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WO2002089220A1 - Iii group nitride compound semiconductor luminescent element - Google Patents

Iii group nitride compound semiconductor luminescent element Download PDF

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Publication number
WO2002089220A1
WO2002089220A1 PCT/JP2002/003996 JP0203996W WO02089220A1 WO 2002089220 A1 WO2002089220 A1 WO 2002089220A1 JP 0203996 W JP0203996 W JP 0203996W WO 02089220 A1 WO02089220 A1 WO 02089220A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
intermediate layer
emitting device
compound semiconductor
semiconductor light
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/003996
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shinya Asami
Hiroshi Watanabe
Jun Ito
Naoki Shibata
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 CNB028059166A priority Critical patent/CN1315199C/zh
Priority to DE60233478T priority patent/DE60233478D1/de
Priority to US10/472,544 priority patent/US7030414B2/en
Priority to KR1020037014029A priority patent/KR100583334B1/ko
Priority to EP02720559A priority patent/EP1383176B1/en
Publication of WO2002089220A1 publication Critical patent/WO2002089220A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y10S257/918—Light emitting regenerative switching device, e.g. light emitting scr arrays, circuitry

Definitions

  • the present invention relates to a Group III nitride compound semiconductor light emitting device. More specifically, the present invention relates to an in-group nitride-based compound semiconductor light emitting device that emits light of a relatively short wavelength.
  • a group 111 nitride compound semiconductor light emitting device is known as a light emitting diode that emits blue to green light.
  • Such an i ⁇ -nitride-based compound semiconductor light-emitting device is also used as a light-emitting diode that emits light of a shorter wavelength (near ultraviolet to ultraviolet) than visible light.
  • the present inventors have intensively studied to improve a group III nitride compound semiconductor light emitting device that emits light of a short wavelength, and as a result, have come to a light emitting device having the following configuration. That is, a multi-layer including a quantum well structure having an Iti GaN well layer and an A1 GaN barrier layer, and an InGa thinner than the InGaN well layer below the multi-layer. There is provided a group II nitride-based compound semiconductor light emitting device including an intermediate layer made of N.
  • the group III nitride-based compound semiconductor light emitting device configured as described above, it is possible to emit light having a shorter wavelength, for example, a wavelength of 360 to 550 nm, with a higher output than a conventional product.
  • a multi-layer including a quantum well structure having an InGaN well layer and an A1GaN barrier layer is adopted, and the thickness, growth rate, and growth temperature of the InGaN layer serving as the well layer are adopted. And control the thickness of the A 1 GaN layer serving as a barrier layer to optimize these.
  • the output of the group III nitride compound semiconductor light emitting device is improved.
  • optimization of the intermediate layer, which is the underlayer of the multi-layer is also aimed at, and from this point, the output of the group III nitride compound semiconductor light emitting device is improved.
  • Fig. 1 shows the relationship between the thickness of the InGaN layer serving as a well layer and the light emission intensity of the light emitting device.
  • C Fig. 2 shows the relationship between the growth rate of the InGaN well layer and the light emission intensity of the light emitting device. Is shown.
  • FIG. 3 shows the relationship between the growth temperature of the InGaN well layer and the light emission intensity of the light emitting device.
  • FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the A 1 G aN layer serving as a barrier layer and the emission intensity of the light emitting element.
  • FIG. 5 shows the relationship between the growth temperature of the InGaN first intermediate layer and the light emission intensity of the light emitting device.
  • FIG. 6 shows the group III nitride compound semiconductor layer in the light emitting device of one embodiment of the present invention. Show.
  • FIG. 7 shows a configuration of a light emitting device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a Group I nitride compound semiconductor layer in a light emitting device of another embodiment.
  • FIG. 9 shows a group III nitride compound semiconductor layer in a light emitting device of another embodiment.
  • FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the InGaN layer serving as a well layer and the emission intensity of the light-emitting element.
  • Figure 1.1 shows the relationship between the growth rate of the InGaN well layer and the emission intensity of the light emitting device.
  • FIG. 12 shows the relationship between the thickness of the A 1 GaN layer serving as a barrier layer and the emission intensity of the light-emitting element.
  • the wavelength range aimed at improving the light emission output is 360 to 550 nm, but the wavelength range is not particularly limited.
  • the more preferable wavelength range aiming at the improvement of the light emission output is from 360 to 520 nm, still more preferably from 360 to 490 nm, and still more preferably from 360 to 490 nm.
  • ⁇ 460 nm Most preferably, it is 360-430 nm.
  • a group III nitride compound semiconductor is represented by a general formula A 1 X G an 1-X- ⁇ N (0 ⁇ X ⁇ 1, 0 ⁇ Y ⁇ , 0 ⁇ X + ⁇ ⁇ ), A 1 ⁇ ,
  • 1 ⁇ At least part of the group elements may be replaced by boron (B), thallium (T 1), etc., and at least part of nitrogen (N) may be replaced by phosphorus (P) or arsenic (A). s), antimony (Sb), bismuth (Bi), etc.
  • the group III nitride compound semiconductor layer may include an arbitrary dopant.
  • Si, Ge, Se, Te, C, and the like can be used as the ⁇ -type impurity.
  • Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba and the like can be used as the p-type impurities. It is also possible, but not essential, to expose the Group III nitride compound semiconductor to electron beam irradiation, plasma irradiation or heating by a furnace after doping with the p-type impurity.
  • the method of forming the group III nitride compound semiconductor layer is not particularly limited.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • ⁇ ⁇ ⁇ molecular beam crystal growth
  • halide vapor deposition It can also be formed by a method ( ⁇ V ⁇ method), a sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, or the like.
  • a specific layer is formed using a specific group III nitride compound semiconductor.
  • the multiple layers of the present invention include an InGaN well layer and an A1GaN barrier layer, which are light emitting layers. It has a stacked structure in which both sides of the InGaN well layer are sandwiched between A1Gan layers.
  • the multi-S layer is formed by stacking one or two or more unit pairs of a laminate of an A1GAN layer and an InGaN well layer as a unit pair. It is a configuration in which G a N layers or G a N are stacked. That is, the uppermost layer on the p-type layer side is an A 1 GaN layer or a GaN layer. On the other hand, the lowermost layer on the intermediate layer side is also composed of an A 1 GaN layer or a GaN layer.
  • the number of unit pairs is preferably from] to 1.0, more preferably from 2 to 8, still more preferably from 3 to 7, even more preferably from 3 to 6, and most preferably 3.5.
  • the wavelength of the emitted light depends exclusively on the composition ratio of In and Ga in the 1 nGaN well layer.
  • Is to emit short-wavelength light more preferably c preferably be ⁇ 20% composition ratio of ⁇ n, 1 is 1-5%, and further more preferably 1 to ⁇ 0%, most Is also preferably 1 to 8%.
  • Fig. 1 shows the relationship between the thickness of the InGaN layer serving as the well layer and the light emission intensity of the light emitting device at 20 mA.
  • the light emitting intensity of the light emitting device is 2 OmA unless otherwise specified. Is shown.
  • the results in Fig. 1 are shown in the working examples (see Figs. 6 and 7).
  • the thicknesses of the InGaN well layers constituting the multi-layer were changed as shown on the horizontal axis, respectively. It is obtained.
  • the thickness of the InGaN well layer is preferably set to 90 to 200 A (9.0 to 20. O nm). More preferably,] 00-: 75 A (10.0-17.5 nm).
  • FIG. 2 shows the relationship between the growth rate of the InGaN well layer and the light emission intensity of the light emitting device. The results in FIG. 2 were obtained when the growth rate of the InGaN well layer constituting the multilayer was changed along the horizontal axis in the light emitting device shown in the example.
  • the growth rate of the InGaN layer is preferably 0.25 to 0.35 k / s (0.025 to 0.0S S nmZs).
  • the growth rate was controlled by changing the flow rates of the source gases (TMG, TMI, ammonia).
  • FIG. 3 shows the relationship between the growth temperature of the 1 nGaN well layer and the light emission intensity of the light emitting device.
  • the results in FIG. 3 are obtained when the growth temperature of the InGaN well layer forming the multilayer is changed as shown on the horizontal axis in the light emitting device shown in the example.
  • the growth temperature of the InGaN well layer is preferably set to 770 to 790 ° C. More preferably, it is 777 to 783 ° C.
  • FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the A 1 G a N layer serving as the barrier layer and the light emission intensity of the light emitting element. The results in FIG. 4 were obtained when the thickness of the AlGaN layer was changed as shown on the horizontal axis in the light emitting device shown in the example.
  • the thickness of the A 1 G aN layer is preferably 50 to: L 25 A (5.0 to ⁇ 2.5 nm).
  • the uppermost layer in the multiple layers functions as a cap layer, it is preferable that the uppermost layer is formed to be 1.0 to 3 °% thicker than other barrier layers.
  • This intermediate layer is formed by sequentially laminating a 1 nGaN first intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A1GaN third intermediate layer, and each is preferably non-doped.
  • the G aN third intermediate layer can be omitted. If the GaN second intermediate layer is omitted, the Al GaN third intermediate layer becomes the second intermediate layer.
  • the second intermediate layer may be regarded as a laminate of a GaN layer and an A 1 GaN layer.
  • FIG. 5 shows the relationship between the growth temperature of the InGaN first intermediate layer and the light emission intensity of the light emitting device. The results in FIG. 5 are obtained when the growth temperature of the InGaN intermediate layer was changed as shown on the horizontal axis in the light emitting device shown in the example.
  • the growth temperature of the TnGaN first intermediate layer be 770 to 875 ° C. More preferably, it is 800 to 850 ° C.
  • Fig. 10 The results in Fig. 10 are shown in the working examples (see Figs. 6 and 7).
  • the thickness of the I11GaN well layer is preferably set to 20 to 60 A (2.0 to 6.0 nm). More preferably, it is 35 to 5 ⁇ (3.5 to 5.0 nm).
  • the results in FIG. 11 show that the light emitting device shown in the example has multiple layers of InGa This was obtained when the growth rate of the N well layer was changed as shown on the horizontal axis. From the results of Fig. 1.1, it is preferable that the growth rate of the InGaN well layer be 0.08 to 0.18 AZ s (0.008 to 0.018 nm / s). Understand. To obtain the results shown in Fig. 11, the growth rate was controlled by changing the flow rate of the material gases (TMG, TM ⁇ , and ammonia).
  • the material gases TMG, TM ⁇ , and ammonia
  • the thickness of the A 1 GaN layer was changed along the horizontal axis in the light emitting device shown in the example. From the results in FIG. 12, it is understood that the thickness of the A 1 G aN layer is preferably set to 75 to: L 35 A (7.5 to 13.5 nm). In one aspect of the present invention, it is preferable that the barrier layer be formed to be thicker than the well layer.
  • FIG. 6 shows a semiconductor laminated structure of the light emitting diode 1 of the embodiment.
  • Top layer 15 d A 1 0.04-0.10 G a o.ye-o.90 N (5-10.5 nm) Barrier layer 1 5 c A 0.04-0.G 3 0.96-0.90 N (5-10.5 nm) Well layer 1 5 b I n 0.01-0.07 ⁇ a 0.99-0.9:) N (3.5-5 nm) Bottom layer 15 a A 0.04-0.10 s 3 0.96-0.90 N (5-10.5 nm)
  • Second intermediate layer 14 b G a N (lOnm) 1st middle layer 14 a: 1 n 0.01-0.10 G 0.99-0.90 N (200
  • n-type layer 13 n— G a N: S i (4 ⁇ m)
  • Knob layer 1 2 A 1 N (20 nm) substrate 11 1: sapphire (a-plane) (350 ⁇ m)
  • carrier The concentrations are as follows.
  • the carrier concentration of the second p-type layer 17 is 1 ⁇ 10 17 Z cm 3 or more.
  • the intermediate layers 14a to 14c are substantially undoped.
  • the carrier concentration of n-type layer 13 is 1.0 X 10 18 Zcm 3 or more.
  • the substrate temperature (growth temperature) was set at 1000 ° C. or higher for the n-type layer] .3, the first p-type layer 16 and the second p-type layer 17.
  • a so-called low-temperature buffer layer can be used as the buffer layer
  • a high-temperature buffer layer is employed in this embodiment (see Japanese Patent Publication No. 200:!.
  • the light emitting diode having the above configuration is manufactured as follows.
  • the sapphire substrate 11 is heated to 110 ° C. while flowing hydrogen gas into the reactor of the MOCVD apparatus to clean the surface (a surface).
  • an n-type layer 13 is formed while the substrate temperature is kept at 110 ° C., and the subsequent group III nitride compound semiconductor layers 14 to 17 are formed according to a conventional method (MOC VD method). To achieve.
  • ammonia gas and an alkyl compound gas of a group II element such as trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), and trimethylindium ( ⁇ ⁇ ⁇ ) are heated to an appropriate temperature. It is supplied onto a substrate and subjected to a thermal decomposition reaction, whereby a desired crystal is grown on the substrate.
  • Silane-disilane is used to introduce silicon (Si) as an impurity
  • magnesium is used as an impurity.
  • RC 5 HJ 2 Mg is used to introduce Pg (Mg).
  • the substrate temperature for growing the first intermediate layer 1-4a is preferably 770 to 875 ° C (see FIG. 5). In this embodiment, the substrate temperature is 800 ° C. It was decided.
  • the substrate temperature when growing the InGaN well layer 15b in the multilayer ⁇ 5 is preferably 770 to 790 ° C. as shown in FIG. 3, and in this embodiment, the substrate temperature is 780 ° C.
  • the growth temperature of the A 1 G aN layer 15 a in the multi-layer 15 is not particularly limited as long as the well layer containing indium (In) does not disappear, but in this embodiment, the substrate temperature is set at 885. did.
  • the first P-type layer The substrate temperature of 6 and the second p-type layer 17 was maintained at 1 000 ° C.
  • a part of the semiconductor layer is removed by reactive ion etching using TiZNi as a mask to expose the n-type layer 13 where the n-electrode pad 21 is to be formed (see FIG. 7).
  • a photoresist is uniformly applied on the semiconductor surface, and the photolithography and photolithography are performed to remove the resist on the electrode forming portion on the second p-type layer 17 and to remove the second p-type resist on the portion.
  • the mold layer 17 is exposed.
  • An Au—Co translucent electrode layer 19 is formed on the exposed second p-type layer 17 by an evaporation apparatus.
  • the P electrode pad 20 and the n electrode pad 21 are deposited in the same manner.
  • the short-wavelength light having a peak wavelength at 382 nm was efficiently emitted from the light emitting diode thus configured.
  • the lowermost layer 15a 'of the multi-layer 1.5 in the device of the first embodiment was made of GaN.
  • Other configurations are the same as in the first embodiment.
  • short-wavelength light having a peak wavelength at 382 nm was efficiently emitted.
  • Third embodiment in this embodiment, as shown in FIG. 9, in the device of the first embodiment, the lowermost layer 15a 'of the multilayer 15 is made of GAN, and the uppermost layer 15d' is made of GAN. It consisted of: Other configurations are the same as in the first embodiment.
  • the semiconductor configuration of the light emitting diode of this embodiment is the same as that shown in FIG. 6, and the specifications of each layer are as follows: u composition: dopant (thickness) Second p-type layer 17 p—A 10 02 G a 0 98 N:. ... M g (75nm) first p-type layer ⁇ 6 P - a 1 o 10 _ 0 45 G a o 90-0 55 N: Mg ( less than 70 nm)
  • Top layer 1 5 d A 10.04-0.20 * ° 3 0.96-0.80 N (5-18. Onm) Barrier layer 1 5 c A 1 0.04-0.20 G a 0 .0.80 N (5-13.5 nm) Well layer 1 5 b 1 n 0.01-0.20 G a 0.99-0 (2-6nm) Bottom layer 1 5a A 1 ⁇ .04-0.20 G a 0.96-0.80 N (5-13.5nm) Third intermediate layer 1 4c : A 1 10-0.45 c a 0.90-0.55 N (lOnm) Second intermediate layer 1 4 b: G a N (10
  • First intermediate layer 14a In 0.01-0. L0, G'a 0.99-0.90N (200- n-type layer 13: n-GaNSi (4 m) Buffer layer 12: A1N (20 nm) Substrate 11: Sapphire (a-plane) (350 ⁇ m) However, the carrier concentration is as follows.
  • the carrier concentration of the second p-type layer 17 is 5 ⁇ 10 16 / cm 3 or more.
  • the carrier concentration of the p-type layer 16 of!. Is 0.5 to 2.0 ⁇ 10 17 cm 3 ,
  • the intermediate layers 14a-c are substantially undoped.
  • the carrier concentration of n-type layer ⁇ 3 is 1.0 ⁇ 10 18 Zcm 3 or more.
  • a group III nitride compound semiconductor light emitting device comprising an intermediate layer made of 1 n G a N thicker than an a N well layer, wherein the group III nitride compound has at least one of the following requirements (1) to (4):
  • Semiconductor light emitting device
  • the thickness of the InGaN well layer is 9.0 to 20 nm
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C
  • the thickness of the A 1 GaN layer is 5.0 to 12.5 nm.
  • a method according to item 1 or 2 wherein a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of GAN.
  • Group nitride-based compound semiconductor light-emitting device
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is composed of G aN and A 1 G a N, 1 or 2 III described in Group III compound semiconductor light emitting device.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the 1r> GaN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of A1GaN. ⁇ : [Group-nitride-based compound semiconductor light emitting device.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating a 3 1 n GaN intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A 1 GaN third intermediate layer is formed below the multilayer.
  • ⁇ a group nitride-based compound semiconductor light-emitting device.
  • the lowermost layer of the multilayer that is in contact with the third intermediate layer is made of A 1 G aN or G a N
  • the uppermost layer that is in contact with the P-type layer in the multilayer is made of A 1 G aN or G a N 5.
  • Group III nitride having a quantum well structure having a 1 11 n GaN well layer and an A 1 GaN barrier layer, and having a multi-layer including a layer emitting light of a wavelength of 60 to 550 nm.
  • a method of manufacturing a compound-based compound semiconductor light-emitting device comprising at least one of the following requirements (3) and (4):
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.025 to 0.035 nm / s,
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • an InGaN first intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A1GaN third intermediate layer are sequentially stacked under the multilayer.
  • the InGaN first intermediate layer is formed at a growth temperature of 770 to 875 ° C.
  • Device manufacturing method is a method for forming the InGaN first intermediate layer at a growth temperature of 770 to 875 ° C.
  • a group IU nitride-based compound semiconductor light-emitting device provided with an intermediate layer, comprising:
  • the thickness of the InGaN well layer is 9.0 to 20 nm
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.025 to 0.035 nmZs
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C
  • the thickness of the A 1 GaN layer is 5.0 to 12.5 nm.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the 1 nG aN intermediate layer, and the second intermediate layer comprises G aN and A 1 G aN. 25.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating a 23 I n G N first intermediate layer, a G aN second intermediate layer, and an A 1 G a N third intermediate layer is formed under the multilayer. 3.
  • the lowermost layer of the multilayer in contact with the third intermediate layer is from A 1 G a N or G a N 25.
  • the Group III nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to 23 or 24, wherein the uppermost layer in contact with the P-type layer in the multiple layers is made of A 1 GaN or GaN.
  • the growth temperature of the above-mentioned inG aN No. 1.intermediate layer is 770 ⁇ 875 ° C, 23 ⁇
  • the thickness of the InGaN well layer is 9.0 to 20 nm
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.025 to 0.035 nmz
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770-790 ° C
  • the thickness of the GaN layer is 5.0 to 12.5 nm.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is composed of G aN and A] G aN. 3.
  • the lowermost layer of the multilayer that is in contact with the third intermediate layer is made of A 1 G aN or G a N
  • the uppermost layer that is in contact with the P-type layer in the multilayer is made of A 1 G aN or G a N 35.
  • the growth temperature of the T n G a N first intermediate layer is 770 to 875 ° C
  • the multilayer includes a light-emitting layer.
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.025 to 0.035 nm, s.
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • an In GaN first intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A 1 GaN third intermediate layer are sequentially stacked under the multilayer.
  • 41. The group III nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to 41, wherein the intermediate layer is formed at a growth temperature of 770 to 875 ° C. Production method.
  • This is a method for manufacturing a multilayer body including a multilayer including a quantum well structure having a 511 nGaN well layer and an A1GaN barrier layer, and at least one of the following requirements (3) and (4) is implemented.
  • a method for producing a laminate
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.025 to 0.035 nm / s, 4
  • the previous growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating an I n G N first intermediate layer, a G a N second intermediate layer, and an A 1 G a N third intermediate layer is formed under the multilayer. 51.
  • Group III nitride-based compound semiconductor light emitting device comprising an intermediate layer made of InG aN thicker than the InGaN well layer, wherein the group III nitride-based compound has at least one of the following requirements (1) to (4): Compound semiconductor light emitting device,
  • the thickness of the 1 nGaN well layer is 2.0 to 6.0 nm.
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.008 to 0.01.8 n mZs
  • the growth temperature of the T nG a N well layer is 770 to 790 ° C.
  • the thickness of the A 1 GaN layer is 7.5 to 13.5 nm.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of GAN.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer comprises G aN and A 1 G aN. 13.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the T nG aN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of A 1 G a N, 10 ° or].
  • an intermediate layer formed by sequentially laminating an intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A 1 GaN third intermediate layer is formed below the multilayer, 101 or 10.
  • the lowermost layer of the multilayer that is in contact with the third intermediate layer is made of A 1 G aN or G a N, and the uppermost layer that is in contact with the P-type layer in the multilayer is A 1 G aN or G a.
  • the 1: 1: 1 group nitride-based compound semiconductor light emitting device according to 105 wherein the lowermost layer is made of A1Gan, and the uppermost layer is made of A1Gan.
  • the group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to 105 wherein the lowermost layer is made of GaN, and the uppermost layer is made of A1Gan.
  • a method for manufacturing a group III nitride compound semiconductor light emitting device comprising:
  • the growth rate of the nGaN well layer is 0.008-0.018 nm s
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • a multi-layer including a quantum well structure having a 1 2 1 InGaN well layer and an A1GaN barrier layer; and an InGa thinner under the multilayer than the InGaN well layer.
  • a Group III nitride-based compound semiconductor light-emitting device comprising an intermediate layer made of N, wherein the Group III nitride-based compound semiconductor light-emitting device has at least one of the following requirements (1) to (4): 2
  • the thickness of the InGaN well layer is 2.0 to 6.0 nm.
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.008 to 0.018 nm / s,
  • the growth temperature of the G n G a N well layer is 770 to 790 ° C.
  • the thickness of the A 1 G aN layer is 7.5 to 3.5 nm.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is composed of G aN and A 1 G aN. 13.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of A1GaN. 23.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating a first intermediate layer of nGaN, a second intermediate layer of GAN and a third intermediate layer of A1GAN is formed below the multilayer. 13.
  • the lowermost layer of the multilayer that is in contact with the third intermediate layer is made of AIG a N or G a N
  • the uppermost layer that is in contact with the P-type layer in the multilayer is made of A 1 G a N or G a N, 123.
  • the Group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to 123 or 1.24. 1.26 The Group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to 125, wherein the lowermost layer is made of A1Gan, and the uppermost layer is made of A1Gan.
  • the lowermost layer is composed of G a N
  • the uppermost layer is composed of A a G a N. 1 2 6.
  • the group III nitride compound semiconductor light-emitting device according to any one of 123 to 128, wherein the growth temperature of the InGa afirst intermediate layer is 770 to 875 ° C.
  • the thickness of the InGaN well layer is 2.0 to 6.0 nm.
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.008-0.0 ⁇ 8 nm, s.
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C
  • the thickness of the A 1 GaN layer is 7.5 to: I 3.5 nm.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is composed of G aN.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the TnGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is composed of GaN and AIGaN. Or the laminate according to item 13.
  • a second intermediate layer is formed between the quantum well structure and the InGaN intermediate layer, and the second intermediate layer is made of A 1 G a N.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating a first intermediate layer of GaN, a second intermediate layer of GaN and a third intermediate layer of GaN is formed below the multilayer. 31.
  • the lowermost layer of the multilayer that is in contact with the third intermediate layer is made of A 1 G aN or G a N
  • the uppermost layer that is in contact with the p-type layer in the multi-layer is made of A 1 G aN or G a N 133.
  • a method for manufacturing a Group III nitride compound semiconductor light emitting device having a multi-layer including a quantum well structure having an InGaN well layer and an A] GaN barrier layer comprising at least the following: A method for manufacturing an in-nitride-based compound semiconductor light emitting device that satisfies one of requirements 3 and 4,
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.008 to 0.018 nmZs.
  • the growth temperature of the 1 nGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • an InGaN first intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and a ⁇ 1Gan third intermediate layer are sequentially stacked under the multilayer.
  • the InGaN first intermediate layer is formed at a growth temperature of 770 to 875 ° C. 141. Child manufacturing method.
  • InGaN well layer and A ⁇ GaN layer A method of manufacturing a multilayer body having multiple layers including a subwell structure, wherein the manufacturing method of the multilayer body implements at least one of the following requirements (3) and (4):
  • the growth rate of the InGaN well layer is 0.008 to 0.01.8 nm / s,
  • the growth temperature of the InGaN well layer is 770 to 790 ° C.
  • An intermediate layer formed by sequentially laminating an In GaN first intermediate layer, a GaN second intermediate layer, and an A 1 GaN third intermediate layer is formed below the multilayer.

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Description

明 細 書
1 1 1族窒化物系化合物半導体発光素子 技術分野
本発明は Π Ι族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。 詳しくは、 比較的短 い波長の光を放出する in族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。 背景技術
111 族窒化物系化合物半導体発光素子は青系〜緑系色の光を放出する発光ダイ オードとして知られている。 かかる ιπ族窒化物系化合物半導体発光素子は可視 光より更に短波長の光 （近紫外〜紫外） を放出する発光ダイオードとしても使用 されている。
従来から短波長の光を放出する ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子は知られ ているが、 昨今この発光素子にはより高い発光効率と出力が要求されている。 発明の開示
本発明者らは、 短波長の光を放出する Π Ι族窒化物系化合物半導体発光素子を 改良すべく鋭意検討してきた結果、 下記構成の発光素子に想到するに至った。 即 ち、 I ti G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重 層と、 該多重層の下方に前記 I n G a N井戸層より厚い I n G a Nからなる中間 層と備える II I族窒化物系化合物半導体発光素子が提供される。
このように構成された ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子によれば、 従来品 に比べて高い出力で短波長、 例えば、 3 6 0〜5 5 0 n mの波長の光を放出可能 となる。
更に、 I n G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む 多重層を採用し、 井戸層となる I n G a N層の膜厚、 成長速度、 成長温度を制御 し、 バリア層となる A 1 G a N層の膜厚を制御して、 これらの最適化を図る。 こ れにより、 I I I族窒化物系化合物半導体発光素子の出力を向上させる。 更には、 多重層の下地層となる中間層の最適化も図り、 この点からも ΠΙ族窒 化物系化合物半導体発光素子の出力向上を目指す。 図面の簡単な説明
図 1は井戸層となる I n G a N層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す c 図 2は I n G a N井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。 図 3は I n G a N井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す。 図 4はバリア層となる A 1 G a N層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示 す。
図 5は I n G a N第 1中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す c 図 6はこの発明の一の実施例の発光素子における I I I族窒化物系化合物半導体 層を示す。
図 7はこの発明の一の実施例の発光素子の構成を示す。
図 8は他の実施例の発光素子における Π 1族窒化物系化合物半導体層を示す。 図 9は他の実施例の発光素子における Π Ι族窒化物系化合物半導体層を示す。 図 1 0は井戸層となる I n G a N層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示 す。
図 1. 1は I n G a N井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。 図 1 2はバリア層となる A 1 G a N層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を 示す。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明について詳細に説明していく。
この発明の一の局面でその発光出力向上を目指す波長範囲は、 3 6 0〜5 5 0 n mであるが、 波長範囲は特に限定されない。 この発明でその発光出力向上を目 指す更に好ましい波長範囲は、 3 6 0〜5 2 0 n mであり、 更に更に好ましくは 3 6 0〜4 9 0 n mであり、更に更に更に好ましくは 3 6 0〜 4 6 0 n mであり、 最も好ましくは 3 6 0〜4 3 0 nmである。
この明細書において、 ΠΙ族窒化物系化合物半導体は一般式として A 1 XG a n 1 - X - Υ N ( 0≤ X≤ 1 , 0≤ Y≤ , 0≤ X + Υ≤ ) で表され、 A 1 Ν、
G a N及び I n Nのいわゆる 2元系、 A l xG a ^ XN、 A 1 x 1 n ,— x N及び G a x T nい XN (以上において 0く x < ] ) のいわゆる 3元系を包含する。 1丄[族 元素の少なく とも一部をボロン （B)、 タリウム （T 1 ) 等で置換しても良く、 ま た、 窒素 （N) の少なく とも一部もリン （P)、 ヒ素 （A s )、 アンチモン （S b)、 ビスマス （B i ) 等で置換できる。 Ι:Π 族窒化物系化合物半導体層は任意のドー パン卜を含むものであっても良い。 η型不純物として、 S i 、 G e、 S e、 T e、 C等を用いることができる。 p型不純物として、 Mg、 Z n、 B e、 C a、 S r、 B a等を用いることができる。 なお、 p型不純物をドープした後に ΪΠ族窒化物 系化合物半導体を電子線照射、 プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすこと も可能であるが必須ではない。 Πΐ 族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に 限定されないが、 有機金属気相成長法 （MOCVD法） のほか、 周知の分子線結 晶成長法 （Μ Β Ε法）、 ハライ ド気相成長法 （ Η V Ρ Ε法）、 スパッタ法、 イオン プレーティング法、 電子シャワー法等によっても形成することができる。
この発明では、 特定の III族窒化物系化合物半導体を用いて特定の層を形成し ている。
この発明の多重層の中には発光する層である I n G a N井戸層と A 1 G a Nバ リア層とが含まれる。 そして、 I n G a N井戸層の両側を A 1 G a N層で挟んだ 積層構造を有する。
別の局而において、 多 S層は A 1 G a N層と I n G a N井戸層との積層物を単 位ペアとして、 この単位ペアが 1又は 2以上積層され、 最後に前記 A l G a N層 又は G a Nが積層された構成である。 即ち p型層側の最上層は A 1 G a N層又は G a N層となる。他方、中間層側の最下層も A 1 G a N層又は G a N層からなる。 最上層を A 1 G a Nとしかつ最下層を A 1 G a Nとする組合せ、 最上層を A】 G a Nとしかつ最下層を G a Nとする組合せ、 最上層を G a Nとしかつ最下層を G a Nとする組合せが好ましい。 単位ペアの数は].〜 1. 0とすることが好ましく、 更に好ましくは 2〜 8、 更に 更に好ましくは 3〜 7、 更に更に更に好ましくは 3〜6、 最も好ましくは 3. 5 である。
放出される光の波長は専ら 1 n G a N井戸層における I nと G aの組成比に依 存する。
短波長の光を放出させるには〖 nの組成比を ΐ〜 20 %とすることが好ましい c 更に好ましくは、 1〜 1 5%であり、 更に更に好ましくは 1〜丄 0%であり、 最 も好ましくは 1〜8%である。
井戸層となる I nG a N層の膜厚と発光素子の 20 m Aでの発光強度との関係 を図 1に示す （以下、 特にことわりのない限り発光素子の発光強度は 2 OmA印 加時の発光強度を示す。）。 図 1の結果は、 実施例に示す （図 6， 7参照） 発光素 子 1 において、 多重層を構成する I n G a N井戸層の厚さをそれぞれ横軸のよう に変化させたときに得られたものである。
図 1の結果より、 I nG a N井戸層の膜厚は 90〜200 A (9. 0〜20. O nm) とすることが好ましいことがわかる。 更に好ましくは、 ] 00〜： 7 5 A (1 0. 0〜1 7. 5 n m) である。
I nG a N井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を図 2に示す。 図 2の結果は、 実施例に示す発光素子において、 多重層を構成する I nG a N 井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。
図 2の結果より、 I nG a N并戸層の成長速度は 0. 25〜0. 35 k/ s (0. 025〜0. O S S nmZ s) とすることが好ましいことがわかる。
図 2の結果を得るに当たり、 成長速度は材料ガス （TMG、 TMI、 アンモニ ァ） の流量を変化させることにより制御した。
1 n G a N井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図 3に示す。 図 3の結果は、 実施例に示す発光素子において、 多重層を構成する I n G a N 井戸層の成長温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。 図 3の結果より、 I nG a N井戸層の成長温度は 7 70〜7 90°Cとすること が好ましい。 更に好ましくは 7 77〜 78 3°Cである。 バリア層となる A 1 G a N層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を図 4に示 す。 図 4の結果は、 実施例に示す発光素子において、 A l G a N層の厚さをそれ ぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。
図 4の結果より、 A 1 G a N層の膜厚は 50〜： L 2 5 A ( 5. 0〜丄 2. 5 n m) とすることが好ましいことがわかる。
なお、 多重層において最上層はキャップ層の働きをするので、 他のバリア層よ り ：1.0〜 3◦ %厚く形成することが好ましレ、。
この発明の他の局而は多重層の下にある中間層に注目している。 この中間層は 1 n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層 してなり、 それぞれノンドープとすることが好ましい。 A】 G a N第 3中間層を 省略することができる。 G a N第 2中間層を省略すると、 A l G a N第 3中間層 が第二中間層となる。 第二中間層を G a N層と A 1 G a N層の積層と捉えても良 レ、。
I nG a N第 1中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図 5に示す。 図 5の結果は、 実施例に示す発光素子において、 I n G a N第].中間層の成長 温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。
図 5の結果より、 T nG a N第 1中間層の成長温度は 7 70〜8 75°Cとする ことが好ましい。 更に好ましくは 800〜 8 50°Cである。
本発明者等の更なる検討により、 I nG a N井戸層及び A 1 G a Nバリア層を 以下の条件とした場合にも好ましい発光出力の得られることがわかった。 即ち、 図 ]. 0、 図 ]. 1及び図 1 2に示す条件において、 特に 360〜430 nmの波長 において、 好ましい発光出力が得られた。
図 1 0の結果は、 実施例に示す （図 6, 7参照） 発光素子:【において、 多重層 を構成する I nG a N井戸層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得 られたものである。 図 1 0の結果より、 I 11 G a N井戸層の膜厚は 20〜 60 A (2. 0〜6. 0 nm) とすることが好ましいことがわかる。 更に好ましくは、 35〜5 θΑ (3. 5〜5. 0 n m) である。
図 1 1の結果は、 実施例に示す発光素子において、 多重層を構成する I nG a N井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。 図 1 .1の結果より、 I n G a N井戸層の成長速度は 0. 08〜0. 1 8 AZ s (0. 008〜0. 0 1 8 n m/s ) とすることが好ましいことがわかる。 図 1 1の結 果を得るに当たり、 成長速度は材料ガス （TMG、 TM〖、 アンモニア） の流量 を変化させることにより制御した。
図 ]. 2の結果は、 実施例に示す発光素子において、 A 1 G a N層の厚さをそれ ぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。 図 1 2の結果より、 A 1 G a N層の膜厚は 75〜： L 35 A (7. 5〜1 3. 5 n m) とすることが好ま しいことがわかる。 この発明の一局面では、 バリア層を井戸層よりも厚膜に形成 することが好ましい。 実施例
次にこの発明の実施例について説明する。
第 1実施例
実施例の発光ダイォード 1の半導体積層構造を図 6に示す。
各層のスペックは次の通りである。 組成： ドーパント (膜厚〕 第 2の p型層 ] 7 p— A 10.02G a 0.98N:Mg (75nm) 第 1の p型層 1 6 p— A -0.45 G a 0-0.55 N:Mg (70nm未満） 多重層 15 ：
最上層 1 5 d A 1 0.04-0.10 G a o. ye-o.90 N (5-10.5nm) バリア層 1 5 c A 0.04-0. G 3 0.96-0.90 N (5 - 10.5nm) 井戸層 1 5 b I n 0.01-0.07^ a 0.99-0.9:)N (3.5 - 5nm) 最下層 1 5 a A 0.04-0.10 し 30.96-0.90 N (5-10.5nm) 第 3中間層 14 c ： A 10.10-0.45 a 0.90- 0.55 N (lOnm) 第 2中間層 14 b ： G a N (lOnm) 第 1中間層 14 a ： 1 n 0.01-0.10 G 0.99-0.90 N (200—
n型層 1 3 ： n— G a N ： S i (4 μ m) ノくッファ層 1 2 : A 1 N (20 nm) 基板 1 1 ： サファイア （ a面) (350 μ m) ただし、 キヤリァ濃度については次の通りである。
第 2の p型層 1 7のキヤリァ濃度は 1 X 1 017Z c m 3以上である。
第 1の P型層 1 6のキャリア濃度は 0. 5〜2. 0 X 1 01？/^ m3である。 中間層 14 a〜 1 4 cは実質的にノンドープである。
n型層 1 3のキヤリァ濃度は 1. 0 X 1 018Zc m3以上である。
また、 基板温度 （成長温度） については、 n型層 ]. 3、 第 1.の p型層 1 6及び 第 2の p型層 1 7については 1000°C以上とした。 バッファ層はいわゆる低温 バッファ層の使用も可能であるが、 この実施例では高温バッファ層を採用してい る （特公開 200 ：!.— 0 1 5443号参照）。 上記構成の発光ダイォードは次のようにして製造される。
まず、 MOCVD装置の反応装置内へ水素ガスを流通させながら当該サフアイ ァ基板 1 1を 1 1 30°Cまで昇温して表面 （a面） をクリーニングする。
その後、 その基板温度において TM A及び NH 3を導入して A 1 N製のバッフ ァ層 1 2を MOC VD法で成長させる。
次いで、 基板温度を 1 1 30°Cに維持した状態で n型層 1 3を形成し、 それ以 降の III族窒化物系化合物半導体層 14〜 1 7を常法 （MOC VD法） に従い形 成する。
MO C VD法においては、アンモニアガスと 丄 Π族元素のアルキル化合物ガス、 例えばトリメチルガリウム （TMG)、 卜リメチルアルミニウム （TMA) やトリ メチルインジウム （ΤΜ ί ) とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分 解反応させ、 もって所望の結晶を基板の上に成長させる。 不純物としてシリコン (S i ) を導入するためにシランゃジシランが用いられ、 不純物としてマグネシ ゥム （Mg) を導入するために （RC5HJ 2Mgが用いられる。
既述のように第 1の中間層 1- 4 aを成長させるときの基板温度は 770〜 8 7 5 °Cとすることが好ましく （図 5参照）、 この実施例では基板温度を 800 °Cとし た。
多重層丄 5における I n G a N井戸層 1 5 bを成長させるときの基板温度は、 図 3に示すとおり、 7 70〜 790°Cとすることが好ましく、 この実施例では基 板温度を 780°Cとした。
多重層 1 5における A 1 G a N層 1 5 aの成長温度は、 インジウム （ I n) を 含む井戸層が消失しない温度であれば特に限定されないが、 この実施例では基板 温度を 8 85 とした。
第 1の P型層 ]. 6及び第 2の p型層 1 7の基板温度は 1 000 °Cに維持した。 次に、 T i ZN i をマスクとして半導体層の一部を反応性イオンエッチングに より除去し、 n電極パッド 2 1を形成すべき n型層 1 3を表出させる（図 7参照）。 半導体表面上にフォトレジス トを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、 第 2の p型層 1 7の上の電極形成部分のフォ 1、レジストを除去して、 その部分の 第 2の p型層 1 7を露出させる。 蒸着装置にて、 露出させた第 2の p型層 1 7の 上に、 A u— C o透光性電極層 1 9を形成する。
次に、 同様にして P電極パッド 20、 n電極パッド 2 1を蒸着する。
このように構成された発光ダイォ一ドからは、 38 2 nmにピーク波長を有す る短波長光が効率よく放出された。 第 2実施例
この実施例は、 図 8に示すように、 第 1実施例の素子において多重層 1. 5の最 下層 1 5 a ' を G a Nからなるものとした。他の構成は第 1実施例と同様である。 この実施例においても、 382 nmにピーク波長を有する短波長光が効率よく 放出された。 第 3実施例 この実施例は、 図 9に示すように、 第 1実施例の素子において多重層 1 5の最 下層 1 5 a ' を G a Nからなるものとし、 かつ最上層 1 5 d ' を G a Nからなる ものとした。 他の構成は第 1実施例と同様である。
この実施例においても、 3 8 2 n にピーク波長を有する短波長光が効率よく 放出された。 第 4実施例
この実施例の発光ダイォードの半導体構成は図 6に示すものと同一であり、 各層のスペックを次の通りとした u 組成： ドーパン卜 (膜厚） 第 2の p型層 1 7 p— A 10 02 G a 0 98N： M g (75nm) 第 1の p型層丄 6 P - A 1 o.10_0.45 G a o.90-0.55N： Mg (70nm未満)
15 ：
最上層 1 5 d A 10.04-0.20 *° 3 0.96-0.80 N (5-18. Onm) バリア層 1 5 c A 1 0.04-0.20 G a 0. •0.80 N (5-13.5nm) 井戸層 1 5 b 1 n 0.01-0.20 G a 0.99-0 (2-6nm) 最下層 1 5 a A 1 ϋ.04-0.20 G a 0.96-0.80 N (5-13.5nm) 第 3中間層 1 4 c : A 1 10-0.45 c a 0.90-0.55 N (lOnm) 第 2中間層 1 4 b ： G a N (10—
第 1中間層 1 4 a ： I n 0.01- 0. L0 、G' a 0.99-0.90 N (200— n型層 1 3 ： n - G a N S i (4μ m) バッファ層 1 2 : A 1 N (20 nm) 基板 1 1 : サファイア （ a面） (350 μ m) ただし、 キヤリァ濃度については次の通りである。
第 2の p型層 1 7のキヤリァ濃度は 5 X 1 016/c m3以上である。
第：!.の p型層 1 6のキャリア濃度は 0. 5〜 2. 0 X 1 017 c m3である, 中間層 14 a〜 cは実質的にノンドープである。
n型層丄 3のキヤリァ濃度は 1. 0 X 1 018Zc m3以上である。 産業上の利用可能性
この発明は、 上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるもので はない。 特許請求の範囲の記載を逸脱せず、 当業者が容易に想到できる範囲で種 々の変形態様もこの発明に含まれる。
本出願は、 200 1年 4月 25 日出願の日本特許出願 （特願 200 1.— 1 2 8 507)、 200 1年 6月 4日出願の日本特許出願（特願 200 1—丄 6 758 9) に基づくものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。 以下、 次の事項を開示する。
上 360〜 550 nmの波長の光を放出し、 I n G a N井戸層と A 1 G a Nバ リア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、 該多重層の下方に前記 I nG a N井戸層より厚い 1 n G a Nからなる中間層と備える III族窒化物系化合物半導 体発光素子であって、 下記要件②〜⑤の少なく とも 1つを有する ΙΠ族窒化物系 化合物半導体発光素子、
② 前記 I n G a N井戸層の膜厚が 9. 0〜20. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 25〜0. O S S nm^sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜790°Cである、
⑤ 前記 A 1 G a N層の膜厚は 5. 0〜： 1 2. 5 nmである。
2 前記 I n G a N井戸層の膜厚が前記 A 1 G a N層の膜厚より厚い、 1.に記載 の 111族窒化物系化合物半導体発光素子。
2- 1 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 1.又は 2に記載の ΠΙ族窒化物系化合 物半導体発光素子。
2- 2 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は G a N及び A 1 G a Nからなる、 1又は 2に記載の III 族窒化物系化合物半導体発光素子。
2- 3 前記量子井戸構造と前記 1 r> G a N中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 1.又は 2に記載の Π: [族窒化物系 化合物半導体発光素子。
3 1 n G a N第丄中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次 積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 1.又は 2に記載の ΠΙ: 族窒化物系化合物半導体発光素子。
4 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 3に記載の III族窒化物系化 合物半導体発光素子。
5 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nからな り、 前記多重層において P型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a Nから なる、 3又は 4に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
6 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 5に 記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
7 前記最下層は G a Nからなり、前記最上層は G a Nからなる、 5に記載の III 族窒化物系化合物半導体発光素子。
8 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 5に記載 の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。
9 前記 1 n G a N第 1 中間層の成長温度は 7 70〜8 7 5°Cである、 3〜8の いずれかに記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 1 1 n G a N井戸層と A 1 G a Nバリァ層とを有する量子井戸構造を有し、 3 60〜550 nmの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備える ΠΙ族窒化 物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 少なく とも下記要件③及び④の いずれかを実行する III族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 25〜0. 03 5 n m/sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 790°Cである。
1 2 前記 III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層し てなる中間層が形成されており、 前記 I n G a N第 1中間層を 7 70〜 8 7 5 °C の成長温度で形成する、 1. 1に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子の製 造方法。
2 1 1 n G a N井戸層と A】 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む多 重層と、 該多重層の下方に前記 I nG a N井戸層より厚い I ii G a Nからなる中 問層と備える IU族窒化物系化合物半導体発光素子であって、 下記要件②〜⑤の 少なくとも 1つを有する ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子、
② 前記 I n G a N井戸層の膜厚が 9. 0〜20. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 25〜0. 035 n mZ sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 7 90°Cである、
⑤ 前記 A 1 G a N層の膜厚は 5. 0〜 1 2. 5 nmである。
22 前記 I n G a N井戸層の膜厚が前記 A 1 G a N層の膜厚より厚い、 2 1に 記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
22- 1 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 2 1又は 22に記載の III族窒化物 系化合物半導体発光素子。
22- 2 前記量子井戸構造と前記 1 nG a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は G a N及び A 1 G a Nからなる、 2 1又は 22に記載 の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。
22- 3 前記量子井戸構造と前記 1 nG a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 2 1又は 22に記載の III族窒 化物系化合物半導体発光素子。
23 I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順 次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 2 1又は 2 2に記載 の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
24 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 23に記載の ΙΠ族窒化物 系化合物半導体発光素子。
25 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nから なり、 前記多重層において P型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a Nか らなる、 23又は 24に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。
26 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 2 5に記載の [II族窒化物系化合物半導体発光素子。
27 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は G a Nからなる、 25に記載 の Τΐ [族窒化物系化合物半導体発光素子。
28 前記最下層は G a Νからなり、 前記最上層は A 1 G a Νからなる、 25に 記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
29 前記 i nG a N第 1.中間層の成長温度は 770〜8 75°Cである、 2 3〜
28のいずれかに記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
3 1 1 n G a N井戸層と A 1 C a Nバリア層とを有する量子井戸構造を有する 積層体であって、 下記要件②〜⑤の少なく とも 1つを有する穑層体、
② 前記 I n G a N井戸層の膜厚が 9. 0〜20. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 2 5〜0. 035 n mZ sである、
④ 前記 I nG a N井戸層の成長温度が 7 70〜790°Cである、
⑤ 前記 A】 G a N層の膜厚は 5. 0〜： 1 2. 5 nmである。
32 前記 I n G a N井戸層の膜厚が前記 A 1 G a N層の膜厚より厚い、 3 1に 記載の積層体。
32 - 1 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 3 1又は 32に記載の積層体。
32 - 2 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は G a N及び A】 G a Nからなる、 3 1又は 3 2に記載 の積層体。
32 - 3 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が形 成され、 該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 3 1又は 32に記載の積層体。 33 I nG a N第：!.中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順 次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 3 1又は 32に記載 の積層体。 34 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 33に記載の積層体。 35 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nから なり、 前記多重層において P型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a Nか らなる、 33又は 34に記載の積層体。
36 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 3 5に記載の積層体。
3 7 前記最下層は G a Nカゝらなり、 前記最上層は G a Nからなる、 3 5に記載 の積層体。
38 前記最— F層は G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 35に 記載の積層体。
39 前記 T n G a N第 1中間層の成長温度は 7 70〜 8 7 5 °Cである、 33〜
38のいずれかに記載の積層体。
40 前記多重層は発光する層を含む、 3 1〜3 9のいずれかに記載の積層体。 4 1 I nG a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む多 重層を備える ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 少なく とも下記要件③及び④のいずれかを実行する ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素 子の製造方法、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 25〜0. 03 5 nm,sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 790°Cである。
42 前記 III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層し てなる中間層が形成されており、 前記 1 n G a N第].中間層を 7 70〜 875 °C の成長温度で形成する、 4 1に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子の製 造方法。
5 1 1 nG a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む多 重層を備える積層体の製造方法であって、 少なく とも下記要件③及び④のいずれ かを実行する積層体の製造方法、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 025〜0. 03 5 nm/sである、 ④ 前言己 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 7 90°Cである。
5 2 前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、 前記 n G a N第 1 中間層を 770〜 8 75 °Cの成長温度で形成する、 5 1に記載の積層体の製造 方法。
1 0 .1 360〜 4 30 n mの波長の光を放出し、 I n G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、 該多重層の下方に前記 I n G a N井戸層より厚い I nG a Nからなる中間層と備える ΠΙ族窒化物系化合物 半導体発光素子であって、 下記要件②〜⑤の少なく とも 1つを有する III族窒化 物系化合物半導体発光素子、
② 前記 1 n G a N井戸層の膜厚が 2. 0〜6. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 008〜0. 0 1. 8 n mZ sである、
④ 前記 T nG a N井戸層の成長温度が 7 70〜7 90°Cである、
⑤ 前記 A 1 G a N層の膜厚は 7. 5〜1 3. 5 nmである。
1 02 前記 A 1 G a N層の膜厚が前記 I n G a N井戸層の膜厚より厚い、 1. 0 1に記載の Π1族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 02- 1 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 1 0 1又は 1 0 2に記載の ΙΠ族 窒化物系化合物半導体発光素子。
1 02 - 2 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は G a N及び A 1 G a Nからなる、 1 0 1又は 10 2 に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 02 - 3 前記量子井戸構造と前記 T nG a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 1 0 丄又は]. 02に記載の ΠΙ 族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 03 1 第1.中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を 順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 1 0 1又は 10 2 に記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。 1. 04 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 1 0 3に記載の ΪΙΙ族窒 化物系化合物半導体発光素子。
I. 0 5 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nか らなり、 前記多重層において P型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a N からなる、 1 0 3又は 1 04に記截の Tli族窒化物系化合物半導体 ¾光素子。
I 0 6 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 .1 0 5に記載の 1:1:1族窒化物系化合物半導体発光素 。
:1. 0 7 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は G a Nからなる、 1 0 5に 記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 0 8 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 1 0 5に記載の ΤΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 0 9 前記 T n G a N第 1中間層の成長温度は 7 7 0〜 8 7 5°Cである、 1 0 3〜 1 0 8のいずれかに記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
] 1 1 I n G a N井戸層と A】 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を有し、 3 6 0〜4 3 0 nmの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備える III族窒化 物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 少なくとも下記要件③及び④の いずれかを実行する ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
③ [ n G a N井戸層の成長速度が 0. 0 0 8〜0. 0 1 8 nmノ sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 7 0〜 7 9 0°Cである。
1 1 2 前記 ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下には 1 n G a N第 l中間層、 G a N第2中間層及びA l G a N第 3中間層を順次積層 してなる中間層が形成されており、 前記 T n G a N第 1中間層を 7 7 0〜 8 7 5 °Cの成長温度で形成する、 1 1 1に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素 子の製造方法。
1 2 1 I n G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む 多重層と、 該多重層の下方に前記 I n G a N井戸層より厚い I n G a Nからなる 中間層と備える ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子であって、 下記要件②〜⑤ の少なくとも 1つを有する III族窒化物系化合物半導体発光素子、 ② 前記 I n G a N井戸層の膜厚が 2. 0〜6. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 008〜0. 0 1 8 nm/sである、
④ 前記〖 n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 7 90 °Cである、
⑤ 前記 A 1 G a N層の膜厚は 7. 5〜丄 3. 5 nmである。
1 22 前記 A 1 G a N層の膜厚が前記 T n G a N井戸層の膜厚より厚い、 ΐ 2 1に記載の I Π族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 22— 1 前記量子井戸構造と前記 T n G a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 1 2 1又は]. 2 2に記載の IIT族 窒化物系化合物半導体発光素子。
1 22 - 2 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は G a N及び A 1 G a Nからなる、 1 2 1又は 1 2 2 に記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 22 - 3 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 1 2 1又は 1 22に記載の ΙΠ 族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 23 I nG a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を 順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 1 2 1又は 1 2 2 に記載の ITT族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 24 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 1 23に記載の III族窒 化物系化合物半導体発光素子。
1 25 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A I G a N若しくは G a Nか らなり、 前記多重層において P型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a N からなる、 1 23又は 1. 24に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。 1. 26 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 1 25に記載の ΠΊ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 27 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は G a Nからなる、 1 25に 記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 28 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は A 〖 G a Nからなる、 1 2 5に記載の ΙΐΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 2 9 前記 I n G a Ν第 1中間層の成長温度は 7 70〜 8 75 °Cである、 1 2 3〜 1 28のいずれかに記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 3 1. 1 n G a N井戸層と A 1 G a Nノくリァ層とを有する量子井戸構造を有す る積層体であって、 下記要件②〜⑤の少なく とも 1つを有する積層体、
② 前記 I n G a N井戸層の膜厚が 2. 0〜6. O nmである、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 008〜0. 0 丄 8 nm,sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 7 90 °Cである、
⑤ 前記 A 1 G a N層の膜厚は 7. 5〜： I 3. 5 nmである。
1 3 2 前記 A 1 G a N層の膜厚が前記 I n G a N井戸層の膜厚より厚い、 1 3 1に記載の積層体。
1 32- 1 前記量子井戸構造と前記 I n G a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、該第 2の中間層は G a Nからなる、 1 3 1又は上 32に記載の積層体。
1 32- 2 前記量子井戸構造と前記 T n G a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は G a N及び A I G a Nからなる、 1 3 1又は 1 3 2 に記載の積層体。
1 32- 3 前記量子井戸構造と前記 I nG a N中間層との間に第 2の中間層が 形成され、 該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 1 3 1又は 1 32に記載の積 層体。
1 33 I n G a N第 1 中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を 順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 1 3 1又は 1 3 2 に記載の積層体。
1 34 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、 1 33に記載の積層体。 1 35 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nか らなり、 前記多重層において p型層に接する最上層は A 1 G a N若しくは G a N からなる、 1 3 3又は 1 34に記載の積層体。
1 36 前記最下層は A 1 G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 1 35に記載の積層体。 1 3 7 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は G a Nからなる、 1 3 5に 記載の積層体。
1 38 前記最下層は G a Nからなり、 前記最上層は A 1 G a Nからなる、 ] 3 5に記載の積層体。
1 39 前記 1 n G a N第 1 中問層の成長温度は 7 70〜 87 5 °Cである、 ] 3 3〜 1 38のいずれかに記載の積層体。
1 40 前記多重層は発光する層を含む、 1 3 1〜 1 3 9のいずれかに記載の積 層体。
1 4 1 I n G a N井戸層と A】 G a Nバリア層とを有する量子井戸構造を含む 多重層を備える ΠΤ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 少な く とも下記要件③及び④のいずれかを実行する in族窒化物系化合物半導体発光 素子の製造方法、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 008〜0. 0 1 8 n mZ sである、
④ 前記 1 n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 790°Cである。
142 前記 IIT族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び Λ 1 G a N第 3中間層を順次積層 してなる中間層が形成されており、 前記 I n G a N第 1中間層を 7 70〜 8 7 5 °Cの成長温度で形成する、 14 1に記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素 子の製造方法。
1 5 1. I n G a N井戸層と A】 G a Nノく リァ層とを有する！:子井戸構造を含む 多重層を備える積層体の製造方法であって、 少なくとも下記要件③及び④のいず れかを実行する積層体の製造方法、
③ I n G a N井戸層の成長速度が 0. 008〜0. 0 1. 8 n m/ sである、
④ 前記 I n G a N井戸層の成長温度が 7 70〜 790°Cである。
丄 5 2 前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、 前記 I nG a N 第 1中間層を 770〜 87 5°Cの成長温度で形成する、 1 5 1に記載の積層体の 製造方法。

Claims

請 求 の 範 囲
1.. 1 n G a N井戸層と A】 G a Nバリア層とを含む量子井戸構造を有す る多重層と、
該多重層の下方に前記 I n G a N井戸層より厚い [ n G a Nからなる第 1中間 層と備える、 ΐΐΐ族窒化物系化合物半導体発光素子。
2. 前記多重層と前記 I n G a N第 1.中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は G a Nからなる、 請求の範囲第 1¾—に記載の III族窒化 物系化合物半導体発光素子。
3. 前記多重層と前記 I n G a N第 1中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は A 1 G a Nからなる、 請求の範囲第 1項に記載の Πΐ族 窒化物系化合物半導体発光素子。
4. 前記多重層と前記 I n G a Ν第 ].中間層との間に第 2の中間層が形成 され、 該第 2の中間層は G a Nと A 1 G a Nからなる、 請求の範囲第 1項に記載 の IIT族窒化物系化合物半導体発光素子。
5. I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層 を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、 請求の範囲第 1 項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
6. 前記第一中間層は実質的に不純物を含んでいない、 請求の範囲第 1項 に記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
7. 前記第一及び第二中間層は実質的に不純物を含んでいない、 請求の範 囲第 2項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
8. 前記第一及び第二中間層は実質的に不純物を含んでいない、 請求の範 囲第 3項に記載の III族窒化物系化合物半導体発光素子。
9. 前記第一及び第二中間層は実質的に不純物を含んでいない、 請求の範 囲第 4項に記載の L[i族窒化物系化合物半導体発光素子。
I. 0. 前記第一、 第二、 第三中問層は実質的に不純物を含んでいない、 請 求の範囲第 5項に記載の ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子。
I I . 前記第 3中間層に接する多重層の最下層は A 1 G a N若しくは G a Nの一つからなり、 前記多重層において p型層に接する最上層は A 1 G a N若し くは G a Nの一つからなる、 請求の範囲第 5項に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半 導体発光素子。
1 2. 前記 i 110 & 1^第1中間層の成長温度は 770〜8 75°Cである、 請求の範囲第 1項に記載の ΙΠ族窒化物系化合物半導体発光素子。
1 3. 1 n G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを含む量子井戸構造を有 する多重層を備える ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 前記多重層の下には I n G a N第 1中間層が形成されており、 前記 I n G a N第 1中間層を 7 70〜 875°Cの成長温度で形成する、 ΙΠ 族窒化物系化合物半導 体発光素子の製造方法。
14. I n G a N井戸層と A 1 G a Nバリア層とを含む量子井戸構造を有 する多重層を備える ΠΙ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、 前記多重層の下には I n G a N第 1中間層、 G a N第 2中間層及び A 1 G a N第 3中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、 前記 I 110 ?1 1^第 1中間 層を 7 7 0〜8 7 5 °Cの成長温度で形成する、 Π Ι 族窒化物系化合物半導体発光 素子の製造方法。
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