JP2009266963A - Nitride-based light emitting device, and method of manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物系発光素子、及び半導体発光素子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a nitride-based light emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
非特許文献1には、サファイア基板上に成長されたN面GaNを有するテンプレート上にInGaN/GaN量子井戸構造が記載されている。非特許文献2には、発光ダイオードが記載されている。発光ダイオードは、m面サファイア基板上に成長されたGaN膜上にInGaN/GaN量子井戸構を有する。InGaN/GaN量子井戸構は、半極性(10−1−3)面上に成長されている。半極性(10−1−3)面は、Ga面に対して32度の角度で傾斜している。非特許文献3には、発光ダイオードが記載されている。発光ダイオードは、InGaN/GaN量子井戸構造を有する。このInGaN/GaN量子井戸構造は、半極性(11−22)面GaN基板上に成長される。(11−22)面は、Ga面に対して58.4度の角度で傾斜している。
非特許文献1及び2の発光素子は、サファイア基板上に設けられたテンプレートを用いており、GaN基板を用いていない。故に、低い転位密度のエピタキシャル膜が得られない。 The light emitting elements of Non-Patent Documents 1 and 2 use a template provided on a sapphire substrate, and do not use a GaN substrate. Therefore, an epitaxial film having a low dislocation density cannot be obtained.
発光素子がc面(極性面)窒化ガリウム基板上に作製されるとき、Ga面及びN面であるかに関係なく、大きなブルーシフトが観測される。ブルーシフトの原因の一つは、ピエゾ電界である。発光素子がm面又はa面(非極性面)窒化ガリウム基板上に作製されるとき、ピエゾ電界によるブルーシフトは生じない。 When the light-emitting element is fabricated on a c-plane (polar plane) gallium nitride substrate, a large blue shift is observed regardless of whether it is a Ga plane or an N plane. One cause of the blue shift is a piezo electric field. When the light emitting element is fabricated on an m-plane or a-plane (nonpolar plane) gallium nitride substrate, a blue shift due to a piezoelectric field does not occur.
非特許文献1の量子井戸構造は、N極性面上に形成されているので、大きなブルーシフトを示す。また、非特許文献2及び3の発光ダイオードは、半極性面上に作製しているけれども、これらの半極性面は、c面から大きな角度で傾斜しているので、大口径な半導体ウエハを用いて作製することに不向きである。しかしながら、小さなブルーシフトを示す発光素子が求められている。 Since the quantum well structure of Non-Patent Document 1 is formed on the N-polar plane, it exhibits a large blue shift. Further, although the light emitting diodes of Non-Patent Documents 2 and 3 are manufactured on a semipolar plane, these semipolar planes are inclined at a large angle from the c plane, and therefore a large-diameter semiconductor wafer is used. It is not suitable for making. However, there is a demand for a light emitting element that exhibits a small blue shift.
また、半極性面上へのInGaNの成長は、極性面上へのInGaNの成長と異なっている。同じ成膜条件でInGaNの成長を行うとき、半極性面に成長されたInGaNのIn組成は、極性面に成長されたInGaNのIn組成よりも小さくなる。ところが、長波長の発光の発光素子が求められている。このためには、大きなインジウム組成のInGaN層を成長することが必要である。 Further, the growth of InGaN on the semipolar plane is different from the growth of InGaN on the polar plane. When InGaN is grown under the same film formation conditions, the In composition of InGaN grown on the semipolar plane is smaller than the In composition of InGaN grown on the polar plane. However, a light-emitting element that emits light having a long wavelength is required. For this purpose, it is necessary to grow an InGaN layer having a large indium composition.
さらに、発光素子の作製を考慮するとき、発光素子は、大口径のウエハを用いて作製可能な構造を有することが好ましい。このためには、比較的小さいオフ角を有するウエハを用いることによって、入手可能なGaNウエハを作製する結晶成長技術を利用することが好適である。 Furthermore, in consideration of manufacturing a light-emitting element, the light-emitting element preferably has a structure that can be manufactured using a large-diameter wafer. For this purpose, it is preferable to use a crystal growth technique for producing an available GaN wafer by using a wafer having a relatively small off angle.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、長波長の発光を提供でき小さなブルーシフトを示す構造の窒化物系発光素子を提供することを目的とし、またこの半導体発光素子を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitride-based light-emitting device having a structure that can provide long-wavelength light emission and exhibits a small blue shift. An object of the present invention is to provide a method of producing
本発明の一側面に係る窒化物系発光素子は、510nm以上の波長範囲にピーク波長を有する光を生成する窒化物系発光素子であって、(a)六方晶系窒化ガリウムからなり、該六方晶系窒化ガリウムの(000−1)面に対して18度以上28度以下の角度で所定の方向に傾斜した半極性主面を有する窒化ガリウム基板と、(b)前記窒化ガリウム基板上に設けられたn型窒化ガリウム系半導体領域と、(c)前記窒化ガリウム基板上に設けられたp型窒化ガリウム系半導体領域と、(d)InXGa1−XN(0.2<X)井戸層と窒化ガリウム系半導体障壁層とを含み、前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面上に設けられた活性層とを備える。前記活性層は、前記n型窒化ガリウム系半導体領域と前記p型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、前記活性層、前記n型窒化ガリウム系半導体領域および前記p型窒化ガリウム系半導体領域は、前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面に交差する軸の方向に積層された。 A nitride-based light-emitting device according to one aspect of the present invention is a nitride-based light-emitting device that generates light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more, and includes (a) hexagonal gallium nitride, A gallium nitride substrate having a semipolar principal surface inclined in a predetermined direction at an angle of 18 degrees to 28 degrees with respect to the (000-1) plane of crystalline gallium nitride; and (b) provided on the gallium nitride substrate. An n-type gallium nitride based semiconductor region, (c) a p-type gallium nitride based semiconductor region provided on the gallium nitride substrate, and (d) an In X Ga 1-X N (0.2 <X) well. And an active layer provided on the semipolar main surface of the gallium nitride substrate. The active layer is provided between the n-type gallium nitride semiconductor region and the p-type gallium nitride semiconductor region, and the active layer, the n-type gallium nitride semiconductor region, and the p-type gallium nitride semiconductor region Were stacked in the direction of the axis intersecting the semipolar main surface of the gallium nitride substrate.
この窒化物系発光素子によれば、18度以上28度以下の角度で傾斜した半極性主面上にInXGa1−XN井戸層が設けられ、またこのInXGa1−XN井戸層が該InXGa1−XN井戸層の(000−1)面に対して傾斜した所定の平面に沿って延びる。故に、発光素子のブルーシフトを小さくできる。また、半極性面がGa面ではなくN面から傾斜されているので、Ga面からの傾斜により提供される半極性面に比べて、In組成の取り込む量を増大できる。さらに、c面に対して小さい傾斜角の半極性面を用いるので、この発光素子は、大口径のウエハを用いて作製できる。 This nitride-based light emitting device, In X Ga 1-X N well layer is provided on the semipolar primary surface inclined at an angle of less than 18 degrees 28 degrees, the In X Ga 1-X N well The layer extends along a predetermined plane inclined with respect to the (000-1) plane of the In X Ga 1-X N well layer. Therefore, the blue shift of the light emitting element can be reduced. Further, since the semipolar plane is inclined from the N plane rather than the Ga plane, the amount of In composition taken in can be increased as compared to the semipolar plane provided by the inclination from the Ga plane. Furthermore, since a semipolar surface having a small inclination angle with respect to the c-plane is used, this light-emitting element can be manufactured using a large-diameter wafer.
本発明に係る窒化物系発光素子は、前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面を覆うAlYGa1−YN(0<Y<1)層を更に備えることができる。この窒化物系発光素子によれば、AlYGa1−YN層がGa面に比べて熱的に不安定な性質の上記半極性面を覆うので、発光素子のためのエピタキシャル成長が、N面的な性質の半極性面上に行うのではなく、AlYGa1−YN層上に行われる。 The nitride-based light emitting device according to the present invention may further include an Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1) layer that covers the semipolar main surface of the gallium nitride substrate. According to this nitride-based light emitting device, since the Al Y Ga 1-Y N layer covers the semipolar surface having a thermally unstable property as compared with the Ga surface, epitaxial growth for the light emitting device is performed on the N surface. It is not performed on the semipolar plane of the natural property but on the Al Y Ga 1-Y N layer.
本発明に係る窒化物系発光素子は、前記活性層と前記n型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられたn型InGaN層を更に備えることができる。この窒化物系発光素子によれば、高いIn組成の活性層とGaN基板との間の格子定数差の影響を低減できる。 The nitride-based light emitting device according to the present invention may further include an n-type InGaN layer provided between the active layer and the n-type gallium nitride semiconductor region. According to this nitride-based light emitting device, the influence of the difference in lattice constant between the active layer having a high In composition and the GaN substrate can be reduced.
本発明に係る窒化物系発光素子では、前記所定の方向は、該六方晶系窒化ガリウムのa軸またはm軸のいずれかの方向であることができる。この窒化物系発光素子によれば、半極性面における結晶成長が良好になる。 In the nitride-based light-emitting element according to the present invention, the predetermined direction can be either the a-axis or m-axis direction of the hexagonal gallium nitride. According to this nitride-based light emitting device, crystal growth on the semipolar plane is good.
本発明に係る窒化物系発光素子では、前記活性層は、540nm以下の範囲のピーク波長を有する光を生成するように前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面上に設けられることができる。この窒化物系発光素子によれば、いわゆる緑色の波長領域の光を発生する発光素子を提供できる。 In the nitride-based light emitting device according to the present invention, the active layer may be provided on the semipolar main surface of the gallium nitride substrate so as to generate light having a peak wavelength in a range of 540 nm or less. According to the nitride-based light emitting device, a light emitting device that generates light in a so-called green wavelength region can be provided.
本発明に係る窒化物系発光素子では、前記InXGa1−XN井戸層のインジウム組成は0.35以下であることができる。また、本発明に係る窒化物系発光素子では、前記InXGa1−XN井戸層の幅は5nm以上10nm以下であることができる。窒化物系発光素子によれば、ピエゾ電界が小さいので、InXGa1−XN井戸層の幅を広げることができる。InXGa1−XN井戸層の幅が20nm以下であれば、格子緩和が生じない。 In the nitride-based light emitting device according to the present invention, an indium composition of the In X Ga 1-X N well layer may be 0.35 or less. In the nitride-based light emitting device according to the present invention, the width of the In X Ga 1-X N well layer may be 5 nm or more and 10 nm or less. According to the nitride-based light emitting device, since the piezoelectric field is small, the width of the In X Ga 1-X N well layer can be increased. If the width of the In X Ga 1-X N well layer is 20 nm or less, lattice relaxation does not occur.
本発明に係る別の側面は、510nm以上の波長範囲にピーク波長を有する光を生成する方法である。この方法は、(a)(000−1)面から10度以上28度以下の角度で傾斜した半極性主面を有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、(b)InXGa1−XN(0.2<X)井戸層を有する活性層を前記半極性主面上に成長する工程とを備える。前記井戸層のための成長温度が摂氏600度以上摂氏700度以下の範囲に含まれる。 Another aspect of the present invention is a method for generating light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more. In this method, (a) a step of preparing a gallium nitride substrate having a semipolar main surface inclined at an angle of 10 degrees to 28 degrees from the (000-1) plane; and (b) In X Ga 1-X N (0.2 <X) growing an active layer having a well layer on the semipolar main surface. A growth temperature for the well layer is included in a range of 600 degrees Celsius or more and 700 degrees Celsius or less.
この方法によれば、18度以上28度以下の角度で傾斜した半極性主面上にInXGa1−XN井戸層が形成され、またこのInXGa1−XN井戸層が該InXGa1−XN井戸層の(000−1)面に対して傾斜した所定の平面に沿って延びる。故に、発光素子のブルーシフトを小さくできる。また、半極性面がGa面ではなくN面から傾斜されているので、Ga面からの傾斜により提供される半極性面に比べて、In組成の取り込む量を増大できる。さらに、c面に対して小さい傾斜角の半極性面を用いるので、この発光素子は、大口径のウエハを用いて作製できる。 According to this method, an In X Ga 1-X N well layer is formed on a semipolar main surface inclined at an angle of 18 degrees to 28 degrees, and the In X Ga 1-X N well layer is formed into the In X Ga 1-X N well layer. X Ga extending along a predetermined plane which is inclined with respect to 1-X N-well layer (000-1) plane. Therefore, the blue shift of the light emitting element can be reduced. Further, since the semipolar plane is inclined from the N plane rather than the Ga plane, the amount of In composition taken in can be increased as compared to the semipolar plane provided by the inclination from the Ga plane. Furthermore, since a semipolar surface having a small inclination angle with respect to the c-plane is used, this light-emitting element can be manufactured using a large-diameter wafer.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、長波長の発光を提供でき小さなブルーシフトを示す構造の窒化物系発光素子が提供される。 As described above, according to the present invention, a nitride-based light-emitting element having a structure that can provide long-wavelength light emission and exhibits a small blue shift is provided.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物系発光素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。窒化物系発光素子の例としては、例えば発光ダイオード、半導体レーザ等がある。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the nitride-based light emitting device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals. Examples of the nitride-based light emitting device include a light emitting diode and a semiconductor laser.
図1は、本発明の実施の形態に係る窒化物系発光ダイオードの一構造を概略的に示す図面である。図1には、直交座標系Sが示されている。該六方晶系窒化ガリウムのc軸の方向を示すベクトルVCが示されており、また代表的なc面Cが破線で描かれている。また、結晶軸の方向を示すために、結晶座標系CRが示されており、互いに直交するa軸、m軸及びc軸が描かれている。窒化物系発光ダイオード11は、窒化ガリウム基板13と、n型窒化ガリウム系半導体領域15と、p型窒化ガリウム系半導体領域17と、活性層19とを備える。窒化ガリウム基板13は、六方晶系窒化ガリウムからなる。また、窒化ガリウム基板13の主面13aは、半極性を示しており、また該六方晶系窒化ガリウムの(000−1)面に対して18度以上28度以下の角度θで所定の方向に傾斜している。この傾斜により、ピエゾ電界の影響を低減可能な半導体発光素子を作製できる。角度θは、例えば(θM 2+θA 2)1/2によって規定される。角度成分θAは六方晶系窒化ガリウムのa軸方向に対する傾斜角成分であり、角度成分θMは六方晶系窒化ガリウムのm軸方向に対する傾斜角成分である。好ましくは、所定の方向は、a軸またはm軸のいずれかの方向であることができる。この窒化物系発光ダイオード11によれば、半極性面における結晶成長が良好になる。a軸方向への傾斜によれば、m軸方向にステップが並ぶという利点があり、m軸方向への傾斜によれば、a軸方向にステップが並ぶという利点がある。n型窒化ガリウム系半導体領域15、活性層19及びp型窒化ガリウム系半導体領域17は、窒化ガリウム基板13の主面13a上に設けられている。また、n型窒化ガリウム系半導体領域15、活性層19およびp型窒化ガリウム系半導体領域17は主面13aに交差する軸(例えば、図1に示されるZ軸)の方向に配置されている。活性層19は、510nm以上の波長範囲にピーク波長を有する光を生成するように設けられている。活性層19は、n型窒化ガリウム系半導体領域15とp型窒化ガリウム系半導体領域17との間に設けられている。活性層19は量子井戸構造23を有しており、量子井戸構造23は、InXGa1−XN(0.2<X<1)からなる井戸層25aと窒化ガリウム系半導体からなる障壁層25bとを含む。井戸層25a及び障壁層25bは、Z軸の方向に交互に配列されている。井戸層25aは、井戸層25aのInXGa1−XNの(000−1)面に対して傾斜した所定の平面(X軸及びY軸によって規定される平面)に沿って延びている。
FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a nitride-based light emitting diode according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an orthogonal coordinate system S is shown. Are shown vectors V C indicating the direction of the c axis of the hexagonal gallium nitride, also typical c-plane C is illustrated in broken lines. Further, in order to show the direction of the crystal axis, a crystal coordinate system CR is shown, and an a axis, an m axis, and a c axis that are orthogonal to each other are drawn. The nitride-based light emitting diode 11 includes a
この窒化物系発光ダイオード11によれば、18度以上28度以下の角度で傾斜した主面13a上に井戸層25aが設けられ、またこの井戸層25aが該InXGa1−XNの(000−1)面に対して傾斜したXY平面に沿って延びる。故に、発光ダイオード11のブルーシフトを小さくできる。また、傾斜角θがGa面ではなくN面から規定されるので、Ga面からの傾斜により提供される半極性面に比べて、In組成の取り込む量を増大できる。さらに、c面に対して小さい傾斜角の半極性面を用いるので、この発光素子は、大口径のウエハを用いて作製できる構造を有する。
According to the nitride-based light emitting diode 11, the
活性層19では、InXGa1−XN井戸層25aのインジウム組成Xは0.20以上であることができ、これによって発光波長を長波長化できる。InXGa1−XN井戸層25aのインジウム組成Xは0.35以下であることができ、これによって発光波長を緑の範囲に伸ばすことができる。また、InXGa1−XN井戸層25aの幅DWは5nm以上であることが好ましく、これによって発光強度を上げることができる。また、幅DWは20nm以下であることができ、これによって発光強度を上げつつ歪みによる格子緩和を抑制できる。発光ダイオード11が半極性面13aを用いるので、InXGa1−XN井戸層25a内のピエゾ電界が小さい。これ故に、InXGa1−XN井戸層25aの幅を広げることができる。InXGa1−XN井戸層25aの幅DWが20nm以下であれば、格子緩和が生じない。
In the
活性層19では、障壁層25bは、GaN、InGaN、InAlGaN等といった窒化ガリウム系半導体からなることができる。障壁層25bの幅DBは、例えば5nm以上であり、また20nm以下であることができる。
In the
窒化物系発光ダイオード11は、窒化ガリウム基板13の主面13aを覆うAlYGa1−YN(0<Y<1)層27を更に備えることができる。AlYGa1−YN層27がGa面に比べて熱的に不安定な性質の上記半極性面13aを覆うので、発光ダイオード11のためのエピタキシャル成長が、熱的に不安定なN面的な性質の半極性面13a上に行われることなく、AlYGa1−YN層27上に行われる。AlYGa1−YN層27のアルミニウム組成Yは、0.01以上であることが好ましく、0.1以下であることが好ましい。また、AlYGa1−YN層27の膜厚DAlは、5nm以上であることが好ましく、膜厚DAlは、20nm以下であることが好ましく、これによって、結晶性の低下を伴うことなく初期表面を平坦化できる。
The nitride-based light emitting diode 11 can further include an Al Y Ga 1-Y N (0 <Y <1)
発光ダイオード11は、活性層19とn型窒化ガリウム系半導体領域15との間に設けられたInZGa1−ZN(0<Z<1)層29を更に備えることができる。このInGaN層29によれば、高い平均In組成の活性層19とGaN基板13との間の格子定数差の影響を低減できる。InZGa1−ZN層29のインジウム組成Zは、0.25以上であることが好ましく、0.35以下であることが好ましい。また、InZGa1−ZN層29の膜厚DInは、5nm以上であることが好ましい。膜厚DInは、20nm以下であることが好ましく、これによって、格子緩和させずに発光波長を長波長化しつつ発光強度を上げることができる。
The light emitting diode 11 can further include an In Z Ga 1-Z N (0 <Z <1)
n型窒化ガリウム系半導体領域15は、活性層19に電子を提供するためにn型窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。
p型窒化ガリウム系半導体領域17は、例えば電子ブロック層31及びp型コンタクト層33を含むことができる。p型コンタクト層33上には、第1の電極35が設けられている。第1の電極35はp型コンタクト層33に良好なオーミック接触を成す。GaN基板13の裏面13bには、第2の電極37が設けられている。第2の電極37はGaN基板13に良好なオーミック接触を成す。
The n-type gallium nitride based
The p-type gallium nitride based
発光ダイオード11では、活性層19からの光Lは、第1の電極35を介して出射される。このため、第1の電極35は、活性層19からの光が透過可能なように設けられる。活性層19は、540nm以下の範囲のピーク波長を有する光を生成するように窒化ガリウム基板13の半極性主面13a上に設けられる。この発光ダイオード13によれば、いわゆる緑色の波長領域の光を発生する。
In the light emitting diode 11, the light L from the
一例の発光ダイオードは、以下の構造を有する。
窒化ガリウム基板13:オフ角18度、厚さ400マイクロメートル
AlGaN層27:Si添加Al0.1Ga0.9N、厚さ10nm
n型窒化ガリウム系半導体領域15:Si添加GaN、2000nm
活性層19:In0.3Ga0.7N/In0.05Ga0.95N、厚さ3nm/15nm
p型窒化ガリウム系半導体領域17:電子ブロック層31及びp型コンタクト層33
電子ブロック層31:Mg添加Al0.15Ga0.85N、厚さ20nm
p型コンタクト層33:Mg添加GaN、厚さ50nm。
An example light emitting diode has the following structure.
Gallium nitride substrate 13: off angle 18 degrees,
n-type gallium nitride based semiconductor region 15: Si-doped GaN, 2000 nm
Active layer 19: In 0.3 Ga 0.7 N / In 0.05 Ga 0.95 N, thickness 3 nm / 15 nm
p-type gallium nitride semiconductor region 17:
Electron blocking layer 31: Mg-added Al 0.15 Ga 0.85 N,
p-type contact layer 33: Mg-doped GaN,
図2は、本実施の形態に係る発光ダイオードを作製する方法の主要な工程を示す図面である。工程S101では、図3(a)に示されるように、N面SNから傾斜した主面を有するGaNウエハ40を準備する。GaNウエハ40の主面40aは、N面からのオフ角が18度以上28度以下の範囲の角度で傾斜している。工程S102では、図3(b)に示されるように、GaNウエハ40を成長炉Rに配置して、GaNウエハ40の熱処理を行う。熱処理は、アンモニア及び水素を含む雰囲気中で行われる。N面のための熱処温度は、例えば摂氏900度である。
FIG. 2 is a drawing showing main steps of a method for manufacturing a light emitting diode according to the present embodiment. In step S101, as shown in FIG. 3A, a
工程S103では、図3(c)に示すように、n型GaNウエハ40の主面40aを覆ってn型AlGaN層41をエピタキシャル成長する。成長温度は、例えば摂氏1000度であり、また摂氏950度以上1050度以下の範囲であることができる。n型AlGaN層41の厚さは、例えば10nm程度であり、また5nm以上20nm以下の範囲であることができる。
In step S103, as shown in FIG. 3C, the n-
工程104では、図3(d)に示されるように、n型AlGaN層41の主面41aを覆ってn型GaN層42をエピタキシャル成長する。成長温度は、例えば摂氏950度であり、また摂氏900度以上1050度以下の範囲であることができる。n型GaN層42の厚さは、例えば2000nm程度であり、また500nm以上4000nm以下の範囲であることができる。
In step 104, as shown in FIG. 3D, the n-
工程105では、図3(e)に示されるように、n型GaN層42の主面42aを覆ってn型InGaN層43をエピタキシャル成長する。成長温度は、例えば摂氏750度であり、また摂氏700度以上850度以下の範囲であることができる。n型InGaN層43の厚さは、例えば50nm程度であり、また10nm以上100nm以下の範囲であることができる。
In step 105, as shown in FIG. 3E, the n-
工程S106では、図4(a)に示すように、活性層44をn型InGaN層43上に形成する。活性層44は、Inを含む一又は複数のIII族窒化物半導体層を有する。工程S107では、n型InGaN層43上に障壁層44aを成長する。成長温度は、例えば摂氏750度であり、また摂氏700度以上800度以下の範囲であることができる。工程S108では、障壁層44a上に井戸層44bを成長する。成長温度は、例えば摂氏650度であり、また摂氏550度以上700度以下の範囲であることができる。工程S109では、活性層が完成するまで、障壁層44a及び井戸層44bの成長を繰り返す。活性層44の井戸層44bはInGaNからなることができ、障壁層44aはInGaNまたはGaNからなることができる。井戸層の厚さは20nm以下であり、また5nm以上であることができる。障壁層の厚さは例えば15nmである。n型GaN半導体層42上に低温成長InGaN緩衝層43を設けているので、活性層44におけるInGaN井戸層44bの歪みの影響が低減される。また、前述したように、井戸層44bのc面もN面から18度以上28度以下の範囲のオフ角で傾斜している。
In step S106, the
工程S110では、図4(b)に示されるように、p型AlGaN半導体層45を活性層44上にエピタキシャル成長する。p型AlGaN半導体層45は例えば電子ブロック層である。p型AlGaN半導体層45の厚さは、例えば20nmであり、またp型AlGaN半導体層45にはMgが添加されている。
In step S110, as shown in FIG. 4B, the p-type
工程S111では、図4(c)に示されるように、p型コンタクト層46をp型AlGaN半導体層45上にエピタキシャル成長する。p型コンタクト層46の厚さは、例えば50nmである。p型コンタクト層46は、例えばp型GaNまたはp型AlGaNであることができ、またp型コンタクト層46にはMgが添加されている。これらの工程により。エピタキシャルウエハEが作製される。
In step S111, as shown in FIG. 4C, the p-
次いで、エピタキシャルウエハEのp型コンタクト層46上に第1の電極(アノード電極)を形成すると共に、GaNウエハ40の裏面40b上に第2の電極(カソード電極)を形成する。第1の電極は、例えば半透明電極であることができる。
Next, a first electrode (anode electrode) is formed on the p-
(実施例)
InGaN活性層が内包する格子不整歪みに起因したピエゾ電界を小さくするために、半極性基板を用いる。発明者による実験では、18度から28度の合成角オフ角の範囲では、(0001)Ga極性面からの傾斜によりも、(000−1)N極性面からの傾斜の半極性面が、より多くのInを取り込める。これは、半極性の表面に現れるボンドの違いに起因すると考えられる。オフ角が90度に近づくにつれ、非極性面(表裏に差がない)の性質に近づく。このため、表面ボンドの差違による影響が少なくなり、In取り込みの差違が小さくなる。
(Example)
A semipolar substrate is used to reduce the piezo electric field due to the lattice distortion contained in the InGaN active layer. In the experiment by the inventor, in the range of the combined angle off angle of 18 degrees to 28 degrees, the semipolar plane inclined from the (000-1) N polar plane is more even by the inclination from the (0001) Ga polar plane. A lot of In can be taken in. This is considered to be due to the difference in bonds appearing on the semipolar surface. As the off angle approaches 90 degrees, it approaches the nature of a nonpolar surface (no difference between the front and back). For this reason, the influence by the difference in the surface bond is reduced, and the difference in In incorporation is reduced.
また、表面の全てに窒素ボンドが現れているジャストN面に比べて、上記のオフ角の半極性面では、ウエハ表面の熱的及び化学的な安定性が改善され、エピタキシャル膜の表面荒れが低減される。 In addition, the above-described semipolar surface with an off angle has improved the thermal and chemical stability of the wafer surface and the surface roughness of the epitaxial film compared to the just N surface where nitrogen bonds appear on the entire surface. Reduced.
さらに、成長開始時にAlを含む窒化ガリウム系半導体層で半極性面を覆うことによって、エピタキシャル膜の表面におけるヒロックの発生を低減できる。これは、以下のように理解される:窒素(N)ステップ端に結合力の強いアルミニウムが結合すると共に、結合したアルミニウムを基点として引き続きステップフロー的の成長が進むので、エピタキシャル膜の平坦性が改善される。 Furthermore, the generation of hillocks on the surface of the epitaxial film can be reduced by covering the semipolar surface with a gallium nitride based semiconductor layer containing Al at the start of growth. This is understood as follows: aluminum having a strong binding force is bonded to the nitrogen (N) step end, and step-flow-like growth continues with the bonded aluminum as a starting point, so that the flatness of the epitaxial film is improved. Improved.
N面からオフ角を有するGaNウエハ上へInGaNエピタキシャル膜の成長を行った。(000−1)N面から小さいオフ角で傾斜した窒化ガリウム面上に成長条件ではインジウムの取り込み量が少なく、さらに大きなオフ角の範囲では、さらにインジウムの取り込み量が少なくなった。例えば、(000−1)面では、InGaN活性層の成長温度は摂氏760度であり、成長速度は0.15μm/hであった。この成長条件により、In0.23Ga0.77Nエピタキシャル膜が得られ、このインジウム組成では青緑色のP発光が可能になる。しかしながら、同じ成長条件を用いて、N面からのオフ角を有するGaNウエハ上にInGaNエピタキシャル膜を成長した。オフ角18度においてインジウム組成は14%であり、オフ角28度においてインジウム組成は11%であった。一方、(0001)Ga面への成長では、オフ角18度においてインジウム組成は10%であり、オフ角28度においてインジウム組成は7%であった。N面から傾斜したGaNウエハを用いることは、取り込み可能なインジウム量を増加するために有効であった。 An InGaN epitaxial film was grown on a GaN wafer having an off angle from the N plane. On the gallium nitride surface inclined with a small off angle from the (000-1) N plane, the indium uptake amount was small under the growth conditions, and in the larger off angle range, the indium uptake amount was further reduced. For example, on the (000-1) plane, the growth temperature of the InGaN active layer was 760 degrees Celsius and the growth rate was 0.15 μm / h. Under this growth condition, an In 0.23 Ga 0.77 N epitaxial film is obtained, and blue light green P emission is possible with this indium composition. However, using the same growth conditions, an InGaN epitaxial film was grown on a GaN wafer having an off angle from the N plane. The indium composition was 14% at an off angle of 18 degrees, and the indium composition was 11% at an off angle of 28 degrees. On the other hand, in the growth on the (0001) Ga plane, the indium composition was 10% at an off angle of 18 degrees, and the indium composition was 7% at an off angle of 28 degrees. The use of a GaN wafer inclined from the N-plane has been effective in increasing the amount of indium that can be incorporated.
発光ダイオード(LED)を作製した。a軸方向にオフ角18度で傾斜したGaNウエハを準備した。アンモニア及び水素を含む雰囲気中で摂氏1000度において、GaNウエハを熱処理した。この後に、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)及びアンモニアを成長炉で供給して、n型AlGaN膜をGaNウエハ上に成長した。n型AlGaN膜は、厚さ10nmである。成長条件では、TMGの流量は4.9sccmであり、TMAの流量は11.5sccmであり、アンモニアの流量は24slmであった。 A light emitting diode (LED) was fabricated. A GaN wafer inclined at an off angle of 18 degrees in the a-axis direction was prepared. The GaN wafer was heat-treated at 1000 degrees Celsius in an atmosphere containing ammonia and hydrogen. Thereafter, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA) and ammonia were supplied in a growth furnace to grow an n-type AlGaN film on the GaN wafer. The n-type AlGaN film has a thickness of 10 nm. Under the growth conditions, the flow rate of TMG was 4.9 sccm, the flow rate of TMA was 11.5 sccm, and the flow rate of ammonia was 24 slm.
次いで、TMG及びアンモニアを成長炉で供給して、n型GaN膜をAlGaN膜上に成長した。n型GaN膜は、厚さ2000nmであった。成長条件では、TMGの流量は40sccmであり、アンモニアの流量は24slmであった。 Next, TMG and ammonia were supplied in a growth furnace to grow an n-type GaN film on the AlGaN film. The n-type GaN film had a thickness of 2000 nm. Under the growth conditions, the flow rate of TMG was 40 sccm and the flow rate of ammonia was 24 slm.
この後に、TMG、トリメチルインジウム(TMI)及びアンモニアを成長炉で供給して、n型InGaN膜をn型GaN膜上に成長した。n型InGaN膜は、厚さ50nmである。成長条件では、TMGの流量は3.0sccmであり、TMIの流量は1.8sccmであり、アンモニアの流量は29.6slmであった。 Thereafter, TMG, trimethylindium (TMI) and ammonia were supplied in a growth furnace to grow an n-type InGaN film on the n-type GaN film. The n-type InGaN film has a thickness of 50 nm. Under the growth conditions, the flow rate of TMG was 3.0 sccm, the flow rate of TMI was 1.8 sccm, and the flow rate of ammonia was 29.6 slm.
活性層の成長において、InGaN井戸層の成長条件は、以下のものである:成長温度は摂氏650度であり、TMGの流量は6.0sccmであり、TMIの流量は3.2sccmであり、アンモニアの流量は100slmであった。また、成長速度は0.08μm/hであった。インジウム組成は0.3であった。InGaN障壁層の成長条件は、以下のものであった:成長温度は摂氏750度であり、TMGの流量は4.9sccmであり、TMIの流量は7.4sccmであり、アンモニアの流量は14.7slmであった。 In the growth of the active layer, the growth conditions of the InGaN well layer are as follows: the growth temperature is 650 degrees Celsius, the flow rate of TMG is 6.0 sccm, the flow rate of TMI is 3.2 sccm, and ammonia The flow rate of was 100 slm. The growth rate was 0.08 μm / h. The indium composition was 0.3. The growth conditions of the InGaN barrier layer were as follows: the growth temperature was 750 degrees Celsius, the TMG flow rate was 4.9 sccm, the TMI flow rate was 7.4 sccm, and the ammonia flow rate was 14. 7 slm.
活性層上に、TMG、TMA及びアンモニアを成長炉で供給して、電子ブロック層のためのp型AlGaN膜を成長した。p型AlGaN膜は、厚さ20nmである。成長条件では、TMGの流量は3.4sccmであり、TMAの流量は3.9sccmであり、アンモニアの流量は19.6slmであった。 On the active layer, TMG, TMA and ammonia were supplied in a growth furnace to grow a p-type AlGaN film for an electron blocking layer. The p-type AlGaN film has a thickness of 20 nm. Under the growth conditions, the flow rate of TMG was 3.4 sccm, the flow rate of TMA was 3.9 sccm, and the flow rate of ammonia was 19.6 slm.
p型AlGaN膜上に、TMG及びアンモニアを成長炉で供給して、コンタクト層のためのp型GaN膜を成長した。p型GaN膜は、厚さ50nmであった。成長条件では、TMGの流量は27sccmであり、アンモニアの流量は19.4slmであった。これによってエピタキシャルウエハが完成した。 On the p-type AlGaN film, TMG and ammonia were supplied in a growth furnace to grow a p-type GaN film for the contact layer. The p-type GaN film had a thickness of 50 nm. Under the growth conditions, the flow rate of TMG was 27 sccm, and the flow rate of ammonia was 19.4 slm. As a result, an epitaxial wafer was completed.
エピタキシャルウエハ上に電極を形成した後に、エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルを測定した。図5は上記実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の電流−EL(エレクトロルミネッセンス)特性の一例であり、横軸は供給電流値(mA)を示し、縦軸はEL強度(μW)を示している。また、図6は上記実施形態に係る製造方法により得られる半導体発光素子の発光スペクトルの一例であり、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は光強度(分光器の出力、単位はmV)を示している。ピーク波長は520nmの緑色発光であった。発光波長のブルーシフトは、20mA〜200mAの印加電流において、6nmであった。一方、N面GaNウエハ上に同様にエピタキシャルウエハを作製した。エピタキシャルウエハ上に電極を形成した後に、ELスペクトルを測定した。ピーク波長は511nmであった。発光波長のブルーシフトは、20mA〜200mAにおいて、27nmであった。 After forming an electrode on the epitaxial wafer, an electroluminescence (EL) spectrum was measured. FIG. 5 is an example of current-EL (electroluminescence) characteristics of the semiconductor light emitting device obtained by the manufacturing method according to the above embodiment, the horizontal axis indicates the supply current value (mA), and the vertical axis indicates the EL intensity (μW). Is shown. FIG. 6 is an example of the emission spectrum of the semiconductor light emitting device obtained by the manufacturing method according to the above embodiment, the horizontal axis indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the light intensity (the output of the spectrometer, the unit is mV). ). The peak wavelength was 520 nm green light emission. The blue shift of the emission wavelength was 6 nm at an applied current of 20 mA to 200 mA. On the other hand, an epitaxial wafer was similarly fabricated on an N-plane GaN wafer. After forming the electrode on the epitaxial wafer, the EL spectrum was measured. The peak wavelength was 511 nm. The blue shift of the emission wavelength was 27 nm at 20 mA to 200 mA.
このように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法によれば、c面を主面とするGaNウエハを使用した場合と比較してピエゾ電界が小さく、且つ高いIn組成を有する活性層においてブルーシフトが抑えられた緑色発光の半導体発光素子を作製できる。また、2インチサイズといった大口径の半極性GaNウエハを用いて、緑発光のLEDが作製できる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present embodiment, in the active layer having a small piezo electric field and a high In composition compared to the case of using a GaN wafer having a c-plane as a main surface. A green light-emitting semiconductor light-emitting element in which blue shift is suppressed can be manufactured. In addition, a green LED can be manufactured using a semipolar GaN wafer having a large diameter of 2 inches.
図5は、活性層の成長の具体例を詳細に説明する図面である。図5(a)を参照すると、活性層44を成長する際におけるGaNウエハ40の温度の遷移が示されている。図5(b)を参照すると、原料ガスの供給のプロファイルが示されている。まず、期間T1において井戸層となるInGaN結晶を成長させる。井戸層を成長させる工程においては、井戸層の成長温度は、摂氏550度以上であることができ、また摂氏700度以下であることができる。一般的に、極性面上にInGaN結晶を成長する温度は、十分な結晶品質を得るために摂氏780度程度に設定される。しかしながら、本実施形態における井戸層の成長では、これより低い温度が用いられる。好適な成長温度は例えば摂氏650度である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a specific example of the growth of the active layer in detail. Referring to FIG. 5A, the temperature transition of the
また、井戸層を成長する工程においては、V族元素の原料ガス(例えばアンモニア)の流量QV(mol/分)とIn原料ガス(例えばトリメチルインジウム)の流量QIn(mol/分)とのモル流量比(QV/QIn)は、9000以上であることが好ましく、また30000以下であることが好ましい。一般的に、InGaN結晶を成長させる際の上記モル流量比は、ドロップレットの発生を防止するため40000程度に調整される。これよりも、本実施形態におけるモル流量比は低い。つまり、モル流量比はIn原料ガスの割合が多い。好適なモル流量比は、例えば24000である。 In the step of growing the well layer, the flow rate Q In of the flow rate Q V (mol / min) and In source gas of the material gas of the V group element (e.g., ammonia) (such as trimethyl indium) (mol / min) The molar flow rate ratio (Q V / Q In ) is preferably 9000 or more, and preferably 30000 or less. Generally, the molar flow rate ratio when growing an InGaN crystal is adjusted to about 40000 in order to prevent generation of droplets. The molar flow rate ratio in this embodiment is lower than this. That is, the molar flow rate ratio has a large proportion of In source gas. A suitable molar flow ratio is, for example, 24000.
また、井戸層を成長する工程においては、当該井戸層の成長速度は、0.01(μm/時)以上であることが好ましく、0.1(μm/時)以下であることが好ましい。一般的に、InGaN結晶の成長速度は0.15(μm/時)程度に調整される。これよりも、本実施形態における井戸層の成長速度は遅い。好適な成長速度は、例えば0.08(μm/時)である。 In the step of growing the well layer, the growth rate of the well layer is preferably 0.01 (μm / hour) or more, and preferably 0.1 (μm / hour) or less. Generally, the growth rate of InGaN crystal is adjusted to about 0.15 (μm / hour). The growth rate of the well layer in this embodiment is slower than this. A suitable growth rate is, for example, 0.08 (μm / hour).
続いて、期間T2では、GaN結晶からなる障壁層を成長する。障壁層を成長する工程では、Inの原料ガスであるトリメチルインジウムの供給を停止するとともに、GaNウエハ40の温度を、例えば摂氏800度に上昇した後に、GaN結晶を成長する。障壁層がInGaNからなるときは、トリメチルインジウムの供給量を期間T1から低下させつつGaNウエハ40の温度を例えば摂氏750度に上昇させることが好ましい。
Subsequently, in the period T2, a barrier layer made of a GaN crystal is grown. In the step of growing the barrier layer, the supply of trimethylindium, which is an In source gas, is stopped, and the temperature of the
活性層44の成長では、期間T2の後の期間T3〜T6において、井戸層および障壁層を交互に成長する。すなわち、期間T2後の期間T3および期間T5では、期間T1と同じ成長条件を用いて井戸層を成長する。期間T3後の期間T4及び期間T5後の期間T6では、期間T2と同じ成長条件を用いて障壁層を成長する。
In the growth of the
以上に述べた製造方法により得られる作用効果について、本発明者が解決課題を得、その解決に至った過程と併せて説明する。まず、InGaN井戸層を含む活性層において緑色の発光を可能にするInGaN成長の条件を決定するために、N面に対する傾斜角が異なる複数のGaNウエハ上にInGaN結晶を同じ成長条件で成長した。このとき、c面のN面に対するオフ角によってInGaNにおけるIn組成比が異なっていた。傾斜角が比較的小さいオフ角の範囲では、オフ角の増加に伴って、In組成比が低下した。しかしながら、この低下は、c面のGa面から傾斜した半極性面上へのInGaN成長に比べて、小さいことが判明した。つまり、N面から傾斜した半極性面は、Ga面から傾斜した半極性面に比べてInの取り込み易い。 The effects obtained by the manufacturing method described above will be described together with the process in which the present inventor obtained a solution problem and reached the solution. First, InGaN crystals were grown under the same growth conditions on a plurality of GaN wafers having different inclination angles with respect to the N plane in order to determine the conditions for InGaN growth enabling green light emission in the active layer including the InGaN well layer. At this time, the In composition ratio in InGaN was different depending on the off angle of the c-plane with respect to the N-plane. In the off-angle range where the tilt angle is relatively small, the In composition ratio decreased as the off-angle increased. However, this decrease was found to be small compared to InGaN growth on a semipolar plane inclined from the c-plane Ga plane. That is, the semipolar plane inclined from the N plane is easier to incorporate In than the semipolar plane inclined from the Ga plane.
本発明者は、GaNウエハの半極性面上に成長したInを含むIII族窒化物半導体層のフォトルミネッセンススペクトルをさらに長波長にシフトさせるために、In組成比を増大させるための方法を検討した。その結果、従来からの成長条件と比較して当該III族窒化物半導体層の成長温度および成長速度を下げると共にIn原料ガスのモル流量比を高めることによって、また、N面からのオフ角を有するGaNウエハを用いることによって、更なる長波長の発光を得ることができることを見出した。 The present inventor examined a method for increasing the In composition ratio in order to further shift the photoluminescence spectrum of the group III nitride semiconductor layer containing In grown on the semipolar plane of the GaN wafer to a longer wavelength. . As a result, the growth temperature and growth rate of the group III nitride semiconductor layer are lowered and the molar flow ratio of the In source gas is increased as compared with the conventional growth conditions, and the off-angle from the N plane is also obtained. It has been found that by using a GaN wafer, light having a longer wavelength can be obtained.
本発明者は、Ga面ではなくN面からの傾斜が18度以上28度以下の範囲のオフ角の半極性主面を有するGaNウエハを用い、Inの付着率を高めるために従来の成長条件と比べてIII族窒化物半導体層の成長温度をより低くすると共に成長速度も低くすることによって、Inの取り込み割合を増加させる。具体的には、上記オフ角を有するGaNウエハ上にIII族窒化物半導体層を成長する際に、以下の条件を用いた。
成長温度:摂氏600度以上700度以下、
モル流量比(QV/QIn):9000以上30000以下、
V族元素(例えば、アンモニア)の原料ガスの流量QV(mol/分)とInの原料ガスの流量QIn(mol/分)
III族窒化物半導体層の成長速度:0.01(μm/時)以上0.1(μm/時)]以下。
これによって、良好な結晶性を維持したままInの取り込み割合を高め得ることができる。
The present inventor uses a GaN wafer having a semipolar main surface with an off angle in the range of 18 degrees or more and 28 degrees or less in inclination from the N plane instead of the Ga plane, and uses conventional growth conditions to increase the In adhesion rate. As compared with the above, the In incorporation ratio is increased by lowering the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer and lowering the growth rate. Specifically, the following conditions were used when the group III nitride semiconductor layer was grown on the GaN wafer having the off angle.
Growth temperature: 600 degrees Celsius or more and 700 degrees Celsius or less,
Molar flow rate ratio (Q V / Q In ): 9000 to 30000,
The flow rate Q V (mol / min) of the source gas of the group V element (for example, ammonia) and the flow rate Q In (mol / min) of the source gas of In
Group III nitride semiconductor layer growth rate: 0.01 (μm / hour) or more and 0.1 (μm / hour)] or less.
As a result, the In incorporation ratio can be increased while maintaining good crystallinity.
また、本実施形態では活性層44を多重量子井戸構造とし、InGaN井戸層の上に成長するGaN障壁層の成長温度をInGaN井戸層の成長温度より高い摂氏800度としている。これにより、GaN障壁層を成長させる際にInGaN井戸層に対するアニール効果も得ることができる。
In this embodiment, the
また、上記方法により得られるIII族窒化物半導体層のIn組成を調べるため、厚さ50(nm)のInGaN単層を上記方法によりGaNウエハ上に成長した。このとき、当該層の表面に直径数10nmの粒状物が観察された。この粒状物をX線回折および組成分析により特定した結果、Inドロップレットであることがわかった。しかし、上記方法によりGaNウエハ上に厚さ3nmのInGaN井戸層を成長させた場合には、TEM観察によれば、Inドロップレットは生じていない。上記方法により成長させるInGaN層の厚さが極めて薄い(例えば20nm以下)とき、Inドロップレットが生じる前に成長が完了すると考えられる。 In order to investigate the In composition of the group III nitride semiconductor layer obtained by the above method, an InGaN single layer having a thickness of 50 (nm) was grown on the GaN wafer by the above method. At this time, a granular material having a diameter of several tens of nm was observed on the surface of the layer. As a result of specifying this granular material by X-ray diffraction and composition analysis, it was found to be an In droplet. However, when an InGaN well layer having a thickness of 3 nm is grown on a GaN wafer by the above method, no In droplet is generated according to TEM observation. When the thickness of the InGaN layer grown by the above method is extremely thin (for example, 20 nm or less), it is considered that the growth is completed before the In droplet is generated.
このように、上記方法に係る成長条件は、例えば厚さ50nmといった厚いInGaN層の成長で、Inドロップレットができる程度に多量のIn原料ガスの供給を行う。オフ角を有するGaNウエハの主面では、表面ステップ密度が大きく且つc面テラス幅が小さいので、In原料ガスの供給量が多いことによりInがサーファクタントとして作用して、InGaN結晶中に多く取り込まれるようになったものと考えられる。また、小さなテラス幅のGaNウェハの主面をサーファクタントとしてIn原子がマイグレーションするので、当該InGaN結晶の成長温度が低くても結晶品質の低下が抑制されたものと考えられる。 As described above, the growth condition according to the above method is that a large InGaN layer having a thickness of, for example, 50 nm is grown, and a large amount of In source gas is supplied to the extent that In droplets are formed. On the main surface of the GaN wafer having an off-angle, the surface step density is large and the c-plane terrace width is small, so that In acts as a surfactant due to the large amount of supply of In source gas, and a large amount is taken into the InGaN crystal. It is thought that it came to be. In addition, since In atoms migrate using the main surface of the GaN wafer having a small terrace width as a surfactant, it is considered that the deterioration of the crystal quality is suppressed even when the growth temperature of the InGaN crystal is low.
厚さ50nmのInGaN単層を成長させる際、In原料ガスのモル流量比を低下させると、Inドロップレットは次第に観察されなくなったが、In組成比が低下して発光波長が短くなり、緑色発光を実現できなかった。また、比較のためc面を主面とするGaNウエハを用いて上記方法に係る成長条件でInGaN結晶を成長させたところ、Inドロップレットの発生状況は、オフ角を有するGaNウエハを使用した場合と同等となった。しかし、厚膜の成長でもInドロップレットが生じない程度にIn原料ガスのモル流量比を低下させた成長条件では、十分な発光強度は得られなかった。 When growing the InGaN single layer with a thickness of 50 nm, if the molar flow ratio of the In source gas was lowered, In droplets were gradually not observed, but the In composition ratio was lowered, the emission wavelength was shortened, and the green emission Could not be realized. For comparison, when an InGaN crystal was grown under the growth conditions according to the above method using a GaN wafer having a c-plane as a main surface, the occurrence of In droplets was observed when a GaN wafer having an off angle was used. It became equivalent. However, sufficient light emission intensity could not be obtained under the growth conditions where the molar flow rate ratio of the In source gas was reduced to such an extent that In droplets were not generated even when the thick film was grown.
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
11…発光ダイオード、13…窒化ガリウム基板、15…n型窒化ガリウム系半導体領域、17…p型窒化ガリウム系半導体領域、19…活性層、23…量子井戸構造、25a…InXGa1−XN井戸層、25b…窒化ガリウム系半導体からなる障壁層、27…AlGaN層、31…電子ブロック層、33…p型コンタクト層、40…GaNウエハ、41…n型AlGaN層、42…n型GaN層、
43…n型InGaN層、44…活性層、44a…障壁層、44b…井戸層、45…p型AlGaN半導体層、46…p型コンタクト層
11 ... light-emitting diode, 13 ... gallium nitride substrate, 15 ... n-type gallium nitride based semiconductor region, 17 ... p-type gallium nitride based semiconductor region, 19 ... active layer, 23 ... quantum well structure, 25a ... In X Ga 1- X N well layer, 25b ... barrier layer made of gallium nitride semiconductor, 27 ... AlGaN layer, 31 ... electron block layer, 33 ... p-type contact layer, 40 ... GaN wafer, 41 ... n-type AlGaN layer, 42 ... n-type GaN layer,
43 ... n-type InGaN layer, 44 ... active layer, 44a ... barrier layer, 44b ... well layer, 45 ... p-type AlGaN semiconductor layer, 46 ... p-type contact layer
Claims (8)
六方晶系窒化ガリウムからなり、該六方晶系窒化ガリウムの(000−1)面に対して18度以上28度以下の角度で所定の方向に傾斜した半極性主面を有する窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられたn型窒化ガリウム系半導体領域と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられたp型窒化ガリウム系半導体領域と、
InXGa1−XN(0.2<X)井戸層と窒化ガリウム系半導体障壁層とを含み、前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面上に設けられた活性層と
を備え、
前記活性層は、前記n型窒化ガリウム系半導体領域と前記p型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、
前記活性層、前記n型窒化ガリウム系半導体領域および前記p型窒化ガリウム系半導体領域は、前記窒化ガリウム基板の前記半極性主面に交差する軸の方向に積層された、ことを特徴とする窒化物系発光素子。 A nitride-based light emitting device that generates light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more,
A gallium nitride substrate made of hexagonal gallium nitride and having a semipolar principal surface inclined in a predetermined direction at an angle of 18 degrees to 28 degrees with respect to the (000-1) plane of the hexagonal gallium nitride;
An n-type gallium nitride based semiconductor region provided on the gallium nitride substrate;
A p-type gallium nitride based semiconductor region provided on the gallium nitride substrate;
An active layer provided on the semipolar main surface of the gallium nitride substrate, including an In X Ga 1-X N (0.2 <X) well layer and a gallium nitride based semiconductor barrier layer;
The active layer is provided between the n-type gallium nitride semiconductor region and the p-type gallium nitride semiconductor region,
The active layer, the n-type gallium nitride based semiconductor region, and the p-type gallium nitride based semiconductor region are stacked in a direction of an axis intersecting the semipolar main surface of the gallium nitride substrate. Physical light emitting device.
(000−1)面から10度以上28度以下の角度で傾斜した半極性主面を有する窒化ガリウム基板を準備する工程と、
InXGa1−XN(0.2<X)井戸層を有する活性層を前記半極性主面上に成長する工程と
を備え、
前記井戸層のための成長温度が摂氏600度以上摂氏700度以下の範囲に含まれる、ことを特徴とする方法。 A method of manufacturing a semiconductor light emitting device that generates light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more,
A step of preparing a gallium nitride substrate having a semipolar principal surface inclined at an angle of not less than 10 degrees and not more than 28 degrees from the (000-1) plane;
And growing an active layer having an In X Ga 1-X N (0.2 <X) well layer on the semipolar main surface,
The growth temperature for the well layer is in the range of 600 degrees Celsius or more and 700 degrees Celsius or less.
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