JP4292600B2

JP4292600B2 - GaN-based semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4292600B2
Application number: JP25801498A
Authority: JP
Inventors: 克洋秋本; 隆浩丸山; 進一森島; 孝夫宮嶋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: JP2000091703A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａ_1-xＩｎ_xＮ混晶半導体は、バンドギャップエネルギーをＥ_g＝３．４〜１．９ｅＶと変化させることが可能であることから、可視光領域の発光材料として注目を集めている。実際、この発光材料を用いた青色ないし緑色で発光可能な発光ダイオードがすでに実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮの混晶組成を制御することは大変難しく、また、高いＩｎ組成のＧａ_1-xＩｎ_xＮの結晶性を向上させることも困難である。さらに、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮのＩｎ組成が２０％を超えると、相分離が起きる問題もある。これらの理由により、現状では、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮを発光材料として用いた黄色や赤色で発光可能な発光ダイオードは実用化に至っていない。
【０００４】
したがって、この発明の目的は、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮを発光材料として用いた黄色や赤色で発光可能な発光ダイオードや半導体レーザを実現することができるのみならず、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を発光材料として用いた様々な波長で発光可能な発光ダイオードや半導体レーザをも実現することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以下にその概要について説明する。
【０００６】
希土類元素は、外殻電子により内殻電子が遮蔽されるため、その内殻遷移に伴う発光は、各希土類イオンに特有な波長の鋭い発光スペクトルを示すという特性を持っている。また、この希土類元素を半導体にドープすることにより、希土類元素と半導体との両方の特性を持つ発光材料への応用を期待することができる。そこで、本発明者は、実際に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に希土類元素を発光センターとしてドープした試料を作成してその発光特性を測定し、それらの結果を踏まえてさらに検討を重ねた結果、ＧａＮやＧａ_1-xＩｎ_xＮや、さらにはその他の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に希土類元素をドープしたものを発光材料として用いることにより、発光材料の組成の制御の困難性による問題を回避しつつ、黄色や赤色さらには青などの様々な波長で発光が可能な半導体発光素子を実現することが可能であるとの結論に至り、この発明を案出するに至ったものである。
【０００７】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明の第１の発明は、
希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
【０００８】
この第１の発明において、一つの例では、発光層は、例えば、５００〜８００℃、好適には６５０〜７００℃の成長温度で成長されたものである。この成長温度は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により例えばＧａ_1-xＩｎ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などにより成長させる場合の成長温度とも重複する。他の例では、発光層は、例えば、５００〜１２００℃、好適には９００〜１２００℃の成長温度で成長されたものである。この成長温度は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により例えばＧａ_1-xＡｌ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、ＭＢＥ法などにより成長させる場合の成長温度とも重複する。さらに他の例では、発光層は、例えば、５００〜９００℃、好適には７５０〜８００℃の成長温度で成長されたものである。この成長温度は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により例えばＧａ_1-xＩｎ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、ＭＢＥ法などにより成長させる場合の成長温度とも重複する。
【０００９】
この発明の第２の発明は、
希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
発光層を５００〜８００℃の成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１０】
この第２の発明においては、成長層の結晶性を良好にし、かつ、成長層への希土類元素の取り込みを容易にする観点から、好適には、発光層を６５０〜７００℃の成長温度で成長させる。また、この程度の成長温度以上でも成長層への希土類元素の取り込みを容易にするために、好適には、発光層の成長時に、希土類元素をイオン化して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドーピングする。この第２の発明は、例えば、ＭＢＥ法により例えばＧａ_1-xＩｎ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、ＭＯＣＶＤ法などにより成長させる場合にも適用することができる。
【００１１】
この発明の第３の発明は、
希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
発光層を５００〜１２００℃の成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１２】
この第３の発明においては、成長層の結晶性を良好にし、かつ、成長層への希土類元素の取り込みを容易にする観点から、好適には、発光層を９００〜１２００℃の成長温度で成長させる。また、この程度の成長温度以上でも成長層への希土類元素の取り込みを容易にするために、好適には、発光層の成長時に、希土類元素をイオン化して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドーピングする。この第３の発明は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により例えばＧａ_1-xＡｌ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、ＭＢＥ法などにより成長させる場合にも適用することができる。
【００１３】
この発明の第４の発明は、
希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
発光層を５００〜９００℃の成長温度で成長させるようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
この第４の発明においては、成長層の結晶性を良好にし、かつ、成長層への希土類元素の取り込みを容易にする観点から、好適には、発光層を７５０〜８００℃の成長温度で成長させる。また、この程度の成長温度以上でも成長層への希土類元素の取り込みを容易にするために、好適には、発光層の成長時に、希土類元素をイオン化して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドーピングする。この第３の発明は、例えば、ＭＯＣＶＤ法により例えばＧａ_1-xＩｎ_xＮ（０≦ｘ≦１）などからなる発光層を成長させる場合に適しているが、ＭＢＥ法などにより成長させる場合にも適用することができる。
【００１５】
この発明において、発光層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドープされる希土類元素は、具体的には、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）およびＬｕ（ルテチウム）からなる群より選ばれた少なくとも一種である。実際には、得たい発光波長により、これらの希土類元素の中から適切なものが選択される。例えば、赤色発光を得る場合にはＥｕやＳｍなど、緑色発光を得る場合にはＴｂなど、青色発光を得る場合にはＣｅ、Ｐｒ、Ｔｍなどを用いることができる。また、これらの希土類元素の中には、互いに価数が異なる２種類以上のイオンが存在するものがあり、そのイオンの価数によっても異なる発光波長が得られることがある。一例を挙げると、ＥｕにはＥｕ²⁺とＥｕ³⁺とが存在し、前者では青色発光が、後者では赤色発光が得られる。また、希土類元素の価数は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度によって制御することができる。
【００１６】
希土類元素のイオンによる発光波長の例を以下に示す。ただし、発光波長は、母体材料により異なり得る。
【００１７】

この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドープされる希土類元素の濃度は、必要とする発光強度が得られるように選ばれるが、一般的には１×１０¹⁸〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、典型的には１×１０¹⁹〜１×１０²¹ｃｍ^-3である。
【００１８】
この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮを含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
【００１９】
この発明において、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層の成長方法としては、上述のＭＢＥ法（特に、ガスソースＭＢＥ法）やＭＯＣＶＤ法などのほか、ハイドライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法などを用いることができる。また、希土類元素のドーピングは、典型的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層の成長時に行うが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を成長させた後にこれにイオン注入などによりドーピングしてもよい。
【００２０】
上述のように構成されたこの発明の第１の発明によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有することにより、その希土類元素が発光センターとなり、この希土類元素の種類、あるいはさらにその価数に応じた発光波長の発光を得ることができる。この場合、母体結晶である窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成の制御の問題を考えることなく、希土類元素の選択により発光波長を精度良く決定することができる。また、発光波長は、母体結晶である窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とこれにドープされる希土類元素とにより決定されるため、変動が少ない。また、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のバンドギャップ中に形成される希土類元素によるエネルギー準位の広がりは小さいことから、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からの発光の半値幅は狭く、したがってこの半導体発光素子の発光の色純度は高い。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にドープする希土類元素の種類を変えるだけで様々な発光波長を得ることができるので、黄色や赤色で発光可能な発光ダイオードを実現することができるほか、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の光源を得ることもできる。さらに、発光効率を向上させることにより、半導体レーザの実現も可能である。
【００２１】
また、上述のように構成されたこの発明の第２の発明によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜８００℃の成長温度で成長させるようにしていることにより、その発光層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００２２】
また、上述のように構成されたこの発明の第３の発明によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜１２００℃の成長温度で成長させるようにしていることにより、その発光層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００２３】
また、上述のように構成されたこの発明の第４の発明によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜９００℃の成長温度で成長させるようにしていることにより、その発光層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
この発明の一実施形態による半導体発光素子について説明する前に、希土類元素としてＥｕをドープしたＧａＮの発光特性をフォトルミネッセンス（ＰＬ）により評価した結果について説明する。
【００２６】
評価に用いた試料の作製は次のようにして行った。すなわち、まず、（０００１）面（ｃ面）方位のサファイア（単結晶Ａｌ₂Ｏ₃）基板を用意し、その上にアンモニア（ＮＨ₃）をＮ源として用いたガスソースＭＢＥ法によりＥｕドープＧａＮ層を成長させる。Ｇａ源およびＥｕ源としてはそれぞれ固体の金属Ｇａおよび金属Ｅｕを用いた。このＥｕドープＧａＮ層中のＥｕ濃度をオージェ分析法により測定したところ、１．９×１０²¹ｃｍ^-3（４．４％）であった。
【００２７】
図１に、基板温度（Ｔ_sub）（成長温度と同義）を５５０℃および５３０℃として成長させたＥｕドープＧａＮ層のＰＬ測定の結果を示す。測定は７７Ｋで行った。図１からわかるように、Ｔ_sub＝５５０℃で成長させたＥｕドープＧａＮ層では、ＧａＮのバンド端による発光が消え、代わりに波長４３９ｎｍの位置にＥｕ²⁺によるピークが、また、波長６２３ｎｍの位置にＥｕ³⁺からの⁵Ｄ₀→⁷Ｐ₂内殻遷移による発光であると思われる鋭いピークが出現している。また、Ｔ_sub＝５３０℃で成長させたＥｕドープＧａＮ層では、Ｅｕ³⁺からの⁵Ｄ₀→⁷Ｐ₂内殻遷移による発光であると思われる鋭いピークのみが出現することがわかる。逆に言えば、成長時の基板温度により、ＥｕドープＧａＮ層中のＥｕの価数を制御することができ、それによって発光波長を制御することができることがわかる。
【００２８】
図２はこの発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体発光素子を示す。このＧａＮ系半導体発光素子はＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を有するものである。
【００２９】
図２に示すように、このＧａＮ系半導体発光素子においては、例えば（０００１）面方位のサファイア基板１上に低温成長によるＧａＮバッファ層２が積層され、その上にｎ型ＧａＮコンタクト層３、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９が順次積層されている。ここで、ｎ型ＧａＮコンタクト層３、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４およびｎ型ＧａＮ光導波層５にはｎ型不純物（ドナー）として例えばＳｉがそれぞれドープされており、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９にはｐ型不純物（アクセプタ）として例えばＭｇがそれぞれドープされている。また、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６においては、０＜ｘ≦１であり、Ｅｕの濃度は１×１０¹⁹〜１×１０²¹ｃｍ^-3である。また、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４およびｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８においては、０＜ｙ≦１である。これらの層の厚さの一例を挙げると、ＧａＮバッファ層２は５〜２０ｎｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層３は３μｍ、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４は０．５μｍ、ｎ型ＧａＮ光導波層５は０．１μｍ、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６は１０〜２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ光導波層７は０．１μｍ、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８は０．５μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９は０．５μｍである。
【００３０】
ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上層部、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９はメサ形状を有する。そして、メサ部のｐ型ＧａＮコンタクト層９上にｐ側電極１０がオーミック接触しているとともに、メサ部に隣接する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層３上にｎ側電極１１がオーミック接触している。この場合、ｐ側電極１０としては例えばＮｉ／Ａｕ膜やＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜などを用い、ｎ側電極１１としては例えばＴｉ／Ａｌ膜を用いる。このＧａＮ系半導体発光素子が発光ダイオードの場合、ｐ側電極１０は発光波長に対して透明に形成される。
【００３１】
また、このＧａＮ系半導体発光素子が半導体レーザである場合、上述のメサ部の互いに対向する一対の端面に共振器端面が形成される。
【００３２】
次に、上述のように構成されたＧａＮ系半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００３３】
すなわち、このＧａＮ系半導体発光素子を製造するには、まず、図１に示すように、サファイア基板１上に、ガスソースＭＢＥ法により、２００〜４００℃の基板温度でＧａＮバッファ層２を低温成長させる。この成長時にはＧａ源として固体の金属Ｇａを用い、Ｎ源としてはＮＨ₃ガスを用いる。
【００３４】
次に、ＧａＮバッファ層２上に、上述と同様なガスソースＭＢＥ法により、５００〜８００℃、好適には６５０〜７００℃の基板温度で、ｎ型ＧａＮコンタクト層３、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９を順次成長させる。この成長時には、Ａｌ源およびＩｎ源としてそれぞれ固体の金属Ａｌおよび固体の金属Ｉｎを用いる。ここで、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を７００℃以上の基板温度で成長させると、成長層へのＥｕの取り込み量が少なくなるため、この場合には、好適には、Ｅｕをイオン化して成長層にドーピングする。このようにすることにより、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を７００℃以上の基板温度で成長させても、成長層へのＥｕの取り込み量を十分に大きくすることができる。
【００３５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層９上に所定のストライプ形状のレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した後、このレジストパターンをマスクとしてｎ型ＧａＮコンタクト層３の厚さ方向の途中の深さまでエッチングを行うことにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上層部、ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９をメサ形状にパターニングする。
【００３６】
次に、例えばリフトオフ法などにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層９上にｐ側電極１０を形成するとともに、メサ部に隣接する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層３上にｎ側電極１１を形成する。
【００３７】
この後、上述のようにして発光素子構造が形成されたサファイア基板１をチップ化し、目的とするＧａＮ系半導体発光素子を得る。特に、このＧａＮ系半導体発光素子が半導体レーザである場合には、発光素子構造が形成されたサファイア基板１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらに端面コーティングを行った後、このバーを劈開してチップ化する。
【００３８】
以上のように、この一実施形態によれば、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を用いていることにより、そのＥｕが発光センターとなり、このＥｕの価数に応じた発光波長の発光を得ることができる。この場合、従来と異なり、母体結晶であるＧａ_1-xＩｎ_xＮの組成の制御の問題を考えることなく、Ｅｕの価数の選択により発光波長を精度良く決定することができる。また、発光波長は、母体結晶であるＧａ_1-xＩｎ_xＮとこれにドープするＥｕとにより決定されるため、変動が少ない。また、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６のバンドギャップ中に形成されるＥｕによるエネルギー準位の広がりは小さいことから、このＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６からの発光の半値幅は狭く、したがってこのＧａＮ系半導体発光素子の発光の色純度は高い。また、ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を含む、発光素子構造を形成するＧａＮ系半導体層を５００〜８００℃、好適には６５０〜７００℃の基板温度で成長させていることにより、これらの層の結晶性を良好なものとすることができる。以上により、赤色ないし青色で発光可能で特性が良好なＧａＮ系半導体発光素子を実現することができる。
【００３９】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００４０】
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値、素子構造、基板、プロセス、成長法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、素子構造、基板、プロセス、成長法などを用いてもよい。
【００４１】
具体的には、上述の一実施形態においては、結晶成長時にＥｕをドーピングすることによりＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を形成しているが、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮ活性層を成長させた後、これにイオン注入などによりＥｕをドーピングすることによりＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層６を形成するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の一実施形態によるＧａＮ系半導体発光素子はＳＣＨ構造を有するものであるが、ＤＨ（Double Heterostructure) 構造を有するものであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による半導体発光素子によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を有することにより、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮを発光材料として用いた黄色や赤色で発光可能な発光ダイオードや半導体レーザを実現することができるのみならず、Ｇａ_1-xＩｎ_xＮを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を発光材料として用いた様々な波長で発光可能な発光ダイオードや半導体レーザをも実現することができる。
【００４４】
また、この発明による半導体発光素子の製造方法によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜８００℃の成長温度で成長させるようにしているので、その発光層の結晶性を良好なものとすることができ、それによって上記のような半導体発光素子を製造することができる。
【００４５】
また、この発明による半導体発光素子の製造方法によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜１２００℃の成長温度で成長させるようにしているので、その発光層の結晶性を良好なものとすることができ、それによって上記のような半導体発光素子を製造することができる。
【００４６】
また、この発明による半導体発光素子の製造方法によれば、希土類元素がドープされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる発光層を５００〜９００℃の成長温度で成長させるようにしているので、その発光層の結晶性を良好なものとすることができ、それによって上記のような半導体発光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥｕドープＧａＮ層のＰＬスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図２】この発明の一実施形態によるＧａＮ系半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板、３・・・ｎ型ＧａＮコンタクト層、４・・・ｎ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層、５・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、６・・・ＥｕドープＧａ_1-xＩｎ_xＮ活性層、７・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、８・・・ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層、９・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１０・・・ｐ側電極、１１・・・ｎ側電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and is particularly suitable for application to a light emitting diode or a semiconductor laser using a nitride III-V compound semiconductor.
[0002]
[Prior art]
The Ga _1-x In _x N mixed crystal semiconductor, which is a nitride-based III-V group compound semiconductor, can change the band gap energy to E _g = 3.4 to 1.9 eV. It attracts attention as a luminescent material in the area. In fact, a light emitting diode capable of emitting blue to green light using this light emitting material has already been put into practical use.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is very difficult to control the mixed crystal composition of the Ga _1-x In _x N, It is also difficult to improve the crystallinity of the Ga _1-x In _x N of high In composition. Furthermore, when the In composition of Ga _1-x In _x N exceeds 20%, there is a problem that phase separation occurs. For these reasons, at present, a light emitting diode capable of emitting yellow or red light using Ga _1-x In _x N as a light emitting material has not been put into practical use.
[0004]
Therefore, the object of the present invention is not only to realize a light emitting diode or a semiconductor laser capable of emitting in yellow or red using Ga _1-x In _x N as a light emitting material, but also Ga _1-x In _x N. It is another object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of realizing light emitting diodes and semiconductor lasers capable of emitting light at various wavelengths using a nitride III-V group compound semiconductor containing as a light emitting material.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively studied to solve the above-described problems of the prior art. The outline will be described below.
[0006]
In the rare earth elements, the inner shell electrons are shielded by the outer shell electrons, and thus the light emission accompanying the inner shell transition has a characteristic of showing a sharp emission spectrum having a wavelength characteristic of each rare earth ion. Moreover, by doping this rare earth element into a semiconductor, application to a light emitting material having characteristics of both the rare earth element and the semiconductor can be expected. Therefore, the present inventor actually prepared a sample doped with a rare earth element as a light emission center in a nitride III-V compound semiconductor, measured the light emission characteristics, and further studied based on the results. As a result, it is difficult to control the composition of the luminescent material by using GaN, Ga _1-x In _x N, or other nitride III-V compound semiconductors doped with rare earth elements as the luminescent material. This led to the conclusion that it was possible to realize a semiconductor light emitting device capable of emitting light at various wavelengths such as yellow, red, and even blue while avoiding the problem due to the above. It is.
[0007]
That is, in order to achieve the above object, the first invention of the present invention is:
A semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of a nitride-based III-V compound semiconductor doped with a rare earth element.
[0008]
In the first invention, in one example, the light emitting layer is grown at a growth temperature of, for example, 500 to 800 ° C., preferably 650 to 700 ° C. This growth temperature is suitable for growing a light-emitting layer made of, for example, Ga _1-x In _x N (0 ≦ x ≦ 1) by the molecular beam epitaxy (MBE) method. It also overlaps with the growth temperature when growing by the growth (MOCVD) method or the like. In another example, the light emitting layer is grown at a growth temperature of, for example, 500 to 1200 ° C, preferably 900 to 1200 ° C. This growth temperature is suitable for growing a light emitting layer made of, for example, Ga _1-x Al _x N (0 ≦ x ≦ 1) by the MOCVD method, but is a growth temperature for growing by the MBE method or the like. It overlaps with. In yet another example, the light emitting layer is grown at a growth temperature of, for example, 500 to 900 ° C, preferably 750 to 800 ° C. This growth temperature is suitable for growing a light emitting layer made of, for example, Ga _1-x In _x N (0 ≦ x ≦ 1) by the MOCVD method, but is a growth temperature for growing by the MBE method or the like. It overlaps with.
[0009]
The second invention of this invention is:
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element,
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein the light emitting layer is grown at a growth temperature of 500 to 800 ° C.
[0010]
In the second aspect of the invention, the light emitting layer is preferably grown at a growth temperature of 650 to 700 ° C. from the viewpoint of improving the crystallinity of the growth layer and facilitating the incorporation of the rare earth element into the growth layer. Let Also, in order to facilitate the incorporation of the rare earth element into the growth layer even at a temperature higher than this level, it is preferable to ionize the rare earth element during the growth of the light emitting layer to form a nitride III-V compound semiconductor. Doping. The second aspect of the invention is suitable for growing a light emitting layer made of, for example, Ga _1-x In _x N (0 ≦ x ≦ 1) by the MBE method. Can also be applied.
[0011]
The third invention of the present invention is:
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element,
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein the light emitting layer is grown at a growth temperature of 500 to 1200 ° C.
[0012]
In the third aspect of the invention, the light emitting layer is preferably grown at a growth temperature of 900 to 1200 ° C. from the viewpoint of improving the crystallinity of the growth layer and facilitating the incorporation of the rare earth element into the growth layer. Let Also, in order to facilitate the incorporation of the rare earth element into the growth layer even at a temperature higher than this level, it is preferable to ionize the rare earth element during the growth of the light emitting layer to form a nitride III-V compound semiconductor. Doping. The third aspect of the invention is suitable for growing a light emitting layer made of, for example, Ga _1-x Al _x N (0 ≦ x ≦ 1) by MOCVD, but is grown by MBE or the like. Can also be applied.
[0013]
The fourth invention of the present invention is:
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element,
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein the light emitting layer is grown at a growth temperature of 500 to 900 ° C.
[0014]
In the fourth aspect of the invention, the light emitting layer is preferably grown at a growth temperature of 750 to 800 ° C. from the viewpoint of improving the crystallinity of the growth layer and facilitating the incorporation of the rare earth element into the growth layer. Let Also, in order to facilitate the incorporation of the rare earth element into the growth layer even at a temperature higher than this level, it is preferable to ionize the rare earth element during the growth of the light emitting layer to form a nitride III-V compound semiconductor. Doping. The third invention is suitable for growing a light emitting layer made of, for example, Ga _1-x In _x N (0 ≦ x ≦ 1) by the MOCVD method, but is grown by the MBE method. Can also be applied.
[0015]
In the present invention, the rare earth element doped in the nitride III-V compound semiconductor constituting the light emitting layer is specifically Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium). Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium) , Tm (thulium), Yb (ytterbium) and Lu (lutetium). In practice, an appropriate one is selected from these rare earth elements depending on the emission wavelength to be obtained. For example, Eu or Sm can be used for red light emission, Tb can be used for green light emission, and Ce, Pr, Tm, or the like can be used for blue light emission. Some of these rare earth elements include two or more types of ions having different valences, and different emission wavelengths may be obtained depending on the valence of the ions. For example, Eu includes Eu ²⁺ and Eu ^3+, and blue light emission is obtained in the former and red light emission is obtained in the latter. The valence of the rare earth element can be controlled by the growth temperature of the nitride-based III-V compound semiconductor.
[0016]
Examples of emission wavelengths by rare earth element ions are shown below. However, the emission wavelength may vary depending on the host material.
[0017]

In the present invention, the concentration of the rare earth element doped in the nitride III-V compound semiconductor is selected so as to obtain the required light emission intensity, but is generally 1 × 10 ¹⁸ to 1 × 10 ^22. cm ⁻³ , typically 1 × 10 ¹⁹ to 1 × 10 ²¹ cm ⁻³ .
[0018]
In this invention, the nitride-based III-V compound semiconductor includes at least one group III element selected from the group consisting of Ga, Al, In, and B, and at least N, and optionally further includes As or P. It consists of group V elements. Some specific examples of this nitride III-V compound semiconductor are GaN, GaInN, AlGaN, AlGaInN, and the like.
[0019]
In the present invention, a method for growing a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element includes the MBE method (particularly, the gas source MBE method), the MOCVD method, etc., as well as the hydride gas. A phase epitaxial growth (HVPE) method or the like can be used. The rare earth element is typically doped during the growth of a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor, but after the light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor is grown. This may be doped by ion implantation or the like.
[0020]
According to the first invention of the present invention configured as described above, having a light emitting layer made of a nitride-based III-V group compound semiconductor doped with a rare earth element, the rare earth element becomes a light emission center, Light emission having a light emission wavelength corresponding to the kind of rare earth element or its valence can be obtained. In this case, the emission wavelength can be accurately determined by selecting the rare earth element without considering the problem of controlling the composition of the nitride-based III-V group compound semiconductor that is the base crystal. Further, since the emission wavelength is determined by the nitride-based III-V group compound semiconductor which is the base crystal and the rare earth element doped therein, there is little fluctuation. Further, since the spread of energy levels due to the rare earth element formed in the band gap of the nitride-based III-V compound semiconductor doped with the rare-earth element is small, The half width of light emission is narrow, and therefore the color purity of light emission of this semiconductor light emitting element is high. In addition, since various emission wavelengths can be obtained simply by changing the kind of rare earth element doped in the nitride III-V compound semiconductor, it is possible to realize a light emitting diode capable of emitting yellow or red, Red (R), green (G) and blue (B) light sources can also be obtained. Furthermore, it is possible to realize a semiconductor laser by improving the light emission efficiency.
[0021]
According to the second invention of the present invention configured as described above, the light emitting layer made of a nitride-based III-V compound semiconductor doped with rare earth elements is grown at a growth temperature of 500 to 800 ° C. By doing so, the crystallinity of the light emitting layer can be made favorable.
[0022]
According to the third aspect of the present invention configured as described above, a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element is grown at a growth temperature of 500 to 1200 ° C. By doing so, the crystallinity of the light emitting layer can be made favorable.
[0023]
According to the fourth aspect of the present invention configured as described above, a light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with a rare earth element is grown at a growth temperature of 500 to 900 ° C. By doing so, the crystallinity of the light emitting layer can be made favorable.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
Before describing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, the results of evaluating the light emission characteristics of GaN doped with Eu as a rare earth element by photoluminescence (PL) will be described.
[0026]
The sample used for evaluation was produced as follows. That is, first, a sapphire (single crystal Al ₂ O ₃ ) substrate having a (0001) plane (c plane) orientation is prepared, and then Eu-doped GaN by a gas source MBE method using ammonia (NH ₃ ) as an N source. Grow layers. As the Ga source and Eu source, solid metal Ga and metal Eu were used, respectively. The Eu concentration in the Eu-doped GaN layer was measured by Auger analysis and found to be 1.9 × 10 ²¹ cm ⁻³ (4.4%).
[0027]
FIG. 1 shows the results of PL measurement of an Eu-doped GaN layer grown at substrate temperatures (T _sub ) (synonymous with growth temperature) of 550 ° C. and 530 ° C. The measurement was performed at 77K. As can be seen from FIG. 1, in the Eu-doped GaN layer grown at T _sub = 550 ° C., the emission due to the band edge of GaN disappears, and instead, a peak due to Eu ^{2+ at} a wavelength of 439 nm and a wavelength of 623 nm A sharp peak that appears to be light emission due to the ⁵ D ₀ → ⁷ P ₂ core transition from Eu ³⁺ appears at the position. It can also be seen that in the Eu-doped GaN layer grown at T _sub = 530 ° C., only a sharp peak that appears to be light emission from Eu ^{3+ due} to the ⁵ D ₀ → ⁷ P ₂ core transition appears. Conversely, it can be seen that the valence of Eu in the Eu-doped GaN layer can be controlled by the substrate temperature during growth, and the emission wavelength can be controlled accordingly.
[0028]
FIG. 2 shows a GaN-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. This GaN-based semiconductor light-emitting element has an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure.
[0029]
As shown in FIG. 2, in this GaN-based semiconductor light emitting device, for example, a GaN buffer layer 2 formed by low-temperature growth is laminated on a sapphire substrate 1 with a (0001) orientation, and an n-type GaN contact layer 3 and n N _- type Al _y Ga _1-y N cladding layer 4, n-type GaN optical waveguide layer 5, Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6, p-type GaN optical waveguide layer 7, p-type Al _y Ga _1-y N A cladding layer 8 and a p-type GaN contact layer 9 are sequentially stacked. Here, the n-type GaN contact layer 3, the n-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 4 and the n-type GaN optical waveguide layer 5 are doped with, for example, Si as an n-type impurity (donor), respectively, and p-type The GaN optical waveguide layer 7, the p-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 8 and the p-type GaN contact layer 9 are doped with, for example, Mg as a p-type impurity (acceptor). Further, in the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6, 0 <x ≦ 1 and the Eu concentration is 1 × 10 ¹⁹ to 1 × 10 ²¹ cm ⁻³ . In the n-type Al _y Ga _1-y N clad layer 4 and the p-type Al _y Ga _1-y N clad layer 8, 0 <y ≦ 1. As an example of the thickness of these layers, the GaN buffer layer 2 is 5 to 20 nm, the n-type GaN contact layer 3 is 3 μm, the n-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 4 is 0.5 μm, and the n-type GaN. The optical waveguide layer 5 is 0.1 μm, the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 is 10 to 20 nm, the p-type GaN optical waveguide layer 7 is 0.1 μm, and the p-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 8. Is 0.5 μm, and the p-type GaN contact layer 9 is 0.5 μm.
[0030]
Upper layer portion of n-type GaN contact layer 3, n-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 4, n-type GaN optical waveguide layer 5, Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6, p-type GaN optical waveguide layer 7. The p-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 8 and the p-type GaN contact layer 9 have a mesa shape. The p-side electrode 10 is in ohmic contact with the p-type GaN contact layer 9 in the mesa portion, and the n-side electrode 11 is in ohmic contact with the n-type GaN contact layer 3 in the portion adjacent to the mesa portion. . In this case, for example, a Ni / Au film or a Ni / Pt / Au film is used as the p-side electrode 10, and a Ti / Al film is used as the n-side electrode 11, for example. When the GaN-based semiconductor light emitting element is a light emitting diode, the p-side electrode 10 is formed transparent to the emission wavelength.
[0031]
Further, when the GaN-based semiconductor light emitting device is a semiconductor laser, resonator end faces are formed on a pair of opposite end faces of the above-described mesa portion.
[0032]
Next, a method for manufacturing the GaN-based semiconductor light-emitting element configured as described above will be described.
[0033]
That is, to manufacture this GaN-based semiconductor light-emitting device, first, as shown in FIG. 1, a GaN buffer layer 2 is grown on a sapphire substrate 1 at a low temperature by a gas source MBE method at a substrate temperature of 200 to 400 ° C. Let During this growth, solid metal Ga is used as the Ga source, and NH ₃ gas is used as the N source.
[0034]
Next, the n-type GaN contact layer 3 and the n-type Al _y Ga ₁ are formed on the GaN buffer layer 2 by a gas source MBE method similar to that described above at a substrate temperature of 500 to 800 ° C., preferably 650 to 700 ° C. _-y n cladding layer 4, n-type GaN optical waveguide layer 5, Eu-doped Ga _1-x In _x n active layer 6, p-type GaN optical waveguide layer 7, p-type Al _y Ga _1-y n cladding layer 8 and the p The type GaN contact layer 9 is grown sequentially. During this growth, solid metal Al and solid metal In are used as the Al source and In source, respectively. Here, when the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 is grown at a substrate temperature of 700 ° C. or higher, the amount of Eu taken into the growth layer decreases. In this case, preferably, Eu Is ionized to dope the growth layer. In this way, even if the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 is grown at a substrate temperature of 700 ° C. or higher, the amount of Eu taken into the growth layer can be sufficiently increased.
[0035]
Next, after a resist pattern (not shown) having a predetermined stripe shape is formed on the p-type GaN contact layer 9 by lithography, the n-type GaN contact layer 3 has a depth in the middle in the thickness direction using the resist pattern as a mask. Etching is performed until the upper layer of the n-type GaN contact layer 3, the n-type Al _y Ga _{1 -y} N cladding layer 4, the n-type GaN optical waveguide layer 5, the Eu-doped Ga _{1 -x} In _x N active layer 6. The p-type GaN optical waveguide layer 7, the p-type Al _y Ga _1-y N cladding layer 8, and the p-type GaN contact layer 9 are patterned into a mesa shape.
[0036]
Next, the p-side electrode 10 is formed on the p-type GaN contact layer 9 by, for example, the lift-off method, and the n-side electrode 11 is formed on the n-type GaN contact layer 3 adjacent to the mesa portion.
[0037]
Thereafter, the sapphire substrate 1 on which the light emitting element structure is formed as described above is chipped to obtain a target GaN-based semiconductor light emitting element. In particular, when the GaN-based semiconductor light-emitting device is a semiconductor laser, the sapphire substrate 1 on which the light-emitting device structure is formed is cleaved into a bar shape to form both resonator end faces, and further, end face coating is performed. This bar is cleaved to make a chip.
[0038]
As described above, according to this embodiment, by using the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6, the Eu becomes a light emission center, and the emission wavelength according to the valence of this Eu Luminescence can be obtained. In this case, unlike the conventional case, the emission wavelength can be accurately determined by selecting the valence of Eu without considering the problem of controlling the composition of the base crystal Ga _1-x In _x N. Further, since the emission wavelength is determined by Ga _1-x In _x N which is a base crystal and Eu doped therein, there is little fluctuation. Further, since the energy level spread due to Eu formed in the band gap of the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 is small, light emission from this Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 Therefore, the GaN-based semiconductor light-emitting element has high color purity. Further, by growing a GaN-based semiconductor layer forming the light emitting element structure including the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 at a substrate temperature of 500 to 800 ° C., preferably 650 to 700 ° C. The crystallinity of these layers can be made favorable. As described above, a GaN-based semiconductor light-emitting element that can emit light in red or blue and has good characteristics can be realized.
[0039]
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
[0040]
For example, the numerical values, element structures, substrates, processes, growth methods, etc. given in the above-described one embodiment are merely examples, and different numerical values, element structures, substrates, processes, growth methods, etc. are used as necessary. May be.
[0041]
Specifically, in the above-described embodiment, the Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 is formed by doping Eu during crystal growth, but the Ga _1-x In _x N active layer is formed. Then, Eu-doped Ga _1-x In _x N active layer 6 may be formed by doping Eu by ion implantation or the like.
[0042]
In addition, the GaN-based semiconductor light-emitting device according to the embodiment described above has an SCH structure, but may have a DH (Double Heterostructure) structure.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, Ga _1-x In _x N is used as a light emitting material by having a light emitting layer made of a nitride-based III-V compound semiconductor doped with a rare earth element. It is possible to realize not only a light emitting diode and a semiconductor laser that can emit light in yellow and red, but also various types using a nitride III-V compound semiconductor containing Ga _1-x In _x N as a light emitting material. It is also possible to realize a light emitting diode or a semiconductor laser that can emit light at a different wavelength.
[0044]
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with rare earth elements is grown at a growth temperature of 500 to 800 ° C. The crystallinity of the light emitting layer can be made favorable, whereby the semiconductor light emitting device as described above can be manufactured.
[0045]
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with rare earth elements is grown at a growth temperature of 500 to 1200 ° C. The crystallinity of the light emitting layer can be made favorable, whereby the semiconductor light emitting device as described above can be manufactured.
[0046]
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the light emitting layer made of a nitride III-V compound semiconductor doped with rare earth elements is grown at a growth temperature of 500 to 900 ° C. The crystallinity of the light emitting layer can be made favorable, whereby the semiconductor light emitting device as described above can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a PL spectrum measurement result of an Eu-doped GaN layer.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a GaN-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... sapphire substrate, 3... N-type GaN contact layer, 4 ... n-type Al _y Ga _1-y N cladding layer, 5 ... n-type GaN optical guide layer, 6 ... Eu doped Ga _1-x In _x N active layer, 7... P-type GaN optical waveguide layer, 8... P-type Al _y Ga _1-y N clad layer, 9.・ P-side electrode, 11 ... n-side electrode

Claims

Eu with a valence of 3 is 1 × 10 as the light emission center ¹⁸¹⁸ ~ 1x10 ^{22twenty two} cm ^-3-3 Ga doped to a concentration of _{1-x 1-x} In _{x x} A GaN-based semiconductor light emitting device comprising a light emitting layer made of N (0 <x ≦ 1) and obtaining red light emission from the Eu.

Eu with a valence of 3 is 1 × 10 as the light emission center ¹⁸¹⁸ ~ 1x10 ^{22twenty two} cm ^-3-3 Ga doped to a concentration of _{1-x 1-x} In _{x x} A method of manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting element comprising a light-emitting layer made of N (0 <x ≦ 1) that obtains red light emission from Eu at a growth temperature of 530 ° C. by a molecular beam epitaxy method.

3. The method of manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting element according to claim 2, wherein the molecular beam epitaxy method is a molecular beam epitaxy method using ammonia as a nitrogen source.

Eu with a valence of 3 is 1 × 10 as the light emission center ¹⁸¹⁸ ~ 1x10 ^{22twenty two} cm ^-3-3 Ga doped to a concentration of _{1-x 1-x} In _{x x} A method for producing a GaN-based semiconductor light-emitting element comprising a light-emitting layer made of N (0 <x ≦ 1) and capable of obtaining red light emission from Eu, grown at a growth temperature of 530 ° C. by metal organic chemical vapor deposition.