JP2918139B2 - Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device - Google Patents
Gallium nitride based compound semiconductor light emitting deviceInfo
- Publication number
- JP2918139B2 JP2918139B2 JP14638393A JP14638393A JP2918139B2 JP 2918139 B2 JP2918139 B2 JP 2918139B2 JP 14638393 A JP14638393 A JP 14638393A JP 14638393 A JP14638393 A JP 14638393A JP 2918139 B2 JP2918139 B2 JP 2918139B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- light
- light emitting
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は窒化ガリウム系化合物半
導体を用いた発光素子に係り、特にｐ−ｎ接合を有する
ダブルへテロ構造の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor, and more particularly to a gallium nitride compound semiconductor light emitting device having a double heterostructure having a pn junction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、Ｉｎ
ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移
を有し、バンドギャップが１．９５ｅＶ〜６ｅＶまで変
化するため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発
光素子の材料として有望視されている。現在、この材料
を用いた発光素子には、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体の上に、ｐ型ドーパントをドープした高抵抗なｉ型の
窒化ガリウム系化合物半導体を積層したいわゆるＭＩＳ
構造の青色発光ダイオードが知られている。2. Description of the Related Art GaN, GaAlN, InGaN, In
Gallium nitride-based compound semiconductors such as AlGaN have direct transitions and change in band gap from 1.95 eV to 6 eV. Therefore, they are promising as materials for light-emitting elements such as light-emitting diodes and laser diodes. At present, a light-emitting element using this material includes a so-called MIS in which a high-resistance i-type gallium nitride-based compound semiconductor doped with a p-type dopant is laminated on an n-type gallium nitride-based compound semiconductor.
A blue light emitting diode having a structure is known.
【０００３】ＭＩＳ構造の発光素子として、例えば特開
平４−１０６６５号公報、特開平４−１０６６６号公
報、特開平４−１０６６７号公報において、ｎ型ＧａＡ
ｌＮ層の上に、ＳｉおよびＺｎをドープしたｉ型のＧａ
ＡｌＮ層を積層して、そのｉ型層を発光層とする技術が
開示されている。これらの技術によると、Ｚｎに対する
Ｓｉのドーピング割合を変化させることで、発光色を青
色、白色、赤色と変化させることができる。As a light emitting element having a MIS structure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-10665, 4-10666, and 4-10667 disclose an n-type GaAs.
On the 1N layer, i-type Ga doped with Si and Zn
There is disclosed a technique in which an AlN layer is stacked and the i-type layer is used as a light emitting layer. According to these techniques, the emission color can be changed to blue, white, or red by changing the doping ratio of Si to Zn.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術のように、ｐ型ドーパントであるＺｎをドープし、さ
らにｎ型ドーパントであるＳｉをドープして高抵抗なｉ
型ＧａＡｌＮ層を発光層とするＭＩＳ構造の発光素子は
輝度、発光出力共低く、発光素子として実用化するには
未だ不十分であった。However, as in the above-described technique, a p-type dopant is doped with Zn, and an n-type dopant is doped with Si to obtain a high-resistance i.
The light emitting element having the MIS structure using the GaAlN layer as the light emitting layer has low luminance and low light output, and is still insufficient for practical use as a light emitting element.
【０００５】従って本発明はこのような事情を鑑みて成
されたものであり、その目的とするところは、ｐ−ｎ接
合の窒化ガリウム系化合物半導体を用いて発光素子の輝
度、および発光出力を向上させることにある。Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to reduce the luminance and light emission output of a light emitting device using a pn junction gallium nitride compound semiconductor. To improve it.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】我々は、ＧａＡｌＮを従
来のように高抵抗なｉ型の発光層とせず、低抵抗なｎ型
とし、新たにこのｎ型ＧａＡｌＮ層を発光層としたｐ−
ｎ接合ダブルへテロ構造の発光素子を実現することによ
り上記課題を解決するに至った。即ち、本発明の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子はｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ
（０＜Y＜１）層とｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層
との間に、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとがドープ
されたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）
層を発光層として具備することを特徴とする。Means for Solving the Problems We are not using GaAlN as a conventional high-resistance i-type light-emitting layer, but rather a low-resistance n-type light-emitting layer, and newly using this n-type GaAlN layer as a light-emitting layer.
By realizing a light emitting element having an n-junction double hetero structure, the above-mentioned problem has been solved. That is, the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention is an n-type Ga 1-Y Al Y N
(0 <Y <1) layer and the p-type Ga 1-Z Al Z N ( 0 <Z <1) between the layers, n-type and the n-type dopant and a p-type dopant doped Ga 1-X Al X N (0 ≦ X <1, X <Y, X <Z)
A light-emitting layer.
【０００７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子において、クラッド層であるｎ型Ｇａ1-YＡｌYＮ層
（以下、ｎクラッド層という。）とは、ＧａＡｌＮに例
えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドー
プしてｎ型特性を示すように成長させた層をいう。ま
た、ＧａＡｌＮの場合ノンドープでもｎ型になる性質が
ある。In the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention, the n-type Ga 1-Y Al Y N layer (hereinafter referred to as “n-cladding layer”) as a cladding layer means that GaAlN is made of, for example, Si, Ge, Se, A layer doped with an n-type dopant such as Te and grown to exhibit n-type characteristics. In the case of GaAlN, there is a property that it becomes n-type even if it is non-doped.
【０００８】さらに、前記ｎクラッド層はｎ型ＧａＮ層
の上に積層されていることがさらに好ましい。なぜな
ら、結晶性に優れた発光層を具備する発光素子ほど発光
強度、発光効率に優れており、結晶性に優れた発光層を
得るためには、結晶性に優れたｎクラッド層の上に発光
層を積層する必要があるからである。我々の実験による
と、窒化ガリウム系化合物半導体は三元混晶、四元混晶
となるに従い、その結晶性が悪くなる傾向にある。従っ
て、結晶性に優れた三元混晶、または四元混晶のｎクラ
ッド層を得るためには、そのｎクラッド層をｎ型ＧａＮ
層の上に積層することにより、最も結晶性に優れたｎク
ラッド層を得ることができる。Further, it is more preferable that the n-cladding layer is laminated on the n-type GaN layer. This is because a light-emitting element having a light-emitting layer with excellent crystallinity has excellent light-emitting intensity and luminous efficiency. In order to obtain a light-emitting layer with excellent crystallinity, light is emitted on an n-cladding layer with excellent crystallinity. This is because the layers need to be stacked. According to our experiments, gallium nitride-based compound semiconductors tend to have poorer crystallinity as they become ternary mixed crystals or quaternary mixed crystals. Therefore, in order to obtain a ternary mixed crystal or quaternary mixed crystal n-cladding layer having excellent crystallinity, the n-cladding layer must be formed of n-type GaN.
By stacking on the layers, an n-cladding layer having the highest crystallinity can be obtained.
【０００９】また、同じくクラッド層であるｐ型Ｇａ
1-ZＡｌZＮ層（以下、ｐクラッド層という。）とは、Ｇ
ａＡｌＮにＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のｐ型ドー
パントをドープして、ｐ型特性を示すように成長した層
をいう。さらに、ｐ型ドーパントをドープして成長した
ＧａＡｌＮ層を、我々が先に出願した特願平３−３５７
０４６号に開示するように、４００℃以上でアニーリン
グ処理を行うことにより、抵抗率１００Ω・cm以下のｐ
型が実現でき、さらに好ましい。Also, a p-type Ga which is also a cladding layer
1-Z Al Z N layer (hereinafter, referred to as p-cladding layer.) The, G
A layer obtained by doping aAlN with a p-type dopant such as Zn, Mg, Cd, Be, and Ca, and growing to exhibit p-type characteristics. Further, a GaAlN layer grown by doping with a p-type dopant is applied to a GaAlN layer which has been previously filed in Japanese Patent Application No. 3-357.
As disclosed in Japanese Patent No. 046, an annealing treatment at a temperature of 400 ° C. or more allows a resistivity of 100 Ω · cm or less to be obtained.
A mold can be realized, which is more preferable.
【００１０】さらにまた、ｎクラッド層とｐクラッド層
のＡｌ混晶比、即ちY値およびZ値ははX値よりも大きく
する必要がある。それらの値をX値よりも大きくするこ
とにより、好ましいダブルへテロ構造として発光出力を
向上させることができる。[0010] Furthermore, the Al mixed crystal ratio of the n-cladding layer and the p-cladding layer, that is, the Y value and the Z value must be larger than the X value. By making those values larger than the X value, the light emission output can be improved as a preferable double hetero structure.
【００１１】一方、発光層であるｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層
（以下、ｎ発光層という）中の電子キャリア濃度は１×
１０17／cm3〜１×１０22／cm3の範囲に調整することが
好ましい。電子キャリア濃度が１×１０17／cm3より少
ないか、または１×１０22／cm3よりも多いと、実用的
に十分な発光出力が得られない傾向にある。また、電子
キャリア濃度と抵抗率とは反比例し、その濃度がおよそ
１×１０15／cm3以下であると、ｎ発光層は高抵抗なｉ
型となる傾向にあり、電子キャリア濃度測定不能とな
る。電子キャリア濃度は、ｎ発光層にドープするｎ型ド
ーパントとｐ型ドーパントのドープ量を適宜調整する
か、あるいは成長条件を適宜調整することにより調整す
ることができる。ｎ発光層の電子キャリア濃度の効果に
ついては後に詳しく述べる。また、ｎ型ドーパントをｐ
型ドーパントよりも多くドープすることによりｎ発光層
を好ましくｎ型とすることができる。なお、この発光層
にドープするｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントの種類も
上記したドーパントと同じであることはいうまでもな
い。On the other hand, the electron carrier concentration in an n-type Ga 1-x Al x N layer (hereinafter referred to as an n-emitting layer) as a light-emitting layer is 1 ×.
It is preferable to adjust the concentration in the range of 10 17 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 . If the electron carrier concentration is lower than 1 × 10 17 / cm 3 or higher than 1 × 10 22 / cm 3 , practically sufficient light emission output tends to be not obtained. Further, the electron carrier concentration and the resistivity are inversely proportional. When the electron carrier concentration is about 1 × 10 15 / cm 3 or less, the n-emitting layer has a high resistance i
The electron carrier concentration tends to be unmeasurable. The electron carrier concentration can be adjusted by appropriately adjusting the doping amounts of the n-type dopant and the p-type dopant to be doped into the n-emitting layer, or by adjusting the growth conditions as appropriate. The effect of the electron carrier concentration of the n light emitting layer will be described later in detail. In addition, the n-type dopant is p
By doping more than the type dopant, the n-emitting layer can be preferably made n-type. Needless to say, the types of the n-type dopant and the p-type dopant to be doped into the light emitting layer are the same as those described above.
【００１２】また、ｐクラッド層の上にコンタクト層と
してｐ型ＧａＮ層（以下、ｐコンタクト層という。）を
形成することにより、正電極とｐコンタクト層とのオー
ミック接触が得られやすくなり、発光素子に係る順方向
電圧を下げ、発光効率を向上させることができる。なぜ
なら、我々の実験によるとＧａＡｌＮ層よりもＡｌを含
まないＧａＮ層の方が電極とオーミックコンタクトが得
られやすい傾向にあるため、ＧａＮ層をｐクラッド層の
上に積層することにより、電極とのオーミック性がよく
なる。このｐ型ＧａＮ層のｐ型ドーパントも上記ｐ型ド
ーパントと変わるものではなく、さらにｐクラッド層と
同様に、ｐ型ドーパントをドープして成長したＧａＮ層
を４００℃以上でアニーリング処理を行うことにより、
抵抗率１００Ω・cm以下のｐ型が実現でき、さらに好ま
しい。Further, by forming a p-type GaN layer (hereinafter, referred to as a p-contact layer) as a contact layer on the p-cladding layer, an ohmic contact between the positive electrode and the p-contact layer can be easily obtained, and light emission can be achieved. The forward voltage of the device can be reduced, and the luminous efficiency can be improved. Because, according to our experiments, a GaN layer containing no Al tends to be able to obtain an ohmic contact with the electrode more easily than a GaAlN layer. Ohmic properties are improved. The p-type dopant of the p-type GaN layer is not different from the above-mentioned p-type dopant. Further, similarly to the p-type cladding layer, the GaN layer grown by doping with the p-type dopant is subjected to an annealing treatment at 400 ° C. or more. ,
A p-type with a resistivity of 100 Ω · cm or less can be realized, which is more preferable.
【００１３】[0013]
【作用】図１に、基板上に、ｎ型ＧａＮ層と、ｎクラッ
ド層としてＳｉドープｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.2Ｎ層と、ｎ発
光層としてＺｎ、Ｓｉドープｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層
と、ｐクラッド層としてＭｇドープｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎ層と、ｐコンタクト層としてＭｇドープｐ型ＧａＮ層
とを順に積層したｐ−ｎ接合のダブルへテロ構造の発光
素子を作製し、その発光素子を発光させた場合に、前記
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層の電子キャリア濃度と、その
発光素子の相対発光出力との関係を示す。FIG. 1 shows an n-type GaN layer on a substrate, a Si-doped n-type Ga0.9Al0.2N layer as an n-cladding layer, and a Zn and Si-doped n-type Ga0.99Al0.01N layer as an n-emitting layer. , Mg-doped p-type Ga0.9Al0.1 as p-cladding layer
When a light-emitting element having a pn junction double heterostructure in which an N layer and an Mg-doped p-type GaN layer are sequentially stacked as a p-contact layer is manufactured and the light-emitting element emits light, the n-type Ga0. The relationship between the electron carrier concentration of the 99Al0.01N layer and the relative light emission output of the light emitting device is shown.
【００１４】この図に示すように、ｐ型ドーパントとｎ
型ドーパントをドープしたｎ発光層を具備するダブルへ
テロ構造窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の場合、
ｎ発光層の電子キャリア濃度により発光素子の発光出力
が変化する。発光出力はｎ発光層の電子キャリア濃度が
１０16／cm3付近より急激に増加し、およそ１×１０1 9
〜１０20／cm3付近で最大となり、それを超えると再び
急激に減少する傾向にある。現在実用化されているｎ型
ＧａＮとｉ型ＧａＮよりなるＭＩＳ構造の発光素子の発
光出力は、本発明の発光素子の最大値の発光出力のおよ
そ１／１００以下でしかなく、また実用範囲を考慮した
結果、電子キャリア濃度は１×１０17／cm 3〜５×１０
22／cm3の範囲が好ましい。また、この図はＺｎ、Ｓｉ
ドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎについて示したものである
が、他のｐ型ドーパント、ｎ型ドーパントを同時にドー
プしたｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ発光層についても同様の
相対発光出力が得られた。さらに、Ａｌの混晶比を大き
くしたＧａＡｌＮについても、発光波長が短くなるだけ
で相対発光出力に関しては同様の結果が得られた。この
ように、本発明の発光素子において、ｎ発光層の電子キ
ャリア濃度の変化により、発光出力が変化するのは以下
の理由であると推察される。As shown in this figure, a p-type dopant and n
To double with n-emitting layer doped with p-type dopant
In the case of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device having a terror structure,
Light emission output of light emitting device according to electron carrier concentration of n light emitting layer
Changes. The emission output is determined by the electron carrier concentration of the n-emitting layer.
1016/cmThreeIncreased sharply from around 1 × 101 9
-1020/cmThreeNear the maximum, beyond that again
It tends to decrease sharply. N-type currently in practical use
Development of light emitting device with MIS structure composed of GaN and i-type GaN
The light output is approximately equal to the maximum light output of the light emitting device of the present invention.
It is only 1/100 or less, and considering the practical range
As a result, the electron carrier concentration was 1 × 1017/cm Three~ 5 × 10
twenty two/cmThreeIs preferable. This figure shows Zn, Si
Shown for doped Ga0.99Al0.01N
Dope other p-type and n-type dopants simultaneously.
The same applies to the n-type Ga0.99Al0.01N light-emitting layer
A relative light output was obtained. Furthermore, the mixed crystal ratio of Al is increased.
Even for the reduced GaAlN, only the emission wavelength becomes shorter.
As for the relative light emission output, the same result was obtained. this
As described above, in the light emitting device of the present invention, the electronic key of the n light emitting layer
The change in the light emission output due to the change in carrier concentration is as follows.
It is inferred that this is the reason.
【００１５】ＧａＮはノンドープ（無添加）で成長する
と、窒素空孔ができることによりｎ型を示すことは知ら
れている。このノンドープｎ型ＧａＮの残留電子キャリ
ア濃度は、成長条件によりおよそ１×１０17／cm3〜１
×１０22／cm3ぐらいの値を示す。さらに、このｎ型Ｇ
ａＮ層に発光中心となるｐ型ドーパント（図１の場合は
Ｚｎ）をドープすることにより、ｎ型ＧａＮ層中の電子
キャリア濃度が減少する。このため、ｐ型ドーパントを
電子キャリア濃度が極端に減少するようにドープする
と、ｎ型ＧａＮは高抵抗なｉ型となってしまう。この電
子キャリア濃度を調整することにより発光出力が変化す
るのは、ｐ型ドーパントであるＺｎの発光中心がドナー
不純物とペアを作って発光するＤ−Ａペア発光の可能性
を示唆しているが、詳細なメカニズムはよくわからな
い。重要なことは、ある程度の電子キャリアを作るドナ
ー不純物（例えばｎ型ドーパント、ノンドープＧａＡｌ
Ｎ）と、アクセプター不純物であるｐ型ドーパントとが
両方存在するｎ型ＧａＡｌＮでは、ダブルへテロ構造の
発光素子において、発光中心の強度が明らかに増大する
ということである。It is known that GaN, when grown non-doped (without addition), becomes n-type due to the formation of nitrogen vacancies. The residual electron carrier concentration of this non-doped n-type GaN is approximately 1 × 10 17 / cm 3 to 1 depending on the growth conditions.
It shows a value of about × 10 22 / cm 3 . Furthermore, this n-type G
By doping the aN layer with a p-type dopant (Zn in FIG. 1) serving as a light emission center, the electron carrier concentration in the n-type GaN layer is reduced. Therefore, if a p-type dopant is doped so that the electron carrier concentration is extremely reduced, the n-type GaN becomes an i-type with high resistance. The reason that the emission output changes by adjusting the electron carrier concentration suggests the possibility of DA pair emission in which the emission center of Zn as a p-type dopant forms a pair with a donor impurity to emit light. , I do not know the detailed mechanism. Importantly, donor impurities (eg, n-type dopants, undoped GaAl
In the case of N-type GaAlN in which both N) and a p-type dopant which is an acceptor impurity are present, the intensity of the luminescence center is clearly increased in a light emitting element having a double hetero structure.
【００１６】[0016]
【実施例】図２は本発明の一実施例の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図であり、以下こ
の図に基づき、本発明の発光素子を有機金属気相成長法
により製造する方法を述べる。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to one embodiment of the present invention. The light-emitting device of the present invention is manufactured by metal organic chemical vapor deposition based on this drawing. How to do it.
【００１７】［実施例１］サファイア基板１を反応容器
内に設置し、サファイア基板１のクリーニングを行った
後、成長温度を５１０℃にセットし、キャリアガスとし
て水素、原料ガスとしてアンモニアとＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮバッ
ファ層２を約２００オングストロームの膜厚で成長させ
る。Example 1 A sapphire substrate 1 was placed in a reaction vessel, and after cleaning the sapphire substrate 1, the growth temperature was set at 510 ° C., hydrogen was used as a carrier gas, and ammonia and TMG ( GaN buffer layer 2 is grown on a sapphire substrate to a thickness of about 200 Å using trimethylgallium).
【００１８】バッファ層２成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく原料ガスにＴＭＧとアンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮ層３を４μｍ成長させる。After growing the buffer layer 2, only TMG is stopped,
Raise the temperature to 1030 ° C. When the temperature reaches 1030 ° C., n-type G doped with Si using TMG and ammonia gas as the source gas and silane gas as the dopant gas.
The aN layer 3 is grown to 4 μm.
【００１９】ｎ型ＧａＮ層３成長後、原料ガスとしてＴ
ＭＧとＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニ
ア、ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｎクラッ
ド層４としてＳｉドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．１５
μｍ成長させる。After growing the n-type GaN layer 3, T is used as a source gas.
MG, TMA (trimethylaluminum), ammonia, silane gas as a dopant gas, and a Si-doped Ga0.8Al0.2N layer
grow by μm.
【００２０】ｎクラッド層４成長後、ＴＭＡガスの流量
を絞り、ドーパントガスとしてシランガス、およびＤＥ
Ｚ（シエチルジンク）を用い、ｎ発光層５としてＳｉ、
ＺｎドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を５００オングストロ
ーム成長させる。なお、このｎ発光層５層の電子キャリ
ア濃度は１×１０19／cm3であった。After growing the n-cladding layer 4, the flow rate of the TMA gas is reduced, and silane gas and DE are used as dopant gases.
Z (Siethyl Zinc), Si as n light emitting layer 5,
A Zn-doped Ga 0.99 Al 0.01 N layer is grown to 500 Å. The electron carrier concentration of the five n-emitting layers was 1 × 10 19 / cm 3 .
【００２１】次に、ドーパントガスを止め、原料ガスと
してＴＭＧと、ＴＭＡと、アンモニア、ドーパントガス
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）とを用い、ｐクラッド層６として、Ｍｇをドープし
たｐ型Ｇａ0.8Ａｌ0.2Ｎ層を０．２μｍ成長させる。Next, the dopant gas is stopped, TMG, TMA and ammonia are used as raw material gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as the dopant gas, and Mg-doped p-type Ga A .8 Al0.2N layer is grown to 0.2 .mu.m.
【００２２】さらにｐクラッド層６成長後、ＴＭＡガス
を止め、ｐコンタクト層７として、Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮ層を０．５μｍ成長させる。After the growth of the p-cladding layer 6, the TMA gas is stopped and the p-layer doped with Mg is used as the p-contact layer 7.
Type GaN layer is grown 0.5 μm.
【００２３】成長後、ウエハーを反応容器から取り出
し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００℃で２
０分間アニーリングを行い、最上層のｐコンタクト層７
と、ｐクラッド層６とをさらに低抵抗化し、それぞれ抵
抗率１０Ω・cm以下にする。After the growth, the wafer is taken out of the reaction vessel, and is placed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. in an annealing apparatus.
Anneal for 0 minutes to form the uppermost p-contact layer 7
And the p-cladding layer 6 are further reduced in resistance, and each has a resistivity of 10 Ω · cm or less.
【００２４】以上のようにして得られたウエハーのｐコ
ンタクト層７、ｐクラッド層６、ｎ発光層５、およびｎ
クラッド層４の一部をエッチングにより取り除き、ｎ型
ＧａＮ層３を露出させ、ｐコンタクト層７と、ｎ型Ｇａ
Ｎ層３とにそれぞれオーミック電極８、９を設け、５０
０μｍ角のチップにカットした後、常法に従い発光ダイ
オードとしたところ、発光出力は２０ｍＡにおいて４０
０μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４９０ｎｍであっ
た。The p-contact layer 7, p-cladding layer 6, n-emitting layer 5, and n-layer of the wafer obtained as described above
A part of the cladding layer 4 is removed by etching to expose the n-type GaN layer 3, and the p-contact layer 7 and the n-type Ga
Ohmic electrodes 8 and 9 are provided on the N layer 3 and 50, respectively.
After cutting the chip into 0 μm square chips, the light emitting diode was formed according to a conventional method.
0 μW, forward voltage 5 V, emission wavelength 490 nm.
【００２５】［実施例２］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。[Embodiment 2] When growing an n-type Ga0.99Al0.01N layer, which is the n-emitting layer 5 of Embodiment 1, Si and Z
The electron carrier concentration is adjusted to 2 × 10
Except that the 17 / cm 3, was obtained a blue light-emitting diodes in the same manner as in Example 1, the light output at 20 mA 40
μW, forward voltage and emission wavelength were the same as in Example 1.
【００２６】［実施例３］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を２×１０
21／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力４０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。[Embodiment 3] When growing an n-type Ga0.99Al0.01N layer, which is the n-emitting layer 5 of Embodiment 1, Si and Z
The electron carrier concentration is adjusted to 2 × 10
Except that the 21 / cm 3, was obtained a blue light-emitting diodes in the same manner as in Example 1, the light output at 20 mA 40
μW, forward voltage and emission wavelength were the same as in Example 1.
【００２７】［実施例４］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
17／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。[Embodiment 4] When growing an n-type Ga0.99Al0.01N layer which is the n-emitting layer 5 of Embodiment 1, Si and Z
The electron carrier concentration is adjusted to 1 × 10
A blue light-emitting diode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the light emission output was 10 / cm 3 at 20 mA.
μW, forward voltage and emission wavelength were the same as in Example 1.
【００２８】［実施例５］実施例１のｎ発光層５である
ｎ型Ｇａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長する際、ＳｉおよびＺ
ｎのドープ量を調整して、電子キャリア濃度を１×１０
22／cm3とする他は、実施例１と同様にして青色発光ダ
イオードを得たところ、２０ｍＡにおいて発光出力１０
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。[Embodiment 5] When growing an n-type Ga0.99Al0.01N layer, which is the n-emitting layer 5 of Embodiment 1, Si and Z
The electron carrier concentration is adjusted to 1 × 10
22 / addition to the cm 3 is where to obtain a blue light-emitting diodes in the same manner as in Example 1, the light output at 20 mA 10
μW, forward voltage and emission wavelength were the same as in Example 1.
【００２９】［実施例６］実施例１のｎ型ＧａＮ層３を
成長させず、ＧａＮバッファ層２の上に直接ｎクラッド
層４を成長させる他は、実施例１と同様にして発光ダイ
オードとしたところ、２０ｍＡにおいて発光出力１００
μＷ、順方向電圧、発光波長とも実施例１と同一であっ
た。なお、電極９はｎクラッド層４に形成したことはい
うまでもない。Embodiment 6 A light emitting diode and a light emitting diode are manufactured in the same manner as in Embodiment 1 except that the n-type GaN layer 3 of Embodiment 1 is not grown and the n-cladding layer 4 is grown directly on the GaN buffer layer 2. Then, at 20 mA, the light emission output was 100
μW, forward voltage and emission wavelength were the same as in Example 1. Needless to say, the electrode 9 was formed on the n-cladding layer 4.
【００３０】［実施例７］実施例１のｐコンタクト層７
を成長させず、ｐクラッド層６の上に電極８を形成する
他は実施例１と同様にして発光ダイオードとしたとこ
ろ、２０ｍＡにおいて発光出力４００μＷ、発光波長４
９０ｎｍであったが、順方向電圧が１０Ｖであった。[Embodiment 7] The p-contact layer 7 of the embodiment 1
A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 1 except that the electrode 8 was formed on the p-cladding layer 6 without growing the light emitting device.
Although it was 90 nm, the forward voltage was 10 V.
【００３１】［実施例８］実施例１において、ｎ型発光
層５のｐ型ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）ガス、ｎ型ドーパントとしてゲ
ルマンガスを用い、電子キャリア濃度１×１０19／cm3
のＭｇ、ＧｅドープＧａ0.99Ａｌ0.01Ｎ層を成長させる
他は同様にして発光ダイオードとしたところ、発光出力
４００μＷ、順方向電圧５Ｖ、発光波長４８０ｎｍであ
った。[Embodiment 8] In Embodiment 1, Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) gas is used as the p-type dopant and germane gas is used as the n-type dopant for the n-type light emitting layer 5, and the electron carrier concentration is 1 × 10 19 / cm 3
A light emitting diode was manufactured in the same manner except that a Mg, Ge doped Ga 0.99 Al 0.01 N layer was grown. The light emitting output was 400 μW, the forward voltage was 5 V, and the light emitting wavelength was 480 nm.
【００３２】［比較例１］実施例１のｎ型ＧａＮ層３の
上に、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ型Ｇａ
Ｎ層成長後、ｉ型ＧａＮ層の一部をエッチングし、ｎ型
ＧａＮ層を露出させ、ｎ型ＧａＮ層とｉ型ＧａＮ層とに
電極を設けて、ＭＩＳ構造の発光ダイオードとしたとこ
ろ、発光出力は２０ｍＡにおいて１μＷ、順方向電圧２
０Ｖ、輝度２ｍｃｄしかなかった。Comparative Example 1 A Zn-doped i-type GaN layer is grown on the n-type GaN layer 3 of Example 1. i-type Ga
After growing the N layer, a part of the i-type GaN layer is etched to expose the n-type GaN layer, and electrodes are provided on the n-type GaN layer and the i-type GaN layer to obtain a light emitting diode having a MIS structure. Output is 1 μW at 20 mA, forward voltage 2
There was only 0 V and a luminance of 2 mcd.
【００３３】［比較例２］実施例１のｎ型ＧａＮ層３の
上に、Ｓｉ、Ｚｎドープｉ型ＧａＮ層を成長させる。ｉ
型ＧａＮ層成長後、比較例１と同様にして電極を設け、
ＭＩＳ構造の発光ダイオードところ、発光出力は２０ｍ
Ａにおいて１μＷ、順方向電圧２０Ｖ、輝度０．１ｍｃ
ｄしかなかった。Comparative Example 2 On the n-type GaN layer 3 of Example 1, a Si, Zn-doped i-type GaN layer is grown. i
After growing the type GaN layer, electrodes were provided in the same manner as in Comparative Example 1,
MIS structure light emitting diode Where light output is 20m
A: 1 μW, forward voltage: 20 V, luminance: 0.1 mc
There was only d.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子は、ｐ型ドーパントおよび
ｎ型ドーパントをドープしたｎ型Ｇａ1-XＡｌXＮ層を発
光層とするダブルへテロ構造としているため、従来のＭ
ＩＳ構造の発光素子に比して、格段に発光出力が増大す
る。また、ｐコンタクト層をｐクラッド層の上に積層す
ることにより発光素子の順方向電圧が下がり、発光効率
が向上する。これにより、ＳｉＣ、ＭＩＳ構造ＧａＮし
か利用されていなかった従来の青色発光素子にとってか
わり、本発明の発光素子が十分に実用可能となり、平面
ディスプレイ、フルカラー発光ダイオード等が実現でき
る。As described above, the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention has a double hetero structure in which an n-type Ga 1-x AlXN layer doped with a p-type dopant and an n-type dopant is used as a light-emitting layer. And the conventional M
The light emission output is significantly increased as compared with the light emitting element having the IS structure. Further, by stacking the p-contact layer on the p-cladding layer, the forward voltage of the light-emitting element is reduced, and the luminous efficiency is improved. As a result, the light emitting device of the present invention can be sufficiently used in place of the conventional blue light emitting device in which only the SiC or MIS structure GaN is used, and a flat display, a full color light emitting diode, and the like can be realized.
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子のｎ型Ｇａ
ＡｌＮ層の電子キャリア濃度と、相対発光出力との関係
を示す図。FIG. 1 shows an n-type Ga of a light emitting device according to one embodiment of the present invention.
The figure which shows the relationship between the electron carrier concentration of an AlN layer, and relative light emission output.
【図２】 本発明の一実施例に係る発光素子構造を示す
模式断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device structure according to one embodiment of the present invention.
１・・・サファイア基板 ２・・・ＧａＮバッファ層 ３・・・ｎ型ＧａＮ層 ４・・・ｎクラッド層 ５・・・ｎ発光層 ６・・・ｐクラッド層 ７・・・ｐコンタクト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate 2 ... GaN buffer layer 3 ... n-type GaN layer 4 ... n clad layer 5 ... n light emitting layer 6 ... p clad layer 7 ... p contact layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 33/00 H01S 3/18 JICST file (JOIS)
Claims (5)
ｐ型Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Z＜１）層との間に、ｎ型ド
ーパントとｐ型ドーパントとがドープされたｎ型Ｇａ
1-XＡｌXＮ（０≦X＜１、X＜Y、X＜Z）層を発光層とし
て具備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。Between 1. A n-type Ga 1-Y Al Y N ( 0 <Y <1) layer and the p-type Ga 1-Z Al Z N ( 0 <Z <1) layer, n-type dopant and p -Type Ga doped with a type dopant
A gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device comprising a 1-X Al X N (0 ≦ X <1, X <Y, X <Z) layer as a light-emitting layer.
ア濃度は１×１０17／cm3〜１×１０22／cm3の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。2. The electron carrier concentration of the n-type Ga 1-x Al x N layer is in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3. Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device.
コンタクト層としてｐ型ＧａＮ層が積層されていること
を特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子。To wherein on said p-type Ga 1-Z Al Z N, further p-type GaN layer is gallium nitride compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that it is deposited as a contact layer .
前記ｐ型ＧａＮ層は４００℃以上でアニーリングされて
抵抗率１００Ω・cm以下に調整されていることを特徴と
する請求項１または請求項３に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子。4. The method of claim 1, characterized in that it is adjusted to below the p-type Ga 1-Z Al Z N and / or the p-type GaN layer annealed at 400 ° C. or more as resistivity of 100 [Omega · cm A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to claim 3.
層の上に積層されていることを特徴とする請求項１に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。5. The n-type Ga 1-Y Al Y N layer is an n-type GaN
The gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device is stacked on the layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14638393A JP2918139B2 (en) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14638393A JP2918139B2 (en) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077182A JPH077182A (en) | 1995-01-10 |
| JP2918139B2 true JP2918139B2 (en) | 1999-07-12 |
Family
ID=15406467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14638393A Expired - Fee Related JP2918139B2 (en) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2918139B2 (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| DE69533511T2 (en) * | 1994-07-21 | 2005-09-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JPH08167735A (en) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Hitachi Cable Ltd | Light emitting element |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| JPH09153644A (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group-iii nitride semiconductor display device |
| US6423984B1 (en) | 1998-09-10 | 2002-07-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| JP2003516150A (en) | 1999-12-08 | 2003-05-13 | ジェンセット | Full-length human cDNA encoding a cryptic secretory protein |
| JP4553457B2 (en) * | 2000-08-02 | 2010-09-29 | ローム株式会社 | III-V compound semiconductor device having pn junction |
| JP4539105B2 (en) * | 2004-02-12 | 2010-09-08 | 日立電線株式会社 | Manufacturing method of nitride semiconductor device |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP14638393A patent/JP2918139B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH077182A (en) | 1995-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2778405B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP3250438B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2917742B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2890396B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP3890930B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP2785254B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP2932467B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP3868136B2 (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device | |
| JP3846150B2 (en) | Group III nitride compound semiconductor device and electrode forming method | |
| JP2890390B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP2560963B2 (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device | |
| JP2001077412A (en) | Semiconductor element and manufacture thereof | |
| JP3602856B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JPH07162038A (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting diode | |
| JP2918139B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP2713095B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JPH11191639A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JPH10154829A (en) | P-type nitride semiconductor growth method and nitride semiconductor element | |
| JP2713094B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP3458007B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| JPH10144960A (en) | Method for manufacturing p-type nitride semiconductor and nitride semiconductor element | |
| JP2809045B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| JP3484997B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP3216596B2 (en) | Gallium nitride based compound semiconductor light emitting device | |
| JP2560964B2 (en) | Gallium nitride compound semiconductor light emitting device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |