JPH11233821A - Gallium nitride compound semiconductor device - Google Patents

Gallium nitride compound semiconductor device

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JPH11233821A
JPH11233821A JP4454998A JP4454998A JPH11233821A JP H11233821 A JPH11233821 A JP H11233821A JP 4454998 A JP4454998 A JP 4454998A JP 4454998 A JP4454998 A JP 4454998A JP H11233821 A JPH11233821 A JP H11233821A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
thickness
compound semiconductor
light emitting
gallium nitride
Prior art date
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Pending
Application number
JP4454998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Asai
誠 浅井
Katsuhisa Sawazaki
勝久 澤崎
Naoki Kaneyama
直樹 兼山
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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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting device of high luminous intensity by a method wherein a mutual relation between the thickness of a P clad layer and the luminous intensity of a gallium nitride compound semiconductor device is made clear. SOLUTION: Gallium nitride compound semiconductor layers are laminated on a substrate for the formation of a light emitting device, wherein a P-type Alx Ga1-x N clad layer (0<=x<1) is set as thick as 90 to 500 Å. First, the reason why the thickness is set above 90 Åis that carrier can not be trapped in an active layer if the thickness is below 90 Å. Second, the reason why the thickness is set below 500 Å is that strong stress is imposed on the active layer if the thickness is above 500 Å, because the active layer and the P-clad layer are different from each other in lattice constant. Or, dislocations are generated in the P-type clad layer due to lattice mismatching, so that the P-clad layer and a P contact layer can not be well improved in crystal structure as desired.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光出力が、高光
度の窒化ガリウム系化合物半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor device having a high luminous output.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子には、ダブルヘテロ構造
の緑色乃至は青色発光のものが知られているが、これら
の発光素子では、通常pクラッド層の厚さは700Åと
厚く、更なる発光出力の向上が望まれていた。
2. Description of the Related Art A light emitting device having a double hetero structure emitting green or blue light is known as a light emitting device in which a layer made of a gallium nitride compound semiconductor is laminated on a substrate. The thickness of the p-cladding layer is as thick as 700 °, and further improvement in light emission output has been desired.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来は、これらの発光
素子の光度が、p型にドープされたAlx Ga1-x
(0≦x<1)より成るpクラッド層の膜厚と強い相関
を持つことは知られていなかったため、高光度を実現す
る上で好適若しくは最適なpクラッド層の膜厚をもつ半
導体発光素子を得ることは容易でなかった。
Conventionally, the luminous intensity of these light-emitting elements has been reduced to p-type doped Al x Ga 1 -xN.
Since it was not known to have a strong correlation with the thickness of the p-cladding layer composed of (0 ≦ x <1), a semiconductor light emitting device having a suitable or optimal p-cladding layer thickness for realizing high luminous intensity It was not easy to get.

【0004】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、窒化ガリウム系化合物
半導体素子におけるpクラッド層の膜厚と発光光度との
相関関係を解明することにより、高光度の発光素子を提
供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to clarify the correlation between the thickness of a p-cladding layer and the luminous intensity in a gallium nitride-based compound semiconductor device. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light emitting element with high luminous intensity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体から
成る層が積層された発光素子において、p型にドープさ
れたAlx Ga1-x N(0≦x<1)より成るpクラッ
ド層の膜厚を90Å以上500Å未満とすることであ
る。
Means for solving the above problems are as follows. In a light emitting device in which a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor is laminated on a substrate, a p-type doped Al x Ga 1- the thickness of the x N (0 ≦ x <1 ) than made p-cladding layer is to be less than 500Å than 90 Å.

【0006】[0006]

【作用及び発明の効果】pクラッド層の膜厚が異なる窒
化ガリウム系化合物半導体素子を多数試作し、その発光
出力を測定したグラフを図2、図3、図4に示す。これ
らの図から判るように、窒化ガリウム系化合物半導体素
子の発光光度は、pクラッド層の膜厚に大きく依存す
る。緑色乃至は青色の波長の光を出力する発光素子が、
pクラッド層の膜厚が90Å〜500Åである場合に高
光度を示す理由は、まず第1に、膜厚がこの範囲よりも
薄いと、キャリヤを活性層に閉じ込めておくことができ
なくなるからである。第2に、膜厚がこの範囲よりも厚
いと、活性層とpクラッド層とでは結晶の格子定数が異
なるため活性層に強い応力が掛かるようになる為であ
る。或いは、pクラッド層の膜厚がこの範囲よりも厚い
と、格子不整合のための転位がpクラッド層に発生し、
pクラッド層およびpクラッド層の上に更に積層される
pコンタクト層が、望ましい良質な結晶構造に形成でき
なくなるためである。
Functions and Effects of the Invention A number of gallium nitride-based compound semiconductor devices having different p-cladding layer thicknesses are experimentally manufactured, and graphs obtained by measuring the light emission output are shown in FIGS. As can be seen from these figures, the luminous intensity of the gallium nitride-based compound semiconductor device largely depends on the thickness of the p-cladding layer. A light emitting element that outputs light of green or blue wavelength,
The reason why the luminous intensity is high when the thickness of the p-cladding layer is 90 ° to 500 ° is firstly that if the thickness is smaller than this range, the carrier cannot be confined in the active layer. is there. Second, if the film thickness is larger than this range, strong stress is applied to the active layer because the active layer and the p-cladding layer have different crystal lattice constants. Alternatively, if the thickness of the p-cladding layer is larger than this range, dislocation due to lattice mismatch occurs in the p-cladding layer,
This is because the p-cladding layer and the p-contact layer further laminated on the p-cladding layer cannot be formed into a desirable high-quality crystal structure.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図1は、サファイア基板11上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子10
0の模式的な断面構成図である。基板11の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層1
2が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaN から
成る膜厚約4.0 μmの高キャリア濃度n+ 層13が形成
されている。この高キャリア濃度n+ 層13の上にノン
ドープのInx Ga1-X N (0<x<1) から成る膜厚約3000
Åの歪み緩和層14が形成されている。この歪み緩和層
14は、サファイア基板11と発光層15との熱膨張係
数の違いにより生じる発光層15に掛かる応力を緩和す
るためのものである。そして、歪み緩和層14の上に膜
厚約35ÅのGaN から成るバリア層151と膜厚約35Åの
Ga0.8In0.2N から成る井戸層152とが交互に積層され
た多重量子井戸構造(MQW) の発光層15が形成されてい
る。バリア層151は6層、井戸層152は5層であ
る。発光層15の上にはp型Al0.12Ga0.88N から成る膜
厚約300Åのpクラッド層16が形成されている。さ
らに、pクラッド層16の上にはp型GaN から成る膜厚
約100nm のpコンタクト層17が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments. FIG. 1 shows a light emitting device 10 made of a GaN-based compound semiconductor formed on a sapphire substrate 11.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram of No. On the substrate 11, a buffer layer 1 of aluminum nitride (AlN) having a thickness of about 25 nm
2 is provided thereon, and a high carrier concentration n + layer 13 of silicon (Si) doped GaN having a thickness of about 4.0 μm is formed thereon. On this high carrier concentration n + layer 13, a film thickness of about 3000 made of non-doped In x Ga 1 -X N (0 <x <1)
The strain relaxation layer 14 is formed. The strain relieving layer 14 is for relieving stress applied to the light emitting layer 15 caused by a difference in thermal expansion coefficient between the sapphire substrate 11 and the light emitting layer 15. A barrier layer 151 made of GaN having a thickness of about 35 ° and a
The light emitting layer 15 has a multiple quantum well structure (MQW) in which well layers 152 made of Ga 0.8 In 0.2 N are alternately stacked. The barrier layer 151 has six layers, and the well layer 152 has five layers. On the light emitting layer 15, a p-type cladding layer 16 of p-type Al 0.12 Ga 0.88 N having a thickness of about 300 ° is formed. Further, on the p-cladding layer 16, a p-contact layer 17 made of p-type GaN and having a thickness of about 100 nm is formed.

【0008】又、pコンタクト層17の上には金属蒸着
による透光性の電極18Aが、n+層13上には電極1
8Bが形成されている。透光性の電極18Aは、pコン
タクト層17に接合する膜厚約15Åのコバルト(Co)と、
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。
電極18Bは膜厚約 200Åのバナジウム(V) と、膜厚約
1.8 μmのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。電極18A上の一部には、CoもしくはNiとAu、Al、
又は、それらの合金から成る膜厚約1.5 μmの電極パッ
ド20が形成されている。
A light-transmissive electrode 18A formed by metal evaporation is formed on the p-contact layer 17, and the electrode 1A is formed on the n + layer 13.
8B are formed. The light-transmissive electrode 18A is made of cobalt (Co) having a thickness of about 15 ° and joined to the p-contact layer 17,
It is composed of gold (Au) with a film thickness of about 60 ° bonded to Co.
The electrode 18B is made of vanadium (V) having a thickness of about 200
It is composed of 1.8 μm aluminum (Al) or Al alloy. On a part of the electrode 18A, Co or Ni and Au, Al,
Alternatively, an electrode pad 20 made of an alloy thereof and having a thickness of about 1.5 μm is formed.

【0009】次に、この発光素子100の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子100は、有機金属気相成
長法(以下「MOVPE 」と略す)による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以
下「TMG 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)
3)(以下「TMA 」と記す)、トリメチルインジウム(In
(CH3)3)(以下「TMI 」と記す)、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「CP
2Mg 」と記す)である。まず、有機洗浄及び熱処理によ
り洗浄したa面を主面とした単結晶の基板11をMOVPE
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を反応室に流しながら温度1100℃で基板11を
ベーキングした。次に、基板11の温度を400 ℃まで低
下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッファ
層12を約25nmの膜厚に形成した。
Next, a method for manufacturing the light emitting device 100 will be described. The light emitting device 100 was manufactured by vapor phase growth by metal organic chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as “MOVPE”). The gases used were ammonia (NH 3 ), carrier gas (H 2 , N 2 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMG”), and trimethylaluminum (Al (CH 3 )).
3 ) (hereinafter referred to as “TMA”), trimethylindium (In
(CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMI”), silane (SiH 4 ) and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5 ) 2 ) (hereinafter “CP
2 Mg ”). First, a single crystal substrate 11 having an a-plane as a main surface, which has been cleaned by organic cleaning and heat treatment, is subjected to MOVPE.
The susceptor is mounted on the reaction chamber of the apparatus. next,
The substrate 11 was baked at a temperature of 1100 ° C. while flowing H 2 into the reaction chamber at normal pressure. Next, the temperature of the substrate 11 was lowered to 400 ° C., and H 2 , NH 3 and TMA were supplied to form the AlN buffer layer 12 to a thickness of about 25 nm.

【0010】次に、基板11の温度を1150℃に保持し、
H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.0 μm、
電子濃度2 ×1018/cm3のGaN から成る高キャリア濃度n
+ 層13を形成した。次に、基板11の温度を850℃
にし、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚
約3000ÅのInGaN から成る歪み緩和層14を形成し
た。上記の歪み緩和層14を形成した後、再び基板11
の温度を1150℃にまで昇温し、N2又はH2、NH3 及びTMG
を供給して、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア層151
を形成した。次に、N2又はH2、NH3 、TMG 及びTMI を供
給して、膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸層1
52を形成した。さらに、バリア層151と井戸層15
2を同一条件で4周期形成し、その上にGaN から成るバ
リア層151を形成した。このようにして5周期のMQW
構造の発光層15を形成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is maintained at 1150 ° C.
Supplying H 2 , NH 3 , TMG and silane, the film thickness is about 4.0 μm,
High carrier concentration n composed of GaN with electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3
+ Layer 13 was formed. Next, the temperature of the substrate 11 is set to 850 ° C.
Then, N 2 or H 2 , NH 3 , TMG and TMI were supplied to form a strain relaxation layer 14 made of InGaN having a thickness of about 3000 °. After forming the strain relaxation layer 14, the substrate 11
It raised the temperature to 1150 ° C., N 2 or H 2, NH 3 and TMG
To supply a barrier layer 151 of GaN with a thickness of about 35 °.
Was formed. Next, N 2 or H 2 , NH 3 , TMG and TMI are supplied to form a well layer 1 of Ga 0.8 In 0.2 N having a thickness of about 35 °.
52 were formed. Further, the barrier layer 151 and the well layer 15
2 were formed under the same conditions for four periods, and a barrier layer 151 made of GaN was formed thereon. Thus, MQW of 5 cycles
The light emitting layer 15 having the structure was formed.

【0011】次に、基板11の温度を1150℃に保持し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP2Mg を供給して、膜
厚約300Å、マグネシウム(Mg)をドープしたp型Al
0.12Ga0.88N から成るpクラッド層16を形成した。次
に、基板11の温度を1100℃に保持し、N2又はH2、N
H3 、TMG 及びCP2Mg を供給して、膜厚約100nm 、Mgを
ドープしたp型GaN から成るpコンタクト層17を形成
した。次に、pコンタクト層17の上にエッチングマス
クを形成し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆
われていない部分のpコンタクト層17、pクラッド層
16、発光層15、歪み緩和層14、n+ 層13の一部
を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングにより
エッチングして、n+ 層13の表面を露出させた。次
に、以下の手順で、n+ 層13に対する電極18Bと、
pコンタクト層17に対する透光性の電極18Aとを形
成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is maintained at 1150 ° C.
Supplying N 2 or H 2 , NH 3 , TMG, TMA and CP 2 Mg, p-type Al doped with magnesium (Mg) with a thickness of about 300 °
A p-cladding layer 16 made of 0.12 Ga 0.88 N was formed. Next, the temperature of the substrate 11 was maintained at 1100 ° C., and N 2 or H 2 , N 2
By supplying H 3 , TMG and CP 2 Mg, a p-contact layer 17 made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of about 100 nm was formed. Next, an etching mask is formed on the p-contact layer 17, the mask in a predetermined region is removed, and portions of the p-contact layer 17, the p-cladding layer 16, the light-emitting layer 15, and the strain relief layer which are not covered with the mask are removed. 14. A part of the n + layer 13 was etched by reactive ion etching using a gas containing chlorine to expose the surface of the n + layer 13. Next, an electrode 18B for the n + layer 13 and
A translucent electrode 18A for the p-contact layer 17 was formed.

【0012】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりn+ 層13の露出面上の所定領域に窓を
形成して、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μmのAlを
蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによ
りn+ 層13の露出面上に電極18Bが形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、pコンタクト層17の上の
電極形成部分のフォトレジストを除去して、窓部を形成
する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたpコ
ンタクト層17上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排
気した後、膜厚約15ÅのCoを成膜し、このCo上に膜厚約
60ÅのAuを成膜する。
(1) A photoresist is applied, a window is formed in a predetermined region on the exposed surface of the n + layer 13 by photolithography, and the window is evacuated to a high vacuum of the order of 10 −6 Torr or less.
Vanadium (V) having a thickness of about 200 ° and Al having a thickness of about 1.8 μm were deposited. Next, the photoresist is removed. Thereby, electrode 18B is formed on the exposed surface of n + layer 13. (2) Next, apply photoresist uniformly on the surface,
By photolithography, the photoresist on the electrode formation portion on the p-contact layer 17 is removed to form a window. (3) On a photoresist and the exposed p-contact layer 17, a vacuum was evacuated to a high vacuum of the order of 10 −6 Torr or less, and then a Co film having a thickness of about 15 ° was formed. About film thickness
A 60-mm Au film is formed.

【0013】(4) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去し、pコンタクト層17上に透光性の電極18A
を形成する。 (5) 次に、透光性の電極18A上の一部にボンディング
用の電極パッド20を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド20の形成部分のフ
ォトレジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、
Al、又は、それらの合金を膜厚1.5 μm程度に、蒸着に
より成膜させ、(4) の工程と同様に、リフトオフ法によ
り、フォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、A
l、又はそれらの合金から成る膜を除去して、電極パッ
ド20を形成する。 (6) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、pコンタクト層17、
pクラッド層16をp型低抵抗化すると共にpコンタク
ト層17と電極18Aとの合金化処理、n+ 層13と電
極18Bとの合金化処理を行った。このようにして、発
光素子100を形成した。
(4) Next, the sample is taken out of the vapor deposition device,
Co, Au deposited on photoresist by lift-off method
Is removed, and a transparent electrode 18A is formed on the p-contact layer 17.
To form (5) Next, in order to form a bonding electrode pad 20 on a part of the translucent electrode 18A, a photoresist is uniformly applied, and a photoresist is applied to a portion of the electrode pad 20 where the photoresist is formed. Open the window. Next, Co or Ni and Au,
Al or an alloy thereof is deposited to a film thickness of about 1.5 μm by vapor deposition, and Co or Ni and Au, Au deposited on the photoresist by a lift-off method in the same manner as in the step (4).
The electrode pad 20 is formed by removing the film made of l or an alloy thereof. (6) Thereafter, the sample atmosphere is evacuated with a vacuum pump, and O 2 gas is supplied to a pressure of 3 Pa.
Heat to about 50 ° C for about 3 minutes to make p contact layer 17,
The p-cladding layer 16 was reduced in p-type resistance and alloyed between the p-contact layer 17 and the electrode 18A and alloyed between the n + layer 13 and the electrode 18B. Thus, the light emitting element 100 was formed.

【0014】pクラッド層16の膜厚の異なる緑色発光
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子100を多数試
作し、その発光出力を測定した結果を示すグラフを図2
に示す。この図から判るように、主波長が510nmか
ら530nmの緑色発光の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子では、pクラッド層16の膜厚が、180Åか
ら500Åの範囲で比較的高い光度を示す。より望まし
くは、pクラッド層16の膜厚は、240Åから360
Åの範囲が最適であり、この範囲において最も高い発光
出力を得ることができる。また、緑色発光の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子100におけるpクラッド層
16の膜厚と主波長と発光出力との関係を示すグラフを
図3に示す。この図から判るように、主波長の短いもの
程発光出力が大きくなりやすいという傾向は有るもの
の、本実施例の緑色発光の各主波長レンジにおいては、
pクラッド層16の膜厚を200Åから360Åの範囲
とすることで最も強い発光出力を得ることができる。更
に、pクラッド層16の膜厚の異なる青色発光の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子100を多数試作し、そ
の発光出力を測定した結果を示すグラフを図4に示す。
この図から判るように、主波長が460nmから475
nmの緑色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
では、pクラッド層16の膜厚が、90Åから390Å
の範囲で比較的高い光度を示す。より望ましくは、pク
ラッド層16の膜厚は、120Åから300Åの範囲が
最適であり、この範囲において最も高い発光出力を得る
ことができる。
FIG. 2 is a graph showing the results of measuring a light emission output of a large number of green light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices 100 having different thicknesses of the p-cladding layer 16.
Shown in As can be seen from this figure, in the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device emitting green light having a main wavelength of 510 nm to 530 nm, the p-cladding layer 16 has a relatively high luminous intensity when the film thickness is in the range of 180 ° to 500 °. More preferably, the thickness of the p-cladding layer 16 is from 240 ° to 360 °.
The range of Å is optimal, and the highest emission output can be obtained in this range. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the film thickness of the p-cladding layer 16, the main wavelength, and the light emission output in the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device 100 that emits green light. As can be seen from this figure, there is a tendency that the shorter the dominant wavelength, the higher the light emission output tends to be, but in each dominant wavelength range of green light emission of the present embodiment,
By setting the thickness of the p-cladding layer 16 in the range of 200 ° to 360 °, the strongest light output can be obtained. Further, FIG. 4 is a graph showing the results of measuring a luminous output of a large number of blue light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices 100 having different thicknesses of the p-cladding layer 16.
As can be seen from this figure, the dominant wavelength is 460 nm to 475.
In the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device that emits green light of nm, the thickness of the p-cladding layer 16 is 90 ° to 390 °.
Shows a relatively high luminous intensity in the range. More preferably, the thickness of the p-cladding layer 16 is optimally in the range of 120 ° to 300 °, and the highest light emission output can be obtained in this range.

【0015】また、p型にドープされたAlx Ga1-x N よ
り成るpクラッド層16のアルミニウム(Al)組成比x
は、0.10〜0.14が望ましい。0.10よりも小さいと、キャ
リヤを活性層に閉じ込めておくことが難しくなるため発
光出力が低くなり、0.14よりも大きいと、結晶の格子定
数の違いにより活性層に及ぼす応力が大きくなるため発
光出力が低くなる。また、p型にドープされたAlx Ga
1-x N より成るpクラッド層16の結晶成長速度は、2
5Å/min 〜30Å/min が望ましい。pクラッド層1
6の結晶成長速度が、25Å/min 以上であることが望
ましい理由は、pクラッド層16の結晶成長開始時にそ
の表面が露出しているバリア層151やこの膜厚の薄い
バリア層151の下に位置する井戸層152が、pクラ
ッド層16の結晶成長温度下において、結晶構造上不安
定であるため、短い時間内にバリア層151を覆う必要
があるためである。また、pクラッド層16の結晶成長
速度が、30Å/min 以下が望ましい理由は、これより
も速い速度でpクラッド層16を結晶成長させると、p
クラッド層16の結晶構造が良質に形成されにくくなる
ためである。また、上記のpクラッド層16の組成比及
び結晶成長速度を実現するためには、上記の実施例にお
いてMQW構造の発光層15を形成後、基板11の温度
を1000℃に保持し、N2又はH2を70〜100L/分、NH
3 を10〜15L/分、TMGを50〜80μモル/分、T
MA を7〜15μモル/分、CP2Mg を0.15〜0.3 μモル
/分の割合で供給すればよい。
The aluminum (Al) composition ratio x of the p-cladding layer 16 made of p - type doped Al x Ga 1 -xN
Is preferably 0.10 to 0.14. If it is less than 0.10, it becomes difficult to confine carriers in the active layer, so that the luminescence output becomes low.If it is more than 0.14, the stress exerted on the active layer becomes large due to the difference in the lattice constant of the crystal, so that the luminescence output becomes large. Lower. Also, p-type doped Al x Ga
The crystal growth rate of the p-cladding layer 16 of 1-x N is 2
5 ° / min to 30 ° / min is desirable. p cladding layer 1
6 is desirably not less than 25 ° / min because the p-cladding layer 16 has a surface exposed at the start of crystal growth or a barrier layer 151 having a small thickness. This is because the located well layer 152 is unstable in crystal structure at the crystal growth temperature of the p-cladding layer 16 and thus needs to cover the barrier layer 151 within a short time. The reason why the crystal growth rate of the p-cladding layer 16 is desirably 30 ° / min or less is that if the p-cladding layer 16 is grown at a higher rate,
This is because the crystal structure of the cladding layer 16 is less likely to be formed with good quality. In order to realize the composition ratio and crystal growth rate of the p-cladding layer 16 after forming the light-emitting layer 15 of the MQW structure in the above embodiment, the temperature of the substrate 11 was kept at 1000 ° C., N 2 or H 2 70~100L / min, NH
3 to 10 to 15 L / min, TMG to 50 to 80 μmol / min, T
MA may be supplied at a rate of 7 to 15 μmol / min, and CP 2 Mg may be supplied at a rate of 0.15 to 0.3 μmol / min.

【0016】なお、上記の実施例では、発光素子100
の発光層15はMQW構造としたが、発光層の構造は、
SQW構造でもよい。また、バリア層、井戸層、クラッ
ド層、コンタクト層、その他の層は、任意の混晶比の4
元、3元、2元系のAlx GayIn1-x-y N (0≦x≦1,
0≦y≦1)としても良い。又、p型不純物としてMgを
用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の2族元素を用い
ることができる。又、本発明は発光素子のみならず受光
素子にも利用することができる。
In the above embodiment, the light emitting device 100
Although the light emitting layer 15 has an MQW structure, the structure of the light emitting layer is as follows.
The SQW structure may be used. The barrier layer, well layer, clad layer, contact layer, and other layers have an arbitrary mixed crystal ratio of 4%.
Ternary, binary, Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1). Although Mg is used as the p-type impurity, a Group 2 element such as beryllium (Be) and zinc (Zn) can be used. Further, the present invention can be used not only for light emitting elements but also for light receiving elements.

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

【図1】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体発光素子100の構造を示した模式的断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a GaN-based compound semiconductor light emitting device 100 according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】pクラッド層16の膜厚の異なる緑色発光の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子100を多数試作
し、その発光出力を測定した結果を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the results of measuring a luminous output of a large number of green light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices 100 having different thicknesses of p-cladding layers 16;

【図3】緑色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子100のpクラッド層16の膜厚と主波長と発光出力
との関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of a p-cladding layer 16 of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device 100 for emitting green light, the main wavelength, and the light emission output.

【図4】pクラッド層16の膜厚の異なる青色発光の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子100を多数試作
し、その発光出力を測定した結果を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring a luminous output of a large number of blue light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor light emitting devices 100 having different thicknesses of a p-cladding layer 16;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 サファイア基板 12 バッファ層 13 高キャリア濃度n+ 層 14 歪み緩和層 15 発光層 16 pクラッド層 17 pコンタクト層 18A p電極 18B n電極 20 電極パッド 100 発光素子Reference Signs List 11 sapphire substrate 12 buffer layer 13 high carrier concentration n + layer 14 strain relaxation layer 15 light emitting layer 16 p cladding layer 17 p contact layer 18A p electrode 18B n electrode 20 electrode pad 100 light emitting element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子において、 p型にドープされたAlx Ga1-x N(0≦x<1)よ
り成るpクラッド層の膜厚が、90Å以上500Å未満
であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素
子。
1. A light-emitting device in which a layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor is laminated on a substrate, wherein a p - cladding layer made of p - type doped Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x <1) is provided. A gallium nitride-based compound semiconductor device having a thickness of 90 ° or more and less than 500 °.
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