JP2009231591A - Method for manufacturing light emitting element - Google Patents
Method for manufacturing light emitting element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009231591A JP2009231591A JP2008076052A JP2008076052A JP2009231591A JP 2009231591 A JP2009231591 A JP 2009231591A JP 2008076052 A JP2008076052 A JP 2008076052A JP 2008076052 A JP2008076052 A JP 2008076052A JP 2009231591 A JP2009231591 A JP 2009231591A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- carrier gas
- barrier layer
- forming
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、発光素子の製造方法に関し、特に窒化物半導体層を有する発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device, and more particularly to a method for manufacturing a light emitting device having a nitride semiconductor layer.
白色LED(Light Emitting Diode)等の発光素子として窒化物半導体層を有するLEDが用いられている。このようなLEDには、MQW(Multi Quantum Well:多重量子井戸)構造を有する活性層が用いられている。MQW活性層を形成する際は、特許文献1に記載されているように窒素をキャリアガスとして用いる。 An LED having a nitride semiconductor layer is used as a light emitting element such as a white LED (Light Emitting Diode). In such an LED, an active layer having an MQW (Multi Quantum Well) structure is used. When forming the MQW active layer, nitrogen is used as a carrier gas as described in Patent Document 1.
窒化物半導体層を有するLEDにおいては、静電気放電(ESD:electro static discharge)耐圧が低いという課題がある。MQW活性層を形成する際は、特許文献1に記載されているように窒素をキャリアガスとして用いる。非特許文献1には、MQW活性層のうちGaNバリア層の成長において水素を1%添加したキャリアガスを用いる方法が開示されている。 In an LED having a nitride semiconductor layer, there is a problem that an electrostatic discharge (ESD) breakdown voltage is low. When forming the MQW active layer, nitrogen is used as a carrier gas as described in Patent Document 1. Non-Patent Document 1 discloses a method using a carrier gas added with 1% of hydrogen in the growth of a GaN barrier layer in an MQW active layer.
本発明は、ESD耐圧を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the ESD withstand voltage.
本発明は、窒化物半導体層からなる井戸層を形成する工程と、前記井戸層上に窒素および全キャリアガス流量に対して2%以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いてバリア層を形成する工程と、を含むMQW活性層を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。本発明によれば、MQW活性層内のバリア層を窒素および全キャリアガス流量に対して2%以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて成長するため、ESD耐圧を向上させることができる。 The present invention provides a step of forming a well layer composed of a nitride semiconductor layer, and a barrier layer using a carrier gas containing nitrogen and hydrogen at a ratio of 2% or more with respect to the total carrier gas flow rate on the well layer. And a step of forming an MQW active layer including the step of forming a light emitting device. According to the present invention, since the barrier layer in the MQW active layer is grown using nitrogen and a carrier gas containing hydrogen at a ratio of 2% or more with respect to the total carrier gas flow rate, the ESD breakdown voltage can be improved. .
上記構成において、前記井戸層を形成する際のキャリアガスは窒素であり、前記バリア層を形成する工程は、窒素からなるキャリアガスを用いて第1バリア層を形成する工程と、前記第1バリア層上に、窒素および全キャリアガス流量に対して2%以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて第2バリア層を形成する工程と、を含む構成とすることができる。この構成によれば、水素を含有したキャリアガスにより井戸層が削れることを抑制することができる In the above configuration, the carrier gas for forming the well layer is nitrogen, and the step of forming the barrier layer includes the step of forming a first barrier layer using a carrier gas composed of nitrogen, and the first barrier. Forming a second barrier layer on the layer using a carrier gas containing nitrogen and hydrogen at a ratio of 2% or more with respect to the total carrier gas flow rate. According to this configuration, the well layer can be prevented from being scraped by the carrier gas containing hydrogen.
上記構成において、前記バリア層を形成する工程は、トリメチルガリウムおよびアンモニアからなる成長ガスを用い、成長温度が820〜840℃および成長圧力が290〜310torrの条件で実行される構成とすることができる。 In the above-described configuration, the step of forming the barrier layer can be performed using a growth gas composed of trimethylgallium and ammonia under conditions of a growth temperature of 820 to 840 ° C. and a growth pressure of 290 to 310 torr. .
上記構成において、前記バリア層は、GaN、AlGaNおよびInAlGaNのいずれかからなる構成とすることができる。また、前記基板は、Si、SiC,GaNおよびサファイアのいずれかである構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記MQW活性層の形成はMOCVD法を用いる構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said barrier layer can be set as the structure which consists of either GaN, AlGaN, and InAlGaN. Moreover, the said board | substrate can be set as the structure which is either Si, SiC, GaN, and sapphire. Furthermore, in the above configuration, the MQW active layer can be formed using the MOCVD method.
本発明によれば、ESD耐圧を向上させることがきる。 According to the present invention, the ESD withstand voltage can be improved.
特許文献1のように、従来、MQW活性層を成長する際は窒素ガスをキャリアガスとして用いることが知られている。発明者は、MQW活性層のうちバリア層を成長する際にキャリアガスに所定の流量の水素を添加することによりESD耐圧が向上することを見出した。以下、本発明の実施例について説明する。 As in Patent Document 1, it is conventionally known that nitrogen gas is used as a carrier gas when growing an MQW active layer. The inventor has found that the ESD breakdown voltage is improved by adding a predetermined flow rate of hydrogen to the carrier gas when growing the barrier layer of the MQW active layer. Examples of the present invention will be described below.
図1および図2を用い、実施例1に係る発光素子の製造方法について説明する。図1を参照に、(0001)を主面とするサファイア基板10上にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長 )法を用い、AlNバッファ層12、SiドープGaNバッファ層14、アンドープGaNバッファ層16、n型GaN中間層18、n型GaNコンタクト層20、n型GaN層22、MQW活性層24、p型GaN層26を順次成長する。
A method for manufacturing a light-emitting element according to Example 1 will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 1, an
各層の成長条件は以下である。
AlNバッファ層12の成長条件
膜厚:580nm
ドープ濃度:アンドープ
原料ガス:TMA(トリメチルアルミニウム)、NH3
キャリアガス:水素
圧力:50Torr
成長温度:1040℃(成長1)、1140℃(成長2)
成長途中で成長1から成長2に成長温度を変えている。
The growth conditions for each layer are as follows.
Growth conditions for
Dope concentration: undoped Source gas: TMA (trimethylaluminum), NH 3
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 50 Torr
Growth temperature: 1040 ° C. (growth 1), 1140 ° C. (growth 2)
The growth temperature is changed from growth 1 to
SiドープGaNバッファ層14の成長条件
膜厚:60nm
Siドープ濃度:1.5×1019cm−3
原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)、NH3、SiH4
キャリアガス:水素
圧力:200Torr
成長温度:1040℃
Growth conditions for Si-doped
Si doping concentration: 1.5 × 10 19 cm −3
Source gas: TMG (trimethyl gallium), NH 3 , SiH 4
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 200 Torr
Growth temperature: 1040 ° C
アンドープGaNバッファ層16の成長条件
膜厚:1330nm
ドープ濃度:アンドープ
原料ガス:TMG、NH3
キャリアガス:水素
圧力:200Torr
成長温度:1040℃
Growth condition of undoped GaN
Dope concentration: undoped Source gas: TMG, NH 3
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 200 Torr
Growth temperature: 1040 ° C
n型GaN中間層18の成長条件
膜厚:1380nm
Siドープ濃度:1.5×1019cm−3
原料ガス:TMG、NH3、SiH4
キャリアガス:水素
圧力:100Torr
成長温度:1040℃
Growth conditions for n-type GaN
Si doping concentration: 1.5 × 10 19 cm −3
Source gas: TMG, NH 3 , SiH 4
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 100 Torr
Growth temperature: 1040 ° C
n型InGaNInコンタクト層20の成長条件
膜厚:500nm
原料ガス:TMG、TMI(トリメチルインジウム)、NH3、SiH4
Siドープ濃度:1.5×1019cm−3
キャリアガス:水素
圧力:200Torr
成長温度:1180℃
Growth conditions for n-type
Source gas: TMG, TMI (trimethylindium), NH 3 , SiH 4
Si doping concentration: 1.5 × 10 19 cm −3
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 200 Torr
Growth temperature: 1180 ° C
n型GaN層22の成長条件
膜厚:170nm
Siドープ濃度:1.5×1019cm−3
原料ガス:TMG、NH3、SiH4
キャリアガス:水素
圧力:100Torr
成長温度:1040℃
Growth conditions for n-
Si doping concentration: 1.5 × 10 19 cm −3
Source gas: TMG, NH 3 , SiH 4
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 100 Torr
Growth temperature: 1040 ° C
MQW活性層24の成長条件
膜厚:65nm
層数:井戸層5層、バリア層7層
井戸層:In0.16Ga0.84N
膜厚:2.2nm
ドープ濃度:アンドープ
原料ガス:TEG(トリエチルガリウム)、TMI、NH3
キャリアガス:窒素
圧力:300Torr
成長温度:720℃
バリア層:GaN
膜厚:9.5nm
ドープ濃度:5×1017cm−3
原料ガス:TEG、NH3
キャリアガス:水素1SLMと窒素12SLMとの混合ガス:ただし、バリア層の初期成長時(第1バリア層の成長時)においては、窒素キャリアガスのみでバリア層を成長する。
圧力:300Torr
成長温度:830℃
Growth condition of MQW
Number of layers: 5 well layers, 7 barrier layers Well layers: In 0.16 Ga 0.84 N
Film thickness: 2.2nm
Dope concentration: undoped Source gas: TEG (triethylgallium), TMI, NH 3
Carrier gas: Nitrogen Pressure: 300 Torr
Growth temperature: 720 ° C
Barrier layer: GaN
Film thickness: 9.5 nm
Dope concentration: 5 × 10 17 cm −3
Source gas: TEG, NH 3
Carrier gas: Mixed gas of hydrogen 1 SLM and
Pressure: 300 Torr
Growth temperature: 830 ° C
p型GaN層26の成長条件
膜厚:200nm
Mgドープ濃度:4×1019cm−3
原料ガス:TMG、NH3、Cp2Mg(ビスシクロペンタジエニルマグネシウム)
キャリアガス:水素
圧力:200Torr
成長温度:975℃
Growth conditions of p-
Mg doping concentration: 4 × 10 19 cm −3
Source gas: TMG, NH 3 , Cp 2 Mg (biscyclopentadienyl magnesium)
Carrier gas: Hydrogen Pressure: 200 Torr
Growth temperature: 975 ° C
図2を参照に、n型電極30を形成する領域を選択的に、n型InGaNコンタクト層20までドライエッチングする。エッチングされなかった部分にはメサ形状の半導体構造が残り、この部分が発光部となる。蒸着法を用いp型GaN層26上の一部にp型GaN層26に電気的に接続するようにNiAuからなるp型電極28を形成する。大気中で500℃のアニールを行い、p型GaN層26との合金を形成する。溝の底面の一部に、蒸着法を用いn型InGaNコンタクト層20に電気的に接続するように、下からTa/Al/Ptからなるn型電極30を形成する。大気中で500℃のアニールを行い、n型InGaNコンタクト層20との合金を形成する。以上により図2の構造が完成する。この後、公知の方法により酸化シリコンからなる保護膜(不図示)やp型電極28およびn型電極30に接続する電極パッド(不図示)が形成される。
With reference to FIG. 2, the region where the n-
スクライブ法を用い、基板10の裏面からウェハを分割し、例えば約350μm×350μmのチップに分割する。その後、パッケージに実装する。以上により、実施例1に係るLEDが完成する。なお、p型電極28およびn型電極30はITO(酸化インジウム錫)等を用いることもできる。
Using the scribe method, the wafer is divided from the back surface of the
図3は、n型GaN層22、活性層24およびp型GaN層26のキャリアガス中の水素濃度(窒素および全キャリアガス流量に対する水素の割合)および成長する層のIn組成比を時間に対し示した図である。なお、活性層24中のGaNバリア層23およびInGaN井戸層21の層数を省略して図示している。図3のように、n型GaN層22、p型クラッド層活性層24を成長する際は、水素をキャリアガスとして用いる。一方、井戸層21を成長する際は窒素をキャリアガスとして用いている。これは、水素をキャリアガスとすると、井戸層21を成長する際にInGaNの井戸層21が水素により削れてしまうためである。GaNバリア層23は第1バリア層23aと第2バリア層23bとを有している。
FIG. 3 shows the hydrogen concentration in the carrier gas of the n-
第1バリア層23aは、膜厚が1.5nmであり、井戸層21上に形成され、キャリアガスは井戸層21を形成する際のキャリアガスと同じ窒素である。第1バリア層23aの膜厚は1.5nm以上が好ましい。これは、第2バリア層23b成長中にキャリアガスとして添付した水素の影響により、第1バリア層23aが消失してしまうことを抑制するためである。これにより、第2バリア層23bの成長中に第1バリア層23a下の井戸層21が露出することを抑制できる。
The
第2バリア層23bは、膜厚が8nmであり、第1バリア層23a上に形成され、キャリアガスは窒素に加え水素濃度xの水素が含まれている。第2バリア層23bを形成する場合には、キャリアガスとして供給される窒素に対して水素流量を徐々に増加させてもよい。例えば、全キャリアガスの総流量に対する水素流量の割合を最終的に2%とする場合、水素流量の割合を、0.5%、1.0%、1.5%および2.0%の順にステップ的に増加させることができる。
The
表1は、試作した試料1から試料3の第2バリア層23bを形成する際のキャリアガスの水素濃度xを示した表である。試料1は比較例であり、キャリアガスは水素濃度が0%、窒素が100%である。
試料1から試料3に係るLEDについて、逆方向のESD耐圧を評価した。ESD印加は、1.5kΩの抵抗、100pFの容量を付加したヒューマンボディモデルを用い、5回印加した後LEDが破壊されているかを判定した。すなわち、逆方向電圧の印加(5回実施)の前後におけるLEDの破壊を判定して、LEDが破壊されていない場合は、その逆方向電圧を上昇させる。LEDが破壊されている場合は、その電圧をESD耐圧とした。なお、LEDの破壊の判定は、LEDの発光の確認および順方向通電時の電圧値の変動で行った。各試料のESD耐圧を表1に示す。 With respect to the LEDs according to Sample 1 to Sample 3, the ESD withstand voltage in the reverse direction was evaluated. For the ESD application, a human body model to which a resistance of 1.5 kΩ and a capacity of 100 pF were added was used to determine whether or not the LED was destroyed after being applied five times. That is, it is determined whether the LED is broken before and after application of the reverse voltage (implemented five times). If the LED is not broken, the reverse voltage is increased. When the LED was destroyed, the voltage was taken as the ESD withstand voltage. In addition, determination of destruction of LED was performed by the fluctuation | variation of the voltage value at the time of confirmation of light emission of LED, and forward direction electricity supply. Table 1 shows the ESD withstand voltage of each sample.
図4は、第2バリア層23bを成長する際のキャリアガスの水素濃度に対するESD耐圧を示した図である。ここで、水素濃度2%とは、窒素および全キャリアガスの全流量に対する水素の流量が2%であることを示す。
FIG. 4 is a diagram showing the ESD withstand voltage with respect to the hydrogen concentration of the carrier gas when the
図4より、キャリアガス中の水素濃度は2%以上が好ましく、その場合には、ESD耐圧が高くなる。このとき、LEDのESD耐圧として実用レベルの2000V以上を得ることができる。これは、第2バリア層23bの結晶性が改善するためと考えられる。また、水素濃度のより好ましい範囲は8%以上である。このように、井戸層21の成長は水素を含まないキャリアガス(例えば窒素のような不揮発性ガス)を用い井戸層の削れを抑制する。一方、バリア層23の成長は水素を2%以上含むキャリアガスを用い、ESD耐圧を向上させることができる。
From FIG. 4, the hydrogen concentration in the carrier gas is preferably 2% or more, and in that case, the ESD withstand voltage is increased. At this time, a practical level of 2000 V or more can be obtained as the ESD withstand voltage of the LED. This is considered because the crystallinity of the
実施例1では、バリア層23の形成する際の成長ガスがTEG、アンモニア(NH3)、成長温度が830℃、成長圧力が300torrを例に説明した。ESD耐圧を向上させるためには、成長ガスがTEGおよびNH3、成長温度が820〜840℃、成長圧力が290〜310torrであることが好ましい。
In the first embodiment, the growth gas for forming the
活性層24は発光する層として機能すれば、GaNおよびInGaN以外の窒化物半導体層であってもよい。特に、GaNバリア層23は、GaN、AlGaNおよびInAlGaNのいずれかからなることが好ましい。
The
第1バリア層23aは有さなくともよいが、井戸層21上に直接第2バリア層23bを形成すると、第2バリア層23bを成長する際の水素により、井戸層21が削れることがある。このため、井戸層21を形成する際のキャリアガスは窒素であり、第1バリア層23aは、井戸層21を形成する際に用いるキャリアガスと同じ窒素キャリアガスを用い形成し、第2バリア層23bは、水素濃度が2%以上であるキャリアガスを用い形成することが好ましい。
The
実施例1において、サファイア基板10を用いる例を説明したが、Si基板、SiC基板およびGaN基板のいずれかを用いてもよい。また、n型GaN層22、p型GaN層26は、活性層24より屈折率が大きければ、GaN以外の窒化物半導体層であってもよい。
Although the example using the
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 基板
12 AlNバッファ層
14 SiドープGaNバッファ層
16 アンドープGaNバッファ層
18 n型GaN中間層
20 n型InGaNコンタクト層
21 井戸層
22 n型GaN層
23 バリア層
23a 第1バリア層
23b 第2バリア層
24 活性層
26 p型GaN層
28 p型電極
30 n型電極
10
Claims (6)
2. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 1, wherein the active layer is formed by MOCVD.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008076052A JP2009231591A (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Method for manufacturing light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008076052A JP2009231591A (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Method for manufacturing light emitting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009231591A true JP2009231591A (en) | 2009-10-08 |
Family
ID=41246653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008076052A Pending JP2009231591A (en) | 2008-03-24 | 2008-03-24 | Method for manufacturing light emitting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009231591A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011171445A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Toshiba Corp | Crystal growth method for nitride semiconductor |
US9130069B2 (en) | 2012-08-13 | 2015-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing nitride semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor light emitting device |
CN105070653A (en) * | 2015-08-18 | 2015-11-18 | 湘能华磊光电股份有限公司 | LED epitaxial growth method for enhancing antistatic effect of device |
US9614121B1 (en) | 2016-01-27 | 2017-04-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor light emitting device |
JP2022015556A (en) * | 2020-07-09 | 2022-01-21 | 豊田合成株式会社 | Group iii nitride semiconductor element and manufacturing method of the same |
-
2008
- 2008-03-24 JP JP2008076052A patent/JP2009231591A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011171445A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Toshiba Corp | Crystal growth method for nitride semiconductor |
US9130069B2 (en) | 2012-08-13 | 2015-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing nitride semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor light emitting device |
CN105070653A (en) * | 2015-08-18 | 2015-11-18 | 湘能华磊光电股份有限公司 | LED epitaxial growth method for enhancing antistatic effect of device |
US9614121B1 (en) | 2016-01-27 | 2017-04-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor light emitting device |
JP2022015556A (en) * | 2020-07-09 | 2022-01-21 | 豊田合成株式会社 | Group iii nitride semiconductor element and manufacturing method of the same |
JP7318603B2 (en) | 2020-07-09 | 2023-08-01 | 豊田合成株式会社 | Method for manufacturing group III nitride semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8323994B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device and method for producing the same | |
JP5549338B2 (en) | Nitrogen compound semiconductor LED for ultraviolet light radiation and method for producing the same | |
KR101422452B1 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing same | |
US7915636B2 (en) | III-nitride semiconductor light emitting device | |
WO2014178248A1 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element | |
JP5322523B2 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
US20090121214A1 (en) | Iii-nitride semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof | |
JP5383880B1 (en) | Nitride semiconductor layer manufacturing method and semiconductor light emitting device manufacturing method | |
JP2007227671A (en) | Light emitting element | |
US8017965B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2007115887A (en) | Nitride semiconductor element and its manufacturing method | |
JP2009231591A (en) | Method for manufacturing light emitting element | |
TW200835000A (en) | GaN semiconductor light emitting element | |
JP2013026426A (en) | Group-iii nitride semiconductor light-emitting device | |
JP2009094427A (en) | Method of manufacturing light emitting device | |
JP3741528B2 (en) | Method for manufacturing gallium nitride based semiconductor device | |
US8633469B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device | |
JP5229048B2 (en) | Group III nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
US20160133783A1 (en) | Group iii nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor | |
JP4720519B2 (en) | Method for manufacturing p-type nitride semiconductor | |
JP5668647B2 (en) | Group III nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP5607106B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP2007214378A (en) | Nitride-based semiconductor element | |
JP2009238778A (en) | Method of manufacturing light emitting element | |
JP2006245555A (en) | Translucent electrode |