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JP2004172649A - Method of improving brightness of group 3-5 compound semiconductor light emitting device - Google Patents

Method of improving brightness of group 3-5 compound semiconductor light emitting device Download PDF

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JP2004172649A
JP2004172649A JP2004084232A JP2004084232A JP2004172649A JP 2004172649 A JP2004172649 A JP 2004172649A JP 2004084232 A JP2004084232 A JP 2004084232A JP 2004084232 A JP2004084232 A JP 2004084232A JP 2004172649 A JP2004172649 A JP 2004172649A
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JP
Japan
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compound semiconductor
group
layer
light emitting
substrate
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JP2004084232A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Iechika
泰 家近
Yoshinobu Ono
善伸 小野
Tomoyuki Takada
朋幸 高田
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.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

【課題】 バンド端発光により発光する3−5族化合物半導体発光素子の輝度向上方法を提供する。
【解決手段】
(1) サファイア基板上に、バンドギャップの異なる少なくとも一般式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表される第1の3−5族化合物半導体と、一般式Inc Gad N(ただし、c+d=1、0<c≦1、0≦d<1)で表される第2の3−5族化合物半導体とが、この順に接してなる構造を有する3−5族化合物半導体発光素子を製造するに当り、サファイア基板として、該サファイアの基板面とC面とのなす角が5度未満である基板を用い、第2の3−5族化合物半導体をノンドープの3−5族化合物半導体とし、その厚みを10Å以上90Å以下とすることを特徴とする3−5族化合物半導体発光素子の輝度向上方法。
【選択図】 なし

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving luminance of a group 3-5 compound semiconductor light emitting device which emits light by band edge emission.
[Solution]
(1) On a sapphire substrate, a first group 3-5 group represented by at least a general formula Ga a Al b N (a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) having a different band gap. a compound semiconductor, the general formula in c Ga d N (provided that, c + d = 1,0 <c ≦ 1,0 ≦ d <1) and the second group III-V compound semiconductor represented by, in contact with this order In manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor light emitting device having the following structure, a sapphire substrate is formed by using a substrate in which the angle between the substrate surface of the sapphire and the C plane is less than 5 degrees. A method for improving the brightness of a Group 3-5 compound semiconductor light emitting device, wherein the Group 3 compound semiconductor is a non-doped Group 3-5 compound semiconductor, and the thickness thereof is 10 ° or more and 90 ° or less.
[Selection diagram] None

Description

本発明は一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体を用いた発光素子に関する。 The present invention has the general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) with a 3-5 group compound semiconductor represented by It relates to a light emitting element.

紫外もしくは青色の発光ダイオード(以下、LEDと略記する)または紫外もしくは青色のレーザダイオード等の発光素子の材料として、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体が知られている。特にInNを混晶比で10%以上含むものはIn濃度に応じて可視領域での発光波長を調整できるため、表示用途に特に重要である。
該3−5族化合物半導体はサファイア、GaAs、ZnO等の種々の基板の上に成膜することが試みられている。特にサファイアは大面積かつ高品質の単結晶が比較的容易に製造できるため重要である。サファイア基板の面方位についてはA面、R面、C面等を用いる検討が行われており、その中でもC面を用いることで比較的良好な該化合物半導体が得られることが知られている。
窒化ガリウム系化合物半導体の不純物発光を用いた発光素子に関して、該化合物半導体をサファイア基板のC面から数度傾いた基板(オフ基板)の上に成長することにより非鏡面とすることで取り出し効率を向上して外部量子効率(発光効率)を向上できるという報告がある(特許文献1)。
また、一般にGaAs等の結晶成長においては(001)、(111)等の低指数面の方位を持つGaAs基板が用いられるが、実際にはこれらの面から若干の角度(以下、オフ角と略記する)傾斜させた面を持つ基板を用いることで良質な結晶が得られる場合がある。
Ultraviolet or blue light-emitting diode (hereinafter, LED abbreviated) as a material for a light-emitting element such or ultraviolet or blue laser diode, the general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1) are known. In particular, those containing 10% or more of InN in a mixed crystal ratio are particularly important for display applications because the emission wavelength in the visible region can be adjusted according to the In concentration.
It has been attempted to form the Group 3-5 compound semiconductor on various substrates such as sapphire, GaAs and ZnO. In particular, sapphire is important because a large area and high quality single crystal can be relatively easily produced. For the plane orientation of the sapphire substrate, studies using A-plane, R-plane, C-plane and the like have been made, and among them, it is known that relatively good compound semiconductor can be obtained by using C-plane.
With respect to a light-emitting element using impurity emission of a gallium nitride-based compound semiconductor, the compound semiconductor is grown on a substrate (off-substrate) inclined several degrees from the C-plane of the sapphire substrate so as to have a non-mirror surface, thereby improving extraction efficiency. There is a report that the external quantum efficiency (luminous efficiency) can be improved by the improvement (Patent Document 1).
In general, a GaAs substrate having a low index plane orientation such as (001) or (111) is used for crystal growth of GaAs or the like. However, in practice, a slight angle (hereinafter abbreviated as an off angle) from these planes is used. A good crystal may be obtained by using a substrate having an inclined surface.

ここで、LEDの発光機構は2つに大別できる。一つは注入された電子と正孔がバンドギャップ中に不純物によって形成された準位を介して再結合する機構で、一般に不純物発光と呼ばれる。もう一方は注入された電子と正孔が不純物による準位を介さず再結合するもので、この場合バンドギャップにほぼ対応した波長での発光が得られる。これはバンド端発光と呼ばれる。
不純物発光の場合、一般に発光スペクトルがブロードになる。一方バンド端発光はその発光スペクトルはシャープであり、高い色純度が必要な場合にはバンド端発光が好ましい。また不純物発光では不純物準位を介した電子と正孔の再結合を用いるため、注入される電子、もしくは正孔を捕獲できるだけの充分な数の不純物準位が必要となるが、一般に不純物を高濃度にドープした場合その結晶品質が低下する。つまり高品質な結晶中に形成できる不純物準位の数には限りがある。この場合、電子と正孔の注入量が増加すると不純物準位の数に不足が生じ、不純物準位を介さない電子と正孔の再結合が起こる。つまり高電流では発光効率は低下することとなる。一方、バンド端発光の場合では不純物準位を介さない発光を利用するため、このような発光効率の低下は生じない。従って高電流の注入を必要とする場合にはバンド端発光が好ましい。
一方、該化合物半導体は直接遷移型バンドギャップを有しており、その組成によりバンドギャップを可視領域にできる。従ってこの層を発光層として用いることで不純物発光を用いなくても、バンド端発光による高効率の発光素子が作製できる。バンド端発光では狭い波長範囲に発光パワーを集中させることができ、発光スペクトルはシャープになり、高い色純度が達成できる。しかしこのバンド端発光を用いる発光素子においてはこれまでオフ角についての検討はされていなかった。
Here, the light emitting mechanism of the LED can be roughly classified into two. One is a mechanism in which injected electrons and holes are recombined via a level formed by impurities in a band gap, which is generally called impurity emission. In the other, the injected electrons and holes are recombined without passing through the level due to the impurity. In this case, light emission at a wavelength substantially corresponding to the band gap can be obtained. This is called band edge emission.
In the case of impurity emission, the emission spectrum is generally broad. On the other hand, band-edge emission has a sharp emission spectrum, and band-edge emission is preferable when high color purity is required. In addition, since impurity light emission uses recombination of electrons and holes through impurity levels, a sufficient number of impurity levels are required to capture injected electrons or holes. When doped to a certain concentration, the crystal quality deteriorates. That is, the number of impurity levels that can be formed in a high-quality crystal is limited. In this case, if the injection amount of electrons and holes increases, the number of impurity levels becomes insufficient, and recombination of electrons and holes without passing through the impurity levels occurs. In other words, the luminous efficiency decreases at a high current. On the other hand, in the case of band-edge light emission, light emission that does not pass through impurity levels is used, and thus such a decrease in light emission efficiency does not occur. Therefore, when high current injection is required, band edge emission is preferred.
On the other hand, the compound semiconductor has a direct transition band gap, and the band gap can be set to a visible region depending on the composition. Therefore, by using this layer as a light emitting layer, a highly efficient light emitting element by band edge light emission can be manufactured without using impurity light emission. In the band-edge emission, the emission power can be concentrated in a narrow wavelength range, the emission spectrum becomes sharp, and high color purity can be achieved. However, in the light emitting element using this band edge emission, the off angle has not been studied so far.

特開平6−291368号公報JP-A-6-291368

本発明の目的は、バンド端発光を利用した高い発光効率を示す3−5族化合物半導体発光素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a group III-V compound semiconductor light emitting device exhibiting high luminous efficiency using band edge light emission.

本発明者らはこのような状況をみて鋭意検討の結果、基板面の傾斜角度を特定の範囲内にすることで、高品質の半導体結晶が得られることを見いだし、本発明に至った。   The present inventors have conducted intensive studies in view of such a situation, and as a result, have found that a high-quality semiconductor crystal can be obtained by setting the inclination angle of the substrate surface within a specific range, and have reached the present invention.

即ち、本発明は、
〔1〕 サファイア基板上に、バンドギャップの異なる少なくとも一般式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表される第1の3−5族化合物半導体と、一般式Inc Gad N(ただし、c+d=1、0<c≦1、0≦d<1)で表される第2の3−5族化合物半導体とが、この順に接してなる構造を有する3−5族化合物半導体発光素子を製造するに当り、サファイア基板として、該サファイアの基板面とC面とのなす角が5度未満である基板を用い、第2の3−5族化合物半導体をノンドープの3−5族化合物半導体とし、その厚みを10Å以上90Å以下とすることを特徴とする3−5族化合物半導体発光素子の輝度向上方法を提供するものである。
That is, the present invention
[1] On the sapphire substrate, the first group 3-5 group represented by at least the general formula Ga a Al b N (a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) having different band gaps a compound semiconductor, the general formula in c Ga d N (provided that, c + d = 1,0 <c ≦ 1,0 ≦ d <1) and the second group III-V compound semiconductor represented by, in contact with this order In manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor light emitting device having the following structure, a sapphire substrate is formed by using a substrate in which the angle between the substrate surface of the sapphire and the C plane is less than 5 degrees. It is an object of the present invention to provide a method for improving the luminance of a group 3-5 compound semiconductor light emitting device, characterized in that the group 3 compound semiconductor is a non-doped group 3-5 compound semiconductor and the thickness thereof is not less than 10 ° and not more than 90 °.

また本発明は〔2〕 第2の3−5族化合物半導体における層中のSiとGeと2族元素のいずれの元素の濃度も1×1017cm-3以下とすることを特徴とする上記〔1〕の輝度向上方法を提供するものである。 Further, in the present invention, [2] the concentration of any of Si, Ge, and Group 2 elements in the layer in the second Group 3-5 compound semiconductor may be 1 × 10 17 cm −3 or less. Another object of the present invention is to provide a method for improving luminance of [1].

さらに本発明は〔3〕 第2の3−5族化合物半導体の厚みを10Å以上50Å以下とすることを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕の輝度向上方法を提供するものである。   Further, the present invention provides [3] the method for improving brightness according to [1] or [2], wherein the thickness of the second group III-V compound semiconductor is 10 ° or more and 50 ° or less.

本発明の方法によれば、バンド端発光により発光ししかも輝度が向上された3−5族化合物半導体発光素子が得られるので工業的に有利である。   According to the method of the present invention, a group III-V compound semiconductor light-emitting device that emits light by band-edge emission and has improved luminance is industrially advantageous.

本発明における3−5族化合物半導体とは、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される少なくとも2つの層が積層された構造を含む化合物半導体である。
該化合物半導体は組成によりバンドギャップを可視領域にできるため、表示用途に特に重要である。また組成により可視領域にバンドギャップを有する層より大きなバンドギャップを形成することもできる。したがって、これらの層の積層構造とすることでバンドギャップの大きい層はバンドギャップの小さい層に対して電荷注入層として作用させることができる。この場合、バンドギャップの小さい層が発光層となる。このような積層構造を持つ半導体素子においては電子、正孔がバンドギャップの小さい発光層に閉じこめられ、そこでの再結合確率が極めて高くなる。従って高い発光効率が達成できる。
The group III-V compound semiconductor in the present invention, represented by general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) A compound semiconductor having a structure in which at least two layers are stacked.
The compound semiconductor is particularly important for display applications because the band gap can be set in the visible region depending on the composition. Depending on the composition, a band gap larger than a layer having a band gap in a visible region can be formed. Therefore, with a stacked structure of these layers, a layer having a large band gap can function as a charge injection layer for a layer having a small band gap. In this case, a layer having a small band gap becomes a light emitting layer. In a semiconductor element having such a laminated structure, electrons and holes are confined in a light emitting layer having a small band gap, and the recombination probability there is extremely high. Therefore, high luminous efficiency can be achieved.

本発明の発光素子における3−5族化合物半導体の構造の例を図1と図2に示す。第1の層は電荷注入層であり、第2の層に比べてバンドギャップが大きい。第2の層は可視領域にバンドギャップを有する発光層である。図1は、第2の層の上に、第2の層よりも大きなバンドギャップを持つ第3の層を成長し、さらに第1の層とは異なる伝導性の第4の層を成長したものである。電極は第1の層と第4の層の上に形成されており、2つの電極に電圧を加えることで電流が流れ、第2の層で発光する。
図2は第3の層に第1の層とは異なる伝導性を持たせたものである。図1の例と同様に、電圧を加えることで発光する。結晶成長の容易さから、第1の層はn型、第4の層はp型とするのが一般的である。第4の層がない図2の例では、第3の層がp型である。
FIGS. 1 and 2 show examples of the structure of the group 3-5 compound semiconductor in the light emitting device of the present invention. The first layer is a charge injection layer and has a larger band gap than the second layer. The second layer is a light emitting layer having a band gap in a visible region. FIG. 1 shows that a third layer having a larger band gap than the second layer is grown on the second layer, and a fourth layer having a conductivity different from that of the first layer is grown. It is. The electrodes are formed on the first layer and the fourth layer. When a voltage is applied to the two electrodes, a current flows and light is emitted in the second layer.
FIG. 2 shows the third layer having conductivity different from that of the first layer. As in the example of FIG. 1, light is emitted by applying a voltage. In general, the first layer is of an n-type and the fourth layer is of a p-type for ease of crystal growth. In the example of FIG. 2 without the fourth layer, the third layer is p-type.

発光層となる第2の層としてはInc Gad N(ただし、c+d=1、0<c≦1、0≦d<1)が好ましい。Alを含む混晶ではAlNの混晶比に対応してバンドギャップが大きくなるため、バンド端発光による青色発光を実現できるバンドギャップにするためには、Alを含まない場合に比べてInNの混晶比を増加させなければならない。そのためにはInNの分解温度が低いため、成長温度の低温化が必要となるが、一般に成長温度を下げると結晶品質は低下するので、Alを含まないInc Gad Nが好ましい。
このInc Gad Nの下地として用いる層としてはGaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)が好ましい。Inを含む混晶はその分解温度が低いため通常850℃以下の温度で成長が行われる。それに対し、GaaAlb Nは分解温度が高く、1100℃程度の高温で成長できるため、得られる結晶の品質がよいので、下地層としてはGaa Alb Nが好ましい。
Emitting layer and formed of a second as the layers In c Ga d N (provided that, c + d = 1,0 <c ≦ 1,0 ≦ d <1) is preferable. In a mixed crystal containing Al, the band gap becomes large in accordance with the mixed crystal ratio of AlN. Therefore, in order to obtain a band gap capable of realizing blue light emission by band edge emission, compared to a case where Al is not contained, the band gap becomes large. The crystal ratio must be increased. Since the decomposition temperature of InN is low because its, although lowering the growth temperature is necessary, since the crystal quality generally lowering the growth temperature decreases, an In c Ga d N that does not contain Al are preferable.
This an In c Ga d As the layer used as the base of the N Ga a Al b N (provided that, a + b = 1,0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1) is preferred. Since the mixed crystal containing In has a low decomposition temperature, it is usually grown at a temperature of 850 ° C. or less. On the other hand, Ga a Al b N has a high decomposition temperature and can be grown at a high temperature of about 1100 ° C., so that the quality of the obtained crystal is good. Therefore, Ga a Al b N is preferable as the underlayer.

基板として用いるサファイアはチョクラルスキー法、EFG法等の結晶引き上げ法により作製でき、その表面を鏡面研磨したものを用いることができる。
本発明において、サファイア基板の基板面とサファイア基板のC面とのなす角は5度未満である。更に好ましくは4度以下である。基板面のC面となす角が5度以上では、該化合物半導体を用いてバンド端発光を用いる発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
また基板の厚みは0.1mm以上1.0mm以下が好ましい。更に好ましくは0.3mm以上である。基板の厚みが0.1mmより薄いと該化合物半導体結晶の成長後、冷却時に該化合物半導体とサファイアとの熱膨張係数の差から反りが生じ、LEDチップを作製するプロセス上問題となる。また、基板の厚みが1.0mmより厚いとLEDチップ作製における基板の分割が困難になるので好ましくない。
Sapphire used as a substrate can be manufactured by a crystal pulling method such as a Czochralski method or an EFG method, and a mirror-polished surface thereof can be used.
In the present invention, the angle between the substrate surface of the sapphire substrate and the C surface of the sapphire substrate is less than 5 degrees. More preferably, it is 4 degrees or less. If the angle between the substrate surface and the C-plane is 5 degrees or more, it is not preferable that the compound semiconductor is used as a light-emitting element using band-edge emission because the light-emitting efficiency is insufficient.
The thickness of the substrate is preferably 0.1 mm or more and 1.0 mm or less. More preferably, it is 0.3 mm or more. If the thickness of the substrate is less than 0.1 mm, warpage occurs due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the compound semiconductor and sapphire during cooling after growth of the compound semiconductor crystal, which is a problem in the process of manufacturing an LED chip. Further, if the thickness of the substrate is larger than 1.0 mm, it becomes difficult to divide the substrate in manufacturing the LED chip, which is not preferable.

バンド端発光による発光素子を実現するためには、第2の層に含まれる不純物の量を低く抑えなければならない。具体的には、Si、Geと2族元素の各元素について、いずれもその濃度が1017cm-3以下が好ましい。
バンド端発光の場合、発光色は第2の層の3族元素の組成で決まる。可視部で発光させる場合、In濃度は10%以上が好ましい。In濃度が10%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であり、充分な明るさを感じることができない。In濃度を増やすにつれて発光波長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
第2の層の膜厚は10Å以上90Å以下が好ましい。膜厚が10Åより小さいかまたは90Åより大きいと該化合物半導体を用いて発光素子とした場合、発光効率が充分でないので好ましくない。
In order to realize a light-emitting element using band-edge light emission, the amount of impurities contained in the second layer must be reduced. Specifically, the concentration of each of Si, Ge and Group 2 elements is preferably 10 17 cm −3 or less.
In the case of band edge emission, the emission color is determined by the composition of the group III element in the second layer. When emitting light in the visible region, the In concentration is preferably 10% or more. When the In concentration is less than 10%, the emitted light is almost ultraviolet light, and sufficient brightness cannot be felt. As the In concentration increases, the emission wavelength becomes longer, and the emission wavelength can be adjusted from purple to blue and green.
The thickness of the second layer is preferably from 10 ° to 90 °. When the film thickness is smaller than 10 ° or larger than 90 °, when the compound semiconductor is used as a light emitting element, the luminous efficiency is not sufficient, which is not preferable.

本発明における3−5族化合物半導体の製造方法としては、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記すことがある。)法、分子線エピタキシー(以下、MBEと略記する)法、ハイドライド気相成長(以下、HVPEと略記する)法などが挙げられる。
なお、MBE法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、アンモニア、およびその他の窒素化合物を気体状態で供給する方法である気体ソース分子線エピタキシー(以下、GSMBEと記すことがある。)法が一般的に用いられている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、窒素原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その場合には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、活性状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を上げることができる。
As a method for producing a Group 3-5 compound semiconductor in the present invention, a metalorganic vapor phase epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MOVPE) method, a molecular beam epitaxy (hereinafter abbreviated as MBE) method, hydride vapor phase epitaxy (Hereinafter abbreviated as HVPE).
When the MBE method is used, a gas source molecular beam epitaxy (hereinafter, sometimes referred to as GSMBE) method is a method of supplying nitrogen gas, ammonia, and other nitrogen compounds in a gaseous state as a nitrogen source. Commonly used. In this case, the nitrogen source may be chemically inert, and the nitrogen atoms may not be easily incorporated into the crystal. In that case, the nitrogen raw material is excited by a microwave or the like, and supplied in an activated state, whereby the nitrogen taking-in efficiency can be increased.

MOVPE法の場合、以下のような原料を用いることができる。
即ち、3族原料としては、トリメチルガリウム〔(CH33 Ga、以下「TMG」と略記する〕、トリエチルガリウム〔(C253 Ga、以下「TEG」と略記する〕等の一般式R123 Ga(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルガリウム;トリメチルアルミニウム〔(CH33 Al〕、トリエチルアルミニウム〔(C253 Al、以下「TEA」と略記する〕、トリイソブチルアルミニウム〔(i−C493 Al〕等の一般式R123 Al(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルアルミニウム;トリメチルアミンアラン〔(CH33 N:AlH3 〕;トリメチルインジウム〔(CH33 In、以下「TMI」と略記する〕、トリエチルインジウム〔(C253 In〕等の一般式R123 In(ここでR1 、R2 、R3 は低級アルキル基を示す。)で表されるトリアルキルインジウム等が挙げられる。
これらは単独または混合して用いられる。
In the case of the MOVPE method, the following raw materials can be used.
That is, as a Group 3 raw material, general materials such as trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga, hereinafter abbreviated as “TMG”) and triethylgallium [(C 2 H 5 ) 3 Ga, abbreviated as “TEG”) and the like can be used. Trialkylgallium represented by the formula R 1 R 2 R 3 Ga (where R 1 , R 2 and R 3 represent lower alkyl groups); trimethylaluminum [(CH 3 ) 3 Al], triethylaluminum [( General formula R 1 R 2 R 3 Al (here, R 1 , R 2 ) such as C 2 H 5 ) 3 Al (hereinafter abbreviated as “TEA”), triisobutylaluminum [(i-C 4 H 9 ) 3 Al]. 2 , R 3 represents a lower alkyl group); trimethylamine alane [(CH 3 ) 3 N: AlH 3 ]; trimethyl indium [(CH 3 ) 3 In; hereinafter, abbreviated as “TMI”. Do), bird Trialkylindium represented by the general formula R 1 R 2 R 3 In such as ethyl indium [(C 2 H 5 ) 3 In] (where R 1 , R 2 , and R 3 represent lower alkyl groups); Is mentioned.
These are used alone or as a mixture.

次に、5族原料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、1、1−ジメチルヒドラジン、1、2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独または混合して用いられる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。   Next, as Group 5 raw materials, ammonia, hydrazine, methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, ethylenediamine, and the like can be given. These are used alone or as a mixture. Among these raw materials, ammonia and hydrazine do not contain a carbon atom in the molecule, so that the contamination of the semiconductor with carbon is small and suitable.

以下実施例により本発明を詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
窒化ガリウム系半導体は、MOVPE法により作製した。基板としては、その基板面がC面となす角が0.02度であるサファイアを鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。
成長はまず、バッファ層として600℃でTMGとアンモニアによりGaNを500Å成膜した後、TMG、アンモニアおよびドーパントとしてシラン(SiH4 )を用いて1100℃でSiをドープしたGaNを3μmの厚みで成膜した。
785℃まで降温した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、TEG、TMI、TEAを用いて、In0.3 Ga0.7 Nを90秒間、Ga0.8 Al0.2 Nを10分間成長した。厚膜における成長時間と得られた膜厚の関係から求めたIn0.3 Ga0.7 Nの成長速度は約33Å/分、Ga0.8 Al0.2 Nの成長速度は約25Å/分であった。従って、これらの層の膜厚は各々約50Åおよび約250Åである。
次に、温度を1100℃に昇温し、TMG、アンモニアおよびドーパントとしてCp2 Mgを用いてMgをドープしたGaNを5000Å成長した。成長終了後、基板を取り出し、窒素中800℃で20分間の熱処理を行なった。
Example 1
The gallium nitride based semiconductor was manufactured by the MOVPE method. As the substrate, sapphire whose substrate surface forms an angle of 0.02 degrees with the C-plane was mirror-polished and used after organic cleaning.
First, GaN was formed at 500 ° C. as a buffer layer at 600 ° C. using TMG and ammonia, and then GaN doped with Si at 1100 ° C. with a thickness of 3 μm using TMG, ammonia and silane (SiH 4 ) as a dopant. Filmed.
After the temperature was decreased to 785 ° C., the carrier gas was changed from hydrogen to nitrogen, and In 0.3 Ga 0.7 N was grown for 90 seconds and Ga 0.8 Al 0.2 N was grown for 10 minutes using TEG, TMI, and TEA. The growth rate of In 0.3 Ga 0.7 N and the growth rate of Ga 0.8 Al 0.2 N obtained from the relationship between the growth time of the thick film and the obtained film thickness were about 33 ° / min and about 25 ° / min. Thus, the thicknesses of these layers are about 50 ° and about 250 °, respectively.
Next, the temperature was raised to 1100 ° C., and Mg-doped GaN was grown at 5000 ° using TMG, ammonia and Cp 2 Mg as a dopant. After the growth was completed, the substrate was taken out and subjected to a heat treatment in nitrogen at 800 ° C. for 20 minutes.

このようにして得られた試料を常法に従い、電極を形成し、LEDとした。p電極としてNi−Au合金、n電極としてAlを用いた。このLEDに順方向に20mAの電流を流したところ、ピーク波長450nmの明瞭な青色発光を示し、輝度は265mcdであった。   An electrode was formed on the sample thus obtained in accordance with a conventional method to obtain an LED. A Ni-Au alloy was used as the p electrode, and Al was used as the n electrode. When a current of 20 mA was passed through the LED in the forward direction, it emitted clear blue light with a peak wavelength of 450 nm, and the luminance was 265 mcd.

比較例1
用いたサファイアの基板面がC面となす角が5度であることを除いては実施例1と同様にしてLEDを作製し、実施例1と同様の評価を行なった。その結果、やはり青色発光を示したものの、輝度は55mcdであった。
Comparative Example 1
An LED was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the angle of the sapphire substrate surface to the C-plane was 5 degrees, and the same evaluation as in Example 1 was performed. As a result, the device still emitted blue light, but had a luminance of 55 mcd.

比較例2
用いたサファイアの基板面がC面となす角が10度であることを除いては実施例1と同様にしてLEDを作製し、実施例1と同様の評価を行なった。その結果、やはり青色発光を示したものの、輝度は1mcd以下であった。
Comparative Example 2
An LED was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the angle of the sapphire substrate surface to the C-plane was 10 degrees, and the same evaluation as in Example 1 was performed. As a result, the device also emitted blue light, but had a luminance of 1 mcd or less.

本発明の発光素子に用いる3−5族化合物半導体の構造の1例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a Group 3-5 compound semiconductor used for the light-emitting element of the present invention. 本発明の発光素子に用いる3−5族化合物半導体の構造の1例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a Group 3-5 compound semiconductor used for the light-emitting element of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1・・・GaAlN(第1の層)
2・・・InGaN(第2の層)
3・・・InGaAlN(第3の層)
4・・・GaAlN(第4の層)
5・・・n電極
6・・・p電極


1 ... GaAlN (first layer)
2 ... InGaN (second layer)
3 ... InGaAlN (third layer)
4 ... GaAlN (fourth layer)
5 ... n electrode 6 ... p electrode


Claims (3)

サファイア基板上に、バンドギャップの異なる少なくとも一般式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表される第1の3−5族化合物半導体と、一般式Inc Gad N(ただし、c+d=1、0<c≦1、0≦d<1)で表される第2の3−5族化合物半導体とが、この順に接してなる構造を有する3−5族化合物半導体発光素子を製造するに当り、サファイア基板として、該サファイアの基板面とC面とのなす角が5度未満である基板を用い、第2の3−5族化合物半導体をノンドープの3−5族化合物半導体とし、その厚みを10Å以上90Å以下とすることを特徴とする3−5族化合物半導体発光素子の輝度向上方法。 A first group III-V compound semiconductor represented by at least general formula Ga a Al b N (a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) having different band gaps on a sapphire substrate; formula in c Ga d N (provided that, c + d = 1,0 <c ≦ 1,0 ≦ d <1) and the second group III-V compound semiconductor which is expressed by a structure in which contact with this order In manufacturing the group III-V compound semiconductor light-emitting device having the second group III-V compound semiconductor, a substrate having an angle between the substrate surface of the sapphire and the C-plane of less than 5 degrees is used as the sapphire substrate. Is a non-doped group III-V compound semiconductor, and the thickness thereof is not less than 10 ° and not more than 90 °. 第2の3−5族化合物半導体における層中のSiとGeと2族元素のいずれの元素の濃度も1×1017cm-3以下とすることを特徴とする請求項1の輝度向上方法。 2. The method according to claim 1, wherein the concentration of any one of Si, Ge, and Group 2 elements in the layer of the second Group 3-5 compound semiconductor is 1 × 10 17 cm −3 or less. 第2の3−5族化合物半導体の厚みを10Å以上50Å以下とすることを特徴とする請求項1又は2の輝度向上方法。   3. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second group III-V compound semiconductor is 10 [deg.] To 50 [deg.].
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