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JPH09321339A - Iii-v compd. semiconductor and light emitting device - Google Patents

Iii-v compd. semiconductor and light emitting device

Info

Publication number
JPH09321339A
JPH09321339A JP31355496A JP31355496A JPH09321339A JP H09321339 A JPH09321339 A JP H09321339A JP 31355496 A JP31355496 A JP 31355496A JP 31355496 A JP31355496 A JP 31355496A JP H09321339 A JPH09321339 A JP H09321339A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
mixed crystal
crystal ratio
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP31355496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Iechika
泰 家近
Yoshinobu Ono
善伸 小野
Tomoyuki Takada
朋幸 高田
Katsumi Inui
勝美 乾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP31355496A priority Critical patent/JPH09321339A/en
Publication of JPH09321339A publication Critical patent/JPH09321339A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-crystallinity and high-quality III-V compd. semiconductor and high-emission efficiency light emitting device using this semiconductor. SOLUTION: The light emitting device comprises a lower layer composed of a deformation layer 2 and n-type layers 1, 3, a layer having a quantum well structure having two charge injection layers 4, 6 mutually adjacent through a light emitting layer 5, and p-type layer 7 laminated in this order. An n electrode is formed on the n-type layer 1 or 3 and p electrode formed on the p-type layer 7 to obtain a light emitting device which emits a light from the emitting layer 5 when a voltage is applied forward to inject a current. Doping a charge injection layer 4 or 6 at high concn. may cause these layers to lower their crystallinity. The concn. of an impurity not lowering the crystallinity is pref. 1×10<18> cm<-3> or less an more pref. 1×10<17> cm<-3> or less.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般式Inu Gav
Alw N(ただし、u+v+w=1、0≦u≦1、0≦
v≦1、0≦w≦1)で表される3−5族化合物半導体
及びそれを用いてなる発光素子に関する。
The present invention relates to the general formula In u Ga v.
Al w N (however, u + v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦
The present invention relates to a 3-5 group compound semiconductor represented by v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1) and a light emitting device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外もしくは青色の発光ダイオード又は
紫外もしくは青色のレーザダイオード等の発光素子の材
料として、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+
y+z=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で
表される3−5族化合物半導体が知られている。以下、
この一般式中のx、y及びzをそれぞれInN混晶比、
GaN混晶比、及びAlN混晶比と記すことがある。該
3−5族化合物半導体ではとくにInNを混晶比で10
%以上含むものはInN混晶比に応じて可視領域での発
光波長を調整できるため、表示用途に特に重要である。
2. Description of the Related Art As a material for a light emitting element such as an ultraviolet or blue light emitting diode or an ultraviolet or blue laser diode, a general formula In x Ga y Al z N (provided that x +
A 3-5 group compound semiconductor represented by y + z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1) is known. Less than,
X, y and z in this general formula are respectively InN mixed crystal ratios,
It may be referred to as a GaN mixed crystal ratio and an AlN mixed crystal ratio. In the group 3-5 compound semiconductor, InN is mixed at a mixed crystal ratio of 10
% Or more, the emission wavelength in the visible region can be adjusted according to the InN mixed crystal ratio, so that it is particularly important for display applications.

【0003】該3−5族化合物半導体はサファイア、G
aAs、ZnO等の種々の基板の上に成膜することが試
みられているが、格子定数や化学的性質が該化合物半導
体と大きく異なるため、充分高品質の結晶が得られてい
ない。このため、該化合物半導体と格子定数、化学的性
質がよく似ているGaNの結晶をまず成長し、この上に
該化合物半導体を成長することで優れた結晶を得ること
が試みられている(特公昭55−3834号公報)。ま
た、最近、Inx Gay N(ただし、x+y=1、0<
x<1、0<y<1。)で表される半導体を活性層とす
る発光素子において、発光層の厚さを20Å程度とする
ことにより、高効率の発光素子が実現できることが報告
されている(ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス、1995年、34巻、L797ペ
ージ)。しかし、この場合でも、発光層のInN混晶比
を高くするにつれて発光効率が低下することが報告され
ている。
The group 3-5 compound semiconductor is sapphire, G
Attempts have been made to form a film on various substrates such as aAs and ZnO, but a sufficiently high quality crystal has not been obtained because the lattice constant and chemical properties are largely different from those of the compound semiconductor. For this reason, it has been attempted to first grow a GaN crystal having a similar lattice constant and chemical properties to the compound semiconductor, and then obtain an excellent crystal by growing the compound semiconductor thereon. JP-B-55-3834). Also, recently, In x Ga y N (provided that, x + y = 1,0 <
x <1, 0 <y <1. It has been reported that, in the light emitting device having a semiconductor as an active layer, a highly efficient light emitting device can be realized by setting the thickness of the light emitting layer to about 20Å (Japanese Journal of Applied. Physics, 1995, 34, L797). However, even in this case, it has been reported that the luminous efficiency decreases as the InN mixed crystal ratio of the light emitting layer increases.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、結晶
性が高く、高品質の3−5族化合物半導体及びこれを用
いた発光効率が高い発光素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-quality Group 3-5 compound semiconductor having high crystallinity and a light-emitting device using the same, which has high luminous efficiency.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0005】本発明者らはこのような状況をみて鋭意検
討の結果、発光層と基板との間に少なくとも3層からな
る特定の下地層を設けることにより、該下地層の上に成
長する層の結晶性が著しく改善されることを見出し、本
発明に至った。即ち、本発明は、(1)基板の上に少な
くとも発光層と電荷注入層とを有し、該発光層は一般式
Inx Gay Alz N(式中、0<x≦1、0≦y<
1、0≦z<1、x+y+z=1)で表される3−5族
化合物半導体であり、該電荷注入層は一般式Inx'Ga
y'Alz'N(式中、0≦x’≦1、0≦y’≦1、0≦
z’≦1、x’+y’+z’=1)で表され、該発光層
よりも大きなバンドギャップを有する3−5族化合物半
導体であり、該発光層は2つの電荷注入層に挟まれて接
してなる3−5族化合物半導体において、発光層と基板
との間に、少なくとも3層からなる下地層を有し、該下
地層を形成する層は一般式Inu Gav Al w N(式
中、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1、u+v+w
=1)で表される3−5族化合物半導体であり、該下地
層中の少なくとも1つの層がこれよりInN混晶比の小
さな2つの層に挟まれて接してなり、該少なくとも1つ
の層のInN混晶比が、該層に基板側から接する層のI
nN混晶比より0.05以上大きく、かつ該InN混晶
比の小さな2つの層のうち基板側の層と発光層との間の
少なくとも1つの層にn型不純物がドープされてなる3
−5族化合物半導体に係るものである。また、本発明
は、(2)前記(1)記載の3−5族化合物半導体を用
いてなる発光素子に係るものである。次に、本発明を詳
細に説明する。
The inventors of the present invention have made diligent examinations in view of such a situation.
As a result of discussion, at least three layers are formed between the light emitting layer and the substrate.
By providing a specific underlayer,
It was found that the crystallinity of the elongated layer was significantly improved, and
Invented. That is, the present invention is (1)
At least a light emitting layer and a charge injection layer, the light emitting layer having a general formula
InxGayAlzN (where 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <
3-5 group represented by 1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1)
It is a compound semiconductor, and the charge injection layer has the general formula Inx 'Ga
y 'Alz 'N (where 0 ≦ x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ ≦ 1, 0 ≦
z ′ ≦ 1, x ′ + y ′ + z ′ = 1), and the light emitting layer
3-5 compound half with larger bandgap than
It is a conductor, and the light emitting layer is sandwiched between two charge injection layers and contacted.
3-5 group compound semiconductor obtained by
And an underlayer consisting of at least three layers between
The layer forming the stratum has the general formula InuGavAl wN (expression
Medium, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, u + v + w
= 1), which is a 3-5 group compound semiconductor,
At least one of the layers has a lower InN mixed crystal ratio than this.
It is sandwiched between two layers and is in contact with at least one of them.
The InN mixed crystal ratio of the layer is I of the layer in contact with the layer from the substrate side.
The InN mixed crystal is larger than the nN mixed crystal ratio by 0.05 or more.
Between the layer on the substrate side and the light emitting layer of the two layers with a small ratio
At least one layer is doped with n-type impurities 3
-5 It relates to a group 5 compound semiconductor. Also, the present invention
(2) Use the 3-5 group compound semiconductor described in (1) above.
The present invention relates to a light emitting element. Next, the present invention will be described in detail.
This will be described in detail.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明における3−5族化合物半
導体とは、基板上に下地層と量子井戸構造からなる層を
この順に有するものである。ここで、量子井戸構造と
は、一般式In x Gay Alz N(ただし、x+y+z
=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表され
る層(以下、発光層と記すことがある。)が、一般式I
x'Ga y'Alz'N(式中、0≦x’≦1、0≦y’≦
1、0≦z’≦1、x’+y’+z’=1)で表され、
発光層より大きなバンドギャップを有する層(以下、電
荷注入層と記すことがある。)に挟まれて接しているも
のである。なお、2つの電荷注入層を表す一般式におけ
るx’、y’、z’は、互いに同一でも異なってもよ
い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A conductor is a layer consisting of an underlayer and a quantum well structure on a substrate.
It has this order. Where the quantum well structure
Is the general formula In xGayAlzN (however, x + y + z
= 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1)
Is a layer represented by the general formula I
nx 'Ga y 'Alz 'N (where 0 ≦ x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ ≦
1, 0 ≦ z ′ ≦ 1, x ′ + y ′ + z ′ = 1),
A layer having a band gap larger than that of the light emitting layer (hereinafter,
Sometimes referred to as the load injection layer. ) Is in contact with
Of. In the general formula expressing the two charge injection layers,
X ', y', and z'may be the same or different from each other.
Yes.

【0007】次に、本発明における下地層とは、少なく
とも3層からなり、いずれの層も一般式Inu Gav
w N(式中、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1、
u+v+w=1)で表される。なお、下地層中の少なく
とも3つの層を表す一般式におけるu、v、wは、互い
に同一でも異なってもよい。本発明における下地層にお
いて、該下地層中の少なくとも1つの層が、この層のI
nN混晶比より小さなInN混晶比を有する2つの層に
挟まれて接している。本発明における下地層中の、In
N混晶比の小さな層に挟まれた層のことを、以下、歪層
と記すことがある。
Next, the underlayer in the present invention comprises at least three layers, all of which have the general formula In u Ga v A
l w N (where 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1,
It is represented by u + v + w = 1). Note that u, v, and w in the general formula representing at least three layers in the underlayer may be the same or different from each other. In the underlayer of the present invention, at least one layer in the underlayer is I
It is sandwiched and in contact with two layers having an InN mixed crystal ratio smaller than the nN mixed crystal ratio. In of the underlayer in the present invention
Hereinafter, a layer sandwiched between layers having a small N mixed crystal ratio may be referred to as a strained layer.

【0008】該歪層と、基板側から歪層と接する層とを
比較して、歪層と、基板側から歪層と接する層とのIn
Nの混晶比の差は、0.05以上である。更に好ましく
は0.1以上、特に好ましくは0.2以上である。該混
晶比の差が、0.05より小さい場合、本発明の効果が
充分ではない。該歪層の厚さは、5Å以上であることが
好ましい。該歪層の厚さが5Å未満の場合にはその効果
が十分でない。また、該歪層は、格子歪を有するため、
その厚さが大きすぎる場合にはあらたに欠陥を発生する
ことがある。この場合には、該歪層の上に成長する層の
結晶性はかえって低下するので好ましくない。歪層の厚
さの好ましい上限は歪層と歪層の前に成長する層とのI
nN混晶比の差に依存する。すなわち、該InN混晶比
の差が0.3以下の場合、歪層の厚さについては該混晶
比の差と厚さ(Å)との積が30以下であることが好ま
しい。ただし、該InN混晶比の差が0.3を超える場
合には、歪層の厚さは100Å以下が好ましい。具体的
には、該InN混晶比の差が0.05の場合、歪層の厚
さは600Å以下が好ましい。また、該InN混晶比の
差が0.3の場合、歪層の厚さは100Å以下が好まし
い。歪層の数は1層で、本発明の効果は得られるが、歪
層の数を複数にすることで、さらに大きな効果が得られ
る場合がある。このような下地層の例としては、m層の
InN混晶比の大きな層と(m+1)層のInN混晶比
の小さな層とが、交互に積層してなる(2m+1)層か
らなる構造が挙げられる。ただし、mは2以上の正の整
数である。このような複数の歪層を含む積層構造の下地
層においては、各々の歪層の厚さは一定のままInN混
晶比を少しずつ変化させてもよく、又は変化させなくて
もよい。また、各々の歪層のInN混晶比は、一定のま
ま層の厚さを臨界膜厚を超えない範囲で少しずつ変化さ
せてもよい。歪層よりInN混晶比の小さな層も、In
N混晶比又は層の厚さを少しずつ変化させてもよく、同
一であってもよい。
By comparing the strained layer with a layer in contact with the strained layer from the substrate side, the strain layer and the layer in contact with the strained layer from the substrate side are
The difference in the mixed crystal ratio of N is 0.05 or more. It is more preferably 0.1 or more, and particularly preferably 0.2 or more. When the difference in the mixed crystal ratio is less than 0.05, the effect of the present invention is not sufficient. The thickness of the strained layer is preferably 5 Å or more. If the thickness of the strained layer is less than 5Å, the effect is not sufficient. Further, since the strained layer has a lattice strain,
If the thickness is too large, new defects may occur. In this case, the crystallinity of the layer grown on the strained layer is rather lowered, which is not preferable. The preferable upper limit of the thickness of the strained layer is I between the strained layer and the layer grown before the strained layer.
It depends on the difference in nN mixed crystal ratio. That is, when the difference in the InN mixed crystal ratio is 0.3 or less, the product of the difference in the mixed crystal ratio and the thickness (Å) of the strained layer is preferably 30 or less. However, when the difference in InN mixed crystal ratio exceeds 0.3, the thickness of the strained layer is preferably 100 Å or less. Specifically, when the difference in the InN mixed crystal ratio is 0.05, the thickness of the strained layer is preferably 600 Å or less. When the difference in InN mixed crystal ratio is 0.3, the thickness of the strained layer is preferably 100 Å or less. The number of strained layers is one, and the effect of the present invention can be obtained. However, when the number of strained layers is plural, a larger effect may be obtained in some cases. As an example of such an underlayer, a structure including a (2m + 1) layer in which an m-layer having a large InN mixed crystal ratio and a (m + 1) layer having a small InN mixed crystal ratio are alternately stacked is provided. Can be mentioned. However, m is a positive integer of 2 or more. In the underlayer having a laminated structure including a plurality of strained layers, the InN mixed crystal ratio may be changed little by little while keeping the thickness of each strained layer constant, or may not be changed. Further, the InN mixed crystal ratio of each strained layer may be gradually changed while keeping the layer thickness constant within a range not exceeding the critical film thickness. A layer having a smaller InN mixed crystal ratio than the strained layer is
The N mixed crystal ratio or the layer thickness may be changed little by little, or may be the same.

【0009】この歪層を含む下地層を発光層と基板の間
に設けることにより、下地層の上に成長する層の結晶性
を著しく向上させることができる。この効果は、該化合
物半導体を後述の有機金属気相成長法を用いて、常圧で
成長する場合でも認められるが、減圧下で成長する場合
に特にその効果が著しい。結晶性は、加熱したリン酸と
硫酸の混酸で処理した該化合物半導体表面に発生するエ
ッチピットの密度により確認することができる。下地層
の効果は、エッチピット密度の減少として現われること
から、該化合物半導体結晶中に存在する転位の伝搬を下
地層が抑制しているものと考えられる。
By providing the underlayer including the strained layer between the light emitting layer and the substrate, the crystallinity of the layer grown on the underlayer can be remarkably improved. This effect is observed even when the compound semiconductor is grown under normal pressure by using the metal organic vapor phase epitaxy described later, but the effect is particularly remarkable when grown under reduced pressure. The crystallinity can be confirmed by the density of etch pits generated on the surface of the compound semiconductor treated with heated mixed acid of phosphoric acid and sulfuric acid. Since the effect of the underlayer appears as a decrease in the etch pit density, it is considered that the underlayer suppresses the propagation of dislocations existing in the compound semiconductor crystal.

【0010】更に、本発明においては、下地層中のIn
N混晶比の小さな2つの層のうち基板側の層と発光層と
の間の少なくとも1つの層にn型不純物がドープされて
なることを特徴とする。具体的には、歪層又は歪層の上
に成長されたInN混晶比の小さな層などにn型不純物
がドープされたものが挙げられる。こうすることによっ
て、該歪層のInN混晶比は、これと接合する層のIn
N混晶比よりも高いため、該歪層のバンドギャップがこ
れと接合する層のバンドギャップよりも小さくなる場合
があっても、注入されたキャリアが歪層中で再結合し、
発光層での再結合効率が低下することを避けることがで
きる。該n型にドープされた層の好ましいキャリア濃度
は、1×1017cm-3以上、更に好ましくは1×1018
cm-3以上である。
Further, in the present invention, In in the underlayer is
At least one layer between the substrate-side layer and the light emitting layer of the two layers having a small N mixed crystal ratio is doped with an n-type impurity. Specifically, a strained layer or a layer grown on the strained layer and having a small InN mixed crystal ratio is doped with an n-type impurity. By doing so, the InN mixed crystal ratio of the strained layer is
Since the ratio is higher than the N mixed crystal ratio, the injected carriers may be recombined in the strained layer even if the bandgap of the strained layer may be smaller than the bandgap of the layer bonded to the strained layer.
It is possible to avoid a decrease in recombination efficiency in the light emitting layer. The preferable carrier concentration of the n-type doped layer is 1 × 10 17 cm −3 or more, more preferably 1 × 10 18
cm -3 or more.

【0011】本発明の3−5族化合物半導体の構造の1
例を図1に示す。図1に示す例は、歪層2及びn型層1
とn型層3からなる下地層と、2つの電荷注入層4と6
が発光層5を挟んで接してなる量子井戸構造からなる層
と、p型層7とをこの順に積層したものである。n型層
1又はn型層3にn電極、p型層7にp電極を設け、順
方向に電圧を加えることで電流が注入され、発光層5か
らの発光が得られ、本発明の発光素子が得られる。
1 of the structure of the 3-5 group compound semiconductor of the present invention
An example is shown in FIG. The example shown in FIG. 1 includes the strained layer 2 and the n-type layer 1.
And an n-type layer 3 as an underlayer, and two charge injection layers 4 and 6
A layer having a quantum well structure which is in contact with the light emitting layer 5 in between, and a p-type layer 7 are laminated in this order. The n-type layer 1 or the n-type layer 3 is provided with an n-electrode, and the p-type layer 7 is provided with a p-electrode, and a current is injected by applying a voltage in the forward direction to obtain light emission from the light-emitting layer 5. The device is obtained.

【0012】電荷注入層4でのn型キャリア濃度が充分
に高い場合、該電荷注入層4にn電極を形成してもよ
い。また、n型層3のバンドギャップが発光層より大き
い場合には、該n型層3と電荷注入層4とを別の層とし
て分けずに、該n型層3に電荷注入層としての役割を兼
ねさせて、電荷注入層4を成長しなくてもよい。また、
電荷注入層6でのp型キャリア濃度が充分に高い場合、
該電荷注入層6に電極を形成してもよい。この場合、p
型層7は形成しなくてもよい。ただし、電荷注入層4又
は電荷注入層6に高濃度にドーピングを行なうと、これ
らの層の結晶性が低下することがある。このような場
合、発光特性又は電気特性が低下するので好ましくな
い。このような場合には電荷注入層4又は電荷注入層6
中の不純物濃度を低くする必要がある。結晶性を低下さ
せない不純物の濃度範囲としては、好ましくは1×10
18cm-3以下、更に好ましくは1×1017cm-3以下で
ある。
When the n-type carrier concentration in the charge injection layer 4 is sufficiently high, an n electrode may be formed on the charge injection layer 4. When the band gap of the n-type layer 3 is larger than that of the light emitting layer, the n-type layer 3 and the charge injection layer 4 are not separated as separate layers and the n-type layer 3 serves as a charge injection layer. It is not necessary to grow the charge injection layer 4 so that the charge injection layer 4 also functions. Also,
When the p-type carrier concentration in the charge injection layer 6 is sufficiently high,
An electrode may be formed on the charge injection layer 6. In this case, p
The mold layer 7 may not be formed. However, if the charge injection layer 4 or the charge injection layer 6 is doped at a high concentration, the crystallinity of these layers may deteriorate. In such a case, the light emitting property or the electrical property is deteriorated, which is not preferable. In such a case, the charge injection layer 4 or the charge injection layer 6
It is necessary to reduce the impurity concentration in the inside. The concentration range of impurities that does not deteriorate the crystallinity is preferably 1 × 10 5.
It is 18 cm −3 or less, and more preferably 1 × 10 17 cm −3 or less.

【0013】ところで、該化合物半導体でInを含まな
いものは、適切なバッファ層を用いることで、Inを含
むものに比べて比較的高品質のものが得やすいことが知
られている。このため、まず基板上に、Inを含まない
層を成長した後、電荷注入層及び発光層を作製すること
が好ましい。しかし、電荷注入層としてInを含む層を
用いる場合、あらかじめ基板上に成長したInを含まな
い層との格子不整合により電荷注入層に欠陥が発生する
場合がある。このような場合、本発明における下地層
を、あらかじめ成長したInを含まない層と電荷注入層
との間に挿入することで、電荷注入層での欠陥の発生を
抑制することことができる。
By the way, it is known that the compound semiconductor which does not contain In can easily obtain a relatively high quality semiconductor by using an appropriate buffer layer as compared with the compound containing In. Therefore, it is preferable to first grow a layer not containing In on the substrate and then to fabricate the charge injection layer and the light emitting layer. However, when a layer containing In is used as the charge injection layer, defects may occur in the charge injection layer due to lattice mismatch with the layer not containing In grown on the substrate in advance. In such a case, the occurrence of defects in the charge injection layer can be suppressed by inserting the underlayer in the present invention between the previously grown In-free layer and the charge injection layer.

【0014】次に発光層について説明する。該3−5族
化合物半導体の格子定数は、混晶比により大きく変化す
るため、該3−5族化合物半導体の発光層と電荷注入層
とのあいだの格子定数に大きな差がある場合、格子不整
合による歪みの大きさに応じて発光層の厚さを小さくす
ることが好ましい。好ましい発光層の厚さの範囲は歪み
の大きさに依存する。電荷注入層としてGaa Alb
(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表
される層の上にInN混晶比が10%以上の発光層を積
層する場合、発光層の好ましい厚さは5Å以上90Å以
下である。発光層の厚さが5Åより小さい場合、発光効
率が充分でなくなる。また、90Åより大きい場合、欠
陥が発生しやはり発光効率が充分でなくなる。
Next, the light emitting layer will be described. Since the lattice constant of the 3-5 group compound semiconductor greatly changes depending on the mixed crystal ratio, if there is a large difference in the lattice constant between the light emitting layer and the charge injection layer of the 3-5 group compound semiconductor, the lattice mismatch is not observed. It is preferable to reduce the thickness of the light emitting layer according to the magnitude of strain due to matching. The preferable range of the thickness of the light emitting layer depends on the magnitude of strain. Ga a Al b N as a charge injection layer
(However, when a light emitting layer having an InN mixed crystal ratio of 10% or more is stacked on the layer represented by a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, the preferable thickness of the light emitting layer is It is not less than 5Å and not more than 90Å. When the thickness of the light emitting layer is less than 5Å, the luminous efficiency becomes insufficient. On the other hand, if it is larger than 90Å, defects occur and the luminous efficiency becomes insufficient.

【0015】また、発光層の厚さを小さくすることで、
電荷を高密度に発光層に閉じ込めることができるため、
発光効率を向上させることができる。このため、格子定
数の差が上記の例よりも小さい場合でも、発光層の厚さ
は上記の例と同様にすることが好ましい。発光層がAl
を含む場合、O等の不純物を取り込みやすく、発光効率
が下がることがある。このような場合には、発光層とし
てはAlを含まない一般式InxGay N(ただし、x+
y= 1、0<x≦1、0≦y<1)で表されるものを
利用することができる。
Further, by reducing the thickness of the light emitting layer,
Since the charges can be confined in the light emitting layer with high density,
The luminous efficiency can be improved. Therefore, even if the difference in lattice constant is smaller than that in the above example, the thickness of the light emitting layer is preferably the same as in the above example. The light emitting layer is Al
When it contains, impurities such as O may be easily taken in and the luminous efficiency may be lowered. In such a case, the general formula In x Ga y N (provided that x +
Those expressed by y = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1) can be used.

【0016】電荷注入層と発光層とのバンドギャップの
差は0.1eV以上であることが好ましい。電荷注入層
と発光層のバンドギャップの差が0.1eVより小さい
場合、発光層へのキャリアの閉じ込めが充分でなく、発
光効率が低下する。より好ましくは0.3ev以上であ
る。ただし、電荷注入層のバンドギャップが5eVを越
えると電荷注入に必要な電圧が高くなるため、電荷注入
層のバンドギャップは5eV以下が好ましい。電荷注入
層の厚さは、10Å以上、5000Å以下が好ましい。
電荷注入層の厚さが5Åより小さくても、5000Åよ
り大きくても、発光効率が低下するため好ましくない。
更に好ましくは10Å以上2000Å以下である。発光
層は1層であってもよいが、複数あってもよい。このよ
うな構造の例としては、n層の発光層と、(n+1)層
の発光層よりもバンドギャップの大きな層とが、交互に
積層してなる(2n+1)層の積層構造が挙げられる。
ここでnは正の整数であり、1以上50以下であること
が好ましく、さらに好ましくは1以上30以下である。
nが50以上の場合には、発光効率が下がり、成長に時
間がかかるのであまり好ましくない。このような複数の
発光層を有する構造は、強い光出力が必要な半導体レー
ザーを作製する場合に特に有用である。
The difference in band gap between the charge injection layer and the light emitting layer is preferably 0.1 eV or more. When the difference in bandgap between the charge injection layer and the light emitting layer is smaller than 0.1 eV, carriers are not sufficiently confined in the light emitting layer, and the light emission efficiency is reduced. More preferably, it is 0.3 ev or more. However, if the band gap of the charge injection layer exceeds 5 eV, the voltage required for charge injection increases, so the band gap of the charge injection layer is preferably 5 eV or less. The thickness of the charge injection layer is preferably 10 Å or more and 5000 Å or less.
If the thickness of the charge injection layer is smaller than 5Å or larger than 5000Å, the luminous efficiency is lowered, which is not preferable.
More preferably, it is not less than 10Å and not more than 2000Å. The light emitting layer may be a single layer or a plurality of layers. As an example of such a structure, a stacked structure of (2n + 1) layers in which n light-emitting layers and layers having a band gap larger than that of the (n + 1) light-emitting layers are alternately stacked.
Here, n is a positive integer, preferably 1 or more and 50 or less, and more preferably 1 or more and 30 or less.
When n is 50 or more, the luminous efficiency is lowered and the growth takes time, which is not preferable. Such a structure having a plurality of light-emitting layers is particularly useful for producing a semiconductor laser requiring a high light output.

【0017】発光層に不純物をドープすることで、発光
層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることが
できる。これは不純物からの発光であるため、不純物発
光とよばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光層の
3族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、
発光層のInN混晶比は5%以上が好ましい。InN混
晶比が5%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外
線であり、充分な明るさを感じることができない。In
N混晶比を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波
長を紫から青、緑へと調整できる。
By doping the light emitting layer with impurities, it is possible to emit light at a wavelength different from the band gap of the light emitting layer. Since this is light emission from impurities, it is called impurity light emission. In the case of impurity emission, the emission wavelength is determined by the composition of the Group 3 element of the light emitting layer and the impurity element. in this case,
The InN mixed crystal ratio of the light emitting layer is preferably 5% or more. When the InN mixed crystal ratio is less than 5%, most of the emitted light is ultraviolet light, and sufficient brightness cannot be felt. In
The emission wavelength becomes longer as the N mixed crystal ratio is increased, and the emission wavelength can be adjusted from purple to blue and green.

【0018】不純物発光に適した不純物としては、2族
元素が好ましい。2族元素のなかでは、Mg、Zn、C
dをドープした場合、発光効率が高いので好適である。
特にZnが好ましい。これらの元素の濃度は、いずれも
1018〜1022cm-3が好ましい。発光層にはこれらの
2族元素とともにSi又はGeを同時にドープしてもよ
い。Si、Geの好ましい濃度範囲は1018〜1022
-3である。
Impurities Group 2 elements are preferred as impurities suitable for light emission. Among the group II elements, Mg, Zn, C
Doping with d is preferable because of high luminous efficiency.
Particularly, Zn is preferable. The concentration of these elements is preferably 10 18 to 10 22 cm −3 . The light emitting layer may be doped with Si or Ge together with these Group 2 elements. The preferable concentration range of Si and Ge is 10 18 to 10 22 c
m -3 .

【0019】不純物発光の場合、一般に発光スペクトル
がブロードになり、また注入電荷量が増すにつれて発光
スペクトルがシフト場合がある。このため、高い色純度
が要求される場合や狭い波長範囲に発光パワーを集中さ
せることが必要な場合、バンド端発光を利用する方が有
利である。バンド端発光による発光素子を実現するため
には、発光層に含まれる不純物の量を低く抑えなければ
ならない。具体的には、Si、Ge、Mg、Cd及びZ
nの各元素について、濃度が1019cm-3以下が好まし
い。更に好ましくは1018cm-3以下である。バンド端
発光を利用する場合、発光効率は発光層中の欠陥に依存
し、欠陥が多くなるにしたがい大きく低下するため、発
光層中の欠陥はなるべく少なくする必要がある。したが
って、本発明における下地層は、バンド端を利用する発
光素子の発光効率の向上に大きな効果がある。発光層の
InN混晶比が増大し、発光波長が長くなるにつれて、
発光効率が低下する場合がある。この場合には、基板側
の電荷注入層4のAlN混晶比を増大させることによ
り、発光効率の低下を抑えてInN混晶比を増大させる
ことができる。
In the case of impurity emission, the emission spectrum is generally broad, and the emission spectrum may shift as the amount of injected charges increases. Therefore, when high color purity is required or when it is necessary to concentrate light emission power in a narrow wavelength range, it is more advantageous to use band edge emission. In order to realize a light-emitting element using band-edge light emission, the amount of impurities contained in the light-emitting layer must be kept low. Specifically, Si, Ge, Mg, Cd and Z
The concentration of each element of n is preferably 10 19 cm -3 or less. More preferably, it is 10 18 cm −3 or less. When using band-edge emission, the light emission efficiency depends on the defects in the light emitting layer, and as the number of defects increases, the light emission efficiency greatly decreases. Therefore, it is necessary to reduce the number of defects in the light emitting layer as much as possible. Therefore, the underlayer in the present invention has a great effect on improving the light emission efficiency of the light emitting element utilizing the band edge. As the InN mixed crystal ratio of the light emitting layer increases and the emission wavelength becomes longer,
The luminous efficiency may decrease. In this case, by increasing the AlN mixed crystal ratio of the charge injection layer 4 on the substrate side, it is possible to suppress a decrease in luminous efficiency and increase the InN mixed crystal ratio.

【0020】該3−5族化合物半導体においては、発光
層のInNの混晶比が高い場合、熱的な安定性が充分で
なく、結晶成長中、又は半導体プロセスで劣化を起こす
場合がある。このような劣化を防止する目的のためIn
N混晶比の高い発光層の上に、InN混晶比の低い電荷
注入層6を積層し、この層に保護層としての機能を持た
せることができる(以下、この場合の電荷注入層を保護
層と記すことがある。)。該保護層に充分な保護機能を
もたせるためには、該保護層のInNの混晶比は10%
以下、AlNの混晶比は5%以上が好ましい。更に好ま
しくはInN混晶比が5%以下、AlN混晶比が10%
以上である。
In the 3-5 group compound semiconductor, when the InN mixed crystal ratio of the light emitting layer is high, thermal stability is not sufficient, and deterioration may occur during crystal growth or in a semiconductor process. In order to prevent such deterioration, In
A charge injection layer 6 having a low InN mixed crystal ratio is laminated on a light emitting layer having a high N mixed crystal ratio, and this layer can have a function as a protective layer (hereinafter, the charge injection layer in this case will be referred to as a charge injection layer). Sometimes referred to as a protective layer.) In order for the protective layer to have a sufficient protective function, the InN mixed crystal ratio of the protective layer is 10%.
Hereinafter, the mixed crystal ratio of AlN is preferably 5% or more. More preferably, the InN mixed crystal ratio is 5% or less, and the AlN mixed crystal ratio is 10%.
That is all.

【0021】また、該保護層に充分な保護機能を持たせ
るためには、該保護層の厚さは10Å以上1μm以下が
好ましい。保護層の厚さが10Åより小さいと充分な効
果が得られない。また、1μmより大きい場合には発光
効率が減少するので好ましくない。更に好ましくは、5
0Å以上5000Å以下である。
In order to give the protective layer a sufficient protective function, the thickness of the protective layer is preferably 10 Å or more and 1 μm or less. If the thickness of the protective layer is less than 10Å, sufficient effect cannot be obtained. Further, if it is larger than 1 μm, the luminous efficiency is reduced, which is not preferable. More preferably, 5
It is 0 Å or more and 5000 Å or less.

【0022】次に本発明に用いられる基板、及び成長方
法について説明する。該3−5族化合物半導体の結晶成
長用基板としては、サファイア、ZnO、GaAs、S
i、SiC、NGO(NdGaO3 )、スピネル(Mg
Al2 4 )等が用いられる。とくにサファイアは透明
であり、また大面積の高品質の結晶が得られるため重要
である。
Next, the substrate and the growth method used in the present invention will be described. Substrates for crystal growth of the Group 3-5 compound semiconductor include sapphire, ZnO, GaAs, and S.
i, SiC, NGO (NdGaO 3 ), spinel (Mg
Al 2 O 4 ) or the like is used. Sapphire is especially important because it is transparent and high-quality crystals with a large area can be obtained.

【0023】該3−5族化合物半導体の製造方法として
は、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがあ
る。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記す
ことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HV
PEと記すことがある。)法などが挙げられる。なお、
MBE法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、
アンモニア、及びその他の窒素化合物を気体状態で供給
する方法である気体ソース分子線エピタキシー(以下、
GSMBEと記すことがある。)法が一般的に用いられ
ている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素
原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合
には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性
状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げ
ることができる。
As the method for producing the Group 3-5 compound semiconductor, a molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MBE) method, a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter sometimes referred to as MOVPE) method, Hydride vapor phase growth (hereinafter, HV
Sometimes referred to as PE. ) Method. In addition,
When the MBE method is used, nitrogen gas may be nitrogen gas,
Gas source molecular beam epitaxy (hereinafter, referred to as a method of supplying ammonia and other nitrogen compounds in a gaseous state)
Sometimes referred to as GSMBE. ) Method is commonly used. In this case, the nitrogen raw material is chemically inactive, and the nitrogen atom may be difficult to be taken into the crystal. In that case, by exciting the nitrogen raw material by a microwave or the like to supply it in an activated state, it is possible to improve the nitrogen uptake efficiency.

【0024】次に、本発明の3−5族化合物半導体のM
OVPE法による製造方法について説明する。MOVP
E法の場合、以下のような原料を用いることができる。
即ち、3族原料としては、トリメチルガリウム[(CH
3 3 Ga、以下TMGと記すことがある。]、トリエ
チルガリウム[(C2 5 3 Ga、以下TEGと記す
ことがある。]等の一般式R1 2 3 Ga(ここで、
1 、R2 、R 3 は低級アルキル基を示す。)で表され
るトリアルキルガリウム;トリメチルアルミニウム
[(CH3 3 Al]、トリエチルアルミニウム[(C
2 5 3 Al、以下TEAと記すことがある。]、ト
リイソブチルアルミニウム[(i−C 4 9 3 Al]
等の一般式R1 2 3 Al(ここで、R1 、R2 、R
3 は前期の定義と同じである。)で表されるトリアルキ
ルアルミニウム;トリメチルアミンアラン[(CH3
3 N:AlH3 ];トリメチルインジウム[(CH3
3 In、以下TMIと記すことがある。]、トリエチル
インジウム[(C2 53 In]等の一般式R1 2
3 In(ここで、R1 、R2 、R3 は前期の定義と同
じである。)で表されるトリアルキルインジウム等が挙
げられる。これらは単独又は混合して用いられる。
Next, M of the 3-5 group compound semiconductor of the present invention is used.
The manufacturing method by the OVPE method will be described. MOVP
In the case of the method E, the following raw materials can be used.
That is, as a Group 3 raw material, trimethylgallium [(CH
Three)ThreeGa may be referred to as TMG hereinafter. ], Trie
Chilgallium [(CTwoHFive)ThreeGa, hereinafter referred to as TEG
Sometimes. General formula R such as1RTwoRThreeGa (where,
R1, RTwo, R ThreeRepresents a lower alkyl group. )
Trialkyl gallium; trimethyl aluminum
[(CHThree)ThreeAl], triethyl aluminum [(C
TwoHFive)ThreeAl, hereinafter sometimes referred to as TEA. ]
Liisobutyl aluminum [(i-C FourH9)ThreeAl]
General formula R such as1RTwoRThreeAl (where R1, RTwo, R
ThreeIs the same as the definition of the previous term. Trialkyl represented by)
Lualuminum; trimethylamine alane [(CHThree)
ThreeN: AlHThree]; Trimethylindium [(CHThree)
ThreeIn, hereafter referred to as TMI. ], Triethyl
Indium [(CTwoHFive)ThreeIn] or other general formula R1RTwo
RThreeIn (where R1, RTwo, RThreeIs the same as in the previous term
The same. Trialkylindium etc.
You can These may be used alone or as a mixture.

【0025】次に5族原料としては、アンモニア、ヒド
ラジン、メチルヒドラジン、1、1−ジメチルヒドラジ
ン、1、2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミン、
エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独又は
混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモニア
とヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導
体中への炭素の汚染が少なく好適である。
Next, as Group 5 raw materials, ammonia, hydrazine, methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine,
And ethylenediamine. These are used alone or in combination. Among these raw materials, ammonia and hydrazine do not contain a carbon atom in the molecule, so that the contamination of the semiconductor with carbon is small and suitable.

【0026】該3−5族化合物半導体のp型ドーパント
として、2族元素が重要である。具体的にはMg,Z
n,Cd,Hg,Beが挙げられるが、このなかでは低
抵抗のp型のものがつくりやすいMgが好ましい。Mg
ドーパントの原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、ビス−n−プロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム、ビス−i−プロピルシクロペンタジエニルマグネ
シウム等の一般式(RC5 4 2 Mg(ただし、Rは
水素又は炭素数1以上4以下の低級アルキル基を示
す。)で表される有機金属化合物が適当な蒸気圧を有す
るために好適である。
Group 2 elements are important as p-type dopants for the Group 3-5 compound semiconductors. Specifically, Mg, Z
Among them, n, Cd, Hg, and Be can be mentioned. Of these, Mg, which is easy to produce a low-resistance p-type, is preferable. Mg
Raw materials for the dopant include biscyclopentadienyl magnesium, bismethylcyclopentadienyl magnesium, bisethylcyclopentadienyl magnesium, bis-n-propylcyclopentadienyl magnesium, bis-i-propylcyclopentadienyl magnesium. Suitable for the organometallic compound represented by the general formula (RC 5 H 4 ) 2 Mg (wherein R represents hydrogen or a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) such as Is.

【0027】該3−5族化合物半導体のn型ドーパント
として、4族元素と6族元素が重要である。具体的には
Si、Ge、Oが挙げられるが、この中では低抵抗のn
型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られるSi
が好ましい。Siドーパントの原料としては、シラン
(SiH4 )、ジシラン(Si2 6 )などが好適であ
る。
Group 4 elements and Group 6 elements are important as n-type dopants for the Group 3-5 compound semiconductors. Specific examples include Si, Ge, and O. Among them, n having a low resistance is used.
Si that can be easily molded and has high raw material purity
Is preferred. Silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), and the like are suitable as the raw material of the Si dopant.

【0028】該3−5族化合物半導体の製造に用いるこ
とができるMOVPE法による成長装置としては、通常
の単枚取り又は複数枚取りのものが挙げられる。複数枚
取りのものでは、ウエファ面内でのエピ膜の均一性を確
保するためには、減圧で成長することが望ましい。複数
枚取り装置での好ましい成長圧力の範囲は、0.001
気圧以上0.8気圧以下である。
As the growth apparatus by the MOVPE method that can be used for producing the Group 3-5 compound semiconductor, a normal single-cavity or multi-cavity growth apparatus can be mentioned. In the case where a plurality of wafers are taken, it is desirable to grow under reduced pressure in order to ensure the uniformity of the epi film on the wafer surface. The preferable range of growth pressure in the multi-sheet picking device is 0.001
The pressure is not less than 0.8 atm.

【0029】キャリアガスとしては、水素、窒素、アル
ゴン、ヘリウム等のガスを単独又は混合して用いること
ができる。ただし、水素をキャリアガス中に含む場合、
高いInN混晶比の該化合物半導体を成長すると充分な
結晶性が得られない場合がある。この場合、キャリアガ
ス中の水素分圧を低くする必要がある。好ましい、キャ
リアガス中の水素の分圧は、0.1気圧以下である。
As the carrier gas, gases such as hydrogen, nitrogen, argon and helium may be used alone or in combination. However, when hydrogen is included in the carrier gas,
If the compound semiconductor having a high InN mixed crystal ratio is grown, sufficient crystallinity may not be obtained. In this case, it is necessary to lower the partial pressure of hydrogen in the carrier gas. The preferable partial pressure of hydrogen in the carrier gas is 0.1 atm or less.

【0030】これらのキャリアガスのなかでは、動粘係
数が大きく対流を起こしにくいという点で水素とヘリウ
ムが挙げられる。ただし、ヘリウムは他のガスに比べて
高価であり、また水素を用いた場合、前述のように該化
合物半導体の結晶性がよくない。窒素、及びアルゴンは
比較的安価であるため、大量にキャリアガスを使用する
場合には好適に用いることができる。
Among these carrier gases, hydrogen and helium are mentioned because they have a large dynamic viscosity coefficient and hardly cause convection. However, helium is more expensive than other gases, and when hydrogen is used, the crystallinity of the compound semiconductor is not good as described above. Since nitrogen and argon are relatively inexpensive, they can be preferably used when a large amount of carrier gas is used.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 MOVPE法により図2の構造の3−5族化合物半導体
を作製した。基板8としてサファイアC面を鏡面研磨し
たものを有機洗浄して用いた。成長方法については、低
温成長バッファ層としてGaNを用いる2段階成長法を
用いた。1/8気圧で、550℃で厚みが約300Åの
GaNバッファ層9、1050℃で厚さが約2.5μm
のSiをドープしたGaNからなるn型層1、1500
ÅのノンドープGaN層10を水素をキャリアガスとし
て成長した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A 3-5 group compound semiconductor having the structure shown in FIG. 2 was produced by the MOVPE method. As the substrate 8, a mirror-polished sapphire C surface was organically cleaned and used. As a growth method, a two-step growth method using GaN as a low temperature growth buffer layer was used. GaN buffer layer 9 having a thickness of about 300Å at 550 ° C and a thickness of about 2.5 μm at 1050 ° C at 1/8 atmospheric pressure.
N-type layer 1, 1500 made of GaN doped with Si
The non-doped GaN layer 10 of Å was grown using hydrogen as a carrier gas.

【0032】次に、基板温度を750℃、キャリアガス
を窒素とし、キャリアガス、TEG、TMI、窒素で1
ppmに希釈したシラン及びアンモニアをそれぞれ4s
lm、0.04sccm、0.6sccm、5scc
m、4slm供給して、歪層2であるSiをドープした
In0.3 Ga0.7 N層を70秒間成長した。成長中断と
して窒素とアンモニアだけを供給する状態を5分間保持
した後、さらに同じ温度にてTEG、TEA、上述のシ
ラン及びアンモニアをそれぞれ0.032sccm、
0.008sccm、、5sccm、4slm供給し
て、SiをドープしたGa0.8 Al0.2 Nからなるn型
層3を10分間成長した。ただし、slm及びsccm
とは気体の流量の単位で1slmは1分当たり、標準状
態で1リットルの体積を占める重量の気体が流れている
ことを示し、1000sccmは1slmに相当する。
なお、この層2と層3の膜厚に関しては、同一の条件で
より長い時間成長した層の厚さから求めた成長速度がそ
れぞれ43Å/分、30Å/分であるので、上記成長時
間から求められる膜厚はそれぞれ50Å、300Åと計
算できる。
Next, the substrate temperature is 750 ° C., the carrier gas is nitrogen, and the carrier gas, TEG, TMI, and nitrogen are 1 times.
4 s each of silane and ammonia diluted to ppm
lm, 0.04sccm, 0.6sccm, 5scc
m, 4 slm was supplied to grow a strained layer 2 of Si-doped In 0.3 Ga 0.7 N layer for 70 seconds. As a growth interruption, a state of supplying only nitrogen and ammonia was maintained for 5 minutes, and then TEG, TEA, the above-mentioned silane and ammonia were further added at 0.032 sccm at the same temperature,
The n-type layer 3 made of Ga 0.8 Al 0.2 N doped with Si was grown for 10 minutes by supplying 0.008 sccm, 5 sccm, and 4 slm. However, slm and sccm
Means that 1 slm is a unit of gas flow rate, and that a weight of gas occupies a volume of 1 liter in a standard state per minute, and 1000 sccm corresponds to 1 slm.
Regarding the film thicknesses of the layer 2 and the layer 3, the growth rates obtained from the thicknesses of the layers grown for a longer time under the same conditions are 43 Å / min and 30 Å / min, respectively. The film thickness can be calculated as 50Å and 300Å, respectively.

【0033】n型層3を成長後、成長圧力を1気圧、基
板の温度を785℃とし、ノンドープのIn0.3 Ga
0.7 Nの発光層5を50ÅとノンドープのGa0.8 Al
0.2 Nの電荷注入層6を300Å成長した。電荷注入層
6を成長後、基板の温度を1100℃とし、Mgをドー
プしたGaNからなるp型層7を5000Å成長した。
こうして作製した試料を1気圧の窒素中800℃、20
分の熱処理を行ない、Mgドープ層を低抵抗にした。以
上の例では、層9、1、10、2及び3が下地層であ
る。また層3は電荷注入層としても機能する。
After growing the n-type layer 3, the growth pressure is 1 atm, the substrate temperature is 785 ° C., and the undoped In 0.3 Ga is used.
50 Å of 0.7 N light emitting layer 5 and undoped Ga 0.8 Al
A 0.2 N charge injection layer 6 was grown to 300 Å. After growing the charge injection layer 6, the temperature of the substrate was set to 1100 ° C., and the p-type layer 7 made of GaN doped with Mg was grown to 5000 Å.
The sample prepared in this way was placed in nitrogen at 1 atm at 800 ° C for 20
Heat treatment was performed for a minute to reduce the resistance of the Mg-doped layer. In the above example, layers 9, 1, 10, 2 and 3 are underlayers. The layer 3 also functions as a charge injection layer.

【0034】このようにして得られた試料を常法に従
い、電極を形成し、LEDとした。p電極としてNi−
Au合金、n電極としてAlを用いた。このLEDに順
方向に20mAの電流を流したところ、明瞭な青色発光
を示し、輝度は860mcdであった。
The sample thus obtained was formed into an electrode by a conventional method to obtain an LED. Ni- as p-electrode
Au alloy was used, and Al was used as the n electrode. When a current of 20 mA was applied to this LED in the forward direction, clear blue light emission was exhibited and the brightness was 860 mcd.

【0035】比較例1 ノンドープGaN層10を成長した後、発光層5、電荷
注入層6、MgをドープしたGaNからなるp型層7を
成長したことを除いては、実施例1と同様にしてLED
を作製した。これを実施例1と同様に評価したところ、
青色の発光を示したものの、輝度は390mcdであっ
た。
Comparative Example 1 Same as Example 1 except that after growing the non-doped GaN layer 10, the light emitting layer 5, the charge injection layer 6 and the p-type layer 7 made of Mg-doped GaN were grown. LED
Was produced. When this was evaluated in the same manner as in Example 1,
Although it emitted blue light, the luminance was 390 mcd.

【0036】実施例2 層3がSiをドープしたGaNであることを除いては実
施例1と同様にしてLEDを作製した。これを実施例1
と同様にして評価したところ、輝度は630mcdであ
り、発光ピークの中心波長は4600Åであり、外部量
子効率は0.8%であった。
Example 2 An LED was made as in Example 1 except that layer 3 was GaN doped with Si. This is Example 1
When evaluated in the same manner as above, the luminance was 630 mcd, the central wavelength of the emission peak was 4600 Å, and the external quantum efficiency was 0.8%.

【0037】実施例3 発光層5、電荷注入層6までを1/8気圧で成長した
後、成長圧力を1気圧としてMgをドープしたGaN層
7を成長したことを除いては実施例1と同様にしてLE
Dを作製した。これを実施例1と同様にして評価したと
ころ、輝度は520mcdであり、発光ピークの中心波
長は4600Åであった。
Example 3 Example 1 was repeated except that the light emitting layer 5 and the charge injection layer 6 were grown to ⅛ atm, and then the Mg-doped GaN layer 7 was grown at a growth pressure of 1 atm. Similarly, LE
D was prepared. When evaluated in the same manner as in Example 1, the luminance was 520 mcd and the central wavelength of the emission peak was 4600Å.

【0038】比較例2 ノンドープのGaN層10を成長した後、歪層2および
Ga0.8 Al0.2 N層3を成長せずに、発光層5、電荷
注入層6、MgをドープしたGaN層7を成長したこと
を除いては実施例3と同様にしてLEDを作製した。こ
れを実施例1と同様にして評価したところ、発光は非常
に弱く輝度は10-4cd以下であった。
Comparative Example 2 After the growth of the non-doped GaN layer 10, the light emitting layer 5, the charge injection layer 6, and the Mg-doped GaN layer 7 were formed without growing the strained layer 2 and the Ga 0.8 Al 0.2 N layer 3. An LED was produced in the same manner as in Example 3 except that the LED was grown. When evaluated in the same manner as in Example 1, the light emission was very weak and the luminance was 10 −4 cd or less.

【0039】実施例4 ノンドープのGaN層10を成長した後、歪層2および
Ga0.8 Al0.2 N層3を2回成長し、歪層を2層有す
る構造としたことを除いては実施例3と同様にしてLE
Dを作製した。これを実施例1と同様にして評価したと
ころ、輝度は240mcdであった。
Example 4 Example 3 was repeated except that after the non-doped GaN layer 10 was grown, the strained layer 2 and the Ga 0.8 Al 0.2 N layer 3 were grown twice to form a structure having two strained layers. LE in the same manner as
D was prepared. When evaluated in the same manner as in Example 1, the brightness was 240 mcd.

【0040】実施例5 歪層2を成長した後に、Ga0.8 Al0.2 N層3にかえ
てGa0.7 Al0.3 N層3を成長したことを除いては、
実施例3と同様にしてLEDを作製した。これを実施例
1と同様にして評価したところ、発光ピークの中心波長
は5050Åであり、輝度は320mcdであった。実
施例3に比べて発光波長が長波長化した。
Example 5 Except that the Ga 0.8 Al 0.2 N layer 3 was replaced with the Ga 0.7 Al 0.3 N layer 3 after the strained layer 2 was grown,
An LED was produced in the same manner as in Example 3. When this was evaluated in the same manner as in Example 1, the center wavelength of the emission peak was 5050Å and the brightness was 320 mcd. The emission wavelength was longer than that of Example 3.

【0041】実施例6 MOVPE法による気相成長により図3に示す3−5族
化合物半導体を成長し、発光波長5100ÅのLEDを
作製する。サファイア(0001)基板8上に、バッフ
ァ層9として成長温度600℃、圧力1/8気圧でTM
GとアンモニアによりGaNを500Å成長した後、1
100℃でSiをドープしたGaN層1を3μm成長す
る。次にSiをドープしたIn0.3 Ga0.6 Al0.1
層とSiをドープしたGa 0.8 Al0.2 N層を繰り返し
合計6層成長し下地層とし、つぎにSiをドープしたI
0.3 Ga0.6 Al0.1 N層からなる電荷注入層4を成
長する。次に150ÅのIn0.5 Ga0.5 N層からなる
発光層5を成長し、引き続いてGa0.8 Al0.2 N層6
を300Å成長する。次に、MgをドープしたGaN層
7を5000Å成長する。成長終了後、基板を取り出
し、窒素中800℃で熱処理を行いMgドープGaN層
を低抵抗化する。このようにして得られた試料を常法に
従い、電極を形成し、LEDとすることで、シャープな
発光スペクトルをもつLEDを作製することができる。
Example 6 Group 3-5 shown in FIG. 3 by vapor phase growth by MOVPE method
We have grown compound semiconductors to produce LEDs with an emission wavelength of 5100Å.
Make it. Buff on sapphire (0001) substrate 8
TM as a growth layer 9 at a growth temperature of 600 ° C. and a pressure of 1/8 atmospheric pressure
After growing 500 Å GaN with G and ammonia, 1
Grow Si-doped GaN layer 1 of 3 μm at 100 ° C.
You. Then Si-doped In0.3Ga0.6Al0.1N
Layers and Ga doped with Si 0.8Al0.2Repeat N layers
A total of 6 layers were grown to form an underlayer, and then Si-doped I
n0.3Ga0.6Al0.1Forming the charge injection layer 4 composed of N layers
Lengthen. Next, 150 Å In0.5Ga0.5Consists of N layers
The light emitting layer 5 is grown, and then Ga0.8Al0.2N layer 6
Grow to 300Å. Next, Mg-doped GaN layer
Grows 7 to 5000Å. After growth, take out the substrate
And heat treated in nitrogen at 800 ° C. for Mg-doped GaN layer
To lower the resistance. The sample obtained in this way
Therefore, by forming an electrode and making it an LED, a sharp
LEDs with an emission spectrum can be made.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の3−5族化合物半導体は、結晶
性が高く、高品質であり、これを用いた発光素子は発光
効率が高く、工業的価値が大きい。
Industrial Applicability The 3-5 group compound semiconductor of the present invention has high crystallinity and high quality, and a light emitting device using the same has high luminous efficiency and great industrial value.

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

【図1】本発明の3−5族化合物半導体の1例を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention.

【図2】実施例1で作製した本発明の発光素子を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a light emitting element of the present invention manufactured in Example 1.

【図3】実施例6に示す本発明の発光素子を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a light emitting device of the present invention shown in Example 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...n型層 2、2’、2’’...歪層 3、3’、3’’...n型層 4...電荷注入層 5...発光層 6...電荷注入層 7...p型層 8...基板 9...バッファ層 10...ノンドープGaN層 1. . . n-type layers 2, 2 ′, 2 ″. . . Strained layers 3, 3 ', 3' '. . . n-type layer 4. . . Charge injection layer 5. . . Light emitting layer 6. . . Charge injection layer 7. . . 7. p-type layer . . Substrate 9. . . Buffer layer 10. . . Non-doped GaN layer

フロントページの続き (72)発明者 乾 勝美 茨城県つくば市北原6 住友化学工業株式 会社内Front page continued (72) Inventor Katsumi Inui 6 Kitahara, Tsukuba, Ibaraki Sumitomo Chemical Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の上に少なくとも発光層と電荷注入層
とを有し、該発光層は一般式Inx Gay Alz N(式
中、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1、x+y+z
=1)で表される3−5族化合物半導体であり、該電荷
注入層は一般式Inx'Gay'Alz'N(式中、0≦x’
≦1、0≦y’≦1、0≦z’≦1、x’+y’+z’
=1)で表され、該発光層よりも大きなバンドギャップ
を有する3−5族化合物半導体であり、該発光層は2つ
の電荷注入層に挟まれて接してなる3−5族化合物半導
体において、発光層と基板との間に、少なくとも3層か
らなる下地層を有し、該下地層を形成する層は一般式I
u Gav Alw N(式中、0≦u≦1、0≦v≦1、
0≦w≦1、u+v+w=1)で表される3−5族化合
物半導体であり、該下地層中の少なくとも1つの層がこ
れよりInN混晶比の小さな2つの層に挟まれて接して
なり、該少なくとも1つの層のInN混晶比が、該層に
基板側から接する層のInN混晶比より0.05以上大
きく、かつ該InN混晶比の小さな2つの層のうち基板
側の層と発光層との間の少なくとも1つの層にn型不純
物がドープされてなることを特徴とする3−5族化合物
半導体。
1. A substrate having at least a light emitting layer and a charge injection layer, the light emitting layer having the general formula In x Ga y Al z N (wherein 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z
= 1) is a 3-5 group compound semiconductor represented by the charge injection layer has the general formula In x 'Ga y' Al z ' in N (wherein, 0 ≦ x'
≦ 1, 0 ≦ y ′ ≦ 1, 0 ≦ z ′ ≦ 1, x ′ + y ′ + z ′
= 1), which is a 3-5 group compound semiconductor having a bandgap larger than that of the light emitting layer, and the light emitting layer is sandwiched between and in contact with two charge injection layers. An underlayer composed of at least three layers is provided between the light emitting layer and the substrate, and the layer forming the underlayer is represented by the general formula I
n u Ga v Al w N (where 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1,
0 ≦ w ≦ 1, u + v + w = 1), which is a 3-5 group compound semiconductor, in which at least one layer in the underlayer is sandwiched and contacted by two layers having a smaller InN mixed crystal ratio. The InN mixed crystal ratio of the at least one layer is greater than the InN mixed crystal ratio of the layer contacting the layer from the substrate side by 0.05 or more, and the InN mixed crystal ratio of the two layers having a small InN mixed crystal ratio is smaller than that of the substrate side. A group 3-5 compound semiconductor, wherein at least one layer between the layer and the light emitting layer is doped with an n-type impurity.
【請求項2】発光層を挟んで接してなる電荷注入層のう
ち基板側の電荷注入層が、下地層中においてInN混晶
比の大きな層を挟んで接してなるInN混晶比の小さな
2つの層のうち発光層側の層を兼ねることを特徴とする
請求項1記載の3−5族化合物半導体。
2. The charge injection layer on the substrate side of the charge injection layers which are in contact with each other with the light emitting layer sandwiched therebetween is in contact with the layer having a large InN mixed crystal ratio in the underlayer and has a small InN mixed crystal ratio of 2. 3. The group 3-5 compound semiconductor according to claim 1, which also functions as a layer on the light emitting layer side of the two layers.
【請求項3】n型不純物が、Si及び/又はGeであ
り、n型不純物の濃度が、1×1017cm-3以上である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の3−5族化合物
半導体。
3. The 3-5 according to claim 1 or 2, wherein the n-type impurity is Si and / or Ge, and the concentration of the n-type impurity is 1 × 10 17 cm −3 or more. Group compound semiconductors.
【請求項4】下地層中のInN混晶比の小さな2つの層
に挟まれてなる層の厚さが、5Å以上600Å以下であ
ることを特徴とする請求項1、2又は3記載の3−5族
化合物半導体。
4. The layer according to claim 1, 2 or 3, wherein a thickness of a layer sandwiched between two layers having a small InN mixed crystal ratio in the underlayer is 5Å or more and 600Å or less. -Group 5 compound semiconductor.
【請求項5】下地層中の少なくとも1つの層がこれより
InN混晶比の小さな2つの層に挟まれて接してなり、
該少なくとも1つの層の層の厚さが5Å以上であり、該
少なくとも1つの層のInN混晶比が、該層に基板側か
ら接する層のInN混晶比より0.05以上0.3以下
大きいとき、該混晶比の差と少なくとも1つの層の厚さ
(Å)との積が30以下であり、該少なくとも1つの層
のInN混晶比が、該層に基板側から接する層のInN
混晶比より0.3を超えて大きいとき、該少なくとも1
つの層の厚さが100Å以下であることを特徴とする請
求項1、2、3又は4記載の3−5族化合物半導体。
5. At least one layer in the underlayer is sandwiched between and in contact with two layers having a smaller InN mixed crystal ratio than that,
The layer thickness of the at least one layer is 5Å or more, and the InN mixed crystal ratio of the at least one layer is 0.05 or more and 0.3 or less than the InN mixed crystal ratio of the layer in contact with the layer from the substrate side. When it is large, the product of the difference in the mixed crystal ratio and the thickness (Å) of at least one layer is 30 or less, and the InN mixed crystal ratio of the at least one layer is in the layer in contact with the layer from the substrate side. InN
When it is larger than the mixed crystal ratio by more than 0.3, at least 1
The 3-5 group compound semiconductor according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the thickness of one layer is 100 Å or less.
【請求項6】少なくとも3層からなる下地層が、有機金
属気相成長法により、0.001気圧以上0.8気圧以
下の圧力で成長させてなる3−5族化合物半導体である
ことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の3
−5族化合物半導体。
6. An underlayer comprising at least three layers is a Group 3-5 compound semiconductor grown by metalorganic vapor phase epitaxy at a pressure of 0.001 atm to 0.8 atm. 3. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
-Group 5 compound semiconductor.
【請求項7】請求項1、2、3、4、5又は6記載の3
−5族化合物半導体を用いてなる発光素子。
7. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
A light-emitting device using a Group 5 compound semiconductor.
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