JP7100346B2 - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device Download PDF

Info

Publication number
JP7100346B2
JP7100346B2 JP2017239235A JP2017239235A JP7100346B2 JP 7100346 B2 JP7100346 B2 JP 7100346B2 JP 2017239235 A JP2017239235 A JP 2017239235A JP 2017239235 A JP2017239235 A JP 2017239235A JP 7100346 B2 JP7100346 B2 JP 7100346B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
tunnel junction
layer
junction layer
maximum value
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.)
Active
Application number
JP2017239235A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019106494A (en
Inventor
哲也 竹内
智 上山
素顕 岩谷
勇 赤▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meijo University
Original Assignee
Meijo University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meijo University filed Critical Meijo University
Priority to JP2017239235A priority Critical patent/JP7100346B2/en
Publication of JP2019106494A publication Critical patent/JP2019106494A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7100346B2 publication Critical patent/JP7100346B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Description

本発明は窒化物半導体発光素子に関するものである。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device.

半導体素子のほとんどはｐ型半導体層とｎ型半導体層とを積層して形成される。高い効率で動作する素子を実現するためには、電気抵抗が小さいｐ型半導体層及びｎ型半導体層が必要である。ところが、紫外可視光波長域発光・受光素子として有用であるとされる窒化物半導体では、ｐ型半導体層のＧａＮにおいて、電気抵抗率が１Ωｃｍ以上である。これは、ｎ型窒化物半導体や赤外半導体であるｎ型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やｐ型ＧａＡｓの電気抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下であることに比べて１００倍以上大きい。さらに、深紫外領域で必要とされる、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）モル分率が大きいＡｌＧａＮは、ｐ型ＡｌＧａＮが得られないという課題がある。 Most semiconductor devices are formed by laminating a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. In order to realize an element that operates with high efficiency, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer having a small electric resistance are required. However, in a nitride semiconductor that is considered to be useful as an ultraviolet visible light wavelength region light emitting / receiving element, the electrical resistivity of GaN of the p-type semiconductor layer is 1 Ωcm or more. This is 100 times or more higher than the electrical resistivity of n-type nitride semiconductors, n-type GaAs (gallium arsenide) and p-type GaAs, which are infrared semiconductors, of 0.01 Ωcm or less. Further, AlGaN having a large AlN (aluminum nitride) mole fraction, which is required in the deep ultraviolet region, has a problem that p-type AlGaN cannot be obtained.

このため、非特許文献１には、高濃度にドナー（ｎ型不純物）が添加されたｎ型半導体層（以降、ｎ＋＋半導体層という）と、高濃度にアクセプタ（ｐ型不純物）が添加されたｐ型半導体層（以降、ｐ＋＋半導体層という）とがｐｎ接合したトンネル接合層をｐ側に配置した素子構造が開示されている。詳しくは、非特許文献１に開示された素子構造は、活性層の上側に配置されるｐ型半導体層を薄いｐ型半導体層にして、その上側にトンネル接合層を配置し、さらにトンネル接合層の上側に比較的厚いｎ型半導体層を配置している。この素子構造のｎ型半導体層側から電流を流すと、トンネル接合層のｎ＋＋半導体層とｐ＋＋半導体層とに逆バイアスが印加され、トンネル接合層内のｎ＋＋半導体層からｐ＋＋半導体へとキャリアがトンネルし、電流が流れることになる。このトンネル接合層を有する発光素子では、ｎ型半導体層に比べて高い電気抵抗のｐ型半導体層をほとんど使用する必要がなく、ｐ型半導体層に比べて低い電気抵抗のｎ型半導体層を利用することによって、素子抵抗を大幅に低減させることができる。 Therefore, in Non-Patent Document 1, an n-type semiconductor layer (hereinafter referred to as n ++ semiconductor layer) to which a donor (n-type impurity) is added at a high concentration and an acceptor (p-type impurity) are added to a high concentration. A device structure is disclosed in which a tunnel junction layer in which a p-type semiconductor layer (hereinafter referred to as a p ++ semiconductor layer) is pn-junctioned is arranged on the p side. Specifically, in the device structure disclosed in Non-Patent Document 1, the p-type semiconductor layer arranged on the upper side of the active layer is made into a thin p-type semiconductor layer, the tunnel junction layer is arranged on the upper side thereof, and the tunnel junction layer is further arranged. A relatively thick n-type semiconductor layer is arranged on the upper side of the above. When a current is passed from the n-type semiconductor layer side of this element structure, a reverse bias is applied to the n ++ semiconductor layer and the p ++ semiconductor layer of the tunnel junction layer, and the carrier tunnels from the n ++ semiconductor layer in the tunnel junction layer to the p ++ semiconductor. However, current will flow. In the light emitting element having this tunnel junction layer, it is almost unnecessary to use a p-type semiconductor layer having a higher electric resistance than the n-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer having a lower electric resistance than the p-type semiconductor layer is used. By doing so, the element resistance can be significantly reduced.

これに対して、素子抵抗の全体を低減するには、トンネル接合層の電気抵抗を低減させる必要がある。トンネル接合自体の電気抵抗を小さくすることができれば、従来の素子の電気抵抗をより小さくすることができ、さらに、現在実用化が遅れている面発光レーザや深紫外発光素子の実用化が可能になる。
非特許文献２に示すように、一般的にトンネル接合は、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層を接合させた構造であり、それぞれの層に空乏層が形成され、これら空乏層の厚みの和がトンネル接合層内に形成される空乏層の厚みとなる。この空乏層の厚みが薄いほど、電子が価電子帯から伝導帯へトンネルしやすくなり、低い電気抵抗でｎ＋＋半導体層からｐ＋＋半導体層に電流を流すことができる。空乏層の幅Ｗは、一般的に以下の式で表される。 On the other hand, in order to reduce the total element resistance, it is necessary to reduce the electrical resistance of the tunnel junction layer. If the electric resistance of the tunnel junction itself can be reduced, the electric resistance of the conventional element can be further reduced, and further, the surface emitting laser and the deep ultraviolet light emitting element, which are currently delayed in practical use, can be put into practical use. Become.
As shown in Non-Patent Document 2, a tunnel junction generally has a structure in which a p ++ semiconductor layer and an n ++ semiconductor layer are joined, and a depletion layer is formed in each layer, and the sum of the thicknesses of these depletion layers is the tunnel. It is the thickness of the depletion layer formed in the junction layer. The thinner the depletion layer, the easier it is for electrons to tunnel from the valence band to the conduction band, allowing current to flow from the n ++ semiconductor layer to the p ++ semiconductor layer with low electrical resistance. The width W of the depletion layer is generally expressed by the following equation.

Figure 0007100346000001
Figure 0007100346000001

ここで、εs:半導体の誘電率、Ｖbi：印加電圧、ＮD：ｎ＋＋半導体層内の実効ドナー濃度、ＮA：ｐ＋＋半導体層内の実効アクセプタ濃度である。この式から、ＮD（実効ドナー濃度）、及びＮA（実効アクセプタ濃度）が高いほど、空乏層の幅Ｗは狭くなることがわかる。ただし、ＮD、ＮAは、いわゆる実効濃度である。例えば、ｐ＋＋半導体層の表面側である上側にｎ＋＋半導体層を形成する場合、ｐ＋＋半導体層内のアクセプタ濃度を高くし過ぎると、直上のｎ＋＋半導体層内にアクセプタが拡散し、拡散したアクセプタによってｎ＋＋半導体層内のドナーが補償されてしまう。これにより、ｎ＋＋半導体層内の実効ドナー濃度ＮDは減少し、ＮD－ＮAに低下する。この結果、空乏層の幅Ｗが広がり、トンネル接合層の電気抵抗は高くなってしまう。ゆえに、トンネル接合層では、ｐ＋＋半導体層、及びｎ＋＋半導体層のそれぞれにおいて、アクセプタ濃度、及びドナー濃度を極めて高い濃度にすると共に、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層との界面（以降、トンネル接合層の界面という）における濃度プロファイルを急峻に制御（上記の場合で言えば、ｐ＋＋半導体層内において、ｎ＋＋半導体層との界面に向かうに従い、アクセプタ濃度を急激に低下させると共に、ｎ＋＋半導体層内において、ｐ＋＋半導体層との界面から離れるに従いドナー濃度を急激に増加させる）することによって、アクセプタ、及びドナーが互いに補償することを抑え、実効アクセプタ濃度及び実効ドナー濃度を高くすることが必要であることが知られている。したがって、上記基本理論に基づいてアクセプタ濃度及びドナー濃度プロファイルを適切に制御することによってトンネル接合層の電気抵抗を低くすることが可能と考えられた。 Here, ε s : the permittivity of the semiconductor, V bi : the applied voltage, ND : n ++ is the effective donor concentration in the semiconductor layer, and NA: p ++ is the effective acceptor concentration in the semiconductor layer. From this equation, it can be seen that the higher the ND (effective donor concentration) and NA (effective acceptor concentration), the narrower the width W of the depletion layer. However, ND and NA are so - called effective concentrations. For example, in the case of forming an n ++ semiconductor layer on the upper side of the surface side of the p ++ semiconductor layer, if the acceptor concentration in the p ++ semiconductor layer is made too high, the acceptor is diffused in the n ++ semiconductor layer directly above, and the diffused acceptor causes n ++. Donors in the semiconductor layer are compensated. As a result, the effective donor concentration ND in the n ++ semiconductor layer decreases, and decreases to ND −NA . As a result, the width W of the depletion layer is widened, and the electrical resistance of the tunnel junction layer is high. Therefore, in the tunnel junction layer, the acceptor concentration and the donor concentration are made extremely high in each of the p ++ semiconductor layer and the n ++ semiconductor layer, and the interface between the p ++ semiconductor layer and the n ++ semiconductor layer (hereinafter referred to as the tunnel junction layer). The concentration profile at the interface) is steeply controlled (in the above case, in the p ++ semiconductor layer, the acceptor concentration is sharply lowered toward the interface with the n ++ semiconductor layer, and p ++ in the n ++ semiconductor layer. It is known that it is necessary to suppress the acceptance and donors from compensating each other and increase the effective acceptor concentration and the effective donor concentration by rapidly increasing the donor concentration as the distance from the interface with the semiconductor layer increases. Has been. Therefore, it is considered possible to reduce the electrical resistance of the tunnel junction layer by appropriately controlling the acceptor concentration and the donor concentration profile based on the above basic theory.

T.Takeuchi et al.,"GaN-Based Light Emitting Diodes with Tunnel Junctions"、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)、pp.L861-L863.T.Takeuchi et al., "GaN-Based Light Emitting Diodes with Tunnel Junctions", Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40 (2001), pp.L861-L863. S.M.Sze Physics of Semiconductor Devices (2nd Edition)、John Wiley & Sons、(1981)S.M.Sze Physics of Semiconductor Devices (2nd Edition), John Wiley & Sons, (1981) D．Minamikawa，et al，、"GaInN-based tunnel junctions with high InN mole fractions grown by MOVPE"Physica Status Solidi、２０１５年５月、Vol．２５２，Issue５，P．１１２７－１１３１D. Minamikawa, et al ,, "GaInN-based tunnel junctions with high InN mole fractions grown by MOVPE" Physica Status Solidi, May 2015, Vol. 252, Issue 5, P. 1127-1131 Erin C. Young, Benjamin P. Yonkee, Feng Wu, Sang Ho Oh, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura and James S. Speck" Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes"、Applied Physics Express、（米国）、２０１６年、Vol．９，Number２、P.０２２１０２Erin C. Young, Benjamin P. Yonkee, Feng Wu, Sang Ho Oh, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura and James S. Speck "Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes", Applied Physics Express, (USA) ), 2016, Vol. 9, Number2, P.022102 B.P.Yonkee, E.C.Young, S.P.DenBaars, S.Nakamura, J.S.Speck"Silver free III-nitride flip chip light-emitting-diode with wall plug efficiency over 70% utilizing a GaN tunnel junction"Applied Physics Letter、（米国）、２０１６年、Vol．１０９，Issue１９、P．１９１１０４B.P.Yonkee, E.C.Young, S.P.DenBaars, S.Nakamura, J.S.Speck "Silver free III-nitride flip chip light-LED-diode with wall plug efficiency over 70% utilizing a GaN tunnel junction" Applied Physics Letter, (USA), 2016 Year, Vol. 109, Issue 19, P.M. 191104

しかし、窒化物半導体は従来の半導体に比べてバンドギャップが倍以上大きいため、そもそもキャリアがトンネルし難く、さらに、アクセプタの濃度プロファイルを急峻に制御することも難しい。このため、窒化物半導体を用いて電気抵抗の低いトンネル接合層を実現することは難しいと考えられた。
このような状況下において、窒化物半導体を用いたトンネル接合層では、非特許文献３に示すように、バンドギャップの小さなＧａＩｎＮ層を用いたり、非特許文献４に示すように、アクセプタ（ｐ型不純物）であるＭｇ（以降、Ｍｇという）の濃度プロファイルの制御が容易なＭＢＥ法を用いたり、非特許文献５に示すように、トンネル接合層の界面において、成長炉からウエハを一旦取り出しウエハ洗浄し、その後再成長させたりする等の工夫をして電気抵抗が低い窒化物半導体のトンネル接合層を実現している。 However, since the bandgap of the nitride semiconductor is more than twice as large as that of the conventional semiconductor, it is difficult for carriers to tunnel in the first place, and it is also difficult to steeply control the concentration profile of the acceptor. Therefore, it is considered difficult to realize a tunnel junction layer having low electrical resistance by using a nitride semiconductor.
Under such circumstances, in the tunnel junction layer using a nitride semiconductor, a GaInN layer having a small bandgap is used as shown in Non-Patent Document 3, or an acceptor (p-type) is used as shown in Non-Patent Document 4. The MBE method, which makes it easy to control the concentration profile of Mg (hereinafter referred to as Mg), which is an impurity), is used, or as shown in Non-Patent Document 5, the wafer is once taken out from the growth furnace at the interface of the tunnel junction layer and washed. After that, the tunnel junction layer of the nitride semiconductor with low electric resistance is realized by devising such as regrowth.

しかし、窒化物半導体を用いたトンネル接合層において、最も基本的なアクセプタ濃度及びドナー濃度、及びこれらの濃度プロファイルに関する設計指針は、非特許文献２に開示された基本理論があるのみである。
このため、発明者らは、この基本理論に基づいてアクセプタ濃度及びドナー濃度のそれぞれの濃度プロファイルを制御して作成したトンネル接合層の駆動電圧を評価し、アクセプタ及びドナーの相関関係を詳しく調査した。
上述したように、この基本理論においてはＭｇ、及びドナー（ｎ型不純物）であるＳｉ（以降、Ｓｉという）を用いてｐ＋＋半導体層、及びｎ＋＋半導体層を形成しつつ、このＭｇ及びＳｉのそれぞれの濃度プロファイルがトンネル接合層の界面において急峻に形成され、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層とが接合され、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの最大値を示す位置がトンネル接合層の厚み方向（以降、厚み方向という）に分離して存在する濃度プロファイルの構造が最適であると考えられていた（図１（Ａ）参照。）。しかし、窒化物半導体はＭｇの濃度プロファイルを急峻に制御することが難しいため、電気抵抗の低いトンネル接合層を実現することが難しい。なお、トンネル接合層のｎ側の端は、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置であり、ｐ側の端は、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。 However, in the tunnel junction layer using a nitride semiconductor, the most basic acceptor concentration and donor concentration, and the design guideline regarding these concentration profiles are only the basic theory disclosed in Non-Patent Document 2.
Therefore, the inventors evaluated the drive voltage of the tunnel junction layer created by controlling the respective concentration profiles of the acceptor concentration and the donor concentration based on this basic theory, and investigated the correlation between the acceptor and the donor in detail. ..
As described above, in this basic theory, Mg and Si (hereinafter referred to as Si) which is a donor (n-type impurity) are used to form a p ++ semiconductor layer and an n ++ semiconductor layer, and each of the Mg and Si is formed. The concentration profile of is steeply formed at the interface of the tunnel junction layer, the p ++ semiconductor layer and the n ++ semiconductor layer are bonded, and the position showing the maximum value of each of Mg and Si is in the thickness direction of the tunnel junction layer (hereinafter, the thickness direction). The structure of the concentration profile that exists separately in () was considered to be optimal (see FIG. 1 (A)). However, since it is difficult to steeply control the concentration profile of Mg in a nitride semiconductor, it is difficult to realize a tunnel junction layer having low electrical resistance. The n-side end of the tunnel junction layer is the position where the Si concentration profile changes from a substantially flat state to an increasing state toward the p-side, and the p-side end is the position of Mg toward the n-side. This is the position where the concentration profile changes from a nearly flat state to an increasing state.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、窒化物半導体を用いたトンネル接合層において、ドナー、及びアクセプタのそれぞれの濃度プロファイルが、より適切に形成されることによって実現する低抵抗トンネル接合層によって、高効率で発光することができる窒化物半導体発光素子を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and is realized by more appropriately forming the respective concentration profiles of the donor and the acceptor in the tunnel junction layer using the nitride semiconductor. It is an issue to be solved to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of emitting light with high efficiency by using a low resistance tunnel junction layer.

ここで、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度を測定する場合には、測定下限の制限により、異なる測定条件で測定する必要があるため、従来同時に測定を行っていなかった。ゆえに、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度の最大値を示す位置の互いの厚み方向の位置関係は正確に把握できなかった。
しかし、トンネル接合層では、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度が高濃度であるため、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度プロファイルを一度の測定で同時に測定することができる。これにより、発明者らは、窒化物半導体を用いた電気抵抗の低いトンネル接合層におけるＭｇ及びＳｉのそれぞれの濃度の最大値を示す位置の厚み方向の正確な位置関係を把握することが可能であった。
その結果、図１（Ｂ）に示すように、トンネル接合層内のＭｇの濃度の最大値を示す厚み方向の位置に、そのＭｇ濃度よりも高い濃度のＳｉが存在する構造において、窒化物半導体を用いたトンネル接合層の電気抵抗が大きく低下することを見出した。これは、非特許文献２に開示された従来の基本理論によれば、トンネル接合層の全てのＭｇがＳｉに補償されてしまい実効アクセプタ濃度は０となり、トンネル接合層として全く好ましくない構造である。 Here, when measuring the respective concentrations of Mg and Si, it is necessary to measure under different measurement conditions due to the limitation of the lower limit of measurement, so that the measurement has not been performed at the same time in the past. Therefore, it was not possible to accurately grasp the positional relationship between the positions showing the maximum values of the respective concentrations of Mg and Si in the thickness direction.
However, in the tunnel junction layer, since the respective concentrations of Mg and Si are high, the respective concentration profiles of Mg and Si can be measured simultaneously by one measurement. This makes it possible for the inventors to grasp the accurate positional relationship in the thickness direction of the position showing the maximum value of each concentration of Mg and Si in the tunnel junction layer having low electric resistance using a nitride semiconductor. there were.
As a result, as shown in FIG. 1 (B), the nitride semiconductor has a structure in which Si having a concentration higher than the Mg concentration exists at a position in the thickness direction indicating the maximum value of the Mg concentration in the tunnel junction layer. It was found that the electrical resistance of the tunnel junction layer using the above is greatly reduced. According to the conventional basic theory disclosed in Non-Patent Document 2, all Mg in the tunnel junction layer is compensated by Si, and the effective acceptor concentration becomes 0, which is a completely unfavorable structure as a tunnel junction layer. ..

第１発明の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低く、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記ドナー濃度の最大値を示す位置までの間の厚み方向の距離よりも、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置までの間の厚み方向の距離が大きいことを特徴とする。 In the nitride semiconductor light emitting element of the first invention, the acceptor concentration in the tunnel junction layer from the position showing the maximum value of the acceptor concentration to the n-side end of the tunnel junction layer is lower than the donor concentration, and the acceptor The value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration from the position showing the maximum value of the acceptor concentration, rather than the distance in the thickness direction from the position showing the maximum value of the concentration to the position showing the maximum value of the donor concentration. It is characterized in that the distance in the thickness direction to the position where is the same is large.

この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層には、トンネル接合層の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ、及びドナーの両方が存在することによって、バンド内に不純物準位を形成し、比較的大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。 In the tunnel junction layer of this nitride semiconductor light emitting device, the presence of both the acceptor and the donor at a predetermined position in the thickness direction of the tunnel junction layer forms an impurity level in the band, which is relatively large. It is thought that the density of states of electrons and holes can exist, which can contribute to the tunnel current generated in the tunnel junction layer.

したがって、本発明の窒化物半導体発光素子は高効率で発光することができる。
また、第２発明の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低く、前記トンネル接合層に前記アクセプタ濃度の最大値及び前記ドナー濃度の最大値が位置しており、実効アクセプタ濃度は、前記トンネル接合層のｐ側の端に向けて単調に減少していることを特徴とする。
Therefore, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention can emit light with high efficiency.
Further, in the nitride semiconductor light emitting element of the second invention , the acceptor concentration in the tunnel junction layer from the position showing the maximum value of the acceptor concentration to the n-side end of the tunnel junction layer is higher than the donor concentration. Low, the maximum value of the acceptor concentration and the maximum value of the donor concentration are located in the tunnel junction layer, and the effective acceptor concentration is monotonically decreasing toward the p-side end of the tunnel junction layer. It is characterized by.

トンネル接合層内におけるドナー及びアクセプタのそれぞれの濃度プロファイルを示す概略図であり、（Ａ）は従来の濃度プロファイルを示し、（Ｂ）は本発明の濃度プロファイルを示す。It is a schematic diagram which shows the concentration profile of each of a donor and an acceptor in a tunnel junction layer, (A) shows the conventional concentration profile, and (B) shows the concentration profile of this invention. 実施例１、２、及び比較例１～３の試料を用いて素子形成した状態の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the state which the element was formed using the sample of Examples 1 and 2 and the sample of Comparative Examples 1 and 3. 実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層の厚み方向におけるＭｇ、Ｓｉの濃度の変化を示すグラフである。6 is a graph showing changes in Mg and Si concentrations in the thickness direction of the tunnel junction layer of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層の厚み方向における実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度の変化を示すグラフである。3 is a graph showing changes in the effective donor concentration and the effective acceptor concentration in the thickness direction of the tunnel junction layer of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例１、２、及び比較例１、２の試料の電流に対する電圧の大きさの変化を示すグラフである。3 is a graph showing changes in the magnitude of voltage with respect to the current of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 比較例３の試料のトンネル接合層の厚み方向におけるＭｇ、Ｓｉのそれぞれの濃度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of each concentration of Mg and Si in the thickness direction of the tunnel junction layer of the sample of the comparative example 3. FIG. 実施例２、及び比較例３の試料の電流に対する電圧の大きさの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnitude of voltage with respect to the current of the sample of Example 2 and Comparative Example 3. FIG.

本発明における好ましい実施の形態を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described.

本発明の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層のｎ側の端の位置よりもドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置により近くてもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層のｎ側の端にアクセプタが偏析することを抑えることができる。 In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the position showing the maximum value of the acceptor concentration in the tunnel junction layer has the same value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration as the position of the n-side end of the tunnel junction layer. It may be closer to the position. In this case, the nitride semiconductor light emitting device can suppress segregation of the acceptor at the n-side end of the tunnel junction layer.

本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置は、ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置よりトンネル接合層のｎ側に位置してもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子は、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置のそれぞれをトンネル接合層内に確実に存在させることができ、トンネル接合層において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度のそれぞれを確実に高くすることができる。 In the tunnel junction layer of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the position showing the maximum value of the acceptor concentration and the position showing the maximum value of the donor concentration are tunneled from the position where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration match. It may be located on the n side of the junction layer. In this case, the nitride semiconductor light emitting device can surely have each of the position showing the maximum value of the acceptor concentration and the position showing the maximum value of the donor concentration in the tunnel junction layer, and in the tunnel junction layer, Each of the acceptor concentration and the donor concentration can be surely increased.

本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置におけるドナー濃度の値は、アクセプタ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上でもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子は、より大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。 In the tunnel junction layer of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the value of the donor concentration at the position showing the maximum value of the acceptor concentration may be at least twice or more the maximum value of the acceptor concentration. In this case, it is considered that the nitride semiconductor light emitting device can have a larger density of states of electrons and holes, which can contribute to the tunnel current generated in the tunnel junction layer.

本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層のｎ側において、アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上であってもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層のｎ側にアクセプタが偏析することをより抑えることができる。 In the tunnel junction layer of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the acceptor concentration is less than 1 × 10 20 cm -3 and the donor concentration is 1 × 10 on the n side of the tunnel junction layer from the position showing the maximum value of the acceptor concentration. The region of 20 cm -3 or more may be 6 nm or more. In this case, the nitride semiconductor light emitting device can further suppress segregation of the acceptor on the n side of the tunnel junction layer.

次に、本発明の窒化物半導体発光素子を具体化した実施例１、２及び比較例１～３について、図面を参照しつつ説明する。 Next, Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 embodying the nitride semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜実施例１、２、及び比較例１～３＞ <Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3>

実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子は、図２に示すように、第１ｎ－ＧａＮ層１１、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２、ｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、トンネル接合層１５、及び第２ｎ－ＧａＮ層１６を備えている。 As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor light emitting devices of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 include a first n-GaN layer 11, a GaInN / GaN5 weight child well active layer 12, and a p-AlGaN layer 13. It includes a p-GaN layer 14, a tunnel junction layer 15, and a second n-GaN layer 16.

実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子は、基板であるサファイア基板９（以下、基板９という）の表面側（表は図２における上側である、以下同じ。）に低温堆積緩衝層（図示せず）を介して形成したｕ－ＧａＮ層１０の表面側に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて積層して結晶成長する。なお、サファイア基板９、及びｕ－ＧａＮ層１０はｃ面（（０００１）面）が表面である。 The nitride semiconductor light emitting devices of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are on the front surface side of the sapphire substrate 9 (hereinafter referred to as substrate 9) which is a substrate (the table is the upper side in FIG. 2, the same applies hereinafter). The u-GaN layer 10 formed via a low-temperature deposition buffer layer (not shown) is laminated on the surface side of the u-GaN layer 10 by using a MOCVD method (metalorganic vapor phase growth method) to grow crystals. The surface of the sapphire substrate 9 and the u-GaN layer 10 is the c-plane ((0001) plane).

先ず、基板９の表面側に形成されたｕ－ＧａＮ層１０の表面に第１ｎ－ＧａＮ層１１を積層して結晶成長する。詳しくは、先ず、ＭＯＣＶＤ法を実行することができるＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にｕ－ＧａＮ層１０が表面に形成された基板９をセットする。そして、反応炉内にＮ（窒素）の原料であるＮＨ3（アンモニア）、及びキャリアガスであるＨ2（水素）を供給して、反応炉内の温度を調節して基板の温度を１０５０℃にする。反応炉内に供給するガスは、別途記載があるまで供給を停止しない。そして、反応炉内にＧａ（ガリウム）の原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）と、Ｓｉ（ケイ素）の原料であるＳｉＨ4（シラン）とを供給して、２μｍの厚みの第１ｎ－ＧａＮ層１１を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＳｉＨ4の供給量は第１ｎ－ＧａＮ層１１に添加されるＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3になるように調節する。 First, the first n-GaN layer 11 is laminated on the surface of the u-GaN layer 10 formed on the surface side of the substrate 9 to grow crystals. Specifically, first, the substrate 9 having the u-GaN layer 10 formed on its surface is set in the reaction furnace of the MOCVD apparatus capable of executing the MOCVD method. Then, NH 3 (ammonia), which is a raw material of N (nitrogen), and H 2 (hydrogen), which is a carrier gas, are supplied into the reactor, and the temperature inside the reactor is adjusted to raise the temperature of the substrate to 1050 ° C. To. The gas supplied into the reactor will not be stopped until otherwise stated. Then, TMGa (trimethylgallium), which is a raw material of Ga (gallium), and SiH 4 (silane), which is a raw material of Si (silicon), are supplied into the reaction furnace, and the first n-GaN layer 11 having a thickness of 2 μm is supplied. Are laminated to grow crystals. The amount of SiH 4 supplied into the reaction furnace is adjusted so that the concentration of Si added to the first n-GaN layer 11 is 1 × 10 19 cm -3 .

次に、第１ｎ－ＧａＮ層１１の表面にＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を積層して結晶成長する。ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２は、ＧａＩｎＮ井戸層（図示せず）、及びＧａＮバリア層（図示せず）を有している。 Next, the GaInN / GaN5 weight element well active layer 12 is laminated on the surface of the first n-GaN layer 11 to grow crystals. The GaInN / GaN5 weight element well active layer 12 has a GaInN well layer (not shown) and a GaN barrier layer (not shown).

先ず、ＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＨ2、ＴＭＧａ、及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。そして、反応炉内にキャリアガスとしてＮ2（窒素）を供給する。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を７８０℃にする。そして、反応炉内にＧａの原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）と、Ｉｎ（インジウム）の原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）とを供給して、３ｎｍの厚みのＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長させる。 First, the GaInN well layer is laminated to grow crystals. Specifically, the supply of H 2 , TMGa, and SiH 4 into the reactor will be stopped. That is, the supply of gas of raw materials other than NH 3 is stopped. Then, N 2 (nitrogen) is supplied as a carrier gas into the reactor. Then, the temperature in the reactor is adjusted to bring the temperature of the substrate 9 to 780 ° C. Then, TEGa (triethyl gallium), which is a raw material for Ga, and TMIn (trimethylindium), which is a raw material for In (indium), are supplied into the reaction furnace, and a GaInN well layer having a thickness of 3 nm is laminated to grow crystals. Let me.

次に、ＧａＩｎＮ井戸層の表面にＧａＮバリア層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＴＭＩｎの供給を停止して、６ｎｍの厚みのＧａＮバリア層を積層して結晶成長させる。こうして成長させたＧａＩｎＮ量子井戸層、及びＧａＮバリア層を１ペアとして、この１ペアを５ペア積層して結晶成長する。こうしてＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を形成する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ及びＴＭＩｎの供給を停止する。 Next, a GaN barrier layer is laminated on the surface of the GaInN well layer to grow crystals. Specifically, the supply of TMIn into the reactor is stopped, and a GaN barrier layer having a thickness of 6 nm is laminated to grow crystals. The GaInN quantum well layer and the GaN barrier layer grown in this way are used as one pair, and five pairs of these one pair are laminated to grow crystals. In this way, the GaInN / GaN5 weight well active layer 12 is formed. Then, the supply of TEGa and TMIn to the reactor is stopped.

次に、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へ供給するキャリアガスをＮ2からＨ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０００℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、Ａｌ（アルミニウム）の原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、及びＭｇ（マグネシウム）の原料であるＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を供給して、２０ｎｍの厚みのｐ－ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＣｐ2Ｍｇの供給量はｐ－ＡｌＧａＮ層１３に添加されるＭｇの濃度が３×１０19ｃｍ-3になるように調節する。 Next, the p-AlGaN layer 13 is laminated on the surface of the GaInN / GaN5 weight well active layer 12 to grow crystals. Specifically, the carrier gas supplied into the reactor is switched from N 2 to H 2 . Then, the temperature inside the reactor is adjusted to bring the temperature of the substrate 9 to 1000 ° C. Then, TMGa (trimethylaluminum), which is a raw material of TMGa, Al (aluminum), and Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium), which is a raw material of Mg (magnesium), are supplied into the reaction furnace to have a thickness of 20 nm. The p-AlGaN layer 13 is laminated and crystal growth is performed. The amount of Cp 2 Mg supplied into the reaction furnace is adjusted so that the concentration of Mg added to the p-AlGaN layer 13 is 3 × 10 19 cm -3 .

次に、ｐ－ＡｌＧａＮ層１３の表面にｐ－ＧａＮ層１４を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へＴＭＡｌの供給を停止して、１６０ｎｍの厚みのｐ－ＧａＮ層１４を積層して結晶成長させる。ｐ－ＧａＮ層１４に添加されるＭｇの濃度は４×１０19ｃｍ-3である。 Next, the p-GaN layer 14 is laminated on the surface of the p-AlGaN layer 13 to grow crystals. Specifically, the supply of TMAl to the reactor is stopped, and the p-GaN layer 14 having a thickness of 160 nm is laminated to grow crystals. The concentration of Mg added to the p-GaN layer 14 is 4 × 10 19 cm -3 .

次に、反応炉内でｐ－ＧａＮ層１４の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５を形成する。トンネル接合層１５はＧａＮを母材とし、アクセプタ（ｐ型不純物）としてＭｇを用いたｐ型トンネル接合層であるｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びドナー（ｎ型不純物）としてＳｉを用いたｎ型トンネル接合層であるｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを有している。
また、実施例１、２、及び比較例１、２では、Ｓｉの厚み方向の濃度プロファイルを互いに同様とし、Ｍｇの厚み方向の濃度プロファイルをそれぞれ変更している。 Next, a tunnel junction layer 15 using a nitride semiconductor is formed on the surface of the p-GaN layer 14 in the reaction furnace. The tunnel junction layer 15 is a p ++-GaN junction layer 15A that uses GaN as a base material and Mg as an acceptor (p-type impurity), and an n-type tunnel that uses Si as a donor (n-type impurity). It has an n ++-GaN layer 15B which is a junction layer.
Further, in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the concentration profiles in the thickness direction of Si are the same as each other, and the concentration profiles in the thickness direction of Mg are changed.

先ず、アクセプタを添加してｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを形成する。詳しくは、反応炉内にＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇを供給する。こうして、数ｎｍ～１０数ｎｍの厚みのｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを成長させる。ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａに添加されるＭｇの濃度の最大値が２～３×１０20ｃｍ-3になるようにＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇの流量を調節する。こうして、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの結晶成長を終了する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。 First, an acceptor is added to form the p ++-GaN layer 15A. Specifically, TEGa and Cp 2 Mg are supplied into the reactor. In this way, the p ++-GaN layer 15A having a thickness of several nm to several ten and several nm is grown. The flow rates of TEGa and Cp 2 Mg are adjusted so that the maximum concentration of Mg added to the p ++-GaN layer 15A is 2 to 3 × 10 20 cm -3 . In this way, the crystal growth of the p ++-GaN layer 15A is completed. Then, the supply of TEGa and Cp 2 Mg to the reactor is stopped. That is, the supply of gas of raw materials other than NH 3 is stopped.

次に、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面にｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。そして、反応炉内に、ＴＥＧａ、及びＳｉＨ4を供給して、１５ｎｍの厚みのｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長させる。ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂに添加されるＳｉの濃度の最大値は５～７×１０20ｃｍ-3である。その後、反応炉内へのＴＥＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止する。
実施例１、２、及び比較例１、２において、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを形成する際、Ｍｇの供給量を調整することによって、Ｍｇの濃度の最大値を示す厚み方向の位置（以降、Ｍｇの最大値を示す位置という）に対するＳｉの濃度の最大値を示す厚み方向の位置（以降、Ｓｉの最大値を示す位置という）を１．８ｎｍ、２．５ｎｍ、４．３ｎｍ、７．２ｎｍの４種類に変化させている。Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置は、実施例１が１．８ｎｍであり、実施例２が２．５ｎｍであり、比較例１が４．３ｎｍであり、比較例２が７．２ｎｍである。 Next, the n ++-GaN layer 15B is laminated on the surface of the p ++-GaN layer 15A to grow crystals. Specifically, the supply of Cp 2 Mg into the reactor is stopped. Then, TEGa and SiH 4 are supplied into the reaction furnace, and an n ++-GaN layer 15B having a thickness of 15 nm is laminated to grow crystals. The maximum concentration of Si added to the n ++-GaN layer 15B is 5 to 7 × 10 20 cm -3 . After that, the supply of TEGa and SiH 4 to the reactor is stopped.
In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, when the p ++-GaN layer 15A is formed, the position in the thickness direction indicating the maximum value of the Mg concentration is shown by adjusting the supply amount of Mg (hereinafter, Mg). The position in the thickness direction (hereinafter referred to as the position indicating the maximum value of Si) indicating the maximum value of the concentration of Si with respect to the position indicating the maximum value of Si) is 1.8 nm, 2.5 nm, 4.3 nm, 7.2 nm. It is changed into 4 types. The position showing the maximum value of Si with respect to the position showing the maximum value of Mg is 1.8 nm in Example 1, 2.5 nm in Example 2, 4.3 nm in Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Is 7.2 nm.

その後、反応炉内へのＴＥＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の反応炉内への原料の供給を停止する。こうして、実施例１、２、及び比較例１、２のそれぞれにおいてトンネル接合層１５を形成する。 After that, the supply of TEGa and SiH 4 to the reactor is stopped. That is, the supply of raw materials to the reactor other than NH 3 is stopped. In this way, the tunnel junction layer 15 is formed in each of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

次に、トンネル接合層１５の表面に第２ｎ－ＧａＮ層１６を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０５０℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、及びＳｉＨ4を供給する。そして、第２ｎ－ＧａＮ層１６を４００ｎｍの厚みで積層して結晶成長させる。第２ｎ－ＧａＮ層１６に添加されるｎ型不純物であるＳｉの濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
そして、反応炉内へのＴＭＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止して結晶成長を終了する。そして、反応炉内へ供給するキャリアガスをＨ2からＮ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度が４００℃以下になった時点で、反応炉内へのＮＨ3の供給を停止する。そして、基板９の温度が室温になった後、反応炉内のパージを行い、基板９を反応炉から取り出す。こうして、図１に示す層構造を有した実施例１、２、及び比較例１、２の基板９を作成することができる。 Next, the second n-GaN layer 16 is laminated on the surface of the tunnel junction layer 15 to grow crystals. Specifically, the temperature inside the reactor is adjusted to bring the temperature of the substrate 9 to 1050 ° C. Then, TMGa and SiH 4 are supplied into the reactor. Then, the second n-GaN layer 16 is laminated with a thickness of 400 nm to grow crystals. The concentration of Si, which is an n-type impurity added to the second n-GaN layer 16, is 1 × 10 19 cm -3 .
Then, the supply of TMGa and SiH 4 to the reactor is stopped to end the crystal growth. Then, the carrier gas supplied into the reactor is switched from H 2 to N 2 . Then, when the temperature in the reactor is adjusted and the temperature of the substrate 9 becomes 400 ° C. or lower, the supply of NH 3 to the reactor is stopped. Then, after the temperature of the substrate 9 reaches room temperature, the inside of the reactor is purged and the substrate 9 is taken out from the reactor. In this way, the substrates 9 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 having the layer structure shown in FIG. 1 can be produced.

次に、上記の手順に基づいて結晶成長して層構造を形成し、窒化物半導体によって形成されたトンネル接合層１５を備えた実施例１、２、及び比較例１、２の試料のそれぞれを電流注入可能な素子に形成する前の状態における、Ｍｇ、Ｓｉの試料の厚み方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより同時に測定した結果を図３（Ａ）～（Ｄ）に示す。
ここで、ＳＩＭＳの測定条件を以下に示す。測定装置：ＣＡＭＥＣＡ ＩＭＳ－６Ｆ、一次イオン種：Ｃｓ＋、一次加速電圧、５．０ｋＶ、検出領域：６０μｍφである。測定濃度はそれぞれイオン注入した標準試料を用いて較正した。この測定条件でＭｇ及びＳｉの濃度を同時に測定することによって、ＭｇとＳｉとのそれぞれの厚み方向の濃度プロファイルの関係を明確に得ることができる。
なお、トンネル接合層１５の形成工程において、実施例１、２、及び比較例１、２のそれぞれでｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの厚みについて述べているが、これは、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂのそれぞれにおいて、Ｍｇ、及びＳｉが所定の濃度以上に添加された領域の厚みである。
実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎは、図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。また、実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層１５のｐ側の端Ｅｐは、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。 Next, each of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 provided with the tunnel junction layer 15 formed by the nitride semiconductor by growing crystals according to the above procedure to form a layer structure was used. FIGS. 3 (A) to 3 (D) show the results of simultaneously measuring the concentration profiles of Mg and Si samples in the thickness direction by SIMS before forming into a current-injectable device.
Here, the SIMS measurement conditions are shown below. Measuring device: CAMECA IMS-6F, primary ion species: Cs + , primary acceleration voltage, 5.0 kV, detection area: 60 μmφ. The measured concentrations were calibrated using standard ion-implanted samples. By simultaneously measuring the concentrations of Mg and Si under these measurement conditions, the relationship between the concentration profiles of Mg and Si in the thickness direction can be clearly obtained.
In the process of forming the tunnel junction layer 15, the thicknesses of the p ++-GaN layer 15A and the n ++-GaN layer 15B are described in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, but this is p ++. -In each of the GaN layer 15A and the n ++-GaN layer 15B, it is the thickness of the region where Mg and Si are added at a predetermined concentration or more.
As shown in FIGS. 3A to 3D, the n-side end En of the tunnel junction layer 15 of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 has a Si concentration profile toward the p-side. Is the position where is changed from the almost flat state to the increasing state. Further, the p-side end Ep of the tunnel junction layer 15 of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 changes from a substantially flat state to an increasing state toward the n-side. The position.

図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置は、実施例１の試料（＋１．８ｎｍ）が最も小さく、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）、比較例１の試料（＋４．３ｎｍ）、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）の順に大きくなる。"＋"はＳｉの最大値を示す位置がＭｇの最大値を示す位置よりもｎ側（すなわち、Ｓｉの最大値を示す位置がＭｇの最大値を示す位置に比べてサファイア基板９の表面から離れた側であり図３（Ａ）～（Ｄ）における左側）にあることを示す。
実施例１、２、及び比較例１、２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ及びＳｉの濃度がトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎに向けて、ほぼ同じ傾きをなして減少している。
実施例１、２、及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎまでの間におけるＭｇ濃度がＳｉ濃度より低い。
また、実施例１、２、及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎの位置よりもＳｉ濃度の値とＭｇ濃度の値とが一致する位置Ｓｎｐに近い。
また、実施例１、２及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置、及びＳｉ濃度の最大値を示す位置が、Ｓｉ濃度の値とＭｇ濃度の値とが一致する位置Ｓｎｐよりトンネル接合層１５のｎ側に位置している。 As shown in FIGS. 3A to 3D, the sample (+ 1.8 nm) of Example 1 has the smallest position indicating the maximum value of Si with respect to the position indicating the maximum value of Mg, and the sample of Example 2 is used. (+ 2.5 nm), the sample of Comparative Example 1 (+4.3 nm), and the sample of Comparative Example 2 (+7.2 nm) increase in this order. "+" Is from the surface of the sapphire substrate 9 where the position indicating the maximum value of Si is on the n side of the position indicating the maximum value of Mg (that is, the position indicating the maximum value of Si is the position indicating the maximum value of Mg). It is shown to be on the distant side and on the left side in FIGS. 3A to 3D).
In the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the concentrations of Mg and Si were tunneled in the range of 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less. It decreases with almost the same inclination toward the n-side end En of the junction layer 15.
In the samples of Examples 1, 2 and Comparative Example 1, the Mg concentration in the tunnel junction layer 15 from the position showing the maximum value of the Mg concentration to the n-side end En of the tunnel junction layer 15 is lower than the Si concentration. ..
Further, in the samples of Examples 1, 2 and Comparative Example 1, the position showing the maximum value of Mg concentration in the tunnel junction layer 15 is the value of Si concentration rather than the position of the end En on the n side of the tunnel junction layer 15. And near the position Snp where the value of Mg concentration coincides.
Further, in the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, in the tunnel junction layer 15, the position showing the maximum value of Mg concentration and the position showing the maximum value of Si concentration are the value of Si concentration and the value of Mg concentration. It is located on the n side of the tunnel junction layer 15 from the position Snp that coincides with.

図３（Ａ）に示すように、実施例１の試料におけるＭｇの最大値はおよそ２×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、実施例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさがおよそ３倍である。
また、実施例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域がおよそ７ｎｍである。実施例１の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ７ｎｍ、ｎ側にずれている。 As shown in FIG. 3A, the maximum value of Mg in the sample of Example 1 is about 2 × 10 20 cm -3 . Further, the magnitude of the concentration of Si at the position showing the maximum value of Mg is about 6 × 10 20 cm -3 . That is, in the sample of Example 1, the magnitude of the concentration of Si with respect to the concentration of Mg at the position showing the maximum value of Mg is about three times.
Further, in the sample of Example 1, the concentration of Mg was less than 1 × 10 20 cm -3 in the region where the concentration of Mg decreased from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 15. Moreover, the region where the concentration of Si is 1 × 10 20 cm -3 or more is about 7 nm. In the sample of Example 1, in the range where the concentrations of Mg and Si are 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si is the graph showing the concentration of Mg. It is deviated to the n side by about 7 nm from the curve.

図３（Ｂ）に示すように、実施例２の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ２倍である。
また、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ６ｎｍである。実施例２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ６ｎｍ、ｎ側にずれている。 As shown in FIG. 3B, the maximum value of Mg in the sample of Example 2 is about 3 × 10 20 cm -3 . Further, the magnitude of the concentration of Si at the position showing the maximum value of Mg is about 6 × 10 20 cm -3 . That is, in the sample of Example 2, the magnitude of the concentration of Si with respect to the concentration of Mg at the position showing the maximum value of Mg is about twice.
Further, in the sample of Example 2, the concentration of Mg was less than 1 × 10 20 cm -3 in the region where the concentration of Mg decreased from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 15. Moreover, the region where the concentration of Si is 1 × 10 20 cm -3 or more is about 6 nm. In the sample of Example 2, in the range where the concentrations of Mg and Si are 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si is the graph showing the concentration of Mg. It is shifted to the n side by about 6 nm from the curve.

図３（Ｃ）に示すように、比較例１の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ４×１０20ｃｍ-3である。つまり、比較例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ１．３倍である。
また、比較例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ９ｎｍである。比較例１の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ９ｎｍ、ｎ側にずれている。 As shown in FIG. 3C, the maximum value of Mg in the sample of Comparative Example 1 is about 3 × 10 20 cm -3 . The magnitude of the concentration of Si at the position showing the maximum value of Mg is about 4 × 10 20 cm -3 . That is, in the sample of Comparative Example 1, the magnitude of the concentration of Si with respect to the concentration of Mg at the position showing the maximum value of Mg is about 1.3 times.
Further, in the sample of Comparative Example 1, the concentration of Mg was less than 1 × 10 20 cm -3 in the region where the concentration of Mg decreased from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 15. Moreover, the region where the concentration of Si is 1 × 10 20 cm -3 or more is about 9 nm. In the sample of Comparative Example 1, in the range where the concentrations of Mg and Si are 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si is the graph showing the concentration of Mg. It is shifted to the n side by about 9 nm from the curve.

図３（Ｄ）に示すように、比較例２の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ７×１０19ｃｍ-3である。つまり、比較例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ０．２倍である。
また、比較例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ１２ｎｍである。比較例２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ１２ｎｍ、ｎ側にずれている。 As shown in FIG. 3D, the maximum value of Mg in the sample of Comparative Example 2 is about 3 × 10 20 cm -3 . The magnitude of the Si concentration at the position showing the maximum value of Mg is about 7 × 10 19 cm -3 . That is, in the sample of Comparative Example 2, the magnitude of the concentration of Si with respect to the concentration of Mg at the position showing the maximum value of Mg is about 0.2 times.
Further, in the sample of Comparative Example 2, the concentration of Mg was less than 1 × 10 20 cm -3 in the region where the concentration of Mg decreased from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 15. Moreover, the region where the concentration of Si is 1 × 10 20 cm -3 or more is about 12 nm. In the sample of Comparative Example 2, in the range where the concentrations of Mg and Si are 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si is the graph showing the concentration of Mg. It is deviated to the n side by about 12 nm from the curve.

従来の基本理論では、アクセプタに補償されたドナー濃度である実効ドナー濃度（ＮD－ＮA）及びドナーに補償されたアクセプタ濃度である実効アクセプタ濃度（ＮA－ＮD）が重要である。図３（Ａ）～（Ｄ）のＳＩＭＳ測定の結果から実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度をプロットし直したグラフを図４（Ａ）～（Ｄ）に示す。図４（Ａ）～（Ｄ）に示すように、トンネル接合層１５の界面Ｂ付近において、高い実効ドナー濃度、及び高い実効アクセプタ濃度が実現できているのは、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）である。具体的には、比較例２の試料は、実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度がどちらも１×１０20ｃｍ-3を超えている。
これに対して、Ｍｇの最大値を示す位置とＳｉの最大値を示す位置との間の距離が短くなる（実施例１、２、及び比較例１）に従い、トンネル接合層１５の界面Ｂ付近における実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度は低下し、実施例１、２の試料では、実効アクセプタ濃度の最大値が明確に存在せず、従来の基本理論ではトンネル接合層として機能し難い構造に見える。 In the conventional basic theory, the effective donor concentration (ND - NA ), which is the donor concentration compensated by the acceptor, and the effective acceptor concentration (NA - ND ), which is the acceptor concentration compensated by the donor, are important. The graphs in which the effective donor concentration and the effective acceptor concentration are re-plotted from the results of the SIMS measurements in FIGS. 3 (A) to 3 (D) are shown in FIGS. 4 (A) to 4 (D). As shown in FIGS. 4A to 4D, a high effective donor concentration and a high effective acceptor concentration can be realized in the vicinity of the interface B of the tunnel junction layer 15 in the sample of Comparative Example 2 (+7. 2 nm). Specifically, the sample of Comparative Example 2 has both an effective donor concentration and an effective acceptor concentration exceeding 1 × 10 20 cm -3 .
On the other hand, as the distance between the position showing the maximum value of Mg and the position showing the maximum value of Si becomes short (Examples 1, 2 and Comparative Example 1), the vicinity of the interface B of the tunnel junction layer 15 In the samples of Examples 1 and 2, the maximum value of the effective acceptor concentration does not clearly exist, and it seems that the structure is difficult to function as a tunnel junction layer in the conventional basic theory. ..

次に、実施例１、２、及び比較例１、２の試料のそれぞれを用いて電流の注入が可能な素子の形成を行う工程について図２を参照しつつ説明する。 Next, a step of forming an element capable of injecting an electric current using each of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 will be described with reference to FIG.

先ず、表面からの平面視において、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。詳しくは、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて基板９上にメサ構造２０を形成する。より詳しくは、基板９上の最も表面に積層して結晶成長した第２ｎ－ＧａＮ層１６の表面に直径３５μｍの円形形状のフォトレジスト又は金属マスクを形成する（図示せず。）。フォトレジスト又は金属マスクが形成された直下はエッチングで除去されない。また、フォトレジスト又は金属マスクが形成されていない領域は、表面に第１ｎ－ＧａＮ層１１が露出するまでエッチングされる。露出した第１ｎ－ＧａＮ層１１には後述する第２電極２２を形成する。こうして、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。 First, in a plan view from the surface, a circular mesa structure 20 having a diameter of 35 μm is formed on the substrate 9. Specifically, the mesa structure 20 is formed on the substrate 9 by using photolithography and dry etching. More specifically, a circular photoresist or metal mask having a diameter of 35 μm is formed on the surface of the second n-GaN layer 16 which is laminated on the outermost surface of the substrate 9 and crystal-grown (not shown). The area directly under the photoresist or metal mask is not removed by etching. Further, the region where the photoresist or the metal mask is not formed is etched until the first n-GaN layer 11 is exposed on the surface. A second electrode 22, which will be described later, is formed on the exposed first n-GaN layer 11. In this way, the mesa structure 20 having a circular shape with a diameter of 35 μm is formed on the substrate 9.

次に、メサ構造２０を形成した基板９をＯ2（酸素）雰囲気中にて、７２５℃で３０分間アニール処理を行い、埋め込まれたｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５ＡのＭｇを活性化させる。ここで、活性化とはｐ型不純物であるＭｇに結合しているＨ（水素）を離脱させてＭｇを活性化させ、Ｍｇが添加されたｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの電気伝導性を向上させることである。こうして活性化することで、エッチングによって、側面が露出したｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａのそれぞれの側面からＭｇを不活性化させていたＨを離脱させる。 Next, the substrate 9 on which the mesa structure 20 was formed was annealed at 725 ° C. for 30 minutes in an O 2 (oxygen) atmosphere, and the embedded p-AlGaN layer 13, the p-GaN layer 14, and the tunnel junction were performed. Activates Mg in the p ++-GaN layer 15A of layer 15. Here, activation means the release of H (hydrogen) bonded to Mg, which is a p-type impurity, to activate Mg, and the p-AlGaN layer 13, the p-GaN layer 14, and the p-GaN layer 14 to which Mg is added. This is to improve the electrical conductivity of the p ++-GaN layer 15A of the tunnel junction layer 15. By activating in this way, Mg was inactivated from each side surface of the p-AlGaN layer 13, the p-GaN layer 14, and the p ++-GaN layer 15A of the tunnel junction layer 15 whose side surfaces were exposed by etching. To leave.

次に、第１電極２１、及び第２電極２２を形成する。詳しくは、円形形状をなした第１電極２１をメサ構造２０の表面に形成する。また、円環状をなした第２電極２２をメサ構造２０の周囲を囲むように、第１ｎ－ＧａＮ層１１の露出した表面に形成する。第１電極２１、及び第２電極２２は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕである。また、第１電極２１、及び第２電極２２はそれぞれを一括して形成する。こうして、第１電極２１からトンネル接合層１５、及びＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を通過して第２電極２２に電流を流すことができる実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子を形成する。 Next, the first electrode 21 and the second electrode 22 are formed. Specifically, the first electrode 21 having a circular shape is formed on the surface of the mesa structure 20. Further, the annular second electrode 22 is formed on the exposed surface of the first n-GaN layer 11 so as to surround the mesa structure 20. The first electrode 21 and the second electrode 22 are Ti / Al / Ti / Au. Further, the first electrode 21 and the second electrode 22 are collectively formed. In this way, of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in which a current can be passed from the first electrode 21 to the second electrode 22 through the tunnel junction layer 15 and the GaInN / GaN5 weight element well active layer 12. A nitride semiconductor light emitting device is formed.

次に、電流の注入が可能な素子に形成された実施例１、２、及び比較例１、２の試料について電流電圧特性を測定した結果を図５に示す。
図５に示すように、Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置が比較例２の試料より短くなる（すなわち、＋７．２ｎｍより短くなる）に従って急激に駆動電圧が低くなり、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）が最も低い値である。また、実施例１の試料（＋１．８ｎｍ）の駆動電圧は、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）に比べて僅かに上昇したものの、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）に比べて十分低い値であった。
従来の基本理論によれば、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）の濃度プロファイルにおいて、空乏層の幅が最も狭く、駆動電圧が最も低くなり、一方で、Ｍｇの最大値の位置とＳｉの最大値の位置との間の距離が短くなる（実施例１、２、及び比較例１）に従い、実効アクセプタ濃度、及び実効ドナー濃度のそれぞれが低下することによって、空乏層の幅が広がり、駆動電圧が高くなるものと考えられたが、全く逆の結果であった。
実施例１、２、及び比較例１の試料のように、トンネル接合層１５内のＭｇの最大値を示す位置において、Ｍｇの濃度より高い濃度のＳｉが存在する構造によって、窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５の電気抵抗が大きく低下する。
そして、より好ましくは、実施例１、２の試料である図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置におけるＳｉ濃度の値は、Ｍｇ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であると、窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５の電気抵抗がより大きく低下する。 Next, FIG. 5 shows the results of measuring the current-voltage characteristics of the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 formed in the element capable of injecting a current.
As shown in FIG. 5, as the position showing the maximum value of Si with respect to the position showing the maximum value of Mg becomes shorter than the sample of Comparative Example 2 (that is, shorter than +7.2 nm), the drive voltage sharply decreases. The sample of Example 2 (+2.5 nm) has the lowest value. Further, although the drive voltage of the sample of Example 1 (+ 1.8 nm) was slightly higher than that of the sample of Example 2 (+ 2.5 nm), it was sufficiently higher than that of the sample of Comparative Example 2 (+7.2 nm). It was a low value.
According to the conventional basic theory, in the concentration profile of the sample (+7.2 nm) of Comparative Example 2, the width of the depletion layer is the narrowest and the drive voltage is the lowest, while the position of the maximum value of Mg and the position of Si. As the distance from the position of the maximum value becomes shorter (Examples 1, 2, and Comparative Example 1), the effective acceptor concentration and the effective donor concentration each decrease, so that the width of the depletion layer is widened and driven. It was thought that the voltage would increase, but the result was exactly the opposite.
Nitride semiconductors are used due to the structure in which Si having a concentration higher than the concentration of Mg exists at the position showing the maximum value of Mg in the tunnel junction layer 15 as in the samples of Examples 1, 2 and Comparative Example 1. The electrical resistance of the tunnel junction layer 15 that has been formed is greatly reduced.
Then, more preferably, as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), which are the samples of Examples 1 and 2, the value of the Si concentration at the position showing the maximum value of the Mg concentration in the tunnel junction layer 15 is set. When it is at least twice or more the maximum value of the Mg concentration, the electric resistance of the tunnel junction layer 15 using the nitride semiconductor is further lowered.

次に、トンネル接合層１５において、ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの厚みの変化が電気特性に及ぼす影響を検証するため、比較例３の試料を作製した。 Next, in order to verify the effect of the change in the thickness of the n ++-GaN layer 15B on the electrical characteristics in the tunnel junction layer 15, a sample of Comparative Example 3 was prepared.

比較例３の試料は、トンネル接合層１１５のｎ＋＋－ＧａＮ層１１５Ｂの厚みが５ｎｍである点が実施例１、２、及び比較例１、２と相違する。他の構成は実施例２と同一であり、同一の構成は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、比較例３の試料の素子構造の作製方法についても、実施例１、２、及び比較例１、２の作製方法と同一の工程は詳細な説明を省略する。 The sample of Comparative Example 3 is different from Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in that the thickness of the n ++-GaN layer 115B of the tunnel junction layer 115 is 5 nm. Other configurations are the same as those in the second embodiment, the same configurations are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, regarding the method for producing the element structure of the sample of Comparative Example 3, the same steps as the methods for producing Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 will not be described in detail.

トンネル接合層１１５はＧａＮを母材とし、アクセプタ（ｐ型不純物）としてＭｇを用いたｐ型トンネル接合層であるｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びドナー（ｎ型不純物）としてＳｉを用いたｎ型トンネル接合層であるｎ＋＋－ＧａＮ層１１５Ｂを有している。 The tunnel junction layer 115 is an n-type tunnel using p++-GaN layer 15A, which is a p-type tunnel junction layer using GaN as a base material and Mg as an acceptor (p-type impurity), and Si as a donor (n-type impurity). It has an n ++-GaN layer 115B which is a junction layer.

トンネル接合層１１５はｐ－ＧａＮ層１４の表面にｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを１０ｎｍ成長させる。ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａに添加されるＭｇの濃度の最大値は３×１０20ｃｍ-3である。なお、比較例３のｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを形成する際のＭｇの供給量は、実施例２と同じになるように調整する。 In the tunnel junction layer 115, the p ++-GaN layer 15A is grown by 10 nm on the surface of the p-GaN layer 14. The maximum concentration of Mg added to the p ++-GaN layer 15A is 3 × 10 20 cm -3 . The amount of Mg supplied when forming the p ++-GaN layer 15A of Comparative Example 3 is adjusted to be the same as that of Example 2.

次に、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面に５ｎｍの厚みのｎ＋＋－ＧａＮ層１１５Ｂを積層して結晶成長する。ｎ＋＋－ＧａＮ層１１５Ｂに添加されるＳｉの濃度の最大値は６×１０20ｃｍ-3である。
こうして、トンネル接合層１１５を形成する。この後、トンネル接合層１１５の表面に第２ｎ－ＧａＮ層１６を積層して結晶成長させ、比較例３の試料を作成する。比較例３の試料は、実施例１、２、及び比較例１、２と層構造が同じである（図２参照。）。 Next, the n ++-GaN layer 115B having a thickness of 5 nm is laminated on the surface of the p ++-GaN layer 15A to grow crystals. The maximum concentration of Si added to the n ++-GaN layer 115B is 6 × 10 20 cm -3 .
In this way, the tunnel junction layer 115 is formed. After that, the second n-GaN layer 16 is laminated on the surface of the tunnel junction layer 115 to grow crystals, and a sample of Comparative Example 3 is prepared. The sample of Comparative Example 3 has the same layer structure as Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 (see FIG. 2).

次に、こうして作製した比較例３の試料の電流注入可能な素子に形成する前の状態における、Ｍｇ、Ｓｉの試料の厚み方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより同時に測定した結果を図６に示す。測定条件は、実施例１、２、及び比較例１、２と同様である。
なお、比較例３の試料のトンネル接合層１１５のｎ側の端Ｅｎは、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置であり、比較例３の試料のトンネル接合層１１５のｐ側の端Ｅｐは、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。 Next, FIG. 6 shows the results of simultaneously measuring the concentration profiles in the thickness direction of the Mg and Si samples in the state before forming the current-injectable element of the sample of Comparative Example 3 thus produced by SIMS. The measurement conditions are the same as those of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
The n-side end En of the tunnel junction layer 115 of the sample of Comparative Example 3 is a position where the concentration profile of Si changes from a substantially flat state to an increasing state toward the p side, and the sample of Comparative Example 3 is sampled. The end Ep on the p side of the tunnel junction layer 115 is a position where the concentration profile of Mg changes from a substantially flat state to an increasing state toward the n side.

図６に示すように、比較例３の試料はＭｇの最大値を示す位置に、Ｍｇの濃度よりも高い濃度のＳｉが存在する。この点は実施例１、２、及び比較例１と同じである。具体的には、比較例３の試料はＭｇの最大値がおよそ３×１０20ｃｍ-3である。そして、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさがおよそ２倍である。
また、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側（図６における左側）に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ及びＳｉの濃度がトンネル接合層１１５のｎ側に向けてほぼ同じ傾きをなして減少している。この点も実施例１、２、及び比較例１、２と同じである。
しかし、比較例３の試料はトンネル接合層１１５のｎ側におけるＳｉの濃度プロファイルが実施例１、２、及び比較例１、２に対して大きく異なる。具体的には、比較例３の試料のＭｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域は０ｎｍである。つまり、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線はＭｇの濃度を示すグラフの曲線に対してほぼ重なってトンネル接合層１１５のｎ側に向けて減少している。
これに対して、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ６ｎｍ、ｎ側にずれており、トンネル接合層１５のｎ側に向けて減少している（図３（Ｂ）参照。）。 As shown in FIG. 6, in the sample of Comparative Example 3, Si having a concentration higher than the concentration of Mg is present at a position showing the maximum value of Mg. This point is the same as in Examples 1, 2 and Comparative Example 1. Specifically, the sample of Comparative Example 3 has a maximum value of Mg of about 3 × 10 20 cm -3 . The magnitude of the concentration of Si at the position showing the maximum value of Mg is about 6 × 10 20 cm -3 . That is, in the sample of Comparative Example 3, the magnitude of the concentration of Si with respect to the concentration of Mg at the position showing the maximum value of Mg is about twice.
Further, in the sample of Comparative Example 3, the region where the concentration of Mg decreases from the position showing the maximum value of Mg toward the n side (left side in FIG. 6) of the tunnel junction layer 115, and the concentration of Mg and Si is 1 ×. In the range of 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the concentrations of Mg and Si decrease with almost the same inclination toward the n side of the tunnel junction layer 115. This point is also the same as in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
However, the sample of Comparative Example 3 has a significantly different Si concentration profile on the n side of the tunnel junction layer 115 from Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. Specifically, the concentration of Mg is less than 1 × 10 20 cm -3 in the region where the concentration of Mg decreases from the position showing the maximum value of Mg in the sample of Comparative Example 3 toward the n side of the tunnel junction layer 115. The region where the Si concentration is 1 × 10 20 cm -3 or more is 0 nm. That is, in the sample of Comparative Example 3, the region where the concentration of Mg decreases from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 115, and the concentration of Mg and Si is 1 × 10 19 cm -3 or more. In the range of 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si almost overlaps with the curve of the graph showing the concentration of Mg and decreases toward the n side of the tunnel junction layer 115. ..
On the other hand, in the sample of Example 2, the region where the concentration of Mg decreases from the position showing the maximum value of Mg toward the n side of the tunnel junction layer 15, and the concentration of Mg and Si is 1 × 10 19 cm. In the range of -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less, the curve of the graph showing the concentration of Si is shifted to the n side by about 6 nm from the curve of the graph showing the concentration of Mg, and the tunnel junction layer 15 It decreases toward the n side (see FIG. 3B).

次に、比較例３の試料、及び実施例２の試料を用いて電流の注入が可能な素子の形成を行った後の比較例３の試料、及び実施例２の試料について電流電圧特性を測定した結果を図７に示す。なお、電流の注入が可能な素子を形成する工程は、実施例１、２、及び比較例１、２と同じ手順であるため詳細の説明は省略する。
図７に示すように、ｎ＋＋－ＧａＮ層１１５Ｂの厚みが５ｎｍである比較例３の試料は、ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの厚みが１５ｎｍである実施例２の試料に比べて、駆動電圧が大きく増加することがわかった。
したがって、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置におけるＳｉ濃度の値がＭｇ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であり、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側において、トンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つＳｉ濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上である（すなわち、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりも６ｎｍ以上、ｎ側にずれている）場合、より電気抵抗が低くなり、低い駆動電圧を実現できることがわかった。 Next, the current-voltage characteristics of the sample of Comparative Example 3 and the sample of Example 2 after forming an element capable of injecting a current using the sample of Comparative Example 3 and the sample of Example 2 were measured. The results are shown in FIG. Since the step of forming an element capable of injecting an electric current is the same procedure as in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 7, the sample of Comparative Example 3 in which the thickness of the n ++-GaN layer 115B is 5 nm has a significantly increased drive voltage as compared with the sample of Example 2 in which the thickness of the n ++-GaN layer 15B is 15 nm. I found out that I would do it.
Therefore, in the tunnel junction layer 15, the value of Si concentration at the position showing the maximum value of Mg concentration is at least twice or more the maximum value of Mg concentration, and the tunnel junction layer 15 starts from the position showing the maximum value of Mg concentration. In the region where the concentration of Mg decreases toward the n side of the tunnel junction layer 15 and the concentration of Mg and Si is 1 × 10 19 cm -3 or more and 1 × 10 20 cm -3 or less. , The region where the Mg concentration is less than 1 × 10 20 cm -3 and the Si concentration is 1 × 10 20 cm -3 or more is 6 nm or more (that is, the curve of the graph showing the Si concentration is the graph showing the Mg concentration). It was found that the electric resistance became lower and a lower drive voltage could be realized when the voltage was shifted to the n side by 6 nm or more from the curve of.

ここで、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度が実施例１、２、及び比較例１の試料のように構成される（すなわち、トンネル接合層１５内のＭｇの最大値を示す位置において、Ｍｇの濃度より高い濃度のＳｉが存在する）とトンネル接合層１５の電気抵抗が低くなる理由は以下のように考えられる。トンネル接合層１５内の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ及びドナーの両方が共に存在することによって、バンド内に不純物準位が形成され、これにより、電子や正孔の比較的大きな状態密度が存在することになる。これがトンネル電流に寄与することでトンネル接合層１５の電気抵抗が大幅に低くなったと推察される。 Here, in the tunnel junction layer 15, the acceptor concentration and the donor concentration are configured as in the samples of Examples 1, 2 and Comparative Example 1 (that is, the position indicating the maximum value of Mg in the tunnel junction layer 15). The reason why the electric resistance of the tunnel junction layer 15 is low is considered to be as follows. The presence of both acceptors and donors at a given position in the tunnel junction layer 15 in the thickness direction forms an impurity level in the band, which results in a relatively large density of states of electrons and holes. Will exist. It is presumed that this contributes to the tunnel current and the electrical resistance of the tunnel junction layer 15 is significantly reduced.

このように、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５には、トンネル接合層１５の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ、及びドナーの両方が存在することによって、バンド内に不純物準位を形成し、比較的大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層１５で生じるトンネル電流に寄与することができる。 As described above, in the tunnel junction layer 15 of the nitride semiconductor light emitting device, both the acceptor and the donor are present at a predetermined position in the thickness direction of the tunnel junction layer 15, so that the impurity level is set in the band. It can form and allow the density of states of relatively large electrons and holes to exist, which can contribute to the tunneling current generated at the tunnel junction layer 15.

したがって、本発明の窒化物半導体発光素子は高効率で発光することができる。 Therefore, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention can emit light with high efficiency.

また、この窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｐの位置よりもドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置に近い。このため、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層１５のｎ側にアクセプタが偏析することを抑えることができる。 Further, in this nitride semiconductor light emitting device, the position showing the maximum value of the acceptor concentration in the tunnel junction layer 15 is the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration rather than the position of the end Ep on the n side of the tunnel junction layer 15. Is close to the matching position. Therefore, this nitride semiconductor light emitting device can suppress segregation of the acceptor on the n side of the tunnel junction layer 15.

また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置は、ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置よりトンネル接合層１５のｎ側に位置している。このため、この窒化物半導体発光素子は、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置のそれぞれをトンネル接合層１５内に確実に存在させることができ、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度のそれぞれを確実に高くすることができる。 Further, in the tunnel junction layer 15 of the nitride semiconductor light emitting device, the position showing the maximum value of the acceptor concentration and the position showing the maximum value of the donor concentration are from the positions where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration match. It is located on the n side of the tunnel junction layer 15. Therefore, in this nitride semiconductor light emitting device, each of the position showing the maximum value of the acceptor concentration and the position showing the maximum value of the donor concentration can be surely present in the tunnel junction layer 15, and the tunnel junction layer 15 can be made to exist. In, the acceptor concentration and the donor concentration can be surely increased.

また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置におけるドナー濃度の値は、アクセプタ濃度の最大値に対して２倍以上である。このため、この窒化物半導体発光素子は、より大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。 Further, in the tunnel junction layer 15 of the nitride semiconductor light emitting device, the value of the donor concentration at the position showing the maximum value of the acceptor concentration is more than twice the value of the maximum value of the acceptor concentration. Therefore, it is considered that this nitride semiconductor light emitting device can have a larger density of states of electrons and holes, which can contribute to the tunnel current generated in the tunnel junction layer.

また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側において、アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上である。このため、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層１５のｎ側にアクセプタが偏析することをより抑えることができる。 Further, in the tunnel junction layer 15 of this nitride semiconductor light emitting device, the acceptor concentration is less than 1 × 10 20 cm -3 and the donor concentration is 1 on the n side of the tunnel junction layer 15 from the position showing the maximum value of the acceptor concentration. × 10 20 cm -3 or more region is 6 nm or more. Therefore, this nitride semiconductor light emitting device can further suppress the segregation of the acceptor on the n side of the tunnel junction layer 15.

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１、２に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１、２では、トンネル接合層の裏面側は一般的な青色ＬＥＤ構造であるが、これに限らず、高電流密度領域における電圧降下が大きく改善されることから、端面レーザダイオードや、第１ｎ－ＧａＮ層の裏面側に、多層膜反射鏡を設けた面発光レーザ構造としても良い。
（２）実施例１、２では、ｐ型不純物としてＭｇを用いているが、これに限らず、ｐ型不純物である、Ｚｎ，Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ等であっても良い。
（３）実施例１、２では、ｎ型不純物としてＳｉを用いているが、これに限らず、ｎ型不純物である、Ｇｅ、Ｔｅ等であっても良い。
（４）実施例１、２では、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層を積層して形成しているが、これに限らず、ＧａＩｎＮ量子井戸活性層の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層を積層して形成しなくても良い。
（５）実施例１、２では、サファイア基板を用いているが、これに限らず、窒化ガリウム基板やＡｌＮ基板等の他の基板を用いても良い。
（６）実施例１、２では、トンネル接合層のｐ＋＋－ＧａＮ層の厚みを数ｎｍ～１０数ｎｍとしているが、これに限らず、トンネル接合層のｐ＋＋－ＧａＮ層の厚みを数ｎｍより小さくしても良く、１０数ｎｍより大きくしても良い。
（７）実施例１、２では、トンネル接合層のｎ＋＋－ＧａＮ層の厚みを１５ｎｍ以上としているが、これに限らず、トンネル接合層のｎ＋＋－ＧａＮ層の厚みを１５ｎｍより小さくしても良い。
（８）実施例１、２では、トンネル接合層にＧａＮを用いているが、活性層の発光波長の長さに応じて、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮをトンネル接合層の材料として用いても良い。
（９）実施例１、２では、ｃ面であるｕ－ＧａＮ層の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成しているが、ａ面やｍ面等の他の面方位の表面にも窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成しても十分な効果を発揮する。つまり、平面状に形成された基板の表面のみならず、ナノコラム等の三次元形状の側壁を形成する面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成する場合にも効果を発揮する。 The present invention is not limited to Examples 1 and 2 described with reference to the above description and drawings, and for example, the following examples are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In Examples 1 and 2, the back surface side of the tunnel junction layer has a general blue LED structure, but the voltage drop is not limited to this, and the voltage drop in the high current density region is greatly improved. Alternatively, a surface emitting laser structure in which a multilayer film reflecting mirror is provided on the back surface side of the first n-GaN layer may be used.
(2) In Examples 1 and 2, Mg is used as the p-type impurity, but the p-type impurities may be Zn, Be, Ca, Sr, Ba, or the like.
(3) In Examples 1 and 2, Si is used as the n-type impurity, but the present invention is not limited to this, and may be an n-type impurity such as Ge or Te.
(4) In Examples 1 and 2, the p-AlGaN layer is laminated on the surface of the GaInN / GaN5 weight element well active layer, but the present invention is not limited to this, and p- is formed on the surface of the GaInN quantum well active layer. It is not necessary to stack and form AlGaN layers.
(5) In Examples 1 and 2, a sapphire substrate is used, but the present invention is not limited to this, and other substrates such as a gallium nitride substrate and an AlN substrate may be used.
(6) In Examples 1 and 2, the thickness of the p ++-GaN layer of the tunnel junction layer is set to several nm to several ten and several nm, but the thickness is not limited to this, and the thickness of the p ++-GaN layer of the tunnel junction layer is from several nm. It may be made smaller or larger than a dozen nm.
(7) In Examples 1 and 2, the thickness of the n ++-GaN layer of the tunnel junction layer is set to 15 nm or more, but the thickness is not limited to this, and the thickness of the n ++-GaN layer of the tunnel junction layer may be smaller than 15 nm. ..
(8) In Examples 1 and 2, GaN is used for the tunnel junction layer, but GaInN or AlGaN may be used as the material for the tunnel junction layer depending on the length of the emission wavelength of the active layer.
(9) In Examples 1 and 2, a tunnel junction layer using a nitride semiconductor is formed on the surface of the u-GaN layer which is the c-plane, but surfaces having other plane orientations such as the a-plane and the m-plane are formed. Even if a tunnel junction layer using a nitride semiconductor is formed, a sufficient effect is exhibited. That is, it is effective not only on the surface of a flat substrate but also on the surface forming a three-dimensional side wall such as a nanocolumn when a tunnel junction layer using a nitride semiconductor is formed.

Ｅｎ…ｎ側の端
Ｓｎｐ…ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置
１５…トンネル接合層 End on the En ... n side Snp ... Position where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration match 15 ... Tunnel junction layer

Claims (6)

トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低く、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記ドナー濃度の最大値を示す位置までの間の厚み方向の距離よりも、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置までの間の厚み方向の距離が大きいことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer, the acceptor concentration from the position showing the maximum value of the acceptor concentration to the n-side end of the tunnel junction layer is lower than the donor concentration, and the donor concentration is from the position showing the maximum value of the acceptor concentration. Rather than the distance in the thickness direction to the position showing the maximum value of, the thickness direction from the position showing the maximum value of the acceptor concentration to the position where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration match. A nitride semiconductor light emitting element characterized by a large distance. トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低く、前記トンネル接合層に前記アクセプタ濃度の最大値及び前記ドナー濃度の最大値が位置しており、実効アクセプタ濃度は、前記トンネル接合層のｐ側の端に向けて単調に減少していることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer , the acceptor concentration from the position showing the maximum value of the acceptor concentration to the n-side end of the tunnel junction layer is lower than the donor concentration, and the maximum value of the acceptor concentration in the tunnel junction layer. A nitride semiconductor light emitting element, wherein the maximum value of the donor concentration is located, and the effective acceptor concentration is monotonically decreased toward the p-side end of the tunnel junction layer. 前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、前記トンネル接合層のｎ側の端の位置よりも前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置に近いことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer, the position showing the maximum value of the acceptor concentration is closer to the position where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration coincide with each other than the position of the n-side end of the tunnel junction layer. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2. 前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及び前記ドナー濃度の最大値を示す位置は、
前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置より前記トンネル接合層のｎ側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer, the position showing the maximum value of the acceptor concentration and the position showing the maximum value of the donor concentration are
The nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the nitride semiconductor is located on the n side of the tunnel junction layer from a position where the value of the donor concentration and the value of the acceptor concentration match. Light emitting element. 前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置における前記ドナー濃度の値は、
前記アクセプタ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer, the value of the donor concentration at the position showing the maximum value of the acceptor concentration is
The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the acceptor concentration is at least twice or more the maximum value. 前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側において、前記アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つ前記ドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 In the tunnel junction layer, the acceptor concentration is less than 1 × 10 20 cm -3 and the donor concentration is 1 × 10 20 cm -3 on the n side of the tunnel junction layer from the position showing the maximum value of the acceptor concentration. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the above region is 6 nm or more.
JP2017239235A 2017-12-14 2017-12-14 Nitride semiconductor light emitting device Active JP7100346B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017239235A JP7100346B2 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Nitride semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017239235A JP7100346B2 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Nitride semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019106494A JP2019106494A (en) 2019-06-27
JP7100346B2 true JP7100346B2 (en) 2022-07-13

Family

ID=67061463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017239235A Active JP7100346B2 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Nitride semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7100346B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7323783B2 (en) * 2019-07-19 2023-08-09 日亜化学工業株式会社 Light-emitting device manufacturing method and light-emitting device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223741A (en) 1999-01-29 2000-08-11 Sharp Corp Nitride semiconductor light emitting element
WO2007136097A1 (en) 2006-05-23 2007-11-29 Meijo University Semiconductor light emitting element
JP2008226906A (en) 2007-03-08 2008-09-25 Sharp Corp Nitride semiconductor light-emitting element

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3269344B2 (en) * 1995-08-21 2002-03-25 松下電器産業株式会社 Crystal growth method and semiconductor light emitting device
JPH10144960A (en) * 1996-11-08 1998-05-29 Nichia Chem Ind Ltd Method for manufacturing p-type nitride semiconductor and nitride semiconductor element
JPH10242586A (en) * 1997-02-24 1998-09-11 Fuji Electric Co Ltd Group iii nitride semiconductor device and manufacture thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223741A (en) 1999-01-29 2000-08-11 Sharp Corp Nitride semiconductor light emitting element
WO2007136097A1 (en) 2006-05-23 2007-11-29 Meijo University Semiconductor light emitting element
JP2008226906A (en) 2007-03-08 2008-09-25 Sharp Corp Nitride semiconductor light-emitting element

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Daichi Minamikawa et al.，"GaInN-based tunnel junctions with high InN mole fractions grown by MOVPE"，Physica Status Solidi，ドイツ，2015年01月21日，252, No.5，1127-1131
JEON S-R et al.，"GaN-Based Light-Emitting Diodes Using Tunnel Junctions"，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，米国，IEEE，2002年07月，Vol.8 No.4，Page.739-743，doi：10.1109/JSTQE.2002.800847
Tetsuya Takeuchi et al.，"GaN-Based Light Emitting Diodes with Tunnel Junctions"，Japanese Journal of Applied Physics，日本，The Japan Society of Applied Physics，2001年08月，Vol.40 Part 2 No.8B，L861-L863

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019106494A (en) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9793435B2 (en) Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices
US8686397B2 (en) Low droop light emitting diode structure on gallium nitride semipolar substrates
US8587022B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting element and process for production thereof
US6720570B2 (en) Gallium nitride-based semiconductor light emitting device
US7763907B2 (en) Semiconductor light emitting element
TWI639251B (en) Manufacturing method of npn-type nitride semiconductor light-emitting element and npn-type nitride semiconductor light-emitting element
US8546167B2 (en) Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element
US20120138891A1 (en) METHOD FOR REDUCTION OF EFFICIENCY DROOP USING AN (Al,In,Ga)N/Al(x)In(1-x)N SUPERLATTICE ELECTRON BLOCKING LAYER IN NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODES
JP7169613B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device
US11158760B2 (en) Metal organic chemical vapor depostion (MOCVD) tunnel junction growth in III-nitride devices
KR102091843B1 (en) METHOD FOR PRODUCING m-PLANE NITRIDE-BASED LIGHT-EMITTING DIODE
US20070290203A1 (en) Semiconductor element and method of manufacturing the same
US20120126283A1 (en) High power, high efficiency and low efficiency droop iii-nitride light-emitting diodes on semipolar substrates
JP7100346B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
Wu et al. Nitride-based green light-emitting diodes with high temperature GaN barrier layers
JP2012019246A (en) Semiconductor light emitting element
JP6964875B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device
US11876147B2 (en) Enhanced doping efficiency of ultrawide bandgap semiconductors by metal-semiconductor assisted epitaxy
JP2018022814A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
US20240258771A1 (en) Iii-nitride-based devices grown on a thin template on thermally-decomposed material
KR20100109629A (en) Light emitting diode
KR101816533B1 (en) Ridge type laser diode and method for manufacturing thereof
JP2013070099A (en) Method for manufacturing semiconductor light-emitting element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200707

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220302

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220623

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7100346

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150