JPH1041549A - Light emitting element and its manufacture - Google Patents
Light emitting element and its manufactureInfo
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- JPH1041549A JPH1041549A JP10480497A JP10480497A JPH1041549A JP H1041549 A JPH1041549 A JP H1041549A JP 10480497 A JP10480497 A JP 10480497A JP 10480497 A JP10480497 A JP 10480497A JP H1041549 A JPH1041549 A JP H1041549A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子及びその製
造方法、特に発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素
子の構造と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 light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a structure of a light emitting device such as a light emitting diode and a semiconductor laser and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より発光素子の実用的な材料として
は、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウムガリウム
(InGaN)、窒化ガリウムアルミニウム(GaAl
N)等の窒化ガリウム系化合物半導体が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, practical materials for light emitting devices include gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), and gallium aluminum nitride (GaAl).
Gallium nitride-based compound semiconductors such as N) are known.
【0003】これらの材料を用いて製造された発光デバ
イスの一例として以下、図7および8を用いて従来の発
光ダイオードの構造及びその製造方法、問題点について
説明する。As an example of a light-emitting device manufactured using these materials, a structure of a conventional light-emitting diode, a method of manufacturing the same, and problems will be described with reference to FIGS.
【0004】図7(a)はエピタキシャル成長によって
複数の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光ダ
イオードの断面図である。また図7(b)は図7(a)
に示した発光ダイオードにおけるN型不純物のプロファ
イルを示しており、その横軸はN型不純物の不純物濃度
を示し、その縦軸は図7(a)に対応し、基板の下面か
らの距離を示している。FIG. 7A is a cross-sectional view of a light emitting diode having a heterogeneous heterojunction in which a plurality of growth layers are formed by epitaxial growth. FIG. 7 (b) is the same as FIG.
7 shows the profile of the N-type impurity in the light emitting diode shown in FIG. 7, the horizontal axis shows the impurity concentration of the N-type impurity, and the vertical axis shows the distance from the lower surface of the substrate, corresponding to FIG. ing.
【0005】図7(a)に示すように従来の発光ダイオ
ードは、サファイア、SiC等よりなる基板111表面
上に、非結晶のGaNよりなるバッファ層112(第一
GaN層)、単結晶のGaNよりなるスペーサ層113
(第二GaN層)、高濃度にN型不純物がドープされた
高濃度N型層114(第三GaN層)、InGaNより
なる活性層115(InGaN層)、P型不純物がドー
プされたAlGaN層116、高濃度にP型不純物がド
ープされたGaNよりなるコンタクト層(第四GaN
層)117の各成長層が積層に構成されている。As shown in FIG. 7A, a conventional light emitting diode has a buffer layer 112 (first GaN layer) made of amorphous GaN and a single crystal GaN layer on a substrate 111 made of sapphire, SiC or the like. Spacer layer 113 made of
(Second GaN layer), high-concentration N-type layer 114 (third GaN layer) heavily doped with N-type impurities, active layer 115 (InGaN layer) made of InGaN, AlGaN layer doped with P-type impurities 116, a contact layer made of GaN heavily doped with P-type impurities (fourth GaN
Each of the growth layers (layer) 117 is configured as a stacked layer.
【0006】N型不純物の不純物濃度は、第三GaN層
においては、1〜5×1018atoms・cm-3程度であり、
その他の層においてはN型不純物の不純物濃度はバック
グラウンドレベルである1×1015atoms ・cm-3程度で
ある。またこれらの各成長層は、導入する気体の種類及
び温度を変化させることによりMO−CVD(MatalOrg
anic-Chemical Vapour Deposition)法等の気相成長法
により形成されている。上記の構成において第三GaN
層114は、摂氏1000〜1100度程度の反応室内
にて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモ
ニア(NH3 )及びTMGa(トリメチルガリウム)を
導入することにより第二GaN層113を形成した後、
これに連続して上記のガスを導入したままSiH4 (シ
ランガス)をさらに供給することにより、N型不純物を
高濃度にドープして形成する。尚、第二GaN層の膜厚
は0.01μm以上、第三GaN層の膜厚は0.1μm
で形成するのが望ましい。[0006] The impurity concentration of the N-type impurity in the third GaN layer is about 1 to 5 × 10 18 atoms · cm -3 ,
In the other layers, the impurity concentration of the N-type impurity is about 1 × 10 15 atoms · cm −3 which is the background level. Each of these growth layers can be formed by MO-CVD (MatalOrg) by changing the type and temperature of the gas to be introduced.
It is formed by a vapor phase growth method such as an anic-Chemical Vapor Deposition method. In the above configuration, the third GaN
After forming the second GaN layer 113 by introducing hydrogen as a carrier gas and ammonia (NH 3 ) and TMGa (trimethylgallium) as a source gas in a reaction chamber at a temperature of about 1000 to 1100 degrees Celsius,
Subsequently, SiH 4 (silane gas) is further supplied while the above-mentioned gas is introduced, so that an N-type impurity is doped at a high concentration. The thickness of the second GaN layer is 0.01 μm or more, and the thickness of the third GaN layer is 0.1 μm.
It is desirable to form with.
【0007】ところで第二GaN層113は本来、機能
的に必要な層ではない。すなわち機能的にはバッファ層
として形成する第一GaN層上に、N型不純物が高濃度
にドープされた第三GaN層が形成されていれば、発光
素子として所望の動作を果たす。しかしながら非結晶で
形成されるGaN層表面上に、高濃度の単結晶GaN層
を形成しようとする場合には、例えば図4(a)、
(b)に示すように、第一GaN層112表面上には、
ピンホール211が生じたり、ドーパンドを核としたG
aN層の異常成長212が生じる場合がある。従って従
来の発光ダイオードにおいては、第一GaN層112表
面上には単結晶の第二GaN層113をスペーサ層とし
て形成し、続いてN型不純物が高濃度にドープされた第
四GaN層114を形成している。Incidentally, the second GaN layer 113 is not originally a layer that is functionally necessary. That is, if a third GaN layer heavily doped with an N-type impurity is formed on the first GaN layer formed as a buffer layer, a desired operation as a light emitting element is achieved. However, when a high-concentration single-crystal GaN layer is to be formed on the surface of a non-crystalline GaN layer, for example, FIG.
As shown in (b), on the surface of the first GaN layer 112,
A pinhole 211 occurs, or G
Abnormal growth 212 of the aN layer may occur. Therefore, in the conventional light emitting diode, a single crystal second GaN layer 113 is formed on the surface of the first GaN layer 112 as a spacer layer, and then a fourth GaN layer 114 heavily doped with N-type impurities is formed. Has formed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の窒
化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体デバイスで
は、発光層として機能する活性層下の高濃度N型層を形
成する際には、その結晶性を向上させるために、予めそ
の下面にスペーサ層としてアンドープの単結晶GaN層
を形成している。これらの各成長層の形成にはMO−C
VD法等の気相成長法が用いられるが、成長速度が遅
く、本来、機能的に必要の無い層を形成するために、ス
ループットが低下することとなる。また機能的に必要の
無い層を形成することにより、発光素子の全体の膜厚も
増加することになる。膜厚が厚くなると、格子不接合に
よって、各成長層の歪量が増加することにもなり、機能
的に必要な成長層の劣化を招くことにもなる。As described above, in a conventional semiconductor device using a gallium nitride-based compound semiconductor, when forming a high-concentration N-type layer under an active layer functioning as a light emitting layer, the crystal is In order to improve the performance, an undoped single-crystal GaN layer is previously formed as a spacer layer on the lower surface thereof. MO-C is used for forming each of these growth layers.
Although a vapor phase growth method such as a VD method is used, the growth rate is slow, and a layer that is originally not functionally necessary is formed, so that the throughput is reduced. Further, by forming a layer that is not functionally necessary, the overall thickness of the light emitting element also increases. When the film thickness is large, the amount of strain of each growth layer increases due to lattice non-bonding, and the functionally necessary growth layer is deteriorated.
【0009】従って本発明は上記のような問題点を踏ま
え、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光デバイス
を製造する際のスループットの向上と品質を向上させる
ための新規な製造とその製造方法を提供することを目的
とする。Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a novel manufacturing method and a manufacturing method for improving the throughput and quality when manufacturing a light emitting device using a gallium nitride-based compound semiconductor. The purpose is to do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる発光素子
によれば、基板上に形成されたN型の窒化ガリウム系化
合物半導体層と、前記N型の窒化ガリウム系化合物半導
体層上に形成されたP型の窒化ガリウム系化合物半導体
層とを有し、前記N型の窒化ガリウム系化合物半導体層
は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板側から増加する
領域を有することを特徴とする。According to the light emitting device of the present invention, an N-type gallium nitride compound semiconductor layer formed on a substrate and the N-type gallium nitride compound semiconductor layer formed on the N-type gallium nitride compound semiconductor layer are formed. And a P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, wherein the N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has a region where the impurity concentration increases from the substrate side in accordance with the film thickness.
【0011】また、本発明にかかる発光素子によれば、
基板と、第一のN型不純物の不純物濃度から第二のN型
不純物の不純物濃度まで増加して前記基板上に形成され
た第一N型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第二
のN型不純物の不純物濃度を有し前記第一N型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成された第二N型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、前記第二N型窒化ガリウム系
化合物半導体層上に形成されたP型窒化ガリウム系半導
体層とを有する。Further, according to the light emitting device of the present invention,
A substrate, a first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the substrate by increasing an impurity concentration of the first N-type impurity to an impurity concentration of the second N-type impurity, and A second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer and having an impurity concentration of the N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer; P-type gallium nitride-based semiconductor layer.
【0012】第一N型窒化ガリウム系化合物半導体層の
N型不純物の不純物濃度の変化は膜厚に応じて指数関数
的、直線的、飽和曲線的、ステップ状のいずれかの態様
で変化することが好ましい。[0012] The change in the impurity concentration of the N-type impurity in the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer changes in any of an exponential, linear, saturation curve, and stepwise manner according to the film thickness. Is preferred.
【0013】第一及び第二のN型不純物の不純物濃度
は、1×1013atoms ・cm-3乃至1×1023atoms ・cm
-3の範囲内にあり、また、第一N型窒化ガリウム系化合
物半導体層の膜厚は0.01乃至2.00μmの範囲内
であると良い。The impurity concentration of the first and second N-type impurities is 1 × 10 13 atoms · cm −3 to 1 × 10 23 atoms · cm.
-3 , and the thickness of the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer is preferably in the range of 0.01 to 2.00 μm.
【0014】また、本発明にかかる発光素子は、基板
と、前記基板表面上に形成され第一の不純物濃度を有す
る第一N型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第一
N型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形成され、
膜厚に応じて前記第一の不純物濃度から第二の不純物濃
度まで増加する第二N型窒化ガリウム系化合物半導体層
と、前記第二N型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上
に形成され、前記第二の不純物濃度を有する第三N型窒
化ガリウム系化合物半導体層と、前記第三N型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成されたP型窒化ガリウム
系化合物半導体層とを有することを特徴とする。Further, the light emitting device according to the present invention comprises a substrate, a first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the substrate surface and having a first impurity concentration, and the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. Formed on the surface of the compound semiconductor layer,
A second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer that increases from the first impurity concentration to a second impurity concentration according to a film thickness, and is formed on the surface of the second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer; A third N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer having a second impurity concentration; and a P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the third N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. I do.
【0015】さらに本発明にかかる発光素子は、基板
と、この基板上にエピタキシャル成長により形成され、
前記基板側から不純物濃度が増加して形成された第一成
長層と、前記第一成長層上にエピタキシャル成長により
形成され、異種ヘテロ接合を有する第二成長層とを有す
ることを特徴とする。Further, a light emitting device according to the present invention is formed by a substrate and an epitaxial growth on the substrate,
It has a first growth layer formed by increasing the impurity concentration from the substrate side, and a second growth layer formed by epitaxial growth on the first growth layer and having a heterogeneous heterojunction.
【0016】また、本発明にかかる発光素子は、基板上
に形成されたP型窒化ガリウム系化合物半導体層を少な
くとも一層有し、前記P型の窒化ガリウム系化合物半導
体層は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板から増加す
る領域を有することを特徴とする。The light emitting device according to the present invention has at least one P-type gallium nitride compound semiconductor layer formed on a substrate, and the P-type gallium nitride compound semiconductor layer has an impurity concentration of a film thickness. Characterized by having a region that increases from the substrate according to.
【0017】さらに、本発明にかかる発光素子は、基板
と、第一のP型不純物濃度から第二のP型不純物濃度ま
で増加して前記第二のP型不純物濃度まで増加して前記
基板上に形成された第一のP型窒化ガリウム系化合物半
導体層と、前記第二のP型不純物の不純物濃度を有し前
記第一P型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
た第二P型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有するこ
とを特徴とする発光素子。Further, the light-emitting device according to the present invention may further comprise a substrate and a light-emitting element on the substrate which increases from the first P-type impurity concentration to the second P-type impurity concentration and increases to the second P-type impurity concentration. A first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer having an impurity concentration of the second P-type impurity; A light-emitting element comprising a gallium nitride-based compound semiconductor layer.
【0018】前記第一P型窒化ガリウム系化合物半導体
層のP型不純物の不純物濃度は膜厚に応じて直線的、指
数関数的、飽和曲線的、ステップ状に変化していること
が好ましい。前記第一及び第二のP型不純物濃度は、1
×1013〜1×1023の範囲内にあり、前記第一P型窒
化ガリウム系化合物半導体層の膜厚は、0.01乃至
2.00μmの範囲であると良い。It is preferable that the impurity concentration of the P-type impurity in the first P-type gallium nitride based compound semiconductor layer changes linearly, exponentially, in a saturation curve, or in a step-like manner in accordance with the film thickness. The first and second P-type impurity concentrations are 1
The thickness is in the range of × 10 13 to 1 × 10 23 , and the thickness of the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer is preferably in the range of 0.01 to 2.00 μm.
【0019】また、本発明にかかる発光素子の製造方法
によれば、反応室内にて、基板上に第一窒化ガリウム系
化合物半導体層を形成する工程と、前記第一窒化ガリウ
ム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガスとして
シランガスを導入し、N型不純物がドープされた第二N
型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する工程とを有
し、前記反応室内に土にするシランガスの流入量を変化
させることにより、前記第二のN型窒化ガリウム系化合
物半導体層の不純物濃度を前記基板側から増加させて形
成することを特徴とする。According to the method of manufacturing a light emitting device of the present invention, a step of forming a first gallium nitride-based compound semiconductor layer on a substrate in a reaction chamber; A silane gas is introduced as the doping gas, and the second N
Forming a gallium nitride-based compound semiconductor layer, and changing the flow rate of silane gas used as soil in the reaction chamber to reduce the impurity concentration of the second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. It is characterized by being formed increasing from the substrate side.
【0020】以上の構成により、発光素子の製造にかか
るスループットを向上させることができ、発光素子にお
ける格子不接合による歪量の増加を防ぐことができ、成
長層の劣化を防ぐことができる。With the above structure, the throughput required for manufacturing the light emitting device can be improved, an increase in the amount of strain due to lattice non-bonding in the light emitting device can be prevented, and the deterioration of the growth layer can be prevented.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】はじめに図1を参照して本発明の
発光デバイスの構造について説明する。図1(a)はエ
ピタキシャル成長によって複数の成長層を形成したヘテ
ロ接合を有する発光ダイオードの断面図である。図1
(b)は図1(a)に示した発光ダイオードにおけるN
型不純物のプロファイルを示しており、その横軸はN型
不純物の不純物濃度を示し、その横軸は図1(a)に対
応して、基板の下面からの距離を示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the structure of a light emitting device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of a light emitting diode having a heterojunction in which a plurality of growth layers are formed by epitaxial growth. FIG.
(B) shows N in the light emitting diode shown in FIG.
The horizontal axis indicates the impurity concentration of the N-type impurity, and the horizontal axis indicates the distance from the lower surface of the substrate, corresponding to FIG.
【0022】本発明の発光ダイオードではサファイアよ
りなる基板11表面上に、膜厚0.01μm〜2.00
μm程度の非結晶のGaNよりなるバッファ層12(第
一GaN層)、膜厚0.01μm〜0.05μm程度、
N型不純物の不純物濃度がバックグラウンドレベルから
所望の不純物濃度、例えば1×1013atoms ・cm-3程度
から1×1023atoms ・cm-3まで増加するN型変調ドー
プ層13(便宜上、これを第二GaN層と称する。)、
膜厚0.01μm以上、N型不純物の不純物濃度が所望
の不純物濃度、例えば1×1023atoms ・cm-3程度の高
濃度N型層14(第三GaN層)、膜厚0.01μm〜
0.03μmのInGaNよりなる活性層15(InG
aN層)、膜厚0.1μm〜0.3μmのP型不純物の
ドープされたAlGaN層16、膜厚0.05μm以上
の高濃度にP型不純物がドープされたGaNよりなるコ
ンタクト層(第四GaN層)17よりなる積層が形成さ
れている。In the light emitting diode of the present invention, a film thickness of 0.01 μm to 2.00 is formed on the surface of the substrate 11 made of sapphire.
a buffer layer 12 (first GaN layer) made of amorphous GaN having a thickness of about μm, a thickness of about 0.01 μm to 0.05 μm,
The N-type modulation doped layer 13 (for convenience, this increases the impurity concentration of the N-type impurity from the background level to a desired impurity concentration, for example, from about 1 × 10 13 atoms · cm −3 to 1 × 10 23 atoms · cm −3). Is referred to as a second GaN layer.),
A high-concentration N-type layer 14 (third GaN layer) having a thickness of 0.01 μm or more and an N-type impurity having a desired impurity concentration, for example, about 1 × 10 23 atoms · cm −3 ;
The active layer 15 (InG) made of 0.03 μm InGaN
aN layer), an AlGaN layer 16 doped with a P-type impurity having a thickness of 0.1 μm to 0.3 μm, and a contact layer (fourth layer) made of GaN doped with a high concentration of P-type impurity having a thickness of 0.05 μm or more. A stack of GaN layers 17 is formed.
【0023】尚、上記に示した各膜の膜厚、不純物濃度
は上記の数値のみに限定されることはなく、特に第三G
aN層の不純物濃度は1×1013atoms ・cm-3程度以上
から1×1023atoms ・cm-3以下の範囲であればよく、
これと共に第三GaN層の不純物濃度は、第一GaN層
の不純物濃度から第三GaN層の不純物濃度に変化して
いればよい。The film thickness and impurity concentration of each film described above are not limited to only the above values, and particularly, the third G
The impurity concentration of the aN layer may be in the range of about 1 × 10 13 atoms · cm −3 or more to 1 × 10 23 atoms · cm −3 or less.
At the same time, the impurity concentration of the third GaN layer may be changed from the impurity concentration of the first GaN layer to the impurity concentration of the third GaN layer.
【0024】ここで従来の発光デバイスと異なる構成
は、従来形成していたスペーサ層(第二GaN層)の代
わりに、N型変調ドープ層13を形成し、さらにこれに
連続して高濃度N型層14を形成した点にある。すなわ
ち本発明によれば、本来機能的に必要の無い層を形成す
ること無く、バッファ層表面上より動作に必要なN型層
をその表面上より徐々にN型不純物の不純物濃度を上昇
するように形成する。Here, the structure different from the conventional light emitting device is that an N-type modulation doped layer 13 is formed instead of the conventionally formed spacer layer (second GaN layer), and a high concentration N The point is that the mold layer 14 is formed. That is, according to the present invention, the impurity concentration of the N-type impurity is gradually increased from the surface of the buffer layer to the N-type layer necessary for the operation from the surface of the buffer layer without forming a layer that is not functionally necessary. Formed.
【0025】N型不純物の不純物濃度は、第三GaN層
において1×1018atoms ・cm-3程度であり、第二Ga
N層では基板側でバックグラウンドレベル、第三GaN
層側では不純物濃度は1×1018atoms ・cm-3程度とな
るように増加している。このN型不純物の不純物濃度の
変化については種々の態様が考えられる。これらの態様
について図2を参照して説明する。尚、図2において横
軸は主に第二GaN層基板側からの距離(図中14で示
す範囲。)、縦軸は不純物濃度を示している。The impurity concentration of the N-type impurity in the third GaN layer is about 1 × 10 18 atoms · cm −3 ,
In the N layer, the background level on the substrate side, the third GaN
On the layer side, the impurity concentration is increased so as to be about 1 × 10 18 atoms · cm −3 . Various modes can be considered for the change in the impurity concentration of the N-type impurity. These aspects will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the horizontal axis mainly represents the distance from the second GaN layer substrate side (the range indicated by 14 in the figure), and the vertical axis represents the impurity concentration.
【0026】不純物濃度の変化は曲線(A)で示すよう
に基板側で緩やかに、第三GaN層側で大きく変化する
ような指数関数的な変化により形成するのが望ましい。
これは第一GaN層表面上に成長するN型変調ドープ層
が、ピンホールを発生しない有限の厚さを必要とし、こ
のピンホールを発生しない程度の膜厚まで形成されたN
型変調ドープ層は、その後、徐々に不純物濃度を上昇さ
せても、安定して結晶成長するからである。 実施例2 図2の線(B)を参照して本発明の第二の実施例につい
て説明する。線(B)で示されるようにN型変調ドープ
層が、基板側から直線的に増加して第三N型GaN層の
不純物濃度まで形成している。この様な変調ドープ方法
を行うことで、成長レートやドーピング効率の変動を少
なくすることが可能となる。The change in the impurity concentration is preferably formed by an exponential change such as a gentle change on the substrate side and a large change on the third GaN layer side as shown by the curve (A).
This is because the N-type modulation doped layer grown on the surface of the first GaN layer needs a finite thickness that does not generate pinholes, and the N-type modulation doped layer is formed to a thickness that does not generate pinholes.
This is because the type modulation doped layer grows stably even if the impurity concentration is gradually increased thereafter. Embodiment 2 A second embodiment of the present invention will be described with reference to the line (B) in FIG. As shown by the line (B), the N-type modulation doped layer increases linearly from the substrate side to the impurity concentration of the third N-type GaN layer. By performing such a modulation doping method, it is possible to reduce fluctuations in the growth rate and the doping efficiency.
【0027】例えば、ドーピングガスを供給する際に生
じるガス供給系・ガス種の変化が、基板に到達する直
前、或いは基板上の雰囲気ガスを冷却する等の微少な揺
らぎを発生する。ここで、ドーピングガスを線形に変化
させると、温度制御が追いつくことで成長温度が一定に
保たれる。よって、温度に起因する成長レートや、ドー
ピング効率の変動が減少する。 実施例3 図2の線(C)を参照して本発明の第三の実施例につい
て説明する。線(C)で示されるように、N型変調ドー
プ層を、基板側からステップ状に増加して第三N型Ga
N層の不純物濃度まで形成している。この様な変調ドー
プを行うと、成長表面の復元をしながら成長することに
なるので比較的短成長時間、或いは比較的薄層とした変
調ドープ層上に高濃度にドーピングしたN層を形成する
ことが可能となる。For example, a change in the gas supply system / gas type that occurs when the doping gas is supplied causes minute fluctuations such as immediately before reaching the substrate or cooling of the atmospheric gas on the substrate. Here, when the doping gas is changed linearly, the temperature control catches up, and the growth temperature is kept constant. Therefore, fluctuations in the growth rate and the doping efficiency due to the temperature are reduced. Embodiment 3 A third embodiment of the present invention will be described with reference to the line (C) in FIG. As shown by the line (C), the N-type modulation doped layer is stepwise increased from the substrate side to increase the third N-type Ga.
It is formed up to the impurity concentration of the N layer. When such modulation doping is performed, the growth is performed while restoring the growth surface. Therefore, a heavily doped N layer is formed on the modulation dope layer having a relatively short growth time or a relatively thin layer. It becomes possible.
【0028】また、結晶の回復を図りながら成長するた
めに、成長表面の平坦性が良い。この効果を実現するた
めに極端な場合には周期的にアンドープ層を挟んでもよ
い。Since the crystal is grown while recovering the crystal, the growth surface has good flatness. In an extreme case, an undoped layer may be interposed periodically in order to realize this effect.
【0029】更に、このステップは程度によるが1段で
もその効果は得られる。 実施例4 図2の曲線(D)を参照して本発明の第四の実施例につ
いて説明する。線(D)で示されるようにN型変調ドー
プ層を、基板側から飽和曲線的に増加するように形成す
る。この様な変調ドープ層を形成すると、変調ドープ層
中の低濃度領域を極小に設定できる。このため、全体の
成長厚みを減らして成長時間の短縮が可能となる。よっ
て量産を行うにあたってスループットの高い工程を形成
できる。 実施例5 図5を参照しながら本発明の第五の実施例について説明
する。図3(a)は、本実施例を用いて形成した窒化ガ
リウム系化合物半導体を素子化したものの断面図であ
る。図3(b)は図3(a)の素子を上部からみた図
(上面図)である。図中の51,52で現した部分はそ
れぞれn側電極、p側電極である。これまで述べてきた
実施例1〜4の手法を用いて結晶成長したウェーハを用
いた。これに、パターニングを施し、RIE(reactive
ion etching)、RIBE(reactiveion beam etchin
g)、CDE(chemical dry etching)等のドライエッチ
ングを行った。エッチング後の表面53は、高濃度N型
GaN層14の中で得ている。Further, although this step depends on the degree, the effect can be obtained even with one step. Embodiment 4 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a curve (D) in FIG. As shown by the line (D), an N-type modulation doped layer is formed so as to increase in a saturation curve from the substrate side. By forming such a modulation doping layer, the low concentration region in the modulation doping layer can be set to a minimum. Therefore, the growth time can be shortened by reducing the overall growth thickness. Therefore, a high-throughput process can be formed in mass production. Embodiment 5 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view of a device formed from a gallium nitride-based compound semiconductor formed using this embodiment. FIG. 3B is a diagram (top view) of the element of FIG. 3A viewed from above. Portions denoted by 51 and 52 in the figure are an n-side electrode and a p-side electrode, respectively. Wafers grown using the techniques of Examples 1 to 4 described above were used. This is patterned and RIE (reactive
ion etching), RIBE (reactive ion beam etchin)
g), dry etching such as CDE (chemical dry etching) was performed. The surface 53 after the etching is obtained in the high concentration N-type GaN layer 14.
【0030】ここで、高濃度N型GaN層14の厚みは
横方向に電流を流すために一定の規格(キャリア濃度と
移動度とで決定される)値を必要とする。Here, the thickness of the high-concentration N-type GaN layer 14 requires a certain standard (determined by the carrier concentration and the mobility) to allow a current to flow in the lateral direction.
【0031】この高濃度N型GaN層14の表面53に
N型電極を形成する。次いで、コンタクト層17の表面
54にp型電極52を形成する。なお、これらp表面、
n表面は、p/n界面を含めて絶縁膜や誘電体薄膜等で
保持されている。この後、ダイシングおよびスクライビ
ングにより素子形状に分離を行う。An N-type electrode is formed on the surface 53 of the high-concentration N-type GaN layer 14. Next, the p-type electrode 52 is formed on the surface 54 of the contact layer 17. In addition, these p surface,
The n surface, including the p / n interface, is held by an insulating film, a dielectric thin film, or the like. Thereafter, separation into element shapes is performed by dicing and scribing.
【0032】これら分離された素子はマウントされ、図
5に示すように組立てが行われる。チップの電極パッド
には図5(a)に示すボールボンディングあるいは図5
(b)に示すウェッジボンディングが行われる。図5
(a)のボールボンディングよりも図5(b)の様にウ
ェッジボンディングを用いる方がボンディングパッドを
小さくできるのでより好ましい。また、図5(c)の様
にフリップチップマウントを行う方法もある。図5
(d)に図5(b)のウェッジボンディングを適用した
場合の上面図を示す。図から分かるように、ボールボン
ドを行う場合のパッド75より小さいパッド76となっ
ている。これは、ボールボンディングを行う場合のパッ
ドはボール径+αで100um〜120umが必要であ
るが、ウェッジの場合にはワイア径の25um〜50u
mで済むからである。図5(e)に、図5(c)のフリ
ップチップマウントを適用した場合の上面図を示す。図
5(e)から分かるように、ボール用パッド75と比較
して、更にパッド77,78が縮小されている。これ
は、フリップチップマウントを行うための半田バンプの
形成には数〜数十umのパッドで十分であるためであ
る。また、電極は通常2個所(77或いは78の片側或
いは両方)あれば十分であるが、図5(e)の様に固定
のため4点全てを設ける方がより良い。これらの電極を
接続した後、樹脂でモールドする等で固定し完成する。 実施例6 本発明の第六の実施例について、例としてこれまで述べ
てきた窒化ガリウム系化合物半導体を使って説明する。
図2及び図4を参照しながら説明する。図4は本実施例
を説明するために模式化したMO−CVD装置の断面図
である。成長室51には、キャリアガス供給用の配管5
7、アンモニア等V族を供給する配管、TMG(トリメ
チルガリウム)等のIII 族原子を供給する配管58、n
型ドーパント59を供給する配管56、及び、バックグ
ラウンド補償ガス60(以下補償ガスと略)を供給する
配管55が接続されており、成長に寄与するガスはここ
から供給される。そして、反応後、及び成長に寄与しな
かった残ガスは排気54を通って排ガス処理装置へと排
出される。この成長室の内部には、ヒータ52上に基板
53が配置され、上述の成長ガスを供給することで窒化
ガリウム系化合物半導体層を成長する。These separated elements are mounted and assembled as shown in FIG. The electrode pads of the chip may be ball-bonded as shown in FIG.
The wedge bonding shown in (b) is performed. FIG.
The use of wedge bonding as shown in FIG. 5B is more preferable than the ball bonding of FIG. There is also a method of performing flip chip mounting as shown in FIG. FIG.
FIG. 5D shows a top view when the wedge bonding of FIG. 5B is applied. As can be seen from the figure, the pad 76 is smaller than the pad 75 when performing ball bonding. This is because a pad for performing ball bonding requires a ball diameter + α of 100 μm to 120 μm, whereas a wedge has a wire diameter of 25 μm to 50 μm.
m is enough. FIG. 5E shows a top view when the flip chip mount of FIG. 5C is applied. As can be seen from FIG. 5E, the pads 77 and 78 are further reduced as compared with the ball pad 75. This is because a pad of several to several tens μm is sufficient for forming a solder bump for performing flip chip mounting. Usually, two electrodes (one or both sides of 77 or 78) are sufficient, but it is better to provide all four points for fixing as shown in FIG. 5 (e). After connecting these electrodes, they are fixed by molding with resin or the like to complete. Embodiment 6 A sixth embodiment of the present invention will be described using the gallium nitride-based compound semiconductor described above as an example.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of an MO-CVD apparatus schematically illustrating this embodiment. The growth chamber 51 has a pipe 5 for supplying carrier gas.
7, a pipe for supplying a group V atom such as ammonia, a pipe 58 for supplying a group III atom such as TMG (trimethylgallium), n
A pipe 56 for supplying a mold dopant 59 and a pipe 55 for supplying a background compensation gas 60 (hereinafter abbreviated as compensation gas) are connected, and a gas contributing to the growth is supplied from here. After the reaction, the residual gas that has not contributed to the growth is discharged to the exhaust gas treatment device through the exhaust gas 54. Inside the growth chamber, a substrate 53 is disposed on a heater 52, and the above-described growth gas is supplied to grow a gallium nitride-based compound semiconductor layer.
【0033】ところで、本発明の趣旨は、基板側から不
純物濃度が増加して形成された成長層を有することであ
る。よって、基板側のバックグラウンド不純物濃度を下
げ、成長方向に増加させることで得られた図2の(A)
〜(D)の不純物プロファイルも当然含まれる。Incidentally, the gist of the present invention is to have a growth layer formed by increasing the impurity concentration from the substrate side. Accordingly, FIG. 2A obtained by lowering the background impurity concentration on the substrate side and increasing it in the growth direction.
To (D) are naturally included.
【0034】以下に、図4の装置を用いてこの形成方法
を説明する。装置内にキャリアガス、成長ガスの他に例
えば総流量の1ppm以下(例えば1ppb程度)のO
2等の補償ガス60を供給する。この補償ガスの供給量
を下限から始めてバックグラウンドレベルまで減らす。
または、補償ガスでバックグラウンドレベルを下げたま
ま、SiH4等のドーピングガスを例えば順次増加して
供給する。これらの方法で、図2の(A)〜(D)の所
望の不純物濃度プロファイルを持たせることが容易にで
きる。 実施例7 図6を参照しながら、本発明の第七の実施例について説
明する。図6(a)はエピタキシャル成長によって複数
の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光素子の
断面図である。図6(b)は、図6(a)に対応した発
光素子のp型不純物のプロファイルを示している。図
中、横軸はp型不純物の不純物濃度を示し、縦軸は図6
(a)に対応して基板からの距離を示している。Hereinafter, this forming method will be described with reference to the apparatus shown in FIG. In addition to the carrier gas and the growth gas, for example, 1 ppm or less (for example, about 1 ppb)
A compensation gas 60 such as 2 is supplied. The supply amount of the compensation gas is reduced from the lower limit to the background level.
Alternatively, a doping gas such as SiH 4 is supplied, for example, sequentially increased while the background level is lowered by the compensation gas. With these methods, the desired impurity concentration profiles shown in FIGS. 2A to 2D can be easily provided. Embodiment 7 A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view of a light emitting device having a heterogeneous heterojunction in which a plurality of growth layers are formed by epitaxial growth. FIG. 6B shows a profile of a p-type impurity of the light emitting element corresponding to FIG. 6A. 6, the horizontal axis represents the impurity concentration of the p-type impurity, and the vertical axis represents the impurity concentration in FIG.
The distance from the substrate is shown corresponding to (a).
【0035】なお異種ヘテロ接合としてはGaAs/S
i・Inp/GaAs・GaN/Al2O3・GaN/
Si・GaN/SiCのような種々のヘテロ接合を含
む。As the heterogeneous heterojunction, GaAs / S
i · Inp / GaAs · GaN / Al 2 O 3 · GaN /
Includes various heterojunctions such as Si-GaN / SiC.
【0036】本実施例の発光素子では、サファイアより
なる基板81表面上に膜厚0.01〜2.00um程度
の非晶質GaNよりなるバッファ層82と、膜厚0.0
1〜0.5um程度で、Be、Mg、Ca等のp型不純
物濃度がバックグラウンドレベルから所望の不純物濃
度、例えば1×1013cm-3程度から1×1023cm-3
程度まで増加するp型変調ドープ層84と、膜厚0.0
1μm以上でp型不純物の不純物濃度が所望の不純物濃
度、例えば1×1018cm-3程度から1×1023cm-3
程度の高濃度p型層85と、膜厚0.01〜0.03μ
m程度で、InGaNよりなる活性層86と、膜厚0.
01〜2.0μm程度で、n型不純物濃度がドープされ
たAlGaN層87よりなる。In the light emitting device of this embodiment, a buffer layer 82 made of amorphous GaN having a thickness of about 0.01 to 2.00 μm is formed on a surface of a substrate 81 made of sapphire.
The p-type impurity concentration of Be, Mg, Ca, etc. is about 1 to 0.5 μm and the desired impurity concentration from the background level, for example, about 1 × 10 13 cm −3 to 1 × 10 23 cm −3.
A p-type modulation doping layer 84 increasing to about
When the impurity concentration of the p-type impurity is 1 μm or more, the impurity concentration is a desired impurity concentration, for example, about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 23 cm −3.
High concentration p-type layer 85 and a thickness of 0.01 to 0.03 μm
m, an active layer 86 of InGaN, and a film thickness of 0.
An AlGaN layer 87 having an n-type impurity concentration of about 01 to 2.0 μm is formed.
【0037】なお、上記の膜厚、不純物濃度は実施例1
で述べたのと同じ理由で上記数値のみに限定されるもの
では無い。The above film thickness and impurity concentration were determined in Example 1.
It is not limited to the above numerical values for the same reason as described above.
【0038】尚、各層の構成については上記の種類に限
定されることはなく、各種の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いて形成することが可能である。例えば基板11
はサファイアの他、SiC、GaAs、Si、また第一
GaN層はInxAlyGa1-(x+y) N、また第二、第
三GaNはAlxGa(1-x) N、またInGaN層はI
nxGa(1-x) N、またAlGaN層はAlxGa
(1-x) N、また第四GaN層はInxAlyGa
1-(x+y) N(上記の各x、yは、0または1である。)
によりそれぞれ形成することができる。The structure of each layer is not limited to the above type, and it is possible to form each layer using various gallium nitride-based compound semiconductors. For example, the substrate 11
Other sapphire, SiC, GaAs, Si, also the first GaN layer In x Al y Ga 1- (x + y) N, also the second, third GaN is Al x Ga (1-x) N Also, InGaN layer is I
n x Ga (1-x) N, and the AlGaN layer is Al x Ga
(1-x) N, also the fourth GaN layer is In x Al y Ga
1- (x + y) N (x and y are each 0 or 1)
Can be formed respectively.
【0039】続いて図1における本発明の発光ダイオー
ドの製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the light emitting diode of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
【0040】はじめにサファイア基板11を反応室に載
置し、摂氏500度〜600程度に加熱する。次にこの
反応室内にキャリアガスとして水素、窒素あるいはこれ
らの混合ガス、原料ガスとしてアンモニア(NH3)及
びTMGa(トリメチルガリウム)を導入することによ
り非結晶の第一GaN層12を形成する。次に反応室内
の温度を1000度〜1100度程度に上昇させ、上記
同様のガスを導入しさらに、これと共にN型不純物のド
ーピングのためSiH4(シランガス)を導入する。First, the sapphire substrate 11 is placed in a reaction chamber and heated to about 500 to 600 degrees Celsius. Next, non-crystalline first GaN layer 12 is formed by introducing hydrogen (nitrogen) or a mixed gas thereof as a carrier gas and ammonia (NH 3 ) and TMGa (trimethylgallium) as a source gas into the reaction chamber. Next, the temperature in the reaction chamber is raised to about 1000 ° C. to 1100 ° C., a gas similar to the above is introduced, and together with this, SiH 4 (silane gas) is introduced for doping N-type impurities.
【0041】ここで成長させようとする膜はN型不純物
の不純物濃度が徐々に増加するように形成するが、この
制御はシランガスの流量を制御することにより容易に制
御することができる。すなわちここでGaN層の成長と
共に、シランガスの流量を指数関数的に増加させれば、
それに対応して形成されるN型変調ドープ層の不純物濃
度も指数関数的に増加させることができる。また不純物
濃度を直線的に増加させて形成する場合には、シランガ
スの流量も直線的に、不純物濃度を飽和曲線的に増加さ
せて形成する場合には、シランガスの流量も飽和曲線的
に、また不純物濃度をステップ状に増加させて形成する
場合には、シランガスの流量もステップ状に増加させれ
ばよい。Here, the film to be grown is formed so that the impurity concentration of the N-type impurity gradually increases. This control can be easily controlled by controlling the flow rate of the silane gas. That is, if the flow rate of the silane gas is increased exponentially with the growth of the GaN layer,
The impurity concentration of the N-type modulation doped layer formed correspondingly can also be increased exponentially. When the impurity concentration is increased linearly, the flow rate of the silane gas is also increased linearly. When the impurity concentration is increased in a saturation curve, the flow rate of the silane gas is increased in a saturation curve. In the case where the impurity concentration is increased stepwise, the flow rate of the silane gas may be increased stepwise.
【0042】尚、本発明での一例としてはシランガスの
濃度を1ppm程度、流量を0〜200sccm程度ま
で変化させて形成することにより、第二GaN層の不純
物濃度を所望の値に変化させて形成することができる。As an example of the present invention, the GaN gas is formed by changing the concentration of silane gas to about 1 ppm and the flow rate to about 0 to 200 sccm to change the impurity concentration of the second GaN layer to a desired value. can do.
【0043】次に反応室内の温度を保ったまま、或いは
若干低下させTMI(トリメチルインジウム)を導入す
ることによりInGaN層を形成する。さらにTMAl
(トリメチルアルミニウム)とCp2Mg(ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム)を導入することによりP
型不純物が導入されたAlGaN層を形成する。さらに
TMGa(トリメチルガリウム)、NH3、Cp2Mg
を導入することによりGaNコンタクト層をそれぞれ形
成する。以上の工程により本発明の発光ダイオードの製
造工程の一例が終了する。Next, an InGaN layer is formed by introducing TMI (trimethylindium) while maintaining or slightly lowering the temperature in the reaction chamber. Further TMAl
(Trimethylaluminum) and Cp 2 Mg (biscyclopentadienyl magnesium) to introduce P
An AlGaN layer into which a type impurity has been introduced is formed. Further, TMGa (trimethylgallium), NH 3 , Cp 2 Mg
To form a GaN contact layer. With the above steps, one example of the manufacturing process of the light emitting diode of the present invention is completed.
【0044】尚、上記の実施の形態においては主に発光
ダイオードの構成及びその製造方法について示している
が、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、半導体レ
ーザ等の発光デバイスについても本発明を適用できる。In the above embodiment, the structure of the light emitting diode and the method of manufacturing the same are mainly shown, but the present invention is also applicable to light emitting devices such as semiconductor lasers without departing from the gist of the present invention. Can be applied.
【0045】本発明によれば、従来の発光デバイスにお
いて形成していたスペーサ層としてアンドープの単結晶
GaN層を形成することなく、バッファ層表面上にN型
変調ドープ層と高濃度N型層とを連続的にシランガスの
流量を変化させることのみにより、異常成長無く結晶性
を安定して形成することができる。すなわち機能的には
必要の無いスペーサ層を形成することなく、バッファ層
表面上に直接動作に寄与するN型層を形成することがで
きるため、スペーサ層を形成するために生じていたスル
ープットの低下を防ぐことができる。また、スペーサ層
を形成することがないため、発光素子全体の膜厚も多少
減少するため、格子不整合による歪量の増加を防ぐこと
ができ、成長層の劣化を防ぐことができる。According to the present invention, an N-type modulation doped layer and a high-concentration N-type layer are formed on the buffer layer surface without forming an undoped single-crystal GaN layer as a spacer layer formed in a conventional light emitting device. By continuously changing the flow rate of silane gas, crystallinity can be stably formed without abnormal growth. That is, the N-type layer that directly contributes to the operation can be formed on the surface of the buffer layer without forming a functionally unnecessary spacer layer. Can be prevented. Further, since the spacer layer is not formed, the thickness of the entire light emitting element is slightly reduced, so that an increase in strain due to lattice mismatch can be prevented, and deterioration of the growth layer can be prevented.
【0046】[0046]
【発明の効果】本発明にかかる発光素子によれば、基板
上に形成されたN型の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、N型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
たP型の窒化ガリウム系化合物半導体層とを有し、N型
の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃度が膜厚
に応じて前記基板側から増加する領域を有しているの
で、異常成長無く結晶性を安定して形成することができ
るため、発光素子の製造にかかるスループットを向上さ
せることができる。According to the light emitting device of the present invention, an N-type gallium nitride compound semiconductor layer formed on a substrate and a P-type nitride semiconductor formed on an N-type gallium nitride compound semiconductor layer are formed. A gallium-based compound semiconductor layer, and the N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has a region in which the impurity concentration increases from the substrate side according to the film thickness, so that crystallinity is stabilized without abnormal growth. Therefore, the throughput required for manufacturing a light-emitting element can be improved.
【0047】また、本発明にかかる発光素子の製造方法
によれば、従来の発光デバイスにおいて形成していたス
ペーサ層としてアンドープの単結晶GaN層を形成する
ことなく、バッファ層表面上にN型変調ドープ層と高濃
度N型層とを連続的にシランガスの流量を変化させるこ
とのみにより、異常成長無く結晶性を安定して形成する
ことができるため、発光素子の製造にかかるスループッ
トを向上させることができる。さらに発光素子全体の膜
厚も多少減少させることができるため、格子不整合によ
る歪量の増加を防ぐことができ、成長層の劣化を防ぐこ
とができる。Further, according to the method of manufacturing a light emitting device according to the present invention, an N-type modulation is formed on the buffer layer surface without forming an undoped single crystal GaN layer as a spacer layer formed in a conventional light emitting device. Only by continuously changing the flow rate of the silane gas between the doped layer and the high-concentration N-type layer, the crystallinity can be stably formed without abnormal growth, thereby improving the throughput required for manufacturing a light emitting device. Can be. Furthermore, since the thickness of the entire light emitting element can be reduced somewhat, an increase in strain due to lattice mismatch can be prevented, and deterioration of the grown layer can be prevented.
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態を説明する
発光ダイオードの断面図及び(b)はN型不純物の不純
物プロファイルを示すグラフ。FIG. 1A is a cross-sectional view of a light-emitting diode illustrating a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a graph showing an impurity profile of an N-type impurity.
【図2】本発明のN型変調ドープ層の不純物プロファイ
ル。FIG. 2 is an impurity profile of an N-type modulation doped layer of the present invention.
【図3】(a)は窒化ガリウム系化合物半導体の断面
図、(b)はその上面図。3A is a cross-sectional view of a gallium nitride-based compound semiconductor, and FIG. 3B is a top view thereof.
【図4】MO−CVD装置を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing an MO-CVD apparatus.
【図5】本発明の発光ダイオードの組立を説明する図で
あって、(a)および(b)は電極にワイヤが接合され
る様子を示す説明図、(c)はウェッジボンディング従
来の問題点を示す説明図、(d)は(b)のウェッジボ
ンディングが行われた様子を示す上面図、(e)は
(c)のボンディングが行われた様子を示す上面図。FIGS. 5A and 5B are views for explaining the assembling of the light emitting diode of the present invention, wherein FIGS. 5A and 5B are views showing how a wire is bonded to an electrode, and FIG. 5C is a conventional problem of wedge bonding. (D) is a top view showing a state in which the wedge bonding of (b) is performed, and (e) is a top view showing a state in which the bonding of (c) is performed.
【図6】(a)は異種ヘテロ接合を含む発光素子の断面
図、(b)はそのP型不純物のプロファイルを示すグラ
フ。6A is a cross-sectional view of a light emitting device including a heterogeneous heterojunction, and FIG. 6B is a graph showing a profile of a P-type impurity.
【図7】(a)は従来の発光ダイオードを示す断面図、
(b)はそのN型不純物のプロファイルを示すグラフ。FIG. 7A is a sectional view showing a conventional light emitting diode,
(B) is a graph showing the profile of the N-type impurity.
【図8】従来技術に固有の問題を示す模式図。FIG. 8 is a schematic diagram showing a problem inherent to the conventional technique.
11,111 基板 12,112 バッファ層(第一GaN層) 13 N型変調ドープ層(第二GaN層) 14,114 高濃度N型層(第三GaN層) 15,115 活性層(InGaN層) 16,116 AlGaN層 17,117 コンタクト層(第四GaN層) 113 スペーサ層113(第二GaN層) 211 ピンホール 212 GaN層の異常成長 11,111 substrate 12,112 buffer layer (first GaN layer) 13 N-type modulation doped layer (second GaN layer) 14,114 high concentration N-type layer (third GaN layer) 15,115 active layer (InGaN layer) 16, 116 AlGaN layer 17, 117 Contact layer (fourth GaN layer) 113 Spacer layer 113 (second GaN layer) 211 Pinhole 212 Abnormal growth of GaN layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 原 秀 人 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 磯 本 建 次 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hideto Sugawara 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Kawasaki Office (72) Inventor Kenji Isomoto Horikawa-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 72 Toshiba Kawasaki Office
Claims (19)
化合物半導体層と、前記N型の窒化ガリウム系化合物半
導体層上に形成されたP型の窒化ガリウム系化合物半導
体層とを有する発光素子において、 前記N型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃
度が膜厚に応じて前記基板側から増加する領域を有する
ことを特徴とする発光素子。A light emitting device comprising: an N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on a substrate; and a P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. In the element, the N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has a region in which an impurity concentration increases from the substrate side according to a film thickness.
不純物濃度まで増加して前記基板上に形成された第一N
型窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第二のN型不純物の不純物濃度を有し前記第一N型
窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された第二N型
窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第二N型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れたP型窒化ガリウム系半導体層と、 を有することを特徴とする発光素子。A first N-type impurity formed on the substrate by increasing the impurity concentration from the first N-type impurity to the second N-type impurity;
-Type gallium nitride-based compound semiconductor layer; a second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer having an impurity concentration of the second N-type impurity and formed on the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer; And a P-type gallium nitride-based semiconductor layer formed on the second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer.
層は、N型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて指数関数
的に変化していることを特徴とする請求項2記載の発光
素子。3. The light emitting device according to claim 2, wherein said first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has an N-type impurity whose exponential concentration varies exponentially according to its thickness. .
層は、N型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて直線的に
変化していることを特徴とする請求項2記載の発光素
子。4. The light emitting device according to claim 2, wherein said first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has an impurity concentration of an N-type impurity which varies linearly according to a film thickness.
層は、N型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて飽和曲線
的に変化していることを特徴とする請求項2記載の発光
素子。5. The light emitting device according to claim 2, wherein said first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has an impurity concentration of an N-type impurity changing in a saturation curve according to a film thickness. .
層は、N型不純物の不純物濃度が膜厚に応じてステップ
状に変化していることを特徴とする請求項2記載の発光
素子。6. The light emitting device according to claim 2, wherein the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has an N-type impurity having a stepwise change in impurity concentration according to a film thickness.
度は、1×1013atoms ・cm-3乃至1×1023atoms ・
cm-3の範囲内にあることを特徴とする請求項2記載の発
光素子。7. An impurity concentration of the first and second N-type impurities is 1 × 10 13 atoms · cm −3 to 1 × 10 23 atoms ·
3. The light-emitting device according to claim 2, wherein the light-emitting device is within a range of cm -3 .
層の膜厚は0.01乃至2.00μmの範囲内であるこ
とを特徴とする請求項2記載の発光素子。8. The light emitting device according to claim 2, wherein said first N-type gallium nitride based compound semiconductor layer has a thickness in the range of 0.01 to 2.00 μm.
一N型窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第一N型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形
成され、膜厚に応じて前記第一の不純物濃度から第二の
不純物濃度まで増加する第二N型窒化ガリウム系化合物
半導体層と、 前記第二N型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形
成され、前記第二の不純物濃度を有する第三N型窒化ガ
リウム系化合物半導体層と、 前記第三N型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れたP型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有すること
を特徴とする発光素子。9. A substrate, a first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the substrate surface and having a first impurity concentration, and formed on the first N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer surface A second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer that increases from the first impurity concentration to a second impurity concentration in accordance with the film thickness, and formed on the surface of the second N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer; A third N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer having the second impurity concentration; and a P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on the third N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. A light emitting element.
基板側から不純物濃度が増加して形成された第一成長層
と、 前記第一成長層上にエピタキシャル成長により形成さ
れ、異種ヘテロ接合を有する第二成長層とを有すること
を特徴とする発光素子。10. A substrate, a first growth layer formed on the substrate by epitaxial growth and having an increased impurity concentration from the substrate side, and a heterogeneous heterostructure formed on the first growth layer by epitaxial growth. A light emitting device comprising: a second growth layer having a junction.
化合物半導体層を少なくとも一層有する発光素子におい
て、前記P型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純
物濃度が膜厚に応じて前記基板から増加する領域を有す
ることを特徴とする発光素子。11. A light emitting device having at least one P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer formed on a substrate, wherein the P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has an impurity concentration depending on the film thickness. A light-emitting element having an increasing region.
のP型不純物濃度まで増加して前記第二のP型不純物濃
度まで増加して前記基板上に形成された第一のP型窒化
ガリウム系化合物半導体層と、前記第二のP型不純物の
不純物濃度を有し前記第一P型窒化ガリウム系化合物半
導体層上に形成された第二P型窒化ガリウム系化合物半
導体層とを有することを特徴とする発光素子。12. A substrate, comprising: a first P-type impurity layer formed on the substrate by increasing from a first P-type impurity concentration to a second P-type impurity concentration and increasing to the second P-type impurity concentration; -Type gallium nitride-based compound semiconductor layer, and a second P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer having an impurity concentration of the second P-type impurity and formed on the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer A light-emitting element comprising:
体層は、P型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて直線的
に変化していることを特徴とする請求項12に記載の発
光素子。13. The light emitting device according to claim 12, wherein in the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, an impurity concentration of a P-type impurity linearly changes according to a film thickness. .
体層は、P型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて指数関
数的に変化していることを特徴とする請求項12に記載
の発光素子。14. The light emission according to claim 12, wherein in the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, an impurity concentration of a P-type impurity changes exponentially according to a film thickness. element.
体層は、P型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて飽和曲
線的に変化していることを特徴とする請求項12に記載
の発光素子。15. The light emission according to claim 12, wherein the impurity concentration of the P-type impurity in the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer changes in a saturation curve according to the film thickness. element.
体層は、P型不純物の不純物濃度が膜厚に応じてステッ
プ状に変化していることを特徴とする請求項12に記載
の発光素子。16. The light emitting device according to claim 12, wherein the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has a step-like change in the impurity concentration of the P-type impurity according to the film thickness. .
1×1013〜1×1023の範囲内にあることを特徴とす
る請求項12に記載の発光素子。17. The method according to claim 17, wherein the first and second P-type impurity concentrations are:
The light emitting device according to claim 12, characterized in that in the 1 × 10 13 ~1 × 10 23 in the range of.
体層の膜厚は、0.01乃至2.00μmの範囲である
ことを特徴とする請求項12に記載の発光素子。18. The light emitting device according to claim 12, wherein the first P-type gallium nitride-based compound semiconductor layer has a thickness in a range of 0.01 to 2.00 μm.
ム系化合物半導体層を形成する工程と、前記第一窒化ガ
リウム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガスと
してシランを導入し、N型不純物がドープされた第二N
型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する工程とを有
する発光素子の製造方法において、 前記反応室内に導入するシランの流入量を変化させるこ
とにより、前記第二のN型窒化ガリウム系化合物半導体
層の不純物濃度を前記基板側から増加させて形成するこ
とを特徴とする発光素子の製造方法。19. A step of forming a first gallium nitride-based compound semiconductor layer on a substrate in a reaction chamber; introducing silane as the doping gas onto the surface of the first gallium nitride-based compound semiconductor layer; Second N doped with impurities
Forming a gallium nitride-based compound semiconductor layer by changing the inflow amount of silane introduced into the reaction chamber to form the second n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. A method for manufacturing a light emitting element, wherein the impurity concentration is increased from the substrate side.
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