JP2008103665A - 窒化物半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クラックの抑制、さらには直列抵抗の低減を可能とする周期構造を備えた窒化物半導体発光デバイスを提供する。
【解決手段】基板1上に、下から順に、膜厚80nmのAlN層からなるバッファ層2、膜厚400nmのAlGaN/AlN周期構造を有する周期層3、シリコンが1.0×1019cm−3添加された膜厚200nmのGaN層からなるn型クラッド層4、In0.25Ga0.75N(膜厚3nm)/In0.05Ga0.95N(膜厚10nm)の5周期構造で波長470nm程度の青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層(膜厚65nm)からなる活性層5、マグネシウムが添加された膜厚160nmのGaN層からなるp型クラッド層6、及びマグネシウムが添加された膜厚20nmのGaN層からなるp型コンタクト層7を形成する。
【選択図】図4
【解決手段】基板1上に、下から順に、膜厚80nmのAlN層からなるバッファ層2、膜厚400nmのAlGaN/AlN周期構造を有する周期層3、シリコンが1.0×1019cm−3添加された膜厚200nmのGaN層からなるn型クラッド層4、In0.25Ga0.75N(膜厚3nm)/In0.05Ga0.95N(膜厚10nm)の5周期構造で波長470nm程度の青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層(膜厚65nm)からなる活性層5、マグネシウムが添加された膜厚160nmのGaN層からなるp型クラッド層6、及びマグネシウムが添加された膜厚20nmのGaN層からなるp型コンタクト層7を形成する。
【選択図】図4
Description
本発明は、可視域及び紫外域における発光ダイオード、半導体レーザ、及び電界効果トランジスタ等に適用可能な窒化物半導体デバイス及びその製造方法に関するものである。
GaN、InN、AlN及びこれらの混晶からなるいわゆる窒化物半導体は、可視域から紫外域の波長領域に対応するバンドギャップを有しており、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)や半導体レーザに応用され実用化されている。このように発光素子として幅広い応用が期待される窒化物半導体であるが、これまでは初期成長層の制御が容易で良好な結晶成長が実現できるサファイア基板や、格子定数が近く化学的に安定なSiC基板などが基板として用いられ、これらの基板上に有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)により発光デバイス構造が形成されてきた。一方で、より大面積で安価且つ高品質の基板が入手可能なSi基板上の窒化物半導体発光デバイスについても検討され始めている。
ところで、Si基板を用いた窒化物半導体発光デバイスの場合には、格子整合の差、いわゆる格子不整合や、特に熱膨張係数の差が原因となって、窒化物半導体中にクラックが入りやすいという問題がある。この問題を解決するために、Si基板とGaN系発光デバイス層との間にGaN/AlNの周期構造を挿入することにより、膜中のストレスを緩和してクラックの発生を抑制するという技術が提案されている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。この技術によると、AlN層に引っ張り歪を与える一方でGaN層に圧縮歪を与え、これらを多層化して制御することにより、全体のストレスを緩和してクラックの発生を抑制している。その結果、従来は困難であったSi基板上に高輝度の青色又は緑色の発光ダイオードが実現される。
このように、Si基板上で、従来のサファイア基板又はSiC基板上と同等の輝度を有する発光ダイオードが実現できれば、例えば発光ダイオードのさらなる低価格化と市場での普及が期待できる。
特開2003−60228号公報
Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42(2003) pp.L226-L228
ところで、ストレス制御のためにSi基板上に挿入されたGaN/AlN周期構造を有する従来の窒化物半導体発光デバイスの場合、AlN層の膜厚が5nm、GaNの膜厚が20nmであるGaN/AlN周期構造を標準的に用いてきた。したがって、ストレスを緩和するために周期構造における周期数を増加させる場合には、例えば20ペアで膜厚0.5μmと周期構造のトータル膜厚が大きくなってしまう。このように、トータル膜厚が増加すると、ストレスも増大するため、クラックの抑制には限界があると共に、発光デバイスにおいて周期構造に対して垂直な方向に電流を流す場合の直列抵抗が増加するという問題がある。
一方で、周期構造のトータル膜厚を薄膜化するためには各層を薄膜化すればよいが、従来のMOCVD結晶成長条件では、初期成長及び平坦化にはある程度の膜厚が必要であった。特に、AlN層の上に成長するGaN層の場合、初期段階でアイランド状の成長が生じるので、平坦化を実現するためには、前述したように20nm程度の膜厚が最低限必要であった。このように、ストレス制御のための周期構造のトータル膜厚を薄膜化し、クラックを抑制すると共に発光デバイスの直列抵抗を低減することには限界があった。
前記に鑑み、本発明は、クラックの抑制、さらには直列抵抗の低減を可能とする周期構造を備えた窒化物半導体発光デバイス及びその製造方法を提供することである。
前記の目的を達成するために、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなる第1の層と、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなり、第1の層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する第2の層とが周期的に形成されてなる周期層を含み、第2の層には、炭素が添加されている。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスによると、周期構造中の第2の層に炭素を添加していることにより、第2の層形成時における横方向成長(二次元成長)が促進されるため、より薄膜化が促進されて平坦化される。このため、ストレス抑制の目的で挿入される周期層の全体の膜厚を低減できることにより、クラックの発生を抑制し、且つ、発光素子の直列抵抗を低減することが可能となる。また、周期的に炭素を添加することにより、結晶性が向上するため、平坦化の制御が容易となる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、第1の層は、AlN層よりなり、第2の層は、Alx2Gay2N(x2+y2=1,0<x2≦1,0≦y2<1)よりなることが好ましい。
このような構成により、GaNとAlNの2層構造の周期層をもつ従来の場合に比べて、AlN層とAlx2Gay2N層との格子定数差が低減し、横方向成長が促進されて平坦性が向上する。このため、薄膜化及び平坦化がより促進できるため、周期層の全体の膜厚を低減できる。これにより、クラックの発生をより抑制し、且つ、従来の周期層を有する場合に比べて結晶性及び発光輝度が向上する。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、第1の層は、アンドープであることが好ましい。このように、第2の層には炭素を添加し、第1の層には炭素を添加しない場合に、上記結晶性がより向上し、薄膜化及び平坦化がより向上する。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、第2の層に添加される炭素の濃度は、1.0×1020cm−3以上であって且つ1.0×1019cm−3以下であることが好ましい。
このような構成により、周期層の結晶性が向上して、周期層の上に良好な結晶性を有する窒化物半導体層の形成が可能になる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、周期層には、シリコンが添加されていることが好ましい。
このような構成により、周期層をn型の電気伝導性を有するように形成することができため、周期層に垂直な方向に電流を流すデバイス構造が可能となり、デバイスの直列抵抗を低減することが可能となる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、周期層に添加されるシリコンの濃度は、第2の層に添加される炭素の濃度よりも高いことが好ましい。
このように、周期層中の炭素によって生じたアクセプタを十分に補償できるドナーを形成できるため、n型の電気伝導性を有するように周期層3を形成し、周期層に垂直な方向に電流を流すデバイス構成が可能となり、デバイスの直列抵抗を低減することが可能となる。なお、仮に炭素濃度がシリコン濃度よりも高い場合は直列抵抗は高抵抗となる。また、周期層に電流を流すデバイスを構成する場合は、シリコン濃度は炭素濃度に比べて十分に高い必要があるため、安定的に動作させるにはシリコン濃度は炭素濃度の2倍以上が好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、第2の層の膜厚は、20nm以下であることが好ましい。
このように周期層の全体の膜厚が低減されて、且つ、膜中のストレスを低減してクラックの抑制が可能な構造が実現される。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、発光を取り出す面上に、凹凸構造を備えていることが好ましい。
このような構成により、光取り出し面での反射による光損失を抑制し、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、周期層は、発光を行う活性層と発光を取り出す面との間に形成されており、凹凸構造は、周期層における発光を取り出す面側に入り込むように形成されていることが好ましい。
このような構成により、ストレスを低減してクラックを抑制しながら、光取出し効率を向上させることが可能になる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、凹凸構造は、周期的なパターンをもつように形成されていることが好ましい。
このような構成により、光取り出し効果をさらに向上させることが可能となる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、凹凸構造は、フォトニック結晶効果を供するように形成されていることが好ましい。
このような構成により、光回折の効果を利用でき、光取り出し効率をさらに向上させることが可能になる。該凹凸構造は、例えば、所定の間隔(例えば50nm〜500nm)で配置され且つ所定の深さ(50nm〜200nm)をもつように設計すればよい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、シリコン基板、Al2O3基板、GaN基板、AlN基板、SiC基板、GaAs基板、InP基板、SiO2基板、及び金属板よりなる群のうちから選択される1種類又は複数種類よりなる保持基板をさらに備えていることが好ましい。
このような構成により、放熱特性を向上させる、又は結晶性を向上させる、又はデバイスのコストを低減することが可能となる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、保持基板は、導電性を有していることが好ましい。
このような構成により、周期層に垂直な方向に電極をデバイスの両面にて配置することでデバイスのチップサイズを小さくすることが可能となる。このため、より低コストであって且つ直列抵抗の小さいデバイスを提供することが可能になる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、周期層は、当該窒化物半導体デバイスの発光を透過することが好ましい。
このような構成により、周期層中で吸収による光損失が低減し、より発光効率を向上させることが可能になる。例えば、発光波長に対して透明とは、窒化物半導体層の禁制帯幅が透過する光の波長よりも大きなエネルギーをもつ場合のことである。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、量子井戸を有しており、量子井戸の井戸層がInx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)からなり、井戸層のIn組成(x1)が7%以上含まれることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、量子井戸において、井戸層のAl組成(y1)が4%以上含まれることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、量子井戸の障壁層がAlx3Gay3N(x3+y3=1,0<x3≦1,0≦y3<1)からなることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、障壁層のAl組成(y3)が10%以上含まれることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、量子井戸において、障壁層の格子定数が井戸層の格子定数よりも小さいことが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、量子井戸と周期層の間にn型の伝導性を供する層を有し、n型の伝導性を供する層がAlx4Gay4N(x4+y4=1,0<x4≦1,0≦y4<1)からなることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、n型の伝導性を供する層はSiを含むことが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、n型の伝導性を供する層のAl組成(y4)が10%以上含まれることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、Si基板とは反対側の量子井戸面上にp型の伝導性を供する層を有し、p型の伝導性を供する層はAlx5Gay5N(x5+y5=1,0<x5≦1,0≦y5<1)からなるAlGaNの多層構造であることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、p型の伝導性を供する層はMgを含むことが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスにおいて、p型の伝導性を供する層のAlGaNの多層構造は、いずれの層もAl組成(y5)が10%以上含まれることが好ましい。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスの製造方法は、基板の上方に、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなる第1の層と、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなり、第1の層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する第2の層とが周期的に形成されてなる周期層を形成する工程と、周期層の上方に、発光を供する活性層を形成する工程と、活性層の上方に、第1の電極を形成する工程と、第1の電極に接するように保持基板を張り合わせる工程と、保持基板を張り合わせた後に、基板を除去する工程と、周期層における基板が除去された側に、第2の電極を形成する工程とを備え、周期層を形成する工程は、少なくとも第2の層に炭素を添加する工程を含む。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスの製造方法によると、周期層中の少なくとも第2の層に炭素を添加することで、第2の層の薄膜化及び平坦化を実現できるため、周期層の全体の膜厚を薄くできる。このため、クラックの発生を抑制し、且つ、発光素子の直列抵抗を低減することができる。さらに、基板を除去することで応力を低減し発光特性の優れた発光素子を低コストで作製することが可能になる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイスの製造方法において、周期層を形成する工程よりも前に、基板上に凹凸を形成する工程をさらに備え、基板の凹凸上に形成された周期層は、基板を除去する工程の後には、基板が除去された側に凹凸が形成されていることが好ましい。
このような構成により、エッチングによって周期層に対して凹凸構造を形成する場合にダメージを与えることなく、周期層に光取り出し効率を向上させる凹凸構造を形成することができる。
本発明の一側面に係る窒化物半導体デバイス及びその製造方法によると、薄膜でより平坦な窒化物半導体層を形成できる。ストレス抑制のために挿入する周期構造の膜厚を薄膜化し、よりクラックを生じにくくさせることができ、また、発光素子に適用した場合には直列抵抗を低減し、動作電圧を低減する効果を奏する。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体デバイス及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体デバイス及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
<窒化物半導体デバイス及びその製造方法>
図1(a)及び(b)、図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)、並びに図4(a)は、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体デバイスの製造方法を工程順に示す要部断面図であり、また、図1(c)は、周期層の断面構造図であり、図4(b)は、図4(a)の斜視図である。
図1(a)及び(b)、図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)、並びに図4(a)は、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体デバイスの製造方法を工程順に示す要部断面図であり、また、図1(c)は、周期層の断面構造図であり、図4(b)は、図4(a)の斜視図である。
まず、図1(a)に示すSi(111)基板1上に、有機金属化学気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、原料として、例えば、T
MG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(トリメチルインジウム)、NH3(アンモニアガス)、及びSiH4(シランガス)を用いて、図1(b)に示す層構造を有する窒化物半導体層を形成する。つまり、基板1上に、下から順に、膜厚80nmのAlN層からなるバッファ層2、膜厚400nmのAlGaN/AlN周期構造を有する周期層3(後述で詳述する)、シリコンが1.0×1019cm−3添加された膜厚200nmのGaN層からなるn型クラッド層4、In0.25Ga0.75N(膜厚3nm)/In0.05Ga0.95N(膜厚10nm)の5周期構造で波長470nm程度の青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層(膜厚65nm)からなる活性層5、マグネシウムが添加された膜厚160nmのGaN層からなるp型クラッド層6、及びマグネシウムが添加された膜厚20nmのGaN層からなるp型コンタクト層7を形成する。なお、周期層3は、Si基板1と窒化物半導体層との間におけるストレスを抑制する、つまり、応力吸収層としての機能を有している。
MG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(トリメチルインジウム)、NH3(アンモニアガス)、及びSiH4(シランガス)を用いて、図1(b)に示す層構造を有する窒化物半導体層を形成する。つまり、基板1上に、下から順に、膜厚80nmのAlN層からなるバッファ層2、膜厚400nmのAlGaN/AlN周期構造を有する周期層3(後述で詳述する)、シリコンが1.0×1019cm−3添加された膜厚200nmのGaN層からなるn型クラッド層4、In0.25Ga0.75N(膜厚3nm)/In0.05Ga0.95N(膜厚10nm)の5周期構造で波長470nm程度の青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層(膜厚65nm)からなる活性層5、マグネシウムが添加された膜厚160nmのGaN層からなるp型クラッド層6、及びマグネシウムが添加された膜厚20nmのGaN層からなるp型コンタクト層7を形成する。なお、周期層3は、Si基板1と窒化物半導体層との間におけるストレスを抑制する、つまり、応力吸収層としての機能を有している。
ここで、AlGaN/AlN周期構造をもつ周期層3について、図1(c)を参照しながら具体的に説明する。
図1(c)に示すように、周期層3は、膜厚5nmのAlNからなる第1の層12と、膜厚15nmのAl0.15Ga0.85Nからなる第2の層13との周期構造によって構成されており、第1の層12及び第2の層13からなるペア数は20であり、周期層3のトータル膜厚は400nmであり、周期層3は全体としてn型を供している。
膜厚5nmのAlNからなる第1の層12は、MOCVD法により、成長圧力600Torr(約7.98×104Pa)以下、成長温度1000℃〜1200℃(代表的には1100℃)、及び成長時間20秒の条件下、20μmol/minのTMA、0.060mol/minのNH3ガス、及び0.00012mol/minのSiH4を同時に供給することによって得られる。
また、膜厚15nmのAl0.15Ga0.85Nからなる第2の層13は、MOCVD法により、成長圧力600Torr(約7.98×104Pa)以下、成長温度1000℃〜1200℃(代表的には1100℃)、及び成長時間90秒の条件下、10μmol/minのTMG、3μmol/minのTMA、0.060mol/minのNH3ガスを、0.00009mol/minのSiH4を同時に供給することによって得られる。
このように、AlNからなる第1の層12及びAl0.15Ga0.85Nからなる第2の層13には、2.0×1019cm−3のシリコンが自発的に添加されていると共に、1.0×1019cm−3の炭素が自発的に添加されている。なお、第1の層12及び第2の層13に対する炭素の添加は、CBr4等のドーピングガスを用いて炭素濃度を周期的に制御するようにしてもよい。また、ここでは、AlNからなる第1の層12にも炭素を自発的に添加する場合についても説明したが、後述するように、Al0.15Ga0.85Nからなる第2の層13だけに炭素が添加されるようにすることが好ましい。
以上のように、周期層3がAlGaN(第2の層13)/AlN(第1の層12)の周期構造を有し、Al0.15Ga0.85Nからなる第2の層13に炭素が添加されるように成長条件を最適化することにより、第2の層13は膜厚15nm又はそれ以下の薄膜として形成されると共に平坦化される。このため、従来のGaN/AlN周期構造を有する周期層の場合と比較して、周期層3のトータル膜厚をより薄膜化できる。その結果、クラックを抑制できると共に、直列抵抗の低減及び動作電圧の低減ができる構造が実現される。
また、X線回折パターンにより、AlGaN/AlN周期構造をもつ周期層3上に形成されたGaN層からなるn型クラッド層4の結晶性を測定したところ、従来のGaN/AlN周期構造をもつ周期層の場合に比べて優れており、AlGaN/AlN周期構造をもつ周期層3を用いることでn型クラッド層4の結晶性を向上させることができる。その結果、窒化物半導体発光デバイスとしての輝度が向上する。さらに、従来のGaN層に代えて可視光の透過率が高いAlGaNをAlNとの周期構造に用いたことで、n型クラッド層4の結晶性の向上と相俟って、窒化物半導体発光デバイスの輝度はより優れたものになる。
次に、図2(a)に示すように、p型コンタクト層7の上に接するように、Ag/Pt/Auからなる第1の電極としてのp型オーミック電極8を形成する。なお、p型オーミック電極8の材料としては、470nm波長に対して高反射率を実現できる限りにおいて、例えばRh又はPb等を用いてもよい。
次に、図2(b)に示すように、p型オーミック電極8の表面に、AuSnを含んだ接着層9を形成した後に、低抵抗p型Si(100)基板よりなる保持基板10を接着層9に張り合わせる。なお、保持基板10の材料としては、Si(100)基板の他にも、Al2O3基板、GaN基板、AlN基板、SiC基板、GaAs基板、InP基板、SiO2基板、Cu基板、CuW基板等を用いてもよい。発光ダイオードの低コスト化という観点からすると、シリコン等のより安価な基板が望まし一方で、放熱を改善し且つ高出力発光ダイオードを実現するという観点からすると、SiC又はAlN等のセラミック基板が望ましい。また、直列抵抗を低減するという観点からすると、金属板等の導電性基板が望ましい。
次に、図3(a)に示すように、エッチングにより、基板1を選択的に除去する。これにより、表面にはバッファ層2のAlN層が露出する。
次に、図3(b)に示すように、ドライエッチングにより、周期層3の途中までバッファ層2及び周期層3の一部を選択的に除去して凹凸構造3aを形成する。また、ここで、凹凸構造3aは、フォトニック結晶効果を備えるように周期及び深さが設計されている。つまり、凹凸構造3aは、間隔50nm〜500nmで且つ深さ50nm〜200nmのの凹部を有している。なお、ここでは、ドライエッチングにより、凹凸構造3aを形成する場合について説明したがえ、例えば、基板1上に凹凸を予め形成しておいた後に、以降同様に、図1(b)並びに図2(a)及び(b)で説明したようにバッファ層2、及び周期層3等を順に形成し、図3(a)で説明したように基板1を除去すると、周期層3における基板1が除去された側に凹凸が形成されるようにしてもかまわない。このようにすると、エッチングによって周期層に対して凹凸構造3aを形成する場合にダメージを与えることなく、周期層3に光取り出し効率を向上させる凹凸構造3aを形成することができる。
次に、図4(a)に示すように、さらにエッチングによって所定の位置に形成した凹部の底部に露出する周期層3上に、Ti/Pt/Auからなるパッド形状のn型電極11を形成する。ここで、図4(b)は、図4(b)に示す断面構造を斜視図に示したものである。以上の工程を経て、図4(a)及び(b)に示す構造を有する窒化物半導体デバイスが得られる。
以下に、上述した本実施形態に係る窒化物半導体デバイスにおけるAlGaN/AlN周期構造の結晶成長及び材料評価結果について詳細に説明する。
<周期層3における周期的な炭素添加の有無と周期層3の平坦性との関係>
図5(a)は、実験に用いた試料A及びBの断面構造を示しており、(b)は、実験に用いた試料A及びBにおける周期層中の炭素添加の有無を説明するための図を示している。
図5(a)は、実験に用いた試料A及びBの断面構造を示しており、(b)は、実験に用いた試料A及びBにおける周期層中の炭素添加の有無を説明するための図を示している。
まず、試料A及びBとして、図5(a)及び(b)に示すように、膜厚80nmのAlNからなるバッファ層2の上に形成したAlGaN/AlNの20周期の周期構造をもつ周期層3を用い、試料Aは第1の層12に炭素を添加している周期層3をもつ試料であり、試料Bは第1の層12に炭素を添加していない周期層3をもつ試料である。この試料A及びBについて比較実験を行った。なお、第2の層13については、いずれの試料においても炭素を添加した。また、AlNからなる第1の層12の膜厚を5nmとすると共に、Al0.15Ga0.85Nからなる第2の層13の膜厚を15nmとした。
図6(a)は、上記実験に用いた試料A及びBについて、SIMS測定による炭素濃度とシリコン濃度とを示しており、(b)は、試料A及びBの断面SEM像の斜視図を示している。
まず、図6(a)には、試料A及びBに対して、二次イオン質量分析装置(Secondary Ion Mass Spectroscopy : SIMS)評価による炭素濃度及びシリコン濃度の深さ方向の分布を示している。図6(a)から明らかなように、試料Aでは、第1の層12及び第2の層13共に炭素が添加されており、試料Bでは、第1の層12には炭素が添加されていないが第2の層13には炭素が添加されていることが分かる。
図6(b)から明らかなように、試料Aは平坦化しておらず、試料Bは平坦化していることが分かる。このことから、第1の層12には炭素を添加しないが第2の層13には炭素を添加した周期層3、つまり周期的に炭素が添加されている周期層3の試料Bは、平坦性が明らかに向上している。この試料A及び資料Bについて、X線回折ロッキングカーブ評価、ここでは、第1の層12であるAlN層のロッキングカーブ(0002)面のピーク半値幅を測定し比較したところ、試料Aのピーク半値幅は5245秒であり、試料Bのピーク半値幅は2282秒であった。この結果から分かるように、第1の層12のAlN層に炭素が添加された試料Aでは結晶性が低く、炭素が添加されなかった試料Bでは試料Aと比較して結晶性が良い。したがって、試料Aは第1の層12であるAlN層に炭素を添加したことが起因して試料Bよりも結晶性が低く、結晶性の低さから格子定数又は面方位の不均一化などによって平坦性が低くなっていると考えられる。ただし、第1の層12であるAlN層の結晶性を下げずに炭素を添加することができれば、第1の層12であるAlN層に炭素を添加してもかまわない。
<周期層3に周期的に添加する炭素の濃度と周期層3の平坦性との関係>
図7(a)〜(c)及び図8(a)及び(b)は、周期層3において周期的に添加する炭素の濃度による効果の差異を説明するための図を示している。
図7(a)〜(c)及び図8(a)及び(b)は、周期層3において周期的に添加する炭素の濃度による効果の差異を説明するための図を示している。
まず、図7(a)には、実験に用いた試料の断面構造を示しており、図5(a)と同様であるが、ここでは、図6(b)の結果に基づいて、周期層3における膜厚5nmのAlN層からなる第1の層12には炭素は添加されておらず、膜厚15nmのAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13には炭素が添加されている。そして、上記した成長条件又はCBr4などのドーピングガスを用いて第2の層13に添加する炭素濃度を制御しながら、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)にて、周期層3の表面
粗さRMS値を測定した。
粗さRMS値を測定した。
図7(b)から明らかなように、第2の層13に添加する炭素の濃度が増加するに伴い、平坦性が向上していることが分かる。つまり、周期層3における第2の層13に一定量以上の炭素を添加することにより、平坦化が改善することが分かる。
図7(c)は、第2の層13に添加した炭素濃度が5.0×1019cm−3であるとき(図7(b)におけるポイントA)と、炭素濃度が8.0×1018cm−3であるとき(図7(b)におけるポイントB)とについてのAFM像を示している。
図7(c)から明らかなように、炭素濃度が8.0×1018cm−3であるときには(B)、表面が荒れてピットが発生しており、平坦性が十分に進行していないことが分かる。一方で、炭素濃度が5.0×1019cm−3であるときには(A)、平坦性が十分に実現できていることが分かる。これは、第2の層13に炭素を添加し、そして炭素濃度を増加することにより、第2の層13であるAl0.15Ga0.85N層の横方向成長が促進されたためであると考えられる。
図8(a)は、第2の層13に添加した炭素濃度が5.0×1019cm−3であるときのSIMS評価を示しており、(b)は、第2の層13に添加した炭素濃度が8.0×1018cm−3であるときのSIMS評価を示している。
図8(a)及び(b)を比較すると明らかなように、(a)の評価結果と(b)の評価結果との間で炭素濃度の変化が確認できるため、炭素濃度と平坦性との相関関係が存在することが裏付けられる。
以上に得られた結果から、平坦化に必要な炭素添加の濃度に最適値が存在し、第1の層12であるAlN層の膜厚が5nmであって第2の層13であるAl0.15Ga0.85N層の膜厚が15nmである場合に、炭素濃度が8.0×1018cm−3よりも高ければ、平坦性として十分な値が実現されることになる。つまり、第2の層13に8.0×1018cm−3の炭素を添加することにより、第2の層13は膜厚として15nmあれば平坦化が実現されるため、周期層における第2の層としてのGaN層の膜厚が20nm必要であった場合の従来に比べて大幅に薄膜平坦化が実現される。
<周期層3における第2の層13の平坦性と膜厚との関係>
まず、図9(a)には、実験に用いた試料の断面構造を示しており、図5(a)と同様であるが、ここでは、周期層3におけるAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13として、炭素が添加されている試料と添加されていない試料との2種類について、第2の層13の膜厚13を変化させながら、第2の層13の平坦性としてAFMによる表面荒さRMS値を測定した。なお、炭素の添加濃度は、前述した図7(b)の結果に基づいて5.0×1019cm−3としている。また、いずれの試料においても、第1の層12には炭素は添加されていない。
まず、図9(a)には、実験に用いた試料の断面構造を示しており、図5(a)と同様であるが、ここでは、周期層3におけるAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13として、炭素が添加されている試料と添加されていない試料との2種類について、第2の層13の膜厚13を変化させながら、第2の層13の平坦性としてAFMによる表面荒さRMS値を測定した。なお、炭素の添加濃度は、前述した図7(b)の結果に基づいて5.0×1019cm−3としている。また、いずれの試料においても、第1の層12には炭素は添加されていない。
図9(b)から明らかなように、第2の層13への炭素添加の有無によって平坦性に差が生じていることが分かる。ここでは、第2の層13へ炭素を添加することにより、第2の層13がどのような膜厚を有する場合でも、第2の層13へ炭素を添加していない場合に比べて平坦性が向上していることが分かる。また、同図に示すように、炭素の添加が無い試料では、第2の層13の膜厚が25nm以上あれば平坦性として優れた値が実現でき、炭素の添加がある試料では、第2の層13の膜厚が6〜7nm以上で平坦性として優れた値が実現できる。ただ、実際には、クラックの発生の主な原因となり得るピットの発生を考慮すると、炭素の添加がある試料では、第2の層13の膜厚が15nm以上でピットの発生がなくなっていたので、炭素の添加がある試料では、第2の層13の膜厚として15nm以上であることが望ましい。
以上に得られた結果から、第1の層12がAlN層で、第2の層13がAl0.15Ga0.85N層である周期構造に、炭素を周期的に添加することにより、Al0.15Ga0.85Nの膜厚が15nmでクラックの発生しない平坦化が可能となるため、従来の周期層における第2の層としてのGaN層の膜厚が20nm必要であった場合に比べて大幅に薄膜平坦化が実現される。
<周期層3の上に形成されるGaN層の結晶性>
まず、図10(a)及び(b)は、実験に用いた試料の断面構造を示しており、炭素が添加されていないAlN層からなる第1の層12及び炭素を添加しているAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13の周期構造をもつ周期層3の上(基板1側とは反対側の面上)に、膜厚200nmのGaN層(n型クラッド層4)を成長させた試料Aについて、GaN層の結晶性について測定した。また、比較例として、従来のAlNからなる第1の層及びGaNからなる第2の層の周期構造をもつ周期層の上(基板側とは反対側の面上)に、GaN層(n型クラッド層)を成長させた試料Bについても、GaN層の結晶性について測定した。
まず、図10(a)及び(b)は、実験に用いた試料の断面構造を示しており、炭素が添加されていないAlN層からなる第1の層12及び炭素を添加しているAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13の周期構造をもつ周期層3の上(基板1側とは反対側の面上)に、膜厚200nmのGaN層(n型クラッド層4)を成長させた試料Aについて、GaN層の結晶性について測定した。また、比較例として、従来のAlNからなる第1の層及びGaNからなる第2の層の周期構造をもつ周期層の上(基板側とは反対側の面上)に、GaN層(n型クラッド層)を成長させた試料Bについても、GaN層の結晶性について測定した。
図11(a)には、試料A及びBについてX線回折ロッキングカーブを評価した結果を示している。図11(a)に示す結果から、試料AのGaN層(n型クラッド層4)及びBのGaN層(n型クラッド層)についてロッキングカーブ(0002)面のピーク半値幅を測定したところ、図11(b)に示すように、試料BのGaN/AlN周期構造をもつ場合が1973arcsec、試料AのAlGaN/AlN周期構造をもつ場合が1631srcsecであり、試料Aの方が試料Bよりも結晶性が優れていることが分かる。
以上に得られた結果から、AlN層からなる第1の層及びGaN層からなる第2の層の周期構造をもつ従来構造に対し、GaN層に代えて第2の層13としてAl0.15Ga0.85N層を用いた周期構造をもつ本発明の周期層3とすることで、結晶性が向上し、発光ダイオードの高輝度化が実現できる。また、Al0.15Ga0.85N層は、可視光に対する透過率がGaN層よりも高いため、より一層の高輝度が実現される。
<周期層3におけるシリコンの添加濃度と炭素の添加濃度との関係>
まず、図12(a)は、実験に用いた試料の断面構造を示しており、基板1上のAlN層からなるバッファ層2の上に形成された、膜厚5nmのAlN層からなる第1の層12及び膜厚15nmのAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13の周期構造をもつ周期層3である。また、第1の層12及び第2の層13には共にシリコンが2.0×1019cm−3添加されており、さらに、第1の層12には炭素は添加されておらず、第2の層13には炭素が添加されている。この場合に、添加するシリコン濃度を2.0×1019cm−3で一定とし、第2の層13に添加する炭素の濃度を変化させながら、試料の抵抗率を測定した。
まず、図12(a)は、実験に用いた試料の断面構造を示しており、基板1上のAlN層からなるバッファ層2の上に形成された、膜厚5nmのAlN層からなる第1の層12及び膜厚15nmのAl0.15Ga0.85N層からなる第2の層13の周期構造をもつ周期層3である。また、第1の層12及び第2の層13には共にシリコンが2.0×1019cm−3添加されており、さらに、第1の層12には炭素は添加されておらず、第2の層13には炭素が添加されている。この場合に、添加するシリコン濃度を2.0×1019cm−3で一定とし、第2の層13に添加する炭素の濃度を変化させながら、試料の抵抗率を測定した。
図12(b)から明らかなように、第2の層13に添加する炭素の濃度を低下させると抵抗率が低減することが分かる。このように、炭素濃度によって抵抗率が影響するのは、炭素によってアクセプタが生じることで、シリコンによって供給されるドナーを補償するためである。n型の電気伝導性を有するように周期層3を形成し、周期構造に垂直な方向に電流を流すデバイス構成とする場合には、炭素濃度は低いほうが望ましい。同図に示すように、シリコン濃度として2.0×1019cm−3添加させた場合は、炭素濃度は1.0×1019cm−3程度が望ましいことが分かる。つまり、シリコン濃度として炭素濃度の2倍以上でシリコンを添加すると抵抗率が十分に低下すると言える。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体デバイス及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体デバイス及び製造方法について、図面を参照しながら説明する。
本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体デバイスを図13(a)及び(b)に示している。本実施形態の窒化物半導体デバイスは、活性層25、n型クラッド層24、p型クラッド層26、及びp型コンタクト層27の構成が異なる以外、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体デバイスの構成と実質的に同一である。また、本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体デバイスは、第1の実施形態と同様、図1(a)及び(b)、図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)、並びに図4(a)に示す工程順に製造される。本発明の第1の実施形態と実質的に製造方法が同一の部分はその説明を省略する。
図1(a)に示すSi(111)基板1上に、図1(b)に示す層構造を有する窒化物半導体層を形成する。ここで、本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体デバイスは、基板1上に、下から順に、膜厚80nmのAlN層からなるバッファ層2、膜厚400nmのAlGaN/AlN周期構造を有する周期層3(本発明の第1の実施形態で詳述)、シリコンが1.0×1019cm−3添加された膜厚200nmのAl0.15Ga0.85N層からなるn型クラッド層24、In0.10Al0.07Ga0.83N(膜厚3nm)/Al0.15Ga0.85N(膜厚10nm)の5周期構造で波長350nm程度の紫外発光を供するInAlGaN/AlGaN多層量子井戸層(膜厚65nm)からなる活性層25、マグネシウムが添加された膜厚160nmのAl0.15Ga0.85N層からなるp型クラッド層26、及びマグネシウムが添加された膜厚20nmのAl0.15Ga0.85N層からなるp型コンタクト層27を形成する。
図11に示すX線回折によるロッキングカーブ測定の結果より明らかなように、AlGaN/AlN周期構造をもつ周期層3を用いることでAl0.15Ga0.85N層からなるn型クラッド層24の結晶性を向上させることができる。その結果、紫外発光を供するInAlGaN/AlGaN多層量子井戸層は本発明の第1の実施形態に係る青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層と比較して輝度向上の効果がさらに大きい。それは、以下の理由による。
すなわち、Alを含まないInGaN材料を用いた活性層と比較してAlGaN材料を用いた活性層は層内における組成のゆらぎが少ない。組成のゆらぎは局在励起子を発生させ、局在励起子は転位などの結晶欠陥にとらわれる前に発光するので、発光効率が著しく伸びる効果を持つ。逆に、結晶性の悪い活性層においては結晶欠陥、特に転位による非発光再結合が起きやすくなる。活性層の結晶性はその下地となっているn型クラッド層24の結晶性に大きく依存するので、結晶性の悪いすなわちX線ロッキングカーブ測定において大きな半値幅を示すクラッド層の上に結晶成長された活性層の結晶性は悪くなり、活性層において非発光再結合が起きやすくなる。逆に結晶性のよいクラッド層の上に結晶成長された活性層はその結晶性がよく、活性層において非発光再結合が起きにくくなるので紫外発光の輝度が著しく大きくなる。これが紫外発光を供するInAlGaN/AlGaN多層量子井戸層は本発明の第1の実施形態に係る青色発光を供するInGaN系多層量子井戸層と比較して輝度向上の効果がさらに大きくなる理由である。
図14に、TEM(透過電子顕微鏡:Transmission Electron Microscope)による断面図を示している。
図14に示すように、同図はAlGaN/AlN周期構造をもつ周期層3とSi基板からなる基板1との界面部分であり、転位密度は2×1010cm−2である。TEM像からSi基板界面初期から平坦性のよい層が得られている。
図15に、本発明のInAlGaN/AlGaN多層量子井戸層からなる活性層25の井戸層であるInAlGaNのAlとInの組成と、同じく井戸層にInAlGaNを用いている他の研究グループの組成との比較を示している。
図15において、白抜きの円(B)が他の研究グループで、黒丸(A)が本実施形態の組成を示している。また、実線はバルクのInAlGaNの場合のバンド端発光波長(=バンドギャップ)を示し、間隔は10nm刻みで示されている。本実施形態の活性層25の井戸層の組成は(a)Al0.04Ga0.96N、(b)In0.03Al0.04Ga0.93N、(c)In0.07Al0.04Ga0.89N、(d)In0.10Al0.05Ga0.85Nである。(a)は組成から明らかのように従来用いてきたAlGaN/AlGaN多層量子井戸層の井戸層組成で、(b)以降は徐々に井戸層のInの組成を増やしている。他の研究グループとの比較による本実施形態の井戸層の特徴は、図に示すように、低Al組成、高In組成であることが分かる。
図16は、図15にて説明した(a)、(b)、(c)及び(d)と同じ組成の井戸層を用い、バリア層はAl0.15Ga0.85Nで共通で、InAlGaN/AlGaN多層量子井戸層からなる活性層25のPL強度温度依存性データである。また、測定温度範囲は10Kから300Kで行い、10KでのPL強度測定は転位などによる非発光再結合の影響は無く、10Kで内部量子効率(Internal Quantum Efficiency (IQE))は100%であるものとする。
測定の結果によると、それぞれの室温での内部量子効率を見積もると、(a)1%、(b)2%、(c)10%、(d)15%であった。活性層25の井戸層のIn組成が多いほど内部量子効率が向上し、従来用いてきた(a) AlGaN/AlGaN多層量子井戸層に比較して最大15倍も改善していることが分かる。
図17は、図15にて説明した(a)及び(d)と同じ組成の井戸層を用い、バリア層はAl0.15Ga0.85Nである活性層25において、室温CL(カソードルミネッセンス:Cathodoluminescence)像である。図において、電子線で励起したときの蛍光強度が強い領域ほど、白く表示されている。図に示すように、In組成の多い(d)の強度が強いことが分かる。なお、まだらな発光は転位の影響と予想される。
図18は、図15にて説明した(a)、(b)、(c)及び(d)と同じ組成の井戸層を用い、バリア層はAl0.15Ga0.85Nである上述した図13(a)に記載のLED構造において、直流電流100mAを注入した時の室温におけるEL発光スペクトルを示している。
図18に示すように、ELスペクトルのピーク波長は(a)354nm、(b)351nm、(c)352nm及び(d)348nm、FWHM(Full Width Half Maximum)は(a)8nm(77meV)、(b)9nm(83meV)、(c)12nm(107meV)及び(d)11nm(110meV)である。
図19は、図15にて説明した(a)、(b)、(c)、及び(d)と同じ組成の井戸層を用い、バリア層はAl0.15Ga0.85Nで共通である上述した図13(a)に記載のLED構造で、光出力−電流特性の変化を示している。図示するように、井戸層のIn組成が最も高い(d)で、最もEL光出力が高いことが分かる。
図20は、図15にて説明した(a)、(b)、(c)、及び(d)と同じ組成の井戸層を用い、バリア層はAl0.15Ga0.85Nで共通である上述した図13(a)に記載のLED構造で、光出力と井戸層In組成の変化を示している。図示するように、井戸層のIn組成が最も高い(d)で、最もEL光出力が高いことが分かる。
以上の本発明の第1及び第2の実施形態では、窒化物半導体発光デバイスとして発光ダイオードを例にして説明したが、例えば半導体レーザでもよく、また、周期構造にシリコンをドープせずにその上にAlGaN/AlNへテロ構造を形成した電界効果トランジスタであってもかまわない。結晶成長に用いるSi基板は(111)面以外の面方位か主面よりオフアングルのついたものでもかまわない。結晶性及び平坦性が改善される限りはSiC基板等、他の単結晶基板を用いてもよい。
また、以上の本発明の第1及び第2の実施形態では、周期層3には炭素を添加する場合について説明したが、炭素に限定されるものではなく、薄膜化及び平坦化が可能になれば、サーファクタントとして働く原子などを用いてもかまわない。炭素以外にも、Mgなどを用いることが考え得る。
本発明は、窒化物半導体よりなる発光ダイオード、半導体レーザ等の窒化物半導体発光デバイスの高輝度化又は低コスト化にとって極めて有用である。
1 Si(111)基板
2 バッファ層
3 周期層
4、24 n型クラッド層
5、25 活性層
6、26 p型クラッド層
7、27 p型コンタクト層
8 p型電極
9 接着層
10 保持基板
11 n型電極
12 第1の層
13 第2の層
2 バッファ層
3 周期層
4、24 n型クラッド層
5、25 活性層
6、26 p型クラッド層
7、27 p型コンタクト層
8 p型電極
9 接着層
10 保持基板
11 n型電極
12 第1の層
13 第2の層
Claims (27)
- Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなる第1の層と、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなり、前記第1の層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する第2の層とが周期的に形成されてなる周期層を含み、
前記第2の層には、炭素が添加されていることを特徴とする窒化物半導体デバイス。 - 前記第1の層は、AlN層よりなり、
前記第2の層は、Alx2Gay2N(x2+y2=1,0<x2≦1,0≦y2<1)よりなることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。 - 前記第1の層は、アンドープであることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記第2の層に添加される炭素の濃度は、1.0×1020cm−3以上であって且つ1.0×1019cm−3以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記周期層には、シリコンが添加されていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記周期層に添加されるシリコンの濃度は、前記第2の層に添加される炭素の濃度よりも高いことを特徴とする請求項5に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記第2の層の膜厚は、20nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。
- 発光を取り出す面上に、凹凸構造を備えていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記周期層は、発光を供する活性層と前記発光を取り出す面との間に形成されており、
前記凹凸構造は、前記周期層における前記発光を取り出す面側の一部に入り込むように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体デバイス。 - 前記凹凸構造は、周期的なパターンをもつように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記凹凸構造は、フォトニック結晶効果を供するように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体デバイス。
- シリコン基板、Al2O3基板、GaN基板、AlN基板、SiC基板、GaAs基板、InP基板、SiO2基板、及び金属板よりなる群のうちから選択される1種類又は複数種類よりなる保持基板をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記保持基板は、導電性を有していることを特徴とする請求項12に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記周期層は、当該窒化物半導体デバイスの発光を透過することを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。
- 量子井戸を有しており、
前記量子井戸の井戸層がInx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)からなり、前記井戸層のIn組成(x1)が7%以上含まれることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体デバイス。 - 前記量子井戸において、前記井戸層のAl組成(y1)が4%以上含まれることを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記量子井戸の障壁層がAlx3Gay3N(x3+y3=1,0<x3≦1,0≦y3<1)からなることを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記障壁層のAl組成(y3)が10%以上含まれることを特徴とする請求項17に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記量子井戸において、障壁層の格子定数が井戸層の格子定数よりも小さいことを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記量子井戸と前記周期層の間にn型の伝導性を供する層を有し、前記n型の伝導性を供する層がAlx4Gay4N(x4+y4=1,0<x4≦1,0≦y4<1)からなることを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記n型の伝導性を供する層はSiを含むことを特徴とする請求項20に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記n型の伝導性を供する層のAl組成(y4)が10%以上含まれることを特徴とする請求項20に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記Si基板とは反対側の前記量子井戸面上にp型の伝導性を供する層を有し、前記p型の伝導性を供する層はAlx5Gay5N(x5+y5=1,0<x5≦1,0≦y5<1)からなるAlGaNの多層構造であることを特徴とする請求項15に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記p型の伝導性を供する層はMgを含むことを特徴とする請求項23に記載の窒化物半導体デバイス。
- 前記p型の伝導性を供する層のAlGaNの多層構造は、いずれの層もAl組成(y5)が10%以上含まれることを特徴とする請求項23に記載の窒化物半導体デバイス。
- 基板の上方に、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなる第1の層と、Inx1Aly1Gaz1N(x1+y1+z1=1,0≦x1≦1,0≦y1≦1,0≦z1≦1)層よりなり、前記第1の層の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅を有する第2の層とが周期的に形成されてなる周期層を形成する工程と、
前記周期層の上方に、発光を供する活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に、第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極に接するように保持基板を張り合わせる工程と、
前記保持基板を張り合わせた後に、前記基板を除去する工程と、
前記周期層における前記基板が除去された側に、第2の電極を形成する工程とを備え、
前記周期層を形成する工程は、少なくとも前記第2の層に炭素を添加する工程を含むことを特徴とする窒化物半導体デバイスの製造方法。 - 前記周期層を形成する工程よりも前に、前記基板上に凹凸を形成する工程をさらに備え、
前記基板の凹凸上に形成された前記周期層は、前記基板を除去する工程の後には、前記基板が除去された側に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項26に記載の窒化物半導体デバイスの製造方法。
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