JP2001085735A - Nitride compound semiconductor light emitting element and its manufacturing method - Google Patents
Nitride compound semiconductor light emitting element and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、III−V族窒化
物系化合物半導体を用いた半導体発光素子、および、そ
の製造方法に関する。ここに、III−V族窒化物系化
合物半導体とは、V族元素として少なくとも窒素を含む
III−V族化合物からなる半導体をいう。つまり、I
II族元素のAl、Ga、In等と、V族元素のN、P、As等を
含み、且つ、必ずNを含むIII−V族化合物半導体であ
る。例えば、組成式で書くと、次のようになる。 Al[a]Ga[b]In[c]N[d]X[1-d] (0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦1、a+b+c=1、0<d≦1、X:
P、As等のV族原子) また、各構成原子の一部が不純物原子等に置き換えられ
た半導体も含むものとする。The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a group III-V nitride compound semiconductor and a method for manufacturing the same. Here, the group III-V nitride-based compound semiconductor refers to a semiconductor made of a group III-V compound containing at least nitrogen as a group V element. That is, I
It is a group III-V compound semiconductor that contains a group II element such as Al, Ga, and In and a group V element such as N, P, and As, and always contains N. For example, when written in a composition formula, it is as follows. Al [a] Ga [b] In [c] N [d] X [1-d] (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 1, a + b + c = 1, 0 <D ≦ 1, X:
(Group V atoms such as P and As) Further, a semiconductor in which a part of each constituent atom is replaced with an impurity atom or the like is also included.
【0002】[0002]
【従来の技術】III−V族窒化物系化合物半導体は、
紫外から緑色の波長の領域での発光素子や、高耐性の半
導体装置への利用に注目されている。特に、近年、II
I−V族窒化物系化合物半導体において、高品質な単結
晶薄膜作製技術が開発され、単結晶低抵抗p型層の作製
が可能になって以来、本半導体材料に関する開発が急速
に進展し、青色から緑色の波長で発光する発光ダイオー
ドの実用化が実現され、更なる展開が期待されている。2. Description of the Related Art Group III-V nitride compound semiconductors are:
Attention has been focused on light emitting elements in the wavelength range from ultraviolet to green, and use in semiconductor devices with high durability. In particular, in recent years, II
Since high-quality single-crystal thin film fabrication technology has been developed for group IV nitride compound semiconductors and the fabrication of single-crystal low-resistance p-type layers has become possible, the development of this semiconductor material has progressed rapidly. Practical use of light emitting diodes that emit light in the wavelength range from blue to green has been realized, and further development is expected.
【0003】今後の、実用化された発光ダイオードの性
能向上や、実用化が期待されている半導体レーザ等の実
現に向けて、様々な方面からの取り組みが行われてお
り、より光学特性に優れたダブルへテロ構造を作製する
こともその一つである。ここで、活性層としては、波長
の問題からInGaNが用いられることが多く、また、バリ
ア層としては、AlGaNやGaNが用いられることが多い。例
えば、従来の技術としては、特開平10−145004
号公報に開示されている構造がある。[0003] In the future, efforts are being made from various aspects to improve the performance of light-emitting diodes that have been put into practical use and to realize semiconductor lasers and the like that are expected to be put into practical use. Making a double heterostructure is one of them. Here, InGaN is often used as the active layer due to wavelength issues, and AlGaN or GaN is often used as the barrier layer. For example, as a conventional technique, Japanese Patent Laid-Open No.
There is a structure disclosed in Japanese Patent Publication No.
【0004】この公報の第2実施例において、InGaN?MQ
W活性層と、n側クラッド層としてのSiドープでAl組成が
0.08のAlGaN層(層厚1μm)およびp側クラッド層としての
MgドープでAl組成が0.08のAlGaN層(層厚1μm)との間
に、それぞれ、活性層に接する側でAl組成が0.20、各ク
ラッド層に接する側でAl組成が0.08であるようなSiドー
プおよびMgドープAlGaNバリア層(層厚20nm)を有する構
造のレーザダイオードが示されている。(ただし、公報
内ではストッパ層と表記している。)また、第6実施例に
おいては、第2実施例の構造から、各クラッド層、バリ
ア層の間にSiドープおよびMgドープGaNガイド層を加
え、更に、バリア層のAl組成が、活性層に接する側で0.
20、各ガイド層に接する側で0になるような構造を有す
るレーザダイオードが示されている。In the second embodiment of this publication, InGaN? MQ
Al composition in W active layer and Si doping as n-side cladding layer
0.08 AlGaN layer (layer thickness 1μm) and p-side cladding layer
Between the Al-doped Mg layer and the AlGaN layer with an Al composition of 0.08 (layer thickness 1 μm), the Si-doped Al composition is 0.20 on the side in contact with the active layer and 0.08 on the side in contact with each cladding layer, respectively. And a laser diode having a structure having a Mg-doped AlGaN barrier layer (layer thickness 20 nm) is shown. (However, it is described as a stopper layer in the gazette.) In the sixth embodiment, a Si-doped and Mg-doped GaN guide layer is provided between each clad layer and the barrier layer from the structure of the second embodiment. In addition, the Al composition of the barrier layer is 0.1% on the side in contact with the active layer.
20, there is shown a laser diode having a structure that becomes zero on the side in contact with each guide layer.
【0005】このバリア層の効果としては、活性層に注
入されたキャリアを閉じ込める効果が挙げられ、また、
InGaN層が他の窒化物系化合物半導体に比べ、熱的に不
安定であるため、その結晶性劣化を抑制する効果も期待
できる。The effect of the barrier layer is to confine carriers injected into the active layer.
Since the InGaN layer is thermally unstable compared to other nitride-based compound semiconductors, an effect of suppressing the deterioration of the crystallinity can be expected.
【0006】その理由は、III−V族窒化物系化合物
半導体では、代表的な物質として、GaN、AlN、InNがあ
り、また、代表的な混晶として、InGaN、AlGaNがある。
これらのなかで、発光素子の活性層としてよく用いられ
るのは、InGaNである。しかし、Inを含むIII−V族
窒化物系化合物半導体は、他のIII−V族窒化物系化
合物半導体と同じような成長条件で高品質な結晶を作製
することが難しく、例えば、成長温度や成長雰囲気ガ
ス、原料供給比等を他のIII−V族窒化物系化合物半
導体の成長条件とはかなり異なった成長条件で作製する
ことが多い。このため、InGaN層を成長後、他の混晶層
を作製する際、成長温度等を大きく変化させる必要があ
り、この時にInGaN層が劣化することが多いことによる
ものである。[0006] The reason is that, in the group III-V nitride compound semiconductors, GaN, AlN, and InN are typical materials, and InGaN and AlGaN are typical mixed crystals.
Among them, InGaN is often used as an active layer of a light emitting element. However, a group III-V nitride-based compound semiconductor containing In is difficult to produce a high-quality crystal under the same growth conditions as other group III-V nitride-based compound semiconductors. In many cases, the growth atmosphere gas, the raw material supply ratio, and the like are formed under growth conditions that are significantly different from the growth conditions of other group III-V nitride compound semiconductors. For this reason, when another mixed crystal layer is formed after the growth of the InGaN layer, the growth temperature and the like must be greatly changed, and the InGaN layer often deteriorates at this time.
【0007】特開平10−145004号公報におい
て、最も特徴的な部分は、バリア層(公報内ではストッ
パ層と表記)であるAlGaNのAl組成を活性層から離れるに
したがって、Al組成を漸次減少させている部分である。
この公報によれば、この構造を採用することによって、
ストッパ層に対するストレスが緩和、吸収されることに
よりクラックが生じにくくなる効果が得られるというこ
とである。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-145004, the most characteristic part is that the Al composition of AlGaN, which is a barrier layer (referred to as a stopper layer in the publication), gradually decreases as the Al composition moves away from the active layer. It is the part that is.
According to this publication, by adopting this structure,
This means that cracks are less likely to occur due to relaxation and absorption of stress on the stopper layer.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】バリア層は、活性層に
近づけて作製する必要があり、特に、活性層に接する構
造にすると上記効果が大きく期待できる。しかし、II
I−V族窒化物系化合物半導体では、組成が変わると結
晶の格子定数が大きく変化する。よって、積層構造を作
成する場合、混晶比の違いで格子歪を各層にて内在させ
ることになり、特に、活性層近辺では、その状態は試料
の発光特性に多大な影響を与えることになる。この点に
おいて、従来の技術で述べた構造では問題がある。上記
手法では、活性層を良好な状態に保ったまま、積層構造
を作製するには不十分である。The barrier layer must be formed close to the active layer, and the above effect can be greatly expected particularly when the barrier layer is in contact with the active layer. But II
In the group IV nitride compound semiconductor, when the composition changes, the lattice constant of the crystal greatly changes. Therefore, when creating a laminated structure, lattice distortion is inherent in each layer due to the difference in the mixed crystal ratio, and especially in the vicinity of the active layer, the state has a great effect on the light emission characteristics of the sample. . In this regard, there is a problem with the structure described in the related art. The above method is insufficient for fabricating a laminated structure while keeping the active layer in a good state.
【0009】例えば、先述した公報で開示されている発
光素子の構造では、バリア層のAl組成の変化率は、バリ
ア層内で平均的に変化しているとすると、0.006/nmおよ
び0.01/nmとなるが、このような値では変化率が大きす
ぎ、活性層近辺に不適当な格子歪みの分布を内在させる
ことになり、素子の発光特性が悪化することになる。For example, in the structure of the light emitting device disclosed in the above-mentioned publication, the change rate of the Al composition of the barrier layer is 0.006 / nm and 0.01 / nm, assuming that the change rate in the barrier layer is averagely changed. However, with such a value, the rate of change is too large, and an inappropriate distribution of lattice strain is inherently present in the vicinity of the active layer, and the light emission characteristics of the device deteriorate.
【0010】よって、本発明では、良好な活性層を維持
したまま、積層構造を作製し、良好な素子特性を持つI
II−V族窒化物系化合物半導体装置を作製することを
目的とする。Therefore, according to the present invention, a laminated structure is produced while maintaining a good active layer, and an I
An object is to manufacture a II-V nitride compound semiconductor device.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、活性層に接して影響を与えるバリア層
の組成変化量を規定することにより、格子歪による活性
層の発光特性への悪影響を抑えることを特徴としてい
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention regulates the composition change amount of the barrier layer which is in contact with the active layer and affects the light emission characteristics of the active layer due to lattice distortion. It is characterized by suppressing the adverse effects of.
【0012】本発明においては、InGaN活性層に接する
バリア層としてのAlGaN層のAl組成を活性層に接する側
で大きく、活性層に接する側と反対側で小さく設定し、
そのAl組成の変化量を0.005/nm以下とすることにより上
記課題を解決することを特徴としている。特に、上記Al
GaNバリア層の活性層に接する側のAl組成を0.1〜0.5に
することにより上記課題を解決することを特徴としてい
る。In the present invention, the Al composition of the AlGaN layer as a barrier layer in contact with the InGaN active layer is set to be large on the side in contact with the active layer and small on the side opposite to the side in contact with the active layer;
It is characterized in that the above-mentioned problem is solved by setting the variation of the Al composition to 0.005 / nm or less. In particular, the above Al
The above problem is solved by setting the Al composition of the GaN barrier layer in contact with the active layer to 0.1 to 0.5.
【0013】また、本発明においては、特に、上記AlGa
Nバリア層の層厚を、10〜100[nm]にすることにより
上記課題を解決することを特徴としている。In the present invention, the above-mentioned AlGa
The above problem is solved by setting the thickness of the N barrier layer to 10 to 100 [nm].
【0014】また、本発明においては、特に、上記AlGa
Nバリア層を活性層のpコンタクト層側に設置する場合
は、アクセプタ性不純物を添加することにより、電気的
特性の良好なバリア層を形成することができる。In the present invention, in particular, the above AlGa
When the N barrier layer is provided on the p-contact layer side of the active layer, a barrier layer having good electrical characteristics can be formed by adding an acceptor impurity.
【0015】また、特に、アクセプタ性不純物の濃度分
布を、活性層に接する側で不純物濃度を低く、活性層に
接する側と反対側で高くすることにより高い発光効率を
保ったまま、電気的特性の良好なバリア層を形成するこ
とができる。その不純物濃度は、アクセプタ性不純物が
Mgであるとき、その不純物濃度が、活性層に接する部分
において1×1018から8×1019[cm-3]、その反対側の層
に接する部分において1×1020から5×1020[cm-3]とす
ることにより良好な素子特性を有する半導体素子を得る
ことができる。In particular, by increasing the concentration distribution of the acceptor impurity on the side in contact with the active layer and increasing the impurity concentration on the side opposite to the side in contact with the active layer, electrical characteristics can be maintained while maintaining high luminous efficiency. A good barrier layer can be formed. The impurity concentration depends on the acceptor impurity.
When it is Mg, its impurity concentration is 1 × 10 18 to 8 × 10 19 [cm −3 ] in a portion in contact with the active layer, and 1 × 10 20 to 5 × 10 20 [in a portion in contact with the opposite layer. cm −3 ], a semiconductor element having good element characteristics can be obtained.
【0016】さらに、本発明においては、特に、上記Al
GaNバリア層を活性層のnコンタクト層側に設置する場合
は、ドナー性不純物を添加することにより、電気的特性
の良好なバリア層を形成することができる。Further, in the present invention, the above Al
When the GaN barrier layer is provided on the n-contact layer side of the active layer, a barrier layer having good electrical characteristics can be formed by adding a donor impurity.
【0017】そして、特に、ドナー性不純物の濃度分布
を、活性層に接する側で不純物濃度を低く、活性層に接
する側と反対側で高くすることにより高い発光効率を保
ったまま、電気的特性の良好なバリア層を形成すること
ができる。その不純物濃度は、ドナー性不純物がSiであ
るとき、その不純物濃度が、活性層に接する部分におい
て、1×1016から6×1017[cm-3]であり、その反対側の
層に接する部分において、8×1017から5×1018[cm-3]
とすることにより良好な素子特性を有する半導体素子を
得ることができる。In particular, by increasing the concentration distribution of the donor-type impurity on the side in contact with the active layer and increasing the impurity concentration on the side opposite to the side in contact with the active layer, electrical characteristics can be maintained while maintaining high luminous efficiency. A good barrier layer can be formed. When the donor impurity is Si, the impurity concentration is 1 × 10 16 to 6 × 10 17 [cm −3 ] at a portion in contact with the active layer, and is in contact with the opposite layer. In part, 8 × 10 17 to 5 × 10 18 [cm -3 ]
By doing so, a semiconductor element having good element characteristics can be obtained.
【0018】また、本発明においては、活性層の成長温
度をT1、バリア層の成長温度をT2、バリア層の活性層に
接する側と反対側の層の成長温度をT3とし、成長温度T3
がT1より高い場合、成長温度T2をT1以上、T3以下にして
上記バリア層を成長し、半導体発光素子を作製すること
を特徴としている。特に、バリア層を、活性層の成長温
度から、バリア層の活性層に接する側と反対側の層の成
長温度にまで昇温させる間に、連続的に成長させること
により、課題を解決するための半導体素子を製造でき
る。In the present invention, the growth temperature of the active layer is T1, the growth temperature of the barrier layer is T2, the growth temperature of the barrier layer on the side opposite to the side in contact with the active layer is T3, and the growth temperature T3
Is higher than T1, the barrier layer is grown at a growth temperature T2 of T1 or higher and T3 or lower to manufacture a semiconductor light emitting device. In particular, in order to solve the problem, the barrier layer is continuously grown while the temperature is raised from the growth temperature of the active layer to the growth temperature of the layer on the side opposite to the side in contact with the active layer of the barrier layer. Can be manufactured.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下に、図1に示す発光ダイオー
ドの構造を示す模式的な断面図を用いて、本発明を説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to a schematic sectional view showing the structure of a light emitting diode shown in FIG.
【0020】図1は、DH(ダブルへテロ)構造を持つpn
接合型発光ダイオードの断面図である。構造は以下に示
す通りである。例えば、C面のサファイア等の基板11上
に、順に、GaNからなる低温バッファ層12、n型コンタク
ト層としてのSiドープGaN層13、活性層のInGaN層14、本
発明の特徴であるバリア層としてのMgドープAlGaN層1
5、およびp型コンタクト層としてのMgドープGaN層16が
積層されている。FIG. 1 shows a pn (double hetero) structure.
It is sectional drawing of a junction type light emitting diode. The structure is as shown below. For example, a low-temperature buffer layer 12 made of GaN, a Si-doped GaN layer 13 as an n-type contact layer, an InGaN layer 14 as an active layer, a barrier layer Mg-doped AlGaN layer 1
5, and a Mg-doped GaN layer 16 as a p-type contact layer.
【0021】更に、MgドープGaN層16からSiドープGaN層
13までの一部をSiドープGaN層13が表面に露出するまで
エッチングを施し、MgドープGaN層16上に電極20、Siド
ープGaN層13上に電極21が形成されている。Further, from the Mg-doped GaN layer 16 to the Si-doped GaN layer
13 are etched until the Si-doped GaN layer 13 is exposed on the surface, and an electrode 20 is formed on the Mg-doped GaN layer 16 and an electrode 21 is formed on the Si-doped GaN layer 13.
【0022】なお、活性層であるInGaN層14は、In組成
を変えることにより発光ダイオードとしての発光波長を
変えることが可能であり、紫外領域の波長から赤色の波
長までの光を発することができる。The InGaN layer 14, which is an active layer, can change the emission wavelength of the light emitting diode by changing the In composition, and can emit light from a wavelength in the ultraviolet region to a red wavelength. .
【0023】本発明の特徴であるMgドープAlGaN層15
は、活性層であるInGaN層へ注入されたキャリアに対す
るバリア層として機能し、更に、高温で分解、劣化しや
すいInを含む層であるInGaN層を保護する機能をも有し
ている。The Mg-doped AlGaN layer 15 which is a feature of the present invention
Functions as a barrier layer for carriers injected into the InGaN layer, which is an active layer, and further has a function of protecting the InGaN layer, which is a layer containing In, which is easily decomposed and deteriorated at high temperatures.
【0024】この層においては、バリア層としての機能
から考えると、ある程度大きなバンドギャップを有する
こと、つまり、Al組成の高さが必要であると予想され
る。また、InGaN層に対する保護層としても、Al組成が
高い方が熱的耐性が良好と考えられるので、Al組成の高
い方が好ましい。概ね、好ましくはAl組成が0.1から0.
5、最も好ましくは0.1から0.3である。Al組成が0.1より
低い場合、バリア層として機能するには十分ではなく、
一方、Al組成が0.5より大きい場合は、クラックなどの
欠陥を生じやすくなる。In view of the function as a barrier layer, this layer is expected to have a somewhat large band gap, that is, a high Al composition. Also, as a protective layer for the InGaN layer, it is considered that a higher Al composition has better thermal resistance, so a higher Al composition is preferable. Generally, preferably, the Al composition is 0.1 to 0.1.
5, most preferably 0.1 to 0.3. If the Al composition is lower than 0.1, it is not enough to function as a barrier layer,
On the other hand, when the Al composition is larger than 0.5, defects such as cracks are likely to occur.
【0025】しかし、コンタクト層であるMgドープGaN
層16から活性層であるInGaN層14にキャリアを注入する
には、MgドープAlGaN層15によるエネルギー的障壁はあ
まり大きくない方、つまりAl組成が小さい方が好まし
い。However, Mg-doped GaN as a contact layer
In order to inject carriers from the layer 16 into the InGaN layer 14 as the active layer, it is preferable that the energy barrier by the Mg-doped AlGaN layer 15 is not so large, that is, the Al composition is small.
【0026】また、MgドープAlGaN層は低抵抗なp型伝導
層を形成しにくく、特に、Al組成が高い場合、その傾向
は顕著である。更に、Al組成の高いAlGaN層は結晶性が
あまり良好にない傾向にある。よって、Al組成の高い膜
を厚く積層してしまうと、素子の直列抵抗が高くなり、
また、キャリアの活性層への注入が悪くなってしまう問
題もある。The Mg-doped AlGaN layer is difficult to form a low-resistance p-type conductive layer, and the tendency is particularly remarkable when the Al composition is high. Furthermore, an AlGaN layer having a high Al composition tends to have poor crystallinity. Therefore, if a film with a high Al composition is laminated thickly, the series resistance of the element increases,
There is also a problem that the injection of carriers into the active layer becomes worse.
【0027】これらのことを総合して考えると、本発明
を用いた場合、MgドープAlGaN層15において、活性層で
あるInGaN層14側からその反対側のコンタクト層であるM
gドープGaN層16に向けて、Al組成を連続的に減少させる
ことにより、Al組成を一定にしているときに比べ、AlGa
N層の本来の機能を十分持ちながら、且つ、キャリアの
注入効率が向上させることができる。Considering these facts, when the present invention is used, in the Mg-doped AlGaN layer 15, the contact layer on the opposite side from the InGaN layer 14, which is the active layer, to the contact layer on the opposite side.
By continuously decreasing the Al composition toward the g-doped GaN layer 16, compared to the case where the Al composition is kept constant,
It is possible to improve the carrier injection efficiency while having the original function of the N layer sufficiently.
【0028】更に、本発明においては、MgドープAlGaN
層15において、Al組成を連続的に変化させる際に、その
層厚に対する変化率を規定したことにより、素子特性を
向上させたことを特徴とする。これは、Al組成を変化さ
せる際、その変化率により、各微少領域での内在格子歪
の分布が変化するため、その歪みの状態が、その層に隣
接していて影響を受けやすい活性層に対して、結晶性、
発光特性に影響を与えているものと考えられる。Further, in the present invention, Mg-doped AlGaN
In the layer 15, when the Al composition is continuously changed, the rate of change with respect to the layer thickness is specified, thereby improving the element characteristics. This is because, when the Al composition is changed, the distribution of the intrinsic lattice strain in each minute region changes depending on the rate of change, and the state of the strain is changed to the active layer which is adjacent to the layer and easily affected. On the other hand, crystalline,
This is considered to have affected the light emission characteristics.
【0029】Al組成の変化率αとしては、Al組成の最大
値(活性層に接する部分)と最小値(活性層に接する側と
反対側の部分)の差をΔAlとし、その層厚をt[nm]
とし、α=ΔAl/tによって算出する。この変化率αと素
子特性の変化は、t=20[nm]、Al組成最大値(活性層
に接する部分)が0.1、0.2、0.3の場合、図3のようにな
る。この図から、αを0より大きく0.005以下にすると良
いことが分かる。αを0.005以上にすると、上記理由に
より、素子特性が悪化する。また、αが0の場合、すな
わち、Al組成が変化しないときも、先の述べた理由によ
り、αが0より大きく0.005以下のときに比べ素子特性が
悪い。As the change rate α of the Al composition, the difference between the maximum value (the portion in contact with the active layer) and the minimum value (the portion on the side opposite to the active layer) of the Al composition is ΔAl, and the thickness of the layer is t. [Nm]
And is calculated by α = ΔAl / t. The change rate α and the change in the device characteristics are as shown in FIG. 3 when t = 20 [nm] and the Al composition maximum value (portion in contact with the active layer) is 0.1, 0.2, and 0.3. From this figure, it is understood that it is better to set α to be larger than 0 and equal to or smaller than 0.005. When α is 0.005 or more, the device characteristics deteriorate for the above-described reason. Also, when α is 0, that is, when the Al composition does not change, the device characteristics are worse than when α is larger than 0 and 0.005 or less for the above-described reason.
【0030】Al組成の最大値は0.1から0.5にすることが
望ましい。0.1以下であるとバリア層としての機能が充
分でなくなり、0.5以上であると、格子歪みが大きくな
りすぎクラックが入りやすくなり、素子特性に大きな悪
影響を与える。更に好ましくは、0.1から0.3である。It is desirable that the maximum value of the Al composition be 0.1 to 0.5. If it is less than 0.1, the function as a barrier layer will not be sufficient, and if it is more than 0.5, the lattice distortion will be too large and cracks will easily occur, which will have a large adverse effect on device characteristics. More preferably, it is 0.1 to 0.3.
【0031】また、層厚は、10から100[nm]である
ことが望ましい。10[nm]以下の場合、バリア層とし
てのキャリアを閉じ込める機能が十分でなくなる。一
方、100[nm]以上の場合は、厚くなりすぎてクラッ
クを生じやすくなるだけでなく、キャリアの活性層への
注入効率も悪くなる傾向になってしまい好ましくない。The layer thickness is desirably 10 to 100 [nm]. When the thickness is less than 10 [nm], the function of confining carriers as a barrier layer becomes insufficient. On the other hand, when the thickness is 100 [nm] or more, not only is the thickness too large, cracks are likely to occur, but also the efficiency of carrier injection into the active layer tends to deteriorate, which is not preferable.
【0032】このことから、AlGaNバリア層の本来の機
能を十分得るためには、本発明のようにAl組成を活性層
側から離れていく方向にAl組成を減少させていき、且
つ、その組成の変化率、層厚を規定することが重要であ
ることが分かる。From the above, in order to sufficiently obtain the original function of the AlGaN barrier layer, the Al composition is reduced in the direction away from the active layer side as in the present invention, and the Al composition is reduced. It is understood that it is important to define the rate of change and the layer thickness.
【0033】また、バリア層への不純物添加について
も、バリア層を活性層のn型コンタクト層側に設置する
場合はドナー性不純物を、p型コンタクト層側に設置す
る場合はアクセプタ性不純物を添加することが必要であ
るが、その不純物密度も積層方向に対して、活性層に接
する側で不純物濃度を低く、活性層から離れる側で高く
することが望ましい。これは、活性層に接する部分に高
い不純物濃度で不純物を添加すると、活性層近傍で貫通
転位を通じて、積層方向に不純物の拡散を生じ、その結
果、特に、アクセプタ性不純物の拡散によって、発光効
率等の素子特性が悪化することによるものである。As for the addition of impurities to the barrier layer, donor impurities are added when the barrier layer is provided on the n-type contact layer side of the active layer, and acceptor impurities are added when the barrier layer is provided on the p-type contact layer side. However, it is desirable that the impurity concentration in the stacking direction be low on the side in contact with the active layer and high on the side away from the active layer. This is because, when an impurity is added at a high impurity concentration to a portion in contact with the active layer, the impurity is diffused in the stacking direction through threading dislocation near the active layer, and as a result, the diffusion of the acceptor impurity causes light emission efficiency and the like. This is due to the deterioration of the element characteristics.
【0034】例えば、Mg等のアクセプタ性不純物の場
合、活性層に接する側で1×1018から8×1019[cm-3]、
活性層に接する側と反対側で1×1020から5×1020[cm
-3]にすることが望ましい。一方、Si等のドナー性不純
物の場合は、活性層に接する側で1×1016から6×10
17[cm-3]、活性層に接する側と反対側で8×1017から5
×1018[cm-3]にすることが望ましい。For example, in the case of an acceptor impurity such as Mg, 1 × 10 18 to 8 × 10 19 [cm −3 ],
1 × 10 20 to 5 × 10 20 [cm on the side opposite to the side in contact with the active layer
-3 ]. On the other hand, in the case of a donor impurity such as Si, 1 × 10 16 to 6 × 10
17 [cm -3 ], 8 × 10 17 to 5 on the side opposite to the side in contact with the active layer
It is desirable to set to × 10 18 [cm −3 ].
【0035】以下に、本発明を具体的な実施形態を示す
ことにより説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific embodiments.
【0036】(実施形態1)本実施形態においては、本
発明を用いてIII−V族窒化物系化合物半導体の発光
ダイオードを作製した。MOCVD装置を使用し、原料ガス
としては、III族元素を含む有機金属化合物としてト
リメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチ
ルインジウム、V族元素を含む水素化物としてアンモニ
ア、不純物の原料ガスとしてはp型不純物としてビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム、n型不純物としてシ
ランを用いて、半導体層を成長した。(Embodiment 1) In this embodiment, a light emitting diode of a group III-V nitride compound semiconductor was manufactured by using the present invention. Using a MOCVD apparatus, the source gas was trimethylgallium, trimethylaluminum, trimethylindium as an organometallic compound containing a group III element, ammonia as a hydride containing a group V element, and bis as a p-type impurity as a source gas for impurities. Semiconductor layers were grown using cyclopentadienyl magnesium and silane as n-type impurities.
【0037】図1に本実施形態で作製したDH構造を持つp
n接合型発光ダイオードの断面図を示す。構造は先に示
した通りである。なお、図2は、本実施形態での半導体
装置の作製工程を示す半導体装置の断面図である。FIG. 1 shows a p having a DH structure manufactured in this embodiment.
1 shows a cross-sectional view of an n-junction light emitting diode. The structure is as shown above. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment.
【0038】まず、MOCVD装置内に洗浄済みのサファイ
ア基板11を導入し、H2ガスの雰囲気で、基板温度を1100
℃にしてクリーニングを行う。引き続き、基板温度を60
0℃に設定して、トリメチルガリウム、アンモニアを原
料ガスとし、リアクタ内に導入し、サファイア基板11上
にGaNバッファ層12を30[nm]成長した。そして、基
板温度を1050℃に設定し、トリメチルガリウム、アンモ
ニア、シランを原料ガスとし、リアクタ内に導入し、Ga
Nバッファ層12上にSiドープGaN層13を4[μm]成長し
た。その後、基板温度を750℃に設定し、トリメチルガ
リウム、トリメチルインジウム、アンモニアを原料ガス
として、リアクタ内に導入し、SiドープGaN層13上に活
性層としてIn組成が0.3のInGaN層14を2[nm]成長し
た。First, the cleaned sapphire substrate 11 is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate temperature is set to 1100 in an atmosphere of H 2 gas.
Perform cleaning at ℃. Next, reduce the substrate temperature to 60
The temperature was set to 0 ° C., and trimethylgallium and ammonia were used as source gases and introduced into the reactor, and a GaN buffer layer 12 was grown on the sapphire substrate 11 by 30 [nm]. Then, the substrate temperature was set to 1050 ° C., and trimethylgallium, ammonia, and silane were used as source gases, and introduced into the reactor.
On the N buffer layer 12, a Si-doped GaN layer 13 was grown at 4 [μm]. Thereafter, the substrate temperature was set to 750 ° C., trimethylgallium, trimethylindium, and ammonia were introduced into the reactor as source gases, and an InGaN layer 14 having an In composition of 0.3 was formed on the Si-doped GaN layer 13 as an active layer by 2 [ nm].
【0039】次に、基板温度を1050℃に設定し、トリメ
チルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア、
ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガスとし
て、リアクタ内に導入し、InGaN層14上に、バリア層と
して本発明の特徴であるAl組成が連続的に変化している
MgドープAlGaN層15を20[nm]成長した。なお、Al組
成分布は次のように設定した。MgドープAlGaN層15のInG
aN層14に接する界面においてAl組成を0.2、InGaN層14に
接する側と反対側の界面にてAl組成を0.12となるよう
に、連続的に減少させた。この時の、Al組成の変化率
は、0.004/nmとなる。なお、Al組成を変化させるのは、
トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムの供給量
をそれぞれ変化させることによって可能である。また、
このMgドープAlGaN層15においては、Mg不純物濃度は、2
×1020[cm-3]と一定にして成長した。Next, the substrate temperature was set at 1050 ° C., and trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia,
Biscyclopentadienyl magnesium is introduced into the reactor as a source gas, and the Al composition, which is a feature of the present invention, is continuously changed on the InGaN layer 14 as a barrier layer.
The Mg-doped AlGaN layer 15 was grown at 20 [nm]. The Al composition distribution was set as follows. InG of Mg-doped AlGaN layer 15
The Al composition was continuously reduced so that the Al composition was 0.2 at the interface in contact with the aN layer 14 and 0.12 at the interface opposite to the side in contact with the InGaN layer 14. At this time, the change rate of the Al composition is 0.004 / nm. The reason for changing the Al composition is as follows.
This is possible by changing the supply amounts of trimethylgallium and trimethylaluminum. Also,
In the Mg-doped AlGaN layer 15, the Mg impurity concentration is 2
It grew at a constant value of × 10 20 [cm −3 ].
【0040】更に、基板温度を1050℃に設定し、トリメ
チルガリウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウムを原料ガスとして、リアクタ内に導入し、
MgドープAlGaN層15上に、MgドープGaN層16を0.1[μm]
成長した。Further, the substrate temperature was set to 1050 ° C., and trimethylgallium, ammonia, and biscyclopentadienyl magnesium were introduced into the reactor as source gases,
On the Mg-doped AlGaN layer 15, the Mg-doped GaN layer 16 is 0.1 [μm]
grown.
【0041】以上の工程により図2 (a)に示す窒化ガリ
ウム系III−V族化合物半導体積層構造を作製するこ
とができる。Through the above steps, the gallium nitride-based III-V compound semiconductor multilayer structure shown in FIG. 2A can be manufactured.
【0042】引き続き、得られた半導体積層構造を、例
えば、N2雰囲気、800℃で熱アニールすることにより、M
gドープAlGaN層15、MgドープGaN層16を低抵抗化させ
た。ついで、半導体積層構造の半導体表面にフォトレジ
スト膜22を付け、フォトリソグラフィー技術によりその
一部を除去する。そして、残ったフォトレジスト膜をマ
スクとして、RIEによりエッチングを行い、図2(b)に示
すように、MgドープGaN層16からSiドープGaN層13を、Si
ドープGaN層13の一部が表面に露出するまでエッチング
をする。Subsequently, the obtained semiconductor laminated structure is thermally annealed at 800 ° C. in, for example, an N 2 atmosphere to obtain M
The resistance of the g-doped AlGaN layer 15 and the Mg-doped GaN layer 16 was reduced. Next, a photoresist film 22 is provided on the semiconductor surface of the semiconductor multilayer structure, and a part thereof is removed by photolithography. Then, etching is performed by RIE using the remaining photoresist film as a mask, and as shown in FIG. 2 (b), the Mg-doped GaN layer 16 is
The etching is performed until a part of the doped GaN layer 13 is exposed on the surface.
【0043】その後、フォトレジスト膜を剥がし、図2
(c)に示すように、SiドープGaN層13上に負電極としての
Ti/Al電極層21、MgドープGaN層16上に正電極としてのNi
/Au電極層20の金属膜を蒸着し、電極を作製する。Thereafter, the photoresist film was peeled off, and FIG.
As shown in (c), a negative electrode is formed on the Si-doped GaN layer 13.
Ni as a positive electrode on the Ti / Al electrode layer 21 and the Mg-doped GaN layer 16
A metal film of the / Au electrode layer 20 is deposited to produce an electrode.
【0044】このようにして得られた半導体積層構造を
ダイシング等により分割して発光ダイオードのチップを
得ることができる。The light emitting diode chip can be obtained by dividing the thus obtained semiconductor laminated structure by dicing or the like.
【0045】以上の工程で得られた発光ダイオードのチ
ップの特性を測定したところ、電流20[mA]駆動時
に、発光波長470[nm]、発光出力1.7[mW]を得る
ことができた。When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in the above steps were measured, an emission wavelength of 470 [nm] and an emission output of 1.7 [mW] could be obtained when the current was driven at 20 [mA].
【0046】次に、比較例として、従来の技術を用い
て、MgドープAlGaN層15のAl組成を0.2と一定にして30
[nm]積層した場合を示す。InGaN層14を成長するま
では、先の実施例と同じであるが、MgドープAlGaN層15
のAl組成を0.2と一定にして30[nm]成長した。この
時の、Al組成の変化率は、0/nmとなる。その後は、先に
述べた実施例と同じ手法により半導体装置を作製した。
この工程で得られた、発光ダイオードのチップの特性を
測定したところ、電流20[mA]駆動時に、発光波長47
0[nm]、発光出力1.3[mW]を得た。Next, as a comparative example, the Al composition of the Mg-doped AlGaN layer 15 was made constant at 0.2 and 30
[Nm] Shows the case of lamination. Up to the growth of the InGaN layer 14, the same as in the previous embodiment, but with the Mg-doped AlGaN layer 15
Was grown at a constant Al composition of 0.2 nm. At this time, the change rate of the Al composition is 0 / nm. Thereafter, a semiconductor device was manufactured in the same manner as in the above-described embodiment.
When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in this step were measured, the light emission wavelength was 47 when the current was driven at 20 mA.
0 [nm] and an emission output of 1.3 [mW] were obtained.
【0047】また、別の比較例として、MgドープAlGaN
層15のAl組成を大きく変化させた場合を示す。Siドープ
InGaN層14を成長するまでは、先の実施例と同じである
が、MgドープAlGaN層15のAl組成を、InGaN層14と接する
界面において0.2、InGaN層14と接する側と反対側におい
て0.08として、30[nm]成長した。この時の、Al組成
の変化率は、0.006/nmとなる。その後は、先に述べた実
施例と同じ手法により半導体装置を作製した。この工程
で得られた、発光ダイオードのチップの特性を測定した
ところ、電流20[mA]駆動時に、発光波長470[n
m]、発光出力1.4[mW]を得た。As another comparative example, Mg-doped AlGaN
The case where the Al composition of the layer 15 is greatly changed is shown. Si dope
Until the InGaN layer 14 is grown, the same as in the previous embodiment, except that the Al composition of the Mg-doped AlGaN layer 15 is 0.2 at the interface in contact with the InGaN layer 14, and 0.08 on the side opposite to the side in contact with the InGaN layer 14. , 30 [nm]. At this time, the change rate of the Al composition is 0.006 / nm. Thereafter, a semiconductor device was manufactured in the same manner as in the above-described embodiment. When the characteristics of the light emitting diode chip obtained in this step were measured, the emission wavelength was 470 [n] when the current was driven at 20 [mA].
m] and an emission output of 1.4 [mW].
【0048】以上のように、本発明を用いることによ
り、発光素子の特性を向上させることができた。As described above, by using the present invention, the characteristics of the light emitting element could be improved.
【0049】(実施形態2)本実施形態においては、本
発明を用いてIII−V族窒化物系化合物半導体発光ダ
イオードを作製した。(Embodiment 2) In this embodiment, a group III-V nitride compound semiconductor light emitting diode was manufactured by using the present invention.
【0050】本実施形態では、活性層に接するAlGaNバ
リア層を成長温度を連続的に変化させることにより作製
した。本実施形態で作製した発光ダイオードの断面図を
図4に示す。この積層構造を次に示すように作製した。In this embodiment, the AlGaN barrier layer in contact with the active layer was manufactured by continuously changing the growth temperature. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the light emitting diode manufactured in this embodiment. This laminated structure was manufactured as shown below.
【0051】まず、基板11の上にGaNバッフア層12を
30[nm]、SiドープGaN層13、活性層としてのInG
aN層14を積層するまでは、先の実施形態と同じ手法で作
製した。引き続いて、次の手法により、バリア層30を作
製した。First, a GaN buffer layer 12 having a thickness of 30 [nm], a Si-doped GaN layer 13 and an InG
Until the aN layer 14 was laminated, it was manufactured in the same manner as in the previous embodiment. Subsequently, the barrier layer 30 was manufactured by the following method.
【0052】基板温度を750℃から1050℃へと連続的に
変化させながら、トリメチルガリウム、トリメチルアル
ミニウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウムを原料ガスとして、リアクタ内に導入し、InGa
N層14上に、本発明の特徴であるAl組成が連続的に変化
しているMgドープAlGaN層30を40[nm]成長した。こ
のとき、Al組成の分布は、MgドープAlGaN層15のInGaN層
14に接する界面においてAl組成は0.18、InGaN層14に接
する側と反対側の界面にてAl組成を0.16となっていた。
この時の、Al組成の変化率は、0.0005/nmとなる。ま
た、このMgドープAlGaN層15においては、Mg不純物濃度
は、2×1020[cm-3]と一定にして成長した。While continuously changing the substrate temperature from 750 ° C. to 1050 ° C., trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia and biscyclopentadienylmagnesium were introduced into the reactor as source gases, and the
On the N layer 14, a Mg-doped AlGaN layer 30 having a continuously changing Al composition, which is a feature of the present invention, was grown to a thickness of 40 [nm]. At this time, the distribution of the Al composition is such that the InGaN layer of the Mg-doped AlGaN layer 15
The Al composition at the interface in contact with 14 was 0.18, and the Al composition at the interface opposite to the side in contact with the InGaN layer 14 was 0.16.
At this time, the change rate of the Al composition is 0.0005 / nm. Further, in the Mg-doped AlGaN layer 15, the Mg impurity concentration was grown at a constant value of 2 × 10 20 [cm −3 ].
【0053】その後、実施形態1と同様に、MgドープGaN
層16を0.1[μm]成長した。Thereafter, similarly to the first embodiment, Mg-doped GaN
Layer 16 was grown 0.1 [μm].
【0054】以上のように半導体積層構造を作製し、そ
の後、先実施形態と同様のプロセスを通して、Ni/Au電
極層20とTi/Al電極層21を形成し、発光ダイオードを作
製した。A semiconductor laminated structure was manufactured as described above, and thereafter, a Ni / Au electrode layer 20 and a Ti / Al electrode layer 21 were formed by the same process as in the previous embodiment, and a light emitting diode was manufactured.
【0055】このようにして得られた発光ダイオードの
チップの特性を測定したところ、電流20[mA]駆動時
に、発光波長470[nm]、発光出力1.7[mW]を得る
ことができた。When the characteristics of the light emitting diode chip thus obtained were measured, an emission wavelength of 470 [nm] and an emission output of 1.7 [mW] could be obtained when the current was driven at 20 [mA].
【0056】この結果は、以下のとおり説明できる。The result can be explained as follows.
【0057】本実施形態における特徴は、InGaN活性層
を成長後、p型コンタクト層であるMgドープGaN層を成長
させる間の基板温度昇温の際に、MgドープAlGaNバリア
層を連続的に成長することにある。この方法によっても
MgドープAlGaNバリア層のAl組成を変化させることがで
きる。これは、Al原料であるトリメチルアルミニウムと
Ga原料であるトリメチルガリウムの基板温度による反応
速度の違いによるものと考えられる。The feature of this embodiment is that after growing the InGaN active layer, the Mg-doped AlGaN barrier layer is continuously grown when the substrate temperature is raised while growing the Mg-doped GaN layer as the p-type contact layer. Is to do. By this method
The Al composition of the Mg-doped AlGaN barrier layer can be changed. This is based on the trimethylaluminum
This is considered to be due to the difference in the reaction rate depending on the substrate temperature of trimethylgallium, which is a Ga raw material.
【0058】このようにして作製された発光ダイオード
は、MgドープAlGaNバリア層において活性層側からコン
タクト層側へとAl組成が減少し、且つ、その変化率が適
当な値となっているため、素子特性が良好である。In the light emitting diode thus manufactured, the Al composition decreases from the active layer side to the contact layer side in the Mg-doped AlGaN barrier layer, and the change rate thereof is an appropriate value. The device characteristics are good.
【0059】更に、この手法によれば、InGaN活性層を
成長後、結晶として不安定なInGaN層を高温雰囲気に曝
すことなく、次のMgドープAlGaNバリア層を成長させる
ので、InGaN活性層の劣化を抑制することができる。そ
の結果、発光特性が良好な素子が作製できている。Further, according to this method, after growing the InGaN active layer, the next Mg-doped AlGaN barrier layer is grown without exposing the unstable InGaN layer as a crystal to a high-temperature atmosphere. Can be suppressed. As a result, an element having good emission characteristics can be manufactured.
【0060】このように、本実施形態では、AlGaNバリ
ア層のAl組成を変化させることと同時に、InGaN活性層
の熱劣化を抑制することができたため、素子特性を改善
することができた。As described above, in the present embodiment, the Al composition of the AlGaN barrier layer was changed, and at the same time, the thermal degradation of the InGaN active layer could be suppressed, so that the device characteristics could be improved.
【0061】なお、本実施形態では、基板温度を変化さ
せることによりAl組成を変化させたが、基板温度の変化
とAl原料とGa原料の供給量変化を組み合わせて、Al組成
を制御することも、当然可能である。In this embodiment, the Al composition is changed by changing the substrate temperature. However, it is also possible to control the Al composition by combining the change in the substrate temperature with the change in the supply amounts of the Al raw material and the Ga raw material. , Of course it is possible.
【0062】また、本実施形態では、InGaN活性層14成
長後からMgドープGaN層16成長するまでの間、AlGaNバリ
ア層30を連続的に成長しているが、全温度領域におい
て成長しなくても、ある温度領域でのみ成長することに
よってAlGaNバリア層を成長しても良い。In this embodiment, the AlGaN barrier layer 30 is continuously grown after the growth of the InGaN active layer 14 until the growth of the Mg-doped GaN layer 16. Alternatively, the AlGaN barrier layer may be grown by growing only in a certain temperature range.
【0063】(実施形態3)本実施形態においては、本発
明を用いてIII−V族窒化物系化合物半導体発光ダイ
オードを作製した。(Embodiment 3) In this embodiment, a group III-V nitride compound semiconductor light emitting diode was manufactured by using the present invention.
【0064】本実施形態では、Al組成が連続的に変化す
るAlGaNバリア層をp型伝導側だけでなく、n型伝導側に
も活性層に接するように設置し、発光ダイオードを作製
した。本実施形態で作製した発光ダイオードの断面図を
図5に示す。この積層構造を次に示すように作製した。In this embodiment, an AlGaN barrier layer in which the Al composition changes continuously is provided not only on the p-type conduction side but also on the n-type conduction side so as to be in contact with the active layer, thereby producing a light emitting diode. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the light emitting diode manufactured in this embodiment. This laminated structure was manufactured as shown below.
【0065】まず、基板11の上にGaNバッフア層12を
30[nm]、n型コンタクト層としてのSiドープGaN層
13を形成するまでは、実施形態1と同じ手法で作製し
た。First, a GaN buffer layer 12 was formed on the substrate 11 by 30 [nm], and a Si-doped GaN layer 13 as an n-type contact layer was formed in the same manner as in the first embodiment.
【0066】次に、引き続いて、次の手法により、バリ
ア層40を作製した。Next, subsequently, a barrier layer 40 was formed by the following method.
【0067】基板温度を1050℃に設定し、トリメチルガ
リウム、トリメチルアルミニウム、アンモニア、シラン
を原料ガスとして、リアクタ内に導入し、GaN層13上
に、Al組成が連続的に変化しているSiドープAlGaN層40
を20[nm]成長した。なお、Al組成分布は次のように
設定した。SiドープAlGaN層40のGaN層13に接する界面に
おいてAl組成を0.05、GaN層13に接する側と反対側の界
面にてAl組成を0.15となるように、連続的に増加させ
た。この時の、Al組成の変化率は、0.005/nmとなる。The substrate temperature was set to 1050 ° C., and trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia and silane were introduced into the reactor as source gases, and the Si-doped GaN layer 13 having an Al composition continuously changing was formed. AlGaN layer 40
Was grown to 20 [nm]. The Al composition distribution was set as follows. The Al composition was continuously increased so that the Al composition was 0.05 at the interface of the Si-doped AlGaN layer 40 in contact with the GaN layer 13 and 0.15 at the interface opposite to the side in contact with the GaN layer 13. At this time, the change rate of the Al composition is 0.005 / nm.
【0068】また、SiドープAlGaN層40のSi不純物濃度
の層厚方向分布も、GaN層13に接する界面において1×10
18[cm-3]、GaN層13に接する側と反対側の界面にて5×
1017[cm-3]となるように、連続的に減少させた。Further, the distribution of the Si impurity concentration in the Si-doped AlGaN layer 40 in the thickness direction is 1 × 10 3 at the interface in contact with the GaN layer 13.
18 [cm −3 ], 5 × at the interface opposite to the side in contact with the GaN layer 13
It was continuously reduced to 10 17 [cm -3 ].
【0069】その後は、実施形態1と同様に、InGaN活性
層14を成長した。Thereafter, as in the first embodiment, an InGaN active layer 14 was grown.
【0070】InGaN活性層14の上に形成するMgドープAlG
aN層41は、活性層と接する側のAl組成を0.15、活性層と
接する側と反対側のAl組成を0.05となるように、連続的
に減少させた。この時の、Al組成の変化率は、0.005/nm
となる。Mg-doped AlG formed on InGaN active layer 14
The aN layer 41 was continuously reduced so that the Al composition on the side in contact with the active layer was 0.15 and the Al composition on the side opposite to the side in contact with the active layer was 0.05. At this time, the change rate of the Al composition is 0.005 / nm
Becomes
【0071】また、MgドープAlGaN層40のMg不純物濃度
の層厚方向分布も、活性層に接する界面において5×10
19[cm-3]、活性層に接する側と反対側の界面にて3×1
020[cm-3]となるように、連続的に増加させた。The distribution of the Mg impurity concentration in the Mg-doped AlGaN layer 40 in the thickness direction is 5 × 10 5 at the interface in contact with the active layer.
19 [cm -3 ], 3 × 1 at the interface opposite to the side in contact with the active layer
It was continuously increased so as to be 0 20 [cm -3 ].
【0072】その後は、また、実施形態1と同様に、Mg
ドープGaN層16を成長した。Thereafter, as in Embodiment 1, Mg
A doped GaN layer 16 was grown.
【0073】以上のように半導体積層構造を作製し、そ
の後、先実施形態と同様のプロセスを通して、発光ダイ
オードを作製した。A semiconductor multilayer structure was manufactured as described above, and thereafter, a light emitting diode was manufactured through the same process as in the previous embodiment.
【0074】このようにして得られた発光ダイオードの
チップの特性を測定したところ、電流20[mA]駆動時
に、発光波長470[nm]、発光出力1.6[mW]を得る
ことができた。When the characteristics of the light emitting diode chip thus obtained were measured, a light emission wavelength of 470 [nm] and a light emission output of 1.6 [mW] could be obtained when the current was driven at 20 [mA].
【0075】この結果は、以下のとおり説明できる。The result can be explained as follows.
【0076】本実施形態においては、活性層のp層側の
バリア層だけでなく、n層側のバリア層にもAl組成が連
続的に変化するAlGaNバリア層を導入した。このことに
より、電子だけでなく正孔の閉じ込めも良好になり、素
子として良好な特性を示したものと考えられる。In this embodiment, an AlGaN barrier layer whose Al composition changes continuously is introduced not only into the barrier layer on the p-layer side of the active layer but also on the n-layer side. As a result, not only electrons but also holes are well confined, and it is considered that the device exhibited good characteristics.
【0077】(実施形態4)本実施形態においては、本
発明を用いてIII−V族窒化物系化合物半導体レーザ
ダイオードを作製した。Embodiment 4 In this embodiment, a group III-V nitride compound semiconductor laser diode was manufactured by using the present invention.
【0078】図6に作製したレーザダイオードの断面図
を示す。FIG. 6 shows a cross-sectional view of the manufactured laser diode.
【0079】積層構造は、基板51から、順に、GaNから
なる低温バッファ層52、nコンタクト層としてのSiドー
プGaN層53、クラック防止層としてのInGaN層54、nクラ
ッド層としてのAlGaN層55、ガイド層としてのGaN層56、
活性層としてのInGaN層57、p層側のバリア層としてのAl
GaN層58、ガイド層としてのGaN層59、pクラッド層とし
てのAlGaN層60、pコンタクト層としてのGaN層61から構
成されている。The laminated structure includes a low-temperature buffer layer 52 of GaN, a Si-doped GaN layer 53 as an n-contact layer, an InGaN layer 54 as a crack prevention layer, an AlGaN layer 55 as an n-cladding layer, GaN layer 56 as a guide layer,
InGaN layer 57 as active layer, Al as barrier layer on p layer side
The GaN layer 58 includes a GaN layer 59 as a guide layer, an AlGaN layer 60 as a p-cladding layer, and a GaN layer 61 as a p-contact layer.
【0080】この積層構造を次に示すように作製した。The laminated structure was manufactured as shown below.
【0081】まず、nコンタクト層としてのGaN層53まで
は、実施形態1と同じ手法で作製した。次に、基板温度
を800℃に設定し、トリメチルガリウム、トリメチルイ
ンジウム、アンモニア、シランを原料ガスとして、リア
クタ内に導入し、GaN層53上に、In組成が0.07のSiドー
プInGaN層54を50[nm]成長した。First, up to the GaN layer 53 as the n-contact layer, the same method as in the first embodiment was used. Next, the substrate temperature was set to 800 ° C., trimethyl gallium, trimethyl indium, ammonia, and silane were used as source gases and introduced into the reactor, and a Si-doped InGaN layer 54 having an In composition of 0.07 was formed on the GaN layer 53. [Nm].
【0082】その後、基板温度を1050℃に設定し、トリ
メチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニ
ア、シランを原料ガスとして、リアクタ内に導入し、In
GaN層54上に、Al組成が0.10のSiドープAlGaN層55を0.45
[μm]を成長し、更に、トリメチルガリウム、アンモ
ニア、シランを原料ガスとして、リアクタ内に導入し、
AlGaN層55上に、SiドープGaN層56を0.1[μm]を成長す
る。Thereafter, the substrate temperature was set to 1050 ° C., and trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia, and silane were introduced into the reactor as source gases, and the
On the GaN layer 54, a Si-doped AlGaN layer 55 having an Al composition of 0.10 is
[Μm], and trimethylgallium, ammonia, and silane were introduced into the reactor as source gases,
On the AlGaN layer 55, a Si-doped GaN layer 56 is grown to a thickness of 0.1 [μm].
【0083】そして、再び、基板温度を750℃に設定
し、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アン
モニア、シランを原料ガスとして、リアクタ内に導入
し、GaN層56上に、In組成が0.18のSiドープInGaN層を2
[nm]とIn組成が0.05のSiドープInGaN層を4[nm]
の二層を一周期とし、これを5周期積層して多重量子井
戸構造を持つInGaN活性層57を成長した。Then, the substrate temperature was set again to 750 ° C., and trimethylgallium, trimethylindium, ammonia, and silane were introduced into the reactor as source gases, and a Si-doped InGaN having an In composition of 0.18 was formed on the GaN layer 56. Layer 2
[Nm] and In composition of 0.05% of Si-doped InGaN layer
The two layers were defined as one cycle, and the five layers were stacked to grow an InGaN active layer 57 having a multiple quantum well structure.
【0084】次に、基板温度を750℃から1050℃へと連
続的に変化させながら、トリメチルガリウム、トリメチ
ルアルミニウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウムを原料ガスとして、リアクタ内に導入
し、InGaN層57上に、Al組成が連続的に変化しているMg
ドープAlGaN層58を30[nm]成長した。このとき、Al
組成の分布は、MgドープAlGaN層58のInGaN層57に接する
界面においてAl組成は0.25、InGaN層57に接する側と反
対側の界面にてAl組成を0.15となっていた。この時の、
Al組成の変化率は、0.0033/nmとなる。Next, while continuously changing the substrate temperature from 750 ° C. to 1050 ° C., trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia, and biscyclopentadienylmagnesium were introduced into the reactor as source gases to form an InGaN layer. 57, on which Mg whose Al composition is continuously changing
The doped AlGaN layer 58 was grown at 30 [nm]. At this time, Al
The composition distribution was such that the Al composition was 0.25 at the interface of the Mg-doped AlGaN layer 58 in contact with the InGaN layer 57, and 0.15 at the interface opposite to the side in contact with the InGaN layer 57. At this time,
The change rate of the Al composition is 0.0033 / nm.
【0085】そして、基板温度を1050℃に設定し、トリ
メチルガリウム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウムを原料ガスとして、リアクタ内に導入
し、AlGaN層58上にMgドープGaN層59を0.1[μm]を成長
し、更に、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウ
ム、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ムを原料ガスとして、リアクタ内に導入し、GaN層59上
に、Al組成が0.1のMgドープAlGaN層60を0.45[μm]を
成長し、最後に、トリメチルガリウム、アンモニア、ビ
スシクロペンタジエニルマグネシウムを原料ガスとし
て、リアクタ内に導入し、AlGaN層60上にMgドープGaN層
61を0.1[μm]を成長した。Then, the substrate temperature was set at 1050 ° C., trimethylgallium, ammonia and biscyclopentadienylmagnesium were introduced as source gases into the reactor, and the Mg-doped GaN layer 59 was deposited on the AlGaN layer 58 by 0.1 μm. ], And trimethylgallium, trimethylaluminum, ammonia, and biscyclopentadienylmagnesium are introduced into the reactor as source gases, and a Mg-doped AlGaN layer 60 having an Al composition of 0.1 is formed on the GaN layer 59 by 0.45 mm. [Μm], and finally, trimethylgallium, ammonia and biscyclopentadienylmagnesium were introduced into the reactor as source gases, and a Mg-doped GaN layer was formed on the AlGaN layer 60.
61 grown 0.1 [μm].
【0086】以上のように半導体積層構造を作製し、そ
の後、先実施形態と同様のプロセスを用いて、n層用電
極64を作製し、また、p層用電極63も同様にフォト
リソグラフィ技術を用いてストライプ形状の電極を形成
し、電極ストライプ型のレーザダイオードを作製した。The semiconductor laminated structure is manufactured as described above, and thereafter, the n-layer electrode 64 is manufactured using the same process as in the previous embodiment, and the p-layer electrode 63 is similarly formed by photolithography. An electrode stripe type laser diode was manufactured by using this to form a stripe-shaped electrode.
【0087】なお、本実施例においては、p層の電極と
して、Pd/Auの積層構造を有する電極を用いた。In this example, an electrode having a Pd / Au laminated structure was used as the p-layer electrode.
【0088】このようにして得られたレーザダイオード
のチップの特性を測定したところ、発振閾値電流密度4
[kA/cm-2]、発振波長408[nm]で、室温連続発
振し、2[mW]の一定出力駆動させた場合、100時間程
度の寿命であった。The characteristics of the laser diode chip thus obtained were measured.
When the laser was continuously oscillated at room temperature at [kA / cm -2 ] and an oscillation wavelength of 408 [nm], and was driven at a constant output of 2 [mW], the life was about 100 hours.
【0089】(実施形態5)本実施形態においては、本
発明を用いてIII−V族窒化物系化合物半導体レーザ
ダイオードを作製した。Embodiment 5 In this embodiment, a group III-V nitride-based compound semiconductor laser diode was manufactured by using the present invention.
【0090】図7に作製したレーザダイオードの断面図
を示す。FIG. 7 shows a cross-sectional view of the manufactured laser diode.
【0091】本構造の特徴は、基板としてGaNを用いて
いる点である。このGaN基板71は次のようにして作製し
た。その作製工程の概略図を図8に示す。The feature of this structure is that GaN is used as the substrate. This GaN substrate 71 was produced as follows. FIG. 8 shows a schematic diagram of the manufacturing process.
【0092】まず、サファイア基板81上に、先の実施形
態で示しているようにMOCVD装置でGaNバッファ層82を介
して、GaN層83を2[μm]成長する。First, a GaN layer 83 is grown on a sapphire substrate 81 by 2 [μm] via a GaN buffer layer 82 with a MOCVD apparatus as described in the previous embodiment.
【0093】その後、試料をリアクタから取り出し、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて、GaN層上にGaNの<10-10
>方向に平行に幅5[μm]、周期10[μm]で層厚100
[nm]のストライプ状のSiO2層84を形成する。Thereafter, the sample was taken out of the reactor, and the photolithography technique was used to form a GaN layer of <10-10
> Layer parallel to the direction, width 5 [μm], period 10 [μm], layer thickness 100
A [nm] stripe-shaped SiO 2 layer 84 is formed.
【0094】次に、原料として、Ga、HCl、NH3を原料と
するHVPE装置にこのウエハを導入する。このHVPE装置は
加熱されたリアクタ内にウエハを設置し、そのリアクタ
内に、先にGaとHClを別の加熱領域で反応させ生じさせ
たGaClとNH3を導入して、ウエハ上にGaN膜を成長させる
ことができる装置である。Next, this wafer is introduced into an HVPE apparatus using Ga, HCl, and NH 3 as raw materials. In this HVPE apparatus, a wafer is placed in a heated reactor, and GaCl and NH 3 generated by reacting Ga and HCl in another heating area are introduced into the reactor, and a GaN film is formed on the wafer. It is a device that can grow.
【0095】このHVPE装置を用いて、基板温度1000℃に
て、GaN層85を300[μm]成長した。Using this HVPE apparatus, a GaN layer 85 was grown at 300 [μm] at a substrate temperature of 1000 ° C.
【0096】そして、ウエハを取り出し、研磨によりサ
ファイア基板を除去することにより層厚が約300[μm]
のGaN基板が作製できた。Then, the wafer is taken out and the sapphire substrate is removed by polishing, so that the layer thickness is about 300 [μm].
A GaN substrate was produced.
【0097】なお、本工程においては、下地層としての
GaN層93をMOCVD装置で成長したが、これは、成長条件、
結晶成長の制御性が良好であるためであるが、この下地
層はHVPE装置で成長してもよい。また、本工程では、Si
O2マスクを用いて二段階でGaN膜を成長しているが、こ
れは、このようにすることにより基板表面付近での転位
密度を低くでき、結晶性の良好なGaN基板が得られるか
らであるが、このような二段階の成長をしなくても、例
えば、HVPE装置でサファイア上に直接数100[μm]
程度のGaN層を成長してもよい。In this step, the base layer
The GaN layer 93 was grown by the MOCVD apparatus.
This is because the controllability of crystal growth is good, but this underlayer may be grown by an HVPE apparatus. In this step, the Si
The GaN film is grown in two stages using an O 2 mask, because this allows the dislocation density near the substrate surface to be reduced and a GaN substrate with good crystallinity to be obtained. However, even without such two-stage growth, for example, several hundred [μm] directly on sapphire by HVPE equipment
GaN layers may be grown.
【0098】このようにして作製されたGaN基板を用い
て、図7に示す積層構造を有するレーザダイオードを作
製した。Using the GaN substrate thus manufactured, a laser diode having a laminated structure shown in FIG. 7 was manufactured.
【0099】本実施形態においては、GaN基板を用いた
ため、GaN低温バッファ層は成長せずに積層構造を作成
した。In this embodiment, since a GaN substrate was used, a laminated structure was formed without growing a GaN low-temperature buffer layer.
【0100】また、バリア層としてのAlGaN層72を実施
形態2のように、活性層57の基板温度である750℃からp
側のガイド層59の基板温度である1050℃まで基板温度を
昇温させながら連続的に成長した。その構造は、活性層
に接する側でAl組成が0.18、活性層に接する側と反対側
でAl組成が0.14、層厚が20[nm]であるように作製し
た。この時の、Al組成の変化率は、0.002/nmとなる。Further, the AlGaN layer 72 as a barrier layer is changed from the substrate temperature of 750 ° C.
The substrate was continuously grown while raising the substrate temperature to 1050 ° C., which is the substrate temperature of the guide layer 59 on the side. The structure was prepared such that the Al composition was 0.18 on the side in contact with the active layer, the Al composition was 0.14 on the side opposite to the side in contact with the active layer, and the layer thickness was 20 [nm]. At this time, the change rate of the Al composition is 0.002 / nm.
【0101】更に、nクラッド層としてのAlGaN層73を、
層厚2.5[nm]のSiドープGaN層と層厚5[nm]でAl
組成が0.20のAlGaNの二層を一周期として、それを10
0周期成長した超格子構造を有する構造として作製し、
pクラッド層としてのAlGaN層74も同様に、層厚2.5[n
m]のMgドープGaN層と層厚5[nm]でAl組成が0.20の
AlGaNの二層を一周期として、それを100周期成長し
た超格子構造を有する構造として作製した。Further, an AlGaN layer 73 as an n-cladding layer is
2.5-nm-thick Si-doped GaN layer and 5-nm-thick Al
One cycle of two layers of AlGaN having a composition of 0.20 is defined as 10
Fabricated as a structure having a superlattice structure grown with zero period,
Similarly, the AlGaN layer 74 as the p-cladding layer has a thickness of 2.5 [n
m] Mg-doped GaN layer with a layer thickness of 5 nm and an Al composition of 0.20
A two-layer AlGaN layer was used as one cycle, and was fabricated as a structure having a superlattice structure in which the two layers were grown for 100 cycles.
【0102】これら以外は、実施形態4と同様の手法で
作製した。Except for these, it was manufactured in the same manner as in the fourth embodiment.
【0103】以上のように半導体積層構造を作製し、Ga
N基板の積層構造を作製した側と反対側に、n層用電極7
5としてTi/Alの電極を形成し、また、p層用電極63も
同様にフォトリソグラフィ技術を用いてストライプ形状
のPd/Au電極を形成し、電極ストライプ型のレーザダイ
オードを作製した。As described above, a semiconductor multilayer structure is manufactured, and Ga
On the side opposite to the side on which the laminated structure of the N substrate is formed, an n-layer electrode 7 is provided.
A Ti / Al electrode was formed as No. 5, and a stripe-shaped Pd / Au electrode was similarly formed on the p-layer electrode 63 by photolithography to produce an electrode-stripe laser diode.
【0104】このようにして得られたレーザダイオード
のチップの特性を測定したところ、発振閾値電流密度3
[kA/cm-2]、発振波長405[nm]で、室温連続発
振し、2[mW]の一定出力駆動させた場合、500時間程
度の寿命であった。The characteristics of the laser diode chip thus obtained were measured.
When the laser was continuously oscillated at room temperature at [kA / cm -2 ] and an oscillation wavelength of 405 [nm], and was driven at a constant output of 2 [mW], the life was about 500 hours.
【0105】また、本実施形態では、GaN基板を用いた
が、このことによって、更なる効果が得られる。In the present embodiment, a GaN substrate is used. However, a further effect can be obtained.
【0106】GaNとサファイアでは、熱膨張係数の差が
大きく、例えば、サファイア基板上にIII−V族窒化
物系化合物半導体積層構造を作製した場合、室温におい
ては、その構造を作製したウエハは大きく反っており、
各層に大きな結晶格子歪みがかかってしまうことにな
る。The difference in thermal expansion coefficient between GaN and sapphire is large. For example, when a group III-V nitride compound semiconductor laminated structure is formed on a sapphire substrate, the wafer on which the structure is formed is large at room temperature. Warped,
A large crystal lattice strain is applied to each layer.
【0107】よって、ウエハの反りによる格子歪み、ま
た、反りを緩和しようとして生じるクラックや転位によ
る格子歪みの状態の変動、結晶性自体の劣化等の結晶状
態の変化の影響が、格子歪みのかかり方にその光学的特
性が影響を受けやすい活性層に及ぶことになるため、活
性層の発光特性の悪化、或いは、その特性の制御性、再
現性に問題を生じることになる。Therefore, the lattice distortion due to the warpage of the wafer, the change in the state of the lattice distortion due to cracks or dislocations caused by relaxing the warp, and the change in the crystal state such as the deterioration of the crystallinity itself are affected by the lattice distortion. On the other hand, the optical characteristics affect the active layer which is easily affected, so that the light emitting characteristics of the active layer are deteriorated, or the controllability and reproducibility of the characteristics are problematic.
【0108】しかし、GaN基板の場合は、サファイア基
板の場合のように反ることは無いので、このような問題
は生じない。However, in the case of a GaN substrate, such a problem does not occur because there is no warping as in the case of a sapphire substrate.
【0109】また、GaN基板上に作製したIII−V族
窒化物系化合物半導体層は、例えば、サファイア基板上
に作製された層に比べて、貫通転位密度が低いので、貫
通転位を通じて発生する不純物の拡散を抑えることがで
き、その結果、寿命の長い素子を作製することができ、
また、貫通転位を通じて流れる漏れ電流を抑制できるた
め、逆方向耐圧の強い発光素子を作製することができる
という利点もある。Further, since the group III-V nitride-based compound semiconductor layer formed on a GaN substrate has a lower threading dislocation density than a layer formed on a sapphire substrate, for example, impurities generated through threading dislocations are generated. Diffusion can be suppressed, and as a result, a long-life element can be manufactured.
In addition, since leakage current flowing through threading dislocations can be suppressed, there is an advantage that a light-emitting element having high reverse breakdown voltage can be manufactured.
【0110】実施形態1から実施形態4ではサファイア基
板を使用した実施例について記述したが、実施形態1か
ら実施形態4は、GaN基板を使用することによって、本実
施形態5で示したように、本発明の効果をさらに発揮で
きることを確認している。In the first to fourth embodiments, examples using a sapphire substrate have been described. However, in the first to fourth embodiments, a GaN substrate is used, as shown in the fifth embodiment. It has been confirmed that the effects of the present invention can be further exhibited.
【0111】GaN基板の面方位に関しては、好ましく
は、GaN基板の(0001)面、(1−100)面、(11−20)面、(1
−101)面、(11−22)面、(01−12)面であり、前記面方位
から、±2度ずれていても本発明と同様な効果が得られ
ることを確認している。Regarding the plane orientation of the GaN substrate, preferably, the (0001) plane, (1-100) plane, (11-20) plane, and (1
The (-101) plane, the (11-22) plane, and the (01-12) plane, and it has been confirmed that the same effects as those of the present invention can be obtained even if the plane orientation deviates by ± 2 degrees.
【0112】[0112]
【発明の効果】本発明を用いることにより、III−V
族窒化物系化合物半導体発光素子の発光効率の向上が可
能になる。According to the present invention, III-V
The luminous efficiency of the group III nitride compound semiconductor light emitting device can be improved.
【図1】実施形態1で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図であ
る。FIG. 1 shows an example of an I manufactured by using the present invention, which is described in Embodiment 1.
1 is a structural sectional view of a II-V nitride-based compound semiconductor device.
【図2】実施形態1で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の作製工程を示す
図である。FIG. 2 illustrates an example of an I manufactured using the present invention, which is described in Embodiment 1.
It is a figure which shows the manufacturing process of a group II-V nitride compound semiconductor device.
【図3】AlGaNバリア層におけるAl組成変化率と、発光ダ
イオード素子特性の相関を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a change ratio of an Al composition in an AlGaN barrier layer and characteristics of a light emitting diode element.
【図4】実施形態2で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図であ
る。FIG. 4 shows an example of an I manufactured by using the present invention described in Embodiment 2.
1 is a structural sectional view of a II-V nitride-based compound semiconductor device.
【図5】実施形態3で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図であ
る。FIG. 5 illustrates an example of an I manufactured using the present invention, which is described in Embodiment 3.
1 is a structural sectional view of a II-V nitride-based compound semiconductor device.
【図6】実施形態4で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図であ
る。FIG. 6 shows an example of an I manufactured by using the present invention, which is described in Embodiment 4.
1 is a structural sectional view of a II-V nitride-based compound semiconductor device.
【図7】実施形態5で示した、本発明を用いて作製したI
II−V族窒化物系化合物半導体装置の構造断面図であ
る。FIG. 7 shows an example of an I fabricated using the present invention, which was described in Embodiment 5.
1 is a structural sectional view of a group II-V nitride compound semiconductor device.
【図8】実施形態5で示した、GaN基板の作製工程を示す
図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing process of a GaN substrate described in Embodiment 5.
11 基板 12 GaN低温バッファ層 13 SiドープGaN層 14 InGaN活性層 15 MgドープAlGaNバリア層 16 MgドープGaN層 20 Ni/Au正電極層 21 Ti/Al負電極層 22 フォトレジスト層 30 MgドープAlGaNバリア層 40 SiドープAlGaNバリア層 41 MgドープAlGaNバリア層 51 基板 52 GaN低温バッファ層 53 SiドープGaNコンタクト層 54 SiドープInGaNクラック防止層 55 SiドープAlGaNクラッド層 56 SiドープGaNガイド層 57 InGaN多重量子井戸活性層 58 MgドープAlGaNバリア層 59 MgドープGaNガイド層 60 MgドープAlGaNクラッド層 61 MgドープGaNコンタクト層 62 SiO2絶縁層 63 Pd/Au正電極層 64 Ti/Al負電極層 71 GaN基板 72 MgドープAlGaNバリア層 73 SiドープAlGaNクラッド層 74 MgドープAlGaNクラッド層 75 Ti/Al負電極層 81 サファイア基板 82 GaN低温バッファ層 83 GaN下地層 84 SiO2マスク 85 GaN層11 Substrate 12 GaN low-temperature buffer layer 13 Si-doped GaN layer 14 InGaN active layer 15 Mg-doped AlGaN barrier layer 16 Mg-doped GaN layer 20 Ni / Au positive electrode layer 21 Ti / Al negative electrode layer 22 Photoresist layer 30 Mg-doped AlGaN barrier Layer 40 Si-doped AlGaN barrier layer 41 Mg-doped AlGaN barrier layer 51 Substrate 52 GaN low temperature buffer layer 53 Si-doped GaN contact layer 54 Si-doped InGaN crack prevention layer 55 Si-doped AlGaN clad layer 56 Si-doped GaN guide layer 57 InGaN multiple quantum well Active layer 58 Mg-doped AlGaN barrier layer 59 Mg-doped GaN guide layer 60 Mg-doped AlGaN cladding layer 61 Mg-doped GaN contact layer 62 SiO 2 insulating layer 63 Pd / Au positive electrode layer 64 Ti / Al negative electrode layer 71 GaN substrate 72 Mg Doped AlGaN barrier layer 73 Si-doped AlGaN cladding layer 74 Mg-doped AlGaN cladding layer 75 Ti / Al negative electrode layer 81 Sapphire substrate 82 GaN low temperature buffer layer 83 GaN underlayer 84 SiO 2 mask 85 GaN layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 勝紀 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 小河 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA03 AA11 AA40 CA04 CA34 CA40 CA49 CA58 CA77 5F073 AA04 AA45 AA51 AA55 CA07 CB07 CB10 CB19 DA05 DA25 EA29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Katsuki Furukawa 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Jun Ogawa 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Sharp Incorporated F term (reference) 5F041 AA03 AA11 AA40 CA04 CA34 CA40 CA49 CA58 CA77 5F073 AA04 AA45 AA51 AA55 CA07 CB07 CB10 CB19 DA05 DA25 EA29
Claims (10)
いて作製された、ダブルへテロ構造を有する窒化物系化
合物半導体発光素子において、活性層としてのIn[x]
Ga[1―x]N(0≦x≦1)層に接する半導体層がAl
[y]Ga[1-y]N(0≦y≦1)であり、該半導体層の活
性層に接する部分でのAl組成をy1、活性層に接する
側と反対側の部分でのAl組成をy2とし、前記半導体
層の層厚をt[nm]すると、0.1≦y1≦0.5、0≦y
2<y1、0<(y1−y2)/t≦0.005であること
を特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。1. A nitride-based compound semiconductor light emitting device having a double hetero structure manufactured using a group III-V nitride-based compound semiconductor, wherein In [x] is used as an active layer .
The semiconductor layer in contact with the Ga [1 - x] N (0 ≦ x ≦ 1) layer is Al
[y] Ga [1-y] N (0 ≦ y ≦ 1), and the Al composition at the portion of the semiconductor layer in contact with the active layer is y1, and the Al composition at the portion opposite to the side in contact with the active layer is Is y2, and when the thickness of the semiconductor layer is t [nm], 0.1 ≦ y1 ≦ 0.5 and 0 ≦ y
2. A nitride-based compound semiconductor light emitting device, wherein 2 <y1, 0 <(y1-y2) /t≦0.005.
[nm]であることを特徴とする請求項1に記載の窒化
物系化合物半導体発光素子。2. The semiconductor layer having a thickness of 10 to 100.
2. The nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the thickness is [nm].
加されていることを特徴とする請求項2に記載の窒化物
系化合物半導体発光素子。3. The nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein an acceptor impurity is added to said semiconductor layer.
タ性不純物の不純物濃度が、活性層に接する側からその
反対側に向けて増加することを特徴とする請求項3に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。4. The nitride compound according to claim 3, wherein the impurity concentration of the acceptor impurity added to the semiconductor layer increases from a side in contact with the active layer to a side opposite to the active layer. Semiconductor light emitting device.
タ性不純物がMgであるとき、その不純物濃度が、活性
層に接する部分において、1×1018から8×10
19[cm-3]であり、その反対側の層に接する部分にお
いて、1×1020から5×1020[cm-3]であること
を特徴とする請求項4に記載の窒化物系化合物半導体発
光素子。5. When the acceptor impurity added to the semiconductor layer is Mg, the concentration of the impurity is 1 × 10 18 to 8 × 10 5 in a portion in contact with the active layer.
19 is a [cm -3], the portion in contact with the layer on the opposite side, 1 × 10 20 from 5 × 10 20 [cm -3] nitride-based compound according to claim 4, characterized in that the Semiconductor light emitting device.
れていることを特徴とする請求項2に記載の窒化物系化
合物半導体発光素子。6. The nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein a donor impurity is added to said semiconductor layer.
不純物の不純物濃度が、活性層に接する側からその反対
側に向けて増加することを特徴とする請求項6に記載の
窒化物系化合物半導体発光素子。7. The nitride-based compound according to claim 6, wherein the impurity concentration of the donor impurity added to the semiconductor layer increases from a side in contact with the active layer to a side opposite to the active layer. Semiconductor light emitting device.
不純物がSiであるとき、その不純物濃度が、活性層に
接する部分において、1×1016から6×1017[cm
-3]であり、その反対側の層に接する部分において、8
×1017から5×1018[cm-3]であることを特徴と
する請求項7に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。8. When the donor impurity added to the semiconductor layer is Si, the impurity concentration is 1 × 10 16 to 6 × 10 17 [cm] in a portion in contact with the active layer.
-3 ], and at the portion in contact with the opposite layer, 8
The nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 7, wherein the size is from × 10 17 to 5 × 10 18 [cm −3 ].
側に第2の半導体層を有する半導体発光素子において、
該第2の半導体層の成長時の基板温度(T3)が前記活
性層の成長時の基板温度(T1)よりも高く、前記半導
体層の成長時の基板温度(T2)が前記基板温度(T
1)以上、(T3)以下であることを特徴とする請求項
2、3、4、5、6、7、8のいずれかに記載の窒化物
系化合物半導体発光素子の製造方法。9. A semiconductor light emitting device having a second semiconductor layer on a side of the semiconductor layer opposite to a side in contact with the active layer,
The substrate temperature (T3) during the growth of the second semiconductor layer is higher than the substrate temperature (T1) during the growth of the active layer, and the substrate temperature (T2) during the growth of the semiconductor layer is the same as the substrate temperature (T2).
The method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to any one of claims 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8, wherein 1) or more and (T3) or less.
させた後、前記半導体層を、基板温度(T1)から基板
温度(T3)まで上昇させる間に連続的に成長させ、そ
の後、第2の半導体層を成長温度(T3)で成長させる
ことを特徴とする請求項9に記載の窒化物系化合物半導
体発光素子の製造方法。10. After the active layer is grown at a substrate temperature (T1), the semiconductor layer is continuously grown while the temperature is raised from the substrate temperature (T1) to the substrate temperature (T3). The method according to claim 9, wherein the second semiconductor layer is grown at a growth temperature (T3).
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JP2003151996A (en) * | 2001-09-03 | 2003-05-23 | Nichia Chem Ind Ltd | Electronic device using two-dimensional electronic gas |
JP2008177438A (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Nitride semiconductor light-emitting element |
US7589357B2 (en) | 2003-02-07 | 2009-09-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
-
1999
- 1999-09-10 JP JP25648299A patent/JP2001085735A/en active Pending
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