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JP2010062460A - Nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

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JP2010062460A JP2008228741A JP2008228741A JP2010062460A JP 2010062460 A JP2010062460 A JP 2010062460A JP 2008228741 A JP2008228741 A JP 2008228741A JP 2008228741 A JP2008228741 A JP 2008228741A JP 2010062460 A JP2010062460 A JP 2010062460A
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semiconductor layer
type gan
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Takeshi Kamikawa
剛 神川
Pablo Vaccaro
パブロ バッカロ
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Sharp Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting element that is reducible in driving voltage by excellently supplying a tunneling current. <P>SOLUTION: A nitride semiconductor light emitting element has a nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer laminated in order on an n-type nitride semiconductor layer. Further, a nitride semiconductor light emitting element has a nitride semiconductor layer having a polar plane at least partially, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer laminated in order on an n-type nitride semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子に関し、特に、良好にトンネル電流を流すことによって駆動電圧を低減することができる窒化物半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device capable of reducing a driving voltage by allowing a tunnel current to flow satisfactorily.

たとえば非特許文献1等には、窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子の一例としてトンネル接合を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子が開示されている。   For example, Non-Patent Document 1 and the like disclose a nitride semiconductor light emitting diode element using a tunnel junction as an example of a nitride semiconductor light emitting element using a nitride semiconductor.

図11に、非特許文献1に記載されている従来のトンネル接合を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光ダイオード素子においては、サファイア基板1101上に、GaNバッファ層1102、Siドープn型GaN層1103(層厚:3μm)、InGaN層(層厚:2nm)とGaN層(層厚:8nm)とが交互に6周期積層されてなる積層体からなるMQWを有する活性層1104、Mgドープp型GaN層1105(層厚:50nm)、Mgハイドープp+型GaN層1106(層厚:10nm)、Siハイドープn+型GaN層1107(層厚:10nm)およびSiドープn型GaN層1108(層厚:200nm)が順次積層された構造を有しており、Siドープn型GaN層1103上に第1のn電極1109が形成されており、Siドープn型GaN層1108上に第2のn電極1110が形成されている。そして、Mgハイドープp+型GaN層1106とSiハイドープn+型GaN層1107とのpn接合によりトンネル接合が形成されている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light-emitting diode element using a conventional tunnel junction described in Non-Patent Document 1. In this nitride semiconductor light emitting diode element, on a sapphire substrate 1101, a GaN buffer layer 1102, a Si-doped n-type GaN layer 1103 (layer thickness: 3 μm), an InGaN layer (layer thickness: 2 nm), and a GaN layer (layer thickness: 8 nm) and an active layer 1104 having an MQW made of a laminate in which six periods are alternately laminated, an Mg-doped p-type GaN layer 1105 (layer thickness: 50 nm), an Mg-highly doped p + -type GaN layer 1106 (layer thickness: 10 nm) ), A Si-doped n + -type GaN layer 1107 (layer thickness: 10 nm) and a Si-doped n-type GaN layer 1108 (layer thickness: 200 nm) are sequentially stacked on the Si-doped n-type GaN layer 1103. The first n-electrode 1109 is formed on the Si-doped n-type GaN layer 1108, and the second n-electrode 1110 is formed on the Si-doped n-type GaN layer 1108. A tunnel junction is formed by a pn junction between the Mg highly doped p + -type GaN layer 1106 and the Si highly doped n + -type GaN layer 1107.

このようなトンネル接合を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子においては、Siドープn型GaN層1108において電流を面内に広げ、Mgハイドープp+型GaN層1106とSiハイドープn+型GaN層1107とのトンネル接合を用いてMgドープp型GaN層1105とSiドープn型GaN層1108との間に電流を流すものである。
Seong-Ran Jeon et al., “GaN-Based Light-Emitting Diodes Using Tunnel Junctions”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.8, NO.4, JULY/AUGUST 2002, pp.739-743
In the nitride semiconductor light-emitting diode device using such a tunnel junction, the current is spread in the plane in the Si-doped n-type GaN layer 1108, and the Mg-highly doped p + -type GaN layer 1106, the Si-highly doped n + -type GaN layer 1107, A current is passed between the Mg-doped p-type GaN layer 1105 and the Si-doped n-type GaN layer 1108 using this tunnel junction.
Seong-Ran Jeon et al., “GaN-Based Light-Emitting Diodes Using Tunnel Junctions”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.8, NO.4, JULY / AUGUST 2002, pp.739-743

図11に示す構成の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、Siドープn型GaN層1108については3×1019cm-3程度のキャリア密度までn型不純物をドーピングできるため比較的容易に作製することができる。 In the nitride semiconductor light-emitting diode device having the configuration shown in FIG. 11, the Si-doped n-type GaN layer 1108 can be relatively easily manufactured because it can be doped with n-type impurities up to a carrier density of about 3 × 10 19 cm −3. Can do.

しかしながら、トンネル接合を形成するMgハイドープp+型GaN層1106については高いMgドーピング濃度を実現することが難しく、Mgドーピング量が増大するにつれてMgハイドープp+型GaN層1106の結晶性が悪化して表面荒れを起こしたり、逆に高抵抗化するなどの問題があった。   However, it is difficult to achieve a high Mg doping concentration for the Mg highly doped p + -type GaN layer 1106 forming the tunnel junction, and as the Mg doping amount increases, the crystallinity of the Mg highly doped p + -type GaN layer 1106 deteriorates. There were problems such as surface roughening and conversely high resistance.

したがって、図11に示す従来の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、結晶性の良好なMgハイドープp+型GaN層1106を形成することができないため、Mgハイドープp+型GaN層1106とSiハイドープn+型GaN層1107との界面において空乏層が40nm弱程度に広がり、良好にトンネル電流が流れず、高抵抗化するという問題があった。   Therefore, in the conventional nitride semiconductor light emitting diode device shown in FIG. 11, the Mg highly doped p + -type GaN layer 1106 with good crystallinity cannot be formed, so the Mg highly doped p + -type GaN layer 1106 and the Si highly doped n There is a problem that the depletion layer spreads to about 40 nm at the interface with the + -type GaN layer 1107, tunnel current does not flow well, and resistance is increased.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、良好にトンネル電流を流すことによって駆動電圧を低減することができる窒化物半導体発光素子を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of reducing a driving voltage by allowing a tunnel current to flow satisfactorily.

本発明は、n型窒化物半導体層上に、窒化物半導体層、p型窒化物半導体層および活性層が順に積層されている窒化物半導体発光素子である。   The present invention is a nitride semiconductor light emitting device in which a nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor layer.

また、本発明は、n型窒化物半導体層上に、少なくとも一部に極性面を有する窒化物半導体層、p型窒化物半導体層および活性層が順に積層されている窒化物半導体発光素子である。   In addition, the present invention is a nitride semiconductor light emitting device in which a nitride semiconductor layer having a polar surface at least partially, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor layer. .

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層はアルミニウムを含むことが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the nitride semiconductor layer preferably contains aluminum.

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層はAlxGa1-xN(0<x≦1)であることが好ましい。 In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the nitride semiconductor layer is preferably Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1).

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、活性層上に第2のn型窒化物半導体層が積層されており、n型窒化物半導体層に接する第1の電極はアノード電極であり、第2のn型窒化物半導体層に接する第2の電極はカソード電極であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the second n-type nitride semiconductor layer is stacked on the active layer, the first electrode in contact with the n-type nitride semiconductor layer is an anode electrode, The second electrode in contact with the n-type nitride semiconductor layer 2 is preferably a cathode electrode.

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体層の厚さが0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the thickness of the nitride semiconductor layer is preferably 0.5 nm or more and 30 nm or less.

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、活性層はInを含むIII族窒化物半導体からなる井戸層を有しており、井戸層中におけるIn組成比が0.15以上0.4以下であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer has a well layer made of a group III nitride semiconductor containing In, and the In composition ratio in the well layer is 0.15 or more and 0.4 or less. Preferably there is.

また、本発明の窒化物半導体発光素子において、活性層はInを含むIII族窒化物半導体からなる井戸層を有しており、井戸層中におけるIn組成比が0.2以上0.4以下であることが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer has a well layer made of a group III nitride semiconductor containing In, and the In composition ratio in the well layer is 0.2 or more and 0.4 or less. Preferably there is.

なお、本発明において、In組成比は、III族窒化物半導体を構成するIII族元素の原子数の総数に対するIn原子数の比((In原子数)/(III族元素の原子数の総数))を意味する。   In the present invention, the In composition ratio is the ratio of the number of In atoms to the total number of group III element atoms constituting the group III nitride semiconductor ((In atom number) / (total number of group III element atoms)). ).

本発明によれば、良好にトンネル電流を流すことによって駆動電圧を低減することができる窒化物半導体発光素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nitride semiconductor light-emitting device which can reduce a drive voltage by sending a tunnel current favorably can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、結晶面および方向を表わす場合に、本来であれば所要の数字の上にバーを付した表現をするべきであるが、表現手段に制約があるため、本明細書においては、所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、所要の数字の前に「−」を付して表現している。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, when expressing the crystal plane and direction, it should be expressed by adding a bar on the required number. However, because there are restrictions on the expression means, the required number is used in this specification. Instead of the expression with a bar on top, the symbol “-” is added in front of the required number.

図1に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図1に示す構成の窒化物半導体発光素子は、基板101と、基板101上に形成された第1のn型窒化物半導体層102と、第1のn型窒化物半導体層102上に形成されたAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103と、窒化物半導体層103上に形成されたp型窒化物半導体層104と、p型窒化物半導体層104上に形成された活性層105とを含んでいる。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention. Here, the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 1 includes a substrate 101, a first n-type nitride semiconductor layer 102 formed on the substrate 101, and a first n-type nitride semiconductor layer 102. A nitride semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1), and a p-type nitride formed on the nitride semiconductor layer 103 A semiconductor layer 104 and an active layer 105 formed on the p-type nitride semiconductor layer 104 are included.

また、第1のn型窒化物半導体層102の表面上には第1のn電極107が形成されている。また、活性層105上には第2のn型窒化物半導体層106が形成されており、第2のn型窒化物半導体層106上には第2のn電極108が形成されている。   A first n electrode 107 is formed on the surface of the first n-type nitride semiconductor layer 102. A second n-type nitride semiconductor layer 106 is formed on the active layer 105, and a second n-electrode 108 is formed on the second n-type nitride semiconductor layer 106.

ここで、第1のn電極107はアノード電極であって正のバイアス電圧が外部から印加される。さらに、第2の電極108はカソード電極であって負のバイアス電圧が外部から印加される。このように窒化物半導体発光素子にバイアス電圧を印加することによって活性層105の両側のp型窒化物半導体層104と第2のn型窒化物半導体層106とを含むpn接合には順バイアス電圧が印加されて発光する。しかしながら、この際に、第1のn型窒化物半導体層102とp型窒化物半導体層104とを直接接合してpn接合を形成している場合にはこのpn接合に逆バイアス電圧が印加されるために電流が流れにくくなるが、第1のn型窒化物半導体層102とp型窒化物半導体層104との間に下記に詳述される窒化物半導体層103を設置することによって効率良くこのpn接合に電流を流すことができる。   Here, the first n-electrode 107 is an anode electrode, and a positive bias voltage is applied from the outside. Further, the second electrode 108 is a cathode electrode, and a negative bias voltage is applied from the outside. Thus, by applying a bias voltage to the nitride semiconductor light emitting device, a forward bias voltage is applied to the pn junction including the p-type nitride semiconductor layer 104 and the second n-type nitride semiconductor layer 106 on both sides of the active layer 105. Is applied to emit light. However, at this time, when a pn junction is formed by directly joining the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the p-type nitride semiconductor layer 104, a reverse bias voltage is applied to the pn junction. For this reason, it is difficult for current to flow. However, the nitride semiconductor layer 103, which will be described in detail below, is provided between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the p-type nitride semiconductor layer 104, thereby efficiently A current can be passed through the pn junction.

ここで、基板101として、たとえばサファイア基板、窒化物半導体基板または炭化ケイ素基板などの六方晶の結晶基板を用いて、たとえばその基板101のC面({0001}面)上に第1のn型窒化物半導体層102、窒化物半導体層103およびp型窒化物半導体層104をたとえばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等により順次エピタキシャル成長させた場合には、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103の表面はC面になる。 Here, a hexagonal crystal substrate such as a sapphire substrate, a nitride semiconductor substrate, or a silicon carbide substrate is used as the substrate 101, and the first n-type is formed on the C-plane ({0001} plane) of the substrate 101, for example. When the nitride semiconductor layer 102, the nitride semiconductor layer 103, and the p-type nitride semiconductor layer 104 are sequentially epitaxially grown by, for example, the MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, Al x Ga 1-x N (0 < The surface of the nitride semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula x ≦ 1) is a C plane.

そして、このようなC面を有するAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103にたとえば格子不整合などに起因して格子歪が生じた場合には、窒化物半導体層103にピエゾ電界による自発分極が発生し、その自発分極方向がC軸方向に沿うため、窒化物半導体層103のC面が+C軸側と−C軸側とで異なる性質を示すことから、窒化物半導体層103は他の層との界面にそれぞれ極性面を有することになる。なお、図1に示す構成において、他の層との界面とは、第1のn型窒化物半導体層102と窒化物半導体層103との界面、および窒化物半導体層103とp型窒化物半導体層104との界面である。 Further, the nitride semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) having such a C plane has a lattice caused by, for example, lattice mismatch. When strain occurs, spontaneous polarization due to a piezoelectric field occurs in the nitride semiconductor layer 103, and the spontaneous polarization direction is along the C-axis direction. Therefore, the C-plane of the nitride semiconductor layer 103 is on the + C-axis side and −C-axis side. Since the nitride semiconductor layer 103 exhibits different properties on the shaft side, the nitride semiconductor layer 103 has a polar surface at the interface with other layers. In the configuration illustrated in FIG. 1, the interface with other layers is the interface between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the nitride semiconductor layer 103, and the nitride semiconductor layer 103 and the p-type nitride semiconductor. This is an interface with the layer 104.

このように窒化物半導体層103が極性面を有する場合には、窒化物半導体層103のエネルギバンドが曲がり、第1のn型窒化物半導体層102とp型窒化物半導体層104との間の空乏層の幅を狭くすることができるため、トンネル電流が流れやすくなり、図11に示すような構成を有する従来のトンネル接合を用いた素子と比べて、窒化物半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。   As described above, when the nitride semiconductor layer 103 has a polar surface, the energy band of the nitride semiconductor layer 103 is bent, and the gap between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the p-type nitride semiconductor layer 104 is changed. Since the width of the depletion layer can be reduced, the tunnel current easily flows, and the driving voltage of the nitride semiconductor light emitting device is reduced as compared with the device using the conventional tunnel junction having the configuration shown in FIG. can do.

また、基板101として、たとえば六方晶の結晶基板を用い、たとえばその基板101のR面({1−102}面)または{11−22}面などの半極性面上に第1のn型窒化物半導体層102、窒化物半導体層103およびp型窒化物半導体層104をたとえばMOCVD法等により順次エピタキシャル成長させることもできる。この場合には、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103の表面はR面({1−102}面)または{11−22}面などの半極性面になる。 Further, for example, a hexagonal crystal substrate is used as the substrate 101, and the first n-type nitridation is performed on a semipolar plane such as an R plane ({1-102} plane) or {11-22} plane of the substrate 101, for example. The semiconductor semiconductor layer 102, the nitride semiconductor layer 103, and the p-type nitride semiconductor layer 104 can also be epitaxially grown sequentially by, for example, the MOCVD method. In this case, the surface of the nitride semiconductor layer 103 made of the nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) is an R plane ({1-102} plane) or { It becomes a semipolar plane such as an 11-22} plane.

このようにR面({1−102}面)または{11−22}面などの半極性面を表面に有するAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103にたとえば格子不整合などに起因して格子歪が生じた場合にも、窒化物半導体層103にピエゾ電界による自発分極が発生し、窒化物半導体層103の両側の表面の半極性面がそれぞれ異なる性質を示すことから、この場合にも窒化物半導体層103は極性面を有することになる。 Thus, a nitride represented by the formula Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) having a semipolar plane such as an R plane ({1-102} plane) or {11-22} plane on the surface. Even when a lattice strain is generated in the nitride semiconductor layer 103 made of a semiconductor crystal due to, for example, lattice mismatch, spontaneous polarization due to a piezoelectric field is generated in the nitride semiconductor layer 103, and both sides of the nitride semiconductor layer 103 are formed. In this case, the nitride semiconductor layer 103 also has a polar surface.

したがって、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103の表面が半極性面である場合にも、窒化物半導体層103のエネルギバンドの曲がりが生じ、第1のn型窒化物半導体層102とp型窒化物半導体層104との間の空乏層の幅を狭くすることができるため、トンネル電流が流れやすくなり、図11に示すような構成を有する従来のトンネル接合を用いた素子と比べて、窒化物半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。 Therefore, even when the surface of the nitride semiconductor layer 103 made of the nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) is a semipolar plane, the nitride semiconductor layer 103 Since the energy band is bent and the width of the depletion layer between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the p-type nitride semiconductor layer 104 can be narrowed, a tunnel current easily flows. The driving voltage of the nitride semiconductor light emitting device can be reduced as compared with the conventional device using the tunnel junction having the configuration as shown in FIG.

また、窒化物半導体層103は、C面から所定のオフ角度を有する極性面またはR面から所定のオフ角度を有する極性面を有していてもよい。なお、上記のC面から所定のオフ角度を有する極性面としては、たとえば、C面に対して0°以上45°未満の傾きを有する表面が挙げられる。また、上記のR面から所定のオフ角度を有する極性面としては、たとえば、R面に対して0°以上45°未満の傾きを有する表面が挙げられる。   In addition, the nitride semiconductor layer 103 may have a polar surface having a predetermined off angle from the C plane or a polar surface having a predetermined off angle from the R plane. In addition, as a polar surface which has a predetermined off angle from said C surface, the surface which has the inclination of 0 degree or more and less than 45 degrees with respect to C surface is mentioned, for example. Moreover, as a polar surface which has a predetermined off angle from said R surface, the surface which has the inclination of 0 degree or more and less than 45 degrees with respect to R surface is mentioned, for example.

また、窒化物半導体層103は、無極性面であるm面から所定のオフ角度を有する極性面または無極性面であるA面から所定のオフ角度を有する極性面を有していてもよい。なお、上記のm面から所定のオフ角度を有する極性面としては、たとえば、m面に対して0°よりも大きく45°未満の傾きを有する表面が挙げられる。また、上記のA面から所定のオフ角度を有する極性面としては、たとえば、A面に対して0°よりも大きく45°未満の傾きを有する表面が挙げられる。   The nitride semiconductor layer 103 may have a polar surface having a predetermined off angle from the m-plane which is a nonpolar surface or a polar surface having a predetermined off angle from the A surface which is a nonpolar surface. In addition, as a polar surface which has a predetermined off angle from said m surface, the surface which has the inclination larger than 0 degree and less than 45 degrees with respect to m surface is mentioned, for example. Moreover, as a polar surface which has a predetermined off angle from said A surface, the surface which has an inclination larger than 0 degree and less than 45 degrees with respect to A surface is mentioned, for example.

図2に、本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図2に示す構成の窒化物半導体発光素子は、導電性の六方晶のn型窒化物半導体基板201を用い、n型窒化物半導体基板201の裏面に第1のn電極107を形成することによって、上下電極構造の窒化物半導体発光素子とされている点に特徴がある。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention. Here, the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2 uses a conductive hexagonal n-type nitride semiconductor substrate 201 and a first n-electrode 107 is formed on the back surface of the n-type nitride semiconductor substrate 201. Thus, the nitride semiconductor light emitting device having the upper and lower electrode structures is characteristic.

すなわち、図2に示す構成の窒化物半導体発光素子は、n型窒化物半導体基板201と、n型窒化物半導体基板201上に形成されたAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103と、窒化物半導体層103上に形成されたp型窒化物半導体層104と、p型窒化物半導体層104上に形成された活性層105と、活性層105上に形成された第2のn型窒化物半導体層106とを有しており、n型窒化物半導体基板201の裏面には第1のn電極107が形成され、第2のn型窒化物半導体層106上には第2のn電極108が形成されている。 That is, the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2 includes an n-type nitride semiconductor substrate 201 and Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) formed on the n-type nitride semiconductor substrate 201. Nitride semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula: p-type nitride semiconductor layer 104 formed on nitride semiconductor layer 103, and an activity formed on p-type nitride semiconductor layer 104 A first n-electrode 107 is formed on the back surface of the n-type nitride semiconductor substrate 201, and a second n-type nitride semiconductor layer 106 formed on the active layer 105. A second n electrode 108 is formed on the second n-type nitride semiconductor layer 106.

図2に示す構成の窒化物半導体発光素子においても、たとえばn型窒化物半導体基板201のC面({0001}面)上に窒化物半導体層103およびp型窒化物半導体層104をたとえばMOCVD法等により順次エピタキシャル成長させて形成した場合には、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103の表面はC面になる。 Also in the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2, for example, the nitride semiconductor layer 103 and the p-type nitride semiconductor layer 104 are formed on the C-plane ({0001} plane) of the n-type nitride semiconductor substrate 201 by, for example, the MOCVD method. When the layers are formed by epitaxial growth sequentially, etc., the surface of the nitride semiconductor layer 103 made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) is a C plane.

したがって、このようなC面を有するAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103にたとえば格子不整合などに起因して格子歪が生じた場合には、上記と同様の理由により、窒化物半導体層103は極性面を有することになる。 Therefore, the nitride semiconductor layer 103 made of the nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) having such a C plane has a lattice caused by, for example, lattice mismatch. When distortion occurs, the nitride semiconductor layer 103 has a polar surface for the same reason as described above.

そして、極性面を有する窒化物半導体層103においては、エネルギバンドが曲がり、n型窒化物半導体基板201とp型窒化物半導体層104との間の空乏層の幅を狭くすることができるため、トンネル電流が流れやすくなる。したがって、図2に示す構成の窒化物半導体発光素子においても、図11に示すような構成を有する従来のトンネル接合を用いた素子と比べて、窒化物半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。   In the nitride semiconductor layer 103 having a polar surface, the energy band is bent, and the width of the depletion layer between the n-type nitride semiconductor substrate 201 and the p-type nitride semiconductor layer 104 can be reduced. A tunnel current easily flows. Therefore, also in the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 2, the driving voltage of the nitride semiconductor light emitting device can be reduced as compared with the device using the conventional tunnel junction having the configuration shown in FIG. it can.

また、n型窒化物半導体基板201のR面({1−102}面)または{11−22}面などの半極性面上に、窒化物半導体層103およびp型窒化物半導体層104をたとえばMOCVD法等により順次エピタキシャル成長させることもでき、この場合には、上記と同様に、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103の表面はR面({1−102}面)または{11−22}面などの半極性面になる。 Further, the nitride semiconductor layer 103 and the p-type nitride semiconductor layer 104 are formed on a semipolar surface such as the R-plane ({1-102} plane) or {11-22} plane of the n-type nitride semiconductor substrate 201, for example. Sequential epitaxial growth can also be performed by MOCVD or the like. In this case, a nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) is used as described above. The surface of 103 is a semipolar plane such as an R plane ({1-102} plane) or a {11-22} plane.

このように半極性面を表面に有するAlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層103にたとえば格子不整合などに起因して格子歪が生じた場合には、窒化物半導体層103にピエゾ電界による自発分極が発生することから、窒化物半導体層103の両側の表面の半極性面がそれぞれ異なる性質を示し、窒化物半導体層103は極性面を有する。そして、窒化物半導体層103が極性面を有する場合には、窒化物半導体層103にエネルギバンドの曲がりが生じ、n型窒化物半導体基板201とp型窒化物半導体層104との間の空乏層の幅を狭くすることができるため、トンネル電流が流れやすくなる。したがって、この場合も、図11に示すような構成を有する従来のトンネル接合を用いた素子と比べて、窒化物半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。 As described above, the nitride semiconductor layer 103 made of the nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) having a semipolar surface is caused by, for example, lattice mismatching. When lattice strain occurs, spontaneous polarization due to a piezoelectric field occurs in the nitride semiconductor layer 103, and thus the semipolar planes on both surfaces of the nitride semiconductor layer 103 exhibit different properties, and the nitride semiconductor layer 103 has a polar surface. When the nitride semiconductor layer 103 has a polar plane, the nitride semiconductor layer 103 is bent in an energy band, and a depletion layer between the n-type nitride semiconductor substrate 201 and the p-type nitride semiconductor layer 104 is formed. As a result, the tunnel current can easily flow. Therefore, also in this case, the driving voltage of the nitride semiconductor light emitting device can be reduced as compared with the device using the conventional tunnel junction having the configuration shown in FIG.

なお、本発明において、基板101としては、上述したように、たとえばサファイア基板、窒化物半導体基板、炭化ケイ素基板などの六方晶の半導体結晶からなる基板を用いることができる。なかでも、基板101として窒化物半導体基板を用いた場合には、基板101上に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなるため、良好な結晶性の窒化物半導体層が得られるためである。なお、窒化物半導体基板としては、たとえば、Alx0Gay0Inz0N(0≦x0≦1、0≦y0≦1、0≦z0≦1、x0+y0+z0=1)の式で表わされるIII族窒化物半導体結晶からなる基板を用いることができる。 In the present invention, as the substrate 101, a substrate made of a hexagonal semiconductor crystal such as a sapphire substrate, a nitride semiconductor substrate, or a silicon carbide substrate can be used as described above. In particular, when a nitride semiconductor substrate is used as the substrate 101, the lattice constant difference from the nitride semiconductor layer formed on the substrate 101 is small, so that a nitride semiconductor layer with good crystallinity can be obtained. Because. As the nitride semiconductor substrate, for example, a group III nitride represented by the formula Al x0 Ga y0 In z0 N (0 ≦ x0 ≦ 1, 0 ≦ y0 ≦ 1, 0 ≦ z0 ≦ 1, x0 + y0 + z0 = 1) is used. A substrate made of a semiconductor crystal can be used.

また、本発明において、n型窒化物半導体基板201としては、たとえば、上記のAlx0Iny0Gaz0N(0≦x0≦1、0≦y0≦1、0≦z0≦1、x0+y0+z0=1)の式で表わされるIII族窒化物半導体結晶にn型不純物をドーピングして形成された基板などを用いることができる。 In the present invention, as the n-type nitride semiconductor substrate 201, for example, the above Al x0 In y0 Ga z0 N (0 ≦ x0 ≦ 1, 0 ≦ y0 ≦ 1, 0 ≦ z0 ≦ 1, x0 + y0 + z0 = 1) A substrate formed by doping a group III nitride semiconductor crystal represented by the formula with an n-type impurity can be used.

なお、上記の式において、Alはアルミニウムを示し、Inはインジウムを示し、Gaはガリウムを示し、x0はAl組成比を示し、y0はIn組成比を示し、z0はGa組成比を示す。また、n型不純物としては、たとえばシリコンおよび/またはゲルマニウムなどを用いることができる。   In the above formula, Al represents aluminum, In represents indium, Ga represents gallium, x0 represents the Al composition ratio, y0 represents the In composition ratio, and z0 represents the Ga composition ratio. As the n-type impurity, for example, silicon and / or germanium can be used.

また、上記の窒化物半導体基板からなる基板101およびn型窒化物半導体基板201にはそれぞれ六方晶が維持される範囲内で窒素原子の約10原子%以下がAs(砒素)、P(リン)またはSb(アンチモン)などの原子で置換されていてもよい。   Further, the substrate 101 made of the nitride semiconductor substrate and the n-type nitride semiconductor substrate 201 each contain about 10 atomic% or less of nitrogen atoms within the range in which hexagonal crystals are maintained, as (arsenic) and P (phosphorus). Alternatively, it may be substituted with an atom such as Sb (antimony).

また、第1のn型窒化物半導体層102としては、たとえば従来から公知のn型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Alx1Iny1Gaz1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、x1+y1+z1=1)の式で表わされるIII族窒化物半導体結晶にn型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Alはアルミニウムを示し、Inはインジウムを示し、Gaはガリウムを示し、x1はAl組成比を示し、y1はIn組成比を示し、z1はGa組成比を示す。また、n型不純物としては、たとえばシリコンおよび/またはゲルマニウムなどを用いることができる。なお、窒化物半導体層103に極性面を付与する観点からは、第1のn型窒化物半導体層102としては、窒化物半導体層103とは異なる材料を用いることが好ましい。 As the first n-type nitride semiconductor layer 102, a conventionally known n-type nitride semiconductor can be used, for example, Al x1 In y1 Gaz1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1). ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1, x1 + y1 + z1 = 1) A single layer or a plurality of layers formed by doping a group III nitride semiconductor crystal with an n-type impurity can be used. In the above formula, Al represents aluminum, In represents indium, Ga represents gallium, x1 represents an Al composition ratio, y1 represents an In composition ratio, and z1 represents a Ga composition ratio. As the n-type impurity, for example, silicon and / or germanium can be used. From the viewpoint of imparting a polar surface to the nitride semiconductor layer 103, it is preferable to use a material different from that of the nitride semiconductor layer 103 as the first n-type nitride semiconductor layer 102.

また、第1のn型窒化物半導体層102と基板101との間および第1のn型窒化物半導体層102とn型窒化物半導体基板201との間には、それぞれバッファ層や薄いアンドープ層(たとえば0.5μm以下の厚さのアンドープ層)などの他の層が1層以上含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。   In addition, a buffer layer and a thin undoped layer are provided between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the substrate 101 and between the first n-type nitride semiconductor layer 102 and the n-type nitride semiconductor substrate 201, respectively. One or more other layers such as (for example, an undoped layer having a thickness of 0.5 μm or less) may or may not be included.

また、窒化物半導体層103としては、上述したように、AlxGa1-xN(0<x≦1)の式で表わされ、極性面を有するIII族窒化物半導体結晶が用いられる。ここで、Alはアルミニウムを示し、Gaはガリウムを示し、xはAl組成比を示し、(1−x)はGa組成比を示す。なお、窒化物半導体層103は、n型、p型またはアンドープのいずれであってもよい。 As described above, the nitride semiconductor layer 103 is a group III nitride semiconductor crystal represented by the formula of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) and having a polar face. Here, Al represents aluminum, Ga represents gallium, x represents an Al composition ratio, and (1-x) represents a Ga composition ratio. The nitride semiconductor layer 103 may be n-type, p-type, or undoped.

また、窒化物半導体層103の厚さtは0.5nm以上30nm以下であることが好ましい。窒化物半導体層103の厚さtが0.5nm以上である場合には窒化物半導体層103が面内で均一な厚さの層にすることができる傾向が大きくなり、30nm以下である場合には窒化物半導体層103に格子歪に起因するクラックの発生等による窒化物半導体層103の結晶性が悪化しない傾向が大きくなる。   The thickness t of the nitride semiconductor layer 103 is preferably not less than 0.5 nm and not more than 30 nm. When the thickness t of the nitride semiconductor layer 103 is 0.5 nm or more, the tendency that the nitride semiconductor layer 103 can be made to be a layer having a uniform thickness in the plane increases, and when the thickness t is 30 nm or less. Tends to not deteriorate the crystallinity of the nitride semiconductor layer 103 due to generation of cracks due to lattice strain in the nitride semiconductor layer 103.

また、窒化物半導体層103と第1のn型窒化物半導体層102との間には、他の層が1層以上含まれていてもよいが、空乏層の幅を狭める観点からは、窒化物半導体層103と第1のn型窒化物半導体層102とは接触していることが好ましい。   Further, one or more other layers may be included between the nitride semiconductor layer 103 and the first n-type nitride semiconductor layer 102, but from the viewpoint of reducing the width of the depletion layer, the nitride layer The metal semiconductor layer 103 and the first n-type nitride semiconductor layer 102 are preferably in contact with each other.

また、p型窒化物半導体層104としては、たとえば従来から公知のp型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Alx2Iny2Gaz2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1、x2+y2+z2=1)の式で表わされるIII族窒化物半導体結晶にp型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Alはアルミニウムを示し、Inはインジウムを示し、Gaはガリウムを示し、x2はAl組成比を示し、y2はIn組成比を示し、z2はGa組成比を示す。また、p型不純物としては、たとえばマグネシウムおよび/または亜鉛などを用いることができる。なお、窒化物半導体層103に極性面を付与する観点からは、p型窒化物半導体層104としては、窒化物半導体層103とは異なる材料を用いることが好ましい。 As the p-type nitride semiconductor layer 104, for example, a conventionally known p-type nitride semiconductor can be used. For example, Al x2 In y2 Ga z2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, A single layer or a plurality of layers formed by doping a group III nitride semiconductor crystal represented by the formula of 0 ≦ z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 = 1) with a p-type impurity can be used. In the above formula, Al represents aluminum, In represents indium, Ga represents gallium, x2 represents an Al composition ratio, y2 represents an In composition ratio, and z2 represents a Ga composition ratio. Moreover, as a p-type impurity, magnesium and / or zinc etc. can be used, for example. From the viewpoint of providing the nitride semiconductor layer 103 with a polar surface, it is preferable to use a material different from that of the nitride semiconductor layer 103 as the p-type nitride semiconductor layer 104.

また、p型窒化物半導体層104と窒化物半導体層103との間には、他の層が1層以上含まれていてもよいが、空乏層の幅を狭める観点からは、p型窒化物半導体層104と窒化物半導体層103とは接触していることが好ましい。   One or more other layers may be included between the p-type nitride semiconductor layer 104 and the nitride semiconductor layer 103. From the viewpoint of reducing the width of the depletion layer, the p-type nitride is also included. The semiconductor layer 104 and the nitride semiconductor layer 103 are preferably in contact with each other.

また、活性層105としては、たとえば従来から公知の窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Alx3Iny3Gaz3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1、0≦z3≦1、x3+y3+z3=1)の式で表わされるアンドープのIII族窒化物半導体結晶またはこの式で表わされるIII族窒化物半導体結晶にp型不純物およびn型不純物の少なくとも一方をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Alはアルミニウムを示し、Inはインジウムを示し、Gaはガリウムを示し、x3はAl組成比を示し、y3はIn組成比を示し、z3はGa組成比を示す。また、活性層105は、従来から公知の単一量子井戸(SQW)構造または多重量子井戸(MQW)構造を有する構成であってもよい。 As the active layer 105, for example, a conventionally known nitride semiconductor can be used. For example, Al x3 In y3 Gaz3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, 0 ≦ z3 ≦ 1, x3 + y3 + z3 = 1) An undoped group III nitride semiconductor crystal represented by the formula or a group formed by doping at least one of a p-type impurity and an n-type impurity into a group III nitride semiconductor crystal represented by this formula A layer or a plurality of layers can be used. In the above formula, Al represents aluminum, In represents indium, Ga represents gallium, x3 represents an Al composition ratio, y3 represents an In composition ratio, and z3 represents a Ga composition ratio. The active layer 105 may have a conventionally known single quantum well (SQW) structure or multiple quantum well (MQW) structure.

また、活性層105とp型窒化物半導体層104との間には、他の層が1層以上含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。   One or more other layers may or may not be included between the active layer 105 and the p-type nitride semiconductor layer 104.

また、第2のn型窒化物半導体層106としては、たとえば従来から公知のn型窒化物半導体を用いることができ、たとえば、Alx4Iny4Gaz4N(0≦x4≦1、0≦y4≦1、0≦z4≦1、x4+y4+z4=1)の式で表わされるIII族窒化物半導体結晶にn型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、Alはアルミニウムを示し、Inはインジウムを示し、Gaはガリウムを示し、x4はAl組成比を示し、y4はIn組成比を示し、z4はGa組成比を示す。また、n型不純物としては、たとえばシリコンおよび/またはゲルマニウムなどを用いることができる。 As the second n-type nitride semiconductor layer 106, a conventionally known n-type nitride semiconductor can be used, for example, Al x4 In y4 Gaz4 N (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ y4). ≦ 1, 0 ≦ z4 ≦ 1, x4 + y4 + z4 = 1) A single layer or a plurality of layers formed by doping a group III nitride semiconductor crystal with an n-type impurity can be used. In the above formula, Al represents aluminum, In represents indium, Ga represents gallium, x4 represents the Al composition ratio, y4 represents the In composition ratio, and z4 represents the Ga composition ratio. As the n-type impurity, for example, silicon and / or germanium can be used.

また、第2のn型窒化物半導体層106と活性層105との間には、他の層が1層以上含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。   In addition, one or more other layers may or may not be included between the second n-type nitride semiconductor layer 106 and the active layer 105.

また、第1のn電極107としては、たとえば、第1のn型窒化物半導体層102とオーミック接触をとることが可能な従来から公知の金属などを用いることができる。また、第2のn電極108としては、たとえば、第2のn型窒化物半導体層106とオーミック接触をとることが可能な従来から公知の金属などを用いることができる。なお、第1のn電極107と第2のn電極108とはそれぞれ同一の金属から構成されていてもよく、異なる金属から構成されていてもよい。   Further, as the first n-electrode 107, for example, a conventionally known metal that can make ohmic contact with the first n-type nitride semiconductor layer 102 can be used. In addition, as the second n-electrode 108, for example, a conventionally known metal that can make ohmic contact with the second n-type nitride semiconductor layer 106 can be used. The first n-electrode 107 and the second n-electrode 108 may be made of the same metal or different metals.

図1および図2に示す構成の窒化物半導体発光素子においては、活性層105を形成した後に第2のn型窒化物半導体層106を形成することになるが、低温で第2のn型窒化物半導体層106を形成した場合でも、第2のn型窒化物半導体層106はn型窒化物半導体層であるため、第2のn型窒化物半導体層106の高抵抗化および結晶性の著しい悪化を抑制することができる。また、低温で第2のn型窒化物半導体層106を形成することができるため、活性層105が受ける熱ダメージも低減することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 1 and FIG. 2, the second n-type nitride semiconductor layer 106 is formed after the active layer 105 is formed. Even when the oxide semiconductor layer 106 is formed, since the second n-type nitride semiconductor layer 106 is an n-type nitride semiconductor layer, the second n-type nitride semiconductor layer 106 has high resistance and remarkable crystallinity. Deterioration can be suppressed. In addition, since the second n-type nitride semiconductor layer 106 can be formed at a low temperature, thermal damage to the active layer 105 can be reduced.

なお、Inを含むIII族窒化物半導体結晶は、Inを含まないIII族窒化物半導体結晶に比べて分解温度がかなり低いことが知られている。たとえば、GaN、AlNおよびその混晶のようなInを含まない窒化物半導体結晶は1000℃程度の高温において比較的安定である一方で、InNは600〜700℃程度の低温でも分解する。そのため、たとえばInyGa1-yNの式で表わされるInを含むIII族窒化物半導体結晶はIn組成比yにもよるが、一般的に1000℃を超える温度では結晶性が悪化してしまう。また、緑色光や赤色光といった長波長域の光を発光させる場合には、InyGa1-yNの式で表わされるInを含むIII族窒化物半導体結晶のIn組成比yを0.15〜0.4程度の高い組成とする必要があるが、このような場合には、Inを含む窒化物半導体結晶の温度に対する結晶性の悪化の傾向がさらに大きくなる。 It is known that a group III nitride semiconductor crystal containing In has a considerably lower decomposition temperature than a group III nitride semiconductor crystal containing no In. For example, In-free nitride semiconductor crystals such as GaN, AlN and mixed crystals thereof are relatively stable at a high temperature of about 1000 ° C., while InN decomposes even at a low temperature of about 600 to 700 ° C. Therefore, for example, a group III nitride semiconductor crystal containing In represented by the formula In y Ga 1-y N depends on the In composition ratio y, but generally the crystallinity deteriorates at temperatures exceeding 1000 ° C. . Further, when light in a long wavelength region such as green light or red light is emitted, the In composition ratio y of the group III nitride semiconductor crystal containing In represented by the formula In y Ga 1-y N is set to 0.15. Although it is necessary to make the composition as high as about 0.4, in such a case, the tendency of the crystallinity to deteriorate with respect to the temperature of the nitride semiconductor crystal containing In is further increased.

図11に示す構成の従来の窒化物半導体発光素子においては、InGaNを含む活性層1104をたとえば600℃〜800℃程度の低温で形成した後に、Mgドープp型GaN層1105等のp型窒化物半導体層を1000℃を超える高温で形成する必要がある。   In the conventional nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIG. 11, after forming an active layer 1104 containing InGaN at a low temperature of about 600 ° C. to 800 ° C., for example, a p-type nitride such as an Mg-doped p-type GaN layer 1105 or the like. It is necessary to form the semiconductor layer at a high temperature exceeding 1000 ° C.

図11に示す構成の従来の窒化物半導体発光素子においては、Mgドープp型GaN層1105等のp型窒化物半導体層を高温で形成する際の昇温時および形成時の温度による熱ダメージを活性層1104が受けてしまうため、活性層1104の結晶性が著しく悪化する。一方、活性層1104を構成するInGaNのIn組成比を0.15以上、特に0.2以上とする場合には、Mgドープp型GaN層1105等のp型窒化物半導体層を低温で形成する必要があるが、p型窒化物半導体層の高抵抗化および結晶性の悪化を引き起こし、駆動電圧が上昇する。   In the conventional nitride semiconductor light emitting device having the structure shown in FIG. 11, the thermal damage due to the temperature rise during the formation of the p-type nitride semiconductor layer such as the Mg-doped p-type GaN layer 1105 at a high temperature and the temperature at the time of the formation. Since the active layer 1104 receives the crystal, the crystallinity of the active layer 1104 is significantly deteriorated. On the other hand, when the In composition ratio of InGaN constituting the active layer 1104 is 0.15 or more, particularly 0.2 or more, a p-type nitride semiconductor layer such as the Mg-doped p-type GaN layer 1105 is formed at a low temperature. Although necessary, the resistance of the p-type nitride semiconductor layer is increased and the crystallinity is deteriorated, and the drive voltage is increased.

しかしながら、図1および図2に示す構成の窒化物半導体発光素子においては、活性層105を形成した後に第2のn型窒化物半導体層106が形成され、p型窒化物半導体層を形成する必要がないため、たとえば、活性層105がInを含むIII族窒化物半導体層を有する場合に、In組成比を0.15以上とした構成、特にIn組成比を0.2以上とする構成において、図1および図2に示すような、活性層105を形成した後に第2のn型窒化物半導体層106を形成し、p型窒化物半導体層を形成しない構成が有効であると考えられる。なお、本発明において、活性層105のIn組成比の上限については特に限定されないが、活性層105のIn組成比が0.4を超えると発光効率が低下することがあるため、活性層105のIn組成比は0.4以下であることが好ましい。   However, in the nitride semiconductor light emitting device having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the second n-type nitride semiconductor layer 106 is formed after forming the active layer 105, and it is necessary to form the p-type nitride semiconductor layer. Therefore, for example, when the active layer 105 has a group III nitride semiconductor layer containing In, in the configuration in which the In composition ratio is 0.15 or more, particularly in the configuration in which the In composition ratio is 0.2 or more, A configuration in which the second n-type nitride semiconductor layer 106 is formed after the active layer 105 is formed and no p-type nitride semiconductor layer is formed as shown in FIGS. 1 and 2 is considered effective. In the present invention, the upper limit of the In composition ratio of the active layer 105 is not particularly limited. However, if the In composition ratio of the active layer 105 exceeds 0.4, the light emission efficiency may be reduced. The In composition ratio is preferably 0.4 or less.

また、上記においては、本発明の窒化物半導体発光素子として、窒化物半導体発光ダイオード素子の構成について主に説明したが、上記の構成を窒化物半導体レーザ素子などにも適用できることは言うまでもない。   In the above description, the structure of the nitride semiconductor light emitting diode element has been mainly described as the nitride semiconductor light emitting element of the present invention. However, it goes without saying that the above structure can be applied to a nitride semiconductor laser element or the like.

<実施例1>
図3に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。ここで、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子は、厚さ400μmのサファイア基板301上に、厚さ5μmの第1のn型GaN層302、厚さ2.5nmのAlN中間層303、厚さ0.3μmのp型GaN層304、厚さ10nmのp型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層309、厚さ0.168μmの多重量子井戸活性層305および厚さ0.3μmの第2のn型GaN層306の順に積層された構成を有しており、第1のn型GaN層302上には第1のn電極307が形成され、第2のn型GaN層306上には第2のn電極308が形成されている。
<Example 1>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 which is an example of the nitride semiconductor light-emitting element of the present invention. Here, the nitride semiconductor light-emitting diode device of Example 1 has a first n-type GaN layer 302 having a thickness of 5 μm, an AlN intermediate layer 303 having a thickness of 2.5 nm, a thickness on a sapphire substrate 301 having a thickness of 400 μm. P-type GaN layer 304 having a thickness of 0.3 μm, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer 309 having a thickness of 10 nm, multi-quantum well active layer 305 having a thickness of 0.168 μm, and a second n having a thickness of 0.3 μm. The first n-type GaN layer 306 is stacked in this order. A first n-electrode 307 is formed on the first n-type GaN layer 302, and a second n-type GaN layer 306 is formed on the second n-type GaN layer 306. N electrode 308 is formed.

ここで、多重量子井戸活性層305は、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層309側から、厚さ60nmのノンドープGaN層、厚さ8nmのノンドープIn0.02Ga0.98Nバリア層と厚さ4nmのノンドープIn0.2Ga0.8N井戸層とが交互に4周期積層された積層体および厚さ60nmのノンドープGaN層がこの順に積層された構成を有している。 Here, the multiple quantum well active layer 305 has a 60 nm thick non-doped GaN layer, a 8 nm thick non-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer, and a 4 nm thick layer from the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer 309 side. It has a configuration in which a non-doped In 0.2 Ga 0.8 N well layer is alternately stacked in four cycles and a non-doped GaN layer having a thickness of 60 nm is stacked in this order.

また、第1のn電極307は、第1のn型GaN層302に接するようにして形成されており、第1のn型GaN層302側から、ハフニウム膜(厚さ30nm)、アルミニウム膜(厚さ200nm)、モリブデン膜(厚さ30nm)、白金膜(厚さ50nm)および金膜(厚さ200nm)がこの順に積層された構成となっている。   The first n-electrode 307 is formed so as to be in contact with the first n-type GaN layer 302. From the first n-type GaN layer 302 side, a hafnium film (thickness 30 nm), an aluminum film ( A thickness of 200 nm), a molybdenum film (thickness of 30 nm), a platinum film (thickness of 50 nm), and a gold film (thickness of 200 nm) are stacked in this order.

また、第2のn電極308は、第1のn電極307と同じ構造となっている。
上記の構成を有する実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子は以下のようにして製造される。
The second n-electrode 308 has the same structure as the first n-electrode 307.
The nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1 having the above-described configuration is manufactured as follows.

まず、直径が2インチの表面を有する厚さ400μmのサファイア基板301のC面である(0001)面上に、MOCVD成膜装置を用いて、第1のn型GaN層302、AlN中間層303、p型GaN層304、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層309、多重量子井戸活性層305および第2のn型GaN層306をこの順にMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。ここで、窒素源としてはアンモニアを用い、ガリウム源としてはTMG(トリメチルガリウム)を用い、インジウム源としてはTMI(トリメチルインジウム)を用い、アルミニウム源としてはTMA(トリメチルアルミニウム)を用い、p型不純物のマグネシウム源としてはCp2Mg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、n型不純物のシリコン源としてシランを用いている。 First, the first n-type GaN layer 302 and the AlN intermediate layer 303 are formed on the (0001) plane, which is the C plane of the sapphire substrate 301 having a diameter of 2 inches and having a thickness of 400 μm, by using an MOCVD deposition apparatus. The p-type GaN layer 304, the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 309, the multiple quantum well active layer 305, and the second n-type GaN layer 306 are epitaxially grown in this order by the MOCVD method. Here, ammonia is used as the nitrogen source, TMG (trimethylgallium) is used as the gallium source, TMI (trimethylindium) is used as the indium source, TMA (trimethylaluminum) is used as the aluminum source, and p-type impurities. Cp2Mg (biscyclopentadienyl magnesium) is used as the magnesium source, and silane is used as the silicon source of the n-type impurity.

なお、第1のn型GaN層302および第2のn型GaN層306のキャリア密度はそれぞれ1×1018cm-3程度である。また、p型GaN層304のキャリア密度は4×1017cm-3程度である。AlN中間層303については、p型不純物およびn型不純物のドーピングを意図的に行なっていない。 The carrier density of the first n-type GaN layer 302 and the second n-type GaN layer 306 is about 1 × 10 18 cm −3 . The carrier density of the p-type GaN layer 304 is about 4 × 10 17 cm −3 . The AlN intermediate layer 303 is not intentionally doped with p-type impurities and n-type impurities.

また、第1のn型GaN層302はサファイア基板301の温度を1125℃として形成され、AlN中間層303、p型GaN層304およびp型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層309も引き続いてサファイア基板301の温度を1125℃として形成される。 The first n-type GaN layer 302 is formed with the temperature of the sapphire substrate 301 being 1125 ° C., and the AlN intermediate layer 303, the p-type GaN layer 304, and the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 309 are also continued. The temperature of 301 is formed at 1125 ° C.

そして、サファイア基板301の温度を750℃まで低下させて多重量子井戸活性層305を形成し、サファイア基板301の温度を850℃まで上昇させて第2のn型GaN層306を形成する。その後、サファイア基板301の温度を室温まで降温する。   Then, the temperature of the sapphire substrate 301 is lowered to 750 ° C. to form the multiple quantum well active layer 305, and the temperature of the sapphire substrate 301 is raised to 850 ° C. to form the second n-type GaN layer 306. Thereafter, the temperature of the sapphire substrate 301 is lowered to room temperature.

このように、多重量子井戸活性層305を形成した後に、サファイア基板301の温度を850℃程度の低温として第2のn型GaN層306を形成した場合でも、第2のn型GaN層306はn型窒化物半導体層であるため、第2のn型GaN層306の高抵抗化および結晶性の著しい悪化を抑制することができる。また、多重量子井戸活性層305上にp型窒化物半導体層を形成する図11に示すような従来の構成と比べて低温で第2のn型GaN層306を形成することができるため、多重量子井戸活性層305が受ける熱ダメージを低減することができる。   As described above, even when the second n-type GaN layer 306 is formed after the multiple quantum well active layer 305 is formed and the temperature of the sapphire substrate 301 is lowered to about 850 ° C., the second n-type GaN layer 306 is Since the n-type nitride semiconductor layer is used, the second n-type GaN layer 306 can be prevented from having high resistance and significant deterioration in crystallinity. In addition, since the second n-type GaN layer 306 can be formed at a lower temperature than the conventional configuration shown in FIG. 11 in which a p-type nitride semiconductor layer is formed on the multiple quantum well active layer 305, multiple Thermal damage to the quantum well active layer 305 can be reduced.

その後、第2のn型GaN層306上に第2のn電極308をEB(Electron Beam)蒸着法により形成する。ここで、第2のn電極308のパターンニングは、以下のようにして行なわれる。まず、第2のn型GaN層306の表面全面にフォトレジストを形成した後に、一般的なフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてそのフォトレジストに第2のn電極308の形状に開口部を設ける。そして、フォトレジストの全面を覆うようにして第2のn電極308をEB蒸着法により形成し、その後リフトオフによりフォトレジストを除去することによって、所定の形状にパターンニングされた第2のn電極308が第2のn型GaN層306上に形成される。   Thereafter, a second n-electrode 308 is formed on the second n-type GaN layer 306 by EB (Electron Beam) evaporation. Here, the patterning of the second n-electrode 308 is performed as follows. First, after forming a photoresist on the entire surface of the second n-type GaN layer 306, an opening is formed in the shape of the second n-electrode 308 in the photoresist using a general photolithography technique and an etching technique. . Then, a second n electrode 308 is formed by EB vapor deposition so as to cover the entire surface of the photoresist, and then the photoresist is removed by lift-off, whereby the second n electrode 308 patterned into a predetermined shape is formed. Is formed on the second n-type GaN layer 306.

次に、第2のn型GaN層306上に気相エッチング用のマスクを形成し、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング法を用いて、第1のn型GaN層302の厚さ方向の途中までエッチングを行なう。   Next, a gas phase etching mask is formed on the second n-type GaN layer 306, and the first n-type GaN layer 302 is halfway in the thickness direction using an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method. Etching is performed.

次に、EB蒸着法およびスパッタ法を用いて、第1のn型GaN層302の露出した表面上に第1のn電極307を形成する。ここで、第1のn電極307のパターンニングは、第2のn電極308のパターンニングと同様にして行なわれる。   Next, the first n-electrode 307 is formed on the exposed surface of the first n-type GaN layer 302 using EB vapor deposition and sputtering. Here, the patterning of the first n-electrode 307 is performed in the same manner as the patterning of the second n-electrode 308.

次に、上記の第1のn電極307の形成後のサファイア基板301の厚さを一般的な研削および研磨により100μm程度に薄くした後に、ダイヤモンド針でスクライブすることにより一辺が350μmの正方形状の表面を有するチップ状に分割して実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子を得る。   Next, the thickness of the sapphire substrate 301 after the formation of the first n-electrode 307 is reduced to about 100 μm by general grinding and polishing, and then scribed with a diamond needle to form a square shape having a side of 350 μm. The nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 is obtained by dividing into chips having a surface.

なお、マグネシウムがドープされたp型窒化物半導体層は1000℃以上の高温で形成しないとp型の電気伝導を示さないが、シリコンがドープされたn型窒化物半導体層は1000℃未満の低温であってもn型の電気伝導を示す。したがって、800℃程度の低温であっても、形成条件を最適化することにより、第2のn型GaN層306を形成することができる。   Note that the p-type nitride semiconductor layer doped with magnesium does not exhibit p-type conductivity unless it is formed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, but the n-type nitride semiconductor layer doped with silicon has a low temperature of less than 1000 ° C. Even so, it exhibits n-type electrical conduction. Therefore, the second n-type GaN layer 306 can be formed by optimizing the formation conditions even at a low temperature of about 800 ° C.

また、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、第1のn電極307に正電圧を印加し、第2のn電極308に負電圧を印加するため、第1のn電極307が正電極(アノード電極)となり、第2のn電極308が負電極(カソード電極)となる。このように、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子に電圧を印加することにより、多重量子井戸活性層305から光が発光する。   In the nitride semiconductor light emitting diode device of Example 1, a positive voltage is applied to the first n-electrode 307 and a negative voltage is applied to the second n-electrode 308, so that the first n-electrode 307 is positive. The second n-electrode 308 becomes a negative electrode (cathode electrode). Thus, light is emitted from the multiple quantum well active layer 305 by applying a voltage to the nitride semiconductor light-emitting diode device of Example 1.

一方、比較例として、図7の模式的断面図に示す構成の窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。ここで、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子は、AlN中間層303の代わりに、図9の模式的断面図に示すように、第1のn型GaN層302の上部を10nmの厚さでキャリア密度を3.4×1019cm-3としたシリコン高ドープ層701とし、p型GaN層304の下部を10nmの厚さでキャリア密度を3×1018cm-3としたマグネシウム高ドープ層702として、これらが接合したトンネル接合を有するトンネル接合層703を形成したこと以外は実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様の構成となっている。 On the other hand, as a comparative example, a nitride semiconductor light-emitting diode element having the configuration shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7 is manufactured. Here, in the nitride semiconductor light emitting diode device of the comparative example, instead of the AlN intermediate layer 303, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 9, the upper portion of the first n-type GaN layer 302 has a thickness of 10 nm. A highly doped silicon layer 701 having a carrier density of 3.4 × 10 19 cm −3 and a magnesium heavily doped layer having a thickness of 10 nm and a carrier density of 3 × 10 18 cm −3 below the p-type GaN layer 304. 702 has the same configuration as that of the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1 except that a tunnel junction layer 703 having a tunnel junction formed by bonding them is formed.

実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は4.6Vである。一方、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子に20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は7.5V程度である。したがって、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子は、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子と比べて、20mAの電流を注入して駆動させたときの駆動電圧を3V程度低減することができる。   In the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1, the driving voltage when driven by injecting a current of 20 mA is 4.6V. On the other hand, the drive voltage when driving by injecting a current of 20 mA into the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example is about 7.5V. Therefore, the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 can reduce the driving voltage when driven by injecting a current of 20 mA, by about 3 V, compared with the nitride semiconductor light-emitting diode element of the comparative example.

また、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子と比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子の発光パターンを光学顕微鏡にて観察したところ、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、図8に示すように、発光強度が大きい領域801と発光強度が小さい領域802とが混在しており、発光強度ムラが大きく、電流の注入が不均一であることがわかる。   Moreover, when the light emission pattern of the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1 and the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example was observed with an optical microscope, the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example is shown in FIG. Thus, it can be seen that the region 801 having a high light emission intensity and the region 802 having a low light emission intensity are mixed, the light emission intensity unevenness is large, and the current injection is not uniform.

一方、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子のような発光強度ムラはほとんど見られない。   On the other hand, in the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1, there is almost no uneven emission intensity unlike the nitride semiconductor light-emitting diode element of the comparative example.

また、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、発光強度が大きい領域801と発光強度が小さい領域802との発光強度は8倍程度違っていたが、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、発光強度が大きい領域と小さい領域とで発光強度は3倍程度に抑えられている。   Further, in the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example, the light emission intensity of the region 801 having a high light emission intensity and the region 802 having a low light emission intensity differed by about 8 times, but the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1 In FIG. 5, the light emission intensity is suppressed to about three times between the region where the light emission intensity is high and the region where the light emission intensity is low.

また、図4に実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子のAlN中間層303近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果を示し、図10に比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子のトンネル接合層703近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果を示す。   FIG. 4 shows a theoretical calculation result of a band energy diagram in the vicinity of the AlN intermediate layer 303 of the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1, and FIG. 10 shows a vicinity of the tunnel junction layer 703 of the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example. The theoretical calculation result of the band energy diagram of is shown.

図4および図10において、横軸が厚さ方向における位置(nm)を示しており、縦軸がバンドエネルギ(eV)およびキャリア密度(cm-3)を示している。なお、図4の横軸の50(nm)の位置は、AlN中間層303とp型GaN層304との界面の位置を示しており、図4の横軸の数値が大きくなるほど第1のn型GaN層302側に進行し、図4の横軸の数値が小さくなるほどp型GaN層304側に進行する。また、図10の横軸の50(nm)の位置は、第1のn型GaN層302とシリコン高ドープ層701との界面の位置を示しており、図10の横軸の数値が大きくなるほど第1のn型GaN層302側に進行し、図10の横軸の数値が小さくなるほどp型GaN層304側に進行する。 4 and 10, the horizontal axis indicates the position (nm) in the thickness direction, and the vertical axis indicates the band energy (eV) and the carrier density (cm −3 ). Note that the position of 50 (nm) on the horizontal axis in FIG. 4 indicates the position of the interface between the AlN intermediate layer 303 and the p-type GaN layer 304. The larger the numerical value on the horizontal axis in FIG. It progresses to the p-type GaN layer 302 side as the numerical value on the horizontal axis in FIG. Further, the position of 50 (nm) on the horizontal axis of FIG. 10 indicates the position of the interface between the first n-type GaN layer 302 and the silicon highly doped layer 701, and the numerical value on the horizontal axis of FIG. The process proceeds toward the first n-type GaN layer 302, and proceeds toward the p-type GaN layer 304 as the numerical value on the horizontal axis in FIG. 10 decreases.

図4および図10において、伝導帯のバンドエネルギ401と価電子帯のバンドエネルギ405とは互いのフェルミエネルギ402が一致するように接合されており、p型不純物のキャリア密度403が示されている領域とn型不純物のキャリア密度404が示されている領域との間のキャリア密度が示されていない領域がキャリアの存在しない空乏層となり、空乏層の幅がzで示されている。この空乏層の幅zが小さい方がトンネル電流が流れやすくなる。   4 and 10, the band energy 401 of the conduction band and the band energy 405 of the valence band are joined so that their Fermi energies 402 coincide with each other, and the carrier density 403 of the p-type impurity is shown. A region where the carrier density between the region and the region where the carrier density 404 of the n-type impurity is not shown is a depletion layer in which no carrier exists, and the width of the depletion layer is indicated by z. As the depletion layer has a smaller width z, a tunnel current easily flows.

図4と図10の空乏層の幅zを比較すればわかるように、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては空乏層の幅zが2.5nm程度であるのに対して、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子では空乏層の幅zが30nm程度となっている。したがって、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子の空乏層の幅は、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子の1/10程度となっており、これにより実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては良好なトンネル電流が流れ、駆動電圧の低減につながっているものと考えられる。   As can be seen by comparing the width z of the depletion layer in FIGS. 4 and 10, in the nitride semiconductor light emitting diode device of Example 1, the width z of the depletion layer is approximately 2.5 nm, whereas the comparative example In the nitride semiconductor light emitting diode device, the width z of the depletion layer is about 30 nm. Therefore, the width of the depletion layer of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 is about 1/10 of that of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Comparative Example, thereby the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 In this case, it is considered that a good tunnel current flows and the driving voltage is reduced.

すなわち、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子においては、AlN中間層303を構成するAlNの格子定数が、第1のn型GaN層302およびp型GaN層304を構成するGaNの格子定数よりも小さくなっている。したがって、AlN中間層303には、この格子定数差に起因して格子不整合による格子歪が生じ、ピエゾ電界による自発分極がC軸方向に沿って発生して、AlN中間層303のC面が+C軸側と−C軸側とで異なる性質を示すことから、AlN中間層303は極性面を有する。そして、極性面を有するAlN中間層303においては、バンドの曲がりが生じるために、空乏層の幅を狭くすることができたものと考えられる。   That is, in the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1, the lattice constant of AlN constituting the AlN intermediate layer 303 is greater than the lattice constant of GaN constituting the first n-type GaN layer 302 and the p-type GaN layer 304. Is also getting smaller. Therefore, in the AlN intermediate layer 303, lattice distortion due to lattice mismatch occurs due to this lattice constant difference, spontaneous polarization due to the piezoelectric field occurs along the C-axis direction, and the C plane of the AlN intermediate layer 303 becomes The AlN intermediate layer 303 has a polar surface because it exhibits different properties on the + C axis side and the −C axis side. In the AlN intermediate layer 303 having a polar surface, it is considered that the band is bent, and thus the width of the depletion layer can be reduced.

また、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子において発光強度ムラがほとんど見られなかったのは、AlN中間層303の挿入により、第1のn型GaN層302とp型GaN層304との間の電圧が低減して、これらの層間の抵抗が小さくなったため、均一に電流が注入できたことによるものと考えられる。   Further, in the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1, almost no uneven emission intensity was observed between the first n-type GaN layer 302 and the p-type GaN layer 304 due to the insertion of the AlN intermediate layer 303. This is considered to be due to the fact that the current was uniformly injected because the resistance between these layers was reduced and the resistance between these layers was reduced.

図5に、実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子のAlN中間層303の厚さを4nmに変更したときのAlN中間層303近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果を示す。この場合には、空乏層の幅zが4nm程度となり、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子の空乏層の幅の1/7程度となっている。したがって、AlN中間層303の厚さを4nmに変更した場合にも、良好なトンネル電流が流れ、駆動電圧が低減するという本発明の効果が得られることがわかる。図5におけるその他の説明は、図4における説明と同様である。   FIG. 5 shows a theoretical calculation result of a band energy diagram in the vicinity of the AlN intermediate layer 303 when the thickness of the AlN intermediate layer 303 of the nitride semiconductor light emitting diode element of Example 1 is changed to 4 nm. In this case, the width z of the depletion layer is about 4 nm, which is about 1/7 of the width of the depletion layer of the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example. Therefore, it can be seen that even when the thickness of the AlN intermediate layer 303 is changed to 4 nm, the effect of the present invention that a good tunnel current flows and the drive voltage is reduced can be obtained. The other description in FIG. 5 is the same as the description in FIG.

なお、本実施例と同様の効果は、中間層303がAlNからなる場合に限られず、中間層303がAlxGa1-xN(0<x<1)からなる場合にも得られる。 Note that the same effects as in the present embodiment are not limited to the case where the intermediate layer 303 is made of AlN, but can also be obtained when the intermediate layer 303 is made of Al x Ga 1-x N (0 <x <1).

また、サファイア基板301の温度を500℃程度にして、サファイア基板301のC面である(0001)面上にGaNバッファ層を形成してから第1のn型GaN層302を形成しても本実施例と同様の効果が得られる。   Further, even if the first n-type GaN layer 302 is formed after forming the GaN buffer layer on the (0001) plane which is the C plane of the sapphire substrate 301 by setting the temperature of the sapphire substrate 301 to about 500 ° C. The same effect as the embodiment can be obtained.

また、サファイア基板301の代わりにn型窒化物半導体基板を用い、n型窒化物半導体基板の極性面または半極性面上に中間層303を直接形成し、その中間層303上にp型GaN層304を形成して図2に示すような上下電極構造の構成に変更した場合にも、本実施例と同様の効果が得られる。   In addition, an n-type nitride semiconductor substrate is used instead of the sapphire substrate 301, an intermediate layer 303 is directly formed on the polar surface or semipolar surface of the n-type nitride semiconductor substrate, and a p-type GaN layer is formed on the intermediate layer 303. Even when 304 is formed and the structure is changed to the structure of the upper and lower electrodes as shown in FIG. 2, the same effect as the present embodiment can be obtained.

また、多重量子井戸活性層305にAlを含む混晶を用いた場合でも上記と同様の効果が得られ、さらには多重量子井戸活性層305を構成する井戸層のIn組成比を適宜変更して発光波長を変更した場合でも本実施例と同様の効果が得られる。   Further, even when a mixed crystal containing Al is used for the multiple quantum well active layer 305, the same effect as described above can be obtained. Further, the In composition ratio of the well layer constituting the multiple quantum well active layer 305 is appropriately changed. Even when the emission wavelength is changed, the same effect as in this embodiment can be obtained.

本発明においては、従来の一般的な構造とは異なり、活性層はp型窒化物半導体層上に形成される。多重量子井戸活性層305は、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層309側から、厚さ60nmのノンドープGaN層、厚さ8nmのノンドープIn0.02Ga0.98Nバリア層と厚さ4nmのノンドープIn0.2Ga0.8N井戸層の順に形成されている。p型窒化物半導体層上に活性層の井戸層を直接形成した場合には、p型ドーパントであるMgの活性層への拡散により発光強度が低下することがあることから、p型窒化物半導体層と活性層の井戸層との間には5nm以上の間隔をあけることが好ましい。なお、当該間隔には、本実施例のように、ノンドープの窒化物半導体層を形成することが好ましい。 In the present invention, unlike the conventional general structure, the active layer is formed on the p-type nitride semiconductor layer. The multi-quantum well active layer 305 has a non-doped GaN layer having a thickness of 60 nm, a non-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer having a thickness of 8 nm, and a non-doped In 0.2 having a thickness of 4 nm from the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer 309 side. Ga 0.8 N well layers are formed in this order. When the well layer of the active layer is directly formed on the p-type nitride semiconductor layer, the emission intensity may be reduced due to diffusion of Mg as a p-type dopant into the active layer. It is preferable to leave a space of 5 nm or more between the layer and the well layer of the active layer. Note that it is preferable to form a non-doped nitride semiconductor layer at the interval as in this embodiment.

<実施例2>
実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子の中間層303の組成をAl0.3Ga0.7Nに変更するとともに、中間層303の厚さを20nmに変更したこと以外は実施例1と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を作製する。
<Example 2>
The nitride is the same as in Example 1 except that the composition of the intermediate layer 303 of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 is changed to Al 0.3 Ga 0.7 N and the thickness of the intermediate layer 303 is changed to 20 nm. A semiconductor light emitting diode element is produced.

このようにして作製した実施例2の窒化物半導体発光ダイオード素子も、上記の実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子と同様に、比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子と比較して、発光強度ムラを抑制することができるとともに、動作電圧も低減することができる。   The nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 2 manufactured in this way is also light-emitting intensity as compared with the nitride semiconductor light-emitting diode element of Comparative Example, similarly to the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 described above. Unevenness can be suppressed and the operating voltage can also be reduced.

<実施例3>
図6に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である実施例3の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。ここで、実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、厚さ400μmのn型GaN基板601上に、厚さ2.5μmの第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層602a、厚さ0.1μmの第1のn型GaNガイド層602b、厚さ2.5nmのAl0.8Ga0.2N中間層603、厚さ0.2μmのp型GaNガイド層604、厚さ0.01μmのp型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層609、厚さ0.144μmの多重量子井戸活性層605、厚さ0.2μmの第2のn型GaNガイド層606bおよび厚さ0.6μmの第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aの順に積層された構成を有している。
<Example 3>
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the nitride semiconductor laser device of Example 3 which is an example of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser device of Example 3, a first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 602a having a thickness of 2.5 μm, an n-type GaN substrate 601 having a thickness of 400 μm, 1 μm first n-type GaN guide layer 602b, 2.5 nm thick Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer 603, 0.2 μm thick p-type GaN guide layer 604, 0.01 μm thick p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer 609, multiple quantum well active layer 605 having a thickness of 0.144 μm, second n-type GaN guide layer 606 b having a thickness of 0.2 μm, and second n-type Al 0.05 having a thickness of 0.6 μm A Ga 0.95 N clad layer 606a is stacked in this order.

また、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aの一部および第2のn型GaNガイド層606bの一部がそれぞれ除去されることによって、共振器長方向に伸びるリッジストライプ部(リッジストライプ部のストライプ幅:1.2〜2.4μm)が形成されており、そのリッジストライプ部の側面および第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aの表面が絶縁膜611で覆われている。 Further, a part of the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a and a part of the second n-type GaN guide layer 606b are removed, respectively, so that a ridge stripe portion (ridge) extending in the cavity length direction is removed. The stripe width of the stripe portion: 1.2 to 2.4 μm) is formed, and the side surface of the ridge stripe portion and the surface of the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a are covered with an insulating film 611. Yes.

また、n型GaN基板601の裏面には第1のn電極607が形成され、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606a上には第2のn電極608が形成されている。 A first n-electrode 607 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 601, and a second n-electrode 608 is formed on the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606 a.

ここで、多重量子井戸活性層605は、実施例3の窒化物半導体レーザ素子から発振するレーザ光の波長が500nmになるように混晶比を調節して形成されており、具体的には、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層609側から、厚さ60nmのノンドープGaN層、厚さ8nmのノンドープIn0.02Ga0.98Nバリア層と厚さ4nmのノンドープIn0.2Ga0.8N井戸層とが交互に2周期積層された積層体および厚さ60nmのノンドープGaN層がこの順に積層された構成を有している。 Here, the multiple quantum well active layer 605 is formed by adjusting the mixed crystal ratio so that the wavelength of the laser light oscillated from the nitride semiconductor laser element of Example 3 is 500 nm. Specifically, From the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 609 side, a 60 nm thick non-doped GaN layer, a 8 nm thick non-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer, and a 4 nm thick non-doped In 0.2 Ga 0.8 N well layer alternately The laminated body laminated | stacked two periods and the non-doped GaN layer of thickness 60nm have the structure laminated | stacked in this order.

また、第1のn電極607は、n型GaN基板601に接するようにして形成されており、n型GaN基板601側から、ハフニウム膜(厚さ30nm)、アルミニウム膜(厚さ200nm)、モリブデン膜(厚さ30nm)、白金膜(厚さ50nm)および金膜(厚さ200nm)がこの順に積層された構成となっている。   The first n-electrode 607 is formed so as to be in contact with the n-type GaN substrate 601. From the n-type GaN substrate 601 side, a hafnium film (thickness 30 nm), an aluminum film (thickness 200 nm), molybdenum A film (thickness 30 nm), a platinum film (thickness 50 nm), and a gold film (thickness 200 nm) are stacked in this order.

また、第2のn電極608は、第1のn電極607と同じ構造となっている。また、絶縁膜611は、厚さ200nmの酸化シリコン層および厚さ50nmの酸化チタン層がこの順序で積層された構成となっている。   The second n electrode 608 has the same structure as the first n electrode 607. The insulating film 611 has a structure in which a silicon oxide layer having a thickness of 200 nm and a titanium oxide layer having a thickness of 50 nm are stacked in this order.

また、第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層602a、第1のn型GaNガイド層602b、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aおよび第2のn型GaNガイド層606bのキャリア密度はそれぞれ1×1018cm-3程度である。また、p型GaNガイド層604のキャリア密度は4×1017cm-3程度である。Al0.8Ga0.2N中間層603については、p型不純物およびn型不純物のドーピングを意図的に行なっていない。 The first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 602a, the first n-type GaN guide layer 602b, the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a, and the second n-type GaN guide layer 606b are also provided. Each carrier density is about 1 × 10 18 cm −3 . The carrier density of the p-type GaN guide layer 604 is about 4 × 10 17 cm −3 . The Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer 603 is not intentionally doped with p-type impurities and n-type impurities.

上記の構成を有する実施例3の窒化物半導体レーザ素子は以下のようにして製造される。   The nitride semiconductor laser element of Example 3 having the above configuration is manufactured as follows.

まず、直径が2インチの表面を有する厚さ400μmのn型GaN基板601のC面である(0001)面上に、MOCVD成膜装置を用いて、第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層602a、第1のn型GaNガイド層602b、Al0.8Ga0.2N中間層603、p型GaNガイド層604、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層609、多重量子井戸活性層605、第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aをこの順にMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。ここで、窒素源としてはアンモニアを用い、ガリウム源としてはTMGを用い、インジウム源としてはTMIを用い、アルミニウム源としてはTMAを用い、p型不純物のマグネシウム源としてはCp2Mgを用い、n型不純物のシリコン源としてシランを用いている。 First, the first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad is formed on the (0001) plane, which is the C plane of the 400 μm-thick n-type GaN substrate 601 having a surface of 2 inches in diameter, using an MOCVD film forming apparatus. Layer 602a, first n-type GaN guide layer 602b, Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer 603, p-type GaN guide layer 604, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 609, multiple quantum well active layer 605, second The n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a are epitaxially grown in this order by the MOCVD method. Here, ammonia is used as the nitrogen source, TMG is used as the gallium source, TMI is used as the indium source, TMA is used as the aluminum source, Cp2Mg is used as the magnesium source of the p-type impurity, and n-type impurity is used. Silane is used as a silicon source.

ここで、第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層602aから多重量子井戸活性層605のn型GaN基板601に近い側のノンドープGaN層まではn型GaN基板601の温度を1125℃として形成され、その後、n型GaN基板601の温度を750℃まで低下させて多重量子井戸活性層605の残りの部分を形成する。そして、n型GaN基板601の温度を850℃まで上昇させて第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aを形成する。その後、n型GaN基板601の温度を室温まで降温する。 Here, the temperature of the n-type GaN substrate 601 is set to 1125 ° C. from the first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 602a to the non-doped GaN layer on the side close to the n-type GaN substrate 601 of the multiple quantum well active layer 605. Thereafter, the temperature of the n-type GaN substrate 601 is lowered to 750 ° C. to form the remaining part of the multiple quantum well active layer 605. Then, the temperature of the n-type GaN substrate 601 is raised to 850 ° C. to form the second n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a. Thereafter, the temperature of the n-type GaN substrate 601 is lowered to room temperature.

このように、多重量子井戸活性層605を形成した後に、n型GaN基板601の温度を850℃程度の低温として第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aを形成した場合でも、第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aはそれぞれn型窒化物半導体層であるため、第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aの高抵抗化および結晶性の著しい悪化を抑制することができる。また、多重量子井戸活性層605上にp型窒化物半導体層を形成する図11に示すような従来の構成と比べて低温で第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aを形成することができるため、多重量子井戸活性層605が受ける熱ダメージを低減することができる。 Thus, after the multiple quantum well active layer 605 is formed, the temperature of the n-type GaN substrate 601 is set to a low temperature of about 850 ° C., and the second n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding. Even when the layer 606a is formed, the second n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 606a are each an n-type nitride semiconductor layer. The resistance of the layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 606a can be increased and the deterioration of crystallinity can be suppressed. In addition, the second n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 are formed at a lower temperature than the conventional configuration shown in FIG. 11 in which the p-type nitride semiconductor layer is formed on the multiple quantum well active layer 605. Since the Ga 0.95 N cladding layer 606a can be formed, thermal damage to the multiple quantum well active layer 605 can be reduced.

その後、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606a上に第2のn電極608をEB(Electron Beam)蒸着法により形成する。そして、第2のn電極608の表面全面にフォトレジストを形成した後に、一般的なフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてそのフォトレジストのリッジストライプ部を形成しない領域に開口部を設ける。その後、ICPエッチング法を用いて、第2のn型GaNガイド層606bの厚さ方向の途中までエッチングを行なう。そして、フォトレジストの表面全面に、EB蒸着法およびスパッタ法を用いて、酸化シリコン層および酸化チタン層をこの順序に積層して、絶縁膜611を形成する。その後リフトオフによりフォトレジストを除去することによって、第2のn電極608が第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606a上に形成されるとともに、所定の形状にパターンニングされた絶縁膜611が形成される。 Thereafter, a second n-electrode 608 is formed on the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a by EB (Electron Beam) evaporation. Then, after forming a photoresist on the entire surface of the second n-electrode 608, an opening is provided in a region where the ridge stripe portion of the photoresist is not formed by using a general photolithography technique and an etching technique. Thereafter, etching is performed halfway in the thickness direction of the second n-type GaN guide layer 606b using an ICP etching method. Then, an insulating film 611 is formed on the entire surface of the photoresist by stacking a silicon oxide layer and a titanium oxide layer in this order by using an EB vapor deposition method and a sputtering method. Thereafter, the photoresist is removed by lift-off, whereby a second n-electrode 608 is formed on the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 606a, and an insulating film 611 patterned into a predetermined shape is formed. It is formed.

次に、EB蒸着法を用いて、n型GaN基板601の裏面上に第1のn電極607を形成する。   Next, a first n-electrode 607 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 601 using EB vapor deposition.

次に、上記の第1のn電極607の形成後のn型GaN基板601の厚さを一般的な研削および研磨により100μm程度に薄くした後に、ダイヤモンド針でスクライブし、バー状に劈開する。そして、この劈開により露出した共振器端面にAlOa1-a(0≦a)の式で表わされる誘電体膜からなる端面コート膜を30nm程度の厚さに形成する。ここで、光出射側の共振器端面における反射率は10%とされ、光反射側の共振器端面における反射率は90%に設定される。これにより、実施例3の窒化物半導体レーザ素子を得る。 Next, after the thickness of the n-type GaN substrate 601 after forming the first n-electrode 607 is reduced to about 100 μm by general grinding and polishing, it is scribed with a diamond needle and cleaved into a bar shape. Then, an end face coating film made of a dielectric film represented by the formula of AlO a N 1-a (0 ≦ a) is formed to a thickness of about 30 nm on the resonator end face exposed by this cleavage. Here, the reflectance at the resonator end face on the light emitting side is set to 10%, and the reflectance at the resonator end face on the light reflecting side is set to 90%. Thereby, the nitride semiconductor laser element of Example 3 is obtained.

また、比較例として、Al0.8Ga0.2N中間層603の代わりに、第1のn型GaNガイド層602bの上部を50nmの厚さでキャリア密度を3.4×1019cm-3としたシリコン高ドープ層とし、p型GaNガイド層604の下部を50nmの厚さでキャリア密度を3×1018cm-3としたマグネシウム高ドープ層として、これらが接合したトンネル接合を有するトンネル接合層を形成したこと以外は実施例3の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成とした比較例の窒化物半導体レーザ素子を作製する。 Further, as a comparative example, instead of the Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer 603, silicon having an upper portion of the first n-type GaN guide layer 602 b with a thickness of 50 nm and a carrier density of 3.4 × 10 19 cm −3. As the highly doped layer, the lower part of the p-type GaN guide layer 604 is formed as a magnesium highly doped layer having a thickness of 50 nm and a carrier density of 3 × 10 18 cm −3, and a tunnel junction layer having a tunnel junction is formed. A nitride semiconductor laser device of a comparative example having the same configuration as that of the nitride semiconductor laser device of Example 3 is manufactured except that described above.

実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は6.2Vである。一方、比較例の窒化物半導体レーザ素子に20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は9.0V程度である。したがって、実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、比較例の窒化物半導体レーザ素子と比べて、20mAの電流を注入して駆動させたときの駆動電圧を3V程度低減することができる。   In the nitride semiconductor laser device of Example 3, the driving voltage when driven by injecting a current of 20 mA is 6.2V. On the other hand, the drive voltage when driving by injecting a current of 20 mA into the nitride semiconductor laser element of the comparative example is about 9.0V. Therefore, the nitride semiconductor laser element of Example 3 can reduce the driving voltage when driven by injecting a current of 20 mA, compared with the nitride semiconductor laser element of the comparative example, by about 3V.

実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、多重量子井戸活性層605を形成した後に第2のn型GaNガイド層606bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層606aといったn型窒化物半導体層しか形成されず、p型窒化物半導体層については形成されないため、実施例3の窒化物半導体レーザ素子の構成は、多重量子井戸活性層605中の井戸層のIn組成比を0.15以上、特に0.2以上とするときに優れた構成であると言える。 In the nitride semiconductor laser device of Example 3, the n-type nitride such as the second n-type GaN guide layer 606b and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 606a is formed after the multiple quantum well active layer 605 is formed. Since only the semiconductor layer is formed and not the p-type nitride semiconductor layer, the structure of the nitride semiconductor laser device of Example 3 is such that the In composition ratio of the well layer in the multiple quantum well active layer 605 is 0.15. As mentioned above, it can be said that it is an excellent structure especially when it is 0.2 or more.

また、従来の窒化物半導体レーザ素子においては、リッジストライプ部が抵抗の大きいp型窒化物半導体層により形成されていたため、駆動電圧が高くなる。しかしながら、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、p型窒化物半導体層に比べて抵抗の小さいn型窒化物半導体層によりリッジストライプ部が形成されるため、従来の窒化物半導体レーザ素子と比較して駆動電圧を低く抑えることができる点で好ましい。   Further, in the conventional nitride semiconductor laser element, the ridge stripe portion is formed of the p-type nitride semiconductor layer having a high resistance, so that the drive voltage becomes high. However, in the nitride semiconductor laser device of Example 3, the ridge stripe portion is formed by the n-type nitride semiconductor layer having a lower resistance than the p-type nitride semiconductor layer. This is preferable in that the drive voltage can be kept low.

さらに、従来の窒化物半導体レーザ素子においては、p型窒化物半導体層に接触するp電極とn型窒化物半導体層に接触するn電極をそれぞれ形成する必要がある。しかしながら、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、n電極のみを用いることができるため、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて、電極と窒化物半導体間の接触抵抗を低減することができる。   Furthermore, in the conventional nitride semiconductor laser device, it is necessary to form a p-electrode that contacts the p-type nitride semiconductor layer and an n-electrode that contacts the n-type nitride semiconductor layer. However, in the nitride semiconductor laser element of Example 3, since only the n electrode can be used, the contact resistance between the electrode and the nitride semiconductor can be reduced as compared with the conventional nitride semiconductor laser element. .

また、実施例3の窒化物半導体レーザ素子において、第1のn電極607および第2のn電極608は同一のものを用いてもよく、異なるものを用いてもよいが、同一のものを用いた場合には、形成条件の変更等が不要となることから生産性が向上し、同一の材料を用いることができることから製造コストの低減を図ることができる。なお、第1のn電極607および第2のn電極608としては、チタン層とアルミニウム層との積層体等の構成も用いることができる。   In the nitride semiconductor laser device of Example 3, the first n-electrode 607 and the second n-electrode 608 may be the same or different, but the same may be used. In such a case, since it is not necessary to change the forming conditions, the productivity is improved, and the same material can be used, so that the manufacturing cost can be reduced. Note that the first n-electrode 607 and the second n-electrode 608 can also have a structure such as a stacked body of a titanium layer and an aluminum layer.

なお、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、AlOa1-a(0≦a)の式で表わされる誘電体膜からなる端面コート膜上に、酸化物膜(たとえば、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、酸化チタン膜および酸化ニオブ膜等の少なくとも1種)、窒化物膜(たとえば、窒化シリコン膜および窒化アルミニウム膜等の少なくとも1種)、酸窒化物膜(たとえば、酸窒化シリコン膜および酸窒化アルミニウム膜等の少なくとも1種)などを形成してもよい。 In the nitride semiconductor laser device of Example 3, an oxide film (for example, a silicon oxide film) is formed on the end face coat film made of a dielectric film represented by the formula of AlO a N 1-a (0 ≦ a). , Aluminum oxide film, zirconium oxide film, tantalum oxide film, titanium oxide film, niobium oxide film, etc.), nitride film (for example, silicon nitride film, aluminum nitride film, etc.), oxynitride A film (for example, at least one of a silicon oxynitride film and an aluminum oxynitride film) may be formed.

また、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、多重量子井戸活性層605の構成を適宜変更することによって、たとえば波長380nm〜550nmのレーザ光を発振する構成としてもよい。   In the nitride semiconductor laser device of Example 3, the configuration of the multiple quantum well active layer 605 may be changed as appropriate to oscillate laser light having a wavelength of, for example, 380 nm to 550 nm.

また、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、n型GaN基板601に代えて、n型AlGaN基板、n型AlN基板またはn型InGaN基板などを用いてもよい。   In the nitride semiconductor laser device of Example 3, instead of the n-type GaN substrate 601, an n-type AlGaN substrate, an n-type AlN substrate, an n-type InGaN substrate, or the like may be used.

また、実施例3の窒化物半導体レーザ素子においては、リッジストライプ部の幅をたとえば2μm〜100μm程度の幅として、照明用途などで使用されるブロードエリア型の窒化物半導体レーザ素子としてもよい。   In the nitride semiconductor laser element of Example 3, the width of the ridge stripe portion may be set to a width of about 2 μm to 100 μm, for example, and may be a broad area type nitride semiconductor laser element used for illumination purposes.

<実施例4>
図12に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である実施例4の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。ここで、実施例4の窒化物半導体レーザ素子は、無極性面を有する基板を用いて極性面を有する中間層を形成して窒化物半導体レーザ素子を作製している点で実施例3の窒化物半導体レーザ素子とは異なっている。
<Example 4>
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor laser device of Example 4, which is an example of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention. Here, the nitride semiconductor laser device of Example 4 is a nitride semiconductor laser device of Example 3 in that a nitride semiconductor laser device is manufactured by forming an intermediate layer having a polar surface using a substrate having a nonpolar surface. This is different from a semiconductor laser device.

実施例4の窒化物半導体レーザ素子は、厚さ400μmのn型GaN基板1201のm面上に、厚さ2.5μmの第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1202a、厚さ0.1μmの第1のn型GaNガイド層1202b、厚さ2.5nmのAlN中間層1203、厚さ0.2μmのp型GaNガイド層1204、厚さ0.01μmのp型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層1209、厚さ0.144μmの多重量子井戸活性層1205、厚さ0.2μmの第2のn型GaNガイド層1206bおよび厚さ0.6μmの第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206aの順に積層された構成を有している。 The nitride semiconductor laser device of Example 4 has a first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 1202a having a thickness of 2.5 μm and a thickness of 0.2 μm on the m-plane of an n-type GaN substrate 1201 having a thickness of 400 μm. 1 μm first n-type GaN guide layer 1202b, 2.5 nm thick AlN intermediate layer 1203, 0.2 μm thick p-type GaN guide layer 1204, 0.01 μm thick p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier Block layer 1209, multiple quantum well active layer 1205 having a thickness of 0.144 μm, second n-type GaN guide layer 1206b having a thickness of 0.2 μm, and second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad having a thickness of 0.6 μm The layers 1206a are stacked in this order.

また、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206aの一部および第2のn型GaNガイド層1206bの一部がそれぞれ除去されることによって、共振器長方向に伸びるリッジストライプ部(リッジストライプ部のストライプ幅:1.2〜2.4μm)が形成されており、そのリッジストライプ部の側面および第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206aの表面が絶縁膜1211で覆われている。 Further, by removing a part of the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 1206a and a part of the second n-type GaN guide layer 1206b, a ridge stripe portion (ridge) extending in the cavity length direction is removed. The stripe width of the stripe portion is 1.2 to 2.4 μm), and the side surface of the ridge stripe portion and the surface of the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 1206a are covered with the insulating film 1211. Yes.

また、n型GaN基板1201の裏面には第1のn電極1207が形成され、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206a上には第2のn電極1208が形成されている。ここで、第1のn電極1207はアノード電極で正のバイアス電圧が印加され、第2のn電極1208はカソード電極で負のバイアス電圧が印加される。 A first n-electrode 1207 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1201, and a second n-electrode 1208 is formed on the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer 1206 a. Here, the first n electrode 1207 is an anode electrode to which a positive bias voltage is applied, and the second n electrode 1208 is a cathode electrode to which a negative bias voltage is applied.

ここで、多重量子井戸活性層1205は、実施例3の窒化物半導体レーザ素子から発振するレーザ光の波長が520nmになるように混晶比を調節して形成されており、具体的には、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層1209側から、厚さ60nmのノンドープGaN層、厚さ8nmのノンドープIn0.02Ga0.98Nバリア層と厚さ4nmのノンドープIn0.2Ga0.8N井戸層とが交互に2周期積層された積層体および厚さ60nmのノンドープGaN層がこの順に積層された構成を有している。 Here, the multiple quantum well active layer 1205 is formed by adjusting the mixed crystal ratio so that the wavelength of the laser light oscillated from the nitride semiconductor laser element of Example 3 is 520 nm. Specifically, From the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 1209 side, a 60 nm thick non-doped GaN layer, an 8 nm thick non-doped In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer, and a 4 nm thick non-doped In 0.2 Ga 0.8 N well layer alternately The laminated body laminated | stacked two periods and the non-doped GaN layer of thickness 60nm have the structure laminated | stacked in this order.

また、第1のn電極1207は、n型GaN基板1201に接するようにして形成されており、n型GaN基板1201側から、ハフニウム膜(厚さ30nm)、アルミニウム膜(厚さ200nm)、モリブデン膜(厚さ30nm)、白金膜(厚さ50nm)および金膜(厚さ200nm)がこの順に積層された構成となっている。   The first n-electrode 1207 is formed so as to be in contact with the n-type GaN substrate 1201. From the n-type GaN substrate 1201 side, a hafnium film (thickness 30 nm), an aluminum film (thickness 200 nm), molybdenum A film (thickness 30 nm), a platinum film (thickness 50 nm), and a gold film (thickness 200 nm) are stacked in this order.

また、第2のn電極1208は、第1のn電極1207と同じ構造となっている。また、絶縁膜1211は、厚さ200nmの酸化シリコン層および厚さ50nmの酸化チタン層がこの順序で積層された構成となっている。   The second n-electrode 1208 has the same structure as the first n-electrode 1207. The insulating film 1211 has a structure in which a silicon oxide layer having a thickness of 200 nm and a titanium oxide layer having a thickness of 50 nm are stacked in this order.

また、第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1202a、第1のn型GaNガイド層1202b、第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206aおよび第2のn型GaNガイド層1206bのキャリア密度はそれぞれ1×1018cm-3程度である。また、p型GaNガイド層1204のキャリア密度は4×1017cm-3程度である。Al0.8Ga0.2N中間層1203については、p型不純物およびn型不純物のドーピングを意図的に行なっていない。 The first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 1202a, the first n-type GaN guide layer 1202b, the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 1206a, and the second n-type GaN guide layer 1206b Each carrier density is about 1 × 10 18 cm −3 . The carrier density of the p-type GaN guide layer 1204 is about 4 × 10 17 cm −3 . The Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer 1203 is not intentionally doped with p-type impurities and n-type impurities.

上記の構成を有する実施例4の窒化物半導体レーザ素子は以下のようにして製造される。   The nitride semiconductor laser element of Example 4 having the above configuration is manufactured as follows.

まず、直径が2インチの表面を有する厚さ400μmのn型GaN基板1201の無極性のm面である(1−100)面上に、MOCVD成膜装置を用いて、第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1202aおよび第1のn型GaNガイド層1202bを成長させる。 First, a first n-type Al is formed on a (1-100) plane which is a nonpolar m-plane of a 400 μm-thick n-type GaN substrate 1201 having a surface having a diameter of 2 inches by using a MOCVD film forming apparatus. A 0.05 Ga 0.95 N clad layer 1202a and a first n-type GaN guide layer 1202b are grown.

次に、第1のn型GaNガイド層1202bの成長後のn型GaN基板1201をMOCVD成膜装置から一度取り出して、一般的なフォトリソグラフィ工程により、第1のn型GaNガイド層1202bの表面上に、たとえば、図13(a)の模式的平面図に示すような円形状の開口部1302を有するレジストパターン1301または図13(b)の模式的平面図に示すような矩形状の開口部1303を有するレジストパターン1301を形成する。その後、図13(a)に示すレジストパターン1301の開口部1302または図13(b)に示すレジストパターン1301の開口部1303の形状に第1のn型GaNガイド層1202bの表面に対して垂直方向に第1のn型GaNガイド層1202bの一部を除去することによって、第1のn型GaNガイド層1202bの表面に凹凸を形成する。なお、第1のn型GaNガイド層1202bの除去部分の形状は、上記の円形状および矩形状に限定されず、三角形状等の他の形状であってもよい。また、第1のn型GaNガイド層1202bの除去部分の深さは、たとえば0.01μm〜0.3μm程度として第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1202aの一部まで除去してもよい。また、除去部分の表面の大きさは、たとえば0.1μm〜5μm程度とすることができる。なお、除去部分の表面の大きさとは、円形の場合には直径であり、矩形等の多角形の場合には最も大きい辺の長さのことを意味する。 Next, the n-type GaN substrate 1201 after the growth of the first n-type GaN guide layer 1202b is once taken out from the MOCVD film forming apparatus, and the surface of the first n-type GaN guide layer 1202b is obtained by a general photolithography process. On top of this, for example, a resist pattern 1301 having a circular opening 1302 as shown in the schematic plan view of FIG. 13A or a rectangular opening as shown in the schematic plan view of FIG. A resist pattern 1301 having 1303 is formed. Thereafter, the shape of the opening 1302 of the resist pattern 1301 shown in FIG. 13A or the shape of the opening 1303 of the resist pattern 1301 shown in FIG. 13B is perpendicular to the surface of the first n-type GaN guide layer 1202b. Further, by removing a part of the first n-type GaN guide layer 1202b, irregularities are formed on the surface of the first n-type GaN guide layer 1202b. Note that the shape of the removed portion of the first n-type GaN guide layer 1202b is not limited to the circular shape and the rectangular shape described above, and may be other shapes such as a triangular shape. Further, the depth of the removed portion of the first n-type GaN guide layer 1202b is, for example, about 0.01 μm to 0.3 μm, and even a portion of the first n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 1202a is removed. Good. Moreover, the size of the surface of the removed portion can be, for example, about 0.1 μm to 5 μm. The size of the surface of the removed portion is the diameter in the case of a circle, and the length of the largest side in the case of a polygon such as a rectangle.

上記の凹凸の形成後のn型GaN基板1201をMOCVD成膜装置に再度戻して、AlN中間層1203、p型GaNガイド層1204、p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層1209、多重量子井戸活性層1205、第2のn型GaNガイド層1206bおよび第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層1206aをこの順にMOCVD法によりエピタキシャル成長させる。その後は、実施例3と同様の工程を経ることにより、実施例4の窒化物半導体レーザ素子を得る。 The n-type GaN substrate 1201 after the above unevenness is formed is returned to the MOCVD film forming apparatus, and the AlN intermediate layer 1203, the p-type GaN guide layer 1204, the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer 1209, the multiple quantum well activity The layer 1205, the second n-type GaN guide layer 1206b, and the second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer 1206a are epitaxially grown in this order by the MOCVD method. Thereafter, the nitride semiconductor laser device of Example 4 is obtained through the same steps as in Example 3.

実施例4の窒化物半導体レーザ素子においては、20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は6.8Vである。一方、上記の比較例の窒化物半導体レーザ素子に20mAの電流を注入して駆動させるときの駆動電圧は9.0V程度である。したがって、実施例4の窒化物半導体レーザ素子は、比較例の窒化物半導体レーザ素子と比べて、20mAの電流を注入して駆動させたときの駆動電圧を2V以上低減することができる。   In the nitride semiconductor laser device of Example 4, the driving voltage when driven by injecting a current of 20 mA is 6.8V. On the other hand, the drive voltage when driving the nitride semiconductor laser element of the above comparative example by injecting a current of 20 mA is about 9.0V. Therefore, the nitride semiconductor laser element of Example 4 can reduce the drive voltage by 2 V or more when driven by injecting a current of 20 mA, compared to the nitride semiconductor laser element of the comparative example.

たとえば、図13(a)および図13(b)に示すレジストパターン1301を用いて図12に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した場合には、第1のn型GaNガイド層1202bの側面Xには、m面以外の極性面が形成されることになる。このように、AlN中間層1203が第1のn型GaNガイド層1202bとの界面およびp型GaNガイド層1204との界面にそれぞれ極性面を有している場合には、図12の矢印に示すように、極性面(側面)を利用してトンネル電流が効果的に流れることになる。   For example, when the nitride semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. 12 is manufactured using the resist pattern 1301 shown in FIGS. 13A and 13B, the side surface of the first n-type GaN guide layer 1202b is formed. In X, a polar surface other than the m-plane is formed. As described above, when the AlN intermediate layer 1203 has a polar face at the interface with the first n-type GaN guide layer 1202b and the interface with the p-type GaN guide layer 1204, respectively, as shown by the arrows in FIG. As described above, the tunnel current effectively flows using the polar face (side face).

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の窒化物半導体発光素子は、たとえば照明用途やディスプレイ用途に好適に用いることができる。   The nitride semiconductor light-emitting device of the present invention can be suitably used for lighting applications and display applications, for example.

本発明の窒化物半導体発光素子の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention. 本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the other example of the nitride semiconductor light-emitting device of this invention. 実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light-emitting diode element according to Example 1. FIG. 実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子のAlN中間層近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果である。3 is a theoretical calculation result of a band energy diagram in the vicinity of an AlN intermediate layer of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1. FIG. 実施例1の窒化物半導体発光ダイオード素子のAlN中間層の厚さを変更したときのAlN中間層近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果である。4 is a theoretical calculation result of a band energy diagram in the vicinity of the AlN intermediate layer when the thickness of the AlN intermediate layer of the nitride semiconductor light-emitting diode element of Example 1 is changed. 実施例3の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor laser element of Example 3. FIG. 比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting diode element of a comparative example. 比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子を上方から見たときの模式的な平面図である。It is a typical top view when the nitride semiconductor light emitting diode element of a comparative example is seen from upper direction. 比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子のトンネル接合層近傍の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the tunnel junction layer vicinity of the nitride semiconductor light-emitting diode element of a comparative example. 比較例の窒化物半導体発光ダイオード素子のトンネル接合層近傍のバンドエネルギダイヤグラムの理論計算結果である。It is the theoretical calculation result of the band energy diagram of the tunnel junction layer vicinity of the nitride semiconductor light emitting diode element of the comparative example. 従来のトンネル接合を用いた窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the nitride semiconductor light-emitting diode element using the conventional tunnel junction. 実施例4の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor laser element of Example 4. FIG. (a)および(b)はそれぞれ、実施例4の窒化物半導体レーザ素子の作製に用いられるレジストパターンの一例の模式的な平面図である。(A) And (b) is a typical top view of an example of the resist pattern used for preparation of the nitride semiconductor laser element of Example 4, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板、102 第1のn型窒化物半導体層、103 中間層、104 p型窒化物半導体層、105 活性層、106 第2のn型窒化物半導体層、107 第1のn電極、108 第2のn電極、201 n型窒化物半導体基板、301 サファイア基板、302 第1のn型GaN層、303 AlN中間層、304 p型GaN層、305 多重量子井戸活性層、306 第2のn型GaN層、307 第1のn電極、308 第2のn電極、309 p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層、401 伝導帯のバンドエネルギ、402 フェルミエネルギ、403 p型不純物のキャリア密度、404 n型不純物のキャリア密度、405 価電子帯のバンドエネルギ、601 n型GaN基板、602a 第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層、602b 第1のn型GaNガイド層、603 Al0.8Ga0.2N中間層、604 p型GaNガイド層、605 多重量子井戸活性層、606a 第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層、606b 第2のn型GaNガイド層、607 第1のn電極、608 第2のn電極、609 p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層、611 絶縁膜、701 シリコン高ドープ層、702 マグネシウム高ドープ層、703 トンネル接合層、801 発光強度が大きい領域、802 発光強度が小さい領域、1101 サファイア基板、1102 GaNバッファ層、1103 Siドープn型GaN層、1104 活性層、1105 Mgドープp型GaN層、1106 Mgハイドープp+型GaN層、1107 Siハイドープn+型GaN層、1108 Siドープn型GaN層、1109 第1のn電極、1110 第2のn電極、1201 n型GaN基板、1202a 第1のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層、1202b 第1のn型GaNガイド層、1203 AlN中間層、1204 p型GaNガイド層、1205 多重量子井戸活性層、1206a 第2のn型Al0.05Ga0.95Nクラッド層、1206b 第2のn型GaNガイド層、1207 第1のn電極、1208 第2のn電極、1209 p型Al0.1Ga0.9Nキャリアブロック層、1211 絶縁膜、1301 レジストパターン、1302,1303 開口部。 101 substrate 102 first n-type nitride semiconductor layer 103 intermediate layer 104 p-type nitride semiconductor layer 105 active layer 106 second n-type nitride semiconductor layer 107 first n-electrode 108 second 2 n-electrodes, 201 n-type nitride semiconductor substrate, 301 sapphire substrate, 302 first n-type GaN layer, 303 AlN intermediate layer, 304 p-type GaN layer, 305 multiple quantum well active layer, 306 second n-type GaN layer, 307 first n-electrode, 308 second n-electrode, 309 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer, 401 conduction band energy, 402 Fermi energy, 403 p-type impurity carrier density, 404 n the carrier density of the impurity, the band energy of 405 valence band, 601 n-type GaN substrate, 602a first n-type Al 0.05 Ga 0.95 n cladding layer, 60 b The first n-type GaN guide layer, 603 Al 0.8 Ga 0.2 N intermediate layer, 604 p-type GaN guide layer, 605 a multiple quantum well active layer, 606a second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer, 606b a second N-type GaN guide layer, 607 first n-electrode, 608 second n-electrode, 609 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier block layer, 611 insulating film, 701 silicon highly doped layer, 702 magnesium highly doped layer, 703 Tunnel junction layer, 801 region with high emission intensity, 802 region with low emission intensity, 1101 sapphire substrate, 1102 GaN buffer layer, 1103 Si-doped n-type GaN layer, 1104 active layer, 1105 Mg-doped p-type GaN layer, 1106 Mg highly doped p + type GaN layer, 1107 Si highly doped n + type GaN layer, 1108 Si doped n Type GaN layer, 1109 first n electrode, 1110 second n electrode, 1201 n type GaN substrate, 1202a first n type Al 0.05 Ga 0.95 N clad layer, 1202b first n type GaN guide layer, 1203 AlN Intermediate layer, 1204 p-type GaN guide layer, 1205 multiple quantum well active layer, 1206a second n-type Al 0.05 Ga 0.95 N cladding layer, 1206b second n-type GaN guide layer, 1207 first n-electrode, 1208 first 2 n electrodes, 1209 p-type Al 0.1 Ga 0.9 N carrier blocking layer, 1211 insulating film, 1301 resist pattern, 1302, 1303 openings.

Claims (8)

n型窒化物半導体層上に、窒化物半導体層、p型窒化物半導体層および活性層が順に積層されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。   A nitride semiconductor light-emitting device, wherein a nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor layer. n型窒化物半導体層上に、少なくとも一部に極性面を有する窒化物半導体層、p型窒化物半導体層および活性層が順に積層されていることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。   A nitride semiconductor light emitting device comprising a nitride semiconductor layer having a polar face at least partially, a p-type nitride semiconductor layer, and an active layer sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor layer. 前記窒化物半導体層はアルミニウムを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer contains aluminum. 前記窒化物半導体層はAlxGa1-xN(0<x≦1)であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。 4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer is Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1). 5. 前記活性層上に第2のn型窒化物半導体層が積層されており、
前記n型窒化物半導体層に接する第1の電極はアノード電極であり、
前記第2のn型窒化物半導体層に接する第2の電極はカソード電極であることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
A second n-type nitride semiconductor layer is stacked on the active layer;
The first electrode in contact with the n-type nitride semiconductor layer is an anode electrode;
5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the second electrode in contact with the second n-type nitride semiconductor layer is a cathode electrode.
前記窒化物半導体層の厚さが0.5nm以上30nm以下であることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。   6. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a thickness of the nitride semiconductor layer is not less than 0.5 nm and not more than 30 nm. 前記活性層はInを含むIII族窒化物半導体からなる井戸層を有しており、
前記井戸層中におけるIn組成比が0.15以上0.4以下であることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
The active layer has a well layer made of a group III nitride semiconductor containing In,
The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein an In composition ratio in the well layer is 0.15 or more and 0.4 or less.
前記活性層はInを含むIII族窒化物半導体からなる井戸層を有しており、
前記井戸層中におけるIn組成比が0.2以上0.4以下であることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
The active layer has a well layer made of a group III nitride semiconductor containing In,
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an In composition ratio in the well layer is 0.2 or more and 0.4 or less.
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