JP2009239243A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気伝導性及び／または結晶性が向上したｐ型窒化物半導体層を有する発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層と；前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と；前記活性層上にＡｌＮとＧａＮが交互に反復的に成長されて形成された超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層と；前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と；を含み、前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つはｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子を構成する。
【選択図】図２
【解決手段】ｎ型窒化物半導体層と；前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と；前記活性層上にＡｌＮとＧａＮが交互に反復的に成長されて形成された超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層と；前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と；を含み、前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つはｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子を構成する。
【選択図】図２
Description
本発明は、発光素子及びその製造方法に関するもので、より詳細には、ｐ型窒化物半導体層と活性層との間に超格子構造のｐ型ＡｌＮ／ＧａＮ層を有する発光素子及びその製造方法に関するものである。
一般的に、窒化物系半導体は、フルカラーディスプレイ、交通信号灯、一般照明及び光通信機器の光源として青／緑色発光ダイオードまたはレーザーダイオードに広く用いられている。このような窒化物系発光素子は、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層の間に位置した多重量子井戸構造の活性層を含み、前記活性層で電子と正孔の再結合によって光を発生させる。
主に、このような窒化物半導体層は、反応器内に基板を配置した後、III族金属の有機
物ソースを用いた各ソースガスを反応器内に供給することで、前記基板上に窒化物半導体層を成長させる金属有機化学気相成長法を使用して成長される。
物ソースを用いた各ソースガスを反応器内に供給することで、前記基板上に窒化物半導体層を成長させる金属有機化学気相成長法を使用して成長される。
一方、ｐ型窒化物半導体層は、ＥＢＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）としてｐ-ＡｌＧａＮを使用し、主にＭｇをドーパントとして使用して形成さ
れるが、このとき、Ｍｇは、水素と結合してｐ型窒化物半導体層の結晶性を悪化させると同時に、ｐ型窒化物半導体層の電気伝導性に寄与しない憂いがある。このようなＭｇのドーピングによる問題点は、発光素子の漏洩電流増加、逆電圧特性劣化及び不良な電流拡散をもたらし、発光素子の発光効率及び輝度を減少させる。
れるが、このとき、Ｍｇは、水素と結合してｐ型窒化物半導体層の結晶性を悪化させると同時に、ｐ型窒化物半導体層の電気伝導性に寄与しない憂いがある。このようなＭｇのドーピングによる問題点は、発光素子の漏洩電流増加、逆電圧特性劣化及び不良な電流拡散をもたらし、発光素子の発光効率及び輝度を減少させる。
一方、窒化ガリウム系半導体発光素子の駆動電圧を低下させ、その出力を向上させるためには、ｐ型窒化物半導体層の電気伝導性を改善する必要がある。しかしながら、Ｍｇのドーピング濃度を増加させる場合、キャリア濃度が減少する現象、いわゆる自発補償（ｓｅｌｆ-ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）が発生する。
したがって、Ｍｇドーピング濃度を充分に増加させ、ｐ型窒化物半導体層の電気伝導性を向上させる必要があるとともに、ｐ型窒化物半導体層の結晶性を向上させる必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、電気伝導性及び／または結晶性が向上したｐ型窒化物半導体層を有する発光素子及びその製造方法を提供することにある。
上記のような課題を解決するための本発明の一側面によると、ｎ型窒化物半導体層と；前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と；前記活性層上にＡｌＮとＧａＮが交互に反復的に成長されて形成された超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層と；前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と；を含み、前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つは、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子が提供される。
前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ-ＧａＮであることが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、前記交互に反復的に成長された前記ＡｌＮと前記ＧａＮからなる各対ごとにドーピングされるｐ型ドーパントの量が同一であることが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、前記交互に反復的に成長された前記ＡｌＮと前記ＧａＮからなる各対ごとにドーピングされるｐ型ドーパントの量が可変的であることが好ましい。
前記ｐ型ドーパントは、ＭｇまたはＺｎであることが好ましい。
前記ＡｌＮは、ｐ型ドーパントでドーピングされたｐ-ＡｌＮであることが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、 前記ＧａＮが前記ＡｌＮより厚く形成された
ことが好ましい。
ことが好ましい。
本発明の他の側面によると、基板上にｎ型窒化物半導体層を形成する段階と；前記ｎ型窒化物半導体層上に活性層を形成する段階と；前記活性層上にＡｌＮとＧａＮを交互に反復的に成長させて超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成する段階と；前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上にｐ型窒化物半導体層を形成する段階と；を含み、前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つは、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子の製造方法が提供される。
前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ-ＧａＮであることが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、前記ＧａＮが前記ＡｌＮより厚く形成されたことが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、反応器内で行われ、前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記活性層上にｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ＡｌＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ａｌソースガスの供給を中断して前記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にＧａソースガス及びＮＨ３ガスを供給し、ｐ型ＡｌＮ層上にｕ-ＧａＮ層を成長させ、前記反応器内に供給され
るＧａソースガスの供給を中断してｕ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し
、前記過程を反復的に行うことができる。
るＧａソースガスの供給を中断してｕ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し
、前記過程を反復的に行うことができる。
前記方法は、前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階を行った後、前記反応器内にＧａソースガス、Ｎソースガス、ｐ型ドーパントソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記基板上にｐ型ドーパントがドーピングされた前記ｐ型窒化物半導体層を成長させることを含むことが好ましい。
前記過程の反復時、各反復時ごとに前記供給される前記ｐ型ドーパントソースガスを同一の流量で供給することが好ましい。
前記過程の反復時、各反復時ごとに前記供給される前記ｐ型ドーパントソースを互いに異なる流量で供給することが好ましい。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、反応器内で行われ、前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記活性層上にｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ＡｌＮ層を成長させ、前記反応
器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ａｌソースガスの供給を中断して前記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してｐ型ＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長さ
せ、前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うこと
ができる。
器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ａｌソースガスの供給を中断して前記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してｐ型ＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長さ
せ、前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うこと
ができる。
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、反応器内で行われ、前記反応器内にＮソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給して前記活性層上にＡｌＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるＡｌソースガスの供給を中断して前記ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長させ、前記反応器内
に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層
の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うことが好ましい。
に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層
の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うことが好ましい。
前記ｐ型ドーパントは、ＭｇまたはＺｎであり、前記ｐ型ドーパントソースガスは、ＣＰ２ＭｇまたはＤＭＺｎである。
本発明の各実施例によると、ｐ型窒化物半導体層と活性層との間に超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成することで、結晶欠陥密度（例えば電位密度）を減少させ、ｐ型窒化物半導体層の結晶性を向上させることができる。これによって、駆動電圧が低く、発光効率及び発光出力が向上した発光素子を提供することができる。併せて、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を通してＭｇをドーピングすることで、Ｍｇの拡散を防止し、所望の部分に適切にドーピングすることが可能になり、発光効率を増加させることもできる。
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る発光素子を説明するための断面図である。図１を参照すると、前記発光素子は、ｎ型窒化物半導体層２５、活性層２７、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８、ｐ型窒化物半導体層２９を含む。また、前記発光素子は、基板２１、バッファ層２３、透明電極層３１、ｎ-電極３３及びｐ-電極３５を含むことができる。
前記基板２１は、窒化物系発光素子を製作するためのウェハーをいうもので、主にサファイア（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）であるが、これに限定されるものでなく、窒化物半導体層を成長させるのに適した異種基板、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、スピネルなどの異種基板、またはＧａＮなどの同種基板でもある。
バッファ層２３は、基板２１上に窒化物半導体層を成長させるとき、基板２１と窒化物半導体層との間の格子不整合を緩和するためのもので、ＩｎＡｌＧａＮ系列や、ＳｉＣまたはＺｎＯ系列の材料で形成される。
一方、ｎ型窒化物半導体層２５は、主にＧａＮで形成されるが、これに限定されるものでなく、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系列の２元系乃至４元系窒化物半導体で形成されることもある。また、ｎ型窒化物半導体層２５は、単一層または多重層で形成され、超格子層を含むことができる。
活性層２７は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造で形成され、多重量子井戸構
造の場合、量子障壁層と量子井戸層が交互に２回以上２０回以下に反復形成される。前記活性層２７は、要求される発光波長によって組成が決定され、青色及び緑色系列の可視光線を放出するためにはIｎＧａＮが活性層（量子井戸層）に適している。量子障壁層は、
前記量子井戸層に比べてバンドギャップの大きい窒化物、例えば、ＧａＮまたはIｎＧａ
Ｎで形成される。
造の場合、量子障壁層と量子井戸層が交互に２回以上２０回以下に反復形成される。前記活性層２７は、要求される発光波長によって組成が決定され、青色及び緑色系列の可視光線を放出するためにはIｎＧａＮが活性層（量子井戸層）に適している。量子障壁層は、
前記量子井戸層に比べてバンドギャップの大きい窒化物、例えば、ＧａＮまたはIｎＧａ
Ｎで形成される。
超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８は、活性層２７とｐ型窒化物半導体層２９との間にＡｌＮ２８ａとＧａＮ２８ｂが交互に反復的に成長されて形成された超格子構造を有する。超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８は、その上に成長されるｐ型窒化物半導体層２９に電位が成長されることを遮断することができ、ｐ型窒化物半導体層２９の結晶性を高め、ホール濃度を高めることができ、ＡｌＮ／ＧａＮ層２８内へのＭｇの拡散も妨害し、所望の部分に適切にドーピングすることができる。このとき、ＡｌＮ／ＧａＮ層２８において、ＡｌＮ及びＧａＮのうち少なくとも一つは、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型でなければならない。例えば、Ｍｇがドーピングされたｐ型のＡｌＮとｕ-ＧａＮ、Ｍｇが
ドーピングされていないＡｌＮとＭｇがドーピングされたｐ-ＧａＮ、Ｍｇがドーピング
されたｐ型のＡｌＮとＭｇがドーピングされたｐ-ＧａＮである。ここでは、ｐ型ドーパ
ントとしてＭｇを使用する場合を説明したが、本発明がこれに制限されることなく、その他にＺｎを使用することもできる。
ドーピングされていないＡｌＮとＭｇがドーピングされたｐ-ＧａＮ、Ｍｇがドーピング
されたｐ型のＡｌＮとＭｇがドーピングされたｐ-ＧａＮである。ここでは、ｐ型ドーパ
ントとしてＭｇを使用する場合を説明したが、本発明がこれに制限されることなく、その他にＺｎを使用することもできる。
併せて、前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８においては、ＧａＮ２８ｂがＡｌＮ２８ａより厚く形成されることが好ましい。このようにすることで、Ｖｆが高くなり、結晶質が低下する現象を防止することができる。
ｐ型窒化物半導体層２９は、主にＧａＮで形成されるが、これに限定されるものでなく、（ＡI、Iｎ、Ｇａ）Ｎ系列の２元系乃至４元系窒化物半導体で形成される。また、ｐ型窒化物半導体層２９は、Ｍｇをドーパントとして使用して形成される。
前記ｐ型窒化物半導体層２９上に透明電極層３１が位置し、透明電極層３１は、Ｎｉ／Ａｕなどの透明金属層またはＩＴＯなどの伝導性酸化物で形成される。
一方、ｎ型窒化物半導体層２５にｎ-電極３３が形成され、透明電極層３１上にｐ-電極が形成される。ｎ-電極及びｐ-電極は、Ｔｉ／Ａｌなどの多様な金属材料で形成される。
前記バッファ層、ｎ型窒化物半導体層及び活性層は、金属有機化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ)、分子線成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ)、水素化物気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＨＶＰＥ）などの多様な技術を使用して形成されるが、現在には金属有機化学気相成長法が主に使用されている。したがって、以下では、金属有機化学気相成長法を使用して前記ｐ型窒化物半導体層を形成する方法を説明する。
図２は、本発明の一実施例に係る発光素子を製造する方法を説明するためのフローチャートで、図３は、本発明の一実施例に係る発光素子を製造する方法を説明するためのタイミングダイアグラムである。
図２を参照すると、まず、基板２１が準備される（Ｓ０ｌ）。前記基板２１は、その上にバッファ層２３、ｎ型窒化物半導体層２５及び活性層２７を有する。このような基板２１は、反応器内に基板２１をローディングし、前記反応器内に各ソースガスを供給してバッファ層２３、ｎ型窒化物半導体層２５及び活性層２７を蒸着させることで準備される。
前記バッファ層２３は、窒化物で形成され、バッファ層の形成方法及び材料は既によく知られているので、それに対する詳細な説明は省略する。
前記ｎ型窒化物半導体層２５は、一般的にＳｉをドーパントとして使用して形成され、前記ＳｉのソースとしてＳｉＨ４やＳｉ２Ｈ４などの不活性ガスまたはＤＴＢＳｉなどの金属有機物ソースを使用することができる。前記Ｓｉ濃度は、１×１０１７／ｃｍ３〜５×１０１９／ｃｍ３の範囲であり、ｎ型窒化物半導体層は、１．０〜５．０μｍの厚さで形成される。
前記活性層２７は、単一量子井戸構造、またはＩｎｘＧａ１１−ｘＮ（０．１＜ｘ＜１）量子井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜０．５）量子障壁層が２回以上２０回以下に反復積層された多重量子井戸構造で形成される。各量子井戸層は、１〜５ｎｍの厚さ及びＩｎ含量（０．１＜ｘ＜０．４）で形成され、各量子障壁層は、５〜４０ｎｍの厚さ及びＩｎ含量（０＜ｙ＜０．２）で形成されることが好ましい。
図２及び図３を参照すると、反応器内にｐ型ドーパントソース、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを供給してｐ型ＡｌＮ層２８ａを成長させる（Ｓ０３)。各ソースガスの供給は
、Ｔ１時間の間に行われる。
、Ｔ１時間の間に行われる。
ｐ型ドーパントソースとしては、ＣＰ２ＭｇまたはＤＭＺｎを使用することができ、Ｎソースガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）またはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を使用することができ、Ａｌソースガスとしては、トリメチルアルミニウム（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ａｌｕｍｉｎｕｍ；ＴＭＡｌ、Ａｌ（ＣＨ３）３）を使用することができる。ここでは、ｐ型ドーパントソースガスとしてＭｇソースガスであるＣＰ２Ｍｇを使用する場合を説明するが、本発明がこれに限定されることはない。
前記Ｔ１時間は、要求される厚さのＡｌＮ層２８ａを形成するのに必要な時間に設定される。
その後、前記反応器内に供給されるＭｇソースガス及びＡｌソースガスの供給を中断し、ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させる（Ｓ０５）。前記成長中断は、Ｔ２時間の間に行われる。
反応器に排気ポンプが装着され、これによって反応器内のガスを排出させることで、前記各ソースガスの供給が中断された後、所定時間の経過とともに前記反応器内に残留するＭｇソースガス及びＡｌソースガスがほとんど外部に排出される。前記Ｔ２時間は、前記Ｍｇソースガス及びＡｌソースガスを排出するための時間で、１乃至６０秒である。
相対的に高温状態で成長を中断させると、基板上に成長された窒化物半導体層で各窒素原子が解離されることで、各窒素空孔を形成することができる。したがって、窒素物半導体層の成長中断の間にＮＨ３ガスを供給し、各Ｎ原子を供給することができる。本実施例において、前記ＮソースガスがＮＨ３を含む場合、Ｍｇソースガス及びＡｌソースガスの供給を中断し、ＮＨ３を継続的に供給することができる。これと異なり、前記ＮソースバスがＮＨ３を含まない場合、前記成長中断段階（Ｓ０５）でＮＨ３を別途に供給することができる。
その後、前記反応器内にＧａソースガス及びＮＨ３ガスを供給し、前記ｐ型ＡｌＮ層２８ａ上にｕ-ＧａＮ層２８ｂを成長させる（Ｓ０７）。Ｇａソースとしては、トリメチル
ガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を使用することができる。
ガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を使用することができる。
前記ｕ-ＧａＮ層２８ｂの成長はＴ３時間の間行われ、Ｔ３は、１乃至６０秒の範囲内
にある。
にある。
その後、前記反応器内に供給されるＧａソースガスの供給を中断し、ｕ-ＧａＮ層２８
ｂの成長を中断させる（Ｓ０９）。前記成長中断は、Ｔ４時間の間行われる。
ｂの成長を中断させる（Ｓ０９）。前記成長中断は、Ｔ４時間の間行われる。
反応器に排気ポンプが装着され、これによって反応器内のガスを排出させることで、前記Ｇａソースガスの供給が中断された後、所定時間の経過とともに前記反応器内に残留するＧａソースガスがほとんど外部に排出される。前記Ｔ４時間は、前記Ｇａソースガスを排出するための時間で、１乃至６０秒である。
以上説明したｐ型ＡｌＮ層２８ａの成長、成長中断、ｕ-ＧａＮ層２８ｂの成長、成長
中断段階を複数回反復的に実施する（Ｓ１１）。このとき、成長されるｐ型ＡｌＮ層２８ａ及びｕ-ＧａＮ層２８ｂは、積層された全体厚さが３００〜４００Åで形成される。超
格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８は、１０乃至１００対をなすことができる。これによって、超格子構造をなすｐ型ＡｌＮ層２８ａ及びｕ-ＧａＮ層２８ｂのそれぞれの厚さは、
前記全体厚さを具現するための厚さに決定される。
中断段階を複数回反復的に実施する（Ｓ１１）。このとき、成長されるｐ型ＡｌＮ層２８ａ及びｕ-ＧａＮ層２８ｂは、積層された全体厚さが３００〜４００Åで形成される。超
格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８は、１０乃至１００対をなすことができる。これによって、超格子構造をなすｐ型ＡｌＮ層２８ａ及びｕ-ＧａＮ層２８ｂのそれぞれの厚さは、
前記全体厚さを具現するための厚さに決定される。
ＭＯＣＶＤを使用して窒化物半導体層を成長させる場合、同一の反応器内でｎ型窒化物半導体層２５、活性層２７、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８及びｐ型質貨物半導体層２９が成長される。
再び反応器内にＧａソースガス、Ｎソースガス及びＭｇソースガスを供給し、Ｍｇドーピングされたｐ型窒化物半導体層２９を成長させる（Ｓ１３）。
その後、前記基板２１上に形成されたｐ型窒化物半導体層２９及び活性層２７をパターニングし、透明電極層３１、ｎ-電極３３及びｐ-電極３５を形成することで、図１の発光素子が完成される。
本発明の各実施例によると、ｐ型窒化物半導体層２９と活性層２７との間にｐ型ＡｌＮ層２８ａ及びｕ-ＧａＮ層２８ｂが交互に積層された超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層２８
を形成することで、その上に成長される窒化物半導体層に電位が成長されることを遮断することができ、ｐ型窒化物半導体層２９の結晶性を高め、ホール濃度を高めることができ、ＡｌＮ／ＧａＮ層２８内へのＭｇの拡散も妨害し、所望の部分に適切にドーピングすることができる。
を形成することで、その上に成長される窒化物半導体層に電位が成長されることを遮断することができ、ｐ型窒化物半導体層２９の結晶性を高め、ホール濃度を高めることができ、ＡｌＮ／ＧａＮ層２８内へのＭｇの拡散も妨害し、所望の部分に適切にドーピングすることができる。
＜実験１＞
実験１では、超格子構造のｐ型ＡｌＮ／ｕ-ＧａＮ層の成長時、Ｍｇの流量変化による
光放出効果を測定した。
光放出効果を測定した。
-温度：９８０℃
-Ｍｇ １２０sccm、１８０sccm、２４０sccm、３００sccm、３６０sccm、４８０sccm
-ｐ型ＡｌＮ／ｕ-ＧａＮ層 ６０対、時間０．１分／０．１分
図４は、Ｍｇの流量変化による光放出量を示したグラフである。図４に示すように、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を使用することで、全体的に光放出量が増加したことを確認することができる。ＡｌＮ／ＧａＮ層の成長時、Ｍｇの流量によって光放出量に差があっ
たし、Ｍｇの流量が１８０sccm付近であるときに最上の光放出量が確認された。
たし、Ｍｇの流量が１８０sccm付近であるときに最上の光放出量が確認された。
＜実験２＞
実験２では、超格子構造のｐ型ＡｌＮ／ｕ-ＧａＮ層の成長時、Ａｌの流量変化による
光放出効果を測定した。
光放出効果を測定した。
-温度：９８０℃
-Ａｌ；３２／４０／３１（−１０％）；４０／４０／３１；４９／４０／３１（＋１
０％）
０％）
-ｐ型ＡｌＮ／ｕ-ＧａＮ層 ６０対、時間０．１分／０．１分
図５は、Ａｌの流量変化による光放出量を示したグラフである。図５に示すように、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を使用することで、全体的に光放出量が増加したことを確認することができる。ＡｌＮ／ＧａＮ層の成長時、Ａｌの流量によって光放出量に差があったし、Ａｌの流量が４０sccm付近であるときに最上の光放出量が確認された。
本実施例のｐ型窒化物半導体層形成方法は、発光ダイオードだけでなく、他の窒化物系光素子、例えば、レーザーダイオードを製造するために使用される。
本発明を好ましい実施例を通して詳細に説明したが、本発明の範囲は、特定の実施例に限定されるものでなく、添付された特許請求の範囲によって解析されるべきである。また、この技術分野で通常の知識を習得した者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく多くの修正と変形が可能であることを理解できるだろう。
例えば、本実施例では、超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を説明するとき、ＡｌＮ層を先に成長させ、その後にＧａＮ層を成長させる場合を説明したが、本発明は、これに制限されるものでなく、ＧａＮ層を先に成長させる工程を行い、その後にＡｌＮ層を成長させる工程を行うこともできる。
また、本実施例では、ＡｌＮとＧａＮを交互に積層して多数の対からなる超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成するとき、各対ごとにＭｇの量を一定にする場合を説明したが、本発明は、これに制限されるものでなく、ＡｌＮ／ＧａＮ層の各対ごとにＭｇの量を漸次的に減少または増加させることで変化させることも可能である。
また、本実施例では、ｐ型ＡｌＮとｕ-ＧａＮからなるＡｌＮ／ＧａＮに対して説明し
たが、本発明は、これに制限されるものでない。
たが、本発明は、これに制限されるものでない。
例えば、前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階を行うとき、前記反応器内にＭｇソースガス、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記活性層上にＭｇがドーピングされたｐ型ＡｌＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるＭｇソースガス、Ａｌソースガスの供給を中断して前記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にＭｇソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してｐ型ＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるＭｇソースガス
、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し
、前記過程を反復的に行うことで、Ｍｇドーピングされたｐ型ＡｌＮとＭｇドーピングされたｐ-ＧａＮからなる超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成することができる。
、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し
、前記過程を反復的に行うことで、Ｍｇドーピングされたｐ型ＡｌＮとＭｇドーピングされたｐ-ＧａＮからなる超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成することができる。
また、前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階を行うとき、前記反応器内にＮソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給して前記活性層上にＡｌＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるＡｌソースガスの供給を中断して前記ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記反応器内にＭｇソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長させ、前記反応器内に供給されるＭ
ｇソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ−ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うことで、ＭｇドーピングされていないＡｌＮとＭｇドーピングされたｐ-ＧａＮからなる超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成することが
できる。
ｇソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ−ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、前記過程を反復的に行うことで、ＭｇドーピングされていないＡｌＮとＭｇドーピングされたｐ-ＧａＮからなる超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成することが
できる。
併せて、本発明の一実施例では、ｐ型ドーパントとしてＭｇを使用し、ｐ型ドーパントソースガスとしてＣｐ２Ｍｇを使用した場合を説明したが、ｐ型ドーパントとしてＺｎを使用し、ｐ型ドーパントソースガスとしてＤＭＺｎを使用して具現することも可能である。
２１ 基板
２３ バッファ層
２５ ｎ型窒化物半導体層
２７ 活性層
２８ Ａｌｎ／ＧａＮ層
２９ ｐ型窒化物半導体層
３１ 透明電極層
３３ ｎ-電極
３５ ｐ-電極
２３ バッファ層
２５ ｎ型窒化物半導体層
２７ 活性層
２８ Ａｌｎ／ＧａＮ層
２９ ｐ型窒化物半導体層
３１ 透明電極層
３３ ｎ-電極
３５ ｐ-電極
Claims (19)
- ｎ型窒化物半導体層と；
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と；
前記活性層上にＡｌＮとＧａＮが交互に反復的に成長されて形成された超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層と；
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と；を含み、
前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つは、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子。 - 前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ-ＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の発光
素子。 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、
前記交互に反復的に成長された前記ＡｌＮと前記ＧａＮからなる各対ごとにドーピングされるｐ型ドーパントの量が同一であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、
前記交互に反復的に成長された前記ＡｌＮと前記ＧａＮからなる各対ごとにドーピングされるｐ型ドーパントの量が可変的であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。 - 前記ｐ型ドーパントは、ＭｇまたはＺｎであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 前記ＡｌＮは、ｐ型ドーパントでドーピングされたｐ-ＡｌＮであることを特徴とする
請求項１に記載の発光素子 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、前記ＧａＮが前記ＡｌＮより厚く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
- 基板上にｎ型窒化物半導体層を形成する段階と；
前記ｎ型窒化物半導体層上に活性層を形成する段階と；
前記活性層上にＡｌＮとＧａＮを交互に反復的に成長させて超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層を形成する段階と；
前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層上にｐ型窒化物半導体層を形成する段階と；を含み、
前記ＡｌＮ及び前記ＧａＮのうち少なくとも一つは、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型であることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記ｐ型窒化物半導体層は、ｐ-ＧａＮであることを特徴とする請求項８に記載の発光
素子の製造方法。 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層は、前記ＧａＮが前記ＡｌＮより厚く形成されたことを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。
- 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、
反応器内で行われ、
前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記活性層上にｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ＡｌＮ層を成長させ、
前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ａｌソースガスの 中断して前
記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記反応器内にＧａソースガス及びＮＨ３ガスを供給し、ｐ型ＡｌＮ層上にｕ-ＧａＮ
層を成長させ、
前記反応器内に供給されるＧａソースガスの供給を中断してｕ-ＧａＮ層の成長を中断
させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記過程を反復的に行うことを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階を行った後、
前記反応器内にＧａソースガス、Ｎソースガス、ｐ型ドーパントソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記基板上にｐ型ドーパントがドーピングされた前記ｐ型窒化物半導体層を成長させることを含む請求項１１に記載の発光素子の製造方法。 - 前記過程の反復時、各反復時ごとに前記供給される前記ｐ型ドーパントソースガスを同一の流量で供給することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記過程の反復時、各反復時ごとに前記供給される前記ｐ型ドーパントソースを互いに異なる流量で供給することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、
反応器内で行われ、
前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｎソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給し、前記活性層上にｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ＡｌＮ層を成長させ、
前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ａｌソースガスの供給を中断して前記ｐ型ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してｐ型ＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長させ、
前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの供給を中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記過程を反復的に行うことを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。 - 前記超格子構造のＡｌＮ／ＧａＮ層の形成段階は、
反応器内で行われ、
前記反応器内にＮソースガス、Ａｌソースガスを含む各ソースガスを供給して前記活性層上にＡｌＮ層を成長させ、
前記反応器内に供給されるＡｌソースガスの供給を中断して前記ＡｌＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記反応器内にｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガス及びＮＨ３ガスを供給してＡｌＮ層上にｐ-ＧａＮ層を成長させ、
前記反応器内に供給されるｐ型ドーパントソースガス、Ｇａソースガスの 中断してｐ-ＧａＮ層の成長を中断させ、ＮＨ３ガスを供給し、
前記過程を反復的に行うことを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。 - 前記ｐ型ドーパントソースガスは、ＣＰ２ＭｇまたはＤＭＺｎであることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ｐ型ドーパントソースガスは、ＣＰ２ＭｇまたはＤＭＺｎであることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子の製造方法。
- 前記ｐ型ドーパントソースガスは、ＣＰ２ＭｇまたはＤＭＺｎであることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
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