JP2011151422A - p型AlGaN層およびIII族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、マグネシウムをドープしたp型AlxGa1−xN層であって、アルミニウム組成比xが0.23以上0.3未満の範囲であり、かつキャリア濃度が5×1017/cm3以上であるか、アルミニウム組成比xが0.3以上0.4未満の範囲であり、かつキャリア濃度が3.5×1017/cm3以上であるか、または、アルミニウム組成比xが0.4以上0.5未満の範囲であり、かつキャリア濃度が2.5×1017/cm3以上であることを特徴とするp型AlGaN層である。
【選択図】図9
Description
(1)マグネシウムをドープしたp型AlxGa1−xN層であって、アルミニウム組成比xが0.23以上0.3未満の範囲であり、かつキャリア濃度が5×1017/cm3以上であるか、アルミニウム組成比xが0.3以上0.4未満の範囲であり、かつキャリア濃度が3.5×1017/cm3以上であるか、または、アルミニウム組成比xが0.4以上0.5未満の範囲であり、かつキャリア濃度が2.5×1017/cm3以上であることを特徴とするp型AlGaN層。
実施例1は、図1および図2に示す成長炉内に歪緩衝層を有するAlNテンプレート基板を配置し、10kPa下1050℃へ昇温後、第1工程としてIII族原料ガス(TMG流量:4sccm、TMA流量:5sccm)を流しながら、キャリアガス(N2とH2の混合、流量:50slm)、V族原料ガス(NH3,流量:15slm)、およびCP2Mgガス(流量:50sccm)を15秒間(供給時間t1)供給し、その後、第2工程としてIII族原料ガスの流量のみを変えて、TMG流量を20sccm、TMA流量を25sccmとし、60秒間III族原料ガス、キャリアガス、V族原料ガス、およびCP2Mgガスを供給(供給時間t2)し、これらを交互に120回繰り返すことにより、厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した(なお、上記流量の単位の「sccm」は、1atm(大気圧:1013hPa)、0℃で1分間当たりに流れるガスの量(cm3)を表わしたものである。)。なお、第1工程では初期核は成長するものの層成長はせず、第2工程における結晶成長速度は0.15nm/sであった。また、第1工程のIII族原料ガス流量に対応する、計算上の成長速度は、0.03nm/sであった。
実施例2は、供給時間t2を30秒とし、繰り返し回数を240回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
実施例3は、供給時間t2を45秒とし、繰り返し回数を180回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
実施例4は、供給時間t2を120秒とし、繰り返し回数を60回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
実施例5は、供給時間t2を7200秒、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
参考例は、第1工程としてIII族原料ガスを流さず、初期核も成長しないようにした以外は、実施例5と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
比較例1は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を7200秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
これら実施例1〜5、参考例および比較例1について、ランプアニール炉を用いて、窒素雰囲気下中、800℃にて5分間アニールを実施した後、渦電流式シート抵抗測定装置(MODEL1318,LEHIGHTON社製)を用いて、p型AlGaN層の面内比抵抗を測定した。これらの値から活性化深さを0.5μm、易動度を5として、計算されるキャリア濃度を見積もった結果を表2に示す。
実施例6は、図1および図2に示す成長炉内に歪緩衝層を有するAlNテンプレート基板を配置し、10kPa下1050℃へ昇温後、第1工程としてIII族原料ガス(TMG流量:5sccm)を流しながら、キャリアガス(N2とH2の混合、流量:50slm)、V族原料ガス(NH3,流量:15slm)およびCP2Mgガス(流量:50sccm)を15秒間(供給時間t1)供給し、その後、第2工程としてIII族原料ガスの流量のみを変え、TMG流量を20sccmとして60秒間III族原料ガス、キャリアガス、V族原料ガス、およびCP2Mgガスを供給(供給時間t2)し、これらを交互に120回繰り返すことにより、厚さ1080nmのp型GaN層を形成した。なお、第1工程では初期核は成長するものの層成長はせず、第2工程における結晶成長速度は0.15nm/sであった。また、第1工程のIII族原料ガス流量に対応する、計算上の成長速度は、0.02nm/sであった。
実施例7は、図1および図2に示す成長炉内に歪緩衝層を有するAlNテンプレート基板を配置し、10kPa下1050℃へ昇温後、第1工程としてIII族原料ガス(TMG流量:2sccm、TMA流量:5sccm)を流しながら、キャリアガス(N2とH2の混合、流量:50slm)、V族原料ガス(NH3,流量:15slm)、およびCP2Mgガス(流量:50sccm)を15秒間(供給時間t1)供給し、その後、第2工程としてIII族原料ガスの流量のみを変え、TMG流量を20sccm、TMA流量を45sccmとして60秒間III族原料ガス、キャリアガス、V族原料ガス、およびCP2Mgガスを供給(供給時間t2)し、これらを交互に120回繰り返すことにより、厚さ1080nmのp型Al0.36Ga0.64N層を形成した。なお、第1工程では初期核は成長するものの層成長はせず、第2工程における結晶成長速度は0.15nm/sであった。また、第1工程のIII族原料ガス流量に対応する、計算上の成長速度は、0.02nm/sであった。
実施例8は、第1工程としてIII族原料ガス(TMG流量:2sccm、TMA流量:6sccm)を流しながら、キャリアガス(N2とH2の混合、流量:50slm)、V族原料ガス(NH3,流量:15slm)、およびCP2Mgガス(流量:50sccm)を15秒間(供給時間t1)供給し、その後、第2工程としてIII族原料ガスの流量のみを変え、TMG流量を20sccm、TMA流量を65sccmとして60秒間III族原料ガス、キャリアガス、V族原料ガス、およびCP2Mgガスを供給(供給時間t2)し、これらを交互に繰り返したこと以外は、実施例7と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.43Ga0.57N層を形成した。なお、第1工程では初期核は成長するものの層成長はせず、第2工程における結晶成長速度は0.15nm/sであった。また、第1工程のIII族原料ガス流量に対応する、計算上の成長速度は、0.02nm/sであった。
比較例2は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を7200秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例6と同様の方法により厚さ1080nmのp型GaN層を形成した。
比較例3は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を7200秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例1と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.23Ga0.77N層を形成した。
比較例4は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を7200秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例7と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.36
Ga0.64N層を形成した。
比較例5は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を7200秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例8と同様の方法により厚さ1080nmのp型Al0.43
Ga0.57N層を形成した。
図6に示すように、サファイア基板上にAlN歪緩衝層を有する、AlNテンプレート基板上に、超格子歪緩衝層(AlN/GaN,層厚:600nm)、n型Al0.23Ga0.77N層(層厚:1300nm)、発光層(AlInGaN,層厚:150nm)、p型Al0.36Ga0.64Nブロック層(層厚:20nm)、p型Al0.23Ga0.77Nクラッド層(層厚:180nm)、p型GaNコンタクト層(層厚:20nm)をMOCVD法により成長させ、III族窒化物半導体発光素子を形成した。
ここで、p型Al0.36Ga0.64Nブロック層は、供給時間t1を15秒、供給時間t2を45秒とし、繰り返し回数を3回としたこと以外は、実施例7と同様の方法により形成した。
実施例10は、図6に示すように、サファイア基板上にAlN歪緩衝層を有する、AlNテンプレート基板上に、超格子歪緩衝層(AlN/GaN,層厚:600nm)、n型Al0.23Ga0.77N層(層厚:1300nm)、発光層(AlInGaN,層厚:150nm)、p型Al0.43Ga0.57Nブロック層(層厚:20nm)、p型Al0.23Ga0.77Nクラッド層(層厚:180nm)、p型GaNコンタクト層(層厚:20nm)をMOCVD法により成長させ、III族窒化物半導体発光素子を形成した。
ここで、p型Al0.43Ga0.57Nブロック層は、供給時間t1を10秒、供給時間t2を45秒とし、繰り返し回数を3回としたこと以外は、実施例8と同様の方法により形成した。
比較例6は、供給時間t1を0秒、供給時間t2を135秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例9と同様の方法によりp型Al0.36Ga0.44Nブロック層を有するIII族窒化物半導体発光素子を形成した。
比較例7は、供給時間t1を0秒とし、供給時間t2を135秒とし、繰り返し回数を1回としたこと以外は、実施例10と同様の方法によりp型Al0.43Ga0.57Nブロック層を有するIII族窒化物半導体発光素子を形成した。
実施例9および比較例6について、SIMS(二次イオン質量分析計)を用いて、発光素子中のp型AlGaNブロック層中のマグネシウム濃度を測定した結果をそれぞれ図7および図8に示す。
さらに、これら実施例9、10および比較例6、7について、マルチチャネル型分光器(C10082CAH,浜松ホトニクス社製)を用いて、裏面出射のEL出力測定を実施した。これらの結果を表4に示す。
102 第2ガス供給口 103 成長炉
104 水素ガス 105 窒素ガス
106 TMA 107 TMG
108 CP2Mg 109 アンモニア
110 サセプタ 111 下地基板
112 AlGaN層
200 III族窒化物半導体発光素子 201 下地基板
202 AlN歪緩衝層 203 超格子歪緩衝層
204 n型窒化物半導体層 205 発光層
206 p型AlGaNブロック層 207 p型AlGaNガイド層
208 p型AlGaNクラッド層 209 p型GaNコンタクト層
Claims (2)
- マグネシウムをドープしたp型AlxGa1−xN層であって、
アルミニウム組成比xが0.23以上0.3未満の範囲であり、かつキャリア濃度が5×1017/cm3以上であるか、アルミニウム組成比xが0.3以上0.4未満の範囲であり、かつキャリア濃度が3.5×1017/cm3以上であるか、または、アルミニウム組成比xが0.4以上0.5未満の範囲であり、かつキャリア濃度が2.5×1017/cm3以上であることを特徴とするp型AlGaN層。 - 請求項1に記載のp型AlxGa1−xN層を含むIII族窒化物半導体発光素子。
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