JP2011138893A - Method of manufacturing semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element, lamp, electronic device and mechanical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置に関し、特に、大電流が印加される場合に好適に用いられ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子の製造方法およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element and a semiconductor light-emitting element, a lamp, an electronic device, and a mechanical device. Particularly, the present invention is preferably used when a large current is applied, and has a high light emission output when the large current is applied. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element that can be obtained, a semiconductor light-emitting element manufactured by using this manufacturing method, a lamp, an electronic device, and a mechanical device.
従来から、発光ダイオードなどに用いられる半導体発光素子として、基板上に、n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順次積層してなるものがある。このような半導体発光素子を製造する方法として、サファイア単結晶などからなる基板上に、有機金属化学気相成長法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )法)によってn型半導体層と発光層とp型半導体層とを連続して順次積層する方法がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor light emitting element used for a light emitting diode or the like, there is one in which an n type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate. As a method for manufacturing such a semiconductor light emitting device, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p layer are formed on a substrate made of a sapphire single crystal by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. There is a method of successively and successively stacking a type semiconductor layer.
また、最近、半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子に大電流が印加される場合が多くなってきている。
例えば、特許文献1には、第1電極は、第1台座部と、第1台座部を基点として同方向に延びる2以上の第1延伸部とを備え、第2電極は、第2台座部と、第2台座部から第1台座部に近づくように第1延伸部と略同方向に延びる第2延伸部とを備えた半導体発光素子が記載され、高電流密度の状態で高い発光効率であることが記載されている。
Recently, in order to improve the light emission output of the semiconductor light emitting device, a large current is often applied to the semiconductor light emitting device.
For example, in
しかしながら、従来の半導体発光素子の発光出力は、印加する電流を大きくすると高くなるが、印加する電流を大きくすることによる発光出力を向上させる効果は、印加する電流を大きくするのに伴って小さくなる。したがって、半導体発光素子に大電流を印加する場合、印加する電流を大きくすることによる発光出力の向上効果は不十分であった。このため、半導体発光素子として、大電流を印加することによって効果的に発光出力を向上させることができ、大電流が印加される場合に好適に用いられるものが要求されていた。 However, the light emission output of the conventional semiconductor light emitting element increases as the applied current increases, but the effect of improving the light emission output by increasing the applied current decreases as the applied current increases. . Therefore, when a large current is applied to the semiconductor light emitting device, the effect of improving the light emission output by increasing the applied current is insufficient. For this reason, as a semiconductor light emitting device, a light emitting output can be effectively improved by applying a large current, and there has been a demand for a semiconductor light emitting device that can be suitably used when a large current is applied.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子を製造できる半導体発光素子の製造方法、およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えるランプ、電子機器、機械装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor light emitting device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor light emitting device capable of obtaining a high light emission output when a large current is applied, and manufactured using this manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a lamp, an electronic device, and a mechanical device including the semiconductor light emitting element.
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。即ち、本発明は以下に関する。
(1) 基板上に、第1n型半導体層と第2n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順次積層する工程を具備し、前記第2n型半導体層を形成する工程において、前記基板の温度を、前記発光層を形成する際の前記基板の温度未満の低温にして、前記第2n型半導体層に前記第1n型半導体層を超える高濃度でSiをドープすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has completed the present invention. That is, the present invention relates to the following.
(1) A step of sequentially laminating a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on a substrate, and in the step of forming the second n-type semiconductor layer, the substrate The semiconductor is characterized in that the second n-type semiconductor layer is doped with Si at a higher concentration than the first n-type semiconductor layer at a temperature lower than the temperature of the substrate when forming the light emitting layer. Manufacturing method of light emitting element.
(2) 前記第2n型半導体層を形成する工程において、基板温度を700℃〜750℃にすることを特徴とする(1)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(3) 前記第2n型半導体層を形成する工程においてドープされるSiの濃度が1×1018〜1×1020/cm3の範囲であることを特徴とする(1)または(2)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(4) 前記第1n型半導体層を形成する工程の前に、スパッタ法を用いて前記基板上にバッファ層を形成する工程を備えることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
(5) 前記第2n型半導体層を形成する工程が、組成の異なる2種類の薄膜層を交互に繰り返し成長させてなる超格子構造の前記第2n型半導体層を形成する工程であり、前記超格子構造の最も前記発光層側に配置された前記薄膜層からなる発光層下地層の層厚を、前記超格子構造の前記発光層下地層以外の前記薄膜層の最大層厚の2倍以上とすることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
(6) 前記発光層下地層の層厚を2nm〜20nmの範囲とすることを特徴とする(5)に記載の半導体発光素子の製造方法。
(2) The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to (1), wherein in the step of forming the second n-type semiconductor layer, the substrate temperature is set to 700 ° C. to 750 ° C.
(3) The concentration of Si doped in the step of forming the second n-type semiconductor layer is in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 (1) or (2) The manufacturing method of the semiconductor light emitting element of description.
(4) The method according to any one of (1) to (3), further including a step of forming a buffer layer on the substrate using a sputtering method before the step of forming the first n-type semiconductor layer. The manufacturing method of the semiconductor light emitting element of description.
(5) The step of forming the second n-type semiconductor layer is a step of forming the second n-type semiconductor layer having a superlattice structure obtained by alternately and repeatedly growing two types of thin film layers having different compositions. The layer thickness of the light emitting layer underlayer composed of the thin film layer disposed closest to the light emitting layer in the lattice structure is at least twice the maximum layer thickness of the thin film layer other than the light emitting layer underlayer of the superlattice structure. The method for producing a semiconductor light-emitting element according to any one of (1) to (4), wherein:
(6) The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to (5), wherein the layer thickness of the light-emitting layer base layer is in the range of 2 nm to 20 nm.
(7) 基板上に、第1n型半導体層と第2n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順次積層する工程が、第1有機金属化学気相成長装置において、基板上に、前記第1n型半導体層を積層する第1工程と、第2有機金属化学気相成長装置において、前記第1n型半導体層上に、再成長層と、第2n型半導体層と、発光層と、p型半導体層とを順次積層する第2工程とを具備することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法を用いて製造されてなる半導体発光素子であって、基板上に、少なくとも第1n型半導体層と第2n型半導体層と発光層とp型半導体層とが積層されており、前記第2n型半導体層に前記第1n型半導体層を超える高濃度でSiがドープされていることを特徴とする半導体発光素子。
(9) (8)に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
(10) (9)に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
(11) (10)に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
(7) The step of sequentially laminating the first n-type semiconductor layer, the second n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer on the substrate is performed on the substrate in the first metal organic chemical vapor deposition apparatus. In the first step of laminating the first n-type semiconductor layer and the second metal organic chemical vapor deposition apparatus, a regrowth layer, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type layer are formed on the first n-type semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of (1) to (6), further comprising a second step of sequentially stacking a type semiconductor layer.
(8) A semiconductor light-emitting device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of (1) to (7), wherein at least a first n-type semiconductor layer and a second n-type are formed on a substrate. A semiconductor light emitting device, comprising: a semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer, wherein the second n-type semiconductor layer is doped with Si at a higher concentration than the first n-type semiconductor layer.
(9) A lamp comprising the semiconductor light emitting device according to (8).
(10) An electronic device in which the lamp according to (9) is incorporated.
(11) A mechanical device in which the electronic device according to (10) is incorporated.
本発明の半導体発光素子の製造方法では、第2n型半導体層を形成する工程において、前記基板の温度を、前記発光層を形成する際の前記基板の温度未満の低温にして、前記第2n型半導体層に前記第1n型半導体層を超える高濃度でSiをドープするので、第2n型半導体層のn型ドープ濃度を高濃度とすることができるとともに、第1n型半導体層上に結晶性の良好な第2n型半導体層を形成でき、第2n型半導体層上に強い発光強度が得られる発光層を形成できる。その結果、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、例えば20mAを越える大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子が得られる。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, in the step of forming the second n-type semiconductor layer, the temperature of the substrate is set to a temperature lower than the temperature of the substrate when forming the light-emitting layer, and the second n-type semiconductor layer is formed. Since the semiconductor layer is doped with Si at a higher concentration than the first n-type semiconductor layer, the n-type doping concentration of the second n-type semiconductor layer can be increased and a crystalline property is formed on the first n-type semiconductor layer. A good second n-type semiconductor layer can be formed, and a light-emitting layer capable of obtaining strong light emission intensity can be formed on the second n-type semiconductor layer. As a result, according to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor light emitting device capable of obtaining a high light emission output by applying a large current exceeding, for example, 20 mA can be obtained.
以下、半導体発光素子の製造方法について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子やランプ等の寸法関係とは異なっている。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The drawings referred to in the following description are for explaining the present invention, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationships of actual semiconductor light emitting elements, lamps, etc. Yes.
『半導体発光素子』
図1は、本発明の半導体発光素子の製造方法を用いて製造された本発明の半導体発光素子の一例を示した断面模式図である。
図1に示す本実施形態の半導体発光素子1は、基板11と、基板11上に積層された積層半導体層20と、積層半導体層20上に形成されたp型電極18と、積層半導体層20の露出面20a上に積層されたn型電極17とを具備している。
"Semiconductor light emitting device"
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device of the present invention manufactured using the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention.
A semiconductor
積層半導体層20は、基板11側から、n型半導体層12、発光層13、p型半導体層14がこの順に積層されて構成されている。また、積層半導体層20は、バッファ層21や下地層22を含めてもよい。図1に示すように、p型半導体層14、発光層13、n型半導体層12は、その一部がエッチング等の手段によって除去されており、除去された部分からn型半導体層12の一部が露出され、積層半導体層20の露出面20aとされている。積層半導体層20の露出面20a上にはn型電極17が形成されている。
また、p型半導体層14の上面には、透光性電極15が積層され、透光性電極15上にはp型ボンディングパッド電極16が積層されている。そして、透光性電極15とp型ボンディングパッド電極16とによって、p型電極18が構成されている。
The
A
n型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14を構成する半導体としては、III族窒化物半導体を用いることが好ましく、窒化ガリウム系化合物半導体を用いることがより好ましい。本発明におけるn型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としては、一般式AlxInyGa1−x−yN(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
As a semiconductor constituting the n-
本実施形態の半導体発光素子1は、p型電極18とn型電極17との間に電流を通じることで、積層半導体層20を構成する発光層13から発光を発せられるようになっており、発光層13からの光を、p型ボンディングパッド電極16の形成された側から取り出すフェイスアップマウント型の発光素子であるが、基板11側から取り出すフリップチップ型の発光素子でもよい。
The semiconductor
(基板)
基板11としては、例えば、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、c面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。
(substrate)
Examples of the
なお、上記基板の内、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用い、アンモニアを使用せずに後述するバッファ層21を成膜するとともに、アンモニアを使用する方法で後述する下地層22を成膜した場合には、バッファ層21がコート層として作用するので、基板11の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。
Among the above substrates, an oxide substrate or a metal substrate that is known to cause chemical modification by contact with ammonia at a high temperature is used, and a
(バッファ層)
バッファ層21は、設けられていなくてもよいが、基板11と下地層22との格子定数の違いを緩和して、基板11の(0001)C面上にC軸配向した単結晶層の形成を容易にし、n型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14の結晶性を向上させるために、設けられていることが好ましい。バッファ層21の上に単結晶の下地層22を積層すると、より一層結晶性の良いn型半導体層12、発光層13およびp型半導体層14を積層できる。
(Buffer layer)
The
バッファ層21は、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなるものがより好ましい。なお、明細書中各元素の組成比を省略してAlGaN、GaNなどと記述する場合がある。
バッファ層21は、厚さ0.01〜0.5μmのものとすることができる。バッファ層21の厚みが0.01μm未満であると、バッファ層21により基板11と下地層22との格子定数の違い緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、バッファ層21の厚みが0.5μmを超えると、バッファ層21としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層21の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する。
The
The
バッファ層21は、多結晶構造又は単結晶構造を有するものとすることができる。このような多結晶構造又は単結晶構造を有するバッファ層21を基板11上にMOCVD法またはスパッタ法にて成膜した場合、バッファ層21のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたIII族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
The
(下地層)
下地層22としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)が挙げられるが、AlxGa1−xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層22を形成できるため好ましい。
下地層22の膜厚は0.1μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、1μm以上が最も好ましい。下地層22の膜厚を上記膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1−xN層が得られやすい。また、下地層22の膜厚は10μm以下であることが好ましい。
下地層22の結晶性を良くするためには、下地層22には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、p型あるいはn型の導電性が必要な場合には、下地層22にアクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することが出来る。
(Underlayer)
Examples of the
The film thickness of the
In order to improve the crystallinity of the
「積層半導体層」
(n型半導体層)
n型半導体層12は、nコンタクト層12a(第1n型半導体層)と、nクラッド層12b(第2n型半導体層)とから構成されている。
"Laminated semiconductor layer"
(N-type semiconductor layer)
The n-
nコンタクト層12aは、n型電極17を設けるための層である。
nコンタクト層12aは、AlxGa1−xN層(0≦x<1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましく、n型不純物(ドーパント)としてSiがドープされている。Siがnコンタクト層12aに1×1017〜1×1020/cm3、好ましくは1×1018〜1×1019/cm3の濃度で含有されている場合、n型電極17との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。nコンタクト層12aに用いられるn型不純物としては、Siが最も好ましいが、例えば、Si、Ge、Sn等であってもよく、特に限定されない。
nコンタクト層12aの膜厚は0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがさらに好ましい。また、nコンタクト層12aの膜厚は10μm以下であることが望ましい。nコンタクト層12aの膜厚を0.1μm以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1−xN層が得られやすい。
また、nコンタクト層12aには不純物をドーピングした方が望ましく、例えばn型の導電性が必要な場合には、Si等のドナー不純物を添加することができる。
The
The n-
The film thickness of the
Further, it is desirable that the
nクラッド層12bは、nコンタクト層12aと発光層13との間に設けられている。nクラッド層12bは、発光層13へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層であり、nコンタクト層12aと発光層13との結晶格子の不整合を緩和する発光層13のバッファ層としても機能する。nクラッド層12bは、AlGaN、GaN、GaInNなどで形成することが可能である。nクラッド層12bをGaInNで形成する場合には、発光層13のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
The n clad
nクラッド層12bには、n型不純物(ドーパント)としてSiがドープされている。nクラッド層12bにドープされているSiの濃度は、nコンタクト層12aを超える高濃度とされ、nコンタクト層12aの1.2倍〜1.5倍の範囲であることが好ましい。具体的には、nクラッド層12bのSiドープ濃度は1×1018〜1×1020/cm3であることが好ましく、より好ましくは1×1018〜2×1019/cm3である。ドープ濃度が1×1018〜1×1020/cm3の範囲である場合、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
The n-clad
本実施形態においては、nクラッド層12bは、単層であってもよいが、組成の異なる2種類の薄膜層を交互に繰り返し成長させてなる超格子構造とすることが好ましい。
nクラッド層12bが単層からなるものである場合、nクラッド層12bの膜厚は、5〜500nmであることが好ましく、より好ましくは5〜100nmである。
In the present embodiment, the n-clad
When the n clad
nクラッド層12bが超格子構造である場合、薄膜層の積層数は10ペア(20層)〜40ペア(80層)であることが好ましい。薄膜層の積層数が10ペア以上であると、nクラッド層12bと発光層13との結晶格子の不整合をより効果的に緩和することができ、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。しかし、薄膜層の積層数が40ペアを超えると、超格子構造が乱れやすくなる場合もあり、発光層13に悪影響を来たす恐れが生じる。さらに、nクラッド層12bの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する。
When the n clad
nクラッド層12bを構成する超格子構造は、III族窒化物半導体からなるn側第1層と、該n側第1層と組成が異なるIII族窒化物半導体からなるn側第2層とが積層されたものであることが好ましく、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含むものであることがより好ましい。
The superlattice structure constituting the n-clad
nクラッド層12bの超格子構造を構成するn側第1層及びn側第2層(n側第1層/n側第2層)は、GaInN/GaNの交互構造、AlGaN/GaNの交互構造、GaInN/AlGaNの交互構造、組成の異なるGaInN/GaInNの交互構造(本発明における“組成の異なる”との説明は、各元素組成比が異なることを指す)、組成の異なるAlGaN/AlGaNの交互構造などとすることができ、n側第1層および/またはn側第2層がInを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましく、具体的には、GaInN/GaNの交互構造又は組成の異なるGaInN/GaInNの交互構造であることが好ましい。また、超格子構造を構成するn側第1層及びn側第2層は、GaInNやAlGaN、GaNで代表される組成が同じであって、ドープ構造/未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。
The n-side first layer and the n-side second layer (n-side first layer / n-side second layer) constituting the superlattice structure of the n-
上記n側第1層及びn側第2層は、それぞれドープした構造であってもよく、また、ドープ構造/未ドープ構造の組み合わせであってもよい。ドープされるn型不純物(ドーパント)としては、Siが用いられる。 The n-side first layer and the n-side second layer may each have a doped structure, or a combination of a doped structure and an undoped structure. Si is used as an n-type impurity (dopant) to be doped.
nクラッド層12bを構成するn側第1層および/またはn側第2層が、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる超格子構造である場合、そのIn組成比は、発光層のIn組成比よりも小さくすることが好ましい。nクラッド層12bを構成するInを含む窒化ガリウム系化合物半導体をAlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0<z≦1、x+y+z=1)とした場合、zの値は0.01〜0.1の範囲であることが好ましく、0.01〜0.05の範囲であることがより好ましい。zの値が0.1を超えると、半導体発光素子1の逆方向電流が大きくなるため、好ましくない。
When the n-side first layer and / or the n-side second layer constituting the n-clad
n側第1層及びn側第2層の厚みは、それぞれ100オングストローム以下であることが好ましく、60オングストローム以下であることがより好ましく、40オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ10オングストローム〜40オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子構造を形成するn側第1層および/またはn側第2層の膜厚が100オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。 The thicknesses of the n-side first layer and the n-side second layer are each preferably 100 angstroms or less, more preferably 60 angstroms or less, further preferably 40 angstroms or less, and each 10 angstroms to 40 angstroms. Most preferably, it is in the angstrom range. If the film thickness of the n-side first layer and / or the n-side second layer forming the superlattice structure is more than 100 angstroms, crystal defects are likely to occur, which is not preferable.
また、超格子構造の最も発光層13側に配置されたn側第1層またはn側第2層からなる発光層下地層の層厚は、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の2倍以上であることが好ましく、2倍〜20倍の範囲であることがより好ましい。具体的には、発光層下地層の層厚は、2nm〜20nmの範囲であることが好ましい。
The layer thickness of the light-emitting layer underlayer consisting of the n-side first layer or the n-side second layer arranged closest to the light-emitting
(発光層)
発光層13は、障壁層13aと井戸層13bとが交互に繰り返し積層された多重量子井戸構造からなるものであることが好ましい。多重量子井戸構造における積層数は3層から10層であることが好ましく、4層から7層であることがさらに好ましい。また、発光層13を構成する井戸層および/または障壁層はInを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
(Light emitting layer)
The
井戸層13bの厚みは、15オングストローム以上50オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層13bの厚みが上記範囲であると、より高い発光出力が得られる。
井戸層13bは、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層13bには、不純物をドープすることができる。ドーパントとしては、発光強度を増進するものであるSi、Geを用いることが好ましい。ドープ量は1×1017cm−3〜1×1018cm−3程度が好適である。ドープ量が上記範囲である場合、より発光強度の強いものとなる。
The thickness of the
The
障壁層13aの膜厚は、20オングストローム以上100オングストローム未満の範囲であることが好ましい。障壁層13aの膜厚が薄すぎると、障壁層13a上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、障壁層13aの膜厚が厚すぎると、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層13aの膜厚は70オングストローム以下であることがより好ましい。
また、障壁層13aは、GaNやAlGaNのほか、井戸層13bを構成するInGaNよりもIn比率の小さいInGaNで形成してもよい。中でも、GaNが好適である。
The thickness of the
In addition to GaN and AlGaN, the
発光層13を構成する井戸層13aおよび/または障壁層13bが、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0<z≦1、x+y+z=1)からなる場合、zの値は0.03〜0.3の範囲であることが好ましく、0.05〜0.2の範囲であることがより好ましい。
The
なお、nクラッド層12bが、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された超格子構造のものであり、n側第1層および/またはn側第2層がInを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであって、発光層13が、障壁層13aと井戸層13bが交互に繰返し積層された多重井戸構造のものであり、井戸層13aおよび/または障壁層13bがInを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものである場合、nクラッド層12bを構成する窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるInの含有量は、発光層13を構成する窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるInの含有量よりも少ないことが好ましい。
Note that the n-clad
(p型半導体層)
p型半導体層14は、通常、pクラッド層14aおよびpコンタクト層14bから構成される。また、pコンタクト層14bがpクラッド層14aを兼ねることも可能である。
(P-type semiconductor layer)
The p-
pクラッド層14aは、発光層13へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。pクラッド層14aとしては、発光層13のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層13へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、AlxGa1−xN(0<x≦0.4)からなるものであることが好ましい。pクラッド層14aが、このようなAlGaNからなるものである場合、発光層13へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
The p-
pクラッド層14aの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。pクラッド層14aのp型ドープ濃度は、1×1018〜1×1021/cm3であることが好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cm3である。p型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なp型結晶が得られる。また、pクラッド層14aは、薄膜を複数回積層してなる超格子構造であってもよい。
The thickness of the p-
pクラッド層14aが超格子構造を含むものである場合には、III族窒化物半導体からなるp側第1層と、該p側第1層と組成が異なるIII族窒化物半導体からなるp側第2層とが積層されたものとすることができる。pクラッド層14aが超格子構造を含むものである場合、p側第1層とp側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。
When the p-
pクラッド層14aの超格子構造を構成するp側第1層及びp側第2層は、それぞれ異なる組成、例えば、AlGaN、GaInN又はGaNのうちの何れの組成であっても良く、GaInN/GaNの交互構造、AlGaN/GaNの交互構造、又はGaInN/AlGaNの交互構造であっても良い。本発明においては、p側第1層及びp側第2層は、AlGaN/AlGaN又はAlGaN/GaNの交互構造であることが好ましい。
The p-side first layer and the p-side second layer constituting the superlattice structure of the p-
p側第1層及びp側第2層の厚みは、それぞれ200オングストローム以下であることが好ましく、100オングストローム以下であることがより好ましく、40オングストローム以下であることがさらに好ましく、それぞれ10オングストローム〜40オングストロームの範囲であることが最も好ましい。超格子層を形成するp側第1層とp側第2層の膜厚が200オングストローム超であると、結晶欠陥が入りやすくなるため好ましくない。 The thicknesses of the p-side first layer and the p-side second layer are each preferably 200 angstroms or less, more preferably 100 angstroms or less, even more preferably 40 angstroms or less, and each 10 angstroms to 40 angstroms. Most preferably, it is in the angstrom range. If the thickness of the p-side first layer and the p-side second layer forming the superlattice layer is more than 200 angstroms, crystal defects are likely to occur, which is not preferable.
p側第1層及びp側第2層は、それぞれドープした構造であっても良く、また、ドープ構造/未ドープ構造の組み合わせであっても良い。ドープされる不純物としては、上記材料組成に対して従来公知のものを、何ら制限無く適用できる。例えば、pクラッド層として、AlGaN/GaNの交互構造又は組成の異なるAlGaN/AlGaNの交互構造を有する超格子構造を用いた場合には、不純物としてMgが好適である。また、超格子構造を構成するp側第1層及びp側第2層は、GaInNやAlGaN、GaNで代表される組成が同じであって、ドープ構造/未ドープ構造を組み合わせたものであってもよい。 Each of the p-side first layer and the p-side second layer may have a doped structure, or a combination of a doped structure and an undoped structure. As the impurity to be doped, conventionally known impurities can be applied to the material composition without any limitation. For example, when a superlattice structure having an AlGaN / GaN alternating structure or an AlGaN / AlGaN alternating structure having a different composition is used as the p-cladding layer, Mg is suitable as the impurity. Further, the p-side first layer and the p-side second layer constituting the superlattice structure have the same composition represented by GaInN, AlGaN, and GaN, and are a combination of a doped structure and an undoped structure. Also good.
pコンタクト層14bは、正極を設けるための層である。pコンタクト層14bは、AlxGa1−xN(0≦x≦0.4)からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびpオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、pコンタクト層14bがp型不純物(ドーパント)を1×1018〜1×1021/cm3の濃度、より好ましくは1×1019〜5×1020/cm3の濃度で含有している場合、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えばMgを用いることが好ましい。pコンタクト層14bの膜厚は、特に限定されないが、10〜500nmであることが好ましく、より好ましくは50〜200nmである。pコンタクト層14bの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
The
(n型電極)
n型電極17は、ボンディングパットを兼ねており、積層半導体層20のn型半導体層12に接するように形成されている。このため、n型電極17を形成する際には、少なくともp半導体層14および発光層13の一部を除去してn型半導体層12を露出させ、n型半導体層12の露出面20a上にボンディングパッドを兼ねるn型電極17を形成する。n型電極17としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
(N-type electrode)
The n-
(透光性電極)
透光性電極15は、p型半導体層14の上に積層されるものであり、p型半導体層14との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極15は、発光層13からの光を効率良く半導体発光素子1の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極15は、p型半導体層14の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
(Translucent electrode)
The
透光性電極15の構成材料としては、In、Zn、Al、Ga、Ti、Bi、Mg、W、Ceのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が挙げられる。例えば、導電性の酸化物としては、ITO(酸化インジウム錫(In2O3−SnO2))、IZO(酸化インジウム亜鉛(In2O3−ZnO))、AZO(酸化アルミニウム亜鉛(ZnO−Al2O3))、GZO(酸化ガリウム亜鉛(ZnO−Ga2O3))、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等があげられる。
As a constituent material of the
また、透光性電極15の構造は、従来公知の構造を含めて如何なる構造であってもよい。また、透光性電極15は、p型半導体層14のほぼ全面を覆うように形成してもよいし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
Moreover, the structure of the
(p型ボンディングパッド電極)
p型ボンディングパッド電極16はボンディングパットを兼ねており、透光性電極15の上に積層されている。p型ボンディングパッド電極16としては、各種組成や構造が周知であり、これら周知の組成や構造を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
p型ボンディングパッド電極16は、透光性電極15上であれば、どこへでも形成することができる。例えばn型電極17から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子1の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにもn型電極17に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
(P-type bonding pad electrode)
The p-type
The p-type
また、p型ボンディングパッド電極16の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいが、発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超える広い面積を覆った場合、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に、p型ボンディングパッド電極16の電極面積が小さすぎると、ボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。具体的には、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径100μmの円形程度であることが一般的である。
Also, the electrode area of the p-type
(保護膜層)
保護膜層は、必要に応じて透光性電極15の上面及び側面と、n型半導体層12の露出面20a、発光層13およびp型半導体層14の側面、n型電極17およびp型ボンディングパッド電極16の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子1の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子1の劣化を抑制できる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、300〜550nmの範囲の波長において80%以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、窒化シリコン(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)等を用いることができる。このうちSiO2、Al2O3は、CVD成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
(Protective film layer)
The protective film layer includes, as necessary, the upper surface and side surfaces of the
As the protective film layer, it is preferable to use an insulating material having a transmittance of 80% or more at a wavelength in the range of 300 to 550 nm. For example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), or the like can be used. Among these, SiO 2 and Al 2 O 3 are more preferable because a dense film can be easily formed by CVD film formation.
『半導体発光素子の製造方法』
図1に示す半導体発光素子1を製造するには、まず、図2に示す積層半導体層20を製造する。図2に示す積層半導体層20を製造するには、はじめに、サファイア基板等の基板11を用意し、スパッタ法によって、基板11上に、バッファ層21を積層する。
本実施形態においては、バッファ層21を、スパッタ法を用いて形成しているので、例えば、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などスパッタ法以外の方法によって形成した場合と比較して、結晶性の良好なバッファ層21が得られる。バッファ層21の結晶性が良好であると、バッファ層21上に設けられる各層の結晶性が良好なものとなるため、好ましい。特に、本実施形態では、後述するように、nクラッド層12bにnコンタクト層12aを超える高濃度でSiをドープする。Siをnクラッド層12bに高濃度でドープすると、nクラッド層12bの結晶性が低下するので、スパッタ法を用いて結晶性の良好なバッファ層21を形成することにより、Siを高濃度でドープすることによって結晶性が低下しても、十分に良好な結晶性を有するnクラッド層12bが得られるようにすることが好ましい。
"Manufacturing method of semiconductor light emitting device"
In order to manufacture the semiconductor
In the present embodiment, since the
なお、バッファ層21は、結晶性の良好なバッファ層21を得るために、スパッタ法によって形成することが好ましいが、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などスパッタ法以外の方法によって形成してもよい。バッファ層21をMOCVD法によって形成する場合、バッファ層21上に設けられる各層と同じ装置を用いてバッファ層21を形成することができ、製造途中の積層半導体層20を移動させる必要がなく、積層半導体層20を容易に効率よく形成できる。
The
次に、バッファ層21の設けられた基板11をMOCVD装置の成長室内に設置し、MOCVD法によって、バッファ層21上に、下地層22とnコンタクト層12a(第1n型半導体層)とnクラッド層12b(第2n型半導体層)と発光層13とp型半導体層14とを順次積層する。
Next, the
nコンタクト層12aを成長させる際には、水素雰囲気で、基板11の温度を1000℃〜1200℃の範囲とすることが好ましい。nコンタクト層12aを成長させるときの基板11の温度を上記範囲とすることで、nコンタクト層12a上に形成されるnクラッド層12bや発光層13の結晶性をより一層良好なものとすることができる。これに対し、nコンタクト層12aを成長させるときの基板11の温度が1000℃未満である場合、逆方向電流(IR)が十分に低くならなかったり、静電気放電(ESD)耐圧が不足したりする恐れがある。また、nコンタクト層12aを成長させるときの基板11の温度が1200℃を超える場合、半導体発光素子1の出力が不十分となる恐れがある。
When growing the n-
なお、本発明においては、第1n型半導体層と第2n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順次積層する工程が、第1有機金属化学気相成長装置において、下地層22までの各層の形成された基板11上に、nコンタクト層12aを構成する第1n型半導体層を積層する第1工程と、第2有機金属化学気相成長装置において、前記第1n型半導体層上に、nコンタクト層12aを構成する第1n型半導体層の再成長層と、第2n型半導体層と、発光層と、p型半導体層とを順次積層する第2工程とを具備していてもよい。
このような製造方法とした場合、生産性の点で好ましい。より詳細には、基板11上に形成される下地層22とnコンタクト層12aとの合計膜厚は、nクラッド層12bからp型半導体層14までの合計膜厚よりも厚く設定される場合が多いが、この場合、第1有機金属化学気相成長装置と、第2有機金属化学気相成長装置とを併用することで、半導体発光素子1の生産性を向上させることができる。
In the present invention, the step of sequentially stacking the first n-type semiconductor layer, the second n-type semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type semiconductor layer is performed in the first metal organic chemical vapor deposition apparatus up to the
Such a manufacturing method is preferable in terms of productivity. More specifically, the total film thickness of the
ここで、nコンタクト層12aを構成する第1n型半導体層を形成する際の成膜温度は、1000℃以上の高温にすることが好ましい。第1n型半導体層を形成する際の成膜温度を1000℃以上にした場合、ピットが出ないため、結晶性の高い再成長層を得ることができる。
また、第2有機金属化学気相成長装置において形成される再成長層は、第1有機金属化学気相成長装置において形成される第1n型半導体層と同一の材料からなるものが好ましい。また、再成長層は、第1有機金属化学気相成長装置において形成される第1n型半導体層の厚みよりも薄いことが好ましく、0.2μm〜1μmであることが好ましい。再成長層12dの膜厚が0.2μm未満であると平坦化の効果が十分に得られない場合がある。また、再成長層の膜厚が1μmを超えると、再成長層の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する問題がある。
Here, it is preferable that the film formation temperature when forming the first n-type semiconductor layer constituting the
The regrowth layer formed in the second metal organic chemical vapor deposition apparatus is preferably made of the same material as the first n-type semiconductor layer formed in the first metal organic chemical vapor deposition apparatus. The regrowth layer is preferably thinner than the thickness of the first n-type semiconductor layer formed in the first metal organic chemical vapor deposition apparatus, and is preferably 0.2 μm to 1 μm. If the thickness of the regrown layer 12d is less than 0.2 μm, the planarization effect may not be sufficiently obtained. Further, when the film thickness of the regrowth layer exceeds 1 μm, there is a problem that the film formation processing time of the regrowth layer becomes long and productivity is lowered.
nコンタクト層12aを成長させる原料としては、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)などが用いられる。また、n型不純物(ドーパント)原料としては、Si原料であるモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6)などが用いられる。
The materials for growing the n-
このようにしてnコンタクト層12aを成長させた後、nコンタクト層12a上に、nクラッド層12bを積層する。
nクラッド層12bを成長させる際には、基板11の温度を、発光層13を形成する際の基板11の温度未満の低温にして、nクラッド層12bにnコンタクト層12aを超える高濃度でSiをドープする。
After growing the
When growing the n-clad
nクラッド層12bを成長させる原料としては、nコンタクト層12aと同様に、III族原料であるGa源としてトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)、In源としてトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)、V族原料であるN源としてアンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)などが用いられる。また、n型不純物(ドーパント)原料としては、Si原料であるモノシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6)などが用いられる。
nクラッド層12bを成長させる際に用いるキャリアガスは窒素ガスのみであってもよいし、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスであってもよい。
As a raw material for growing the n-clad
The carrier gas used when growing the n-clad
nクラッド層12bを成長させる際にMOCVD装置内に供給するSi原料の流量は、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度がnコンタクト層12aを超える高濃度となるように適宜調節される。Si原料の流量は、nクラッド層12b中のSi濃度が1×1018〜1×1020/cm3の範囲となるように調整されることが好ましい。nクラッド層12bの固相中のSi濃度が上記範囲内である場合、nクラッド層12bの良好な結晶性を確保しつつ、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度を、容易にnコンタクト層12aを超える高濃度にすることができる。nクラッド層12bの固相中のSi濃度が上記範囲未満である場合、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度が低く、発光層にキャリアを十分に注入することができない場合がある。また、nクラッド層12bの固相中のSi濃度が上記範囲を超える場合、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度が高くなりすぎて、結晶性の良好なnクラッド層12bが得られない場合がある。
The flow rate of Si raw material supplied into the MOCVD apparatus when growing the n-clad
また、nクラッド層12bを形成する工程においてドープされるSiの濃度は、nコンタクト層12aを超える高濃度であればよいが、nコンタクト層12aの1.2倍〜1.5倍の範囲であることが好ましい。
Further, the concentration of Si doped in the step of forming the n-clad
nクラッド層12bを成長させる際のMOCVD装置の成長室内の圧力は、特に限定されないが、結晶性の良好なnクラッド層12bを得るために、15〜100kPaとすることが好ましく、15〜80kPaとすることがより好ましい。
The pressure in the growth chamber of the MOCVD apparatus when the n-clad
また、本実施形態においては、nクラッド層12bを形成する工程が、組成の異なる2種類の薄膜層を交互に繰り返し成長させてなる超格子構造のnクラッド層12bを形成する工程であることが好ましい。超格子構造のnクラッド層12bとしては、膜厚100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるn側第1層と、n側第1層と組成が異なる膜厚100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるn側第2層とを交互に20層〜40層繰返し積層してなるものを形成することが好ましい。n側第1層および/またはn側第2層は、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましい。
Further, in the present embodiment, the step of forming the n-clad
また、本実施形態においては、超格子構造の最も発光層13側に配置されたn側第1層またはn側第2層からなる発光層下地層の層厚を、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の2倍以上とすることが好ましく、2倍〜20倍の範囲であることがより好ましい。具体的には、発光層下地層の層厚は2nm〜20nmの範囲とすることが好ましく、4nm程度とすることが好ましい。
なお、n側第1層とn側第2層の層厚は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。n側第1層とn側第2層の層厚が異なっている場合、発光層下地層の層厚は、n側第1層とn側第2層のうち層厚の厚い方の層厚の2倍以上とすることが好ましい。
In the present embodiment, the layer thickness of the light-emitting layer underlayer composed of the n-side first layer or the n-side second layer arranged closest to the light-emitting
Note that the layer thickness of the n-side first layer and the n-side second layer may be the same or different. When the layer thickness of the n-side first layer and the n-side second layer is different, the layer thickness of the light emitting layer underlayer is the layer thickness of the larger one of the n-side first layer and the n-side second layer. It is preferable to make it 2 times or more.
発光層下地層は、超格子構造を構成するn側第1層とn側第2層のうち最も発光層13側に配置された層であるので、発光層13を形成する際の熱による影響を受けやすい。より詳細には、発光層13の形成を開始した時点でnクラッド層12bの表面に露出している発光層下地層は、発光層13によって覆われるまでの間、発光層13を形成するための熱に曝される。このことによって、発光層下地層が高温になると、発光層下地層からnクラッド層12bに含まれるInが昇華してnクラッド層12bの組成比が変化する。Inが昇華してnクラッド層12bに含まれるInの含有量が不足すると、半導体発光素子1の出力に支障を来たす恐れがある。
The underlying layer of the light emitting layer is the layer arranged closest to the
本実施形態において、発光層下地層の層厚を、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の2倍以上とした場合、層厚が発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層と比較して2倍以上厚い分、発光層13を形成する際の熱による劣化を受けにくくなる。よって、発光層下地層を、発光層13を形成する際の熱によるnクラッド層12bへの影響を防止するバリア層として機能させることができ、nクラッド層12bが劣化してnクラッド層12bの組成比が変化することによる半導体発光素子1への影響を防止できる。
In the present embodiment, when the layer thickness of the light emitting layer underlayer is set to be twice or more the maximum layer thickness of the n-side first layer and the n-side second layer other than the light emitting layer underlayer having the superlattice structure, the layer thickness is Compared to the n-side first layer and the n-side second layer other than the light-emitting layer underlayer, it is less susceptible to deterioration due to heat when the light-emitting
発光層下地層の層厚が、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の2倍未満である場合、発光層下地層を、発光層13を形成する際の熱によるnクラッド層12bへの影響を防止するバリア層として十分に機能させることができない場合がある。また、発光層下地層の層厚が、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の20倍を超えると、バリア層としての効果の向上は見られないにも関わらず、nクラッド層12bの形成に必要な時間が長時間となり好ましくない。したがって、発光層下地層の層厚は、超格子構造の発光層下地層以外のn側第1層およびn側第2層の最大層厚の2倍〜20倍の範囲であることが好ましい。
When the layer thickness of the light emitting layer underlayer is less than twice the maximum layer thickness of the n-side first layer and the n-side second layer other than the light emitting layer underlayer having the superlattice structure, In some cases, it cannot function sufficiently as a barrier layer for preventing the n clad
このようにしてnクラッド層12bを成長させた後、nクラッド層12b上に、発光層13を積層する。本実施形態においては、発光層13として、多重量子井戸構造の発光層13を形成することが好ましい。
After growing the n-clad
多重量子井戸構造の発光層13を形成する工程は、井戸層13bと障壁層13aとを交互に繰返し積層する工程とすることができ、n型半導体層12側及びp型半導体層14側に障壁層13aが配されるように積層されることが好ましい。
井戸層13bおよび/または障壁層13aは、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなるものであることが好ましく、井戸層13bおよび/または障壁層13aの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜決定できる。
The step of forming the
The
また、本実施形態においては、図4に示すように、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1を、発光層13を形成する際の基板温度T2未満の低温にしている。このことにより、nコンタクト層12a上に結晶性の良好なnクラッド層12bを形成できるとともに、nクラッド層12b上に結晶性の良好な発光層13を形成できる。その結果、発光層13へのキャリア(電子)の注入および閉じ込めを良好に行えるnクラッド層12bが得られるとともに、高い発光出力が得られる発光層13が得られる。さらに、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1を、発光層13を形成する際の基板温度T2未満の低温にすることにより、nクラッド層12bにnコンタクト層12aを超える高濃度でSiをドープすることが可能となるので、nクラッド層12bのn型ドープ濃度を高濃度とすることができ、発光層13に効率よくキャリアを注入することができる。したがって、本実施形態の半導体発光素子1の製造方法によれば、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子1が得られる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-
nクラッド層12bを成長させる際の基板温度T1が、発光層13を形成する際の基板温度T2以上であると、nクラッド層12bに高濃度のSiをドープすることにより結晶性が悪化するため、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度を、nコンタクト層12aを超える高濃度とすることができない場合がある。
substrate temperatures T 1 for growing the n-
nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1は、発光層13を形成する際の基板温度T2未満であればよく、特に限定されないが、700℃〜750℃であることが好ましい。nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1が上記範囲内である場合、より一層結晶性の良好なnクラッド層12bが得られ、nクラッド層12bの超格子構造を構成するn側第1層とn側第2層との界面が明確なものとなり、発光層13へのキャリアの注入効率に優れたものとなる。また、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1は、710℃〜730℃であることがより好ましい。
substrate temperatures T 1 during formation of the n clad
また、nクラッド層12bを成長させるときの基板温度T1を上記範囲とすることで、nクラッド層12bを成長させる際の基板温度T1を、容易に発光層13を形成する際の基板温度T2未満とすることができ、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度を、容易にnコンタクト層12aを越える高濃度とすることができるので、逆方向電流(IR)が十分に低く高出力な半導体発光素子1が容易に得られる。
これに対し、nクラッド層12bを成長させるときの基板温度T1が上記範囲未満である場合、逆方向電流(IR)が十分に低くならなかったり、静電気放電(ESD)耐圧が不足したりする恐れがある。また、nクラッド層12bを成長させるときの基板温度T1が上記範囲を超える場合、nクラッド層12bにドープされているSiの濃度をnコンタクト層12aを越える高濃度とすることができず、半導体発光素子1の出力が不十分となる恐れがある。
Further, substrate temperatures T 1 in the above range, the substrate temperature T 1 of the time of growing the n-
In contrast, when the substrate temperature T 1 of the time of growing the n-
なお、図4に示すように、nクラッド層12bを構成するn側第1層を形成する際の基板温度と、nクラッド層12bを構成するn側第2層を形成する際の基板温度は、同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。また、図4に示すように、発光層13を構成する障壁層13aを形成する際の基板温度と、発光層13を構成する井戸層13bを形成する際の基板温度とは、同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。発光層13を構成する障壁層13aを形成する際の基板温度と、発光層13を構成する井戸層13bを形成する際の基板温度とが異なる場合、nクラッド層12bを形成する際の基板温度をT1、障壁層13aを形成する際の基板温度をT3、井戸層13bを形成する際の基板温度をT4としたとき、T1<T3、T1<T4とすることができる。
As shown in FIG. 4, the substrate temperature when forming the n-side first layer constituting the n-
また、発光層13を形成する際の基板温度T2は、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1よりも高ければよく、特に限定されないが、より一層高い発光出力が得られるように、750℃〜1000℃であることが好ましく、750℃〜930℃であることがより好ましい。
また、発光層13を構成する障壁層13aと井戸層13bとを異なる温度で形成する場合、障壁層13aを形成する際の基板温度T3は、750℃〜1000℃であることが好ましく、770℃〜950℃であることがより好ましく、井戸層13bを形成する際の基板温度T4は、730℃〜800℃であることが好ましい。
Further, the substrate temperature T 2 at the time of forming the
In the case of forming a
また、本実施形態において、例えば、nクラッド層12bおよび発光層13が窒化ガリウム系化合物半導体を含むものであって、窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるInの含有量が、発光層13よりもnクラッド層12bの方が少ない場合、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1と、発光層13を形成する際の基板温度T2とを同じにすると、以下に示す問題が生じる。
すなわち、基板温度をnクラッド層12bの形成に最適な温度にすると、発光層13の発光出力が不十分になる場合がある。また、基板温度を発光層13の形成に最適な温度にすると、nクラッド層12bを構成する窒化ガリウム系化合物半導体のInを低組成比で制御することが困難になる。その結果、nクラッド層12bの超格子構造を構成するn側第1層とn側第2層との界面が荒れて不明確となり、発光層13へのキャリアの注入効率が不十分となる場合がある。
In the present embodiment, for example, the n-clad
That is, if the substrate temperature is set to an optimum temperature for forming the n-clad
これに対し、本実施形態においては、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1を、発光層13を形成する際の基板温度T2未満の低温にして、nクラッド層12bを構成する窒化ガリウム系化合物半導体にInが入り込みやすくしているので、結晶性の良好なnクラッド層12bが得られ、nクラッド層12bの超格子構造を構成するn側第1層とn側第2層との界面がより明確なものとなる。その結果、発光層13へのキャリアの注入効率の優れたnクラッド層12bが得られる。
また、本実施形態においては、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1を、発光層13を形成する際の基板温度T2未満の低温にしているので、発光層13を高い発光出力が得られる適切な基板温度で製造できる。なお、発光層13を、窒化ガリウム系化合物半導体に含まれるInの含有量がnクラッド層12bよりも多いものとした場合、発光層13を形成する際の基板温度T2がnクラッド層12bを形成する際の基板温度T1よりも高くても、発光層13を構成する窒化ガリウム系化合物半導体にInが入り込みにくいことによる問題は生じにくい。
In contrast, in the present embodiment, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-
In the present embodiment, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-
このようにして得られた発光層13上にp型半導体層14を積層するには、pクラッド層14aと、pコンタクト層14bとを順次積層すればよい。なお、pクラッド層14aを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるp側第1層と、p側第1層と組成が異なる膜厚100オングストローム以下III族窒化物半導体からなるp側第2層とを交互に繰返し積層すればよい。
本実施形態においては、pクラッド層14aをMOCVD法によって形成するので、pクラッド層14aをスパッタ法などで形成する場合と比較して、超格子構造を効率よく形成できる。
以上のようにして、図2に示す積層半導体層20が製造される。
In order to stack the p-
In this embodiment, since the p-clad
As described above, the
その後、積層半導体層20のp型半導体層14上に透光性電極15となる透明材料層を積層し、例えば一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透明材料層を除去し、透光性電極15とする。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層20の一部をエッチングしてnコンタクト層12aの一部を露出させ、nコンタクト層12aの露出面20aにn型電極17を形成する。
次いで、透光性電極15の上にp型ボンディングパッド電極16を形成する。
その後、基板11を分割(チップ化)することにより、図1に示す半導体発光素子1が製造される。
Thereafter, a transparent material layer that becomes the
Subsequently, patterning is performed by, for example, a photolithography technique, a part of the
Next, a p-type
Thereafter, the
本実施形態の半導体発光素子1の製造方法では、nクラッド層12bを形成する工程において、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T1を、発光層13を形成する際の基板温度T2未満の低温にして、nクラッド層12bにnコンタクト層12aを超える高濃度でSiをドープするので、nクラッド層12bのn型ドープ濃度を高濃度とすることができるとともに、nコンタクト層12a上に結晶性の良好なnクラッド層12bを形成でき、nクラッド層12b上に強い発光強度が得られる結晶性の良好な発光層13を形成できる。その結果、本実施形態の半導体発光素子1の製造方法によれば、例えば20mAを越える大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子1が得られる。
In the manufacturing method of the semiconductor
また、本実施形態の半導体発光素子1は、本実施形態の半導体発光素子1の製造方法を用いて製造されてなる半導体発光素子であって、基板11上にnコンタクト層12aとnクラッド層12bと発光層13とp型半導体層14とが積層されており、nクラッド層12bにnコンタクト層12aを超える高濃度でSiがドープされているものであるので、発光層13に効率よくキャリアを注入することができ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子1となる。
Further, the semiconductor
『ランプ』
本実施形態のランプは、本発明の半導体発光素子を備えるものであり、上記の半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプは、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。例えば、本実施形態のランプにおいては、半導体発光素子と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術を何ら制限されることなく採用できる。
"lamp"
The lamp of the present embodiment includes the semiconductor light emitting device of the present invention, and is a combination of the above semiconductor light emitting device and a phosphor. The lamp of the present embodiment can be configured as known to those skilled in the art by means known to those skilled in the art. For example, in the lamp of this embodiment, a technique for changing the emission color by combining a semiconductor light emitting element and a phosphor can be adopted without any limitation.
図3は、図1に示した半導体発光素子1を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図3に示すランプ3は、砲弾型のものであり、図1に示す半導体発光素子1が用いられている。図3に示すように、半導体発光素子1のp型ボンディングパッド電極16がワイヤー33で2本のフレーム31、32の内の一方(図3ではフレーム31)に接着され、半導体発光素子1のn型電極17(ボンディングパッド)がワイヤー34で他方のフレーム32に接合されることにより、半導体発光素子1が実装されている。また、半導体発光素子1の周辺は、透明な樹脂からなるモールド35で封止されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lamp including the semiconductor
本実施形態のランプ3は、上記の半導体発光素子1が用いられてなるものであるので、高い発光出力が得られるものとなる。
Since the
また、本実施形態のランプ3を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、高い発光出力が得られる半導体発光素子1を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、高い発光出力が得られる半導体発光素子1を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。
In addition, electronic devices such as backlights, mobile phones, displays, various panels, computers, game machines, and lighting incorporating the
以下に、本発明の半導体発光素子の製造方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
以下に示す方法により、図1に示す半導体発光素子1を製造した。
Hereinafter, the method for producing a semiconductor light emitting device of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
The semiconductor
はじめに、サファイアからなる平面視円形の基板11上に、AlNからなるバッファ層21をスパッタ法によって形成した。次いで、バッファ層21の設けられた基板11をMOCVD装置の成長室内に設置し、厚さ5μmのアンドープGaNからなる下地層22、厚さ3μmのSiドープn型GaNからなるnコンタクト層12a、n側第1層とn側第2層とからなる薄膜層を20ペア繰り返し成長させてなる超格子構造のnクラッド層12b、障壁層および井戸層を6回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層13、厚さ0.01μmのMgドープ単層Al0.07Ga0.93Nからなるpクラッド層14a、厚さ0.15μmのMgドープp型GaNからなるpコンタクト層14bとを順に積層した。
First, a
なお、実施例1の半導体発光素子1では、nコンタクト層12a、nクラッド層12b、発光層13は、表1および以下に示す成長条件で成長させた。
In the semiconductor
「nコンタクト層12aの成膜条件」
Si濃度が5×1018となるようにSi原料の流量を調整し、表1に示すSi濃度のGaNからなるnコンタクト層12aを成長させた。
“Deposition conditions for n-
The flow rate of the Si raw material was adjusted so that the Si concentration was 5 × 10 18, and the n-
「nクラッド層12bの成膜条件」
Ga0.99In0.01Nからなる厚さ2nmのn側第1層と、GaNからなる厚さ2nmのn側第2層とを交互に繰返し積層することにより、厚さ80nmの超格子構造のnクラッド層12bを成長させた。なお、表1に示すように、超格子構造の最も発光層13側に配置された発光層下地層の層厚(4nm)を、発光層下地層以外の第1層および第2層の層厚(2nm)の2倍とした。
また、n側第1層およびn側第2層を成長させる際の基板温度は表1に示すように750℃とした。n側第1層の成膜には、III族原料としてGa源であるトリエチルガリウム(TEG)およびIn源であるトリメチルインジウム(TMI)を用い、n側第2層の成膜にはトリエチルガリウム(TEG)を用いた。また、n型不純物(ドーパント)原料としてモノシラン(SiH4)を用い、Si濃度が7×1018/cm3のnクラッド層12bを成長させた。
“Deposition conditions for n-clad
A superlattice having a thickness of 80 nm is formed by alternately and repeatedly stacking a 2 nm thick n-side first layer made of Ga 0.99 In 0.01 N and a 2 nm thick n-side second layer made of GaN. An n-
The substrate temperature for growing the n-side first layer and the n-side second layer was 750 ° C. as shown in Table 1. For the film formation of the n-side first layer, triethylgallium (TEG) as a Ga source and trimethylindium (TMI) as an In source are used as Group III materials, and triethylgallium (TMI) is used for the film formation of the n-side second layer. TEG) was used. Further, monosilane (SiH 4 ) was used as an n-type impurity (dopant) raw material, and an n-clad
「発光層13の成膜条件」
SiドープGaNからなる厚さ5nmの障壁層と、Ga0.85In0.15Nからなる厚さ3.5nmの井戸層とを交互に繰返し積層することにより、多重井戸構造の発光層13を成長させた。なお、障壁層および井戸層を形成する際の基板温度は表1に示すように770℃とした。
“Film formation conditions of the
A multi-well light-emitting
なお、バッファ層21、下地層22、nコンタクト層12a、pクラッド層14a、pコンタクト層14bは、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で形成した。
The
その後、pコンタクト層14b上に、厚さ200nmのITOからなる透光性電極15を一般に知られたフォトリソグラフィの手法により形成した。
次に、フォトリソグラフィの手法を用いてエッチングを施し、所望の領域にnコンタクト層12aを露出させ、nコンタクト層12aの露出面20aに上にTi/Auの二層構造のn型電極17を形成した。
また、透光性電極15の上に、200nmのAlからなる金属反射層と80nmのTiからなるバリア層と1100nmのAuからなるボンディング層とからなる3層構造のp型ボンディングパッド構造16を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
その後、基板11を分割(チップ化)して、図1に示す実施例1の半導体発光素子1を得た。
Thereafter, a
Next, etching is performed using a photolithography technique to expose the n-
Further, on the
Thereafter, the
このようにして得られた実施例1の半導体発光素子1において、nコンタクト層12aのSiドープ濃度は表1に示すように5×1018cm−3であり、nクラッド層12bのSiドープ濃度は表1に示すように7×1018cm−3であり、pコンタクト層14bのMgドープ濃度は5×1019cm−3であり、pクラッド層14aのMgドープ濃度は1×1019cm−3であった。
In the semiconductor
(実施例2)
nクラッド層12bを成膜する際における基板温度を表1に示すように730℃としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(Example 2)
A semiconductor
(実施例3)
第1有機金属化学気相成長装置において、nコンタクト層12aを構成する膜厚5μmの第1n型半導体層を積層する第1工程と、第2有機金属化学気相成長装置において、第1n型半導体層上に、nコンタクト層12aを構成する膜厚0.2μmの再成長層と、nクラッド層12bと、発光層13と、pクラッド層14aと、pコンタクト層14bとを順次積層する第2工程とを行ったことと、nクラッド層12bを成膜する際における基板温度を表1に示すように710℃としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
なお、第1有機金属化学気相成長装置において積層した第1n型半導体層と、第2有機金属化学気相成長装置において積層した再成長層は、いずれも表1に示すSi濃度のGaNからなる同じ組成のものとした。
(Example 3)
In the first metal organic chemical vapor deposition apparatus, a first step of laminating a first n-type semiconductor layer having a film thickness of 5 μm constituting the
The first n-type semiconductor layer stacked in the first metal organic chemical vapor deposition apparatus and the regrowth layer stacked in the second metal organic chemical vapor deposition apparatus are both made of GaN having the Si concentration shown in Table 1. The same composition was used.
(実施例4)(実施例5)
nクラッド層12bのSi濃度を表1に示すSi濃度としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(実施例6)(実施例7)
超格子構造の最も発光層13側に配置された発光層下地層の層厚を表1に示す厚みとし、発光層下地層以外の第1層および第2層の層厚に対する発光層下地層の膜厚を表1に示す倍数(倍率)としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(実施例8)
nクラッド層12bを表1に示すSi濃度のGaNからなる膜厚20nmの単層としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(Example 4) (Example 5)
A semiconductor
(Example 6) (Example 7)
The layer thickness of the light emitting layer underlayer disposed closest to the
(Example 8)
The semiconductor
(比較例1)
nクラッド層12bを成膜する際における基板温度を表1に示すように780℃としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(比較例2)
nクラッド層12bを成膜する際における基板温度を表1に示すように800℃としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(Comparative Example 1)
The semiconductor
(Comparative Example 2)
The semiconductor
(比較例3)
nクラッド層12bのSi濃度を表1に示すように1×1018cm−3としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光素子1を製造した。
(Comparative Example 3)
A semiconductor
表1に示すように、実施例1〜実施例8では、nクラッド層12bの成長時の基板温度が発光層13の成長時の基板温度よりも低くなっている。これに対し、比較例1および比較例2では、nクラッド層12bの成長時の基板温度が発光層13の成長時の基板温度よりも高くなっている。また、比較例3は実施例1〜実施例8より、nクラッド層12bのSi濃度が低くなっている。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 8, the substrate temperature during the growth of the n-clad
このようにして得られた実施例1〜実施例8、比較例1〜比較例3の半導体発光素子1について、TO−18缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流0〜100mAの範囲における発光出力(Po;mW)を測定した。その結果を表2に示す。
The semiconductor
また、実施例1〜実施例8、比較例1〜比較例3の半導体発光素子について、プローブ針により通電し、電流印加値20mAにおける順方向電圧を測定するとともに、逆方向に20Vの電圧を印加した時の素子に流れる電流(逆方向電流IR)を測定した。その結果を表2に示す。
また、順方向電圧と印加電流と発光出力とを用いて電力効率(%){発光出力(mW)/(順方向電圧(V)×印加電流(mA))}を算出した。その結果を図5に示す。
In addition, for the semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, the probe needle is energized to measure the forward voltage at a current application value of 20 mA and apply a voltage of 20 V in the reverse direction. The current (reverse current IR) flowing through the device at the time of measurement was measured. The results are shown in Table 2.
Further, power efficiency (%) {light emission output (mW) / (forward voltage (V) × applied current (mA))} was calculated using the forward voltage, the applied current, and the light emission output. The result is shown in FIG .
表2に示すように、実施例1〜実施例8は、逆方向電流(IR)が十分に低く、印加電流20mAのときの発光出力(Po)が23mW以上となり、高輝度で低消費電力であった。
また、表2及び図5に示すように、実施例1〜実施例8では、印加電流80mAおよび印加電流100mAのときの発光出力(Po)および電力効率が、比較例1〜比較例3と比較して優れていることが分かる。
As shown in Table 2, in Examples 1 to 8, the reverse current (IR) is sufficiently low, the light emission output (Po) at an applied current of 20 mA is 23 mW or more, high brightness and low power consumption. there were.
Further, as shown in Table 2 and FIG. 5, in Examples 1 to 8, the light emission output (Po) and the power efficiency at the applied current of 80 mA and the applied current of 100 mA are compared with those of Comparative Examples 1 to 3. It turns out that it is excellent.
また、表2に示すように、実施例1〜実施例8、比較例1〜比較例3では、印加電流を大きくするのに伴って、発光出力(Po)が大きくなっている。しかし、比較例1〜比較例3では、印加電流を大きくすることによる発光出力の向上効果が、印加電流を大きくするのに伴って小さくなっており、印加電流が大きいほど実施例1〜実施例8との発光出力(Po)の差が大きくなっている。特に、印加電流が80mA以上である場合、実施例1〜実施例8と比較例1〜比較例3との発光出力の差が顕著であった。 Moreover, as shown in Table 2, in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, the light emission output (Po) increases as the applied current increases. However, in Comparative Examples 1 to 3, the effect of improving the light emission output by increasing the applied current is reduced as the applied current is increased. The difference in light emission output (Po) from 8 is large. In particular, when the applied current was 80 mA or more, the difference in light emission output between Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 was significant.
また、図5に示すように、実施例1〜実施例8、比較例1〜比較例3では、印加電流が通常用いられる印加電流20mAよりも大きい場合、印加電流を大きくするのに伴って電力効率が小さくなっている。しかし、電力効率は、比較例1〜比較例3よりも実施例1〜実施例8の方が高く、印加電流が大きいほど実施例1〜実施例8と、比較例1〜比較例3との電力効率の差が大きくなっている。特に、印加電流が80mA以上である場合、実施例1〜実施例8と、比較例1〜比較例3との電力効率の差が顕著であった。 Further, as shown in FIG. 5, in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, when the applied current is larger than the normally used applied current of 20 mA, the power is increased as the applied current is increased. Efficiency is getting smaller. However, the power efficiency of Examples 1 to 8 is higher than that of Comparative Examples 1 to 3, and the larger the applied current, the greater the difference between Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3. The difference in power efficiency is increasing. In particular, when the applied current was 80 mA or more, the difference in power efficiency between Example 1 to Example 8 and Comparative Example 1 to Comparative Example 3 was significant.
図5より、実施例1〜実施例8の半導体発光素子は、大電流を印加することによって効果的に発光出力を向上させることができ、比較例1〜比較例3の半導体発光素子と比較して、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られることが確認できた。 From FIG. 5, the semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 8 can effectively improve the light emission output by applying a large current, and compared with the semiconductor light emitting devices of Comparative Examples 1 to 3. Thus, it was confirmed that a high light emission output can be obtained by applying a large current.
1…半導体発光素子、3…ランプ、12…n型半導体層、12a…nコンタクト層(第1n型半導体層)、12b…nクラッド層(第2n型半導体層)、13…発光層、14…p型半導体層。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第2n型半導体層を形成する工程において、前記基板の温度を、前記発光層を形成する際の前記基板の温度未満の低温にして、前記第2n型半導体層に前記第1n型半導体層を超える高濃度でSiをドープすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 Comprising sequentially stacking a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on a substrate;
In the step of forming the second n-type semiconductor layer, the temperature of the substrate is set to a temperature lower than the temperature of the substrate when forming the light-emitting layer, and the first n-type semiconductor layer is formed on the second n-type semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising doping Si at a high concentration exceeding.
前記超格子構造の最も前記発光層側に配置された前記薄膜層からなる発光層下地層の層厚を、前記超格子構造の前記発光層下地層以外の前記薄膜層の最大層厚の2倍以上とすることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 The step of forming the second n-type semiconductor layer is a step of forming the second n-type semiconductor layer having a superlattice structure in which two types of thin film layers having different compositions are alternately grown.
The layer thickness of the light emitting layer underlayer composed of the thin film layer disposed closest to the light emitting layer of the superlattice structure is twice the maximum thickness of the thin film layer other than the light emitting layer underlayer of the superlattice structure. It is set as the above, The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
第1有機金属化学気相成長装置において、基板上に、前記第1n型半導体層を積層する第1工程と、
第2有機金属化学気相成長装置において、前記第1n型半導体層上に、n型半導体からなる再成長層と、第2n型半導体層と、発光層と、p型半導体層とを順次積層する第2工程とを具備することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 A step of sequentially stacking a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the substrate;
In the first organometallic chemical vapor deposition apparatus, a first step of laminating the first n-type semiconductor layer on a substrate;
In the second metalorganic chemical vapor deposition apparatus, a regrowth layer made of an n-type semiconductor, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on the first n-type semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, further comprising a second step.
基板上に、少なくとも第1n型半導体層と第2n型半導体層と発光層とp型半導体層とが積層されており、前記第2n型半導体層に前記第1n型半導体層を超える高濃度でSiがドープされていることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light-emitting device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to claim 1,
On the substrate, at least a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are stacked, and the second n-type semiconductor layer has a higher concentration of Si than the first n-type semiconductor layer. Is a semiconductor light emitting device.
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