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

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor light-emitting element, capable of manufacturing the semiconductor light-emitting element capable of obtaining a high emission output by impressing a large current. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor light-emitting element 1 includes a process of successively laminating a first n-type semiconductor layer 12a; a second n-type semiconductor layer 12b; a light-emitting layer 13 and a p-type semiconductor layer 14 on a substrate 11, and in the process of forming the second n-type semiconductor layer 12b, the temperature of the substrate 11 is turned to a low temperature below the temperature of the substrate 11, when the light-emitting layer 13 is formed, and the second n-type semiconductor layer 12b is doped with Si, at a high concentration which exceeds that of the first n-type semiconductor layer 12a. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 Patent Document 1, the first electrode includes a first pedestal portion and two or more first extending portions extending in the same direction from the first pedestal portion, and the second electrode is a second pedestal portion. And a semiconductor light emitting device including a second extending portion that extends in substantially the same direction as the first extending portion so as to approach the first pedestal portion from the second pedestal portion, and has high luminous efficiency in a high current density state. It is described that there is.

特開2008−016809号公報JP 2008-016809 A

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/cm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.

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。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. 図2は、図1に示す半導体発光素子を製造する工程を説明するための断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a process for manufacturing the semiconductor light emitting element shown in FIG. 図3は、図1に示した半導体発光素子を備えるランプの一例を示した断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lamp including the semiconductor light emitting element shown in FIG. 図4は、本実施形態の半導体発光素子の製造方法において、nクラッド層を形成する際の基板温度と、発光層を形成する際の基板温度との関係を説明するためのグラフである。FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the substrate temperature when forming the n-clad layer and the substrate temperature when forming the light-emitting layer in the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device of this embodiment. 図5は、印加電流と電力効率との関係を示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between applied current and power efficiency.

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 light emitting device 1 of this embodiment shown in FIG. 1 includes a substrate 11, a laminated semiconductor layer 20 laminated on the substrate 11, a p-type electrode 18 formed on the laminated semiconductor layer 20, and a laminated semiconductor layer 20. And an n-type electrode 17 stacked on the exposed surface 20a.

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 stacked semiconductor layer 20 is configured by stacking an n-type semiconductor layer 12, a light emitting layer 13, and a p-type semiconductor layer 14 in this order from the substrate 11 side. The laminated semiconductor layer 20 may include a buffer layer 21 and a base layer 22. As shown in FIG. 1, the p-type semiconductor layer 14, the light emitting layer 13, and the n-type semiconductor layer 12 are partially removed by means such as etching. The exposed portion is the exposed surface 20 a of the laminated semiconductor layer 20. An n-type electrode 17 is formed on the exposed surface 20 a of the laminated semiconductor layer 20.
A translucent electrode 15 is laminated on the upper surface of the p-type semiconductor layer 14, and a p-type bonding pad electrode 16 is laminated on the translucent electrode 15. The translucent electrode 15 and the p-type bonding pad electrode 16 constitute a p-type electrode 18.

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AlInGa1−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-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14, a group III nitride semiconductor is preferably used, and a gallium nitride compound semiconductor is more preferably used. As the gallium nitride-based compound semiconductor constituting the n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 in the present invention, a general formula Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1,0) Semiconductors having various compositions represented by ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) can be used without any limitation.

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 light emitting device 1 of the present embodiment can emit light from the light emitting layer 13 constituting the laminated semiconductor layer 20 by passing a current between the p-type electrode 18 and the n-type electrode 17. Although it is a face-up mount type light emitting element that extracts light from the light emitting layer 13 from the side where the p-type bonding pad electrode 16 is formed, a flip chip type light emitting element that extracts light from the substrate 11 side may be used.

(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 substrate 11 include sapphire, SiC, silicon, zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, manganese zinc iron, magnesium aluminum oxide, zirconium boride, gallium oxide, indium oxide, lithium gallium oxide, and lithium oxide. A substrate formed of aluminum, neodymium gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum, strontium titanium oxide, titanium oxide, hafnium, tungsten, molybdenum, or the like can be used. Among the above substrates, it is particularly preferable to use a sapphire substrate having a c-plane as a main surface.

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 buffer layer 21 described later is formed without using ammonia. In addition, when the underlayer 22 described later is formed by a method using ammonia, the buffer layer 21 functions as a coat layer, which is effective in preventing chemical alteration of the substrate 11.

(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 buffer layer 21 may not be provided, but the difference in lattice constant between the substrate 11 and the base layer 22 is alleviated to form a C-axis oriented single crystal layer on the (0001) C plane of the substrate 11. It is preferable that it is provided to improve the crystallinity of the n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14. When the single crystal base layer 22 is stacked on the buffer layer 21, the n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 with better crystallinity can be stacked.

バッファ層21は、多結晶のAlGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlGa1−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 buffer layer 21 is preferably made of polycrystalline Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and more preferably made of single crystal Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1). preferable. In the specification, the composition ratio of each element may be omitted and described as AlGaN, GaN, or the like.
The buffer layer 21 can have a thickness of 0.01 to 0.5 μm. If the thickness of the buffer layer 21 is less than 0.01 μm, the buffer layer 21 may not sufficiently obtain an effect of relaxing the difference in lattice constant between the substrate 11 and the base layer 22. On the other hand, when the thickness of the buffer layer 21 exceeds 0.5 μm, although the function as the buffer layer 21 is not changed, the film forming process time of the buffer layer 21 becomes long and the productivity is lowered.

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 buffer layer 21 may have a polycrystalline structure or a single crystal structure. When the buffer layer 21 having such a polycrystalline structure or a single crystal structure is formed on the substrate 11 by the MOCVD method or the sputtering method, the buffer function of the buffer layer 21 works effectively. The group III nitride semiconductor thus formed becomes a crystal film having good orientation and crystallinity.

(下地層)
下地層22としては、AlGaInN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)が挙げられるが、AlGa1−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AlGa1−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 underlayer 22 include Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1), and Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) is preferable because the base layer 22 having good crystallinity can be formed.
The film thickness of the underlayer 22 is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and most preferably 1 μm or more. The Al x Ga 1-x N layer with good crystallinity is more easily obtained when the thickness of the underlayer 22 is greater than or equal to the above thickness. Further, the film thickness of the underlayer 22 is preferably 10 μm or less.
In order to improve the crystallinity of the underlayer 22, it is desirable that the underlayer 22 is not doped with impurities. However, when p-type or n-type conductivity is required, acceptor impurities or donor impurities can be added to the base layer 22.

「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-type semiconductor layer 12 includes an n-contact layer 12a (first n-type semiconductor layer) and an n-cladding layer 12b (second n-type semiconductor layer).

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、AlGa1−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/cm、好ましくは1×1018〜1×1019/cm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AlGa1−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 n contact layer 12 a is a layer for providing the n-type electrode 17.
The n-contact layer 12a is preferably composed of an Al x Ga 1-x N layer (0 ≦ x <1, preferably 0 ≦ x ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ x ≦ 0.1), Si is doped as an n-type impurity (dopant). When Si is contained in the n-contact layer 12a at a concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 20 / cm 3 , preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 , good with the n-type electrode 17 From the standpoint of maintaining a good ohmic contact. The n-type impurity used for the n-contact layer 12a is most preferably Si, but may be Si, Ge, Sn, etc., for example, and is not particularly limited.
The film thickness of the n contact layer 12a is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 1 μm or more. The film thickness of the n contact layer 12a is desirably 10 μm or less. When the film thickness of the n contact layer 12a is 0.1 μm or more, an Al x Ga 1-x N layer with good crystallinity is easily obtained.
Further, it is desirable that the n contact layer 12a is doped with an impurity. For example, when n-type conductivity is required, a donor impurity such as Si can be added.

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 layer 12 b is provided between the n contact layer 12 a and the light emitting layer 13. The n-clad layer 12b is a layer for injecting carriers into the light-emitting layer 13 and confining carriers, and also serves as a buffer layer for the light-emitting layer 13 that alleviates the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13. Function. The n clad layer 12b can be formed of AlGaN, GaN, GaInN, or the like. Needless to say, when the n-cladding layer 12b is formed of GaInN, it is desirable to make it larger than the band gap of GaInN of the light emitting layer 13.

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/cmであることが好ましく、より好ましくは1×1018〜2×1019/cmである。ドープ濃度が1×1018〜1×1020/cm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 layer 12b is doped with Si as an n-type impurity (dopant). The concentration of Si doped in the n-clad layer 12b is higher than that of the n-contact layer 12a, and is preferably in the range of 1.2 to 1.5 times that of the n-contact layer 12a. Specifically, the Si doping concentration of the n-clad layer 12b is preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 , more preferably 1 × 10 18 to 2 × 10 19 / cm 3 . A dope concentration in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 is preferable in terms of maintaining good crystallinity and reducing the operating voltage of the light-emitting element.

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 layer 12b may be a single layer, but preferably has a superlattice structure formed by alternately and repeatedly growing two types of thin film layers having different compositions.
When the n clad layer 12b is a single layer, the film thickness of the n clad layer 12b is preferably 5 to 500 nm, more preferably 5 to 100 nm.

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 layer 12b has a superlattice structure, the number of thin film layers is preferably 10 pairs (20 layers) to 40 pairs (80 layers). If the number of stacked thin film layers is 10 pairs or more, the crystal lattice mismatch between the n-clad layer 12b and the light-emitting layer 13 can be more effectively alleviated, and the output of the semiconductor light-emitting element can be further improved. Become prominent. However, if the number of stacked thin film layers exceeds 40 pairs, the superlattice structure may be easily disturbed, and the light emitting layer 13 may be adversely affected. In addition, the deposition time for the n-clad layer 12b is lengthened and productivity is lowered.

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 layer 12b includes an n-side first layer made of a group III nitride semiconductor and an n-side second layer made of a group III nitride semiconductor having a composition different from that of the n-side first layer. It is preferable that they are laminated, and it is more preferable that they include a structure in which n-side first layers and n-side second layers are alternately and repeatedly laminated.

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-cladding layer 12b are an alternating structure of GaInN / GaN and an alternating structure of AlGaN / GaN. , GaInN / AlGaN alternate structure, GaInN / GaInN alternate structure with different compositions (in the present invention, the description “different composition” refers to different elemental composition ratios), AlGaN / AlGaN with different compositions The n-side first layer and / or the n-side second layer are preferably made of a gallium nitride-based compound semiconductor containing In, specifically, a GaInN / GaN alternating structure. Alternatively, an alternate structure of GaInN / GaInN having different compositions is preferable. Further, the n-side first layer and the n-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.

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AlGaInN(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 layer 12b has a superlattice structure made of a gallium nitride-based compound semiconductor containing In, the In composition ratio is the In composition of the light emitting layer. It is preferable to make it smaller than the ratio. When the gallium nitride compound semiconductor containing In that constitutes the n-clad layer 12b is Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 <z ≦ 1, x + y + z = 1), The value of z is preferably in the range of 0.01 to 0.1, and more preferably in the range of 0.01 to 0.05. If the value of z exceeds 0.1, the reverse current of the semiconductor light emitting device 1 increases, which is not preferable.

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 layer 13 of the superlattice structure is the n-th layer thickness other than the light-emitting layer underlayer of the superlattice structure. It is preferably at least twice the maximum layer thickness of the first layer and the n-side second layer, and more preferably in the range of 2 to 20 times. Specifically, the layer thickness of the light emitting layer underlayer is preferably in the range of 2 nm to 20 nm.

(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 light emitting layer 13 preferably has a multiple quantum well structure in which barrier layers 13a and well layers 13b are alternately and repeatedly stacked. The number of stacked layers in the multiple quantum well structure is preferably 3 to 10 layers, more preferably 4 to 7 layers. The well layer and / or the barrier layer constituting the light emitting layer 13 is preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing In.

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 well layer 13b is preferably in the range of 15 angstroms or more and 50 angstroms or less. When the thickness of the well layer 13b is in the above range, higher light emission output can be obtained.
The well layer 13b is preferably a gallium nitride compound semiconductor containing In. A gallium nitride compound semiconductor containing In is preferable because it emits strong light in the blue wavelength region. The well layer 13b can be doped with impurities. As the dopant, it is preferable to use Si or Ge which enhances the emission intensity. The dope amount is preferably about 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 . When the doping amount is in the above range, the emission intensity is stronger.

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 barrier layer 13a is preferably in the range of 20 angstroms or more and less than 100 angstroms. If the thickness of the barrier layer 13a is too thin, flattening of the upper surface of the barrier layer 13a is hindered, resulting in a decrease in light emission efficiency and a decrease in aging characteristics. Moreover, when the film thickness of the barrier layer 13a is too thick, a drive voltage rises and light emission falls. Therefore, the thickness of the barrier layer 13a is more preferably 70 angstroms or less.
In addition to GaN and AlGaN, the barrier layer 13a may be formed of InGaN having a smaller In ratio than InGaN constituting the well layer 13b. Among these, GaN is preferable.

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AlGaInN(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 well layer 13a and / or the barrier layer 13b constituting the light-emitting layer 13 is formed of a gallium nitride-based compound semiconductor Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 <z ≦ 1) containing In. , X + y + z = 1), the value of z is preferably in the range of 0.03 to 0.3, and more preferably in the range of 0.05 to 0.2.

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 layer 12b has a superlattice structure in which n-side first layers and n-side second layers are alternately and repeatedly stacked, and the n-side first layer and / or the n-side second layer is In. The light emitting layer 13 has a multi-well structure in which barrier layers 13a and well layers 13b are alternately and repeatedly stacked, and the well layers 13a and / or barrier layers 13b Is made of a gallium nitride compound semiconductor containing In, the content of In contained in the gallium nitride compound semiconductor constituting the n-cladding layer 12b is included in the gallium nitride compound semiconductor constituting the light emitting layer 13. The content of In is preferably less than the In content.

(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-type semiconductor layer 14 is generally composed of a p-cladding layer 14a and a p-contact layer 14b. Further, the p contact layer 14b can also serve as the p clad layer 14a.

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、AlGa1−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-cladding layer 14a is a layer for confining carriers in the light emitting layer 13 and injecting carriers. The p-cladding layer 14a is not particularly limited as long as it has a composition larger than the band gap energy of the light-emitting layer 13 and can confine carriers in the light-emitting layer 13, but Al x Ga 1-x N (0 < x ≦ 0.4) is preferable. When the p-cladding layer 14a is made of such AlGaN, it is preferable in terms of confining carriers in the light-emitting layer 13.

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/cmであることが好ましく、より好ましくは1×1019〜1×1020/cm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-cladding layer 14a is not particularly limited, but is preferably 1 to 400 nm, and more preferably 5 to 100 nm. The p-type doping concentration of the p-cladding layer 14a is preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm 3 , more preferably 1 × 10 19 to 1 × 10 20 / cm 3 . When the p-type dope concentration is in the above range, a good p-type crystal can be obtained without reducing the crystallinity. The p-cladding layer 14a may have a superlattice structure in which thin films are stacked a plurality of times.

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-cladding layer 14a includes a superlattice structure, the p-side first layer made of a group III nitride semiconductor and the p-side second made of a group III nitride semiconductor having a composition different from that of the p-side first layer. The layers may be stacked. When the p-cladding layer 14a includes a superlattice structure, the p-cladding layer 14a may include a structure in which p-side first layers and p-side second layers are alternately and repeatedly stacked.

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-cladding layer 14a may have different compositions, for example, any composition of AlGaN, GaInN, or GaN. GaInN / GaN Alternatively, an alternate structure of AlGaN / GaN, or an alternate structure of GaInN / AlGaN may be used. In the present invention, the p-side first layer and the p-side second layer preferably have an AlGaN / AlGaN or AlGaN / GaN alternating structure.

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、AlGa1−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/cmの濃度、より好ましくは1×1019〜5×1020/cm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 p contact layer 14b is a layer for providing a positive electrode. The p contact layer 14b is preferably made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.4) in terms of maintaining good crystallinity and good ohmic contact with the p ohmic electrode. . The p contact layer 14b contains a p-type impurity (dopant) at a concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm 3 , more preferably 1 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3. When it is, it is preferable in terms of maintaining good ohmic contact, preventing the generation of cracks, and maintaining good crystallinity. Although it does not specifically limit as a p-type impurity, For example, it is preferable to use Mg. The thickness of the p contact layer 14b is not particularly limited, but is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 50 to 200 nm. When the film thickness of the p contact layer 14b is within this range, it is preferable in terms of light emission output.

(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-type electrode 17 also serves as a bonding pad, and is formed in contact with the n-type semiconductor layer 12 of the laminated semiconductor layer 20. Therefore, when forming the n-type electrode 17, at least a part of the p-semiconductor layer 14 and the light-emitting layer 13 is removed to expose the n-type semiconductor layer 12, and on the exposed surface 20 a of the n-type semiconductor layer 12. An n-type electrode 17 also serving as a bonding pad is formed. As the n-type electrode 17, various compositions and structures are known, and these known compositions and structures can be used without any limitation, and can be provided by conventional means well known in this technical field.

(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 translucent electrode 15 is laminated on the p-type semiconductor layer 14 and preferably has a small contact resistance with the p-type semiconductor layer 14. Further, the translucent electrode 15 is preferably excellent in light transmissivity in order to efficiently extract light from the light emitting layer 13 to the outside of the semiconductor light emitting element 1. In addition, the translucent electrode 15 preferably has excellent conductivity in order to diffuse current uniformly over the entire surface of the p-type semiconductor layer 14.

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(In−SnO))、IZO(酸化インジウム亜鉛(In−ZnO))、AZO(酸化アルミニウム亜鉛(ZnO−Al))、GZO(酸化ガリウム亜鉛(ZnO−Ga))、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 translucent electrode 15, any one of conductive oxide containing any one of In, Zn, Al, Ga, Ti, Bi, Mg, W, and Ce, zinc sulfide, or chromium sulfide is used. A translucent conductive material selected from the group consisting of: For example, as the conductive oxide, ITO (indium tin oxide (In 2 O 3 —SnO 2 )), IZO (indium zinc oxide (In 2 O 3 —ZnO)), AZO (zinc aluminum oxide (ZnO—Al 2 O 3 )), GZO (gallium zinc oxide (ZnO—Ga 2 O 3 )), fluorine-doped tin oxide, titanium oxide and the like.

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 translucent electrode 15 may be any structure including a conventionally known structure. The translucent electrode 15 may be formed so as to cover almost the entire surface of the p-type semiconductor layer 14 or may be formed in a lattice shape or a tree shape with a gap.

(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 bonding pad electrode 16 also serves as a bonding pad, and is laminated on the translucent electrode 15. As the p-type bonding pad electrode 16, various compositions and structures are known, and these known compositions and structures can be used without any limitation, and can be provided by conventional means well known in this technical field.
The p-type bonding pad electrode 16 can be formed anywhere as long as it is on the translucent electrode 15. For example, it may be formed at a position farthest from the n-type electrode 17 or may be formed at the center of the semiconductor light emitting device 1. However, if it is formed at a position too close to the n-type electrode 17, it is not preferable because a short circuit between wires and balls occurs when bonding.

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 bonding pad electrode 16 is as large as possible to facilitate the bonding operation, but it prevents the emission of light emission. For example, when a large area exceeding half of the area of the chip surface is covered, the extraction of light emission is hindered, and the output is significantly reduced. Conversely, if the electrode area of the p-type bonding pad electrode 16 is too small, the bonding operation becomes difficult and the product yield is reduced. Specifically, it is preferably slightly larger than the diameter of the bonding ball, and generally has a circular shape with a diameter of 100 μm.

(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(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ニオブ(Nb)、酸化タンタル(Ta)、窒化シリコン(Si)、窒化アルミニウム(AlN)等を用いることができる。このうちSiO、Al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 translucent electrode 15, the exposed surface 20a of the n-type semiconductor layer 12, the side surfaces of the light emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14, the n-type electrode 17 and the p-type bonding. The pad electrode 16 is formed so as to cover the side surface and the peripheral portion. By forming the protective film layer, it is possible to prevent moisture and the like from entering the inside of the semiconductor light emitting element 1 and to suppress deterioration of the semiconductor light emitting element 1.
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 light emitting device 1 shown in FIG. 1, first, the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2 is manufactured. In order to manufacture the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2, first, the substrate 11 such as a sapphire substrate is prepared, and the buffer layer 21 is laminated on the substrate 11 by sputtering.
In the present embodiment, since the buffer layer 21 is formed using a sputtering method, for example, compared with a case where the buffer layer 21 is formed by a method other than the sputtering method such as a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, A buffer layer 21 with good properties can be obtained. It is preferable that the crystallinity of the buffer layer 21 is good because the crystallinity of each layer provided on the buffer layer 21 is good. In particular, in the present embodiment, as will be described later, the n-clad layer 12b is doped with Si at a high concentration exceeding the n-contact layer 12a. If Si is doped in the n-cladding layer 12b at a high concentration, the crystallinity of the n-cladding layer 12b is lowered. Therefore, the Si is doped at a high concentration by forming the buffer layer 21 having good crystallinity by sputtering. By doing so, it is preferable to obtain an n-clad layer 12b having sufficiently good crystallinity even when the crystallinity is lowered.

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 buffer layer 21 is preferably formed by a sputtering method in order to obtain the buffer layer 21 with good crystallinity. However, the buffer layer 21 is formed by a method other than the sputtering method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Also good. When the buffer layer 21 is formed by the MOCVD method, the buffer layer 21 can be formed using the same apparatus as each layer provided on the buffer layer 21, and it is not necessary to move the laminated semiconductor layer 20 in the manufacturing process. The semiconductor layer 20 can be formed easily and efficiently.

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 substrate 11 provided with the buffer layer 21 is placed in the growth chamber of the MOCVD apparatus, and the base layer 22, the n contact layer 12a (first n-type semiconductor layer), and the n clad are formed on the buffer layer 21 by MOCVD. The layer 12b (second n-type semiconductor layer), the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 are sequentially stacked.

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-contact layer 12a, it is preferable to set the temperature of the substrate 11 in the range of 1000 ° C. to 1200 ° C. in a hydrogen atmosphere. By making the temperature of the substrate 11 when growing the n-contact layer 12a within the above range, the crystallinity of the n-cladding layer 12b and the light-emitting layer 13 formed on the n-contact layer 12a is further improved. Can do. On the other hand, when the temperature of the substrate 11 when the n-contact layer 12a is grown is less than 1000 ° C., the reverse current (IR) is not sufficiently lowered, or the electrostatic discharge (ESD) breakdown voltage is insufficient. There is a fear. Further, when the temperature of the substrate 11 when the n contact layer 12a is grown exceeds 1200 ° C., the output of the semiconductor light emitting device 1 may be insufficient.

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 base layer 22. In the first step of stacking the first n-type semiconductor layer constituting the n contact layer 12a on the substrate 11 on which each layer is formed, and in the second metal organic chemical vapor deposition apparatus, on the first n-type semiconductor layer, A second step of sequentially stacking a regrowth layer of the first n-type semiconductor layer constituting the n-contact layer 12a, a second n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer may be included.
Such a manufacturing method is preferable in terms of productivity. More specifically, the total film thickness of the base layer 22 and the n contact layer 12a formed on the substrate 11 may be set larger than the total film thickness from the n clad layer 12b to the p-type semiconductor layer 14. In many cases, in this case, the productivity of the semiconductor light-emitting element 1 can be improved by using both the first metal organic chemical vapor deposition apparatus and the second metal organic chemical vapor deposition apparatus.

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 n contact layer 12a is 1000 ° C. or higher. When the film forming temperature for forming the first n-type semiconductor layer is set to 1000 ° C. or higher, pits do not appear, so that a regrowth layer with high crystallinity can be obtained.
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(NH)、ヒドラジン(N)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(SiH)またはジシラン(Si)などが用いられる。 The materials for growing the n-contact layer 12a include trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) as a Ga source which is a group III source, trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA) as an Al source, and trimethyl as an In source. Indium (TMI) or triethylindium (TEI), ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ) or the like is used as an N source which is a group V raw material. As the n-type impurity (dopant) material, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), which is a Si material, is used.

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 n contact layer 12a in this way, the n clad layer 12b is laminated on the n contact layer 12a.
When growing the n-clad layer 12b, the temperature of the substrate 11 is set to a temperature lower than the temperature of the substrate 11 when the light-emitting layer 13 is formed, and the n-clad layer 12b has a high concentration of Si exceeding the n-contact layer 12a. Dope.

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(NH)、ヒドラジン(N)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(SiH)またはジシラン(Si)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 layer 12b, trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) is used as a Ga source which is a group III raw material, and trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum is used as an Al source, similarly to the n-contact layer 12a (TEA), trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) as an In source, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), or the like as an N source as a group V source. As the n-type impurity (dopant) material, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), which is a Si material, is used.
The carrier gas used when growing the n-clad layer 12b may be only nitrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas.

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/cm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 layer 12b is appropriately adjusted so that the concentration of Si doped in the n-clad layer 12b is higher than the n-contact layer 12a. . The flow rate of the Si raw material is preferably adjusted so that the Si concentration in the n-clad layer 12b is in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 . When the Si concentration in the solid phase of the n-cladding layer 12b is within the above range, the concentration of Si doped in the n-cladding layer 12b can be easily reduced to n while ensuring good crystallinity of the n-cladding layer 12b. The concentration can be higher than that of the contact layer 12a. When the Si concentration in the solid phase of the n-cladding layer 12b is less than the above range, the concentration of Si doped in the n-cladding layer 12b is low and carriers may not be sufficiently injected into the light emitting layer. Further, when the Si concentration in the solid phase of the n-cladding layer 12b exceeds the above range, the concentration of Si doped in the n-cladding layer 12b becomes too high, and the n-cladding layer 12b with good crystallinity is obtained. There may not be.

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 layer 12b may be a high concentration exceeding the n-contact layer 12a, but in the range of 1.2 to 1.5 times that of the n-contact layer 12a. Preferably there is.

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 layer 12b is grown is not particularly limited, but is preferably 15 to 100 kPa in order to obtain the n-clad layer 12b with good crystallinity, and 15 to 80 kPa. More preferably.

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 layer 12b is a step of forming the n-clad layer 12b having a superlattice structure in which two types of thin film layers having different compositions are alternately and repeatedly grown. preferable. The n-cladding layer 12b having a superlattice structure includes an n-side first layer made of a group III nitride semiconductor having a film thickness of 100 angstroms or less and a group III nitride having a film thickness of 100 angstroms or less having a different composition from the n-side first layer It is preferable to form a structure in which 20 to 40 layers of n-side second layers made of a semiconductor are alternately laminated. The n-side first layer and / or the n-side second layer is preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing In.

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 layer 13 of the superlattice structure is set below the light-emitting layer of the superlattice structure. The maximum thickness of the n-side first layer and the n-side second layer other than the base layer is preferably at least twice the maximum thickness, and more preferably in the range of 2 to 20 times. Specifically, the layer thickness of the light emitting layer underlayer is preferably in the range of 2 nm to 20 nm, and preferably about 4 nm.
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 light emitting layer 13 among the n-side first layer and the n-side second layer constituting the superlattice structure, and is therefore affected by heat when the light emitting layer 13 is formed. It is easy to receive. More specifically, the light emitting layer underlayer exposed on the surface of the n-clad layer 12b at the time when the formation of the light emitting layer 13 is started is for forming the light emitting layer 13 until it is covered with the light emitting layer 13. Exposed to heat. Thus, when the light emitting layer underlayer reaches a high temperature, In contained in the n clad layer 12b is sublimated from the light emitting layer underlayer, and the composition ratio of the n clad layer 12b changes. If In sublimates and the content of In contained in the n-clad layer 12b is insufficient, the output of the semiconductor light emitting device 1 may be hindered.

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 layer 13 is formed because it is twice or more thick. Therefore, the light-emitting layer underlayer can function as a barrier layer that prevents the heat applied to the light-emitting layer 13 from affecting the n-clad layer 12b, and the n-clad layer 12b is deteriorated and the n-clad layer 12b The influence on the semiconductor light emitting device 1 due to the change in the composition ratio can be prevented.

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 layer 12b from being affected by heat when forming 13. Further, when the layer thickness of the light emitting layer underlayer exceeds 20 times the maximum thickness of the n-side first layer and the n-side second layer other than the superlattice light-emitting layer underlayer, the effect as a barrier layer is improved. Although not shown, the time required for forming the n-clad layer 12b is undesirably long. Therefore, the layer thickness of the light emitting layer underlayer is preferably in the range of 2 to 20 times 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.

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 layer 12b in this way, the light emitting layer 13 is laminated on the n-clad layer 12b. In the present embodiment, it is preferable to form the light emitting layer 13 having a multiple quantum well structure as the light emitting layer 13.

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 light emitting layer 13 having the multiple quantum well structure can be a step of alternately and repeatedly laminating the well layers 13b and the barrier layers 13a. The barrier layer is formed on the n-type semiconductor layer 12 side and the p-type semiconductor layer 14 side. It is preferable to laminate so that the layer 13a is arranged.
The well layer 13b and / or the barrier layer 13a are preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing In, and the composition and thickness of the well layer 13b and / or the barrier layer 13a have a predetermined emission wavelength. Can be determined as appropriate.

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Tを、発光層13を形成する際の基板温度T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Tを、発光層13を形成する際の基板温度T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-cladding layer 12b, it has a low temperature below the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13. As a result, the n-cladding layer 12b with good crystallinity can be formed on the n-contact layer 12a, and the light-emitting layer 13 with good crystallinity can be formed on the n-cladding layer 12b. As a result, an n-cladding layer 12b that can satisfactorily inject and confine carriers (electrons) into the light-emitting layer 13 is obtained, and a light-emitting layer 13 that provides a high light-emission output is obtained. Further, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b, the high concentration exceeding by a low temperature of less than the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13, the n-contact layer 12a to the n-cladding layer 12b Thus, Si can be doped, so that the n-type doping concentration of the n-clad layer 12b can be increased, and carriers can be efficiently injected into the light-emitting layer 13. Therefore, according to the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the semiconductor light emitting device 1 that can obtain a high light emission output when a large current is applied is obtained.

nクラッド層12bを成長させる際の基板温度Tが、発光層13を形成する際の基板温度T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-cladding layer 12b is, if it is the substrate temperature T 2 or more when forming the light-emitting layer 13, the crystalline by doping a high concentration of Si in the n-clad layer 12b is deteriorated For this reason, the concentration of Si doped in the n-clad layer 12b may not be higher than that of the n-contact layer 12a.

nクラッド層12bを形成する際の基板温度Tは、発光層13を形成する際の基板温度T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T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T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 layer 12b may be less than the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13 is not particularly limited, is preferably 700 ° C. to 750 ° C.. If the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b is within the above range, more obtained more excellent crystallinity n-cladding layer 12b, n-side first forming the superlattice structure of the n-clad layer 12b The interface between the first layer and the n-side second layer becomes clear, and the carrier injection efficiency into the light emitting layer 13 is excellent. Further, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b is preferably a 710 ℃ ~730 ℃.

また、nクラッド層12bを成長させるときの基板温度T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Tを、容易に発光層13を形成する際の基板温度T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T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T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-cladding layer 12b, the substrate temperature during formation of the easily-emitting layer 13 when growing the n-cladding layer 12b can be less than T 2, the concentration of Si is doped in the n-cladding layer 12b, easily can be the high concentration exceeding n contact layer 12a, is sufficiently low reverse current (IR) A high-power semiconductor light emitting device 1 can be easily obtained.
In contrast, when the substrate temperature T 1 of the time of growing the n-cladding layer 12b is less than the above range, or not become reverse current (IR) is sufficiently low, electrostatic discharge (ESD) breakdown voltage is insufficient or There is a fear. Also, when the substrate temperature T 1 of the time of growing the n-cladding layer 12b is more than the above range, the concentration of Si is doped in the n-clad layer 12b can not be a high concentration exceeding n contact layer 12a, There is a risk that the output of the semiconductor light emitting device 1 will be insufficient.

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T、障壁層13aを形成する際の基板温度をT、井戸層13bを形成する際の基板温度をTとしたとき、T<T、T<T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-cladding layer 12b and the substrate temperature when forming the n-side second layer constituting the n-cladding layer 12b are as follows: , May be the same or different. As shown in FIG. 4, the substrate temperature when forming the barrier layer 13a constituting the light emitting layer 13 and the substrate temperature when forming the well layer 13b constituting the light emitting layer 13 are the same. It may be different or different. When the substrate temperature when forming the barrier layer 13a constituting the light emitting layer 13 and the substrate temperature when forming the well layer 13b constituting the light emitting layer 13 are different, the substrate temperature when forming the n clad layer 12b Is T 1 , T 3 is the substrate temperature when forming the barrier layer 13 a, and T 4 is the substrate temperature when forming the well layer 13 b, T 1 <T 3 and T 1 <T 4. it can.

また、発光層13を形成する際の基板温度Tは、nクラッド層12bを形成する際の基板温度T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T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T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 light emitting layer 13 may be higher than the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b, it is not particularly limited, so even higher light emission output can be obtained It is preferable that it is 750 degreeC-1000 degreeC, and it is more preferable that it is 750 degreeC-930 degreeC.
In the case of forming a barrier layer 13a and the well layer 13b constituting the light-emitting layer 13 at different temperatures, the substrate temperature T 3 for forming the barrier layer 13a is preferably from 750 ° C. to 1000 ° C., 770 ° C., more preferably to 950 ° C., the substrate temperature T 4 during formation of the well layer 13b is preferably 730 ° C. to 800 ° C..

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Tと、発光層13を形成する際の基板温度T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 layer 12b and the light emitting layer 13 include a gallium nitride compound semiconductor, and the content of In contained in the gallium nitride compound semiconductor is n higher than that of the light emitting layer 13. If there are fewer of the clad layer 12b, and the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b, the the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13 to be the same, there is a problem described below.
That is, if the substrate temperature is set to an optimum temperature for forming the n-clad layer 12b, the light emission output of the light emitting layer 13 may be insufficient. In addition, when the substrate temperature is set to an optimum temperature for forming the light emitting layer 13, it becomes difficult to control In of the gallium nitride compound semiconductor constituting the n-clad layer 12b with a low composition ratio. As a result, the interface between the n-side first layer and the n-side second layer constituting the superlattice structure of the n-clad layer 12b becomes rough and unclear, and the efficiency of carrier injection into the light emitting layer 13 becomes insufficient. There is.

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Tを、発光層13を形成する際の基板温度T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Tを、発光層13を形成する際の基板温度T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Tがnクラッド層12bを形成する際の基板温度T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-cladding layer 12b, and a low temperature of less than the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13, forming the n-cladding layer 12b Since In is easy to enter into the gallium nitride compound semiconductor, the n-clad layer 12b having good crystallinity is obtained, and the n-side first layer and the n-side second layer constituting the superlattice structure of the n-clad layer 12b. The interface between and becomes clearer. As a result, the n-clad layer 12b having excellent carrier injection efficiency into the light emitting layer 13 is obtained.
In the present embodiment, the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b, since the low temperature of less than the substrate temperature T 2 at the time of forming the light emitting layer 13, high emission light-emitting layer 13 Output Can be manufactured at an appropriate substrate temperature. Incidentally, the light-emitting layer 13, when the content of In contained in the gallium nitride compound semiconductor is assumed greater than n cladding layer 12b, the substrate temperature T 2 is n-cladding layer 12b at the time of forming the light-emitting layer 13 be higher than the substrate temperature T 1 of the time of forming, a problem due to in is not easily enter the gallium nitride-based compound semiconductor constituting the light-emitting layer 13 is less likely to occur.

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-type semiconductor layer 14 on the light emitting layer 13 thus obtained, the p-cladding layer 14a and the p-contact layer 14b may be sequentially stacked. When the p-cladding layer 14a is a layer including a superlattice structure, the p-side first layer made of a group III nitride semiconductor having a thickness of 100 angstroms or less and a film having a composition different from that of the p-side first layer are used. A p-side second layer made of a group III nitride semiconductor having a thickness of 100 angstroms or less may be alternately and repeatedly stacked.
In this embodiment, since the p-clad layer 14a is formed by MOCVD, a superlattice structure can be formed more efficiently than when the p-clad layer 14a is formed by sputtering or the like.
As described above, the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2 is manufactured.

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 translucent electrode 15 is laminated on the p-type semiconductor layer 14 of the laminated semiconductor layer 20, and the transparent material layer other than the predetermined region is removed by, for example, a generally known photolithography technique. The light transmitting electrode 15 is used.
Subsequently, patterning is performed by, for example, a photolithography technique, a part of the laminated semiconductor layer 20 in a predetermined region is etched to expose a part of the n contact layer 12a, and an n-type is formed on the exposed surface 20a of the n contact layer 12a. The electrode 17 is formed.
Next, a p-type bonding pad electrode 16 is formed on the translucent electrode 15.
Thereafter, the substrate 11 is divided (chiped), whereby the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

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Tを、発光層13を形成する際の基板温度T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 light emitting device 1 of the present embodiment, in the step of forming the n-cladding layer 12b, and the substrate temperature T 1 of the time of forming the n-cladding layer 12b, the substrate temperature during the formation of the light-emitting layer 13 T 2 Since the n-clad layer 12b is doped with Si at a high concentration exceeding the n-contact layer 12a at a low temperature of less than the n-type, the n-type doping concentration of the n-clad layer 12b can be increased and the n-type cladding layer 12b In addition, the n-clad layer 12b having good crystallinity can be formed, and the light-emitting layer 13 having good crystallinity capable of obtaining strong emission intensity can be formed on the n-clad layer 12b. As a result, according to the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the semiconductor light emitting device 1 that can obtain a high light emission output by applying a large current exceeding 20 mA, for example, is obtained.

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 light emitting device 1 of the present embodiment is a semiconductor light emitting device manufactured by using the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, and the n contact layer 12a and the n clad layer 12b are formed on the substrate 11. And the light emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14 are laminated, and the n clad layer 12b is doped with Si at a high concentration exceeding the n contact layer 12a. The semiconductor light emitting device 1 can be injected and a high light emission output can be obtained by applying a large current.

『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 light emitting element 1 shown in FIG. The lamp 3 shown in FIG. 3 is a shell type, and the semiconductor light emitting element 1 shown in FIG. 1 is used. As shown in FIG. 3, the p-type bonding pad electrode 16 of the semiconductor light emitting device 1 is bonded to one of the two frames 31 and 32 (the frame 31 in FIG. 3) with a wire 33, and n of the semiconductor light emitting device 1. The semiconductor light emitting element 1 is mounted by bonding the mold electrode 17 (bonding pad) to the other frame 32 with a wire 34. Further, the periphery of the semiconductor light emitting element 1 is sealed with a mold 35 made of a transparent resin.

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 lamp 3 of the present embodiment uses the semiconductor light emitting element 1 described above, a high light emission output can be obtained.

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 lamp 3 of the present embodiment, and mechanical devices such as automobiles incorporating such electronic devices are expensive. The semiconductor light emitting device 1 capable of obtaining a light emission output is provided. In particular, in an electronic device driven by a battery such as a backlight, a mobile phone, a display, a game machine, and an illumination, an excellent product including the semiconductor light emitting element 1 capable of obtaining a high light emission output can be provided, which is preferable.

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 light emitting device 1 shown in FIG. 1 was manufactured by the following method.

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 buffer layer 21 made of AlN was formed on a circular substrate 11 made of sapphire by a sputtering method. Next, the substrate 11 provided with the buffer layer 21 is placed in the growth chamber of the MOCVD apparatus, and the base layer 22 made of undoped GaN having a thickness of 5 μm, the n contact layer 12a made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 3 μm, n The n-cladding layer 12b, the barrier layer and the well layer having a superlattice structure obtained by repeatedly growing 20 pairs of thin film layers composed of the first side layer and the second n-side layer were stacked six times, and finally the barrier layer was provided. A light emitting layer 13 having a multiple quantum well structure, a 0.01 μm thick Mg-doped single layer Al 0.07 Ga 0.93 N p-cladding layer 14 a, and a 0.15 μm-thick Mg doped p-type GaN p-contact layer 14 b Laminated in order.

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 light emitting device 1 of Example 1, the n contact layer 12a, the n cladding layer 12b, and the light emitting layer 13 were grown under the growth conditions shown in Table 1 and below.

Figure 2011138893
Figure 2011138893

「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-contact layer 12a”
The flow rate of the Si raw material was adjusted so that the Si concentration was 5 × 10 18, and the n-contact layer 12a made of GaN having the Si concentration shown in Table 1 was grown.

「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(SiH)を用い、Si濃度が7×1018/cmのnクラッド層12bを成長させた。
“Deposition conditions for n-clad layer 12b”
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-cladding layer 12b having a structure was grown. In addition, as shown in Table 1, the layer thickness (4 nm) of the light emitting layer underlayer disposed closest to the light emitting layer 13 in the superlattice structure is the thickness of the first layer and the second layer other than the light emitting layer underlayer. (2 nm).
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 layer 12b having a Si concentration of 7 × 10 18 / cm 3 was grown.

「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 light emitting layer 13”
A multi-well light-emitting layer 13 is formed by alternately and repeatedly stacking a 5 nm thick barrier layer made of Si-doped GaN and a 3.5 nm thick well layer made of Ga 0.85 In 0.15 N. Grown up. The substrate temperature for forming the barrier layer and the well layer was 770 ° C. as shown in Table 1.

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 buffer layer 21, the base layer 22, the n contact layer 12a, the p clad layer 14a, and the p contact layer 14b were formed under normal conditions well known in the technical field.

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 translucent electrode 15 made of ITO having a thickness of 200 nm was formed on the p-contact layer 14b by a generally known photolithography technique.
Next, etching is performed using a photolithography technique to expose the n-contact layer 12a in a desired region, and the Ti / Au double-layer n-type electrode 17 is formed on the exposed surface 20a of the n-contact layer 12a. Formed.
Further, on the translucent electrode 15, a p-type bonding pad structure 16 having a three-layer structure composed of a metal reflective layer made of 200 nm Al, a barrier layer made of 80 nm Ti, and a bonding layer made of 1100 nm Au, It formed using the technique of photolithography.
Thereafter, the substrate 11 was divided (chiped) to obtain the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 shown in FIG.

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 light emitting device 1 of Example 1 obtained in this way, the Si doping concentration of the n contact layer 12a is 5 × 10 18 cm −3 as shown in Table 1, and the Si doping concentration of the n cladding layer 12b. Is 7 × 10 18 cm −3 as shown in Table 1, the Mg doping concentration of the p contact layer 14 b is 5 × 10 19 cm −3 , and the Mg doping concentration of the p cladding layer 14 a is 1 × 10 19 cm 3. -3 .

(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 light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature when forming the n-clad layer 12b was 730 ° C. as shown in Table 1.

(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 n contact layer 12a, and in the second metal organic chemical vapor deposition apparatus, the first n-type semiconductor A second layer of a regrowth layer having a thickness of 0.2 μm, an n-cladding layer 12b, a light-emitting layer 13, a p-cladding layer 14a, and a p-contact layer 14b, which constitute the n-contact layer 12a, is sequentially stacked on the layer. The semiconductor light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the steps were performed and the substrate temperature when forming the n-clad layer 12b was 710 ° C. as shown in Table 1.
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 light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the Si concentration of the n-clad layer 12b was changed to the Si concentration shown in Table 1.
(Example 6) (Example 7)
The layer thickness of the light emitting layer underlayer disposed closest to the light emitting layer 13 of the superlattice structure is set to the thickness shown in Table 1, and the light emitting layer underlayer with respect to the thickness of the first layer and the second layer other than the light emitting layer underlayer A semiconductor light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the film thickness was a multiple (magnification) shown in Table 1.
(Example 8)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the n-cladding layer 12b was a single layer having a thickness of 20 nm made of GaN having a Si concentration shown in Table 1.

(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 light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature when forming the n-clad layer 12b was 780 ° C. as shown in Table 1.
(Comparative Example 2)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature when forming the n-clad layer 12b was 800 ° C. as shown in Table 1.

(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 light emitting device 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the Si concentration of the n-clad layer 12b was 1 × 10 18 cm −3 as shown in Table 1.

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 layer 12 b is lower than the substrate temperature during the growth of the light emitting layer 13. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the substrate temperature during the growth of the n-clad layer 12 b is higher than the substrate temperature during the growth of the light emitting layer 13. Further, in Comparative Example 3, the Si concentration of the n-clad layer 12b is lower than those in Examples 1 to 8.

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 light emitting devices 1 of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 thus obtained were mounted in a TO-18 can package, and the light emission output in the range of applied current 0 to 100 mA by a tester. (Po; mW) was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2011138893
Figure 2011138893

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 SYMBOLS 1 ... Semiconductor light-emitting device, 3 ... Lamp, 12 ... n-type semiconductor layer, 12a ... n contact layer (1st n-type semiconductor layer), 12b ... n clad layer (2nd n-type semiconductor layer), 13 ... Light-emitting layer, 14 ... p-type semiconductor layer.

Claims (11)

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。
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請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 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. 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/cmの範囲であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。 3. The semiconductor according to claim 1, wherein a concentration of Si doped in the step of forming the second n-type semiconductor layer is in a range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3. Manufacturing method of light emitting element. 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請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   4. The semiconductor according to claim 1, further comprising 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. 5. Manufacturing method of light emitting element. 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.
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請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。   6. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 5, wherein the layer thickness of the light-emitting layer underlayer is in the range of 2 nm to 20 nm. 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、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.
請求項1〜請求項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。
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.
請求項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。   A lamp comprising the semiconductor light emitting device according to claim 8. 請求項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。   An electronic device comprising the lamp according to claim 9 incorporated therein. 請求項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。   11. A mechanical apparatus in which the electronic device according to claim 10 is incorporated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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