JPH1140890A - Low-resistance gallium nitride light-emitting device and manufacture thereof - Google Patents

Low-resistance gallium nitride light-emitting device and manufacture thereof

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JPH1140890A
JPH1140890A JP18988597A JP18988597A JPH1140890A JP H1140890 A JPH1140890 A JP H1140890A JP 18988597 A JP18988597 A JP 18988597A JP 18988597 A JP18988597 A JP 18988597A JP H1140890 A JPH1140890 A JP H1140890A
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gallium nitride
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明隆 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the contact resistance between a gallium nitride semiconductor and an electrode by a method, wherein a first layer which forms the electrode coming into contact with the semiconductor is formed of indium. SOLUTION: An n electrode 213s first layer coming into contact with a gallium nitride contact layer 111 is formed of indium, so as to lessen a contact resistance between the n electrode 213 and the contact layer 111. The n electrode 213 is composed of an indium layer (first layer), a titanium layer (second layer), and an aluminum layer (third layer). In such a structure, when the electrode and the contact layer are alloyed, gallium nitride contained in the contact layer and indium contained in the first layer of the n electrode are alloy into Inx Ga1-x N (0<X<1). A forbidden band energy of Inx Ga1-x N is smaller than that of gallium nitride, so that an interface Schottky barrier between the contact layer and the metal electrode becomes low. Therefore, the electrode can be reduced in contact resistance.

Description

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

【0001】[0001]

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムまた
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶の層を少なくとも1層含む発光素子(以下単に窒化
ガリウム系発光素子)に関し、特に、電極の接触抵抗の
低い窒化ガリウム系発光素子、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 light emitting device including at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride, or a mixed crystal thereof (hereinafter, simply referred to as a gallium nitride light emitting device). The present invention relates to a gallium nitride-based light emitting device having a low density and a method for manufacturing the same.

【0003】[0003]

【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
の化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子(半導
体レーザ(以下単にレーザ) や発光ダイオード)への応用
が期待されている。
2. Description of the Related Art Gallium nitride is compared with conventional general compound semiconductors such as indium phosphide and gallium arsenide.
Large forbidden energy. Therefore, gallium nitride-based compound semiconductors are expected to be applied to light-emitting devices (semiconductor lasers (hereinafter simply referred to as lasers) and light-emitting diodes) from green to ultraviolet.

【0004】従来、一般に、電流注入による窒化ガリウ
ム系発光素子のp電極およびn電極に対するコンタクト
層としては、p型窒化ガリウムおよびn型窒化ガリウム
が用いられていた。図4は、このような従来技術による
代表的な窒化ガリウム系レーザの概略断面図である(S.
Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) L7
4)。この窒化ガリウム系レーザは、(0001)面を表
面とするサファイア基板101上に、厚さ300A(オ
ングストローム)のアンドープの窒化ガリウム低温成長
バッファ層102、珪素が添加された厚さ3μm のn型
窒化ガリウムコンタクト層203、珪素が添加された厚
さ0.1μm のn型In0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加
された厚さ0.4μm のn型Al0.15Ga0.85N クラッド層
105、珪素が添加された厚さ0.1μm のn型窒化ガ
リウム光ガイド層106、厚さ25A(オングストロー
ム)のアンドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ50
A(オングストローム)のアンドープのIn0.05Ga0.95N
障壁層からなる26周期の多重量子井戸構造活性層10
7、マグネシウムが添加された厚さ200A(オングス
トローム)のp 型Al0.2Ga0.8N 層108、マグネシウム
が添加された厚さ0.1μm のp型窒化ガリウム光ガイ
ド層109、マグネシウムが添加された厚さ0.4μm
のp型Al0.15Ga0.85N クラッド層110、マグネシウム
が添加された厚さ0.5μm のp型窒化ガリウムコンタ
クト層111、ニッケル(第1層)および金(第2層)
からなるp電極112、チタン(第1層)およびアルミ
ニウム(第2層)からなるn電極113が形成されてい
る。
Heretofore, generally, p-type gallium nitride and n-type gallium nitride have been used as contact layers for a p-electrode and an n-electrode of a gallium nitride-based light emitting device by current injection. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a typical gallium nitride-based laser according to the related art (S.
Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) L7
Four). This gallium nitride-based laser comprises an undoped gallium nitride low-temperature growth buffer layer 102 having a thickness of 300 A (angstrom) on a sapphire substrate 101 having a (0001) plane as a surface, and a 3 μm-thick n-type nitride doped with silicon. A gallium contact layer 203, a 0.1 μm thick n-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 104 doped with silicon, a 0.4 μm thick n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 105 doped with silicon, Added 0.1 μm thick n-type gallium nitride optical guide layer 106, 25 A (angstrom) undoped In 0.2 Ga 0.8 N quantum well layer and 50 μm thick
A (Angstrom) undoped In 0.05 Ga 0.95 N
26-period active layer 10 having a multiple quantum well structure comprising a barrier layer
7. Magnesium-added p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 108 having a thickness of 200 A (angstrom), magnesium-added p-type gallium nitride optical guide layer 109 having a thickness of 0.1 μm, and magnesium-added thickness 0.4μm
P-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 110, magnesium-added 0.5 μm-thick p-type gallium nitride contact layer 111, nickel (first layer) and gold (second layer)
And an n-electrode 113 made of titanium (first layer) and aluminum (second layer).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
よる窒化ガリウム系レーザに於いては、電極に対するコ
ンタクト層として用いられている窒化ガリウムの禁制帯
エネルギーが3.4eV と大きいことから、電極の接触抵抗
が高いという問題があった。例えば、n電極の接触抵抗
は8×10-6Ω・cm2程度と比較的低いものの(M. E. Lin et
al., Appl. Phys.Lett. 64 (1994) p. 1003) 、さらな
る低減により発光素子の発熱の抑制等が期待される。
In such a conventional gallium nitride-based laser, the gallium nitride used as a contact layer for the electrode has a large bandgap energy of 3.4 eV, so that the contact between the electrode and the gallium nitride cannot be reduced. There was a problem that resistance was high. For example, although the contact resistance of the n-electrode is relatively low at about 8 × 10 −6 Ω · cm 2 (ME Lin et
al., Appl. Phys. Lett. 64 (1994) p. 1003), further suppression of heat generation of the light emitting element is expected.

【0006】また、窒化ガリウム系化合物半導体に於け
る代表的なp型のドーパントはマグネシウムであるが、
一般に結晶成長によりマグネシウムを添加した窒化ガリ
ウム層が形成された直後はマグネシウムが不活性であ
る。その後の熱や電子線を用いたアニールによりマグネ
シウムのある程度の活性化は可能であるものの、その活
性化率はあまり高くなく、p型のキャリア濃度をある程
度以上高めることは困難であった。そのため、特にp電
極の接触抵抗は大きく、6×10-2Ω・cm2 程度であった
(小林ら、1995年(平成7年)秋季第56回応用物理学会
学術講演会予稿集20a-V-1)。
A typical p-type dopant in a gallium nitride-based compound semiconductor is magnesium,
Generally, magnesium is inactive immediately after the gallium nitride layer to which magnesium is added by crystal growth. Although magnesium can be activated to some extent by subsequent annealing using heat or an electron beam, the activation rate is not so high, and it has been difficult to increase the p-type carrier concentration to a certain degree or more. Therefore, the contact resistance of the p-electrode was particularly large, about 6 × 10 −2 Ω · cm 2 (Kobayashi et al., Proceedings of the 56th JSAP Autumn Meeting, 20a-V, 1995) -1).

【0007】本発明の目的は、窒化ガリウム系半導体と
電極との接触抵抗を低くし、電極の接触抵抗の低い窒化
ガリウム系発光素子を実現することである。
An object of the present invention is to reduce the contact resistance between a gallium nitride-based semiconductor and an electrode, thereby realizing a gallium nitride-based light-emitting device having a low electrode contact resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子において、n電極を構
成し半導体に接する第1層としてインジウムを用いるこ
とを特徴とする。また前記n電極は、インジウム(第1
層)およびチタン(第2層)およびアルミニウム(第3
層)から構成されていることを特徴とする。
The gallium nitride-based light-emitting device of the present invention comprises an n-electrode in a gallium nitride-based light-emitting device including at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride, or a mixed crystal thereof. Indium is used as the first layer in contact with the semiconductor. The n-electrode is formed of indium (first
Layer) and titanium (second layer) and aluminum (third layer).
Layer).

【0009】さらに本発明の窒化ガリウム系発光素子の
製造方法は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子の製造方法において、
コンタクト層上に半導体に接する第1層としてインジウ
ムを用いるn電極を形成し、アロイにより前記コンタク
ト層中にInxGa1-xN(0<x<1)を形成することを特徴とす
る。
Further, the method of manufacturing a gallium nitride-based light emitting device of the present invention is a method of manufacturing a gallium nitride based light emitting device including at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride or a mixed crystal thereof.
An n-electrode using indium is formed as a first layer in contact with a semiconductor on a contact layer, and In x Ga 1 -xN (0 <x <1) is formed in the contact layer by an alloy.

【0010】さらに、本発明の窒化ガリウム系発光素子
は、本発明の窒化ガリウム系発光素子は、窒化ガリウム
または窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそ
れらの混晶の層を少なくとも1層含む窒化ガリウム系発
光素子であって、電極に対するコンタクト層として、窒
化ガリウムよりも禁制帯エネルギーが小さいGaNAs を用
いたことを特徴とする。また、本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子であって、電極に対す
るコンタクト層として、禁制帯エネルギーが零以下とな
るGaN1-xAsx(0.2≦x≦0.8)を用いたことを特徴とする。
Further, the gallium nitride based light emitting device of the present invention is a gallium nitride based light emitting device of the present invention, wherein the gallium nitride based light emitting device includes at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride or a mixed crystal thereof. Further, as the contact layer for the electrode, GaNAs having a smaller forbidden band energy than gallium nitride is used. Further, the gallium nitride-based light-emitting element of the present invention is a gallium nitride-based light-emitting element including at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride, or a mixed crystal thereof. Characterized by using GaN 1-x As x (0.2 ≦ x ≦ 0.8) in which is less than or equal to zero.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.

【0012】《実施例1》実施例1では、n電極と窒化
ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くするため
に、コンタクト層と接するn電極の第1層としてインジ
ウムを採用した。
Example 1 In Example 1, indium was employed as the first layer of the n-electrode in contact with the contact layer in order to reduce the contact resistance between the n-electrode and the gallium nitride-based contact layer.

【0013】図1はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図1に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、(0001)面を表面とするサファ
イア基板101上に、厚さ300A(オングストロー
ム)のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層1
02、珪素が添加された厚さ3μm のn型窒化ガリウム
コンタクト層203、珪素が添加された厚さ0.1μm
のn型In0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加された厚さ0.4μ
m のn型Al0.15Ga0.85N クラッド層105、珪素が添加
された厚さ0.1μm のn型窒化ガリウム光ガイド層1
06、厚さ25A(オングストローム)のアンドープの
In0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ50A(オングストロー
ム)のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる26
周期の多重量子井戸構造活性層107、マグネシウムが
添加された厚さ200A(オングストローム)のp型Al
0.2Ga0.8N 層108、マグネシウムが添加された厚さ
0.1μm のp型窒化ガリウム光ガイド層109、マグ
ネシウムが添加された厚さ0.4μm のp型Al0.15Ga
0.85N クラッド層110、マグネシウムが添加された厚
さ0.5μm のp型窒化ガリウムコンタクト層111、
ニッケル(第1層)および金(第2層)からなるp電極
112、インジウム(第1層)およびチタン(第2層)
およびアルミニウム(第3層)からなるn電極213が
形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the gallium nitride based laser thus formed. In FIG. 1, a gallium nitride based laser has a 300 A (angstrom) undoped gallium nitride low temperature growth buffer layer 1 on a sapphire substrate 101 having a (0001) plane as a surface.
02, a silicon-added n-type gallium nitride contact layer 203 having a thickness of 3 μm, a silicon-added thickness of 0.1 μm
N-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 104, thickness of 0.4 μm to which silicon is added
m, n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 105, n-type gallium nitride optical guide layer 1 with a thickness of 0.1 μm doped with silicon
06, 25A (angstrom) undoped
26 comprising an In 0.2 Ga 0.8 N quantum well layer and an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 50 A (angstrom).
Periodic multiple quantum well structure active layer 107, p-type Al with a thickness of 200A (angstrom) doped with magnesium
0.2 Ga 0.8 N layer 108, p-type gallium nitride optical guide layer 109 with a thickness of 0.1 μm doped with magnesium, p-type Al 0.15 Ga with a thickness of 0.4 μm doped with magnesium
0.85 N cladding layer 110, p-type gallium nitride contact layer 111 with a thickness of 0.5 μm doped with magnesium,
P electrode 112 made of nickel (first layer) and gold (second layer), indium (first layer) and titanium (second layer)
And an n-electrode 213 made of aluminum (third layer).

【0014】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、コ
ンタクト層と接するn電極の第1層としてインジウムが
用いられており、電極とコンタクト層のアロイを行なっ
た際に、n電極に対するコンタクト層の窒化ガリウムと
n電極第1層のインジウムが合金化し、InxGa1-xN(0<x
<1)が生じる。InxGa1-xN(0<x<1)の禁制帯エネルギー
は窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいため、本
実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化
ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属電極界面
のショットキ−障壁が低くなる。よって、n電極に対す
るコンタクト層のキャリア濃度が同程度の場合、本実施
例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリ
ウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗が小さくなる。即
ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術によ
る窒化ガリウム系レーザよりも、発振しきい値電流を小
さく、かつ発振しきい値電圧を低くできる。
In the gallium nitride based laser of this embodiment, indium is used as the first layer of the n-electrode in contact with the contact layer, and when the electrode and the contact layer are alloyed, the contact layer with the n-electrode is nitrided. Gallium and indium in the first layer of the n-electrode are alloyed to form In x Ga 1-x N (0 <x
<1) occurs. Since the forbidden band energy of In x Ga 1-x N (0 <x <1) is smaller than the forbidden band energy of gallium nitride, the gallium nitride-based laser of this embodiment has a higher contact energy than the conventional gallium nitride-based laser. The Schottky barrier at the interface between the layer and the metal electrode is reduced. Therefore, when the carrier concentration of the contact layer with respect to the n-electrode is about the same, the gallium nitride-based laser of this embodiment has a lower contact resistance of the electrode than the conventional gallium nitride-based laser. That is, the gallium nitride-based laser of the present embodiment can have a smaller oscillation threshold current and a lower oscillation threshold voltage than the conventional gallium nitride-based laser.

【0015】本実施例ではn電極としてインジウム(第
1層)およびチタン(第2層)およびアルミニウム(第
3層)の例を示したが、これに限られるものではなく、
コンタクト層に接する電極がインジウムを含むものであ
ればよい。
In this embodiment, an example of indium (first layer), titanium (second layer) and aluminum (third layer) has been described as an n-electrode, but the present invention is not limited to this.
The electrode in contact with the contact layer only needs to contain indium.

【0016】なお、本実施例の窒化ガリウム系レーザに
於いて、電極とコンタクト層のアロイを行なった際に生
じるInxGa1-xN(0<x<1)は、n型になりやすい。よっ
て、p電極の第1層としてインジウムを用いることは不
適切である。
In the gallium nitride-based laser of this embodiment, In x Ga 1 -xN (0 <x <1) generated when the electrode and the contact layer are alloyed tends to be n-type. . Therefore, it is inappropriate to use indium as the first layer of the p-electrode.

【0017】《実施例2》実施例2では、pおよびn電
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、pおよびn電極に対するコンタクト層として
GaN0.1As0.9 を採用した。
Embodiment 2 In Embodiment 2, in order to reduce the contact resistance between the p and n electrodes and the gallium nitride-based contact layer, the contact layers for the p and n electrodes are
GaN 0.1 As 0.9 was adopted.

【0018】図2はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図2に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、(0001)面を表面とするサファ
イア基板101上に、厚さ300A(オングストロー
ム)のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層1
02、珪素が添加された厚さ3μm のn型GaN0.1As0.9
コンタクト層303、珪素が添加された厚さ0.1μm
のn型In0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加された厚さ
0.4μm のn型Al0.15Ga0.85N クラッド層105、珪
素が添加された厚さ0.1μm のn型窒化ガリウム光ガ
イド層106、厚さ25A(オングストローム)のアン
ドープのIn0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ50A(オング
ストローム)のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層から
なる26周期の多重量子井戸構造活性層107、マグネ
シウムが添加された厚さ200A(オングストローム)
のp型Al0.2Ga0.8N 層108、マグネシウムが添加され
た厚さ0.1μm のp型窒化ガリウム光ガイド層10
9、マグネシウムが添加された厚さ0.4μm のpAl
0.15Ga0.85N クラッド層110、マグネシウムが添加さ
れた厚さ0.5μm のp型GaN0.1As0.9 コンタクト層3
11、ニッケル(第1層)および金(第2層)からなる
p電極112、チタン(第1層)およびアルミニウム
(第2層)からなるn電極113が形成されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the gallium nitride based laser thus formed. In FIG. 2, a 300 g (angstrom) thick undoped gallium nitride low-temperature growth buffer layer 1 is formed on a sapphire substrate 101 having a (0001) plane as a surface.
02, 3 μm thick n-type GaN 0.1 As 0.9 doped with silicon
Contact layer 303, thickness 0.1 μm to which silicon is added
N-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 104, an n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 105 having a thickness of 0.4 μm doped with silicon, and an n-type gallium nitride optical guide having a thickness of 0.1 μm doped with silicon. A layer 106, a 26-period multi-quantum well structure active layer 107 composed of an undoped In 0.2 Ga 0.8 N quantum well layer having a thickness of 25 A (angstrom) and an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 50 A (angstrom); 200A (angstrom) with magnesium added
P-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 108, p-type gallium nitride optical guide layer 10 with a thickness of 0.1 μm doped with magnesium
9. 0.4μm thick pAl with magnesium added
0.15 Ga 0.85 N cladding layer 110, p-type GaN 0.1 As 0.9 contact layer 3 with a thickness of 0.5 μm doped with magnesium
11, a p-electrode 112 made of nickel (first layer) and gold (second layer), and an n-electrode 113 made of titanium (first layer) and aluminum (second layer) are formed.

【0019】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、p
電極およびn電極に対するコンタクト層としてGaN0.1As
0.9 が用いられている。GaN1-xAsx(0<x≦1)禁制帯エネ
ルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さいた
め(近藤ら、応用物理Vol. 65, No. 2 (1996) p. 14
8)、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技術に
よる窒化ガリウム系レーザに比べ、コンタクト層と金属
電極界面のショットキー障壁が低い。よって、p電極お
よびn電極に対するコンタクト層のキャリア濃度が同程
度の場合、本実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来技
術による窒化ガリウム系レーザに比べ、電極の接触抵抗
が小さくなる。即ち、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザよりも、発振
しきい値電流を小さく、かつ発振しきい値電圧を低くす
ることができる。
In the gallium nitride based laser of this embodiment, p
GaN 0.1 As as contact layer for electrode and n-electrode
0.9 is used. GaN 1-x As x (0 <x ≦ 1) because the bandgap energy is smaller than that of gallium nitride (Kondo et al., Applied Physics Vol. 65, No. 2 (1996) p. 14
8) The gallium nitride-based laser of this embodiment has a lower Schottky barrier at the interface between the contact layer and the metal electrode than the conventional gallium nitride-based laser. Therefore, when the carrier concentration of the contact layer with respect to the p-electrode and the n-electrode is about the same, the gallium nitride-based laser of the present embodiment has a lower electrode contact resistance than the conventional gallium nitride-based laser. That is, the gallium nitride-based laser of the present embodiment can have a smaller oscillation threshold current and a lower oscillation threshold voltage than the conventional gallium nitride-based laser.

【0020】《実施例3》実施例2では、pおよびn電
極と窒化ガリウム系コンタクト層との接触抵抗を低くす
るために、窒化ガリウム系レーザのpおよびn電極に対す
るコンタクト層としてGaN0.5As0.5 を採用した。
Embodiment 3 In Embodiment 2, in order to reduce the contact resistance between the p and n electrodes and the gallium nitride-based contact layer, GaN 0.5 As 0.5 is used as the contact layer for the p and n electrodes of the gallium nitride-based laser. It was adopted.

【0021】図3はこのようにして形成した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。図3に於いて、窒化ガ
リウム系レーザは、(0001)面を表面とするサファ
イア基板101上に、厚さ300A(オングストロー
ム)のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層1
02、珪素が添加された厚さ3μm のN型GaN0.5As0.5
ンタクト層403、珪素が添加された厚さ0.1μm のn型In
0.1Ga0.9N 層104、珪素が添加された厚さ0.4μm
のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層105、珪素が添加され
た厚さ0.1μm のn型窒化ガリウム光ガイド層10
6、厚さ25A(オングストローム)のアンドープのIn
0.2Ga0.8N 量子井戸層と厚さ50A(オングストロー
ム)のアンドープのIn0.05Ga0.95N 障壁層からなる26
周期の多重量子井戸構造活性層107、マグネシウムが
添加された厚さ200A(オングストローム)のp型Al
0.2Ga0.8N 層108、マグネシウムが添加された厚さ
0.1μmのp型窒化ガリウム光ガイド層109、マグ
ネシウムが添加された厚さ0.4μm のp型Al0.15Ga
0.85N クラッド層110、マグネシウムが添加された厚
さ0.5μm のp型GaN0.5As0.5 コンタクト層411、
ニッケル(第1層)および金(第2層)からなるp電極
112、チタン(第1層)およびアルミニウム(第2
層)からなるn電極113が形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the gallium nitride based laser thus formed. In FIG. 3, a gallium nitride based laser has a 300 A (angstrom) thick undoped gallium nitride low temperature growth buffer layer 1 on a sapphire substrate 101 having a (0001) plane as a surface.
02, the thickness of 0.1μm of N-type GaN 0.5 As 0.5 contact layer 403 having a thickness of 3μm which silicon is added, the silicon was added n-type In
0.1 Ga 0.9 N layer 104, 0.4 μm thick with silicon added
N-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 105, n-type gallium nitride optical guide layer 10 with a thickness of 0.1 μm doped with silicon
6. Undoped In of thickness 25A (angstrom)
26 comprising a 0.2 Ga 0.8 N quantum well layer and an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 50 A (angstrom).
Periodic multiple quantum well structure active layer 107, p-type Al with a thickness of 200A (angstrom) doped with magnesium
0.2 Ga 0.8 N layer 108, p-type gallium nitride optical guide layer 109 with a thickness of 0.1 μm doped with magnesium, p-type Al 0.15 Ga with a thickness of 0.4 μm doped with magnesium
0.85 N cladding layer 110, a thickness of 0.5μm magnesium was added p-type GaN 0.5 As 0.5 contact layer 411,
P-electrode 112 made of nickel (first layer) and gold (second layer); titanium (first layer) and aluminum (second layer)
Layer) is formed.

【0022】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、p
電極およびn電極に対するコンタクト層としてGaN0.5As
0.5 が用いられている。GaN1-xAsx(0<x≦1)の禁制帯エ
ネルギーは窒化ガリウムの禁制帯エネルギーより小さ
く、特に0.2≦x≦0.8 程度の場合禁制帯エネルギーが負
の半金属になるため(近藤ら、応用物理 Vol. 65, No.2
(1996) p. 148 )、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
は、従来技術による窒化ガリウム系レーザと異なり、コ
ンタクト層と金属電極界面のショットキ−障壁がない。
よって、p電極およびn電極に対するコンタクト層のキ
ャリア濃度が同程度の場合、本実施例の窒化ガリウム系
レーザは、従来技術による窒化ガリウム系レーザに比
べ、電極の接触抵抗が極めて小さい。即ち、本実施例の
窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウム
系レーザよりも、発振しきい値電流が小さく、かつ発振
しきい値電圧が低い。
In the gallium nitride based laser of this embodiment, p
GaN 0.5 As as contact layer for electrode and n-electrode
0.5 is used. The forbidden band energy of GaN 1-x As x (0 <x ≦ 1) is smaller than the forbidden band energy of gallium nitride, and especially when about 0.2 ≦ x ≦ 0.8, the bandgap energy becomes a negative metalloid (Kondo et al. , Applied Physics Vol. 65, No. 2
(1996) p. 148), the gallium nitride-based laser of this embodiment does not have a Schottky barrier at the interface between the contact layer and the metal electrode, unlike the gallium nitride-based laser according to the prior art.
Therefore, when the carrier concentration of the contact layer with respect to the p-electrode and the n-electrode is substantially the same, the contact resistance of the electrode of the gallium nitride-based laser of this embodiment is extremely smaller than that of the conventional gallium nitride-based laser. That is, the gallium nitride-based laser of this embodiment has a smaller oscillation threshold current and a lower oscillation threshold voltage than the conventional gallium nitride-based laser.

【0023】本発明は、上述した実施例に示される構造
の窒化ガリウム系レーザに於いてのみ有効であるという
訳ではなく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系レーザに
於いて有効である。なお、本発明はp電極側・n電極側
の両方に適用する必要はなく、一方の電極のみに適用し
ても十分に効果がある。また、本発明は、窒化ガリウム
系のレーザに於いてのみ有効であるという訳ではなく、
窒化ガリウム系の発光ダイオードに於いても電極の接触
抵抗低減に有効である。
The present invention is not only effective for the gallium nitride based laser having the structure shown in the above embodiment, but is also effective for gallium nitride based lasers having any layer structure. Note that the present invention does not need to be applied to both the p-electrode side and the n-electrode side, and it is sufficiently effective if applied to only one of the electrodes. Also, the present invention is not only effective in gallium nitride based lasers,
Gallium nitride based light emitting diodes are also effective in reducing the contact resistance of the electrodes.

【0024】また、各実施例における半導体層(実施例
2、3のコンタクト層を除く)は、これに限られるもの
ではなく、窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは窒
化アルミニウムまたはそれらの混晶で適宜選択可能であ
ることは言うまでもない。
The semiconductor layer (except for the contact layers of Examples 2 and 3) in each of the embodiments is not limited to this, and can be appropriately selected from gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride, or a mixed crystal thereof. Needless to say,

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように、本発明には、窒化
ガリウム系発光素子の電極または電極に対するコンタク
ト層に新規な材料を採用することにより、窒化ガリウム
系発光素子で問題になっている電極の接触抵抗の高さを
解消することが可能であるという効果があり、例えば窒
化ガリウム系レーザの場合は発振しきい値電流および発
振しきい値電圧の低減を図ることが出来、例えば窒化ガ
リウム系発光ダイオードの場合は必要な光出力を得るた
めの動作電流および動作電圧の低減を図ることが出来
る。
As described above, according to the present invention, by employing a novel material for the electrode of the gallium nitride-based light emitting device or the contact layer for the electrode, the electrode which has become a problem in the gallium nitride based light emitting device. This has the effect that the contact resistance can be reduced. For example, in the case of a gallium nitride-based laser, the oscillation threshold current and the oscillation threshold voltage can be reduced. In the case of a light emitting diode, the operating current and operating voltage for obtaining the required light output can be reduced.

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

【図1】実施例1に於いて、pおよびn電極の第1層と
してインジウムを採用した窒化ガリウム系レーザの概略
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a gallium nitride-based laser employing indium as a first layer of p and n electrodes in Example 1.

【図2】実施例2に於いて、pおよびn電極に対するコ
ンタクト層としてGaN0.1As0.9を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a gallium nitride based laser employing GaN 0.1 As 0.9 as a contact layer for p and n electrodes in Example 2.

【図3】実施例3に於いて、pおよびn電極に対するコ
ンタクト層としてGaN0.5As0.5を採用した窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a gallium nitride based laser employing GaN 0.5 As 0.5 as a contact layer for p and n electrodes in Example 3.

【図4】従来技術により、pおよびn電極に対するコン
タクト層として窒化ガリウムを採用した、代表的な窒化
ガリウム系レーザの概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a typical gallium nitride based laser employing gallium nitride as a contact layer for p and n electrodes according to the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 サファイア基板 102 窒化ガリウム低温成長バッファ層 104 n型In0.1Ga0.9N 層 105 n型Al0.15Ga0.85N 層 106 n型窒化ガリウム光ガイド層 107 In0.2Ga0.8N/In0.05Ga0.95N 多重量子井戸活性
層 108 p型Al0.2Ga0.8N 層 109 p型窒化ガリウム光ガイド層 110 p型Al0.15Ga0.85N クラッド層 111 p型窒化ガリウムコンタクト層 112 ニッケルおよび金からなるp電極 113 チタンおよびアルミニウムからなるn電極 203 n型窒化ガリウムコンタクト層 212 インジウムおよびニッケルおよび金からなるp
電極 213 チタンおよびアルミニウムからなるn電極 303 n型GaN0.1As0.9 コンタクト層 311 p型GaN 0.1As0.9コンタクト層 403 n型GaN 0.5As0.5コンタクト層 411 p型GaN 0.5As0.5コンタクト層
Reference Signs List 101 sapphire substrate 102 low-temperature growth buffer layer of gallium nitride 104 n-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 105 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 106 n-type gallium nitride optical guide layer 107 In 0.2 Ga 0.8 N / In 0.05 Ga 0.95 N multiple quantum Well active layer 108 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 109 p-type gallium nitride optical guide layer 110 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 111 p-type gallium nitride contact layer 112 p electrode made of nickel and gold 113 made of titanium and aluminum N electrode 203 n-type gallium nitride contact layer 212 p made of indium, nickel and gold
Electrode 213 n-electrode made of titanium and aluminum 303 n-type GaN 0.1 As 0.9 contact layer 311 p-type GaN 0.1 As 0.9 contact layer 403 n-type GaN 0.5 As 0.5 contact layer 411 p-type GaN 0.5 As 0.5 contact layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子において、n電極を構成
し半導体に接する第1層としてインジウムを用いること
を特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
At least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride or a mixed crystal thereof is provided.
A gallium nitride-based light-emitting device comprising a single layer, wherein indium is used as a first layer constituting an n-electrode and in contact with a semiconductor.
【請求項2】前記n電極は、インジウム(第1層)およ
びチタン(第2層)およびアルミニウム(第3層)から構
成されていることを特徴とする請求項1記載の窒化ガリ
ウム系発光素子。
2. The gallium nitride based light emitting device according to claim 1, wherein said n-electrode is made of indium (first layer), titanium (second layer) and aluminum (third layer). .
【請求項3】窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子の製造方法において、
コンタクト層上に半導体に接する第1層としてインジウ
ムを用いるn電極を形成し、アロイにより前記コンタク
ト層中にInxGa1-xN(0<x<1)を形成することを特徴とす
る窒化ガリウム系発光素子の製造方法。
3. A layer of gallium nitride or indium nitride or aluminum nitride or a mixed crystal thereof at least.
In a method for manufacturing a gallium nitride based light emitting device including one layer,
Forming an n-electrode using indium as a first layer in contact with the semiconductor on the contact layer, and forming In x Ga 1 -xN (0 <x <1) in the contact layer by an alloy; A method for manufacturing a gallium-based light emitting device.
【請求項4】窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子であって、電極に対す
るコンタクト層として、窒化ガリウムよりも禁制帯エネ
ルギーが小さいGaNAs を用いたことを特徴とする窒化ガ
リウム系発光素子。
4. A gallium nitride-based light emitting device comprising at least one layer of gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride or a mixed crystal thereof, wherein the GNAs have a forbidden band energy smaller than that of gallium nitride as a contact layer for the electrode. A gallium nitride-based light-emitting device, comprising:
【請求項5】窒化ガリウムまたは窒化インジウムまたは
窒化アルミニウムまたはそれらの混晶の層を少なくとも
1層含む窒化ガリウム系発光素子であって、電極に対す
るコンタクト層として、禁制帯エネルギーが零以下とな
るGaN1-xAsx(0.2≦x≦0.8)を用いたことを特徴とする窒
化ガリウム系発光素子。
5. A least one layer comprising a gallium nitride-based light emitting device layers of aluminum indium gallium nitride or nitride or nitride, or mixed crystals thereof, as a contact layer for the electrodes, GaN 1 forbidden band energy becomes zero or less A gallium nitride-based light emitting device using -x As x (0.2 ≦ x ≦ 0.8).
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