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JPH07297447A - Group iii nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

Group iii nitride semiconductor light emitting element

Info

Publication number
JPH07297447A
JPH07297447A JP10606094A JP10606094A JPH07297447A JP H07297447 A JPH07297447 A JP H07297447A JP 10606094 A JP10606094 A JP 10606094A JP 10606094 A JP10606094 A JP 10606094A JP H07297447 A JPH07297447 A JP H07297447A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
light emitting
doped
zinc
magnesium
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.)
Pending
Application number
JP10606094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Koike
正好 小池
Isamu Akasaki
勇 赤崎
Hiroshi Amano
浩 天野
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.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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 Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP10606094A priority Critical patent/JPH07297447A/en
Publication of JPH07297447A publication Critical patent/JPH07297447A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase the luminous intensity of a light emitting element by adding magnesium and zinc to the light emitting layer of the element as impurities. CONSTITUTION:A light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1 and an AlN buffer layer 500Angstrom thick is formed on the substrate 1. Then a high carrier concentration n<+>-type layer 3 composed of Si-doped GaN, high carrier concentration N<+>-type-layer 4 composed of Si-doped (Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N, light emitting- layer 5 composed of Zn- and Mg-doped (Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N, and p-type layer 6 composed of Mg-doped (Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N are successively formed on the buffer layer 2. Then a nickel electrode 7 to be connected to the p-type layer 6 and another nickel electrode 8 to be connected to the n-type layer 4 are formed. The electrodes 7 and 8 are electrically isolated and separated from each other by a groove 9. Since the diode 10 emits light by utilizing the transition between levels having high transition probabilities, the luminous intensity of the diode 10 is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は3族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a group III nitride semiconductor.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGaN 化
合物半導体のpn接合を用いたものが知られている。そ
の化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率が
高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色とする
こと等から注目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a blue light emitting diode, one using a pn junction of a GaN compound semiconductor is known. Since the compound semiconductor is a direct transition type, it has been noted that it has high emission efficiency, and that blue, which is one of the three primary colors of light, is used as the emission color.

【0003】上記の発光素子では、p層は、GaN にマグ
ネシウム(Mg)をドープした後、電子線を照射することで
形成している。
In the above light emitting device, the p layer is formed by irradiating an electron beam after doping GaN with magnesium (Mg).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の発光素
子は、半絶縁性の半導体層を用いたMIS型の発光素子
よりは、動作電圧が低いという利点を有しているが、未
だ、発光強度は低い。この素子の発光機構は、伝導帯と
マグネシウムのアクセプタタ準位との間の遷移によるも
のであるが、エネルギー準位差が大きいために、他の深
い準位を介した非発光再結合が優勢となるため、発光強
度が大きくないものと思われる。又、ピーク波長は43
0nm付近にあり、純青色に対してやや短波長側にシフ
トしている。本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、AlGaInN の半導体を用い
た発光素子の発光強度を向上させること、より純青色に
近いスペクトルを得ることである。
However, the above-mentioned light emitting device has an advantage that the operating voltage is lower than that of the MIS type light emitting device using the semi-insulating semiconductor layer, but it still emits light. The strength is low. The emission mechanism of this device is due to the transition between the conduction band and the acceptor level of magnesium, but due to the large energy level difference, non-radiative recombination via other deep levels is predominant. Therefore, it seems that the emission intensity is not high. The peak wavelength is 43
It is in the vicinity of 0 nm, and is slightly shifted to the short wavelength side with respect to pure blue. The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the light emission intensity of a light emitting element using an AlGaInN semiconductor and obtain a spectrum closer to pure blue.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) を用いて、n伝導型を示すn層と、p伝導型を
示すp層と、その間に介在する発光層がモノ接合、シン
グルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で形成された
3層構造を有する発光素子において、発光層には、マグ
ネシウ(Mg)と亜鉛(Zn)が不純物として添加されているこ
とを特徴とする。請求項2に記載の発明は、3族窒化物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0を含む) を用い
て、n伝導型を示すn層と、p伝導型を示す発光層とを
有する発光素子において、発光層には、マグネシウ(Mg)
と亜鉛(Zn)が不純物として添加されていることを特徴と
する発光素子である。マグネシウ(Mg)は、濃度1 ×1018
〜1 ×1020/cm3で、亜鉛(Zn)は、濃度1 ×1018〜1 ×10
20/cm3で添加されていることをが望ましい。請求項5の
発明は、発光層を、マグネシウ(Mg)が添加されている薄
膜と亜鉛(Zn)が添加されている薄膜とが繰り返された薄
膜多重層で形成したものである。
The invention according to claim 1 is a group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, X = Y = 0).
The three layers in which the n layer showing the n-conduction type, the p layer showing the p-conduction type, and the light-emitting layer interposed therebetween are formed by a monojunction, a single heterojunction, or a double heterojunction. In the light emitting device having a structure, magnesium (Mg) and zinc (Zn) are added as impurities to the light emitting layer. The invention according to claim 2 uses a group III nitride semiconductor (including Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0, Y = 0, X = Y = 0) to show n-conductivity type. In a light emitting device having an n layer and a light emitting layer exhibiting a p-conduction type, the light emitting layer is made of magnesium (Mg)
And a zinc (Zn) are added as impurities. Magnesium (Mg) has a concentration of 1 × 10 18
~ 1 × 10 20 / cm 3 , zinc (Zn) concentration 1 × 10 18 ~ 1 × 10
It is desirable that it is added at 20 / cm 3 . According to a fifth aspect of the invention, the light emitting layer is formed by a thin film multi-layer in which a thin film to which magnesium (Mg) is added and a thin film to which zinc (Zn) is added are repeated.

【0006】[0006]

【発明の作用及び効果】発光層に形成されるアクセプタ
準位は、亜鉛(Zn)の方がマグネシウ(Mg)よりも、価電子
帯から深い準位に形成される。よって、準位差の小さい
伝導帯と亜鉛(Zn)のアクセプタ準位との間の遷移が、準
位差の大きい伝導帯とマグネシウ(Mg)のアクセプタ準位
との間の遷移よりも支配的となる。従って、発光が、遷
移確率の高い準位間の遷移によるものとなるため、発光
強度が向上し、且つ、ピーク波長は長波長側にシフト
し、より純青色に近い発光となる。
The acceptor level formed in the light-emitting layer is deeper in the valence band of zinc (Zn) than that of magnesium (Mg). Therefore, the transition between the conduction band with a small level difference and the acceptor level of zinc (Zn) is more dominant than the transition between the conduction band with a large level difference and the acceptor level of Magnesium (Mg). Becomes Therefore, the light emission is due to the transition between levels having a high transition probability, the emission intensity is improved, and the peak wavelength is shifted to the long wavelength side, and the light emission is closer to pure blue.

【0007】[0007]

【実施例】第1実施例 図1において、発光ダイオード10は、サファイア基板
1を有しており、そのサファイア基板1上に500 ÅのAl
N のバッファ層2が形成されている。そのバッファ層2
の上には、順に、膜厚約2.0 μm、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度n+
3、膜厚約2.0 μm、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、亜鉛及びマグネシウムド
ープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る発光層5、膜厚
約1.0 μm、ホール濃度2 ×1017/cm3のマグネシウムド
ープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るp層6が形成さ
れている。そして、p層6に接続するニッケルで形成さ
れた電極7と高キャリア濃度n+ 層4に接続するニッケ
ルで形成された電極8が形成されている。電極7と電極
8とは、溝9により電気的に絶縁分離されている。
First Embodiment Referring to FIG. 1, a light emitting diode 10 has a sapphire substrate 1 on which 500 Å of Al is placed.
An N 2 buffer layer 2 is formed. Its buffer layer 2
On the top, in order, a film thickness of about 2.0 μm, electron concentration 2 × 10 18 / c
High carrier concentration n + layer 3 consisting of m 3 silicon-doped GaN, thickness of about 2.0 μm, electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 of silicon-doped (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N Consisting of a high carrier concentration n + layer 4, a film thickness of about 0.5 μm, a light emitting layer 5 composed of zinc- and magnesium-doped (Al x1 Ga 1-x1 ) y1 In 1-y1 N, a film thickness of about 1.0 μm, a hole concentration of 2 × A p-layer 6 of 10 17 / cm 3 of magnesium-doped (Al x2 Ga 1-x2 ) y2 In 1-y2 N is formed. Then, an electrode 7 made of nickel connected to the p layer 6 and an electrode 8 made of nickel connected to the high carrier concentration n + layer 4 are formed. The electrode 7 and the electrode 8 are electrically insulated and separated by the groove 9.

【0008】次に、この構造の発光ダイオード10の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード10は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。
Next, a method of manufacturing the light emitting diode 10 having this structure will be described. The light emitting diode 10 is
It was manufactured by vapor phase epitaxy by an organometallic compound vapor phase epitaxy method (hereinafter referred to as "M0VPE").

【0009】用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2
又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」
と記す) とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下
「TMA」と記す) とトリメチルインジウム(In(CH3)3)
(以下「TMI 」と記す) と、ジエチル亜鉛((C2H5)2Zn)
(以下、「DEZ 」と記す) とシラン(SiH4)とシクロペン
タジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と
記す)である。
The gases used are NH 3 and carrier gas H 2
Or N 2 and trimethyl gallium (Ga (CH 3) 3) ( hereinafter "TMG"
) And trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) (hereinafter referred to as “TMA”) and trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ).
(Hereinafter referred to as “TMI”) and diethyl zinc ((C 2 H 5 ) 2 Zn)
(Hereinafter, referred to as "DEZ") is a silane (SiH 4) and cyclopentadienyl magnesium (Mg (C 5 H 5) 2) ( hereinafter referred to as "CP 2 Mg").

【0010】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶のサファイア基板1をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板1を気相エッチングした。
First, a single crystal sapphire substrate 1 having an a-plane as a main surface, which has been cleaned by organic cleaning and heat treatment, is mounted on a susceptor placed in a reaction chamber of a M0VPE apparatus. Then, at a pressure of 1100 while flowing H 2 into the reaction chamber at a flow rate of 2 liter / min under normal pressure.
The sapphire substrate 1 was vapor-phase etched at 0 ° C.

【0011】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2
20 liter/分、NH3 を10 liter/分、TMA を 1.8×10-5
モル/分で供給してAlN のバッファ層2が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板1の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μm、電子濃度 2×1018/cm3
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度n+ 層3
を形成した。
Next, the temperature is lowered to 400 ° C. and H 2 is added.
20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMA 1.8 × 10 -5
The buffer layer 2 of AlN was formed at a thickness of about 500Å by supplying at a mol / min. Next, the temperature of the sapphire substrate 1 is set to 1150.
℃ to retain a thickness of about 2.2 [mu] m, the electron concentration of 2 × 10 18 / cm high carrier concentration of GaN silicon doped 3 n + layer 3
Was formed.

【0012】以下、亜鉛(Zn)を発光中心として発光ピー
ク波長を500nm に設定した場合の発光層5(アクティブ
層)及びクラッド層4、6の組成比及び結晶成長条件の
実施例を記す。上記の高キャリア濃度n+ 層3を形成し
た後、続いて、サファイア基板1の温度を800 ℃に保持
し、N2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.
12×10-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を
0.1 ×10-4モル/分、及び、シランを導入し、膜厚約0.
5 μm、濃度 2×1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga
0.7)0.94In0.06N から成る高キャリア濃度n+ 層4を形
成した。
An example of the composition ratio of the light emitting layer 5 (active layer) and the cladding layers 4 and 6 and the crystal growth conditions when the emission peak wavelength is set to 500 nm with zinc (Zn) as the emission center will be described below. After forming the above-mentioned high carrier concentration n + layer 3, the temperature of the sapphire substrate 1 is kept at 800 ° C., N 2 is 20 liter / min, NH 3 is 10 liter / min, and TMG is 1.
12 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI
0.1 × 10 −4 mol / min, and introducing silane, film thickness of about 0.
Silicon-doped (Al 0.3 Ga 5 μm, concentration 2 × 10 19 / cm 3
A high carrier concentration n + layer 4 composed of 0.7 ) 0.94 In 0.06 N was formed.

【0013】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×10-4
ル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル/分、DEZ を2 ×
10-4モル/分で7 分導入し、膜厚約0.5 μmのマグネシ
ウム(Mg)と亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0. 99
In0.01N から成る発光層5を形成した。発光層5は未だ
この状態で抵抗率108Ωcm以上の絶縁体である。この発
光層5におけるマグネシウム(Mg)の濃度は、 1×1019/c
m3であり、亜鉛(Zn)の濃度は、 2×1018/cm3である。
Subsequently, the temperature was maintained at 1150 ° C. and N 2 was added to 20 l.
iter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.53 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.02 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg 2 x 10 -7 mol / min, DEZ 2 x
10 -4 mol / min was introduced 7 minutes, doped magnesium having a thickness of about 0.5 μm (Mg) and zinc (Zn) (Al 0.09 Ga 0.91 ) 0. 99
A light emitting layer 5 made of In 0.01 N was formed. The light emitting layer 5 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more in this state. The concentration of magnesium (Mg) in this light emitting layer 5 is 1 × 10 19 / c
m 3 and the concentration of zinc (Zn) is 2 × 10 18 / cm 3 .

【0014】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4
ル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、膜厚
約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るp層6を形成した。p層6のマグ
ネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、
p層6は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
Subsequently, the temperature was maintained at 1100 ° C., and N 2 was added at 20 l.
iter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.12 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.1 × 10 -4 mol / min, and CP 2 Mg Introduced at 2 × 10 -4 mol / min, magnesium (Mg) -doped (Al 0.3 Ga 0.7 ) with a film thickness of about 1.0 μm
A p-layer 6 made of 0.94 In 0.06 N was formed. The concentration of magnesium in the p-layer 6 is 1 × 10 20 / cm 3 . In this state,
The p-layer 6 is still an insulator having a resistivity of 10 8 Ωcm or more.

【0015】次に、反射電子線回折装置を用いて、発光
層5及びp層6に一様に電子線を照射した。電子線の照
射条件は、加速電圧約10KV、資料電流1 μA、ビームの
移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μmφ、真空度5.0 ×
10-5Torrである。この電子線の照射により、発光層5及
びp層6は、ホール濃度 2×1017/cm3、抵抗率 2Ωcmの
p伝導型半導体となった。このようにして、図2に示す
ような多層構造のウエハが得られた。
Next, the reflection electron beam diffractometer was used to uniformly irradiate the light emitting layer 5 and the p layer 6 with an electron beam. The electron beam irradiation conditions are: accelerating voltage of about 10 KV, material current of 1 μA, beam moving speed of 0.2 mm / sec, beam diameter of 60 μmφ, vacuum degree of 5.0 ×
It is 10 -5 Torr. By the irradiation of this electron beam, the light emitting layer 5 and the p layer 6 became a p-conduction type semiconductor having a hole concentration of 2 × 10 17 / cm 3 and a resistivity of 2 Ωcm. In this way, a wafer having a multilayer structure as shown in FIG. 2 was obtained.

【0016】以下に述べられる図3から図7は、ウエハ
上の1つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
FIGS. 3 to 7 described below are cross-sectional views showing only one element on the wafer. In fact, a wafer in which this element is continuously repeated is processed, and then each of the elements is processed. It is cut for each element.

【0017】図3に示すように、p層6の上に、スパッ
タリングによりSiO2層11を2000Åの厚さに形成した。
次に、そのSiO2層11上にフォトレジスト12を塗布し
た。そして、フォトリソグラフにより、p層6上におい
て、高キャリア濃度n+ 層4に至るように形成される孔
15に対応する電極形成部位Aとその電極形成部をp層
6の電極と絶縁分離する溝9を形成する部位Bのフォト
レジストを除去した。
As shown in FIG. 3, a SiO 2 layer 11 having a thickness of 2000 Å was formed on the p layer 6 by sputtering.
Next, a photoresist 12 was applied on the SiO 2 layer 11. Then, by photolithography, on the p layer 6, the electrode forming portion A corresponding to the hole 15 formed to reach the high carrier concentration n + layer 4 and the electrode forming portion are insulated and separated from the electrode of the p layer 6. The photoresist in the portion B where the groove 9 is formed was removed.

【0018】次に、図4に示すように、フォトレジスト
12によって覆われていないSiO2層11をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図5に示すように、
フォトレジスト12及びSiO2層11によって覆われてい
ない部位のp層6とその下の発光層5、高キャリア濃度
+ 層4の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度n+ 層4に対する電極取出しのため
の孔15と絶縁分離のための溝9が形成された。
Next, as shown in FIG. 4, the SiO 2 layer 11 not covered with the photoresist 12 was removed with a hydrofluoric acid type etching solution. Next, as shown in FIG.
Part of the upper surface of the p layer 6 and the light emitting layer 5 thereunder, which is not covered with the photoresist 12 and the SiO 2 layer 11, and the high carrier concentration n + layer 4, a vacuum degree of 0.04 Torr and a high frequency power of 0.
44 W / cm 2 and BCl 3 gas were supplied at a rate of 10 ml / min to perform dry etching, and then dry etching was performed using Ar. In this step, a hole 15 for taking out an electrode and a groove 9 for insulating separation were formed for the high carrier concentration n + layer 4.

【0019】次に、図6に示すように、p層6上に残っ
ているSiO2層11をフッ化水素酸で除去した。次に、図
7に示すように、試料の上全面に、Ni層13を蒸着によ
り形成した。これにより、孔15には、高キャリア濃度
+ 層4に電気的に接続されたNi層13が形成される。
そして、そのNi層13の上にフォトレジスト14を塗布
して、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト1
4が高キャリア濃度n+ 層4及びp層6に対する電極部
が残るように、所定形状にパターン形成した。
Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 layer 11 remaining on the p layer 6 was removed with hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 7, a Ni layer 13 was formed on the entire surface of the sample by vapor deposition. As a result, the Ni layer 13 electrically connected to the high carrier concentration n + layer 4 is formed in the hole 15.
Then, a photoresist 14 is applied on the Ni layer 13, and the photoresist 1 is applied by photolithography.
4 was patterned into a predetermined shape so that the electrode portions for the high carrier concentration n + layer 4 and p layer 6 remain.

【0020】次に、図7に示すようにそのフォトレジス
ト14をマスクとして下層のNi層13の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝9に蒸着されたNi層13は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト14をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度n+ 層4の電極8、p層6の電極7が残され
た。その後、上記の如く処理されたウエハは、各素子毎
に切断され、図1に示すpn構造の窒化ガリウム系発光
素子を得た。
Next, as shown in FIG. 7, the exposed portion of the lower Ni layer 13 was etched with a nitric acid-based etching solution using the photoresist 14 as a mask. At this time, the Ni layer 13 deposited in the groove 9 for insulation separation is completely removed.
Next, the photoresist 14 was removed with acetone, and the electrode 8 of the high carrier concentration n + layer 4 and the electrode 7 of the p layer 6 were left. Then, the wafer treated as described above was cut into each element to obtain a pn structure gallium nitride-based light emitting element shown in FIG.

【0021】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長430nm、発光強度80〜100mc
dであった。
The light emitting device thus obtained had a driving current of 20 mA, an emission peak wavelength of 430 nm, and an emission intensity of 80 to 100 mc.
It was d.

【0022】又、上記の発光層5のマグネシウム(Mg)と
亜鉛(Zn)の濃度は、それぞれ、1×1017〜1×1020
の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
The concentrations of magnesium (Mg) and zinc (Zn) in the light emitting layer 5 are 1 × 10 17 to 1 × 10 20 , respectively.
The range is preferable from the viewpoint of improving the emission intensity.

【0023】第2実施例 第2実施例の発光ダイオード10の構造を図8に示す。
この発光ダイオード10では、発光層5がマグネシウム
(Mg)のドープされた薄膜51と亜鉛(Zn)のドープされた
薄膜52とが繰り返された多重薄膜構造をしている。薄
膜51と薄膜52の膜厚は0.05μmである。
Second Embodiment FIG. 8 shows the structure of the light emitting diode 10 according to the second embodiment.
In this light emitting diode 10, the light emitting layer 5 is made of magnesium.
It has a multiple thin film structure in which a thin film 51 doped with (Mg) and a thin film 52 doped with zinc (Zn) are repeated. The thickness of the thin films 51 and 52 is 0.05 μm.

【0024】高キャリア濃度n+ 4の上に形成される発
光層5は次のようにして製造される。温度を1150℃に保
持し、N2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を
1.53×10-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI
を0.02×10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル/
分導入して、膜厚約0.05μmのマグネシウム(Mg)のドー
プされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る薄膜51
を形成した。
The light emitting layer 5 formed on the high carrier concentration n + 4 is manufactured as follows. Keeping the temperature at 1150 ℃, N 2 20 liter / min, NH 3 10 liter / min, TMG
1.53 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI
Of 0.02 × 10 -4 mol / min and CP 2 Mg of 2 × 10 -7 mol / min
The thin film 51 made of (Al 0.09 Ga 0.91 ) 0.99 In 0.01 N doped with magnesium (Mg) and having a thickness of about 0.05 μm.
Was formed.

【0025】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×10-4
ル/分、及び、DEZ を3 ×10-4モル/分導入し、膜厚約
0.05μmの亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99
In0.01N から成る薄膜52を形成した。
Subsequently, the temperature was maintained at 850 ° C. and 20 L of N 2 was added.
iter / min, NH 3 10 liter / min, TMG 1.53 × 10 -4 mol / min, TMA 0.47 × 10 -4 mol / min, TMI 0.02 × 10 -4 mol / min, and DEZ 3 × Introduce 10 -4 mol / min, film thickness approx.
0.05 μm zinc (Zn) doped (Al 0.09 Ga 0.91 ) 0.99
A thin film 52 made of In 0.01 N was formed.

【0026】この繰り返しにより、薄膜51と薄膜52
とを1組として3組、計6層に薄膜多重層を形成した。
そして、多重層の最も上の薄膜52の上に、第1実施例
と同様にp層6を形成した。そして、p層6と発光層5
に第1実施例と同一条件で電子線を照射させて、層5、
層6をp伝導型にした。その後の製造方法は第1実施例
と同一である。
By repeating this, the thin film 51 and the thin film 52
The thin film multi-layers were formed in a total of 6 layers, with 3 as a set.
Then, the p-layer 6 was formed on the uppermost thin film 52 of the multilayer as in the first embodiment. Then, the p layer 6 and the light emitting layer 5
To the layer 5 by irradiating it with an electron beam under the same conditions as in the first embodiment.
Layer 6 was p-conducting. The subsequent manufacturing method is the same as that of the first embodiment.

【0027】第3実施例 図9は、第3実施例にかかる発光ダイオード10の構成
を示した図である。この発光ダイオード10は、高キャ
リア濃度n+ 層4と発光層5がGaN で形成されている。
高キャリア濃度n+ 層4は、シリコン(Si)がドープされ
ており、電子濃度2 ×1018/cm3、厚さ2.2 μm である。
発光層5は、マグネシウム(Mg)の濃度が1 ×1020/cm3
あり、亜鉛(Zn)の濃度が2 ×1018/cm3である。この発光
層5には第1実施例と同一条件にて電子線が照射されて
p型化される。
Third Embodiment FIG. 9 is a diagram showing the structure of a light emitting diode 10 according to the third embodiment. In this light emitting diode 10, the high carrier concentration n + layer 4 and the light emitting layer 5 are formed of GaN.
The high carrier concentration n + layer 4 is doped with silicon (Si) and has an electron concentration of 2 × 10 18 / cm 3 and a thickness of 2.2 μm.
The light emitting layer 5 has a magnesium (Mg) concentration of 1 × 10 20 / cm 3 and a zinc (Zn) concentration of 2 × 10 18 / cm 3 . The light emitting layer 5 is irradiated with an electron beam under the same conditions as in the first embodiment to be made p-type.

【0028】上記の第1及び第2実施例では、発光層5
のバンドギャップが両側に存在するp層6と高キャリア
濃度n+ 層4のバンドギャップよりも小さくなるような
ダブルヘテロ接合に形成されている。又、これらの3つ
の層のAl、Ga、In、N の成分比は、GaN の高キャリア濃
度n+ 層の格子定数に一致するように選択されている。
In the first and second embodiments described above, the light emitting layer 5
Is formed in a double heterojunction such that the band gaps of p are smaller than those of the p layer 6 and the high carrier concentration n + layer 4 existing on both sides. The composition ratios of Al, Ga, In and N 3 in these three layers are selected so as to match the lattice constant of the high carrier concentration n + layer of GaN.

【0029】又、上記の第1、第2実施例ではダブルヘ
テロ接合構造を用いたが、シングルヘテロ接合構造であ
っても良い。
Although the double heterojunction structure is used in the first and second embodiments, it may be a single heterojunction structure.

【0030】又、上記の第1、第2の実施例において、
発光ピーク波長を420nmとする場合には、高キャリ
ア濃度n+ 層4及びp層6をAl0.36Ga0.56In0.08N 、発
光層5をAl0.36Ga0.56In0.08N とする。又、発光ピーク
波長を520nmとする場合には、高キャリア濃度n+
層4及びp層6をAl0.004Ga0.091In0.905N、発光層5を
Al0.36Ga0.56In0.08N とする。
Further, in the above-mentioned first and second embodiments,
When the emission peak wavelength is 420 nm, the high carrier concentration n + layer 4 and the p layer 6 are Al 0.36 Ga 0.56 In 0.08 N, and the emission layer 5 is Al 0.36 Ga 0.56 In 0.08 N. When the emission peak wavelength is 520 nm, the high carrier concentration n +
The layer 4 and the p layer 6 are Al 0.004 Ga 0.091 In 0.905 N, and the light emitting layer 5 is
Al 0.36 Ga 0.56 In 0.08 N

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の具体的な第1実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a first specific example of the present invention.

【図2】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

【図3】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【図4】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

【図5】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the light emitting diode of the same embodiment.

【図6】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【図7】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the light emitting diode of the embodiment.

【図8】第2実施例の発光ダイオードの構成を示した構
成図。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode of a second embodiment.

【図9】第3実施例の発光ダイオードの構成を示した構
成図。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a light emitting diode of a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…発光ダイオード 1…サファイア基板 2…バッファ層 3…高キャリア濃度n+ 層 4…高キャリア濃度n+ 層 5…発光層 6…p層 7,8…電極 9…溝10 ... Light emitting diode 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... High carrier concentration n + layer 4 ... High carrier concentration n + layer 5 ... Light emitting layer 6 ... P layer 7, 8 ... Electrode 9 ... Groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心1丁目1番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町二丁目21 虹 ケ丘東団地19号棟103号室 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masayoshi Koike 1 Ochiai, Nagachibata, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Prefecture Toyoda Gosei Co., Ltd. (72) Inventor Yu Akasaki 1-38, Jyoshin, Nishi-ku, Aichi Prefecture 805 (72) Inventor Hiroshi Amano Room No. 103, Bldg. 19, Nijigaoka Higashi Danchi, 21-21 Kamioka-cho, Meito-ku, Nagoya, Aichi

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、n伝導型を示すn層と、
p伝導型を示すp層と、その間に介在する発光層がモノ
接合、シングルヘテロ接合、又は、ダブルヘテロ接合で
形成された3層構造を有する発光素子において、 前記発光層には、マグネシウ(Mg)と亜鉛(Zn)が不純物と
して添加されていることを特徴とする発光素子。
1. A Group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0,
(Including Y = 0, X = Y = 0)), and an n layer showing an n conductivity type,
In a light emitting device having a three-layer structure in which a p-type layer having p-conductivity type and a light-emitting layer interposed between the layers are formed by a mono-junction, a single hetero-junction or a double hetero-junction, the light-emitting layer is ) And zinc (Zn) are added as impurities.
【請求項2】 3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
Y=0,X=Y=0 を含む) を用いて、n伝導型を示すn層と、
p伝導型を示す発光層とを有する発光素子において、 前記発光層には、マグネシウ(Mg)と亜鉛(Zn)が不純物と
して添加されていることを特徴とする発光素子。
2. A group III nitride semiconductor (Al x Ga Y In 1-XY N; X = 0,
(Including Y = 0, X = Y = 0)), and an n layer showing an n conductivity type,
A light emitting device having a p-conduction type light emitting layer, wherein magnesium (Mg) and zinc (Zn) are added as impurities to the light emitting layer.
【請求項3】 前記マグネシウ(Mg)は、濃度1 ×1018
1 ×1020/cm3で添加されていることを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の発光素子。
3. The magnesium (Mg) concentration is 1 × 10 18 to
The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device is added at 1 × 10 20 / cm 3 .
【請求項4】 前記亜鉛(Zn)は、濃度1 ×1018〜1 ×10
20/cm3で添加されていることを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の発光素子。
4. The zinc (Zn) has a concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10.
The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the light emitting device is added at 20 / cm 3 .
【請求項5】 前記発光層は、マグネシウ(Mg)が添加さ
れている薄膜と亜鉛(Zn)が添加されている薄膜とが繰り
返された薄膜多重層で形成されていることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の発光素子。
5. The light emitting layer is formed by a thin film multi-layer in which a thin film to which magnesium (Mg) is added and a thin film to which zinc (Zn) is added are repeated. The light emitting device according to claim 1 or 2.
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