JP2006040964A

JP2006040964A - Semiconductor light emitting element

Info

Publication number: JP2006040964A
Application number: JP2004214808A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takakura; 信之高倉; Yukihiro Kondo; 行廣近藤; Masaharu Yasuda; 正治安田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-02-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve emission efficiency by discharging light generated in a well layer without being absorbed in a p-type contact layer in a light emitting element using a group III nitride semiconductor on a substrate. <P>SOLUTION: An n-type contact layer 13 is formed of GaN. The well layer 14a of a light emitting layer 14 is formed of In<SB>0.25</SB>Ga<SB>0.75</SB>N with band gap energy W12=2.77 eV. A barrier layer 14b of the light emitting layer 14 is formed of GaN with band gap energy W13=3.42 eV. The p-type contact layer 15 is formed of In<SB>0.12</SB>Ga<SB>0.88</SB>N with the band gap energy W11=3.10 eV. Thus, activation energy of impurity is made small, conductivity and contact resistance of the p-type contact layer 15 are improved and a characteristic of the light emitting element 10 can be improved with W11<W13. W11 is not made to be small too much but W11>W12 are set. Light generated in the well layer 14a is not absorbed in the p-type contact layer 15 but is discharged. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体発光素子、特にIII族窒化物半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a group III nitride semiconductor light emitting device.

図７は、前記III族窒化物半導体発光素子１００の一般的な積層構造を示す断面図である。この半導体発光素子は、サファイア基板１０１を支持基板として、その上に前記サファイア基板１０１と以下に示す半導体層との格子定数の不整合を吸収するバッファ層１０２を介して、ｎ型窒化物半導体層であるｎ型コンタクト層１０３が積層され、さらに発光接合層（活性層）を有する発光層１０４、ｐ型窒化物半導体層であるｐ型コンタクト層１０５が順次積層された層構造を有している。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a general laminated structure of the group III nitride semiconductor light emitting device 100. This semiconductor light-emitting device uses an sapphire substrate 101 as a support substrate, and an n-type nitride semiconductor layer on the sapphire substrate 101 via a buffer layer 102 that absorbs a mismatch in lattice constant between the sapphire substrate 101 and the semiconductor layer described below. A light emitting layer 104 having a light emitting junction layer (active layer) and a p type contact layer 105 being a p type nitride semiconductor layer are sequentially laminated. .

また、前記ｎ型コンタクト層１０５上において該ｐ型コンタクト層１０５および発光層１０４の一部をエッチングによって前記ｎ型コンタクト層１０３が露出するまで除去することで、前記ｎ型コンタクト層１０３が露出した領域が、前記発光層１０４の積層領域に隣接して形成されている。前記ｎ型コンタクト層１０３の露出領域には、ｎ型パッド電極１０８が形成されており、一方、前記ｐ型コンタクト層１０５においてもｐ型透明電極１０６およびｐ型パッド電極１０７が形成されている。 Further, the n-type contact layer 103 is exposed by removing a part of the p-type contact layer 105 and the light emitting layer 104 by etching until the n-type contact layer 103 is exposed on the n-type contact layer 105. A region is formed adjacent to the stacked region of the light emitting layer 104. An n-type pad electrode 108 is formed in the exposed region of the n-type contact layer 103, while a p-type transparent electrode 106 and a p-type pad electrode 107 are also formed in the p-type contact layer 105.

そして、前記発光層１０４に順方向バイアスを印加（前記ｐ型コンタクト層１０５の電極にプラス電圧を印加）することによって、前記ｐ型コンタクト層１０５にそれぞれ設けた電極１０７から前記ｎ型コンタクト層１０３の露出部に設けた電極１０８に向かって電流が流れ、前記発光層１０４中の発光接合層にてホールと電子とが結合し、発光する。 Then, by applying a forward bias to the light emitting layer 104 (a positive voltage is applied to the electrode of the p-type contact layer 105), the n-type contact layer 103 is formed from the electrodes 107 provided on the p-type contact layer 105, respectively. A current flows toward the electrode 108 provided in the exposed portion of the light emitting layer, and holes and electrons are combined in the light emitting bonding layer in the light emitting layer 104 to emit light.

ここで、紫外から青色発光の発光素子については、材料としては、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮなどのIII族窒化物半導体が一般的に用いられている。 Here, a group III nitride semiconductor such as GaN, InGaN, AlGaN or the like is generally used as a material for a light emitting element emitting ultraviolet to blue light.

ところで、上述のようなIII族窒化物半導体を用いた半導体発光素子においては、他の半導体発光素子に比べて、バンドギャップが大きいので、ｐ型コンタクト層１０５におけるｐ型の不純物、たとえばＭｇなどの活性化エネルギーが大きく、その為ホール濃度が充分大きく取れないという問題があった。 By the way, in the semiconductor light emitting device using the group III nitride semiconductor as described above, since the band gap is larger than other semiconductor light emitting devices, p-type impurities such as Mg in the p-type contact layer 105 are used. There is a problem that the activation energy is large and the hole concentration cannot be sufficiently high.

図８にｎ型コンタクト層１０３／発光層１０４（井戸層１０４ａおよび障壁層１０４ｂ／ｐ型コンタクト層１０５を順次積層した場合のエネルギーバンド図を示す。これらのコンタクト層１０３，１０５を構成するＧａＮのバンドギャップＷ０１，Ｗ０２は３．４ｅＶで、非特許文献１によると、室温ではＭｇのアクセプター順位（Ｍｇ活性化エネルギー）は価電子帯の上端から測って０．１７ｅＶであり、ｎ型ドナーであるＳｉの伝導帯の下端から測った１７ｍｅＶと比べて、一桁も大きい。従って、ＭｇはＳｉに比べてはるかに活性化しにくく、通常、ホール濃度は約５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度に留まっており、ｐ型コンタクト層１０５の導電率やｐ型層１０５との電極１０６のコンタクト抵抗も高くなり、デバイスの性能を阻害する大きな原因となっていた。 FIG. 8 shows an energy band diagram in the case where the n-type contact layer 103 / light-emitting layer 104 (well layer 104a and barrier layer 104b / p-type contact layer 105 are sequentially laminated. The band gaps W01 and W02 are 3.4 eV, and according to Non-Patent Document 1, the Mg acceptor ranking (Mg activation energy) is 0.17 eV measured from the top of the valence band at room temperature, which is an n-type donor. Compared to 17 meV measured from the lower end of the conduction band of Si, it is an order of magnitude larger, so Mg is much less activated than Si, and the hole concentration is usually only about 5 × 10 ¹⁷ cm ^−3. In addition, the conductivity of the p-type contact layer 105 and the contact resistance of the electrode 106 with the p-type layer 105 are also increased, which greatly impedes device performance. It has been a factor.

そこで、前記ｐ型コンタクト層１０５にＩｎを添加することで、該ｐ型コンタクト層１０５のバンドギャップエネルギーを小さくし、ｐ型不純物活性化エネルギーを小さくすることが特許文献１に示されている。これによると、バンドギャップエネルギーＥｇが、Ｅｇ（ＧａＮ）＞Ｅｇ（ｐＩｎＧａＮ）＞Ｅｇ（ｎＧａＮ，ＩｎＧａＮ）を利用して、従来のｐＧａＮの代わりにＩｎＧａＮを用いることで、バンドギャップエネルギーを小さくし、Ｍｇの活性化エネルギーを小さくしてホール濃度を上げている。
Ｋｕｍａｋｕｒａ，Ｍａｋｉｍｏｔｏ，ａｎｄＫｏｂａｙａｓｈｉ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９３，３３７０（２００３）特開２００１−１１９０１３号公報 Thus, Patent Document 1 discloses that by adding In to the p-type contact layer 105, the band gap energy of the p-type contact layer 105 is reduced and the p-type impurity activation energy is reduced. According to this, bandgap energy Eg uses Eg (GaN)> Eg (pInGaN)> Eg (nGaN, InGaN) to reduce bandgap energy by using InGaN instead of conventional pGaN, The activation energy of Mg is reduced to increase the hole concentration.
Kumakura, Makimoto, and Kobayashi, J. et al. Appl. Phys. , 93, 3370 (2003) JP 2001-1119013 A

しかしながら、上述の特許文献１は、単に窒化物半導体であるだけで、発光素子とする場合の工夫が施されていないので、確かに、Ｍｇの活性化エネルギーが小さくなって、単位電流当りに得られる光結合を多くすることができるけれども、井戸層１０４ａで発生しされた光は、ｐ型コンタクト層１０５で吸収されて、上手く外部へ取出すことができず、発光効率が充分とは言えないという問題がある。 However, since the above-mentioned Patent Document 1 is merely a nitride semiconductor and no contrivance has been made for a light-emitting element, the activation energy of Mg is certainly reduced and obtained per unit current. Although the optical coupling can be increased, the light generated in the well layer 104a is absorbed by the p-type contact layer 105 and cannot be successfully extracted to the outside, and the light emission efficiency is not sufficient. There's a problem.

本発明の目的は、井戸層で発生した光を、ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる半導体発光素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of emitting light generated in a well layer without being absorbed by a p-type nitride semiconductor layer.

本発明の半導体発光素子は、基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層と、量子井戸を形成した発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを順次積層して成る半導体発光素子において、前記ｐ型窒化物半導体層は、前記発光層の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ前記発光層の障壁層のバンドギャップエネルギー以下のバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする。 The semiconductor light-emitting device according to the present invention is a semiconductor light-emitting device in which at least an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer in which a quantum well is formed, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate. The type nitride semiconductor layer has a band gap energy larger than a band gap energy of the well layer of the light emitting layer and a band gap energy equal to or lower than a band gap energy of the barrier layer of the light emitting layer.

上記の構成によれば、III族窒化物半導体を用いた発光素子において、基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層と、量子井戸を形成した発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを順次積層し、光の取出し側となるｐ型窒化物半導体層を、発光層となる量子井戸の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きく、かつ障壁層のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを持つように形成する。 According to the above configuration, in the light-emitting element using a group III nitride semiconductor, at least an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer in which a quantum well is formed, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially formed on the substrate. A p-type nitride semiconductor layer is stacked and formed to have a band gap energy larger than the band gap energy of the well layer of the quantum well serving as the light emitting layer and smaller than the band gap energy of the barrier layer. To do.

ここで、ｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーが小さくなるとｐ型不純物活性化エネルギーが小さくなることは、先に示した非特許文献１に示されている。これによると、バンドギャップエネルギーが３．４ｅＶの時はｐ型不純物Ｍｇの活性化エネルギーは０．１７ｅＶ、バンドギャップエネルギーが３．２５ｅＶの時はｐ型不純物Ｍｇの活性化エネルギーは０．１３ｅＶ、またバンドギャップエネルギーが２．９５ｅＶの時のｐ型不純物Ｍｇの活性化エネルギーは０．１０ｅＶとなる。 Here, the non-patent document 1 indicates that the p-type impurity activation energy decreases as the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer decreases. According to this, when the band gap energy is 3.4 eV, the activation energy of the p-type impurity Mg is 0.17 eV, and when the band gap energy is 3.25 eV, the activation energy of the p-type impurity Mg is 0.13 eV, When the band gap energy is 2.95 eV, the activation energy of the p-type impurity Mg is 0.10 eV.

したがって、ｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーを従来の障壁層のそれよりも小さくするので、不純物の活性化エネルギーを従来よりも小さくすることができ、ｐ型窒化物半導体層の導電率やコンタクト抵抗を改善し、発光素子の特性を向上させることができる。一方、前記ｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーをむやみに小さくするのではなく、このｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーが井戸層のそれより大きいために、井戸層で発生した光は、該ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる。 Therefore, since the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is made smaller than that of the conventional barrier layer, the activation energy of the impurity can be made smaller than before, and the conductivity of the p-type nitride semiconductor layer can be reduced. The contact resistance can be improved and the characteristics of the light emitting element can be improved. On the other hand, the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is not reduced unnecessarily, but the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is larger than that of the well layer. And can be released without being absorbed by the p-type nitride semiconductor layer.

また、本発明の半導体発光素子では、前記井戸層はＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＧａＮから成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）から成り、かつ０＜ｙ＜ｘであることを特徴とする。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the well layer is made of In _x Ga _1-x N (0 <x <1), the barrier layer is made of GaN, and the p-type nitride semiconductor layer is made of In _y Ga. _1-y N (0 <y <1) and 0 <y <x.

上記の構成によれば、特に、近紫外から青色発光に用いられる発光素子において、従来、発光層としてＩｎ_xＧａ_1-xＮ／ＧａＮの量子井戸構造、ｐ型窒化物半導体層としてｐ型ＧａＮを用いていたものを、ｐ型窒化物半導体層として、井戸層に用いられる前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩｎ_yＧａ_1-yＮ層（０＜ｙ＜１、０＜ｙ＜ｘ）を用いることで、従来のｐ型ＧａＮ層よりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｙ＜ｘとすることで、量子井戸で発生した光を、ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる。 According to the above configuration, in particular, in a light emitting device used for near-ultraviolet to blue light emission, conventionally, a quantum well structure of In _x Ga _1-x N / GaN as a light emitting layer and p type GaN as a p type nitride semiconductor layer. As a p-type nitride semiconductor layer, an In _y Ga _1-y N layer (0 <y <1, 0 <y <1, which has a larger band gap energy than the In _x Ga _1-x N layer used for the well layer) By using 0 <y <x), the activation energy of the p-type impurity can be made smaller than that of the conventional p-type GaN layer, and the characteristics of the light-emitting element can be specifically improved. In addition, by setting y <x, light generated in the quantum well can be emitted without being absorbed by the p-type nitride semiconductor layer.

さらにまた、本発明の半導体発光素子では、前記井戸層はＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）から成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＩｎ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）から成り、かつ０＜ｚ＜ｘであることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the well layer is made of In _x Ga _1-x N (0 <x <1), and the barrier layer is Al _y Ga _1-y N (0 <y <1). The p-type nitride semiconductor layer is made of In _z Ga _1-z N (0 <z <1) and 0 <z <x.

上記の構成によれば、近紫外から青色発光に用いられる発光素子において、従来、発光層としてＩｎ_xＧａ_1-xＮ／Ａｌ_yＧａ_1-yＮの量子井戸構造、ｐ型窒化物半導体層としてｐ型ＧａＮを用いていたものを、ｐ型窒化物半導体層として、井戸層に用いられる前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩｎ_zＧａ_1-zＮ層（０＜ｚ＜１、０＜ｚ＜ｘ）を用いることで、従来のｐ型ＧａＮ層よりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｚ＜ｘとすることで、量子井戸で発生した光を、ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる。 According to the above structure, the light emitting elements used in the blue light-emitting near ultraviolet, conventional quantum well structure of _{_{In x Ga 1-x N /}} Al y Ga 1-y N light-emitting layer, p-type nitride semiconductor layer P-type GaN is used as a p-type nitride semiconductor layer, and an In _z Ga _1-z N layer having a larger band gap energy than the In _x Ga _1-x N layer used for the well layer (0 < By using z <1, 0 <z <x), the activation energy of the p-type impurity can be made smaller than that of the conventional p-type GaN layer, and the characteristics of the light-emitting element can be specifically improved. it can. In addition, by setting z <x, light generated in the quantum well can be emitted without being absorbed by the p-type nitride semiconductor layer.

また、本発明の半導体発光素子では、前記井戸層はＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｘ＜ｙ＜１）から成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）から成り、かつ０＜ｘ＜ｚ＜ｙであることを特徴とする。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the well layer is made of Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x <1), and the barrier layer is Al _y Ga _1-y N (0 <x <y <1). The p-type nitride semiconductor layer is made of Al _z Ga _1-z N (0 <z <1) and 0 <x <z <y.

上記の構成によれば、紫外発光に用いられる発光素子において、従来、発光層としてＡｌＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造、ｐ型窒化物半導体層としてｐ型ＡｌＧａＮを用いていたものを、ｐ型窒化物半導体層として、井戸層に用いられる前記ＧａＮ層よりバンドギャップエネルギーのわずかに大きいＡｌＧａＮ層を用いることで、従来のｐ型ＡｌＧａＮ層よりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｚ＜ｙとして、障壁層に用いられているＡｌＧａＮ層よりバンドギャップエネルギーより小さなｐ型ＡｌＧａＮ層を用いることで、量子井戸で発生した光を、該ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる。 According to the above configuration, in a light emitting device used for ultraviolet light emission, an AlGaN / GaN quantum well structure conventionally used as a light emitting layer and p type AlGaN as a p type nitride semiconductor layer is used as a p type nitride. By using an AlGaN layer having a slightly larger band gap energy than the GaN layer used for the well layer as the semiconductor layer, the activation energy of the p-type impurity can be made smaller than that of the conventional p-type AlGaN layer, and light emission It is possible to specifically improve the characteristics of the element. In addition, by using a p-type AlGaN layer having a band gap energy smaller than that of the AlGaN layer used for the barrier layer as z <y, light generated in the quantum well is absorbed by the p-type nitride semiconductor layer. Can be released without any problem.

さらにまた、本発明の半導体発光素子では、前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ型の不純物を、ＭｇもしくはＺｎとすることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor light emitting device of the present invention, the p-type nitride semiconductor layer is characterized in that the p-type impurity is Mg or Zn.

上記の構成によれば、上記のｐ型窒化物半導体層に用いるｐ型不純物としては、III族窒化物半導体で用いることができ、活性化エネルギーの小さな元素を用いることが有効であり、上記ＭｇやＺｎは好適である。 According to the above configuration, the p-type impurity used in the p-type nitride semiconductor layer can be used in a group III nitride semiconductor, and it is effective to use an element having a small activation energy. And Zn are preferred.

本発明の半導体発光素子によれば、基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層と、量子井戸を形成した発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを順次積層して成る半導体発光素子において、光の取出し側となるｐ型窒化物半導体層を、発光層となる量子井戸の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きく、かつ障壁層のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを持つように形成する。 According to the semiconductor light-emitting device of the present invention, in the semiconductor light-emitting device formed by sequentially laminating at least an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer in which a quantum well is formed, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate, The p-type nitride semiconductor layer on the light extraction side is formed so as to have a band gap energy larger than the band gap energy of the well layer of the quantum well serving as the light emitting layer and smaller than the band gap energy of the barrier layer.

それゆえ、ｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーを従来の障壁層のそれよりも小さくするので、不純物の活性化エネルギーを従来よりも小さくすることができ、ｐ型窒化物半導体層の導電率やコンタクト抵抗を改善し、発光素子の特性を向上させることができる。一方、前記ｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーをむやみに小さくするのではなく、このｐ型窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーが井戸層のそれより大きいために、井戸層で発生した光は、該ｐ型窒化物半導体層で吸収されることなく放出させることができる。 Therefore, since the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is made smaller than that of the conventional barrier layer, the activation energy of the impurity can be made smaller than before, and the conductivity of the p-type nitride semiconductor layer can be reduced. In addition, the contact resistance can be improved and the characteristics of the light emitting element can be improved. On the other hand, the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is not reduced unnecessarily, but the band gap energy of the p-type nitride semiconductor layer is larger than that of the well layer. And can be released without being absorbed by the p-type nitride semiconductor layer.

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子１０の積層構造を示す断面図である。この発光素子１０は、前述の図７で示す発光素子１００の積層構造と類似している。しかしながら、各層の組成が図７の例とは異なる。この発光素子１０では、３５０μｍのサファイア基板１１の上に、ＭＯＣＶＤを用いてバッファ層１２、ｎ型窒化物半導体層であるｎ型コンタクト層１３（ＧａＮ）、発光層１４（Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ／ＧａＮ）を順に積層し、その上にｐ型窒化物半導体層であるｐ型コンタクト層１５（Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ）を形成し、Ｎｉ／Ａｕ：Ｏ層から成る透明電極１６を介して、ｐ型パッド電極１７が形成されている。またｎ型コンタクト層１３には、ｎ型パッド電極１８が形成されている。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a group III nitride semiconductor light emitting device 10 according to the first embodiment of the present invention. The light emitting element 10 is similar to the laminated structure of the light emitting element 100 shown in FIG. However, the composition of each layer is different from the example of FIG. In this light emitting element 10, on a 350 μm sapphire substrate 11, a buffer layer 12, an n type contact layer 13 (GaN) as an n type nitride semiconductor layer, and a light emitting layer 14 (In _0.25 Ga _0.75 N /) are formed using MOCVD. GaN) are sequentially stacked, and a p-type contact layer 15 (In _0.12 Ga _0.88 N), which is a p-type nitride semiconductor layer, is formed thereon, and the p-type contact layer 15 is formed via a transparent electrode 16 made of a Ni / Au: O layer. A mold pad electrode 17 is formed. An n-type pad electrode 18 is formed on the n-type contact layer 13.

図２は、上述のように構成された発光素子１０のエネルギーバンド図である。この図２において図１に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。前記ｎ型コンタクト層１３（ＧａＮ）のバンドギャップエネルギーは３．４２ｅＶである。また、前記発光層１４は、井戸層（量子井戸）１４ａと障壁層１４ｂとを交互に複数（この図２ではそれぞれ２層）積層して成り、井戸層１４ａのバンドギャップエネルギーＷ１２は、前記Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎから２．７７ｅＶであり、障壁層１４ｂのバンドギャップエネルギーＷ１３は、前記ＧａＮから３．４２ｅＶである。ここで、Ｍｇをドープしたｐ型コンタクト層１５は、その組成は、前記井戸層１４ａよりもＩｎが少ない前記Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎであり、そのバンドギャップエネルギーＷ１１は３．１０ｅＶである。 FIG. 2 is an energy band diagram of the light-emitting element 10 configured as described above. In FIG. 2, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals. The n-type contact layer 13 (GaN) has a band gap energy of 3.42 eV. The light emitting layer 14 is formed by alternately stacking a plurality of well layers (quantum wells) 14a and barrier layers 14b (two layers in FIG. 2), and the band gap energy W12 of the well layer 14a The band gap energy W13 of the barrier layer 14b is 3.42 eV from the GaN, from _0.25 Ga _0.75 N to 2.77 eV. Here, the composition of the p-type contact layer 15 doped with Mg is the In _0.12 Ga _0.88 N with less In than the well layer 14a, and the band gap energy W11 is 3.10 eV.

したがって、このエネルギーバンド図において、井戸層１４ａのバンドギャップエネルギーＷ１２（２．７７ｅＶ）＜ｐ型コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＷ１１（３．１０ｅＶ）＜障壁層１４ｂのバンドギャップエネルギーＷ１３（３．４２ｅＶ）となり、ｐ型コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＷ１１を従来の障壁層のそれよりも小さくするので、不純物の活性化エネルギーを従来よりも小さくすることができ、該ｐ型コンタクト層１５の導電率やコンタクト抵抗を改善し、発光素子１０の特性を向上させることができる。一方、前記ｐ型コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＷ１１をむやみに小さくするのではなく、このｐ型コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＷ１１が井戸層１４ａのバンドギャップエネルギーＷ１２より大きいために、井戸層１４ａで発生した光は、該ｐ型コンタクト層１５で吸収されることなく放出させることができる。 Therefore, in this energy band diagram, the band gap energy W12 (2.77 eV) of the well layer 14a <the band gap energy W11 (3.10 eV) of the p-type contact layer 15 <the band gap energy W13 (3.42 eV) of the barrier layer 14b. Thus, the band gap energy W11 of the p-type contact layer 15 is made smaller than that of the conventional barrier layer, so that the activation energy of the impurity can be made smaller than that of the conventional barrier layer, and the conductivity of the p-type contact layer 15 is reduced. In addition, the contact resistance can be improved and the characteristics of the light emitting element 10 can be improved. On the other hand, the band gap energy W11 of the p-type contact layer 15 is not reduced unnecessarily, but the band gap energy W11 of the p-type contact layer 15 is larger than the band gap energy W12 of the well layer 14a. The light generated in step 1 can be emitted without being absorbed by the p-type contact layer 15.

上述の説明では、井戸層１４ａの組成をＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）で表し、ｐ型コンタクト層１５の組成をＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）で表すとき、ｘ＝０．２５、ｙ＝０．１２であったけれども、これに限らず、０＜ｙ＜ｘとすればよい。すなわち、ＩｎＧａＮのＩｎが多い程、バンドギャップエネルギーが小さくなるので、ｐ型コンタクト層１５のＩｎの含有率を、井戸層１４ａのＩｎの含有率よりも小さくすればよい。 In the above description, the composition of the well layer 14a In _x Ga _{_1-x} N expressed in (0 <x <1), the composition of the p-type contact layer _{_{15 In y Ga 1-y N}} (0 <y <1) X = 0.25 and y = 0.12. However, the present invention is not limited to this, and 0 <y <x may be satisfied. That is, as the amount of In in InGaN increases, the band gap energy decreases. Therefore, the In content in the p-type contact layer 15 may be made smaller than the In content in the well layer 14a.

これによって、特に、近紫外から青色発光に用いられる発光素子において、従来、発光層１４としてＩｎ_xＧａ_1-xＮ／ＧａＮの量子井戸構造、ｐ型コンタクト層１５としてｐ型ＧａＮを用いていたものを、ｐ型コンタクト層１５として、井戸層１４ａに用いられる前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩｎ_yＧａ_1-yＮ層（０＜ｙ＜１、０＜ｙ＜ｘ）を用いることで、従来のｐ型ＧａＮ層よりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｙ＜ｘとすることで、ｐ型コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＷ１１を井戸層１４ａのバンドギャップエネルギーＷ１２より必ず大きくすることができ、井戸層１４ａで発生した光を、ｐ型コンタクト層１５で吸収されることなく放出させることができる。 As a result, in particular, in a light emitting device used for light emission from near ultraviolet to blue, conventionally, a quantum well structure of In _x Ga _1-x N / GaN is used as the light emitting layer 14 and p type GaN is used as the p type contact layer 15. The p-type contact layer 15 is an In _y Ga _1-y N layer (0 <y <1, 0 <y <) having a larger band gap energy than the In _x Ga _1-x N layer used for the well layer 14a. By using x), the activation energy of the p-type impurity can be made smaller than that of the conventional p-type GaN layer, and the characteristics of the light emitting element can be specifically improved. In addition, by setting y <x, the band gap energy W11 of the p-type contact layer 15 can be made larger than the band gap energy W12 of the well layer 14a, and the light generated in the well layer 14a is converted into the p-type contact layer. 15 can be released without being absorbed.

以下に、上述のように構成される発光素子１０の具体的な製造方法を詳述する。先ず、３５０μｍのサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応管に設置し、１０５０℃の水素雰囲気中で前記サファイア基板１１をクリーニングした後に、５１０℃で水素をキャリアガスとして、窒素を含むガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）を、ガリウムを含むガスとしてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃）、以下、ＴＭＧという）を前記反応管に供給し、ガリウム窒素低温バッファ層１２を２５ｎｍ形成する。 Below, the specific manufacturing method of the light emitting element 10 comprised as mentioned above is explained in full detail. First, a 350 μm sapphire substrate 11 is placed in a reaction tube of an MOCVD apparatus, and after cleaning the sapphire substrate 11 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., ammonia (NH) is used as a gas containing nitrogen at 510 ° C. using hydrogen as a carrier gas. ₃ ) As a gas containing gallium, trimethylgallium (Ga (CH ₃ ), hereinafter referred to as TMG) is supplied to the reaction tube to form a gallium nitrogen low-temperature buffer layer 12 having a thickness of 25 nm.

その後、前記反応管の温度を１０５０℃に昇温し、水素をキャリアガスとして、前記ＮＨ₃およびＴＭＧとともに、シラン（ＳｉＨ₄）を前記反応管に供給し、Ｓｉをドープしたｎ型コンタクト層１３（ＧａＮ）を４ｎｍ形成する。 Thereafter, the temperature of the reaction tube is raised to 1050 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, silane (SiH ₄ ) is supplied to the reaction tube together with the NH ₃ and TMG, and the n-type contact layer 13 doped with Si is added. 4 nm of (GaN) is formed.

そして、この上に発光層１４（Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ／ＧａＮ）を積層するが、反応管を一旦８００℃に降温し、窒素をキャリアガスとして、ＮＨ₃、ＴＭＧおよびトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃）、以下、ＴＭＩという）を前記反応管に供給し、前記井戸層１４ａを３ｎｍ成長させた後、有機金属ガスの供給を停止し、温度を１０２０℃に昇温し、その後反応管にＮＨ₃およびＴＭＧを水素をキャリアガスとして供給し、前記障壁層１４ｂを３ｎｍ成長させる。これを複数回、本実施形態では２回繰返すことで、発光層１４が形成される。 Then, a light emitting layer 14 (In _0.25 Ga _0.75 N / GaN) is laminated thereon. The temperature of the reaction tube is once lowered to 800 ° C., and NH ₃ , TMG and trimethylindium (In (CH ₃ ) are used with nitrogen as a carrier gas. ), Hereinafter referred to as TMI) is supplied to the reaction tube, and after the well layer 14a is grown to 3 nm, the supply of the organometallic gas is stopped, the temperature is raised to 1020 ° C., and then NH ₃ is added to the reaction tube. Then, TMG is supplied using hydrogen as a carrier gas to grow the barrier layer 14b by 3 nm. The light emitting layer 14 is formed by repeating this several times, in this embodiment twice.

さらに温度を８００℃に降温し、窒素をキャリアガスとして、ＮＨ₃、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂、以下、Ｃｐ₂Ｍｇという）を前記反応管に供給し、２００ｎｍ成長させてＭｇドープのｐ型コンタクト層１５（Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ）を形成し、エピウエハを作成した後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取出して、蒸着によってＮｉ，Ａｕを積層し、酸素雰囲気中で電気炉内でアニールを行い、Ｎｉ／Ａｕ：Ｏ層から成る透明電極１６を形成する。その後、Ａｕの蒸着と通常のフォトリソグラフィおよびエッチングを経て、ｐ型パッド電極１７を形成する。また、ｎ型コンタクト層１３には、ｎ型パッド電極１８を、Ｔｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕを順次蒸着することによって形成する。 Further, the temperature is lowered to 800 ° C., and NH ₃ , TMG, TMI and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C ₅ H ₅ ) ₂ , hereinafter referred to as Cp ₂ Mg) are supplied to the reaction tube using nitrogen as a carrier gas. Then, it is grown to 200 nm to form a Mg-doped p-type contact layer 15 (In _0.12 Ga _0.88 N), and an epi-wafer is prepared. Then, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, Ni and Au are stacked by vapor deposition, and an oxygen atmosphere Then, annealing is performed in an electric furnace to form a transparent electrode 16 composed of a Ni / Au: O layer. Thereafter, the p-type pad electrode 17 is formed through vapor deposition of Au and normal photolithography and etching. Further, an n-type pad electrode 18 is formed on the n-type contact layer 13 by sequentially depositing Ti, Al, Ti, and Au.

以上のようにして、前記発光素子１０を具体的に作製することができる。 As described above, the light-emitting element 10 can be specifically manufactured.

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の第２の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子２０の積層構造を示す断面図である。この発光素子２０も、前述の図１で示す発光素子１０の積層構造と類似している。しかしながら、各層の組成、特に後述の発光層２４の障壁層２４ｂの組成が図１の例とは異なる。以下に、その具体的な製造方法を詳述する。 [Embodiment 2]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a stacked structure of a group III nitride semiconductor light emitting device 20 according to the second embodiment of the present invention. This light emitting element 20 is also similar to the laminated structure of the light emitting element 10 shown in FIG. However, the composition of each layer, particularly the composition of the barrier layer 24b of the light emitting layer 24 described later, is different from the example of FIG. Below, the specific manufacturing method is explained in full detail.

この発光素子２０では、３５０μｍのサファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置の反応管に設置し、１０５０℃の水素雰囲気中で前記サファイア基板２１をクリーニングした後に、５１０℃で水素をキャリアガスとして、ＮＨ₃およびＴＭＧを前記反応管に供給し、ガリウム窒素低温バッファ層２２を２５ｎｍ形成する。その後、前記反応管の温度を１０５０℃に昇温し、水素をキャリアガスとして、前記ＮＨ₃、ＴＭＧおよびＳｉＨ₄を前記反応管に供給し、Ｓｉをドープしたｎ型コンタクト層２３（ＧａＮ）を４ｎｍ形成する。以上の工程は、前述の発光素子１０と同様である。 In this light emitting element 20, a 350 μm sapphire substrate 21 is placed in a reaction tube of an MOCVD apparatus, and after cleaning the sapphire substrate 21 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., NH ₃ and TMG are used at 510 ° C. using hydrogen as a carrier gas. Is supplied to the reaction tube to form a low-temperature gallium nitrogen buffer layer 22 of 25 nm. Thereafter, the temperature of the reaction tube is raised to 1050 ° C., NH ₃ , TMG and SiH ₄ are supplied to the reaction tube using hydrogen as a carrier gas, and an n-type contact layer 23 (GaN) doped with Si is formed. Form 4 nm. The above steps are the same as those of the light-emitting element 10 described above.

そして、この上に発光層２４（Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ／Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ）を積層する。それには、反応管を一旦８００℃に降温し、窒素をキャリアガスとして、ＮＨ₃、ＴＭＧおよびＴＭＩを前記反応管に供給し、後述する井戸層２４ａを３ｎｍ成長させた後、有機金属ガスの供給を停止し、温度を１１００℃に昇温し、その後反応管に、ＮＨ₃、ＴＭＧおよびＴＭＡを水素をキャリアガスとして供給し、後述する障壁層２４ｂを３ｎｍ成長させる。これを複数回、本実施形態では２回繰返すことで、発光層２４が形成される。 The laminated luminescent layer _{_{24 (In 0.25 Ga 0.75 N /}} Al 0.10 Ga 0.90 N) thereon. For this purpose, the temperature of the reaction tube is lowered to 800 ° C., NH ₃ , TMG, and TMI are supplied to the reaction tube using nitrogen as a carrier gas, and a well layer 24a (to be described later) is grown to 3 nm, and then an organometallic gas is supplied. Then, the temperature is raised to 1100 ° C., and then NH ₃ , TMG and TMA are supplied to the reaction tube using hydrogen as a carrier gas to grow a barrier layer 24b described later by 3 nm. The light emitting layer 24 is formed by repeating this several times, in this embodiment twice.

さらに温度を８００℃に降温し、窒素をキャリアガスとして、ＮＨ₃、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＣｐ₂Ｍｇを前記反応管に供給し、２００ｎｍ成長させてＭｇドープのｐ型コンタクト層２５（Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ）を形成し、エピウエハを作成した後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取出して、蒸着によってＮｉ，Ａｕを積層し、酸素雰囲気中で電気炉内でアニールを行い、Ｎｉ／Ａｕ：Ｏ層から成る透明電極２６を形成する。その後、Ａｕの蒸着と通常のフォトリソグラフィおよびエッチングを経て、ｐ型パッド電極２７を形成する。また、ｎ型コンタクト層２３には、ｎ型パッド電極２８を、Ｔｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕを順次蒸着することによって形成する。 Further, the temperature is lowered to 800 ° C., NH ₃ , TMG, TMI, and Cp ₂ Mg are supplied to the reaction tube using nitrogen as a carrier gas, and grown to 200 nm to form a Mg-doped p-type contact layer 25 (In _0.12 Ga _0.88 N) to form an epi-wafer, the wafer is taken out of the MOCVD apparatus, Ni and Au are laminated by vapor deposition, and annealed in an electric furnace in an oxygen atmosphere, and is made of a Ni / Au: O layer. Electrode 26 is formed. Thereafter, the p-type pad electrode 27 is formed through vapor deposition of Au and normal photolithography and etching. Further, an n-type pad electrode 28 is formed on the n-type contact layer 23 by sequentially depositing Ti, Al, Ti, and Au.

図４は、上述のように構成された発光素子２０のエネルギーバンド図である。この図４において図３に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。前記のとおり、ｎ型コンタクト層２３（ＧａＮ）のバンドギャップエネルギーは３．４２ｅＶである。また、前記のとおり、発光層２４の井戸層２４ａのバンドギャップエネルギーＷ２２は、前記Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎから２．７７ｅＶである。一方、前記発光層２４の障壁層２４ｂのバンドギャップエネルギーＷ２３は、Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎから３．７ｅＶである。そして、Ｍｇをドープしたｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ２１も前記のとおり、Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎから３．１０ｅＶである。 FIG. 4 is an energy band diagram of the light emitting device 20 configured as described above. 4, parts corresponding to those in FIG. 3 are given the same reference numerals. As described above, the band gap energy of the n-type contact layer 23 (GaN) is 3.42 eV. Further, as described above, the band gap energy W22 of the well layer 24a of the light emitting layer 24 is from In _0.25 Ga _0.75 N to 2.77 eV. On the other hand, the band gap energy W23 of the barrier layer 24b of the light emitting layer 24 is Al _0.10 Ga _0.90 N to 3.7 eV. The band gap energy W21 of the p-type contact layer 25 doped with Mg is also from In _0.12 Ga _0.88 N to 3.10 eV as described above.

したがって、このエネルギーバンド図において、井戸層２４ａのバンドギャップエネルギーＷ２２（２．７７ｅＶ）＜ｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ２１（３．１０ｅＶ）＜障壁層２４ｂのバンドギャップエネルギーＷ２３（３．７ｅＶ）となり、ｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ２１を障壁層２４ｂのバンドギャップエネルギーＷ２３よりも小さくするので、不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、該ｐ型コンタクト層２５の導電率やコンタクト抵抗を改善し、発光素子２０の特性を向上させることができる。一方、前記ｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ２１をむやみに小さくするのではなく、このｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ２１が井戸層２４ａのバンドギャップエネルギーＷ２２より大きいために、井戸層２４ａで発生した光は、該ｐ型コンタクト層２５で吸収されることなく放出させることができる。 Therefore, in this energy band diagram, the band gap energy W22 (2.77 eV) of the well layer 24a <the band gap energy W21 (3.10 eV) of the p-type contact layer 25 <the band gap energy W23 (3.7 eV) of the barrier layer 24b. The band gap energy W21 of the p-type contact layer 25 is made smaller than the band gap energy W23 of the barrier layer 24b, so that the activation energy of the impurity can be reduced, and the conductivity of the p-type contact layer 25 can be reduced. The contact resistance can be improved and the characteristics of the light emitting element 20 can be improved. On the other hand, the band gap energy W21 of the p-type contact layer 25 is not reduced unnecessarily, but the band gap energy W21 of the p-type contact layer 25 is larger than the band gap energy W22 of the well layer 24a. The light generated in the step can be emitted without being absorbed by the p-type contact layer 25.

上述の説明では、井戸層２４ａの組成をＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）で表し、ｐ型コンタクト層２５の組成をＩｎ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）で表し、障壁層２４ｂの組成をＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）で表すとき、ｘ＝０．２５、ｚ＝０．１２、ｙ＝０．１０であったけれども、これに限らず、０＜ｚ＜ｘとすればよい。これによって、近紫外から青色発光に用いられる発光素子において、従来、発光層２４としてＩｎ_xＧａ_1-xＮ／Ａｌ_yＧａ_1-yＮの量子井戸構造、ｐ型コンタクト層２５としてｐ型ＧａＮを用いていたものを、ｐ型コンタクト層２５として、井戸層２４ａに用いられる前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ層よりバンドギャップエネルギーの大きいＩｎ_zＧａ_1-zＮ層（０＜ｚ＜１、０＜ｚ＜ｘ）を用いることで、従来のｐ型ＧａＮよりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｚ＜ｘとすることで、井戸層２４ａで発生した光を、ｐ型コンタクト層２５で吸収されることなく放出させることができる。 In the above description, the composition of the well layer 24a is represented by In _x Ga _1-x N (0 <x <1), and the composition of the p-type contact layer 25 is In _z Ga _1-z N (0 <z <1). When the composition of the barrier layer 24b is expressed by Al _y Ga _1-y N (0 <y <1), x = 0.25, z = 0.12, and y = 0.10. Not limited to this, it may be 0 <z <x. Thus, in the light-emitting elements used in the blue light-emitting near ultraviolet, conventional quantum well structure of _{_{In x Ga 1-x N /}} Al y Ga 1-y N light-emitting layer 24, p-type GaN as the p-type contact layer 25 As a p-type contact layer 25, an In _z Ga _1-z N layer (0 <z <1, 0 <z <1, which has a larger band gap energy than the In _x Ga _1-x N layer used for the well layer 24a) is used. By using 0 <z <x), the activation energy of the p-type impurity can be reduced as compared with the conventional p-type GaN, and the characteristics of the light-emitting element can be specifically improved. Further, by setting z <x, the light generated in the well layer 24 a can be emitted without being absorbed by the p-type contact layer 25.

［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の第３の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子３０の積層構造を示す断面図である。この発光素子３０も、前述の図１や図３で示す発光素子１０，２０の積層構造と類似している。しかしながら、各層の組成、特に後述のｎ型コンタクト層３３、発光層３４およびｐ型コンタクト層３５の組成が図１および図３の例とは異なる。以下に、その具体的な製造方法を詳述する。 [Embodiment 3]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a group III nitride semiconductor light emitting device 30 according to the third embodiment of the present invention. This light emitting element 30 is also similar to the laminated structure of the light emitting elements 10 and 20 shown in FIGS. However, the composition of each layer, particularly the composition of the n-type contact layer 33, the light emitting layer 34, and the p-type contact layer 35 described later, is different from the examples of FIGS. Below, the specific manufacturing method is explained in full detail.

この発光素子３０では、３５０μｍのサファイア基板３１をＭＯＣＶＤ装置の反応管に設置し、１０５０℃の水素雰囲気中で前記サファイア基板３１をクリーニングした後に、５１０℃で水素をキャリアガスとして、ＮＨ₃およびＴＭＧを前記反応管に供給し、ガリウム窒素低温バッファ層３２を２５ｎｍ形成する。その後、前記反応管の温度を１１００℃に昇温し、水素をキャリアガスとして、ＮＨ₃、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＳｉＨ₄を前記反応管に供給し、Ｓｉをドープしたｎ型コンタクト層３３（Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ）を２μｍ形成する。 In this light emitting element 30, a 350 μm sapphire substrate 31 is placed in a reaction tube of an MOCVD apparatus, and after cleaning the sapphire substrate 31 in a hydrogen atmosphere at 1050 ° C., NH ₃ and TMG are used with hydrogen as a carrier gas at 510 ° C. Is supplied to the reaction tube to form a low-temperature gallium nitrogen buffer layer 32 of 25 nm. Thereafter, the temperature of the reaction tube is raised to 1100 ° C., NH ₃ , TMG, TMA and SiH ₄ are supplied to the reaction tube using hydrogen as a carrier gas, and an Si doped n-type contact layer 33 (Al _0.20 Ga _0.80 N) is formed to 2 μm.

そして、この上に発光層３４（Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ／Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ）を積層する。それには、反応管を１１００℃に保ったまま、ガスの流量比を代えて、それぞれの組成比のＡｌＧａＮを１０ｎｍずつ交互に成長させる。 Then, a light emitting layer 34 (Al _0.10 Ga _0.90 N / Al _0.20 Ga _0.80 N) is laminated thereon. For this purpose, while maintaining the reaction tube at 1100 ° C., the gas flow rate ratio is changed, and AlGaN of each composition ratio is alternately grown by 10 nm.

その後、Ｃｐ₂Ｍｇを前記反応管に追加供給し、２００ｎｍ成長させてＭｇドープのｐ型コンタクト層３５（Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ）を形成し、エピウエハを作成した後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取出して、蒸着によってＮｉ，Ａｕを積層し、酸素雰囲気中で電気炉内でアニールを行い、Ｎｉ／Ａｕ：Ｏ層から成る透明電極３６を形成する。その後、Ａｕの蒸着と通常のフォトリソグラフィおよびエッチングを経て、ｐ型パッド電極３７を形成する。また、ｎ型コンタクト層３３には、ｎ型パッド電極３８を、Ｔｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕを順次蒸着することによって形成する。 Thereafter, Cp ₂ Mg is additionally supplied to the reaction tube and grown to 200 nm to form an Mg-doped p-type contact layer 35 (Al _0.15 Ga _0.85 N). After an epi-wafer is formed, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus. Then, Ni and Au are laminated by vapor deposition, and annealed in an electric furnace in an oxygen atmosphere to form a transparent electrode 36 made of a Ni / Au: O layer. Thereafter, the p-type pad electrode 37 is formed through vapor deposition of Au and normal photolithography and etching. Further, an n-type pad electrode 38 is formed on the n-type contact layer 33 by sequentially depositing Ti, Al, Ti, and Au.

図６は、上述のように構成された発光素子３０のエネルギーバンド図である。この図６において図５に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。ｎ型コンタクト層３３のバンドギャップエネルギーは、その組成がＡｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎであることから、４．０ｅＶである。また、発光層３４の井戸層３４ａのバンドギャップエネルギーＷ３２は、前記Ａｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎから３．７ｅＶである。一方、前記発光層３４の障壁層３４ｂのバンドギャップエネルギーＷ３３は、Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎから前記４．０ｅＶである。そして、Ｍｇをドープしたｐ型コンタクト層２５のバンドギャップエネルギーＷ３１は、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから３．８ｅＶである。 FIG. 6 is an energy band diagram of the light emitting element 30 configured as described above. In FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 5 are given the same reference numerals. The band gap energy of the n-type contact layer 33 is 4.0 eV because its composition is Al _0.20 Ga _0.80 N. The band gap energy W32 of the well layer 34a of the light emitting layer 34 is from Al _0.10 Ga _0.90 N to 3.7 eV. On the other hand, the band gap energy W33 of the barrier layer 34b of the light emitting layer 34 is Al _0.20 Ga _0.80 N to 4.0 eV. The band gap energy W31 of the p-type contact layer 25 doped with Mg is Al _0.15 Ga _0.85 N to 3.8 eV.

したがって、このエネルギーバンド図において、井戸層３４ａのバンドギャップエネルギーＷ３２（３．７ｅＶ）＜ｐ型コンタクト層３５のバンドギャップエネルギーＷ３１（３．８ｅＶ）＜障壁層３４ｂのバンドギャップエネルギーＷ３３（４．０ｅＶ）となり、ｐ型コンタクト層３５のバンドギャップエネルギーＷ３１を障壁層３４ｂのバンドギャップエネルギーＷ３３よりも小さくするので、このようにしてもまた不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、該ｐ型コンタクト層３５の導電率やコンタクト抵抗を改善し、発光素子３０の特性を向上させることができる。一方、前記ｐ型コンタクト層３５のバンドギャップエネルギーＷ３１をむやみに小さくするのではなく、このｐ型コンタクト層３５のバンドギャップエネルギーＷ３１が井戸層３４ａのバンドギャップエネルギーＷ３２より大きいために、井戸層３４ａで発生した光は、該ｐ型コンタクト層３５で吸収されることなく放出させることができる。 Therefore, in this energy band diagram, the band gap energy W32 (3.7 eV) of the well layer 34a <the band gap energy W31 (3.8 eV) of the p-type contact layer 35 <the band gap energy W33 (4.0 eV) of the barrier layer 34b. Thus, the band gap energy W31 of the p-type contact layer 35 is made smaller than the band gap energy W33 of the barrier layer 34b, so that the activation energy of the impurity can be reduced even in this way, and the p-type contact The conductivity and contact resistance of the layer 35 can be improved, and the characteristics of the light emitting element 30 can be improved. On the other hand, the band gap energy W31 of the p-type contact layer 35 is not reduced unnecessarily, but the band gap energy W31 of the p-type contact layer 35 is larger than the band gap energy W32 of the well layer 34a. Can be emitted without being absorbed by the p-type contact layer 35.

上述の説明では、井戸層３４ａの組成をＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）で表し、ｐ型コンタクト層３５の組成をＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）で表し、障壁層３４ｂの組成をＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｘ＜ｙ＜１）で表すとき、ｘ＝０．１０、ｚ＝０．１５、ｙ＝０．２０であったけれども、これに限らず、０＜ｘ＜ｚ＜ｙとすればよい。これによって、紫外発光に用いられる発光素子において、従来、発光層３４としてＡｌＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造、ｐ型コンタクト層３５としてｐ型ＡｌＧａＮを用いていたものを、ｐ型コンタクト層３５として、井戸層３４ａに用いられる前記ＧａＮ層よりバンドギャップエネルギーのわずかに大きいＡｌＧａＮ層を用いることで、従来のｐ型ＡｌＧａＮ層よりもｐ型不純物の活性化エネルギーを小さくすることができ、発光素子の特性向上を具体的に実現することができる。また、ｚ＜ｙとして、障壁層３４ｂに用いられているＡｌＧａＮ層よりバンドギャップエネルギーの小さなｐ型ＡｌＧａＮ層を用いることで、井戸層３４ａで発生した光を、該ｐ型コンタクト層３５で吸収されることなく放出させることができる。 In the above description, the composition of the well layer 34a is represented by Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x <1), and the composition of the p-type contact layer 35 is Al _z Ga _1-z N (0 <z <1). When the composition of the barrier layer 34b is expressed as Al _y Ga _1-y N (0 <x <y <1), x = 0.10, z = 0.15, and y = 0.20. Not limited to this, it may be 0 <x <z <y. As a result, in a light emitting device used for ultraviolet light emission, an AlGaN / GaN quantum well structure conventionally used as the light emitting layer 34 and p type AlGaN as the p type contact layer 35 is used as the p type contact layer 35. By using an AlGaN layer having a slightly larger band gap energy than the GaN layer used for the layer 34a, the activation energy of the p-type impurity can be made smaller than that of the conventional p-type AlGaN layer, and the characteristics of the light emitting device can be improved. Can be specifically realized. In addition, by using a p-type AlGaN layer having a band gap energy smaller than that of the AlGaN layer used for the barrier layer 34b when z <y, light generated in the well layer 34a is absorbed by the p-type contact layer 35. Can be released without any problems.

前記ｐ型コンタクト層１５，２５，３５にドープされる元素は、Ｍｇに限らず、Ｚｎなどの他のｐ型の不純物であってもよい。しかしながら、III族窒化物半導体で用いることができるｐ型不純物として、上記ＭｇやＺｎは活性化エネルギーが小さく、好適である。 The element doped in the p-type contact layers 15, 25, and 35 is not limited to Mg but may be other p-type impurities such as Zn. However, as a p-type impurity that can be used in a group III nitride semiconductor, the above-described Mg and Zn are preferable because of their low activation energy.

本発明の実施の第１の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の積層構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a stacked structure of a group III nitride semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. 図１で示す発光素子のエネルギーバンド図である。It is an energy band figure of the light emitting element shown in FIG. 本発明の実施の第２の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の積層構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated structure of the group III nitride semiconductor light-emitting device based on the 2nd Embodiment of this invention. 図３で示す発光素子のエネルギーバンド図である。FIG. 4 is an energy band diagram of the light emitting device shown in FIG. 3. 本発明の実施の第３の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の積層構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated structure of the group III nitride semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 図５で示す発光素子のエネルギーバンド図である。FIG. 6 is an energy band diagram of the light emitting device shown in FIG. 5. III族窒化物半導体発光素子の一般的な積層構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the general laminated structure of a group III nitride semiconductor light-emitting device. 図７で示す発光素子のエネルギーバンド図である。FIG. 8 is an energy band diagram of the light emitting device shown in FIG. 7.

符号の説明Explanation of symbols

１０，２０，３０発光素子
１１，２１，３１サファイア基板
１２，２２，３２バッファ層
１３，２３，３３ｎ型コンタクト層１３
１４，２４，３４発光層
１４ａ，２４ａ，３４ａ
１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ
１５，２５，３５ｐ型コンタクト層
１６，２６，３６透明電極
１７，２７，３７ｐ型パッド電極
１８，２８，３８ｎ型パッド電極 10, 20, 30 Light emitting element 11, 21, 31 Sapphire substrate 12, 22, 32 Buffer layer 13, 23, 33 N-type contact layer 13
14, 24, 34 Light-emitting layers 14a, 24a, 34a
14b, 24b, 34b
15, 25, 35 p-type contact layers 16, 26, 36 Transparent electrodes 17, 27, 37 p-type pad electrodes 18, 28, 38 n-type pad electrodes

Claims

基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層と、量子井戸を形成した発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを順次積層して成る半導体発光素子において、
前記ｐ型窒化物半導体層は、前記発光層の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ前記発光層の障壁層のバンドギャップエネルギー以下のバンドギャップエネルギーを有することを特徴とする半導体発光素子。 In a semiconductor light emitting device in which at least an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer in which a quantum well is formed, and a p type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate,
The p-type nitride semiconductor layer has a band gap energy larger than a band gap energy of a well layer of the light emitting layer and a band gap energy equal to or lower than a band gap energy of a barrier layer of the light emitting layer. A semiconductor light emitting device.

前記井戸層はＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＧａＮから成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）から成り、かつ０＜ｙ＜ｘであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The well layer is made of In _x Ga _1-x N (0 <x <1), the barrier layer is made of GaN, and the p-type nitride semiconductor layer is made of In _y Ga _1-y N (0 <y <1). The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein 0 <y <x.

前記井戸層はＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜１）から成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＩｎ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）から成り、かつ０＜ｚ＜ｘであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The well layer is made of In _x Ga _1-x N (0 <x <1), the barrier layer is made of Al _y Ga _1-y N (0 <y <1), and the p-type nitride semiconductor layer is in _z Ga _{_1-z} N consists (0 <z <1), and 0 <z <semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the a x.

前記井戸層はＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）から成り、前記障壁層はＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｘ＜ｙ＜１）から成り、前記ｐ型窒化物半導体層はＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ＜１）から成り、かつ０＜ｘ＜ｚ＜ｙであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 The well layer is made of Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x <1), the barrier layer is made of Al _y Ga _1-y N (0 <x <y <1), and the p-type nitride semiconductor layer consists _{_{Al z Ga 1-z N (}} 0 <z <1), and 0 <x <z <semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein it is y.

前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ型の不純物を、ＭｇもしくはＺｎとすることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体発光素子。 5. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the p-type nitride semiconductor layer has a p-type impurity of Mg or Zn.