JP2002270892A - Gallium nitride compound semiconductor light-emitting element - Google Patents
Gallium nitride compound semiconductor light-emitting elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は青色発光の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子に関する。The present invention relates to a gallium nitride based compound semiconductor light emitting device which emits blue light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN
系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGa
N 系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率
が高いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とす
ること等から注目されている。2. Description of the Related Art Conventionally, GaN has been used as a blue light emitting diode.
A device using a system compound semiconductor is known. That Ga
N-based compound semiconductors have attracted attention because of their direct transition, high luminous efficiency, and the use of blue, one of the three primary colors of light, as the luminescent color.
【０００３】このようなGaN 系の化合物半導体を用いた
発光ダイオードは、サファイア基板上に直接又は窒化ア
ルミニウムから成るバッファ層を介在させて、ｎ導電型
のGaN 系の化合物半導体から成るｎ層を成長させ、その
ｎ層の上にｐ型不純物を添加してｉ型のGaN 系の化合物
半導体から成るｉ層を成長させた構造をとっている（特
開昭62-119196 号公報、特開昭63-188977 号公報) 。In a light emitting diode using such a GaN compound semiconductor, an n layer made of an n conductivity type GaN compound semiconductor is grown directly on a sapphire substrate or through a buffer layer made of aluminum nitride. Then, a p-type impurity is added to the n-layer to grow an i-layer made of an i-type GaN-based compound semiconductor (JP-A-62-119196, JP-A-63-119196). -188977).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造の発
光ダイオードの発光強度は未だ十分ではない。又、ｐｎ
接合でないため、駆動電圧がバラツキ、しかも高くなる
ことがある。これらの改良が望まれている。However, the light emitting intensity of the light emitting diode having the above structure is not yet sufficient. Also, pn
Since it is not a junction, the driving voltage may vary and may increase. These improvements are desired.
【０００５】そこで、本発明の目的は、GaN 系の化合物
半導体の発光ダイオードの青色の発光強度を向上させる
こと及び駆動電圧を安定させることである。Accordingly, an object of the present invention is to improve the blue light emission intensity of a GaN-based compound semiconductor light emitting diode and to stabilize the driving voltage.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、サファ
イア基板と、サファイア基板上に形成されたバッファ層
と、シリコン(Si)を添加して電子濃度が１×１０17〜１
×１０19／cm3 の範囲の所定の値に設定されたｎ型のGa
N から成る高キャリア濃度層と、高キャリア濃度層の上
に形成された電子濃度が１×１０14〜１×１０17／cm3
の範囲のｎ型のGaN から成る低キャリア濃度層と、マグ
ネシウム(Mg)が添加されたｐ型のAlXGa1 -XN(;X=0を含
む) から成るｐ層とを有することを特徴とする窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子である。According to the present invention, there is provided a sapphire substrate, a buffer layer formed on the sapphire substrate, and an electron concentration of 1 × 10 17 to 1 by adding silicon (Si).
N-type Ga set to a predetermined value in the range of × 10 19 / cm 3
A high carrier concentration layer made of N, and an electron concentration formed on the high carrier concentration layer is 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3.
And a p-layer made of p-type Al X Ga 1 -X N (including X = 0) doped with magnesium (Mg). This is a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device.
【０００７】[0007]
【発明の作用及び効果】本発明は、シリコン(Si)を添加
して電子濃度が１×１０17〜１×１０19／cm3の範囲の
所定の値に設定されたｎ型のGaN から成る高キャリア濃
度層と、高キャリア濃度層の上に形成された電子濃度が
１×１０14〜１×１０17／cm3 の範囲のｎ型のGaN から
成る低キャリア濃度層とを設けたことにより、発光ダイ
オードの青色の発光強度を増加させることができた。The present invention comprises n-type GaN doped with silicon (Si) and having an electron concentration set to a predetermined value in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3. By providing a high carrier concentration layer and a low carrier concentration layer made of n-type GaN having an electron concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3 formed on the high carrier concentration layer As a result, the blue light emission intensity of the light emitting diode could be increased.
【０００８】即ち、シリコンを添加して電子濃度が１×
１０17〜１×１０19／cm3 の範囲の所定の値に設定され
たｎ型のGaN から成る高キャリア濃度層が実現された。
この結果、電気抵抗を小さくでき、発光ダイオードの直
列抵抗が下がり、発光ダイオードの発熱を抑えることが
できる。又、高キャリア濃度層の上に電子濃度が１×１
０14〜１×１０17／cm3 の範囲のｎ型のGaN から成る低
キャリア濃度層を形成することで、 GaNを高純度化でき
結晶歪みの少ないものとすることができる。以上の作用
により青色の発光強度が向上した。That is, by adding silicon, the electron concentration becomes 1 ×
A high carrier concentration layer made of n-type GaN set to a predetermined value in the range of 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 was realized.
As a result, the electric resistance can be reduced, the series resistance of the light emitting diode decreases, and the heat generation of the light emitting diode can be suppressed. The electron concentration is 1 × 1 on the high carrier concentration layer.
By forming a low carrier concentration layer made of n-type GaN in the range of 0 14 to 1 × 10 17 / cm 3 , GaN can be highly purified and crystal distortion can be reduced. The blue light emission intensity was improved by the above action.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments.
【００１０】図１において、発光ダイオード１０は、サ
ファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１に
500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そのバ
ッファ層２の上には、順に、膜厚約2.2μmのGaN から成
る高キャリア濃度ｎ+ 層３と膜厚約1.5μmのGaN から成
る低キャリア濃度ｎ層４が形成されており、更に、低キ
ャリア濃度ｎ層４の上に膜厚約0.2μmのGaN から成るｐ
層５が形成されている。そして、ｐ層５に接続するアル
ミニウムで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層３
に接続するアルミニウムで形成された電極８とが形成さ
れている。In FIG. 1, a light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1 and the sapphire substrate 1
An AlN buffer layer 2 of 500 Å is formed. On the buffer layer 2, a high carrier concentration n + layer 3 made of GaN having a thickness of about 2.2 μm and a low carrier concentration n layer 4 made of GaN having a thickness of about 1.5 μm are sequentially formed. A p-layer made of GaN having a thickness of about 0.2 μm on the n-layer 4 having a low carrier concentration.
Layer 5 is formed. The electrode 7 made of aluminum connected to the p layer 5 and the high carrier concentration n + layer 3
And an electrode 8 made of aluminum and connected to the electrode 8.
【００１１】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described.
【００１２】上記発光ダイオード１０は、有機金属化合
物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) による気相成長
により製造された。The light emitting diode 10 was manufactured by vapor phase growth using a metal organic compound vapor phase epitaxy method (hereinafter referred to as "M0VPE").
【００１３】用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2
とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG 」と記
す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA
」と記す) とシラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマ
グネシウム(Mg(C5H5)2)(以下、「CP2Mg 」と記す) であ
る。The gases used were NH 3 and carrier gas H 2
Trimethyl gallium (Ga (CH 3) 3) ( hereinafter referred to as "TMG") and trimethylaluminum (Al (CH 3) 3) ( hereinafter "TMA
"And denoted) and silane (SiH 4) and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5) 2) ( hereinafter, a" referred to as CP 2 Mg ").
【００１４】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。First, a single-crystal sapphire substrate 1 whose main surface is the a-plane cleaned by organic cleaning and heat treatment is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of an MOVPE apparatus. Next, while flowing H 2 at normal pressure into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / min, the temperature was 1100
The sapphire substrate 1 was subjected to gas-phase etching at a temperature of ℃.
【００１５】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。Next, by lowering the temperature to 400 ° C., and H 2
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 × 10 -5
Supplying at mol / min, an AlN buffer layer 2 was formed to a thickness of about 500 °.
【００１６】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H2を20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMG
を 1.7×10-4モル／分、H2で0.86ppm まで希釈したシラ
ン(SiH4)を 200ml／分の割合で30分間供給し、膜厚約2.
2μm、キャリア濃度 1.5×10 18/ cm3 のGaN から成る高
キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is reduced to 1150 ° C.
Hold and hTwo20 liter / min, NHThree10 liter / min, TMG
To 1.7 × 10-FourMol / min, HTwoSila diluted to 0.86 ppm with
(SiHFour) At a rate of 200 ml / min for 30 minutes, and a film thickness of about 2.
2μm, carrier concentration 1.5 × 10 18/ cmThreeGaN made of high
Carrier concentration n+Layer 3 was formed.
【００１７】続いて、サファイア基板１の温度を1150℃
に保持し、H2を20 liter/ 分、NH3を10 liter/ 分、TMG
を1.7 ×10-4モル／分の割合で20分間供給し、膜厚約
1.5μm、キャリア濃度 1×1015/ cm3 のGaN から成る低
キャリア濃度ｎ層４を形成した。Subsequently, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 1150 ° C.
Held in the H 2 20 liter / min, the NH 3 10 liter / min, TMG
At a rate of 1.7 × 10 -4 mol / min for 20 minutes,
A low carrier concentration n layer 4 made of GaN having a thickness of 1.5 μm and a carrier concentration of 1 × 10 15 / cm 3 was formed.
【００１８】次に、サファイア基板１を 900℃にして、
Ｈ2 を20 liter/ 分、NH3 を10 liter/ 分、TMG を 1.7
×10-4モル／分、CP2Mg を 3×10-6モル／分の割合で 3
分間供給して、膜厚0.2μmのGaN から成るｉ層５を形成
した。この状態では、ｉ層５は絶縁体である。Next, the sapphire substrate 1 is heated to 900 ° C.
H 2 20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.7
× 10 -4 mol / min, CP 2 Mg at 3 × 10 -6 mol / min
For 2 minutes to form an i-layer 5 made of GaN having a thickness of 0.2 μm. In this state, the i-layer 5 is an insulator.
【００１９】次に、反射電子線回析装置を用いて、この
ｉ層５に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件
は、加速電圧10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度
0.2mm/sec、ビーム径60μmφ、真空度2.1 ×10-5Torrで
ある。この電子線の照射により、ｉ層５は抵抗率は108
Ωcm以上の絶縁体から抵抗率40Ωcmのｐ導電型半導体と
なった。このようにして、ｐ導電型を示すｐ層５が得ら
れる。Next, the i-layer 5 was uniformly irradiated with an electron beam using a reflection electron beam diffraction apparatus. Electron beam irradiation conditions are: acceleration voltage 10 KV, sample current 1 μA, beam moving speed
0.2 mm / sec, beam diameter 60 μmφ, degree of vacuum 2.1 × 10 −5 Torr. Due to this electron beam irradiation, the i-layer 5 has a resistivity of 10 8
From an insulator of Ωcm or more, a p-type semiconductor having a resistivity of 40 Ωcm was obtained. Thus, p layer 5 having p conductivity type is obtained.
【００２０】このようにして、図２に示すような多層構
造のウエハが得られた。Thus, a wafer having a multilayer structure as shown in FIG. 2 was obtained.
【００２１】以下に述べられる図３から図７、図９から
図１２は、ウエハ上の１つの素子のみを示す断面図であ
り、実際は、この素子が連続的に繰り返されたウエハに
ついて、処理が行われ、その後、各素子毎に切断され
る。FIGS. 3 to 7 and FIGS. 9 to 12 described below are cross-sectional views showing only one device on the wafer. In practice, processing is performed on a wafer in which this device is continuously repeated. This is performed, and thereafter, each element is cut.
【００２２】図３に示すように、ｐ層５の上に、スパッ
タリングによりSiO2層１１を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層１１上にフォトレジスト１２を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト１２
を高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａとそ
の電極形成部をｐ層５に対する電極と絶縁分離する溝を
形成する部位Ｂのフォトレジストを除去したパターンに
形成した。次に、図４に示すように、フォトレジスト１
２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。As shown in FIG. 3, an SiO 2 layer 11 was formed to a thickness of 2000 ° on the p layer 5 by sputtering.
Next, a photoresist 12 is applied on the SiO 2 layer 11, and the photoresist 12 is applied by photolithography.
Was formed in a pattern in which the photoresist at the portion A where the electrode was formed for the high carrier concentration n + layer 3 and the portion B where the groove for insulating and separating the electrode forming portion from the electrode for the p layer 5 was removed. Next, as shown in FIG.
The SiO 2 layer 11 not covered with 2 was removed with a hydrofluoric acid-based etchant.
【００２３】次に、図５に示すように、フォトレジスト
１２及びSiO2層１１によって覆われていない部位のｐ層
５とその下の低キャリア濃度ｎ層４と高キャリア濃度ｎ
+ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44
W/cm2 、CCl2F2ガスを10ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。Next, as shown in FIG. 5, the p layer 5 in a portion not covered by the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11, the low carrier concentration n layer 4 thereunder, and the high carrier concentration n
+ A part of the upper surface of layer 3 was vacuumed at 0.04 Torr and high frequency power was 0.44
After W / cm 2 and CCl 2 F 2 gas were supplied at a rate of 10 ml / min to perform dry etching, dry etching was performed using Ar.
【００２４】次に、図６に示すように、ｐ層５上に残っ
ているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 layer 11 remaining on the p layer 5 was removed with hydrofluoric acid.
【００２５】次に、図７に示すように、試料の上全面
に、Al層１３を蒸着により形成した。そして、そのAl層
１３の上にフォトレジスト１４を塗布して、フォトリソ
グラフにより、そのフォトレジスト１４が高キャリア濃
度ｎ+ 層３及びｐ層５に対する電極部が残るように、所
定形状にパターン形成した。Next, as shown in FIG. 7, an Al layer 13 was formed on the entire surface of the sample by vapor deposition. Then, a photoresist 14 is applied on the Al layer 13, and the photoresist 14 is patterned into a predetermined shape by photolithography so that the electrode portions for the high carrier concentration n + layer 3 and the p layer 5 remain. did.
【００２６】次に、図７に示すようにそのフォトレジス
ト１４をマスクとして下層のAl層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングし、フォトレジスト１４をア
セトンで除去し、高キャリア濃度ｎ+ 層３の電極８、ｐ
層５の電極７を形成した。Next, as shown in FIG. 7, the exposed portion of the lower Al layer 13 is etched with a nitric acid-based etchant using the photoresist 14 as a mask, the photoresist 14 is removed with acetone, and the high carrier concentration n + Electrode 8 of layer 3, p
The electrode 7 of the layer 5 was formed.
【００２７】その後、上記の如く処理されたウエハは、
各素子毎に切断され、図１に示すｐｎ構造の窒化ガリウ
ム系発光素子を得た。Thereafter, the wafer processed as described above is
Each element was cut to obtain a gallium nitride-based light emitting element having a pn structure shown in FIG.
【００２８】このようにして製造された発光ダイオード
１０の発光強度を測定したところ10mcd であった。これ
は、単純にｉ層とキャリア濃度 5×1017/ cm3 、厚さ4
μmのｎ層とを接続した従来の発光ダイオードに比べ
て、発光強度が10倍に向上した。The light emission intensity of the light emitting diode 10 manufactured as described above was 10 mcd. This is simply the i-layer and carrier concentration of 5 × 10 17 / cm 3 , thickness 4
The luminous intensity was improved by a factor of 10 as compared with a conventional light emitting diode connected to a μm n-layer.
【００２９】さらに、i 層を使用したときの駆動電圧(1
0mA)が10〜15V ばらついたのが、ｐ層の導入により駆動
電圧は7V程度と低くなりばらつきも少なくなった。Further, the drive voltage (1
(0 mA) varied from 10 to 15 V, but the introduction of the p-layer reduced the driving voltage to about 7 V and reduced the variation.
【００３０】又、発光面を観察した所、発光点の数が増
加していることも観察された。When the light emitting surface was observed, it was also observed that the number of light emitting points increased.
【００３１】尚、比較のために、低キャリア濃度ｎ層４
のキャリア濃度を各種変化させた上記試料を製造して、
発光強度及び発光スペクトラムを測定した。その結果
を、図８に示す。For comparison, the low carrier concentration n layer 4
Producing the above sample with various carrier concentrations of
The emission intensity and emission spectrum were measured. FIG. 8 shows the result.
【００３２】キャリア濃度が増加するに連れて、発光強
度が減少し、且つ、発光波長が赤色側に変位することが
分かる。このことは、ドーピング元素のシリコンがｐ層
５に不純物元素として拡散または混入するためであると
思われる。It can be seen that, as the carrier concentration increases, the emission intensity decreases and the emission wavelength shifts to the red side. This is presumably because silicon as the doping element diffuses or mixes into the p layer 5 as an impurity element.
【００３３】又、発光ダイオード１０は、次のようにし
て製造することもできる。Further, the light emitting diode 10 can be manufactured as follows.
【００３４】上述したのと同様な方法で、図２に示すよ
うに各層を積層させる。ただし、ｐ層５に代えてｉ層５
０（図９）が積層されている。即ち、ｉ層５０には電子
線が照射されていない。従って、この積層状態では、ｉ
層５０は絶縁体（ｉ型）である。In the same manner as described above, each layer is laminated as shown in FIG. However, instead of the p layer 5, the i layer 5
0 (FIG. 9) are stacked. That is, the i-layer 50 is not irradiated with the electron beam. Therefore, in this stacked state, i
The layer 50 is an insulator (i-type).
【００３５】次に、この積層されたウエハにおいて、図
９に示すように、高キャリア濃度ｎ + 層３に対する電極
形成部位Ａだけに、エッチングにより溝が形成された。Next, FIG.
As shown in FIG. 9, the high carrier concentration n +Electrode for layer 3
A groove was formed only in the formation site A by etching.
【００３６】次に、図１０に示すように、ｉ層５０の一
部にのみ、電子線を照射して、ｐ導電型半導体のｐ層５
が形成された。この時、ｐ層５以外の部分、即ち、電子
線の照射されなかった部分は、絶縁体のｉ層５０のまま
である。従って、ｐ層５は、縦方向に対しては、低キャ
リア濃度ｎ層４とｐｎ接合を形成するが、横方向には、
ｐ層５は、周囲に対して、ｉ層５０により電気的に絶縁
分離される。Next, as shown in FIG. 10, only a part of the i-layer 50 is irradiated with an electron beam, so that the p-type semiconductor p-layer 5 is formed.
Was formed. At this time, the portion other than the p-layer 5, that is, the portion not irradiated with the electron beam, remains the insulator i-layer 50. Accordingly, the p layer 5 forms a pn junction with the low carrier concentration n layer 4 in the vertical direction, but forms a pn junction in the horizontal direction.
The p layer 5 is electrically insulated and separated from the surroundings by the i layer 50.
【００３７】次に、図１１に示すように、ｐ層５とｉ層
５０と高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ
の上全面に、Al層２０が蒸着により形成された。そし
て、そのAl層２０の上にフォトレジスト２１を塗布し
て、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト２１
が高キャリア濃度ｎ+ 層３及びｐ層５に対する電極部が
残るように、所定形状にパターン形成した。Next, as shown in FIG. 11, the electrode formation site A for the p layer 5, the i layer 50, and the high carrier concentration n + layer 3
Al layer 20 was formed on the entire upper surface by vapor deposition. Then, a photoresist 21 is applied on the Al layer 20, and the photoresist 21 is applied by photolithography.
Was patterned in a predetermined shape so that the electrode portions for the high carrier concentration n + layer 3 and the p layer 5 remained.
【００３８】次に、そのフォトレジスト２１をマスクと
して下層のAl層２０の露出部を硝酸系エッチング液でエ
ッチングし、フォトレジスト２１をアセトンで除去し、
図１２に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３の電極５
２、ｐ層５の電極５１を形成した。Next, the exposed portion of the lower Al layer 20 is etched with a nitric acid-based etchant using the photoresist 21 as a mask, and the photoresist 21 is removed with acetone.
As shown in FIG. 12, the electrode 5 of the high carrier concentration n + layer 3
2. The electrode 51 of the p layer 5 was formed.
【００３９】その後、上述のように形成されたウエハが
各素子毎に切断された。Thereafter, the wafer formed as described above was cut for each element.
【００４０】尚、マグネシウムMgのドーピングガスは、
上述のガスの他、メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウムMg((C5H5)CH3)2を用いても良い。The doping gas of magnesium Mg is:
In addition to the above gases, methylcyclopentadienyl magnesium Mg ((C 5 H 5 ) CH 3 ) 2 may be used.
【００４１】又、上記実施例では、ｐ層のドーピング元
素は、マグネシウム(Mg)である。Mgを単にドーピングし
た場合には、ｉ型（絶縁）となる。このｉ型の層に電子
線を照射することで、ｐ導電型に変化させることができ
る。電子線の照射条件としては、加速電圧１KV〜50KV、
試料電流0.1 μA 〜1mA が望ましい。In the above embodiment, the doping element of the p-layer is magnesium (Mg). When Mg is simply doped, it becomes i-type (insulated). By irradiating the i-type layer with an electron beam, it can be changed to a p-type. The irradiation conditions of the electron beam are as follows: acceleration voltage 1KV-50KV,
A sample current of 0.1 μA to 1 mA is desirable.
【００４２】又、上記低キャリア濃度ｎ層のキャリア濃
度は1 ×1014〜 1×1017／cm3 で膜厚は 0.5〜2μmが望
ましい。キャリア濃度が 1×1017／cm3 以上となると発
光強度が低下するので望ましくなく、 1×1014／cm3 以
下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流
すと発熱するので望ましくない。又、膜厚が2μm以上と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくなく、膜厚が0.5μm以下となると
発光強度が低下するので望ましくない。The low carrier concentration n layer preferably has a carrier concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3 and a thickness of 0.5 to 2 μm. When the carrier concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or more, the emission intensity is undesirably reduced, and when the carrier concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when a current is applied. . On the other hand, when the film thickness is 2 μm or more, the series resistance of the light emitting element becomes excessively high, and heat is generated when a current is applied.
【００４３】更に、高キャリア濃度ｎ+ 層のキャリア濃
度は 1×1017〜 1×1019／cm3 で膜厚は2〜10μmが望ま
しい。キャリア濃度が 1×1019／cm3 以上となると結晶
性が悪化するので望ましくなく、 1×1017／cm3 以下と
なると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと
発熱するので望ましくない。又、膜厚が10μm 以上とな
ると基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μm 以
下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流
すと発熱するので望ましくない。上記のように、低キャ
リア濃度ｎ層と高キャリア濃度ｎ+ 層との２重層構造と
することで、発光ダイオードの青色の発光強度を増加さ
せることができる。Further, it is desirable that the carrier concentration of the high carrier concentration n + layer is 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 and the film thickness is 2 to 10 μm. When the carrier concentration is 1 × 10 19 / cm 3 or more, the crystallinity is deteriorated, which is not desirable. When the carrier concentration is 1 × 10 17 / cm 3 or less, the series resistance of the light emitting element becomes too high and heat is generated when a current is applied. . On the other hand, if the film thickness is 10 μm or more, the substrate is curved, which is not desirable. As described above, with the double-layer structure including the low carrier concentration n layer and the high carrier concentration n + layer, the blue light emission intensity of the light emitting diode can be increased.
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a specific embodiment of the present invention.
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the light-emitting diode of the embodiment.
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing step of the light-emitting diode of the embodiment.
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing step of the light-emitting diode of the same embodiment.
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the manufacturing process of the light-emitting diode of the example.
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。FIG. 7 is a sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.
【図８】低キャリア濃度ｎ層のキャリア濃度と発光強度
及び発光波長との関係を示した測定図。FIG. 8 is a measurement diagram showing the relationship between the carrier concentration of a low carrier concentration n-layer, emission intensity, and emission wavelength.
【図９】他の製造方法による発光ダイオードの製造工程
を示した断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing a light emitting diode by another manufacturing method.
【図１０】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing process of a light-emitting diode according to another manufacturing method.
【図１１】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 11 is a sectional view showing a step of manufacturing a light emitting diode by another manufacturing method.
【図１２】他の製造方法による発光ダイオードの製造工
程を示した断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing a light emitting diode according to another manufacturing method.
１０─発光ダイオード １─サファイア基板 ２─バッファ層 ３─高キャリア濃度ｎ+ 層 ４─低キャリア濃度ｎ層 ５─ｐ層 ５０─ｉ層 ７，８，５１，５２─電極10 light emitting diode 1 sapphire substrate 2 buffer layer 3 high carrier concentration n + layer 4 low carrier concentration n layer 5 p layer 50 layer i layer 7, 8, 51, 52 electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 396020800 科学技術振興事業団 埼玉県川口市本町４丁目１番８号 (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 佐々 道成 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 橋本 雅文 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町（番地なし) 名古屋大学内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA04 AA24 AA40 CA02 CA03 CA12 CA40 CA49 CA50 CA57 CA65 CA74 CA76 CA77 CB36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (71) Applicant 396020800 Japan Science and Technology Corporation 4-1-8, Honcho, Kawaguchi-shi, Saitama Within Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Michinari Sasami 1 Ochiai Nagahata, Kasuga-machi, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Inside Toyoda Gosei Co., Ltd. Within the company (72) Inventor Shiro Yamazaki 1 Ochiai Nagahata, Kasuga-machi, Nishi-Kasugai-gun, Aichi Prefecture Inside Toyoda Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Isamu Akasaki, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi (No address) Nagoya Univ. The internal F-term (reference) 5F041 AA03 AA04 AA24 AA40 CA02 CA03 CA12 CA40 CA49 CA50 CA57 CA65 CA74 CA76 CA77 CB36
Claims (1)
０19／cm3 の範囲の所定の値に設定されたｎ型のGaN か
ら成る高キャリア濃度層と、 前記高キャリア濃度層の上に形成された電子濃度が１×
１０14〜１×１０17／cm3 の範囲のｎ型のGaN から成る
低キャリア濃度層と、 マグネシウム(Mg)が添加されたｐ型のAlXGa1-XN(;X=0を
含む) から成るｐ層とを有することを特徴とする窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子。A sapphire substrate; a buffer layer formed on the sapphire substrate; and silicon (Si) doped to have an electron concentration of 1 × 10 17 to 1 × 1.
A high carrier concentration layer made of n-type GaN set to a predetermined value in the range of 0 19 / cm 3 , and an electron concentration formed on the high carrier concentration layer being 1 ×
Including a low carrier concentration layer made of n-type GaN in the range of 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3 , and a p-type Al X Ga 1 -X N (; X = 0 to which magnesium (Mg) is added) A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device comprising:
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| JP2002065808A JP2002270892A (en) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | Gallium nitride compound semiconductor light-emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP25915499A Division JP3383242B2 (en) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2425652A (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-01 | Sharp Kk | A semiconductor light-emitting device |
| KR100814921B1 (en) | 2006-11-10 | 2008-03-19 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting diode |
| US7417258B2 (en) | 2005-04-28 | 2008-08-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device, and a method of manufacture of a semiconductor device |
-
2002
- 2002-03-11 JP JP2002065808A patent/JP2002270892A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2425652A (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-01 | Sharp Kk | A semiconductor light-emitting device |
| US7417258B2 (en) | 2005-04-28 | 2008-08-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device, and a method of manufacture of a semiconductor device |
| KR100814921B1 (en) | 2006-11-10 | 2008-03-19 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting diode |
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| A761 | Written withdrawal of application |
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