JP2008277356A - Semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体素子に関し、より詳しくは、基板上にＡｌＩｎＮ混晶からなる窒化物半導体層を有する半導体素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a nitride semiconductor layer made of an AlInN mixed crystal on a substrate.
近年、小型で高い発光効率を有する発光ダイオード等の半導体発光素子が大いに注目を集めており、既に様々な場面で実用化が図られている。 In recent years, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes that are small and have high light emission efficiency have attracted much attention, and have already been put to practical use in various situations.
半導体発光素子としては、基板上に窒化物半導体層を形成した構造のものが周知であり、窒化物半導体層の材料としては、例えばＡｌＩｎＧａＮ混晶を用いたものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
しかしながら、窒化物半導体層にＡｌＩｎＧａＮ混晶を用いた場合、ＡｌＩｎＧａＮ混晶は４元系であるために成膜条件のパラメータが多くなり、成膜条件の制御が困難であるという問題があった。
A semiconductor light emitting device having a structure in which a nitride semiconductor layer is formed on a substrate is well known, and as a material of the nitride semiconductor layer, for example, an AlInGaN mixed crystal is known (for example, the following) Patent Document 1).
However, when an AlInGaN mixed crystal is used for the nitride semiconductor layer, since the AlInGaN mixed crystal is a quaternary system, there are problems that the parameters of the film forming conditions increase and it is difficult to control the film forming conditions.
他方、３元系の材料を用いた窒化物半導体層として、ＩｎＧａＮ混晶とＡｌＧａＮ混晶とを用いたものが知られている（例えば、下記特許文献２参照）。
しかしながら、窒化物半導体層にＩｎＧａＮ混晶とＡｌＧａＮ混晶とを用いた場合には、深紫外から紫外の波長にＡｌＧａＮ混晶を用い、紫外から赤外の波長にＩｎＧａＮ混晶を用いた発光層を形成する必要があるが、同一基板にこれら２種類の混晶を積層させる場合、必要な材料が異なるために材料供給の切り替えが必要となり、成膜時の材料供給の制御が困難であるという問題があった。
On the other hand, a nitride semiconductor layer using a ternary material using an InGaN mixed crystal and an AlGaN mixed crystal is known (for example, see
However, when an InGaN mixed crystal and an AlGaN mixed crystal are used for the nitride semiconductor layer, a light emitting layer using an AlGaN mixed crystal for wavelengths from deep ultraviolet to ultraviolet and using an InGaN mixed crystal for wavelengths from ultraviolet to infrared. However, when these two types of mixed crystals are stacked on the same substrate, it is necessary to switch the material supply because the required materials are different, and it is difficult to control the material supply during film formation. There was a problem.
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、単一材料からなる窒化物半導体層により、深紫外から赤外まで波長を変化させることが可能であるとともに、成膜時の制御を容易に行うことができる半導体発光素子を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and it is possible to change the wavelength from deep ultraviolet to infrared by a nitride semiconductor layer made of a single material. In addition, the present invention provides a semiconductor light-emitting element that can be easily controlled during film formation.
請求項１に係る発明は、基板上に発光層を含む窒化物半導体層が形成されてなる半導体素子であって、前記窒化物半導体層が、ＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶のみからなることを特徴とする半導体素子に関する。
The invention according to
請求項２に係る発明は、前記窒化物半導体層が、前記基板上に形成された下地層と、該下地層上に形成されたｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層上に形成された発光層と、該発光層上に形成されたｐ型クラッド層とを有していることを特徴とする請求項１記載の半導体素子に関する。
According to a second aspect of the present invention, the nitride semiconductor layer is formed on the base layer formed on the substrate, the n-type cladding layer formed on the base layer, and the n-type cladding layer. 2. The semiconductor element according to
請求項３に係る発明は、前記下地層中のＡｌ組成が、前記基板との界面側に比べて前記ｎ型クラッド層との界面側において少なく若しくは多くなっていることを特徴とする請求項２記載の半導体素子に関する。
The invention according to
請求項４に係る発明は、前記下地層中のＡｌ組成が、減少と増加を繰り返しながら前記基板との界面側から前記ｎ型クラッド層との界面側に向けて次第に減少若しくは増加していることを特徴とする請求項３記載の半導体素子に関する。
In the invention according to claim 4, the Al composition in the underlayer gradually decreases or increases from the interface side with the substrate toward the interface side with the n-type cladding layer while repeatedly decreasing and increasing. The semiconductor device according to
請求項１に係る発明によれば、基板上に発光層を含む窒化物半導体層が形成されてなる半導体素子において、窒化物半導体層が、ＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶のみから形成されているため、発光層におけるＡｌとＩｎの組成比を変化させることによって、ＡｌＩｎＮ混晶のみで深紫外から赤外までの波長を発光する素子を作製することができ、発光素子の波長制御を容易に行うことが可能である。
また、３元系のＡｌＩｎＮ混晶を用いるため、ＡｌＩｎＧａＮ混晶のような４元系の混晶を用いる場合に比べて成膜条件の制御が容易であり、成膜の質を向上させることができ、高性能の半導体素子を得ることが可能となる。
さらに、ＡｌＩｎＮ混晶のみを用いることから、成膜時において、ＩｎＧａＮ混晶とＡｌＧａＮ混晶等の複数種類の混晶を用いる場合のように材料供給の切り替えが不要であり、成膜時の材料供給の制御が容易である。
According to the first aspect of the present invention, in a semiconductor device in which a nitride semiconductor layer including a light emitting layer is formed on a substrate, the nitride semiconductor layer is Al x In (1-x) N (0 <x < Since the AlInN mixed crystal represented by 1) is formed only, an element that emits light from deep ultraviolet to infrared with only the AlInN mixed crystal can be obtained by changing the composition ratio of Al and In in the light emitting layer. Thus, the wavelength of the light-emitting element can be easily controlled.
In addition, since a ternary AlInN mixed crystal is used, it is easier to control the film formation conditions and improve the film formation quality compared to the case of using a quaternary mixed crystal such as an AlInGaN mixed crystal. And a high-performance semiconductor device can be obtained.
Furthermore, since only AlInN mixed crystals are used, there is no need to switch material supply during film formation as in the case of using multiple types of mixed crystals such as InGaN mixed crystals and AlGaN mixed crystals. Supply control is easy.
請求項２に係る発明によれば、窒化物半導体層が、基板上に形成された下地層と、該下地層上に形成されたｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層上に形成された発光層と、該発光層上に形成されたｐ型クラッド層とを有していることにより、発光層にキャリアを充分に閉じ込めることができ、発光効率の優れた半導体発光素子を得ることが可能となる。
According to the invention of
請求項３に係る発明によれば、下地層中のＡｌ組成が、基板との界面側に比べてｎ型クラッド層との界面側において少なく若しくは多くなっていることによって、基板との界面で生じる窒化物半導体層中の転位を減少させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the Al composition in the underlayer is generated at the interface with the substrate by being less or greater on the interface side with the n-type cladding layer than on the interface side with the substrate. Dislocations in the nitride semiconductor layer can be reduced.
請求項４に係る発明によれば、下地層中のＡｌ組成が減少と増加を繰り返しながら基板との界面側からｎ型クラッド層との界面側に向けて次第に減少若しくは増加していることにより、下地層中の転位密度を基板との界面側からｎ型クラッド層との界面側に向けて確実に減少させることができる。 According to the invention of claim 4, the Al composition in the underlayer is gradually decreasing or increasing from the interface side with the substrate toward the interface side with the n-type cladding layer while repeatedly decreasing and increasing. The dislocation density in the underlayer can be reliably reduced from the interface side with the substrate toward the interface side with the n-type cladding layer.
以下、本発明に係る半導体素子の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る半導体素子は、基板上に発光層を含む窒化物半導体層が形成されてなる半導体素子であって、窒化物半導体層がＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶のみからなるものであることを特徴とするものである。
Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a nitride semiconductor layer including a light emitting layer is formed on a substrate, and the nitride semiconductor layer is Al x In (1-x) N (0 <x <1). It is characterized by comprising only the AlInN mixed crystal represented by
図１は、本発明に係る半導体素子の主要部を示す概略断面図である。
本発明に係る半導体素子は、上述したように基板（１）の上にＡｌＩｎＮ混晶のみからなる窒化物半導体層（２）が形成されているものであって、該窒化物半導体層（２）は、基板（１）上に形成された下地層（３）と、該下地層（３）上に形成されたｎ型クラッド層（４）と、該ｎ型クラッド層（４）上に形成された発光層（５）と、該発光層（５）上に形成されたｐ型クラッド層（６）とを有している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a semiconductor device according to the present invention.
In the semiconductor device according to the present invention, as described above, a nitride semiconductor layer (2) made of only an AlInN mixed crystal is formed on a substrate (1), and the nitride semiconductor layer (2) is formed. Are formed on the base layer (3) formed on the substrate (1), the n-type cladding layer (4) formed on the base layer (3), and the n-type cladding layer (4). A light emitting layer (5) and a p-type cladding layer (6) formed on the light emitting layer (5).
基板（１）としては、例えばサファイア、シリコン、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の単結晶基板を使用することができ、特にサファイア基板が好適に使用される。
但し、本発明に係る半導体素子において使用される基板（１）は、例示したものに限定されず、窒化物半導体層を有する半導体素子において用いられている他の材料（例えば、ＡｌＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２等）からなる基板を用いることも可能である。
基板（１）の厚みは、例えば２５〜６００μｍ程度とされる。
As the substrate (1), for example, a single crystal substrate such as sapphire, silicon, AlN, GaN, SiC or the like can be used, and a sapphire substrate is particularly preferably used.
However, the substrate (1) used in the semiconductor element according to the present invention is not limited to the exemplified one, and other materials (for example, AlGaN, ZnO, GaAs) used in the semiconductor element having a nitride semiconductor layer. , InP, LiGaO 2 , LiAlO 2, etc.) can also be used.
The thickness of the substrate (1) is, for example, about 25 to 600 μm.
下地層（３）は、ＡｌＩｎＮ混晶におけるＡｌＩｎ混晶比が一定となっている層（以下、単位層という）が複数層積層された構造を有しており、各単位層（３１）、（３２）、（３３）、（３４）、・・・（３ｎ）はＡｌＩｎ混晶比が夫々異なっている。
下地層（３）を構成する単位層の数（ｎ）は特に限定されないが、例えば２０〜３０層程度とされる。また、各単位層の厚みは、例えば1原子層〜５０ｎｍ程度とされる。
The underlayer (3) has a structure in which a plurality of layers (hereinafter referred to as unit layers) in which the AlIn mixed crystal ratio in the AlInN mixed crystal is constant are stacked, and each unit layer (31), ( 32), (33), (34),... (3n) have different AlIn mixed crystal ratios.
The number (n) of unit layers constituting the base layer (3) is not particularly limited, and is, for example, about 20 to 30 layers. The thickness of each unit layer is, for example, about 1 atomic layer to 50 nm.
下地層（３）中のＡｌ組成は、基板（１）との界面側に比べてｎ型クラッド層（４）との界面側において少なく若しくは多くなっている。
より具体的には、下地層（３）を構成する各単位層（３１）、（３２）、（３３）、（３４）、・・・（３ｎ）中のＡｌ組成は、減少と増加を繰り返しながら基板（１）との界面側からｎ型クラッド層（４）との界面側に向けて次第に減少若しくは増加している。
例えば、最下層の単位層（３１）のＡｌ組成をａ％、その上の単位層（３２）のＡｌ組成をｂ％、更にその上の単位層（３３）のＡｌ組成をｃ％、更にその上の単位層（３４）のＡｌ組成をｄ％とすると、Ａｌ組成が次第に減少する場合、ａ＞ｃ＞ｂ＞ｄの関係が成り立つ。逆にＡｌ組成が次第に増加する場合、ｄ＞ｂ＞ｃ＞ａの関係が成り立つ。
The Al composition in the underlayer (3) is less or greater on the interface side with the n-type cladding layer (4) than on the interface side with the substrate (1).
More specifically, the Al composition in each of the unit layers (31), (32), (33), (34),... (3n) constituting the base layer (3) repeatedly decreases and increases. However, it gradually decreases or increases from the interface side with the substrate (1) toward the interface side with the n-type cladding layer (4).
For example, the Al composition of the lowermost unit layer (31) is a%, the Al composition of the upper unit layer (32) is b%, and the Al composition of the upper unit layer (33) is c%. Assuming that the Al composition of the upper unit layer (34) is d%, a relationship of a>c>b> d is established when the Al composition gradually decreases. Conversely, when the Al composition gradually increases, the relationship d>b>c> a holds.
基板（１）を構成するサファイア等と窒化物半導体層（２）を構成するＡｌＩｎＮ混晶とは格子定数が異なることから、基板（１）との界面付近において窒化物半導体層（２）に転位が生じる。
しかし、本発明では、下地層（３）中のＡｌ組成が、基板（１）との界面側に比べてｎ型クラッド層（４）との界面側において少なく若しくは多くなっていることにより、基板（１）との界面において下地層（３）と基板（１）の格子定数の差を小さくすることができ、結果として窒化物半導体層（２）中の転位を減少させることができる。
尚、Ａｌ組成を少なくするか多くするかは、基板の格子定数とｎ型クラッド層の格子定数の大小関係により決定する。具体的には、基板の方がｎ型クラッド層に比べて格子定数が大きい場合、Ａｌ組成は基板側よりｎ型クラッド層側の方を少なくする。逆に、基板の方がｎ型クラッド層に比べて格子定数が小さい場合、Ａｌ組成は基板側よりｎ型クラッド層側の方を多くする。
Since the lattice constants of sapphire and the like constituting the substrate (1) and the AlInN mixed crystal constituting the nitride semiconductor layer (2) are different, the dislocations are transferred to the nitride semiconductor layer (2) in the vicinity of the interface with the substrate (1). Occurs.
However, in the present invention, the Al composition in the underlayer (3) is less or greater on the interface side with the n-type cladding layer (4) than on the interface side with the substrate (1). The difference in lattice constant between the base layer (3) and the substrate (1) at the interface with (1) can be reduced, and as a result, dislocations in the nitride semiconductor layer (2) can be reduced.
Whether to decrease or increase the Al composition is determined by the magnitude relationship between the lattice constant of the substrate and the lattice constant of the n-type cladding layer. Specifically, when the lattice constant of the substrate is larger than that of the n-type cladding layer, the Al composition is smaller on the n-type cladding layer side than on the substrate side. Conversely, when the lattice constant of the substrate is smaller than that of the n-type cladding layer, the Al composition is larger on the n-type cladding layer side than on the substrate side.
また、下地層（３）を構成する複数の単位層において、下層の単位層（３１）よりも上層の単位層（３２）のＡｌ組成が小さくなると格子定数が増加する。すると、単位層間に応力が発生し、この応力が大きいと転位が生じ易くなる。そこで、Ａｌ組成が大きい単位層（３３）を更に積層すると逆向きの応力が作用して最初に発生した応力が相殺緩和される。その結果、単位層間において転位が生じにくくなり、結果として転位密度が減少することとなる。
逆に、下層の単位層（３１）よりも上層の単位層（３２）のＡｌ組成が大きくなると格子定数が減少する。この場合も単位層間に応力が発生し、この応力が大きいと転位が生じ易くなる。そこで、Ａｌ組成が小さい単位層（３３）を更に積層すると逆向きの応力が作用して最初に発生した応力が相殺緩和される。その結果、単位層間において転位が生じにくくなり、結果として転位密度が減少することとなる。
従って、下地層（３）中のＡｌ組成が、減少と増加を繰り返しながら基板（１）との界面側からｎ型クラッド層（４）との界面側に向けて次第に減少若しくは増加する構造を採ることにより、下地層（３）中の転位密度を基板との界面側からｎ型クラッド層との界面側に向けて確実に減少させることが可能となる。
Further, in the plurality of unit layers constituting the base layer (3), the lattice constant increases when the Al composition of the upper unit layer (32) is smaller than that of the lower unit layer (31). Then, stress is generated between the unit layers, and when this stress is large, dislocation is likely to occur. Therefore, when the unit layer (33) having a large Al composition is further laminated, the stress generated in the opposite direction acts to cancel the stress generated first. As a result, dislocations are less likely to occur between unit layers, resulting in a decrease in dislocation density.
Conversely, when the Al composition of the upper unit layer (32) is larger than that of the lower unit layer (31), the lattice constant decreases. In this case as well, stress is generated between the unit layers, and when this stress is large, dislocation is likely to occur. Therefore, when the unit layer (33) having a small Al composition is further laminated, the stress generated in the opposite direction acts and the first generated stress is canceled and relaxed. As a result, dislocations are less likely to occur between unit layers, resulting in a decrease in dislocation density.
Accordingly, a structure is adopted in which the Al composition in the underlayer (3) gradually decreases or increases from the interface side with the substrate (1) toward the interface side with the n-type cladding layer (4) while repeatedly decreasing and increasing. This makes it possible to reliably reduce the dislocation density in the underlayer (3) from the interface side with the substrate toward the interface side with the n-type cladding layer.
本発明において、上記したような、下地層（３）中のＡｌ組成が減少と増加を繰り返しながら次第に減少若しくは増加する構造を採用する場合、Ａｌ組成が全体として単調に減少若しくは増加するようにしてもよいし、全体として非単調に減少若しくは増加するようにしてもよい。
ここで、Ａｌ組成が全体として単調に減少若しくは増加するとは、１つおきの単位層（例えば単位層（３１）、（３３））のＡｌ組成に着目した場合に、当該Ａｌ組成が単調に減少若しくは増加していることを意味し、Ａｌ組成が全体として非単調に減少若しくは増加するとは、１つおきの単位層のＡｌ組成に着目した場合に、当該Ａｌ組成が非単調に減少若しくは増加していることを意味する。
In the present invention, when adopting a structure in which the Al composition in the underlayer (3) gradually decreases or increases as described above, the Al composition is monotonously decreased or increased as a whole. Alternatively, it may be decreased or increased non-monotonically as a whole.
Here, when the Al composition decreases or increases as a whole as a whole, when focusing on the Al composition of every other unit layer (for example, the unit layers (31) and (33)), the Al composition decreases monotonously. Or, it means that the Al composition is decreasing or increasing non-monotonically as a whole. When focusing on the Al composition of every other unit layer, the Al composition decreases or increases non-monotonically. Means that
図３は、下地層中のＡｌ組成が全体として非単調に減少若しくは増加する場合を示しており、下地層中のＡｌ組成と基板からの距離（垂直方向距離）の関係を示すグラフである。
図３（ａ）は、下地層中のＡｌ組成が全体として非単調に減少する場合を示す図であり、基板界面側のＡｌ組成に比べてｎ型クラッド層界面側のＡｌ組成の方が少ない場合である。
図３（ｂ）は、下地層中のＡｌ組成が全体として非単調に増加する場合を示す図であり、基板界面側のＡｌ組成に比べてｎ型クラッド層界面側のＡｌ組成の方が多い場合である。
FIG. 3 shows a case where the Al composition in the underlayer decreases or increases as a whole in a non-monotonic manner, and is a graph showing the relationship between the Al composition in the underlayer and the distance from the substrate (distance in the vertical direction).
FIG. 3A is a diagram showing a case where the Al composition in the underlayer decreases non-monotonically as a whole, and the Al composition on the n-type cladding layer interface side is smaller than the Al composition on the substrate interface side. Is the case.
FIG. 3B is a diagram showing a case where the Al composition in the underlayer increases non-monotonically as a whole, and the Al composition on the n-type cladding layer interface side is larger than the Al composition on the substrate interface side. Is the case.
本発明において、基板（１）が発光波長に対して不透明な場合には、下地層（３）中に光反射効果をもたせるための層が入れられる。 In the present invention, when the substrate (1) is opaque with respect to the emission wavelength, a layer for providing a light reflection effect is placed in the underlayer (3).
図示例の半導体素子は、発光層（５）がｎ型クラッド層（４）とｐ型クラッド層（６）により挟まれたダブルヘテロ接合構造となっている。
発光層（５）、ｎ型クラッド層（４）、ｐ型クラッド層（６）は、いずれもＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶から形成されているが、ｎ型クラッド層（４）及びｐ型クラッド層（６）は、発光層（５）よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するように形成されている。
ＡｌＩｎＮ混晶において、バンドギャップエネルギーを大きくするには、Ｉｎに比べてＡｌの組成を大きくすればよいので、ｎ型クラッド層（４）及びｐ型クラッド層（６）は、発光層（５）よりもＡｌの組成が大きくなっている。
The semiconductor element of the illustrated example has a double heterojunction structure in which a light emitting layer (5) is sandwiched between an n-type cladding layer (4) and a p-type cladding layer (6).
The light emitting layer (5), the n-type cladding layer (4), and the p-type cladding layer (6) are all formed from an AlInN mixed crystal represented by Al x In (1-x) N (0 <x <1). However, the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6) are formed to have a larger band gap energy than the light emitting layer (5).
In the AlInN mixed crystal, in order to increase the band gap energy, the Al composition should be made larger than that of In. Therefore, the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6) have the light emitting layer (5). The composition of Al is larger than that.
このような大きいバンドギャップエネルギーを有するｎ型クラッド層（４）及びｐ型クラッド層（６）で発光層（５）を挟んだ構造とすることにより、発光層（５）に注入されたキャリアがｎ型クラッド層（４）及びｐ型クラッド層（６）との間に生成されるエネルギー障壁により閉じ込められるため、発光効率の優れた半導体素子を得ることができる。 By adopting a structure in which the light emitting layer (5) is sandwiched between the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6) having such a large band gap energy, carriers injected into the light emitting layer (5) can be obtained. Since it is confined by an energy barrier generated between the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6), a semiconductor device having excellent light emission efficiency can be obtained.
本発明において、ｎ型クラッド層（４）とｐ型クラッド層（６）とは同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。ｎ型クラッド層（４）及びｐ型クラッド層（６）の厚みは、例えば０．１〜５μｍ程度とされる。
また、本発明に係る半導体素子は、必ずしもダブルヘテロ接合構造を採る必要はなく、シングルへテロ接合構造やホモ接合構造であってもよい。
In the present invention, the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6) may have the same composition or different compositions. The thicknesses of the n-type cladding layer (4) and the p-type cladding layer (6) are, for example, about 0.1 to 5 μm.
The semiconductor element according to the present invention does not necessarily have a double heterojunction structure, and may have a single heterojunction structure or a homojunction structure.
発光層（５）は、上述した通り、ＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶から形成されている。
ここで、ＡｌＮのバンドギャップが６．２ｅＶであり、ＩｎＮのバンドギャップが０．７ｅＶであることから、ＡｌＩｎＮ混晶におけるＡｌとＩｎの組成比を変化させる、即ちＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）のｘの値を変化させることにより、深紫外から赤外までの波長を発光する素子を作製することができ、発光の波長制御を容易に行うことが可能となる。
尚、発光層（５）は、通常ノンドープで形成されるが、ｐ型層もしくはｎ型層としてもよい。発光層（５）の厚みは、例えば５０〜２００ｎｍ程度とされる。
As described above, the light emitting layer (5) is formed of an AlInN mixed crystal represented by Al x In (1-x) N (0 <x <1).
Here, since the band gap of AlN is 6.2 eV and the band gap of InN is 0.7 eV, the composition ratio of Al and In in the AlInN mixed crystal is changed, that is, Al x In (1-x). By changing the value of x in N (0 <x <1), an element that emits light from the deep ultraviolet to the infrared can be manufactured, and the wavelength control of light emission can be easily performed. .
The light emitting layer (5) is usually formed undoped, but may be a p-type layer or an n-type layer. The thickness of the light emitting layer (5) is, for example, about 50 to 200 nm.
本発明に係る半導体素子は、例えば有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して製造することができる。
より具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内にサファイア等からなる基板（１）を載置し、反応室内を１〜１０００Ｔｏｒｒ程度の反応室圧力とした後、基板（１）を５００〜１４００℃程度に加熱する。
The semiconductor element according to the present invention can be manufactured by using, for example, a metal organic compound vapor deposition method (MOCVD method).
More specifically, a substrate (1) made of sapphire or the like is placed in the reaction chamber of the MOCVD apparatus, the reaction chamber is set to a reaction chamber pressure of about 1 to 1000 Torr, and then the substrate (1) is about 500 to 1400 ° C. Heat to.
次いで、キャリアガスであるＨ２と、Ａｌの原料ガスとして有機金属ガスである（ＣＨ３）３Ａｌと、Ｉｎの原料ガスとして有機金属ガスである（ＣＨ３）３Ｉｎと、Ｎの原料ガスとしてＮＨ３とを所望の比率となるように夫々の流量で反応室内に導入することにより、基板（１）の上に、ＡｌＩｎＮ混晶からなる下地層（３）、ｎ型クラッド層（４）、発光層（５）、ｐ型クラッド層（６）を順次成長させる。
ここで、ＡｌＩｎＮ混晶におけるＡｌとＩｎの組成比を変化させる場合には、（ＣＨ３）３Ａｌと（ＣＨ３）３Ｉｎとの導入比率を変化させる。
Next, H 2 which is a carrier gas, (CH 3 ) 3 Al which is an organometallic gas as an Al source gas, (CH 3 ) 3 In which is an organometallic gas as an In source gas, and an N source gas As a result, NH 3 is introduced into the reaction chamber at a desired flow rate so as to have a desired ratio, whereby an underlayer (3) made of an AlInN mixed crystal and an n-type cladding layer (4) are formed on the substrate (1). The light emitting layer (5) and the p-type cladding layer (6) are grown sequentially.
Here, when changing the composition ratio of Al and In in the AlInN mixed crystal, the introduction ratio of (CH 3 ) 3 Al and (CH 3 ) 3 In is changed.
以上により図１に示すような構造が得られるので、その後これに電極を形成する。
基板（１）がサファイア等の絶縁性材料からなる場合、ドライエッチングにより、ｎ型クラッド層（４）の一部を露出させるように、該ｎ型クラッド層（４）の上層を部分的に除去する。そして、ｎ型クラッド層（４）の露出面上にｎ電極（８）を形成し、ｐ型クラッド層（６）の上面にｐ電極（７）を形成する（図２参照）。
基板（１）が導電性材料からなる場合には、図示していないが、周知の如く基板（１）の裏面にｎ電極（８）を形成すればよい。
また、必要に応じて、電極とこれに接する部分との界面に、接触抵抗を低減するためのコンタクト層を設けてもよい。
As a result, a structure as shown in FIG. 1 is obtained, and thereafter electrodes are formed thereon.
When the substrate (1) is made of an insulating material such as sapphire, the upper layer of the n-type cladding layer (4) is partially removed by dry etching so that a part of the n-type cladding layer (4) is exposed. To do. Then, an n-electrode (8) is formed on the exposed surface of the n-type cladding layer (4), and a p-electrode (7) is formed on the upper surface of the p-type cladding layer (6) (see FIG. 2).
When the substrate (1) is made of a conductive material, although not shown, an n-electrode (8) may be formed on the back surface of the substrate (1) as is well known.
Further, if necessary, a contact layer for reducing contact resistance may be provided at the interface between the electrode and the portion in contact with the electrode.
尚、本発明に係る半導体素子の製造方法において、窒化物半導体層（２）の形成に際しては、生産性において優れているＭＯＣＶＤ法を用いることが最も好ましいが、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相エピタキシャル法）等の他の公知の方法を用いてもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is most preferable to use the MOCVD method which is excellent in productivity when forming the nitride semiconductor layer (2), but the MOVPE method (metal organic vapor phase epitaxial method). ), MBE (molecular beam epitaxy), HVPE (hydride vapor phase epitaxy), and other known methods may be used.
本発明に係る半導体素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の半導体発光素子として利用可能である。 The semiconductor element according to the present invention can be used as a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser (LD).
１ 基板
２ 窒化物半導体層
３ 下地層
３１ 単位層
３２ 単位層
３３ 単位層
３４ 単位層
３ｎ 単位層
４ ｎ型クラッド層
５ 発光層
６ ｐ型クラッド層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記窒化物半導体層が、ＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）で表されるＡｌＩｎＮ混晶のみからなることを特徴とする半導体素子。 A semiconductor element in which a nitride semiconductor layer including a light emitting layer is formed on a substrate,
The semiconductor element, wherein the nitride semiconductor layer is made of only an AlInN mixed crystal represented by Al x In (1-x) N (0 <x <1).
前記基板上に形成された下地層と、
該下地層上に形成されたｎ型クラッド層と、
該ｎ型クラッド層上に形成された発光層と、
該発光層上に形成されたｐ型クラッド層と
を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。 The nitride semiconductor layer is
An underlayer formed on the substrate;
An n-type cladding layer formed on the underlayer;
A light emitting layer formed on the n-type cladding layer;
The semiconductor element according to claim 1, further comprising a p-type cladding layer formed on the light emitting layer.
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|---|---|---|---|---|
| JP2014041964A (en) * | 2012-08-23 | 2014-03-06 | Sharp Corp | Method of manufacturing nitride semiconductor light-emitting element, and nitride semiconductor light-emitting element |
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| JP2004513520A (en) * | 2000-11-03 | 2004-04-30 | クリー インコーポレイテッド | III-nitride light emitting device with gallium-free layer |
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