JP3511923B2 - Light emitting element - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はディスプレイ、光通
信、照明やＯＡ機器の光源などに利用できる3−5族窒化
物半導体を利用した発光素子に係わり、特に、異なる発
光スペクトルピークを発光可能な発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a Group 3-5 nitride semiconductor, which can be used for a display, optical communication, lighting, a light source for OA equipment, and the like, and more particularly, it can emit different emission spectrum peaks. Regarding a light emitting element.
【０００２】[0002]
【従来技術】今日、ＲＧＢ（赤、緑、青）などが超高輝
度に発光可能な発光ダイオードが開発された。特に、窒
化物半導体を用いた発光素子は、その混晶比により紫外
域から赤外領域まで発光可能である。このような発光ダ
イオードの利用分野は、高輝度、低消費電力、小型化可
能や高信頼性などの特性を生かして急速に広がってい
る。例えば、車載メータの光源、液晶バックライト光源
や各種照明などが挙げられる。2. Description of the Related Art Today, a light-emitting diode capable of emitting RGB (red, green, blue) light with ultra-high brightness has been developed. In particular, a light emitting device using a nitride semiconductor can emit light in the ultraviolet region to the infrared region depending on its mixed crystal ratio. The field of use of such light emitting diodes is rapidly expanding by taking advantage of characteristics such as high brightness, low power consumption, miniaturization and high reliability. For example, a light source of a vehicle-mounted meter, a liquid crystal backlight light source, various kinds of lighting, and the like can be given.
【０００３】発光素子の分野で、白色は人間の目に優し
く好感が持てる色であり特に要望が強い。色純度の高い
純白光を得るには可視域でフラットな光源でなければ、
補色関係となる異なる発光スペクトルピークを持った光
を混色させる必要がある。例えば、赤、緑、青色や青、
黄色などが発光可能な発光素子をそれぞれ寄せ集めて、
その混色により白色光を得る必要がある。或いは、発光
素子と、その発光素子からの発光スペクトルを波長変換
する蛍光物質との組み合わせにより白色光を得ることが
できる。例えば、青色が発光可能な発光素子とその補色
関係にある黄色の蛍光が発光可能な蛍光物質を用いる。
或いは紫外域を発光する発光ダイオードと、それによっ
て補色関係となる光を放出する蛍光物質を利用して白色
光を得ることができる。In the field of light-emitting devices, white is a color that is kind to the human eye and has a favorable impression, and there is a strong demand for it. In order to obtain pure white light with high color purity, unless the light source is flat in the visible range,
It is necessary to mix lights having different emission spectrum peaks having a complementary color relationship. For example, red, green, blue or blue,
Collecting light emitting elements that can emit yellow etc.,
It is necessary to obtain white light by the color mixture. Alternatively, white light can be obtained by combining a light emitting element and a fluorescent substance that converts the wavelength of the emission spectrum from the light emitting element. For example, a light-emitting element capable of emitting blue light and a fluorescent substance capable of emitting yellow fluorescence, which has a complementary color relationship with the light-emitting element, are used.
Alternatively, white light can be obtained by using a light emitting diode that emits light in the ultraviolet region and a fluorescent substance that emits light having a complementary color relationship.
【０００４】しかし、白色光など混色光が高効率かつ高
輝度に発光可能な半導体発光素子が求められている現在
においては、上記構成の発光ダイオードでは十分ではな
く更なる改良が求められている。即ち、複数の発光素子
を利用する場合、混色性を向上させるために小型化して
近づけるには限界がある。また、利用する発光素子が異
なる材料系の半導体を利用した場合には、温度特性や駆
動電圧が異なるなど種々の問題がある。However, at the present time when a semiconductor light emitting element capable of emitting mixed light such as white light with high efficiency and high brightness is demanded, the light emitting diode having the above structure is not sufficient and further improvement is required. That is, when a plurality of light emitting elements are used, there is a limit to miniaturization and approaching them in order to improve color mixing. Further, when semiconductors made of different materials are used for the light emitting elements to be used, there are various problems such as different temperature characteristics and driving voltage.
【０００５】同様に、蛍光物質を利用した発光ダイオー
ドでは、発光素子に蛍光体を付着させる工程が必要とな
る。そのため工程上及び構造上小型化することが困難と
なる。また、蛍光物質を均一性よく設けることが難しく
色ズレなどが生じる場合がある。さらに、蛍光体から放
出される発光スペクトルは、半導体発光素子から放出さ
れる光に比べて極めてブロードである。そのため色純度
の高いシャープな白色光を得ることが難しい。そこで、
本発明は上記問題を解決して１つの発光素子より、高効
率かつ高輝度に複数の発光スペクトルピークが発光可能
な発光素子を提供することにある。Similarly, a light emitting diode using a fluorescent substance requires a step of attaching a phosphor to a light emitting element. Therefore, it is difficult to reduce the size in terms of process and structure. Further, it is difficult to provide the fluorescent substance with good uniformity, and color misregistration may occur. Further, the emission spectrum emitted from the phosphor is extremely broad compared to the light emitted from the semiconductor light emitting device. Therefore, it is difficult to obtain sharp white light with high color purity. Therefore,
It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a light emitting device capable of emitting a plurality of emission spectrum peaks with higher efficiency and higher brightness than one light emitting device.
【０００６】[0006]
【課題を解決する手段】本発明の発光素子は、ｐ型窒化
物半導体とｎ型窒化物半導体との間に少なくともＩｎと
Ｇａを含有する窒化物半導体の発光層を有する発光素子
であって、前記発光層は単一層内でＩｎの組成比が異な
る複数の混晶領域を有する発光素子であって、前記発光
層は、単一層内から混色により白色となる複数の発光ス
ペクトルピークを発光し、且つ、短波長側の発光スペク
トルの半値幅が、より長波長側の発光スペクトルの半値
幅よりも狭く、且つ、短波長側の発光スペクトルピーク
強度が、より長波長側の発光スペクトルピーク強度より
も低いピーク強度比を有するものであることを特徴とす
る。特に、発光層は単一層内でＩｎの組成比が異なる複
数の混晶領域を有することで、単一の層を持った発光層
であっても純白色などが発光可能な発光素子とすること
ができる。また、高輝度かつ優れた発光効率特性を発光
可能な発光素子とすることができる。A light emitting device of the present invention is a light emitting device having a nitride semiconductor light emitting layer containing at least In and Ga between a p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor. The light emitting layer is a light emitting device having a plurality of mixed crystal regions having different In composition ratios in a single layer, and the light emitting layer emits a plurality of emission spectrum peaks that become white by color mixing from within the single layer , In addition, the emission spectrum on the short wavelength side
The half-width of the tor is the half-value of the emission spectrum on the longer wavelength side.
Emission spectrum peak on the short wavelength side, narrower than the width
The intensity is higher than the emission spectrum peak intensity on the longer wavelength side.
Also has a low peak intensity ratio . In particular, the light emitting layer has a plurality of mixed crystal regions having different In composition ratios in a single layer, and thus a light emitting element capable of emitting pure white light even if the light emitting layer has a single layer. You can Further, a light-emitting element which can emit light with high luminance and excellent emission efficiency characteristics can be obtained.
【０００７】本発明の請求項２に記載の発光素子は、請
求項１に記載の発光素子であって、前記発光層は、Ｉｎ
とＧａを含有する窒化物半導体の井戸層を介してＧａＮ
のバリア層が形成されてなる多重井戸構造であることを
特徴とする。The light emitting device according to claim 2 of the present invention is the light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer comprises In
And Ga through a nitride semiconductor well layer containing GaN
It has a multi-well structure in which the barrier layer is formed.
【０００８】本発明の発光素子の製造方法は、ｐ型窒化
物半導体とｎ型窒化物半導体との間に少なくともＩｎと
Ｇａを含有する窒化物半導体の発光層を有し、前記発光
層は単一層内でＩｎの組成比が異なる複数の混晶領域を
有する発光素子の製造方法であって、前記発光層の成長
時に、該発光層が、単一層内から混色により白色となる
複数の発光スペクトルピークを発光し、且つ、短波長側
の発光スペクトルの半値幅が、より長波長側の発光スペ
クトルの半値幅よりも狭く、且つ、短波長側の発光スペ
クトルピーク強度が、より長波長側の発光スペクトルピ
ーク強度よりも低いピーク強度比を有するものとなるよ
うに、原料ガス中のＨ２分圧を高くしたことを特徴とす
ることを特徴とする。The method for manufacturing a light emitting device according to the present invention comprises p-type nitriding.
Between the semiconductor and the n-type nitride semiconductor
Having a light emitting layer of a nitride semiconductor containing Ga,
The layer consists of multiple mixed crystal regions with different In composition ratios in a single layer.
A method of manufacturing a light emitting device, comprising: growing the light emitting layer
Sometimes, the light emitting layer becomes white due to color mixture from within a single layer
Emits a plurality of emission spectrum peaks and has a short wavelength side
The full width at half maximum of the emission spectrum of the
Narrower than the half-width of the spectrum, and the emission spectrum on the short wavelength side.
The spectrum peak intensity is longer than the emission spectrum peak on the longer wavelength side.
Peak intensity ratio lower than the peak intensity.
It is characterized by increasing the H2 partial pressure in the raw material gas
Characterized in that that.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明者は、種々の実験の結果、
発光素子の発光層を特定構造とすることにより、単一層
領域から複数の発光スペクトルピークを発光できること
を見いだし本発明をなすに至った。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As a result of various experiments, the present inventor
The present invention has been completed by finding out that a plurality of emission spectrum peaks can be emitted from a single layer region by making a light emitting layer of a light emitting element have a specific structure.
【００１０】即ち、窒化物半導体の混晶比はＩｎの含有
量により、そのバンドギャップエネルギーに略比例して
発光させることができる。また、Ｉｎを含む窒化物半導
体の成長方法を制御することにより、層内でＩｎの混晶
比が異なる組成不均一領域を形成することができる。よ
り具体的には、ＩｎＧａＮはＩｎＮとＧａＮの混晶であ
るが、Ｉｎは成長時のＨ2分圧が高くなると、ＩｎＧａ
Ｎ中に取り込まれ難くなる。さらにＨ2分圧が高くなる
と、ＩｎＧａＮ中に複数個の混晶を生ずる組成不安定領
域を形成させることができる。That is, the mixed crystal ratio of the nitride semiconductor can cause light emission to be substantially proportional to the band gap energy depending on the In content. Further, by controlling the growth method of the nitride semiconductor containing In, it is possible to form the non-uniform composition regions having different In mixed crystal ratios in the layer. More specifically, InGaN is a mixed crystal of InN and GaN, but In increases InGa when the partial pressure of H 2 increases during growth.
It becomes difficult to be taken into N. When the H 2 partial pressure is further increased, it is possible to form a compositionally unstable region in which a plurality of mixed crystals are generated in InGaN.
【００１１】そのため、同時に形成させた単一層領域で
あっても、面内に複数の異なるバンドギャップエネルギ
ーを生ずる領域を形成させることができる。このような
単一層領域は同一層内に混晶比が異なる領域があるた
め、短いホールの拡散長であっても電子−正孔の再結合
確率を高くさせ効率を向上させ得ると考えられる。本発
明者は、この組成不安定領域を発光層として積極的に利
用することにより、単一層領域から複数の発光スペクト
ルが効率よく発光可能な発光素子を作り出したものであ
る。以下、本発明の具体的実施例に基づいて説明する
が、この実施例のみに限定するものではないことはいう
までもない。Therefore, even in the case of a single layer region formed at the same time, it is possible to form a region in which a plurality of different band gap energies are generated. Since such single-layer regions have regions with different mixed crystal ratios in the same layer, it is considered that the electron-hole recombination probability can be increased and the efficiency can be improved even with a short hole diffusion length. The present inventor has created a light emitting device capable of efficiently emitting a plurality of emission spectra from a single layer region by positively utilizing this compositionally unstable region as a light emitting layer. Hereinafter, description will be given based on specific examples of the present invention, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.
【００１２】[0012]
【実施例】（実施例１） 図１は本発明の発光素子を示
す模式的断面図である。発光素子は、サファイア基板１
０２上にＧａＮからなるバッファ層１０３を介してアン
ドープのＧａＮ層１０４、電極が形成されるｎ型コンタ
クト層であるＳｉドープのＧａＮ層１０５、Ｓｉドープ
のＧａＮ及びアンドープのＧａＮからなるｎ型超格子層
１０６、単一量子井戸構造からなる活性層１０１、Ｍｇ
ドープのＡｌＧａＮ及びＭｇドープのＩｎＧａＮからな
る超格子ｐ型クラッド層１０７、ＭｇドープのＧａＮか
らなるｐ型コンタクト層１０８が順に形成されている。
本発明の単一量子井戸構造となる発光層１０１は、少な
くとも２つの発光スペクトルピークが発光できる程度に
単一層領域内でＩｎＮとＧａＮの混晶比が異なる領域が
存在している。以下、本発明の発光素子の形成方法につ
いて詳述する。EXAMPLES (Example 1) FIG. 1 is a schematic sectional view showing a light emitting device of the present invention. The light emitting element is a sapphire substrate 1.
02, an undoped GaN layer 104 via a buffer layer 103 made of GaN, an Si-doped GaN layer 105 which is an n-type contact layer on which electrodes are formed, an n-type superlattice made of Si-doped GaN and undoped GaN Layer 106, active layer 101 having a single quantum well structure, Mg
A superlattice p-type clad layer 107 made of doped AlGaN and Mg-doped InGaN, and a p-type contact layer 108 made of Mg-doped GaN are sequentially formed.
The light emitting layer 101 having the single quantum well structure of the present invention has a region where the mixed crystal ratio of InN and GaN is different within the single layer region to the extent that at least two emission spectrum peaks can be emitted. Hereinafter, the method for forming the light emitting device of the present invention will be described in detail.
【００１３】ＭＯＣＶＤ法を用いて窒化物半導体からな
る発光素子を成膜させて形成させた。洗浄した２インチ
のサファイア（Ｃ面）よりなる基板をＭＯＣＶＤ装置の
反応容器内にセットする。反応容器を真空引きしつつ、
Ｈ2を流し反応炉内を水素で十分置換した後、基板温度
を１０５０℃まで上昇させ基板のクリーニングをする。
なお、基板にはサファイアＣ面、Ｒ面、Ａ面を主面とす
るサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のよ
うな絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含
む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体基
板を利用することもできる。A light emitting device made of a nitride semiconductor was formed by using the MOCVD method. A cleaned 2-inch sapphire (C-plane) substrate is set in the reaction vessel of the MOCVD apparatus. While evacuating the reaction vessel,
After flowing H 2 to sufficiently replace the inside of the reaction furnace with hydrogen, the substrate temperature is raised to 1050 ° C. to clean the substrate.
The substrate includes sapphire having C-plane, R-plane, and A-plane as main surfaces, an insulating substrate such as spinel (MgAl 2 O 4 ), and SiC (including 6H, 4H, and 3C). It is also possible to use a semiconductor substrate of Si, ZnO, GaAs, GaN or the like.
【００１４】次に、基板温度を５１０℃まで下げＴＭＧ
（トリメチルガリウム）、ＮＨ3を原料ガスとしてＨ2を
キャリアガスとして流し、サファイア基板上にＧａＮを
厚さ約１５０ で成膜させバッファ層を形成する。な
お、バッファ層はＧａＮの他、ＡｌＮやＧａＡｌＮなど
を利用することができる。Next, the substrate temperature is lowered to 510 ° C. and TMG is applied.
(Trimethylgallium) and NH 3 are used as source gases and H 2 is used as a carrier gas, and GaN is deposited to a thickness of about 150 on a sapphire substrate to form a buffer layer. In addition to GaN, AlN, GaAlN, or the like can be used for the buffer layer.
【００１５】続いて、一旦、原料ガスの流入を止めキャ
リアガスを流しながら成膜温度を１０５０℃に上げる。
温度が一定となった後、ＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）、ＮＨ3を原料ガス及びＨ2をキャリアガスとして流
しアンドープのＧａＮを１．５μｍの厚みでバッファ層
上に形成させる。Then, once the flow of the raw material gas is stopped and the carrier gas is allowed to flow, the film forming temperature is raised to 1050.degree.
After the temperature becomes constant, TMG (trimethylgallium), NH 3 are used as source gas and H 2 as carrier gas to form undoped GaN with a thickness of 1.5 μm on the buffer layer.
【００１６】次に、成膜温度を１０５０℃に維持したま
まＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ3を原料ガス、
Ｈ2をキャリアガスに、不純物ガスとしてＳｉＨ4を加え
て流す。Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮ
を、厚さ２．２５μｍのｎ型コンタクト層としてアンド
ープのＧａＮ層上に成膜させる。Next, TMG (trimethylgallium) and NH 3 are used as source gases while maintaining the film forming temperature at 1050 ° C.
H 2 is added as a carrier gas and SiH 4 is added as an impurity gas to flow. GaN doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3
Is formed on the undoped GaN layer as an n-type contact layer having a thickness of 2.25 μm.
【００１７】さらに、ｎ型コンタクト層上には活性層の
結晶性を向上させ面状に均一発光させるべく、ｎ型超格
子層を好適に形成させることができる。ｎ型超格子層は
成膜温度を１０５０℃に維持したまま不純物ガスである
ＳｉＨ4の供給を制御することにより、ｎ型コンタクト
層上に厚さ約７５ÅでありアンドープのＧａＮ層と、厚
さ約２５ÅであるＳｉドープのＧａＮ層とを２５周期で
成膜させ総膜厚２５００Åとした。なお、超格子を構成
する窒化物半導体層は不純物濃度（Ｓｉ）が互いに異な
る変調ドープとしてある。なお、活性層の下地層として
の役割を果たすこの層は、ＩｎＧａＮやＧａＮの単層で
形成させることもできる。Further, an n-type superlattice layer can be suitably formed on the n-type contact layer so as to improve the crystallinity of the active layer and uniformly emit light in a planar manner. The n-type superlattice layer has a thickness of about 75 Å and an undoped GaN layer on the n-type contact layer by controlling the supply of impurity gas SiH 4 while maintaining the film formation temperature at 1050 ° C. A Si-doped GaN layer having a thickness of about 25Å was formed in 25 cycles to give a total film thickness of 2500Å. The nitride semiconductor layers forming the superlattice are modulation-doped with different impurity concentrations (Si). It should be noted that this layer that serves as a base layer of the active layer may be formed of a single layer of InGaN or GaN.
【００１８】次に、本発明の発光層を単一量子井戸構造
として形成させた。具体的にはＩｎＧａＮの成膜はＭＯ
ＣＶＤ法において成長温度を７００℃に設定した。原料
ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ
（トリメチルインジュウム）ガス、ＮＨ3ガス及びキャ
リアガスとしてＮ2及びＨ2を流した。このときのＴＭＧ
ガス及びＴＭＩガスのモル比を１：２、Ｈ2とＮ2の比を
１：９９とした。これにより、井戸層となる単一層内に
Ｉｎが取り込まれ難く、組成不安定領域が形成されると
考えられる。こうして、アンドープのＧａＮ層上に単一
量子井戸構造とされる厚さ約３０Åの発光層を形成させ
た。なお、発光層である活性層は、ノンドープ、あるい
はＭｇやＺｎなどのアクセプタ不純物、Ｓｉなどのドナ
ー不純物を含有させても良い。さらには、ドナー不純物
及びアクセプター不純物を同時に含有させることもでき
る。Next, the light emitting layer of the present invention was formed as a single quantum well structure. Specifically, the film formation of InGaN is MO
The growth temperature was set to 700 ° C. in the CVD method. TMG (trimethylgallium) gas as the source gas, TMI
(Trimethylindium) gas, NH 3 gas, and N 2 and H 2 were flown as a carrier gas. TMG at this time
The molar ratio of gas and TMI gas was 1: 2, and the ratio of H 2 and N 2 was 1:99. It is considered that this makes it difficult for In to be incorporated into the single layer serving as the well layer, thereby forming a compositionally unstable region. Thus, a light emitting layer having a single quantum well structure with a thickness of about 30 Å was formed on the undoped GaN layer. The active layer, which is the light emitting layer, may be non-doped, or may contain acceptor impurities such as Mg and Zn, and donor impurities such as Si. Furthermore, a donor impurity and an acceptor impurity can be contained at the same time.
【００１９】活性層を成膜後、超格子構造とされるｐ型
クラッド層を形成させる。ｐ型クラッド層は、厚さ約４
０ÅでＭｇドープのＡｌＧａＮと厚さ約２５ÅでＭｇド
ープのＩｎＧａＮを繰り返し５周期で形成させてある。
具体的には、ＭＯＣＶＤ法で成膜温度を１０５０℃と
し、原料ガスをＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、ＮＨ3、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）及びキャリアガスとしてＨ2
を流しながら厚さが約４０ÅのＡｌＧａＮを成膜させ
る。次に、一旦原料ガスの流入を止め成膜温度を８５０
℃に設定する。設定後、再び原料ガスとして、ＴＭＧ、
ＴＭＩ、ＮＨ3、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）及びキャリアガスとして窒
素ガスを流して厚さ約２５ÅのＩｎＧａＮを成膜させ
る。これを５回繰り返し超格子ｐ型クラッド層を約３２
５Åで成膜させた。なお、ｐ型クラッド層は、超格子構
造のものの他にＡｌＧａＮやＡｌＢＧａＮなどの単層を
クラッド層として同様に利用することもできる。After forming the active layer, a p-type clad layer having a superlattice structure is formed. The p-type clad layer has a thickness of about 4
Mg-doped AlGaN having a thickness of 0Å and Mg-doped InGaN having a thickness of approximately 25Å are repeatedly formed in five cycles.
Specifically, the film formation temperature is set to 1050 ° C. by MOCVD, source gases are TMG, TMA (trimethylaluminum), NH 3 , Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an impurity gas, and H 2 as a carrier gas.
AlGaN having a thickness of about 40 Å is deposited while flowing. Next, once the flow of the raw material gas was stopped, the film formation temperature was set to 850.
Set to ℃. After setting, TMG,
TMI, NH 3 , Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an impurity gas, and nitrogen gas as a carrier gas are caused to flow to form an InGaN film having a thickness of about 25 Å. This is repeated 5 times and the superlattice p-type clad layer is used for about 32
The film was formed at 5Å. The p-type clad layer may be a single layer of AlGaN, AlBGaN, or the like as the clad layer in addition to the superlattice structure.
【００２０】続いて、１０５０℃でＴＭＧ、ＮＨ3、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＧ
ａＮよりなるｐ型コンタクト層を約１５００Åの膜厚で
形成させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングを行
い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。Subsequently, at 1050 ° C., TMG, NH 3 , C
G doped with Mg of 1 × 10 20 / cm 3 using p 2 Mg
A p-type contact layer made of aN is formed with a film thickness of about 1500Å. After the reaction is completed, the temperature is lowered to room temperature, and the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
【００２１】アニーリング後、ウエハを反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所望の形状
のマスクを形成する。ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ型コンタクト層側からマスクを介してエッ
チングを行いｐｎ各半導体表面を露出させた。After the annealing, the wafer is taken out of the reaction container, and a mask having a desired shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer. Etching was performed from the p-type contact layer side through a mask with an RIE (reactive ion etching) device to expose each pn semiconductor surface.
【００２２】エッチング後、スパッタリング装置により
ｐ型コンタクト層のほぼ全面に膜厚２００ÅのＮｉとＡ
ｕを含むｐ型電極と、ｐ型電極の上にボンディング用の
Ａｕよりなるｐ型パッド電極を０．５μｍの膜厚で形成
する。他方、エッチングにより露出したｎ型コンタクト
層上にＷとＡｌを含むｎ型電極をそれぞれ形成させた。
最後に、ｐ型電極の表面を保護するためにＳｉＯ2より
なる絶縁層を保護膜として形成させる。こうして出来上
がった窒化物半導体ウエハにスクライブラインを引いた
後、外力により分割させ発光素子として３５０μｍ角の
ＬＥＤチップを形成させた。After etching, Ni and A having a film thickness of 200 Å are formed on almost the entire surface of the p-type contact layer by a sputtering device.
A p-type electrode containing u and a p-type pad electrode made of Au for bonding with a film thickness of 0.5 μm are formed on the p-type electrode. On the other hand, n-type electrodes containing W and Al were formed on the n-type contact layers exposed by etching.
Finally, an insulating layer made of SiO 2 is formed as a protective film to protect the surface of the p-type electrode. After a scribe line was drawn on the nitride semiconductor wafer thus produced, it was divided by an external force to form a 350 μm square LED chip as a light emitting element.
【００２３】発光ダイオードのリードフレームには銀メ
ッキした鉄入り銅を利用した。リードフレームの一方は
先端にカップを有するマウント・リードであり、他方は
マウント・リードに配置させたＬＥＤチップの一方の電
極とワイヤを介して電気的に接続させるインナー・リー
ドを構成する。ＬＥＤチップはエポキシ樹脂を用いてマ
ウント・リード上に配置させた後、ＬＥＤチップの電極
と直径３５μｍの金線によりボールボンディングを、リ
ードフレームの先端とワイヤの他方とをステッチボンデ
ィングする。これにより、ＬＥＤチップの各電極とイン
ナー・リード及びマウント・リードとをそれぞれ電気的
に導通を取った。Silver-plated copper containing iron was used for the lead frame of the light emitting diode. One of the lead frames is a mount lead having a cup at the tip, and the other constitutes an inner lead electrically connected to one electrode of the LED chip arranged on the mount lead via a wire. After the LED chip is placed on the mount lead using epoxy resin, ball bonding is performed by the electrode of the LED chip and a gold wire having a diameter of 35 μm, and the tip of the lead frame and the other of the wires are stitch-bonded. As a result, each electrode of the LED chip was electrically connected to the inner lead and the mount lead.
【００２４】形成された発光ダイオードに３．５Ｖ、２
０ｍＡの電流を流したところ、ＣＩＥの色度図上で
（Ｘ、Ｙ）＝（０．３７６、０．２２９）であり図３に
示す如き発光スペクトルを持った白色光を発光すること
ができた。The formed light emitting diode has 3.5V, 2
When a current of 0 mA was applied, white light having an emission spectrum as shown in FIG. 3 was obtained because (X, Y) = (0.376, 0.229) on the CIE chromaticity diagram. It was
【００２５】また、発光層が一層であったにもかかわら
ず、約４７０ｎｍ及び約６００ｎｍの発光が確認され
た。約４７０ｎｍの主発光スペクトルピーク強度が、よ
り長波長側である６００ｎｍの主発光スペクトルピーク
強度に対して３％以上低いピーク強度比を有している。
同様に、約４７０ｎｍの主発光スペクトル半値幅が、よ
り長波長側である６００ｎｍの主発光スペクトル半値幅
よりも狭いことが分かる。Further, it was confirmed that the light emission of about 470 nm and about 600 nm was emitted even though the number of light emitting layers was one. The main emission spectrum peak intensity at about 470 nm has a peak intensity ratio that is 3% or more lower than the main emission spectrum peak intensity at 600 nm, which is the longer wavelength side.
Similarly, it can be seen that the half-width of the main emission spectrum of about 470 nm is narrower than the half-width of the main emission spectrum of 600 nm, which is on the longer wavelength side.
【００２６】（実施例２）活性層成長時に、キャリアガ
スとしてＨ2を導入せず、ＮＨ3だけを流した。キャリア
ガスを流すガス管にはヒーターを設け、反応炉に流すＮ
Ｈ3ガスを３００℃以上に加熱できるようにした。具体
的にはキャリアガスであるＨ２を導入させず、ＮＨ3ガ
スを３２０℃に加熱する工程を通した後に、反応炉に導
入した以外は実施例１と同様にして発光ダイオードを形
成させる。加熱する工程を介することにより、ＮＨ3を
予め分解させＨ2の分圧を高くすることができる。形成
された発光ダイオードは実施例１とほぼ同様の特性を示
すことができる。Example 2 During the growth of the active layer, H 2 was not introduced as a carrier gas and only NH 3 was flown. A heater is installed in the gas pipe through which the carrier gas flows, and N that flows into the reaction furnace
The H 3 gas can be heated to 300 ° C. or higher. Specifically, a light emitting diode is formed in the same manner as in Example 1 except that the carrier gas H 2 is not introduced and the NH 3 gas is heated to 320 ° C. and then introduced into the reaction furnace. NH 3 can be decomposed in advance and the partial pressure of H 2 can be increased by the heating step. The formed light emitting diode can exhibit almost the same characteristics as those of the first embodiment.
【００２７】（実施例３）活性層を単一量子井戸構造で
はなく多重量子井戸構造とした以外は、実施例１と同様
にして発光素子を形成させた。多重量子井戸構造はＩｎ
ＧａＮの井戸層を介してＧａＮのバリア層が形成されて
おり、ＩｎＧａＮの井戸層が５層成膜した。なお、ここ
では井戸層が発光したため井戸層が発光層となる。Example 3 A light emitting device was formed in the same manner as in Example 1 except that the active layer had a multiple quantum well structure instead of the single quantum well structure. The multiple quantum well structure is In
A GaN barrier layer was formed via a GaN well layer, and five InGaN well layers were formed. Here, since the well layer emitted light, the well layer becomes a light emitting layer.
【００２８】具体的には、実施例１のｎ型超格子層を成
膜後、ＭＯＣＶＤ法において成膜温度を１０５０℃に
し、原料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3及びキャリアガスとして
Ｈ2を流しながら成膜する。こうしてｎ型超格子層上に
障壁層として働く厚さが約２５０ÅのＧａＮを成膜させ
る。Specifically, after forming the n-type superlattice layer of Example 1, the film formation temperature is set to 1050 ° C. by the MOCVD method, and TMG, NH 3 as a source gas and H 2 as a carrier gas are flown to form the film. To film. Thus, GaN having a thickness of about 250 Å that acts as a barrier layer is formed on the n-type superlattice layer.
【００２９】次に、一旦原料ガスの流入をやめ、成膜温
度を７００℃に設定する。設定温度に達した後、再び原
料ガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、ＮＨ3及びキャリアガスと
してＮ2ガス及びＨ2を流し、井戸層となる厚さ約３０Å
のＩｎＧａＮを成膜させる。ここで、ＴＭＧガスとＴＭ
Ｉガスのモル比を１：２、Ｈ2とＮ2ガスの比を１：９９
としてある。Next, the flow of the raw material gas is once stopped, and the film forming temperature is set to 700.degree. After reaching the set temperature, TMG (trimethylgallium), TMI and
(Trimethylindium), NH 3 and N 2 gas and H 2 as carrier gas are flowed to form a well layer having a thickness of about 30Å
InGaN is deposited. Where TMG gas and TM
The molar ratio of I gas is 1: 2, and the ratio of H 2 and N 2 gas is 1:99.
There is.
【００３０】その後、成膜温度を再び１０５０℃とし原
料ガスをＴＭＧ、ＮＨ3及びキャリアガスとしてＨ2を流
しながら成膜し、障壁層として働く厚さが約２５０Åの
ＧａＮを成膜させる。障壁層に挟まれた井戸層を５層繰
り返し発光層を形成させる。こうして形成された発光ダ
イオードは実施例１よりも光度が高く、且つより均一な
混色光が発光可能な発光ダイオードとすることができ
る。なお、各井戸層形成時におけるＨ2の分圧を変える
ことで、発光層から２つ以上の発光スペクトルピークが
発光可能な発光素子とすることもできる。なお、本発明
のＩｎの組成が異なり、相分離された発光層に加えて、
通常の単色性ピーク波長のみが発光可能な発光層を井戸
層を用いた多重量子井戸構造の発光素子を構成させるこ
ともできる。[0030] Thereafter, again 1050 ° C. and then a raw material gas deposition temperature was deposited while supplying TMG, and H 2 as NH 3 and carrier gas, the thickness of which acts as a barrier layer is deposited GaN of about 250 Å. The well layer sandwiched between the barrier layers is repeated five times to form a light emitting layer. The light emitting diode thus formed has a higher luminous intensity than that of the first embodiment and can be a light emitting diode capable of emitting a more uniform mixed color light. By changing the partial pressure of H 2 at the time of forming each well layer, it is possible to obtain a light emitting element capable of emitting two or more emission spectrum peaks from the light emitting layer. The composition of In of the present invention is different, and in addition to the phase-separated light emitting layer,
It is also possible to configure a light emitting device having a multiple quantum well structure in which a well layer is used as a light emitting layer that can emit light of only a normal monochromatic peak wavelength.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明は単一の層から２つ以上の発光ス
ペクトルピークが発光可能な発光層を有する発光素子と
するものである。これにより、１つの発光素子でありな
がら色純度の高い白色光などが発光可能な発光素子とす
ることができる。また、比較的簡単な構成で混色光を発
光可能な発光素子とすることができる。The present invention provides a light emitting device having a light emitting layer capable of emitting two or more emission spectrum peaks from a single layer. Accordingly, it is possible to provide a light emitting element that can emit white light or the like with high color purity even though it is one light emitting element. Further, it is possible to provide a light emitting element capable of emitting mixed color light with a relatively simple structure.
【図１】 本発明の実施例１により形成された発光素子
の模式的断面図を示す。FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a light emitting device formed according to Example 1 of the present invention.
【図２】 実施例１により形成された発光素子の発光ス
ペクトルを示す。2 shows an emission spectrum of the light emitting element formed in Example 1. FIG.
１０１・・・発光層 １０２・・・サファイア基板 １０３・・・バッファ層 １０４・・・アンドープ層 １０５・・・ｎ型コンタクト層 １０６・・・ｎ型超格子層 １０７・・・ｐ型クラッド層 １０８・・・ｐ型コンタクト層 １０９・・・透光性電極 １１０・・・ｎ型電極 １１１・・・ｐ型電極 101 ... Light emitting layer 102 ... Sapphire substrate 103 ... Buffer layer 104 ... Undoped layer 105 ... n-type contact layer 106 ... N-type superlattice layer 107 ... p-type clad layer 108: p-type contact layer 109 ... Translucent electrode 110 ... n-type electrode 111 ... P-type electrode
フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−164925（ＪＰ，Ａ) 特開2000−150957（ＪＰ，Ａ) 特開2000−133884（ＪＰ，Ａ) 特開2000−68555（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−289108（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−308531（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−173219（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−126006（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−107319（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−107315（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−56202（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−51028（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−22527（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−331116（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−56055（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 Continuation of the front page (56) Reference JP 2000-164925 (JP, A) JP 2000-150957 (JP, A) JP 2000-133884 (JP, A) JP 2000-68555 (JP, A) Kaihei 11-289108 (JP, A) JP 10-308531 (JP, A) JP 10-173219 (JP, A) JP 10-126006 (JP, A) JP 10-107319 ( JP, A) JP 10-107315 (JP, A) JP 10-56202 (JP, A) JP 10-51028 (JP, A) JP 10-22527 (JP, A) JP Hei 9-331116 (JP, A) JP 8-56055 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00
Claims (3)
間に少なくともＩｎとＧａを含有する窒化物半導体の発
光層を有する発光素子であって、前記発光層は単一層内
でＩｎの組成比が異なる複数の混晶領域を有する発光素
子であって、 前記発光層は、単一層内から混色により白色となる複数
の発光スペクトルピークを発光し、且つ、短波長側の発
光スペクトルの半値幅が、より長波長側の発光スペクト
ルの半値幅よりも狭く、且つ、短波長側の発光スペクト
ルピーク強度が、より長波長側の発光スペクトルピーク
強度よりも低いピーク強度比を有するものであることを
特徴とする発光素子。1. A light emitting device having a nitride semiconductor light emitting layer containing at least In and Ga between a p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor, wherein the light emitting layer is a single layer of In. emitting element composition ratio of to have a plurality of different mixed crystal regions
The light-emitting layer emits a plurality of emission spectrum peaks that become white due to color mixture from within a single layer , and emits light on the short wavelength side.
The full width at half maximum of the optical spectrum is the emission spectrum on the longer wavelength side.
Emission spectrum on the short wavelength side, which is narrower than the full width at half maximum.
Peak intensity is the emission spectrum peak on the longer wavelength side
A light emitting device having a peak intensity ratio lower than the intensity .
物半導体の井戸層を介してＧａＮのバリア層が形成され
てなる多重井戸構造であることを特徴とする請求項１記
載の発光素子。2. The light emitting layer is a nitride containing In and Ga.
The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device has a multi-well structure in which a GaN barrier layer is formed via a well layer of a physical semiconductor .
間に少なくともＩｎとＧａを含有する窒化物半導体の発
光層を有し、前記発光層は単一層内でＩｎの組成比が異
なる複数の混晶領域を有する発光素子の製造方法であっ
て、 前記発光層の成長時に、 該発光層が、単一層内から混色により白色となる複数の
発光スペクトルピークを発光し、且つ、短波長側の発光
スペクトルの半値幅が、より長波長側の発光スペクトル
の半値幅よりも狭く、且つ、短波長側の発光スペクトル
ピーク強度が、より長波長側の発光スペクトルピーク強
度よりも低いピーク強度比を有するものとなるように、
原料ガス中のＨ２分圧を高くしたことを特徴とする発光
素子の製造方法。 3. A p-type nitride semiconductor and an n-type nitride semiconductor
Between nitride semiconductor containing at least In and Ga
And a light emitting layer, wherein the light emitting layer has different In composition ratios in a single layer.
Is a method of manufacturing a light emitting device having a plurality of mixed crystal regions
During the growth of the light-emitting layer, the light-emitting layer becomes a white color by mixing colors from within a single layer.
Emits the emission spectrum peak and emits light on the short wavelength side
The half-width of the spectrum is the emission spectrum on the longer wavelength side.
Narrower than the half-width of, and the emission spectrum on the short wavelength side
The peak intensity is the emission spectrum peak intensity on the longer wavelength side.
To have a peak intensity ratio lower than
Light emission characterized by increasing the partial pressure of H2 in the source gas
Device manufacturing method.
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