そして、第1コンタクト層63に接続するニッケルで形
成された電極7と高キャリア濃度n+ 層4に接続するニ
ッケルで形成された電極8が形成されている。電極7と
電極8とは、溝9により電気的に絶縁分離されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, a light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1 on which the sapphire substrate 1 is mounted.
A buffer layer 2 of Al 0.1 Ga 0.83 In 0.07 N of 500 Å is formed. A film thickness of about 2.0 is formed on the buffer layer 2 in order.
[mu] m, the electron concentration of 2 × 10 18 / cm high carrier concentration comprising a silicon-doped GaN of 3 n + layer 3, a thickness of about 2.0 [mu] m, the electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 of silicon-doped (Al x2 Ga 1- x2 ) y2 In
High carrier concentration n + layer 4 consisting of 1-y2 N, film thickness about 0.5 μ
m, magnesium (Mg), cadmium (Cd) and silicon-doped (Al x1 Ga 1-x1 ) y1 In 1-y1 N p-conductivity type light-emitting layer 5, film thickness about 1.0 μm, hole concentration 5 × 10 17 / cm 3 , magnesium concentration 1 × 10 20 / cm 3 magnesium-doped (Al
x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N p-layer 61, film thickness about 0.2 μ
m, hole concentration 5 × 10 17 / cm 3 , magnesium concentration 1 × 10
20 / cm 3 second contact layer 62 made of magnesium-doped GaN, film thickness of about 500Å, hole concentration 2 × 10 17 / cm 3 ,
Magnesium concentration of 2 × 10 20 / cm 3
A first contact layer 63 made of GaN is formed.
Then, an electrode 7 made of nickel and connected to the first contact layer 63 and an electrode 8 made of nickel and connected to the high carrier concentration n + layer 4 are formed. The electrode 7 and the electrode 8 are electrically insulated and separated by the groove 9.

【0009】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード10は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はN2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)(以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)(以下「TMA 」と記す) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)(以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg
(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す)である。
Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described. The light emitting diode 10 is
It was manufactured by vapor phase growth by an organometallic compound vapor phase growth method (hereinafter referred to as “M0VPE”). The gas used was NH
3 and carrier gas H 2 or N 2 and trimethylgallium (Ga
(CH 3) 3) and (hereinafter referred to as "TMG") and trimethylaluminum (Al (CH 3) 3) (hereinafter referred to as "TMA") and trimethyl indium (an In (CH 3) 3) (hereinafter "TMI" Dimethyl cadmium (Cd (CH 3 ) 2 ) (hereinafter referred to as “DMCd”), silane (SiH 4 ) and cyclopentadienyl magnesium (Mg
(C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter referred to as “CP 2 Mg”).

【0010】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶のサファイア基板1をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板1を気相エッチングした。
First, a single crystal sapphire substrate 1 having an a-plane as a main surface, which has been cleaned by organic cleaning and heat treatment, is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of a M0VPE apparatus. Then, at a pressure of 1100 while flowing H 2 into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / min under normal pressure
The sapphire substrate 1 was vapor-phase etched at 0 ° C.

【0011】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2
20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMA を 1.8×10-5
モル/分、TMG を 1.5×10-4モル/分、TMI を 1.3×10
-5モル/分で供給してAl0.1Ga0.83In0.07Nのバッファ層
2が約 500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基
板1の温度を1150℃に保持し、膜厚約2.2 μm、電子濃
度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャ
リア濃度n+ 層3を形成した。
Next, the temperature is lowered to 400 ° C. and H 2 is added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 × 10 -5
Mol / min, TMG 1.5 × 10 -4 mol / min, TMI 1.3 × 10
A buffer layer 2 of Al 0.1 Ga 0.83 In 0.07 N was formed at a thickness of about 500 Å by supplying at −5 mol / min. Then, maintaining the temperature of the sapphire substrate 1 to 1150 ° C., to form a film thickness of about 2.2 [mu] m, an electron concentration of 2 × 10 18 / cm high carrier concentration n + layer 3 made of GaN of silicon doped 3.

【0012】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層5(アクティブ層)及びクラッド層である高キャ
リア濃度n+ 層4及びp層61の組成比及び結晶成長条
件の実施例を記す。上記の高キャリア濃度n+ 層3を形
成した後、続いて、サファイア基板1の温度を850 ℃に
保持し、N2又はH2を10 liter/分、NH3 を 10liter/
分、TMG を1.12×10-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル
/分、TMI を0.1 ×10-4モル/分、及び、シランを導入
し、膜厚約0.5 μm、濃度1 ×1018/cm3のシリコンドー
プの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成る高キャリア濃度
+ 層4を形成した。
Hereinafter, the light emitting layer 5 (active layer) and the high carrier concentration n + layer 4 and the p layer which are the cladding layers when the emission peak wavelength is set to 430 nm with cadmium (Cd) and silicon (Si) as the emission centers. An example of the composition ratio of 61 and crystal growth conditions will be described. After forming the above-mentioned high carrier concentration n + layer 3, the temperature of the sapphire substrate 1 is kept at 850 ° C., N 2 or H 2 is 10 liter / min, and NH 3 is 10 liter / min.
Min, TMG 1.12 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 × 10 -4 mol / min, and silane introduced, film thickness about 0.5 μm, concentration 1 A high carrier concentration n + layer 4 made of (Al 0.47 Ga 0.53 ) 0.9 In 0.1 N doped with silicon of × 10 18 / cm 3 was formed.

【0013】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分とDMCd
を2 ×10-7モル/分とシランを10×10-9モル/分導入
し、膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)とカドミウム(C
d)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N か
ら成る発光層5を形成した。この状態で発光層5は、ま
だ、高抵抗である。この発光層5におけるマグネシウム
(Mg)の濃度は 1×1019/cm3、カドミウム(Cd)の濃度は5
×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3
である。
Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.53 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.02 ×
10 -4 mol / min and CP 2 Mg at 2 × 10 -4 mol / min and DMCd
Of 2 × 10 -7 mol / min and silane of 10 × 10 -9 mol / min were introduced, and magnesium (Mg) and cadmium (C
A light emitting layer 5 composed of d) and silicon (Si) -doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.94 In 0.06 N was formed. In this state, the light emitting layer 5 still has high resistance. Magnesium in this light emitting layer 5
The concentration of (Mg) is 1 × 10 19 / cm 3 , the concentration of cadmium (Cd) is 5
× 10 18 / cm 3 and the concentration of silicon (Si) is 1 × 10 18 / cm 3
Is.

【0014】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入
し、膜厚約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るp層61を形成した。
p層61のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。
この状態では、p層61は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上
の絶縁体である。次に、温度を850 ℃に保持し、N2又は
H2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル/分の割合
で導入し、膜厚約0.2 μmのマグネシウム(Mg)ドープの
GaN から成る第2コンタクト層62を形成した。第2コ
ンタクト層62のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3
ある。この状態では、第2コンタクト層62は、まだ、
抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を85
0 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を 10lit
er/分、TMG を1.12×10-4モル/分、及び、CP2Mg を 4
×10-4モル/分の割合で導入し、膜厚約500 Åのマグネ
シウム(Mg)ドープのGaN から成る第1コンタクト層63
を形成した。第1コンタクト層63のマグネシウムの濃
度は 2×1020/cm3である。この状態では、第1コンタク
ト層63は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体であ
る。
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C. and N 2 or H 2 was added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10
-4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 ×
10 -4 mol / min, and, CP to 2 Mg 2 × 10 -4 mol / min was introduced, a film thickness of about 1.0 [mu] m of magnesium (Mg) doped (Al
A p-layer 61 made of 0.47 Ga 0.53 ) 0.9 In 0.1 N was formed.
The concentration of magnesium in the p-layer 61 is 1 × 10 20 / cm 3 .
In this state, the p layer 61 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more. Next, the temperature is maintained at 850 ° C and N 2 or
H 2 20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 ×
Introducing 10 −4 mol / min and CP 2 Mg at a rate of 2 × 10 −4 mol / min, and doping with magnesium (Mg) having a film thickness of about 0.2 μm.
A second contact layer 62 made of GaN was formed. The magnesium concentration of the second contact layer 62 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state, the second contact layer 62 still has
It is an insulator with a resistivity of 10 8 Ωcm or more. Then, set the temperature to 85
Hold at 0 ℃, N 2 or H 2 20 liter / min, NH 3 10 lit
er / min, TMG 1.12 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg 4
Introduced at a rate of × 10 -4 mol / min, the first contact layer 63 made of GaN doped with magnesium (Mg) and having a film thickness of about 500 Å
Was formed. The concentration of magnesium in the first contact layer 63 is 2 × 10 20 / cm 3 . In this state, the first contact layer 63 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.

【0015】次に、反射電子線回折装置を用いて、第1
コンタクト層63、第2コンタクト層62、p層61及
び発光層5に一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、加速電圧約10KV、試料電流1 μA、ビームの移動
速度0.2mm/sec 、ビーム径60μmφ、真空度5.0 ×10-5
Torrである。この電子線の照射により、第1コンタクト
層63、第2コンタクト層62、p層61及び発光層5
は、それぞれ、ホール濃度 2×1017/cm3, 5×1017/c
m3, 5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm,0.8 Ωcm,0.8 Ωcm
のp伝導型半導体となった。このようにして、図2に示
すような多層構造のウエハが得られた。
Next, using a backscattered electron diffraction apparatus, the first
The contact layer 63, the second contact layer 62, the p layer 61, and the light emitting layer 5 were uniformly irradiated with an electron beam. The electron beam irradiation conditions are: accelerating voltage of about 10 KV, sample current of 1 μA, beam moving speed of 0.2 mm / sec, beam diameter of 60 μmφ, vacuum degree of 5.0 × 10 -5.
Torr. By this electron beam irradiation, the first contact layer 63, the second contact layer 62, the p layer 61 and the light emitting layer 5 are formed.
Are hole concentration 2 × 10 17 / cm 3 and 5 × 10 17 / c, respectively.
m 3 , 5 × 10 17 / cm 3 , resistivity 2 Ωcm, 0.8 Ωcm, 0.8 Ωcm
Became a p-conduction type semiconductor. In this way, a wafer having a multilayer structure as shown in FIG. 2 was obtained.

【0016】以下に述べられる図3から図7は、ウエハ
上の1つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
FIGS. 3 to 7 described below are cross-sectional views showing only one device on the wafer. In actuality, processing is performed on a wafer in which this device is continuously repeated. It is cut for each element.

【0017】図3に示すように、第1コンタクト層63
の上に、スパッタリングによりSiO2層11を2000Åの厚
さに形成した。次に、そのSiO2層11上にフォトレジス
ト12を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
第1コンタクト層63上において、高キャリア濃度n+
層4に至るように形成される孔15に対応する電極形成
部位Aとその電極形成部をp層61の電極と絶縁分離す
る溝9を形成する部位Bのフォトレジストを除去した。
As shown in FIG. 3, the first contact layer 63
An SiO 2 layer 11 having a thickness of 2000 Å was formed on the above by sputtering. Next, a photoresist 12 was applied on the SiO 2 layer 11. And by photolithography,
On the first contact layer 63, a high carrier concentration n +
The photoresist of the electrode forming portion A corresponding to the hole 15 formed to reach the layer 4 and the portion B forming the groove 9 for insulatingly separating the electrode forming portion from the electrode of the p layer 61 was removed.

【0018】次に、図4に示すように、フォトレジスト
12によって覆われていないSiO2層11をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図5に示すように、
フォトレジスト12及びSiO2層11によって覆われてい
ない部位のp層6とその下の発光層5、高キャリア濃度
+ 層4の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度n+ 層4に対する電極取出しのため
の孔15と絶縁分離のための溝9が形成された。
Next, as shown in FIG. 4, the SiO 2 layer 11 not covered with the photoresist 12 was removed with a hydrofluoric acid type etching solution. Next, as shown in FIG.
Part of the upper surface of the p layer 6 and the light emitting layer 5 thereunder, which is not covered with the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11, and the high carrier concentration n + layer 4, a vacuum degree of 0.04 Torr and a high frequency power of 0.
44 W / cm 2 and BCl 3 gas were supplied at a rate of 10 ml / min to perform dry etching, and then dry etching was performed using Ar. In this step, a hole 15 for taking out an electrode and a groove 9 for insulating separation were formed for the high carrier concentration n + layer 4.

【0019】次に、図6に示すように、p層61上に残
っているSiO2層11をフッ化水素酸で除去した。次に、
図7に示すように、試料の上全面に、Ni層13を蒸着に
より形成した。これにより、孔15には、高キャリア濃
度n+ 層4に電気的に接続されたNi層13が形成され
る。そして、図7に示すように、そのNi層13の上にフ
ォトレジスト14を塗布して、フォトリソグラフによ
り、そのフォトレジスト14が高キャリア濃度n+ 層4
及びp層61に対する電極部が残るように、所定形状に
パターン形成した。
Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 layer 11 remaining on the p layer 61 was removed with hydrofluoric acid. next,
As shown in FIG. 7, a Ni layer 13 was formed on the entire surface of the sample by vapor deposition. As a result, the Ni layer 13 electrically connected to the high carrier concentration n + layer 4 is formed in the hole 15. Then, as shown in FIG. 7, a photoresist 14 is applied on the Ni layer 13, and the photoresist 14 is formed into a high carrier concentration n + layer 4 by photolithography.
A pattern was formed in a predetermined shape so that the electrode portion for the p-layer 61 and the p-layer 61 remained.

【0020】次に、図7に示すようにそのフォトレジス
ト14をマスクとして下層のNi層13の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝9に蒸着されたNi層13は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト14をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度n+ 層4の電極8、第1コンタクト層63の電
極7が残された。その後、上記の如く処理されたウエハ
は、各素子毎に切断され、図1に示すppn構造の窒化
ガリウム系発光素子を得た。
Next, as shown in FIG. 7, the exposed portion of the lower Ni layer 13 was etched with a nitric acid-based etching solution using the photoresist 14 as a mask. At this time, the Ni layer 13 deposited in the groove 9 for insulation separation is completely removed.
Next, the photoresist 14 was removed with acetone, and the electrode 8 of the high carrier concentration n + layer 4 and the electrode 7 of the first contact layer 63 were left. After that, the wafer treated as described above was cut into each element to obtain the gallium nitride-based light emitting element having the ppn structure shown in FIG.

【0021】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで駆動電圧4Vで、発光ピーク波長430nm 、発
光強度1cd であった。
The light emitting device thus obtained had a driving current of 20 mA, a driving voltage of 4 V, an emission peak wavelength of 430 nm and an emission intensity of 1 cd.

【0022】又、上記の発光層5におけるカドミウム(C
d)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、1×1017〜1
×1020の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
又、シリコン(Si)の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、
1/2 〜1/10の程度少ない方がより望ましい。
Further, cadmium (C
The concentrations of d) and silicon (Si) are 1 × 10 17 to 1 respectively.
The range of × 10 20 is desirable from the viewpoint of improving the emission intensity.
The concentration of silicon (Si) is higher than that of cadmium (Cd).
It is more preferable that the amount is as small as 1/2 to 1/10.

【0023】上記の実施例では、発光層5のバンドギャ
ップが両側に存在するp層6と高キャリア濃度n+ 層4
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの3つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度n+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。
In the above-mentioned embodiment, the p layer 6 and the high carrier concentration n + layer 4 in which the band gap of the light emitting layer 5 exists on both sides.
Is formed in a double heterojunction that is smaller than the band gap. Also, these three layers of Al and G
The component ratios of a and In are selected so as to match the lattice constant of the high carrier concentration n + layer of GaN.

【0024】上記の実施例では、バッファ層2をAl0.1G
a0.83In0.07Nで構成したが、他の成分比でもその上に形
成されるAlGaInN 系の半導体結晶は良質となった。又、
上記実施例ではMOCVD で形成する方法について述べた
が、MOVPE でもバッファ層2及びその上の半導体結晶を
良質に形成することができる。
In the above embodiment, the buffer layer 2 is made of Al 0.1 G.
Although it was composed of a 0.83 In 0.07 N, the AlGaInN-based semiconductor crystal formed on it with the other composition ratios was of good quality. or,
Although the method of forming by MOCVD has been described in the above embodiment, the buffer layer 2 and the semiconductor crystal thereon can be formed with good quality even in MOVPE.

【0025】上記の実施例において、発光層5における
亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、1×10
17〜1×1020の範囲が発光強度を向上させる点で望ま
しいことが分かった。さらに好ましくは1 ×1018〜1 ×
1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと効果が少な
く、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。又、シリコ
ン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べて、10倍〜1/10が好ま
しく、さらに好ましくは1 〜1/10の間程度か、少ないほ
うがより望ましい。
In the above embodiment, the concentrations of zinc (Zn) and silicon (Si) in the light emitting layer 5 are 1 × 10 5, respectively.
It was found that the range of 17 to 1 × 10 20 is desirable in terms of improving the emission intensity. More preferably 1 × 10 18 to 1 ×
A range of 10 19 is good. If it is less than 1 × 10 18 , the effect is small, and if it is more than 1 × 10 19 , the crystallinity deteriorates. Further, the concentration of silicon (Si) is preferably 10 times to 1/10 that of zinc (Zn), more preferably about 1 to 1/10 or less.

【0026】又、上記の実施例において、コンタクト層
として、高濃度にマグネシウム(Mg)を添加した第1コン
タクト層63と、第1コンタクト層63よりも低い濃度
にマグネシウム(Mg)を添加した第2コンタクト層62と
の2層構造とした。しかし、p層5のマグネシウム(Mg)
濃度よりも高いマグネシウム(Mg)濃度のコンタクト層を
1層だけ電極7、8の直下に設けても良い。又、コンタ
クト層としてGaN を用いたが、p層5と同一組成比の混
晶を用いても良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the first contact layer 63 to which magnesium (Mg) is added at a high concentration and the first contact layer 63 to which magnesium (Mg) is added at a lower concentration than the first contact layer 63 are used as the contact layer. It has a two-layer structure with two contact layers 62. However, magnesium (Mg) of p layer 5
Only one contact layer having a magnesium (Mg) concentration higher than the concentration may be provided immediately below the electrodes 7 and 8. Although GaN is used as the contact layer, a mixed crystal having the same composition ratio as the p layer 5 may be used.

【0027】又、アクセプタ不純物は、ベリリウム(B
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭
素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛
(Pb)を用いることができる。
The acceptor impurities are beryllium (B
You may use e), magnesium (Mg), zinc (Zn), cadmium (Cd), and mercury (Hg). Further, donor impurities include carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), and lead.
(Pb) can be used.

【0028】さらに、ドナー不純物として、イオウ(S)
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。p
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。
Further, sulfur (S) is used as a donor impurity.
, Selenium (Se) and tellurium (Te) can also be used. p
Molding can be performed by electron beam irradiation, thermal annealing, heat treatment in N 2 plasma gas, or laser irradiation.

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

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

【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

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

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

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

【図6】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【図7】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…発光ダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…高キャリア濃度n+ 層 4…高キャリア濃度n+ 層 5…発光層 61…p層 62…第2コンタクト層 63…第1コンタクト層 7,8…電極 9…溝10 ... Light emitting diode 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... High carrier concentration n + layer 4 ... High carrier concentration n + layer 5 ... Light emitting layer 61 ... P layer 62 ... Second contact layer 63 ... First contact layer 7, 8 ... Electrode 9 ... Groove

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サファイア基板と、3族窒化物半導体(A
lxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から成る複数の
層で構成された発光部とを有する発光素子において、 前記サファイア基板上に、温度300℃〜800℃にお
いて、非晶質のAlXGaYIn1-X-YN;X+Y≠1 が厚さ100Å
〜500Åに形成されたバッファ層を有し、 前記バッファ層上に前記発光部の各層を形成したことを
特徴とする3族窒化物半導体発光素子。
1. A sapphire substrate and a Group III nitride semiconductor (A
l x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, including X = Y = 0) in a light-emitting element having a plurality of layers, wherein on the sapphire substrate, At a temperature of 300 ° C to 800 ° C, amorphous Al X Ga Y In 1-XY N; X + Y ≠ 1 has a thickness of 100Å
A group III nitride semiconductor light emitting device having a buffer layer formed to a thickness of about 500 Å, and forming each layer of the light emitting unit on the buffer layer.
【請求項2】 サファイア基板上に3族窒化物半導体(A
lxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) から成る層をエ
ピタキシャル成長させる方法において、 前記サファイア基板上に、温度300℃〜800℃にお
いて、厚さ100Å〜500Åの非晶質のAlXGaYIn
1-X-YN;X+Y≠1 から成るバッファ層を成長させ、そのバ
ッファ層上に温度800℃〜1200℃で3族窒化物半
導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) をエピタ
キシャル成長させる3族窒化物半導体の製造方法。
2. A group III nitride semiconductor (A) on a sapphire substrate.
L x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, X = Y = 0) is epitaxially grown on the sapphire substrate at a temperature of 300 ° C to 800 ° C. 100 Å ~ 500 Å amorphous Al X Ga Y In
A buffer layer composed of 1-XY N; X + Y ≠ 1 is grown, and a Group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, at a temperature of 800 ° C. to 1200 ° C.) is grown on the buffer layer. Y = 0, X = Y = 0) are epitaxially grown.
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