JP2006269773A - p型AlGaN半導体層、AlGaN系半導体発光素子、AlGaN系半導体受光素子、及びp型AlGaN半導体層の形成方法 - Google Patents
p型AlGaN半導体層、AlGaN系半導体発光素子、AlGaN系半導体受光素子、及びp型AlGaN半導体層の形成方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高AlNモル分率かつ高キャリア密度p型AlGaNを実現し、それを用いることによって高性能に紫外域の光を発光することのできるAlGaN系半導体発光素子などのAlGaN系半導体光素子を実現する。
【解決手段】 (0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅を800秒以下、(10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅を1000秒以下、転位密度を5×109cm-2以下のいずれかを満足し、AlNモル分率が0.3よりも大きく、キャリア密度が5×1017cm-3よりも大きなp型AlGaN層を得、このp型AlGaN層をp型ブロッキング層及びp型クラッド層の少なくとも一方に用いてAlGaN系半導体光素子を実現する。
【選択図】図3
Description
5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.3より大きいことを特徴とする、p型AlGaN層に関する。
最初に、有機金属化合物気相成長法により、サファイア基板 110 上に低温AlN層 111及びGaN 層112を成長し、次いで、EB蒸着装置を用いることにより、GaN層112上の(1-100)方向において、SiO2マスク 113 を周期的に形成した。次いで、有機金属気相成長法により、SiO2マスク113を完全に覆い、GaNの(11-22)ファセット 114 が出るようにして、GaNファセット層を成長した。次いで、低温AlN層 115 を介して、AlGaN層 116 により平坦化し、その上にMgを添加したAlGaN 層117 を形成した。次いで、酸素雰囲気中700度で5分間熱処理を行い、その後Ni/Au電極を形成した。
図5は、本発明のp型AlGaN層を含むAlGaN系半導体発光素子の一例を示す構成図である。図5に示すAlGaN系半導体発光素子を作製するに際しては、最初に、サファイア基板 210 上に、有機金属化合物気相成長法により低温AlN層 211及びGaN層 212 を成長し、その後、GaN層212の(1-100)方向に、EB蒸着装置によりSiO2マスク 213 を周期的に形成する。次いで、有機金属気相成長法により、SiO2マスク 213 を完全に覆い、(11-22)ファセット 214が出るようにしてGaNファセット層214を形成する。
図7は、本発明のp型AlGaN層を含むAlGaN系半導体発光素子の他の例を示す構成図である。図7に示すAlGaN系半導体発光素子を作製するに際しては、サファイア基板310 上に、有機金属化合物気相成長法により低温AlN層 311及びGaN層 312 を成長し、次いで、EB蒸着装置を用いることにより、GaN層312の(1-100)方向に、SiO2マスク 313を周期的に形成する。次いで、有機金属気相成長法により、GaNの(11-22)ファセット 314 が出現し、SiO2マスクを完全に覆うようにしてGaNファセット層314を形成する。
図9は、本発明のp型AlGaN層を含むAlGaN系半導体受光素子の一例を示す構成図である。図9に示すAlGaN系半導体発光素子を作製するに際しては、最初に、サファイア基板410上に有機金属化合物気相成長法により、低温AlN層 411、Siを添加することによってn型伝導性を示すキャリア濃度2×1018cm-3のn型Al0.50Ga0.50N層 412、及びアンドープの Al0.40Ga0.60N 活性層413を積層し、次いで、キャリア密度1×1018cm-3のp型Al0.50Ga0.50Nクラッド層 414を積層する。次いで、Ti/Alからなるn型電極415 およびNi/Auからなるp型電極 416を形成して、目的とするAlGaN系半導体受光素子を作製した。
111 低温AlN層
112 GaN
113 SiO2マスク
114 GaNの(11-22)ファセット
115 低温AlN層
116 AlGaN
117 Mgを添加したAlGaN
121 ヘビーホール(HH)
122 ライトホール(LH)
123 結晶場分裂ホール(CH)
124 Γ点
210 サファイア基板
211 低温AlN層
212 GaN
213 SiO2マスク
214 GaNの(11-22)ファセット
215 低温AlN層
216 n型Al0.50Ga0.50N
217 Al0.15Ga0.90N/ Al0.22Ga0.78N多重量子井戸構造活性層
218 p型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層
219 p型Al0.50Ga0.50Nクラッド層
2110 p型GaNコンタクト層
2111 Ti/Alからなるn型電極
2112 Ni/Auからなるp型電極
310 サファイア基板
311 低温AlN層
312 GaN
313 SiO2マスク
314 GaNの(11-22)ファセット
315 低温AlN層
316 n型Al0.50Ga0.50N
317 アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層
318 Al0.30Ga0.70N/ Al0.38Ga0.62N多重量子井戸構造活性層
319 アンドープAl0.38Ga0.62Nガイド層
3110 p型Al0.60Ga0.40Nブロッキング層
3111 p型Al0.50Ga0.50Nクラッド層
3112 p型GaNコンタクト層
3113 Ti/Alからなるn型電極
3114 Ni/Auからなるp型電極
3115 SiO2からなる電流狭窄層
410 サファイア基板
411 低温AlN層
412 n型Al0.50Ga0.50N
413 アンドープAl0.40Ga0.60N
414 p型Al0.40Ga0.60Nクラッド層
415 Ti/Alからなるn型電極
416 Ni/Auからなるp型電極
1010 サファイア基板
1011 AlN層
1012 n型Al0.50Ga0.50N
1013 Al0.15Ga0.90N/ Al0.22Ga0.78N多重量子井戸構造活性層
1014 p型Al0.30Ga0.70Nブロッキング層
1015 p型Al0.25Ga0.75Nクラッド層
1016 p型GaNコンタクト層
1017 Ti/Alからなるn型電極
1018 Ni/Auからなるp型電極
Claims (23)
- 5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.3より大きいことを特徴とする、p型AlGaN層。
- (0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であることを特徴とする、請求項1に記載のp型AlGaN層。
- (10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のp型AlGaN層。
- 転位密度が5×109cm-2以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載のp型AlGaN層。
- ヘビーホールのバンド帯をHH、ライトホールのバンド帯をLH、及び結晶場分裂ホールのバンド帯をCHとすると、これらバンド帯のエネルギーが、CH≧HH, LHなる関係を満足することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載のp型AlGaN層。
- 前記キャリア密度は、1×1018cm-3以上であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載のp型AlGaN層。
- 請求項1〜6のいずれか一に記載のp型AlGaN層をp型AlGaNクラッド層及びp型AlGaNブロッキング層の少なくとも一方として含むことを特徴とする、AlGaN系半導体発光素子。
- 所定の基板上において、低温AlN層、GaN層、GaN(11-22)ファセット上に形成された低温AlN層、n型AlGaN平坦化層、AlGaN活性層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項7に記載のAlGaN系半導体発光素子。
- 所定の基板上において、低温AlN層、GaN層、GaN(11-22)ファセット上に形成された低温AlN層、n型AlGaN平坦化層、第1のAlGaNガイド層、AlGaN活性層、第2のAlGaNガイド層、前記p型AlGaNブロッキング層、及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項7に記載のAlGaN系半導体発光素子。
- 前記p型AlGaNブロッキング層及び前記p型AlGaNクラッド層に隣接して形成された電流狭窄層を有し、リッジ型を呈することを特徴とする、請求項9に記載のAlGaN系半導体発光素子。
- 前記AlGaN系半導体発光素子は、紫外域の光を発することを特徴とする、請求項7〜10のいずれか一に記載のAlGaN系半導体発光素子。
- 請求項1〜6のいずれか一に記載のp型AlGaN層をp型AlGaNクラッド層として含むことを特徴とする、AlGaN系半導体受光素子。
- 所定の基板上において、低温AlN層、n型AlGaN層、AlGaN系活性層及び前記p型AlGaNクラッド層を順次に具えることを特徴とする、請求項12に記載のAlGaN系半導体受光素子。
- 前記AlGaN系半導体受光素子は、紫外域の光を受光することを特徴とする、請求項12又は13に記載のAlGaN系半導体受光素子。
- 所定の基板上において、AlGaN下地層を形成する工程と、
前記AlGaN下地層上に、所定のマスクを周期的に形成する工程と、
前記AlGaN下地層上に、前記マスクを介して、前記マスクを覆うようにして所定のファセットを有するAlGaNファセット層を形成する工程と、
前記AlGaNファセット層の段差を埋設するようにして、AlGaN平坦化層を形成する工程と、
前記AlGaN平坦化層上において、p型AlGaN層を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、p型AlGaN層の形成方法。 - 前記基板と前記AlGaN下地層との間に、第1の低温AlGaNバッファ層を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項15に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記AlGaNファセット層と前記AlGaN平坦化層との間に、第2の低温バッファ層を形成する工程を具えることを特徴とする、請求項15又は16に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記p型AlGaN層は、5×1017cm-3より大きなキャリア密度を有し、AlNモル分率が0.3より大きいことを特徴とする、請求項15〜17のいずれか一に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記p型AlGaN層は、(0002)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が800秒以下であることを特徴とする、請求項18に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記p型AlGaN層は、(10-10)回折のX線ロッキングカーブの半値幅が1000秒以下であることを特徴とする、請求項18又は19に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記p型AlGaN層は、転位密度が5×109cm-2以下であることを特徴とする、請求項18〜20のいずれか一に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記p型AlGaN層は、ヘビーホールのバンド帯をHH、ライトホールのバンド帯をLH、及び結晶場分裂ホールのバンド帯をCHとすると、これらバンド帯のエネルギーが、CH≧HH, LHなる関係を満足することを特徴とする、請求項15〜21のいずれか一に記載のp型AlGaN層の形成方法。
- 前記キャリア密度は、1×1018cm-3以上であることを特徴とする、請求項15〜22のいずれか一に記載のp型AlGaN層の形成方法。
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