JP2005252309A - Manufacturing method of gallium nitride based semiconductor light emitting element - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a gallium nitride based semiconductor light emitting element which has an uniform operation voltage and high light emitting efficiency. <P>SOLUTION: In this method a layer composed of indium gallium nitride is formed by metal chemical vapor deposition in a range of a deposition rate of ≥0.5 μm/h and of a temperature between 800°C and 1000°C. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法に関し、特に窒化ガリウム系半導体
発光素子構造中のｎ型半導体層の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing an n-type semiconductor layer in a gallium nitride based semiconductor light emitting device structure.

窒化ガリウム系半導体は直接遷移型の光学遷移を行うため高効率発光再結合を可能とし
、半導体レーザあるいは高輝度ＬＥＤなどの高効率発光素子材料として開発されている。
窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた青色から緑色までのＬＥＤは、実用化されている
。図２は従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示した断面図である。従来の窒化
ガリウム系半導体発光素子は、サファイア基板２１上にバッファ層２２、ｎ⁻ＧａＮコン
タクト層２３、ＩｎＧａＮ活性層２４、ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層２５、ｐ⁻ＧａＮコン
タクト層２６を順次形成している。そしてｐ⁻ＧａＮコンタクト層２６上にｐ⁻側電極２
７を有し、ｎ⁻ＧａＮコンタクト層２３上の一部にｎ⁻側電極２８を有している。 Gallium nitride semiconductors are capable of high-efficiency recombination due to direct transition optical transition, and have been developed as high-efficiency light-emitting element materials such as semiconductor lasers and high-intensity LEDs.
LEDs from blue to green using gallium nitride based semiconductor light emitting devices have been put into practical use. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device. In the conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device, a buffer layer 22, an n ⁻ GaN contact layer 23, an InGaN active layer 24, a p ⁻ AlGaN cladding layer 25 and a p ⁻ GaN contact layer 26 are sequentially formed on a sapphire substrate 21. . Then, the p ⁻ side electrode 2 is formed on the p ⁻ GaN contact layer 26.
7, and an n ⁻ side electrode 28 is partially provided on the n ⁻ GaN contact layer 23.

図２に示す従来の窒化ガリウム系半導体発光素子において、その動作電圧は低く、青色
発光ＬＥＤ（４５０ｎｍ）を例にとれば、活性層のエネルギーギャップ（約２．７Ｖ）と
素子構造内部の抵抗成分から約３Ｖ程度と見積もられる。しかしながら実用化されている
素子は３．６〜４．０Ｖ程度の高い動作電圧を示す。この原因はｐ型半導体層の電流注入
用金属電極との高コンタクト抵抗や、ｎ型半導体層における高抵抗率である。ｎ⁻ＧａＮ
コンタクト層２３中の電圧は動作電圧の増加の一因である。図２に示したような表面コン
タクト型（素子表面からｐ、ｎの電極を取る）の素子は、上下コンタクト型（基板裏面に
一方の電極を取る）の素子に比べｎ型コンタクト層２３中におけるキャリアの移動距離が
数百倍にもなり、ｎ⁻ＧａＮコンタクト層２３中での電圧降下が比較的大きくなる。形状
と結晶特性から見積もられる抵抗成分は約３０Ωであり２０ｍＡでの電圧降下は０．６Ｖ
と大きな値になる。ｎ型コンタクト層２３には主にＧａＮやＡｌＧａＮが用いられている
。これらの材料へ不純物をドーピングして抵抗率を低減することができる。通常ｎ型の不
純物にはＳｉが用いられる。しかしながら高濃度のドーピングは欠陥結晶の発生の原因と
なる。濃度約５Ｅ１８ｃｍ^−３を超えると、結晶に六角錐状のピットがあらわれ平坦性を
損なう原因となる。従って不純物をｎ型コンタクト層中へ高濃度ドーピングできないため
、ｎ型コンタクト層における電圧降下は動作電圧を高める原因となる。 In the conventional gallium nitride based semiconductor light emitting device shown in FIG. 2, the operating voltage is low. For example, when a blue light emitting LED (450 nm) is taken as an example, the energy gap (about 2.7 V) of the active layer and the resistance component inside the device structure Is estimated to be about 3V. However, devices that are put into practical use exhibit a high operating voltage of about 3.6 to 4.0V. This is due to the high contact resistance of the p-type semiconductor layer with the metal electrode for current injection and the high resistivity of the n-type semiconductor layer. n ^- GaN
The voltage in the contact layer 23 contributes to an increase in operating voltage. The surface contact type element (p and n electrodes are taken from the element surface) as shown in FIG. 2 is in the n type contact layer 23 as compared with the upper and lower contact type elements (one electrode is taken on the back side of the substrate). The moving distance of carriers is several hundred times, and the voltage drop in the n ⁻ GaN contact layer 23 becomes relatively large. The resistance component estimated from the shape and crystal characteristics is about 30Ω, and the voltage drop at 20 mA is 0.6V.
And a big value. For the n-type contact layer 23, GaN or AlGaN is mainly used. These materials can be doped with impurities to reduce the resistivity. Usually, Si is used for n-type impurities. However, high concentration doping causes the generation of defective crystals. If the concentration exceeds about 5E18 cm ⁻³ , hexagonal pyramid pits appear in the crystal, which causes the flatness to be impaired. Therefore, since the impurity cannot be doped at a high concentration into the n-type contact layer, the voltage drop in the n-type contact layer causes the operating voltage to increase.

また、従来構造では発光の均一性が低いという問題がある。一般に窒化ガリウム系半導
体はＧａＡｓ、ＧａＰ等の３、４族化合物半導体に比べて電流を流しにくい性質を持つ。
従ってｎ⁻側電極から供給される電子はｎ⁻ＧａＮコンタクト層２３内において横方向へ
広がりにくく、ｎ⁻側電極からの最短距離を通って達する活性層の一部分に集中してしま
うからである。そこでｎ型半導体中にＩｎを有する高キャリア濃度半導体層を設けて、活
性層へのキャリア注入を均一にすることにより発光を均一に行う化合物半導体発光素子が
考案されている（特開平８−２３１２４）。図３はその窒化ガリウム系半導体発光素子の
構造を示す断面図である。サファイア基板３１上にバッファ層３２、ｎ⁻ＧａＮコンタク
ト層３３を順次有し、ｎ⁻ＧａＮコンタクト層３３上に、ｎ⁻ＩｎＡｌＧａＮ層３４を有
している。ｎ⁻ＩｎＡｌＧａＮ層３４上にはｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層３５、ＩｎＧａＮ
活性層３６、ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層３７、ｐ⁻ＧａＮコンタクト層３８を順次形成し
ている。ｐ⁻ＧａＮコンタクト層３８上にｐ⁻側電極３９を有し、ｐ⁻ＧａＮコンタクト
層３８、ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層３７、ＩｎＧａＮ活性層３６、ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッ
ド層３５、ｎ⁻ＩｎＡｌＧａＮ層３４およびｎ⁻ＧａＮコンタクト層３３の一部をエッチ
ングし露出したｎ⁻ＧａＮコンタクト層３３上にｎ⁻側電極４０を有している。なお、こ
の窒化ガリウム系半導体発光素子の層厚はｎ⁻ＧａＮコンタクト層３３が１μｍ〜５μｍ
、ｎ⁻ＩｎＡｌＧａＮ層３４が１０Å〜１μｍ、ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層３５及びｐ⁻
ＡｌＧａＮクラッド層３７及びｐ⁻ＧａＮコンタクト層３８が５０Å〜１μｍ、ＩｎＧａ
Ｎ活性層３６が５０Å〜０．５μｍである。この構造ではｎ型コンタクト層から供給され
た電子がキャリア濃度の高いｎ型ＩｎＡｌＧａＮ中を通って均一に広がり、活性層での発
光の均一性を向上することができている。しかしながら、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層３４は１
μｍ以下の薄膜であるため、この層中における抵抗成分も比較的大きく、この素子の２０
ｍＡにおける動作電圧は３．３Ｖである。従ってこの構造においても動作電圧に対する改
善効果はまだ不充分である。 Further, the conventional structure has a problem that the uniformity of light emission is low. In general, gallium nitride-based semiconductors have a property that current is less likely to flow than group 3 and 4 compound semiconductors such as GaAs and GaP.
Therefore, electrons supplied from the n ⁻ side electrode are difficult to spread in the lateral direction in the n ⁻ GaN contact layer 23 and concentrate on a part of the active layer reaching through the shortest distance from the n ⁻ side electrode. Therefore, a compound semiconductor light emitting device has been devised that emits light uniformly by providing a high carrier concentration semiconductor layer containing In in an n-type semiconductor and making carrier injection into the active layer uniform (JP-A-8-23124). ). FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device. A buffer layer 32 and an n ⁻ GaN contact layer 33 are sequentially provided on the sapphire substrate 31, and an n ⁻ InAlGaN layer 34 is provided on the n ⁻ GaN contact layer 33. On the n ⁻ InAlGaN layer 34, an n ⁻ AlGaN cladding layer 35 and InGaN
An active layer 36, a p ^- AlGaN cladding layer 37, and a p ^- GaN contact layer 38 are sequentially formed. p ^- p on the GaN contact layer 38 ^- have a side electrode ^39, p - GaN contact layer ^38, p - AlGaN cladding layer 37, InGaN active layer ^36, n - AlGaN cladding layer ^35, n - InAlGaN layer 34 and the n ^The n ⁻ side electrode 40 is provided on the n ⁻ GaN contact layer 33 exposed by etching a part of the GaN contact layer 33. The layer thickness of the gallium nitride based semiconductor light emitting device is 1 to 5 μm for the n ^- GaN contact layer 33.
, N ⁻ InAlGaN layer 34 is 10 μm to 1 μm, n ⁻ AlGaN cladding layer 35 and p ^−.
AlGaN cladding layer 37 and p ⁻ GaN contact layer 38 are 50 μm to 1 μm, InGa
The N active layer 36 has a thickness of 50 to 0.5 μm. In this structure, electrons supplied from the n-type contact layer spread uniformly through the n-type InAlGaN having a high carrier concentration, and the uniformity of light emission in the active layer can be improved. However, the n-type InAlGaN layer 34 is 1
Since it is a thin film of μm or less, the resistance component in this layer is also relatively large.
The operating voltage at mA is 3.3V. Therefore, even in this structure, the improvement effect on the operating voltage is still insufficient.

また図２及び図３に示した従来構造では、活性層のＩｎＧａＮ５及び３６は膜厚が薄い
ために比較的厚いｎ⁻ＧａＮコンタクト層３及び３３に格子整合して成長しており、結晶
中に歪を含んで形成されている。ＩｎＧａＮはＧａＮよりも格子定数が大きいために、Ｇ
ａＮコンタクト層に格子整合したＩｎＧａＮ活性層の結晶中には圧縮歪が生じる。これに
よりＩｎＧａＮ内にはピエゾ電界が発生し、結晶内に存在するキャリア（電子と正孔）を
空間的に分離するため、再結合確率の低下を伴う。これはＬＥＤ内の内部量子効率を低下
させるものであり、望ましくない。以上において従来の窒化ガリウム系発光素子ではいく
つかの問題を含んでいた。本発明は上記事情に顧みてなされたものであり、その目的は動
作電圧が低く発光が均一で、且つ発光効率の高い窒化ガリウム系発光素子並びにこれらの
製造方法を提供することにある。 In the conventional structure shown in FIGS. 2 and 3, since the active layers InGaN 5 and 36 are thin, they grow in lattice matching with the relatively thick n ⁻ GaN contact layers 3 and 33, It is formed including distortion. Since InGaN has a larger lattice constant than GaN, G
Compressive strain is generated in the crystal of the InGaN active layer lattice-matched to the aN contact layer. As a result, a piezoelectric field is generated in InGaN, and carriers (electrons and holes) existing in the crystal are spatially separated, which is accompanied by a decrease in recombination probability. This reduces the internal quantum efficiency in the LED and is undesirable. As described above, the conventional gallium nitride-based light emitting device has some problems. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gallium nitride-based light emitting device having a low operating voltage, uniform light emission and high light emission efficiency, and a method for manufacturing the same.

本願発明の一態様によれば、有機金属気相成長法により、成長速度０．５μｍ/ｈ以上
、温度８００℃以上１０００℃以下の範囲において窒化インジウムガリウムからなる層を
形成することを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a layer made of indium gallium nitride is formed by a metal organic vapor phase epitaxy method at a growth rate of 0.5 μm / h or higher and a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. A method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device is provided.

本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造により動作電圧が低く、活性層の
均一発光が得られ、かつ発光出力の向上した素子を実現することができる。 According to the structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device of the present invention, an element having a low operating voltage, uniform light emission of the active layer, and improved light emission output can be realized.

本発明における実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明における窒化ガリ
ウム系半導体発光素子の構造を示す断面図である。本実施例はＩｎを含有したｎ⁻コンタ
クト層を有し、そのｎ⁻コンタクト層上にｎ⁻側電極を有している点で従来例と異なる。
構造について詳しく説明する。サファイア基板１上にバッファ層２を有し、バッファ層２
上にＩｎを含むｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３を形成している。ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタク
ト層３上に、ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド４層を有している。ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４上
にはＩｎＧａＮ活性層５、ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ⁻ＧａＮコンタクト層７を順
次形成している。ｐ⁻ＧａＮコンタクト層７上にアノード電極８を有し、ｐ⁻ＡｌＧａＮ
クラッド層７、ＩｎＧａＮ活性層５、ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４およびｎ⁻ＩｎＧａＮ
コンタクト層３の一部をエッチングし露出したｎ−ＩｎＧａＮコンタクト層３上にｎ⁻側
電極９を有している。なお層厚について、 ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３は４μｍ、
ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４及びｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層６及びｐ⁻ＧａＮコンタクト
層７は０．１μｍ、 ＩｎＧａＮ活性層５は２０Åである。ｎ−ＩｎＧａＮコンタクト層
３の組成比はＧａが０．９、Ｉｎは０．１である。 Embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention. This example n contained In ^- has a contact layer, the n ^- different from the conventional example in that it has a side electrode ^- n on the contact layer.
The structure will be described in detail. A buffer layer 2 is provided on the sapphire substrate 1, and the buffer layer 2
An n ⁻ InGaN contact layer 3 containing In is formed thereon. On the n ⁻ InGaN contact layer 3, there are four n ⁻ AlGaN cladding layers. On the n ⁻ AlGaN cladding layer 4, an InGaN active layer 5, a p ⁻ AlGaN cladding layer 6, and a p ⁻ GaN contact layer 7 are sequentially formed. An anode electrode 8 is provided on the p ⁻ GaN contact layer 7, and p ⁻ AlGaN.
Cladding layer 7, InGaN active layer 5, n ⁻ AlGaN cladding layer 4 and n ⁻ InGaN
An n ⁻ side electrode 9 is provided on the n-InGaN contact layer 3 exposed by etching a part of the contact layer 3. Regarding the layer thickness, the n ⁻ InGaN contact layer 3 is 4 μm,
The n ⁻ AlGaN cladding layer 4, the p ⁻ AlGaN cladding layer 6 and the p ⁻ GaN contact layer 7 are 0.1 μm, and the InGaN active layer 5 is 20 μm. The composition ratio of the n-InGaN contact layer 3 is 0.9 for Ga and 0.1 for In.

次に本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明する。本
実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に
より形成した。詳しくは以下のプロセスにより結晶成長を行っている。まずサファイア基
板１を水素雰囲気中、１１００℃で１０分間クリーニングする。サファイア基板１を５０
０℃に降温し、成長原料を水素キャリアガスで供給してバッファ層２を形成する。基板温
度を１０００℃に昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を窒素キャリアガスで供給
してｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３を形成する。なおｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３を４
μｍの層厚に形成するために、成長速度を通常よりも大きくする必要がある。ＩｎＧａＮ
層の成長においてＴＭＧの供給量がほぼ成長速度を決めるため、本実施例において１μｍ
／ｈの成長速度に対し８．３ｘ１０^−５ｍｏｌ／ｍｉｎとしている。形成されるＩｎＧａ
Ｎコンタクト層の電子キャリア濃度は５ｘ１０^１９ｃｍ^−３である。次に基板温度を１０
５０℃に昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を水素キャリアガスで供給してｎ⁻
ＡｌＧａＮクラッド層４を形成する。その後基板温度を７５０℃に降温し、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、ＮＨ_３を窒素キャリアガスで供給してＩｎＧａＮ活性層５を形成する。基板温度を１
０５０℃に昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ_３、Ｃｐ_２Ｍｇを水素キャリアガスで供給して
ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層６を形成する。基板温度を変えずにＴＭＧ、 ＮＨ_３、Ｃｐ_２
Ｍｇを水素キャリアガスで供給してｐ⁻ＧａＮコンタクト層７を形成する。次に得られた
構造に対しエッチングによりｐ⁻ＧａＮコンタクト層７、ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層６、
ＩｎＧａＮ活性層５、ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４、及びｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３
の一部を除去して露出したｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３上にｎ⁻側電極を形成する。ｐ
⁻ＧａＮコンタクト層７上にはｐ⁻側電極を形成して素子構造とした。 Next, a method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example will be described. The gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example was formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Specifically, crystal growth is performed by the following process. First, the sapphire substrate 1 is cleaned in a hydrogen atmosphere at 1100 ° C. for 10 minutes. 50 sapphire substrates 1
The temperature is lowered to 0 ° C., and the growth material is supplied with a hydrogen carrier gas to form the buffer layer 2. The substrate temperature is raised to 1000 ° C., and TMG, TMI, NH ₃ and SiH ₄ are supplied with a nitrogen carrier gas to form the n ⁻ InGaN contact layer 3. The n ⁻ InGaN contact layer 3 is changed to 4
In order to form a layer thickness of μm, it is necessary to make the growth rate larger than usual. InGaN
In the present embodiment, 1 μm is used because the supply amount of TMG almost determines the growth rate in the growth of the layer.
8.3 × 10 ⁻⁵ mol / min with respect to the growth rate of / h. InGa formed
The electron carrier concentration of the N contact layer is 5 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Next, the substrate temperature is set to 10
The temperature is raised to 50 ° C., TMG, TMA, NH ₃ , SiH ₄ are supplied with a hydrogen carrier gas, and n ⁻
An AlGaN cladding layer 4 is formed. Thereafter, the substrate temperature is lowered to 750 ° C., and TMG, TM
InGaN active layer 5 is formed by supplying I and NH ₃ with a nitrogen carrier gas. 1 substrate temperature
The temperature is raised to 050 ° C., and TMG, TMA, NH ₃ , and Cp ₂ Mg are supplied with a hydrogen carrier gas to form the p ^- AlGaN cladding layer 6. TMG, NH ₃ , Cp ₂ without changing substrate temperature
Mg is supplied with a hydrogen carrier gas to form the p ^- GaN contact layer 7. GaN contact layer ^7, p - - ^p to now the structure obtained by etching AlGaN clad layer 6,
InGaN active layer 5, n ⁻ AlGaN cladding layer 4, and n ⁻ InGaN contact layer 3
An n ⁻ side electrode is formed on the n ⁻ InGaN contact layer 3 exposed by removing a part of the n ⁻ InGaN contact layer 3. p
^A p ^- side electrode was formed on the GaN contact layer 7 to obtain an element structure.

本実施例における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造が従来例と異なる点はｎ⁻コン
タクト層３にＩｎを含んだＩｎＧａＮ混晶を用いており、４μｍの層厚を有することであ
る。図３に示した従来例ではＩｎ含有ｎ型層３４の結晶品質の観点からその膜厚を１μｍ
以下に制限しているため、動作電圧の十分な低減を図れないことは上述の通りである。本
実施例におけるｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層において、その電気的特性はキャリア濃度が
５ｘ１０^１９ｃｍ^−３で抵抗率が０．００１Ωｃｍであり、従来用いられていたＧａＮコ
ンタクト層の０．００８Ωｃｍ（キャリア濃度：５ｘ１０^１８ｃｍ^−３）より良好である
。従ってｎ⁻コンタクト層３における電圧降下を低減でき、素子の動作電圧を低減できる
。 The structure of the gallium nitride based semiconductor light emitting device in this example is different from the conventional example in that the n ⁻ contact layer 3 uses InGaN mixed crystal containing In and has a layer thickness of 4 μm. In the conventional example shown in FIG. 3, the thickness of the In-containing n-type layer 34 is 1 μm from the viewpoint of crystal quality.
As described above, the operating voltage cannot be sufficiently reduced because of the following limitation. In the n ⁻ InGaN contact layer in this example, the electrical characteristics are a carrier concentration of 5 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ and a resistivity of 0.001 Ωcm, which is 0.008 Ωcm (carrier concentration: Better than 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ). Therefore, the voltage drop in the n ⁻ contact layer 3 can be reduced, and the operating voltage of the element can be reduced.

更にｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３とｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４の積層構造も抵抗を
低減している。ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮとの大きなエネルギーギャップの差により、界面
方向へのキャリアの移動が促進されるためである。界面方向、すなわち横方向への電流の
広がりが容易になるため、活性層への均一なキャリア注入が行われる。この結果素子の均
一発光が実現できる。 Furthermore, the laminated structure of the n ⁻ InGaN contact layer 3 and the n ⁻ AlGaN cladding layer 4 also reduces the resistance. This is because the movement of carriers toward the interface is promoted by the large energy gap difference between InGaN and AlGaN. Since current spreading in the interface direction, that is, in the lateral direction is facilitated, uniform carrier injection into the active layer is performed. As a result, uniform light emission of the element can be realized.

ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３（Ｉｎ組成０．１）上に格子整合して成長したＩｎＧａ
Ｎ活性層５（Ｉｎ組成０．２５）はそのＩｎ組成差分だけ圧縮歪が生じている。しかしな
がら、ＧａＮを下地とした従来例の構造と比べると活性層中の歪量は小さい。ｎ⁻ＩｎＧ
ａＮコンタクト層３はインジウムを含有するため柔らかい結晶を有し、ＩｎＧａＮ活性層
５に生じる圧縮歪を緩和するためである。従って活性層内に発生するピエゾ電界は小さく
なり、電子と正孔の再結合確率が高くなり、効率の高い発光が可能となる。 InGa grown lattice-matched on the n ⁻ InGaN contact layer 3 (In composition 0.1)
In the N active layer 5 (In composition 0.25), compressive strain is generated by the difference in In composition. However, the amount of strain in the active layer is small compared to the structure of the conventional example based on GaN. n ^- InG
This is because the aN contact layer 3 contains soft crystals because it contains indium, and relieves compressive strain generated in the InGaN active layer 5. Therefore, the piezoelectric field generated in the active layer is reduced, the recombination probability of electrons and holes is increased, and highly efficient light emission is possible.

本実施例における発光素子に対しバイアスを印加して電流を注入したところ、活性層か
らの主発光波長４５０ｎｍの均一な発光が観察された。順方向電流２０ｍＡにおいて動作
電圧は３．０Ｖであり、発光出力は８ｍＷであった。 When a current was injected by applying a bias to the light emitting element in this example, uniform light emission with a main emission wavelength of 450 nm from the active layer was observed. At a forward current of 20 mA, the operating voltage was 3.0 V and the light emission output was 8 mW.

本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法において従来例と異なる点は
１μｍ／ｈの成長速度と高い成長温度でインジウムを含むコンタクト層を結晶成長してい
ることである。これにより膜の厚い高品質なＩｎＧａＮ結晶を形成することができる。膜
の厚いｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３を形成することによりｎ側電極９を形成するための
エッチングの遊度が大きくなり、ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層への電極形成が可能になる
。 The manufacturing method of the gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention is different from the conventional example in that the contact layer containing indium is grown at a growth rate of 1 μm / h and a high growth temperature. Thereby, a high-quality InGaN crystal having a thick film can be formed. By forming the thick n ⁻ InGaN contact layer 3, the etching freedom for forming the n-side electrode 9 is increased, and the electrode can be formed on the n ⁻ InGaN contact layer.

本発明における実施の形態は以上に示したものに限定されない。ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタ
クト層３の不純物はＳｉを用いたが、代わりにＧｅ、Ｏ、Ｃ等を用いても同様の効果を得
られる。 ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３の電子キャリア濃度は５ｘ１０^−１９ｃｍ^３と
したが、１ｘ１０^１９ｃｍ^−３乃至１ｘ１０^−２２ｃｍ^３の範囲で変更可能である。本実
施例における窒化ガリウム系半導体発光素子はｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層４を有している
が、ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３上に直接ＩｎＧａＮ活性層５を形成することも可能で
ある。しかしこの場合、ＩｎＧａＮ活性層５のＩｎ組成はｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３
よりも大きくする必要がある。本発明はＩｎを含有し１μｍ以上の層厚を有するｎ型半導
体層と、その上面にｎ⁻側電極を有する窒化ガリウム系半導体発光素子に関するものであ
り、この構造を満たすものであれば素子形成上問題のない範囲で構造の変更は可能である
。ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３の成長速度は１μｍ／ｈとしたがこれに限るものではな
く、素子形成上問題のない範囲で変更可能である。ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層３の成長
温度は１０００℃としたが、同様に素子形成上問題のない範囲で変更可能である。本実施
例は窒化ガリウム系ＬＥＤに関するものであるが、窒化ガリウム系ＬＤへの適用も可能で
ある。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施可能である。 Embodiments in the present invention are not limited to those shown above. The impurity of the n ⁻ InGaN contact layer 3 is Si, but the same effect can be obtained by using Ge, O, C, or the like instead. The electron carrier concentration of the n ⁻ InGaN contact layer 3 is 5 × 10 ⁻¹⁹ cm ³ , but can be changed in the range of 1 × 10 ¹⁹ cm ^{−3 to 1} × 10 ⁻²² cm ³ . Although the gallium nitride based semiconductor light emitting device in this embodiment has the n ⁻ AlGaN cladding layer 4, the InGaN active layer 5 can also be formed directly on the n ⁻ InGaN contact layer 3. However, in this case, the In composition of the InGaN active layer 5 is n ⁻ InGaN contact layer 3.
Need to be bigger than. The present invention is a n-type semiconductor layer having a layer thickness of more than 1μm containing an In, n on the upper surface ^- relates gallium nitride based semiconductor light-emitting device having a side electrode, the element formation as long as it satisfies the structure The structure can be changed as long as there is no problem. The growth rate of the n ⁻ InGaN contact layer 3 is 1 μm / h. However, the growth rate is not limited to this, and can be changed as long as there is no problem in element formation. Although the growth temperature of the n ⁻ InGaN contact layer 3 is set to 1000 ° C., it can be changed within the range where there is no problem in element formation. This embodiment relates to a gallium nitride LED, but can also be applied to a gallium nitride LD. Other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明における窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図、Sectional drawing which shows the structure of the gallium nitride semiconductor light-emitting device in this invention, 従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図、Sectional drawing which shows the structure of the conventional gallium nitride semiconductor light-emitting device, 従来の窒化ガリウム系半導体発光素子の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conventional gallium nitride semiconductor light-emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

１…サファイア基板
２…バッファ層
３…ｎ⁻ＩｎＧａＮコンタクト層
４…ｎ⁻ＡｌＧａＮクラッド層
５…ＩｎＧａＮ活性層
６…ｐ⁻ＡｌＧａＮクラッド層
７…ｐ⁻ＧａＮコンタクト層
８、 ９…電極 1 ... sapphire substrate 2 ... buffer layer ³ ... n - InGaN contact layer ⁴ ... n - AlGaN cladding layer 5 ... InGaN active layer ⁶ ... p - AlGaN cladding layer 7 ^... p - GaN contact layer 8, 9 ... electrode

Claims (5)

有機金属気相成長法により、成長速度０．５μｍ/ｈ以上、温度８００℃以上１０００
℃以下の範囲において窒化インジウムガリウムからなる層を形成することを特徴とする窒
化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。 Growth rate of 0.5 μm / h or more, temperature of 800 ° C. or more and 1000 by metalorganic vapor phase epitaxy
A method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device, comprising forming a layer made of indium gallium nitride in a temperature range of 0 ° C. or lower. 前記成長速度は、１μｍ/ｈ以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム
系半導体発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the growth rate is 1 μm / h or more. 前記窒化インジウムガリウムからなる層は１μｍ以上の層厚を有することを特徴とする
請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法。 2. The method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the layer made of indium gallium nitride has a layer thickness of 1 [mu] m or more. 前記窒化インジウムガリウムからなる層上にｎ型半導体層を形成する工程と、前記ｎ型
半導体層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上にｐ型半導体層を形成する工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方
法。 Forming an n-type semiconductor layer on the layer made of indium gallium nitride; forming an active layer on the n-type semiconductor layer; forming a p-type semiconductor layer on the active layer;
The method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising: 前記窒化インジウムガリウムからなる層はコンタクト層であり、前記ｎ型半導体層はク
ラッド層であり、前記活性層はインジウムを含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化
ガリウム系半導体発光素子の製造方法。 The gallium nitride based semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the layer made of indium gallium nitride is a contact layer, the n-type semiconductor layer is a cladding layer, and the active layer contains indium. Method.

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