JP2012119390A - Method of manufacturing semiconductor light-emitting element, semiconductor light-emitting element, lamp, electronic apparatus, and mechanical device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting element in which degradation of crystallinity of a light-emitting layer caused by the lattice relaxation of a second n-type semiconductor layer hardly occurs and has high output and low operating voltage, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor light-emitting element comprises: a first step of sequentially stacking a ground layer having a composition of AlInGaN (0≤x<1, 0≤y<1, and 0≤x+y<1), a first n-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer on a substrate and then lowering the substrate temperature to 400°C or less; and a second step of forming a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer, which has a higher In composition than the second n-type semiconductor layer, on the second n-type semiconductor layer and then sequentially stacking a light-emitting layer and a p-type semiconductor layer.

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、機械装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting element, a semiconductor light emitting element, a lamp, an electronic device, and a mechanical device.

近年、短波長の光を発光する半導体発光素子用の半導体材料として、III族窒化物半導体が注目を集めている。一般にIII族窒化物半導体は、サファイア単結晶を始めとする種々の酸化物結晶、炭化珪素単結晶またはIII−V族化合物半導体単結晶等を基板として、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE法)あるいは水素化物気相エピタキシー法(HVPE法)等によって積層されて形成される。   In recent years, group III nitride semiconductors have attracted attention as semiconductor materials for semiconductor light emitting devices that emit light of short wavelengths. In general, group III nitride semiconductors use various oxide crystals such as sapphire single crystal, silicon carbide single crystal, or group III-V compound semiconductor single crystal as a substrate, and metal organic vapor phase chemical reaction method ( MOCVD method), molecular beam epitaxy method (MBE method), hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method), or the like.

現在のところ広く一般に採用されている結晶成長方法は、基板としてサファイアやSiC、GaN、AlN等を用い、その上に有機金属気相化学反応法(MOCVD法)を用いて作製する方法である。たとえば、前述の基板を設置した反応管内にIII族の有機金属化合物とV族の原料ガスを用い、温度700℃〜1200℃程度の領域でn型半導体層、発光層およびp型半導体層を成長させる。
そして、各半導体層の成長後、基板もしくはn型半導体層に負極を形成し、p型半導体層に正極を形成することによって発光素子が得られる。
At present, a crystal growth method that is widely adopted is a method of using sapphire, SiC, GaN, AlN, or the like as a substrate and using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) thereon. For example, an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are grown in a temperature range of 700 ° C. to 1200 ° C. using a group III organometallic compound and a group V source gas in a reaction tube in which the above-described substrate is installed. Let
Then, after the growth of each semiconductor layer, a negative electrode is formed on the substrate or the n-type semiconductor layer, and a positive electrode is formed on the p-type semiconductor layer, whereby a light emitting element is obtained.

しかしながら、基板上に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場合、これらの層が同一の成長室内で形成されるため、n型半導体層を形成する際に用いた不純物が成長室内に付着する。そのため、成長室内に付着した不純物がp型半導体層に混入し、p型半導体層の結晶性を低下させるという問題が生じていた。
このような問題を解決する技術としては、形成する半導体層の導電型に対応した複数の独立した成長室を用いて、導電型の異なる複数の半導体層を基板上に成膜する方法が提案されている(特許文献1)。
However, when an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially and sequentially stacked on a substrate, these layers are formed in the same growth chamber. The used impurities adhere to the growth chamber. Therefore, there is a problem that impurities attached to the growth chamber are mixed in the p-type semiconductor layer and the crystallinity of the p-type semiconductor layer is lowered.
As a technique for solving such a problem, a method of forming a plurality of semiconductor layers having different conductivity types on a substrate using a plurality of independent growth chambers corresponding to the conductivity type of the semiconductor layer to be formed has been proposed. (Patent Document 1).

また、n型半導体層は一般的に、負極を設けるための層である第一n型半導体層と、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を緩和させる機能を有する第二n型半導体層と、から構成されている。また、発光層は、発光波長を調整するために組成を調整したInGaNから構成されているため、発光層の格子定数と第一n型半導体層の格子定数とは大きく異なる。このため、第二n型半導体層は、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を緩和させることが求められる。このため、第二n型半導体層は膜厚が大きく、かつ、高濃度のインジウムが含有されていることが求められる。   In addition, the n-type semiconductor layer generally has a function of relaxing the mismatch of the crystal lattice between the first n-type semiconductor layer, which is a layer for providing a negative electrode, and the first n-type semiconductor layer and the light emitting layer. And a second n-type semiconductor layer. Further, since the light emitting layer is made of InGaN whose composition is adjusted to adjust the emission wavelength, the lattice constant of the light emitting layer and the lattice constant of the first n-type semiconductor layer are greatly different. For this reason, the second n-type semiconductor layer is required to relax crystal lattice mismatch between the first n-type semiconductor layer and the light emitting layer. For this reason, the second n-type semiconductor layer is required to have a large film thickness and contain a high concentration of indium.

特開平7-45538号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-45538

しかし、第二n型半導体層の組成は第一n型半導体層の組成と異なるため、互いの格子定数も異なる。また、高濃度のインジウムを第二n型半導体層に含有させると、インジウムにより電子状態が変化するため、結晶中の原子間力が変化(格子緩和)する。このため、高濃度のインジウムを含有させた第二n型半導体層を、臨界膜厚を超える厚さで第一n型半導体層上に成長させると、第二n型半導体層を構成する原子に原子間力の変化を回避する方向の力が働く。また、第二n型半導体層を構成する結晶中に転位が発生することによって、第二n型半導体層中の歪みエネルギーが放出され、格子緩和が生じる。このため、第二n型半導体層の膜厚を大きくすると、第二n型半導体層は本来の格子定数に近づいた状態で成長する。このため、第二n型半導体層の結晶性が低下し、その後の工程において、結晶性の高い発光層を形成することができない。
一方、第二n型半導体層の膜厚を薄くすると、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を十分に緩和することができないため、その後の工程において、結晶性の高い発光層を形成することができない。また、第二n型半導体層のIn組成を低くすると、第二n型半導体層は本来の格子定数に近づいた状態で成長するため、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を十分に緩和することができない。そのため、その後の工程において、結晶性の高い発光層を形成することができない。このため、発光層の結晶性低下に起因する半導体発光素子の発光出力の低下が問題となっていた。
However, since the composition of the second n-type semiconductor layer is different from the composition of the first n-type semiconductor layer, their lattice constants are also different. In addition, when high concentration of indium is contained in the second n-type semiconductor layer, the electronic state is changed by indium, so that the atomic force in the crystal changes (lattice relaxation). For this reason, when the second n-type semiconductor layer containing a high concentration of indium is grown on the first n-type semiconductor layer with a thickness exceeding the critical thickness, atoms constituting the second n-type semiconductor layer are formed. Forces in a direction that avoids changes in interatomic forces work. Further, when dislocations are generated in the crystals constituting the second n-type semiconductor layer, strain energy in the second n-type semiconductor layer is released, and lattice relaxation occurs. For this reason, when the film thickness of the second n-type semiconductor layer is increased, the second n-type semiconductor layer grows in a state close to the original lattice constant. For this reason, the crystallinity of the second n-type semiconductor layer is lowered, and a light-emitting layer with high crystallinity cannot be formed in the subsequent steps.
On the other hand, if the film thickness of the second n-type semiconductor layer is reduced, the crystal lattice mismatch between the first n-type semiconductor layer and the light-emitting layer cannot be sufficiently relaxed. High light emitting layer cannot be formed. Further, when the In composition of the second n-type semiconductor layer is lowered, the second n-type semiconductor layer grows in a state close to the original lattice constant, so that the crystal lattice between the first n-type semiconductor layer and the light emitting layer is increased. This inconsistency cannot be alleviated sufficiently. Therefore, a light-emitting layer with high crystallinity cannot be formed in the subsequent steps. For this reason, the fall of the light emission output of the semiconductor light-emitting device resulting from the crystallinity fall of a light emitting layer has been a problem.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第二n型半導体層の格子緩和に起因する発光層の結晶性の低下が生じにくく、高出力、かつ、低動作電圧の半導体発光素子およびその製造方法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 it is difficult for the crystallinity of the light-emitting layer to be lowered due to lattice relaxation of the second n-type semiconductor layer, and the semiconductor light-emitting device has a high output and a low operating voltage. It is an object to provide a manufacturing method thereof.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕 基板上にAlInGa1−x−yNなる組成(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)の下地層、第一n型半導体層および第二n型半導体層を順次積層した後に、前記基板温度を400℃以下に降温する第一工程と、前記第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層を形成した後に、発光層およびp型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔2〕 前記第一工程が第一有機金属化学気相成長装置において行われ、前記第二工程が第二有機金属化学気相成長装置において行われ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〕 前記第一工程において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で前記基板温度を400℃以下に降温することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔4〕 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力15kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜900℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔2〕または〔3〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔5〕 前記再成長層を、10nm〜200nmの膜厚で形成することを特徴とする〔1〕乃至〔4〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔6〕 前記再成長層に、Inを1%〜5%の組成で含有させることを特徴とする〔1〕乃至〔5〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔7〕 前記再成長層を形成する際の基板温度を、600℃〜900℃とすることを特徴とする〔1〕乃至〔6〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔8〕 基板上に下地層と第一n型半導体層と第二n型半導体層と、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層と、発光層と、p型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。
〔9〕 前記再成長層が、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることを特徴とする〔8〕に記載の半導体発光素子。
〔10〕 前記再成長層に、Inが1%〜5%の組成で含有されていることを特徴とする〔7〕または〔9〕に記載の半導体発光素子。
〔11〕 〔8〕乃至〔10〕のいずれか一項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。
〔12〕 〔11〕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。
〔13〕 〔12〕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。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] An underlayer having a composition of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1), a first n-type semiconductor layer, and a first n-type semiconductor layer on a substrate A first step of lowering the substrate temperature to 400 ° C. or less after sequentially laminating two n-type semiconductor layers, and a higher In composition than the second n-type semiconductor layer on the second n-type semiconductor layer, And a second step of sequentially laminating a light emitting layer and a p-type semiconductor layer after forming a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer.
[2] The semiconductor according to [1], wherein the first step is performed in a first metal organic chemical vapor deposition apparatus, and the second step is performed in a second metal organic chemical vapor deposition apparatus. Manufacturing method of light emitting element.
[3] In the first step, the temperature of the substrate is lowered to 400 ° C. or lower in an atmosphere containing nitrogen and ammonia. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to either [1] or [2] Method.
[4] Before forming the regrowth layer, in the second organometallic chemical vapor deposition apparatus, in an atmosphere containing nitrogen and ammonia, a pressure of 15 kPa to 100 kPa and a substrate temperature of 500 ° C. to 900 ° C. The method for producing a semiconductor light-emitting element according to any one of [2] or [3], wherein a heat treatment is performed in step [2].
[5] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [4], wherein the regrowth layer is formed with a thickness of 10 nm to 200 nm.
[6] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [5], wherein the regrown layer contains In at a composition of 1% to 5%.
[7] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [6], wherein a substrate temperature in forming the regrowth layer is 600 ° C. to 900 ° C.
[8] An underlayer, a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer having an In composition higher than that of the second n-type semiconductor layer on the substrate; A semiconductor light emitting device in which a light emitting layer and a p-type semiconductor layer are stacked.
[9] The semiconductor light emitting element according to [8], wherein the regrowth layer is formed with a thickness of 10 nm to 200 nm.
[10] The semiconductor light emitting device according to [7] or [9], wherein the regrown layer contains In at a composition of 1% to 5%.
[11] A lamp comprising the semiconductor light emitting device according to any one of [8] to [10].
[12] An electronic device in which the lamp according to [11] is incorporated.
[13] A mechanical apparatus in which the electronic device according to [12] is incorporated.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、AlInGa1−x−yNなる組成(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)の下地層、第一n型半導体層および第二n型半導体層を順次積層した後に前記基板温度を400℃以下に降温することにより、第二n型半導体層の成長を停止するとともに、第一n型半導体層と第二n型半導体層の熱膨張係数差に起因した熱的歪みを緩和できる。また、第二n型半導体層の表面マイグレーションが増加し、第二n型半導体層の結晶性が向上する。また、第二n型半導体層の成長を停止する際に基板温度を400℃以下に降温することにより、第二n型半導体層表面からの窒素の昇華が防がれ、第二n型半導体層表面の結晶性低下を防ぐことができる。
また、第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層の再成長層を形成することにより、第二n型半導体層全体の膜厚を大きくできる。また、第二n型半導体層上に前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い(In濃度の高い)再成長層を形成することにより、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、第二n型半導体層形成後の工程において、結晶性の高い発光層を第二n型半導体層上に形成できる。このため、半導体発光素子の発光出力を向上できる。
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, an underlayer having a composition of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1), After sequentially laminating the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer, the substrate temperature is lowered to 400 ° C. or lower to stop the growth of the second n-type semiconductor layer, and Thermal strain due to the difference in thermal expansion coefficient of the second n-type semiconductor layer can be alleviated. Further, the surface migration of the second n-type semiconductor layer is increased, and the crystallinity of the second n-type semiconductor layer is improved. Further, when the growth of the second n-type semiconductor layer is stopped, the substrate temperature is lowered to 400 ° C. or lower, so that sublimation of nitrogen from the surface of the second n-type semiconductor layer is prevented, and the second n-type semiconductor layer It is possible to prevent the surface crystallinity from being lowered.
Further, by forming a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer on the second n-type semiconductor layer, the entire thickness of the second n-type semiconductor layer can be increased. In addition, a regrowth layer having a higher In composition (higher In concentration) than the second n-type semiconductor layer is formed on the second n-type semiconductor layer, thereby forming a gap between the first n-type semiconductor layer and the light emitting layer. The crystal lattice mismatch can be relaxed. For this reason, the light emitting layer with high crystallinity can be formed on the second n-type semiconductor layer in the step after the formation of the second n-type semiconductor layer. For this reason, the light emission output of the semiconductor light emitting element can be improved.

本発明の半導体発光素子によれば、第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層の再成長層が形成されていることにより、第二n型半導体層全体の膜厚が臨界膜厚を超える厚さで形成されていても、第二n型半導体層の格子緩和を防ぐことができる。また、第二n型半導体層上に前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い再成長層が形成されているため、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、結晶性の高い発光層が形成され、半導体発光素子の発光出力を向上できる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, since the regrowth layer of the second n-type semiconductor layer is formed on the second n-type semiconductor layer, the film thickness of the entire second n-type semiconductor layer is critical. Even if the thickness exceeds the thickness, lattice relaxation of the second n-type semiconductor layer can be prevented. In addition, since a regrowth layer having an In composition higher than that of the second n-type semiconductor layer is formed on the second n-type semiconductor layer, a crystal lattice defect between the first n-type semiconductor layer and the light emitting layer is eliminated. Alignment can be relaxed. For this reason, a light emitting layer with high crystallinity is formed, and the light emission output of a semiconductor light emitting element can be improved.

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 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.

以下、本発明の半導体発光素子1について、図1を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the semiconductor light emitting device 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that the drawings referred to in the following description may show the characteristic portions in an enlarged manner for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately changed and implemented without changing the gist thereof.

図1は、本発明の半導体発光素子1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の上面に積層された透光性電極15と、透光性電極15上に積層されたp型ボンディングパッド電極16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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a semiconductor light emitting device 1 of the present invention.
A semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 includes a substrate 11, a laminated semiconductor layer 20 laminated on the substrate 11, a translucent electrode 15 laminated on the upper surface of the laminated semiconductor layer 20, The p-type bonding pad electrode 16 laminated on the conductive electrode 15 and the n-type electrode 17 laminated on the exposed surface 20a of the laminated semiconductor layer 20 are provided.

積層半導体層20は、基板11側から、少なくとも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いる。また、図1に示すように、n型半導体層12、発光層13、p型半導体層14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の一部が露出されている。そして、n型半導体層12の露出面20aには、n型電極17が積層されている。
また、p型半導体層14の上面には、透光性電極15およびp型ボンディングパッド電極16が積層されている。これら、透光性電極15およびp型ボンディングパッド電極16によって、p型電極18が構成されている。
In the laminated semiconductor layer 20, at least the n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 are laminated in this order from the substrate 11 side. Further, as shown in FIG. 1, the n-type semiconductor layer 12, the light emitting layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 are partially removed by means such as etching, and the n-type semiconductor layer 12 is removed from the removed portions. A part of is exposed. An n-type electrode 17 is stacked on the exposed surface 20 a of the n-type semiconductor layer 12.
A translucent electrode 15 and a p-type bonding pad electrode 16 are stacked on the upper surface of the p-type semiconductor layer 14. 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。なお、本発明の半導体発光素子は、フリップチップ型の発光素子であってもよい。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
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. This 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. The semiconductor light emitting device of the present invention may be a flip chip type light emitting device.
Hereinafter, each configuration will be described in detail.

<基板11>
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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化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。また、基板11の主面側に少なくとも規則的な凹凸形状を設けてもよい。
<Substrate 11>
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 oxide, strontium titanium oxide, titanium oxide, hafnium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, 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. Further, at least a regular uneven shape may be provided on the main surface side of the substrate 11.

(バッファ層21)
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するために、設けられていることが好ましい。
(Buffer layer 21)
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 in order to facilitate the process.

バッファ層21は、単結晶のAlGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが特に好ましいが、多結晶のAlGa1−xN(0≦x≦1)からなるものであってもかまわない。
バッファ層21は、例えば、AlGa1−xN(0≦x≦1)からなる厚さ0.01μm〜0.5μmのものとすることができる。バッファ層21の膜厚が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を緩和することができない場合がある。また、バッファ層21の膜厚が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、生産性が低下する問題がある。
The buffer layer 21 is particularly preferably made of single crystal Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), but is made of polycrystalline Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1). It doesn't matter.
The buffer layer 21 may be, for example, 0.01 μm to 0.5 μm thick made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1). If the thickness of the buffer layer 21 is less than 0.01 μm, the buffer layer 21 may not be able to alleviate the difference in lattice constant between the substrate 11 and the base layer 22. Further, when the thickness of the buffer layer 21 exceeds 0.5 μm, the film forming process time of the buffer layer 21 becomes long and the productivity is lowered although the function as the buffer layer 21 is not changed. There's a problem.

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22)
下地層22の材料としては、AlGa1−xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層22を形成できるため特に好ましいが、AlGaInN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いてもかまわない。
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以上であることが最も好ましい。下地層(AlGa1−xN層)22は1μm以上の膜厚で形成されることにより、結晶性が良好となる。また、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層22の膜厚は10μm以下であることが好ましい。
(Underlayer 22)
As the material of the underlayer 22, it is particularly preferable to use Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) because the underlayer 22 with good crystallinity can be formed, but Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) may be used.
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 underlayer (Al x Ga 1-x N layer) 22 is formed with a film thickness of 1 μm or more, whereby the crystallinity is improved. Moreover, it is preferable that the film thickness of the base layer 22 is 10 μm or less from the viewpoint of miniaturization of the semiconductor light emitting device and shortening of the formation time.

また、下地層22の結晶性を良くするために、下地層22には不純物をドーピングしないことが望ましい。   In order to improve the crystallinity of the underlayer 22, it is desirable that the underlayer 22 is not doped with impurities.

<積層半導体層20>
(n型半導体層12)
n型半導体層12はさらに、後述する第1工程において形成されたnコンタクト層(第一n型半導体層)12aと、nクラッド層(第二n型半導体層)12bと、後述する第2工程において形成された、nクラッド層12bの再成長層12cと、から構成されている。
<Laminated semiconductor layer 20>
(N-type semiconductor layer 12)
The n-type semiconductor layer 12 further includes an n-contact layer (first n-type semiconductor layer) 12a, an n-cladding layer (second n-type semiconductor layer) 12b formed in a first process described later, and a second process described later. And a regrowth layer 12c of the n-clad layer 12b formed in (1).

(nコンタクト層12a)
nコンタクト層12aは、n型電極17を設けるための層であり、図1に示すように、n型電極17を設けるための露出面20aが形成されている。
nコンタクト層12aの膜厚は、0.5〜5μmであることが好ましく、2μm〜4μmの範囲であることがより好ましい。nコンタクト層12aの膜厚が上記範囲内であると、nコンタクト層12aの結晶性が良好に維持される。
(N contact layer 12a)
The n contact layer 12a is a layer for providing the n-type electrode 17, and an exposed surface 20a for providing the n-type electrode 17 is formed as shown in FIG.
The thickness of the n contact layer 12a is preferably 0.5 to 5 μm, and more preferably 2 to 4 μm. When the film thickness of the n contact layer 12a is within the above range, the crystallinity of the n contact layer 12a is favorably maintained.

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、また、この層にはn型不純物(不純物)がドープされている。また、nコンタクト層12aにn型不純物が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ことが好ましい。n型不純物がnコンタクト層12aにこの範囲内の濃度で含有されていることにより、nコンタクト層12aとn型電極17との間の障壁の幅が狭くなりトンネル電流が生じやすくなる。そのため、nコンタクト層12aとn型電極17との間の接触抵抗を低くできる。また、nコンタクト層12aに用いられるn型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Si、Ge、Sn等が挙げられ、SiおよびGeが好ましく、Siが最も好ましい。なお、本実施形態ではn型不純物(不純物)として5×1018/cm程度のSiが含有されている。 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), This layer is doped with n-type impurities (impurities). Further, it is preferable that the n-type impurity 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 . When the n-type impurity is contained in the n-contact layer 12a at a concentration within this range, the width of the barrier between the n-contact layer 12a and the n-type electrode 17 is narrowed, and a tunnel current is likely to be generated. Therefore, the contact resistance between the n contact layer 12a and the n-type electrode 17 can be lowered. The n-type impurity used for the n-contact layer 12a is not particularly limited, and examples thereof include Si, Ge, and Sn. Si and Ge are preferable, and Si is most preferable. In the present embodiment, Si of about 5 × 10 18 / cm 3 is contained as an n-type impurity (impurity).

(nクラッド層12b)
nクラッド層12bは、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和させる機能を有する。また、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る。また、nクラッド層12bは、再成長層12cからnコンタクト層12aへのInの拡散を防ぐ機能を有する。
(N-cladding layer 12b)
The n-clad layer 12b has a function of relaxing crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a 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. The n-clad layer 12b has a function of preventing diffusion of In from the regrowth layer 12c to the n-contact layer 12a.

また、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。なお、明細書中各元素の組成比を省略してAlGaN、GaInNと記述する場合がある。   The n-clad layer 12b can be formed of AlGaN, GaN, GaInN, or the like. In the specification, the composition ratio of each element may be omitted and described as AlGaN or GaInN.

nクラッド層12bは、単層または超格子構造のどちらの構造であっても構わない。また、nクラッド層12bの膜厚は、5nm〜500nmであることが好ましい。nクラッド層12bの膜厚が上記範囲内であると、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できる。   The n-clad layer 12b may have a single layer structure or a superlattice structure. The film thickness of the n-clad layer 12b is preferably 5 nm to 500 nm. When the film thickness of the n-clad layer 12b is within the above range, the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13 can be sufficiently relaxed.

一方、nクラッド層12bの膜厚が5nm未満であると、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できず、好ましくない。
また、nクラッド層12bの膜厚が500nmを超えると、nクラッド層12bの膜厚が臨界膜厚を超えるため、nクラッド層12bを構成する結晶中に格子緩和が生じる。このため、nクラッド層12bの結晶性が低下し、好ましくない。
On the other hand, if the film thickness of the n-clad layer 12b is less than 5 nm, it is not preferable because the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13 cannot be sufficiently relaxed.
Further, when the thickness of the n-clad layer 12b exceeds 500 nm, the thickness of the n-clad layer 12b exceeds the critical thickness, so that lattice relaxation occurs in the crystal constituting the n-clad layer 12b. For this reason, the crystallinity of the n-clad layer 12b is lowered, which is not preferable.

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つの薄膜層を繰り返し成長させて10ペア数(20層)〜40ペア数(80層)からなる超格子構造であることが好ましい。nクラッド層12bが超格子構造からなるものである場合、薄膜層の積層数が20層以上であると、nコンタクト層12a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1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80層を超えると、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、生産性が低下する問題がある。   In this embodiment, the n-clad layer 12b may be a single layer, but consists of 10 pairs (20 layers) to 40 pairs (80 layers) by repeatedly growing two thin film layers having different compositions. A superlattice structure is preferred. In the case where the n-clad layer 12b has a superlattice structure, if the number of thin film layers is 20 or more, the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13 is more effectively reduced. Therefore, the effect of improving the output of the semiconductor light emitting device 1 becomes more remarkable. However, if the number of thin film layers exceeds 80, the superlattice structure may be easily disturbed, and the light emitting layer 13 may be adversely affected. Furthermore, there is a problem that the film forming process time of the n-clad layer 12b becomes long and productivity is lowered.

また、薄膜層の厚さはそれぞれ10nm以下であることが好ましく、6nm以下であることがより好ましく、4nm以下であることがさらに好ましく、それぞれ1nm〜4nmの範囲であることが最も好ましい。薄膜層がこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。一方、薄膜層の膜厚が10nm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 thickness of each thin film layer is preferably 10 nm or less, more preferably 6 nm or less, further preferably 4 nm or less, and most preferably in the range of 1 nm to 4 nm. By forming the thin film layer with a film thickness within this range, generation of crystal defects can be prevented. On the other hand, if the film thickness of the thin film layer exceeds 10 nm, crystal defects are likely to occur, which is not preferable.

(再成長層12c)
再成長層12cは、nクラッド層12bの再成長層であり、nクラッド層12bよりも高濃度(高組成)のInが含有されている。
また、再成長層12cは、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることが好ましい。再成長層12cの膜厚が上記範囲内であると、第一n型半導体層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分緩和できる。また、nクラッド層12b表面の平坦性を向上することができる。また、nクラッド層12bの成長を中断して第二MOCVD装置の成長室内に移動し、その後nクラッド層12bの成長を再開することによるnクラッド層12bの結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、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。
(Regrown layer 12c)
The regrowth layer 12c is a regrowth layer of the n-clad layer 12b, and contains a higher concentration (higher composition) of In than the n-clad layer 12b.
The regrown layer 12c is preferably formed with a thickness of 10 nm to 200 nm. When the film thickness of the regrowth layer 12c is within the above range, the crystal lattice mismatch between the first n-type semiconductor layer 12a and the light emitting layer 13 can be sufficiently relaxed. In addition, the flatness of the surface of the n-clad layer 12b can be improved. Further, the growth of the n-clad layer 12b is interrupted and moved into the growth chamber of the second MOCVD apparatus, and then the growth of the n-clad layer 12b is resumed, thereby reducing the influence on the crystallinity of the n-clad layer 12b. it can. Therefore, the effect of improving the output of the semiconductor light emitting device becomes more remarkable.

一方、再成長層12cの膜厚が10nm未満であると、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できず、再成長層12c(nクラッド層12b)上に結晶性の高い発光層13を形成することができない。
また、再成長層12cの膜厚が200nmを超えると、p型半導体層14を形成する際に用いられる第2有機金属化学気相成長装置の成長室内に、n型半導体層12を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、n型半導体層12を形成する際に用いたドーパントや堆積物に起因するp型半導体層14の不良が生じやすくなる。さらに再成長層12c成膜の際の処理時間が長くなり、生産性が低下する。
On the other hand, if the thickness of the regrown layer 12c is less than 10 nm, the crystal lattice mismatch between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 cannot be sufficiently relaxed, and the regrown layer 12c (n clad layer 12b). The light emitting layer 13 with high crystallinity cannot be formed thereon.
If the thickness of the regrown layer 12c exceeds 200 nm, after the n-type semiconductor layer 12 is formed in the growth chamber of the second metal organic chemical vapor deposition apparatus used when forming the p-type semiconductor layer 14. The amount of remaining dopant and deposit increases, and the p-type semiconductor layer 14 is likely to be defective due to the dopant and deposit used when the n-type semiconductor layer 12 is formed. Further, the processing time for forming the regrowth layer 12c becomes longer, and the productivity is lowered.

また、再成長層12cに含有されるIn組成は、1%〜5%であることが好ましい。
再成長層12cのIn組成が上記範囲内であると、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、結晶性の高い発光層13が、再成長層12c(nクラッド層12b)上に形成される。
一方、再成長層12cのIn組成が1%未満であると、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できず、好ましくない。
また、再成長層12cのIn組成が5%を超えると、再成長層12cを構成する結晶中に格子緩和が生じる。このため、再成長層12cの結晶性が低下し、好ましくない。
The In composition contained in the regrowth layer 12c is preferably 1% to 5%.
If the In composition of the regrowth layer 12c is within the above range, crystal lattice mismatch between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 can be alleviated. For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity is formed on the regrowth layer 12c (n clad layer 12b).
On the other hand, if the In composition of the regrowth layer 12c is less than 1%, the crystal lattice mismatch between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 cannot be sufficiently relaxed, which is not preferable.
If the In composition of the regrowth layer 12c exceeds 5%, lattice relaxation occurs in the crystals constituting the regrowth layer 12c. For this reason, the crystallinity of the regrowth layer 12c is lowered, which is not preferable.

<発光層13>
発光層13は、障壁層13aと井戸層13bとが交互に複数積層された多重量子井戸構造からなる。また、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。
<Light emitting layer 13>
The light emitting layer 13 has a multiple quantum well structure in which a plurality of barrier layers 13a and well layers 13b are alternately stacked. The number of stacked layers in the multiple quantum well structure is preferably 3 to 10 layers, more preferably 4 to 7 layers.

(井戸層13b)
井戸層13bの膜厚は、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の膜厚が上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、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。また、本実施形態における不純物としてはSiを用いることが好ましい。ドープ量は1×1016cm−3〜1×1017cm−3程度が好適である。
(Well layer 13b)
The thickness of the well layer 13b is preferably in the range of 15 angstroms or more and 50 angstroms or less. When the film thickness of the well layer 13b is within the above range, a 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. Moreover, it is preferable to use Si as an impurity in this embodiment. The dope amount is preferably about 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 .

(障壁層13a)
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、井戸層を構成するInGaNよりもIn組成比の小さいInGaNで形成することができる。中でも、GaNが好適である。また、障壁層13aには、不純物をドープすることができる。本実施形態における不純物としてはSi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。
(Barrier layer 13a)
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 can be formed of InGaN having a smaller In composition ratio than InGaN constituting the well layer. Among these, GaN is preferable. Further, the barrier layer 13a can be doped with impurities. Si is preferably used as an impurity in the present embodiment. The dope amount is preferably about 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 .

<p型半導体層14>
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 14>
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)
本実施形態におけるpクラッド層14aは、発光層13の上に形成されている。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。
(P-clad layer 14a)
The p-clad layer 14 a in the present embodiment is formed on the light emitting layer 13. 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、組成の異なる薄膜を複数回積層してなる超格子構造であってもよいし、組成が一定の単層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 having different compositions are stacked a plurality of times, or may have a single-layer structure with a constant composition.

(pコンタクト層14b)
pコンタクト層14bは、正極(p型電極)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(不純物)を1×1018〜1×1021/cmを5×1019〜5×1020/cmの濃度で含有しているものである場合、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を用いることが特に好ましい。
(P contact layer 14b)
The p contact layer 14b is a layer for providing a positive electrode (p-type 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. . Further, when the p-contact layer 14b contains p-type impurities (impurities) at a concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 / cm 3 and 5 × 10 19 to 5 × 10 20 / cm 3. From the viewpoint of maintaining good ohmic contact, preventing the occurrence of cracks, and maintaining good crystallinity. Although it does not specifically limit as a p-type impurity, For example, it is especially preferable to use Mg.

また、pコンタクト層14bは、pコンタクト下層とpコンタクト上層とが積層してなり、pコンタクト下層にMgが1×1019/cm〜1×1020/cm程度の濃度で含有され、pコンタクト上層にMgが2×1020/cm〜5×1020/cm程度の濃度で含有されることが特に好ましい。これにより、透光性電極15と接する部分(pコンタクト上層)は高濃度でMgが含有され、かつ、その表面は平坦に形成される。そのため、半導体発光素子1の発光出力をより向上させることが可能となる。 The p contact layer 14b is formed by stacking a p contact lower layer and a p contact upper layer, and Mg is contained in the p contact lower layer at a concentration of about 1 × 10 19 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , It is particularly preferable that Mg is contained in the p contact upper layer at a concentration of about 2 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 . As a result, the portion (p contact upper layer) in contact with the translucent electrode 15 contains Mg at a high concentration, and the surface thereof is formed flat. Therefore, the light emission output of the semiconductor light emitting element 1 can be further improved.

また、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 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17>
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(nコンタクト層12a)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 17>
The n-type electrode 17 also serves as a bonding pad, and is formed so as to be in contact with the n-type semiconductor layer 12 (n-contact layer 12a) 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15)
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 15)
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。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: As the conductive oxide, ITO (indium tin oxide (In 2 O 3 —SnO 2 )), IZO (indium zinc oxide (In 2 O 3 —ZnO)), AZO (aluminum zinc 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。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く、また、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16)
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-type bonding pad electrode 16)
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.

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、できるだけ大きい方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。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。   Further, the electrode area of the p-type bonding pad electrode 16 is as large as possible, but the bonding operation is easy, but it prevents the emission of light emission. 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)
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極15の上面および側面と、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の劣化を抑制することができる。
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 (not shown) includes 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 electrodes 17 and p as required. It is formed so as to cover the side surface and the peripheral portion of the mold bonding pad electrode 16. By forming the protective film layer, it is possible to prevent moisture and the like from entering the semiconductor light emitting element 1 and to suppress the 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.

本実施形態の半導体発光素子1によれば、nクラッド層12b上に、nクラッド層12bの再成長層12cが形成されていることにより、nクラッド層12b全体の膜厚が臨界膜厚を超える厚さで形成されていても、nクラッド層12bの格子緩和を防ぐことができる。また、nクラッド層12b上に、nクラッド層12bよりもIn組成の高い再成長層12cが形成されているため、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、結晶性の高い発光層13が形成され、半導体発光素子1の発光出力を向上できる。   According to the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, since the regrowth layer 12c of the n cladding layer 12b is formed on the n cladding layer 12b, the entire thickness of the n cladding layer 12b exceeds the critical thickness. Even if it is formed with a thickness, lattice relaxation of the n-clad layer 12b can be prevented. In addition, since the regrowth layer 12c having a higher In composition than the n-clad layer 12b is formed on the n-clad layer 12b, the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13 can be alleviated. . For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity is formed, and the light emission output of the semiconductor light emitting element 1 can be improved.

また再成長層12cが、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることにより、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できる。
また、再成長層12cにInが、1%〜5%の組成で含有されていることにより、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、再成長層12c(nクラッド層12b)上に、結晶性の高い発光層13を形成できる。
Further, since the regrowth layer 12c is formed with a film thickness of 10 nm to 200 nm, the mismatch of the crystal lattice between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 can be sufficiently relaxed.
In addition, since In is contained in the regrowth layer 12c with a composition of 1% to 5%, the mismatch of the crystal lattice between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 can be alleviated. For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity can be formed on the regrowth layer 12c (n clad layer 12b).

また、nクラッド層12bが、nコンタクト層12aと、nクラッド層12bよりもIn組成の高い再成長層12cとの間に位置していることにより、再成長層12cからnコンタクト層12aへのインジウムの拡散が防がれる。このため、再成長層12cからのInの拡散による、nコンタクト層12の結晶性低下を防ぐことができる。
以上により、半導体発光素子1の発光出力の向上および動作電圧の低減を実現することができる。
Further, since the n-clad layer 12b is positioned between the n-contact layer 12a and the regrowth layer 12c having a higher In composition than the n-clad layer 12b, the regrowth layer 12c to the n-contact layer 12a Indium diffusion is prevented. Therefore, it is possible to prevent the crystallinity of the n contact layer 12 from being lowered due to the diffusion of In from the regrowth layer 12c.
As described above, the light emission output of the semiconductor light emitting device 1 can be improved and the operating voltage can be reduced.

以下、半導体発光素子1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1の寸法関係とは異なっている。
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 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, and the like of each part shown in the drawings are different from the actual dimensional relationship of the semiconductor light emitting device 1.

図1に示す、本発明の半導体発光素子1の製造方法は、一例として、まず、図2に示す積層半導体層20を製造する。積層半導体層20の製造方法は、基板11上にバッファ層21と下地層22と第一n型半導体層(nコンタクト層)12aと第二n型半導体層(nクラッド層)12bを順次積層する第一工程と、nクラッド層12b上にnクラッド層12bの再成長層12cを形成した後に、発光層13とp型半導体層14とを順次積層する第二工程と、から概略構成されている。
以下、図2を用いて各工程について詳細に説明する。
In the manufacturing method of the semiconductor light emitting device 1 of the present invention shown in FIG. 1, as an example, first, the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2 is manufactured. In the method for manufacturing the laminated semiconductor layer 20, the buffer layer 21, the base layer 22, the first n-type semiconductor layer (n contact layer) 12 a, and the second n-type semiconductor layer (n clad layer) 12 b are sequentially laminated on the substrate 11. The first step and the second step of sequentially stacking the light emitting layer 13 and the p-type semiconductor layer 14 after forming the regrowth layer 12c of the n-clad layer 12b on the n-clad layer 12b are roughly configured. .
Hereafter, each process is demonstrated in detail using FIG.

<第一工程>
はじめに、例えば、サファイア等からなる基板11を用意する。
次に、基板11を第一MOCVD装置(第一有機金属化学気相成長装置)の成長室内に設置し、MOCVD法によって、基板11上に、バッファ層21を形成する。また、バッファ層21をスパッタ法によって形成して、その後基板11を第一MOCVD装置の成長室内に移して下地層22を形成してもよい。
<First step>
First, for example, a substrate 11 made of sapphire or the like is prepared.
Next, the substrate 11 is placed in the growth chamber of the first MOCVD apparatus (first metal organic chemical vapor deposition apparatus), and the buffer layer 21 is formed on the substrate 11 by MOCVD. Alternatively, the buffer layer 21 may be formed by sputtering, and then the substrate 11 may be transferred into the growth chamber of the first MOCVD apparatus to form the underlayer 22.

(下地層22形成工程)
次いで、第一MOCVD装置内でバッファ層21上に下地層22を積層する。なお、本発明では、一例として、サファイア等からなる基板11上に、RFスパッタリング法を用いてAlNからなるバッファ層21を形成し、さらに第一MOCVD装置の成長室内で当該基板上に下地層22を順次積層してもよい。
(Underlayer 22 forming step)
Next, the base layer 22 is laminated on the buffer layer 21 in the first MOCVD apparatus. In the present invention, as an example, the buffer layer 21 made of AlN is formed on the substrate 11 made of sapphire or the like by using the RF sputtering method, and the base layer 22 is further formed on the substrate in the growth chamber of the first MOCVD apparatus. May be sequentially laminated.

下地層22は0.1μm以上の膜厚で形成することが好ましく、0.5μm以上とすることがより好ましく、1μm以上とすることが最も好ましい。この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、半導体発光素子の小型化や、形成時間の短縮の観点により、下地層22の膜厚は10μm以下とすることが好ましい。
また、下地層22の結晶性を良くするために、下地層22には不純物をドーピングしないことが望ましい。
The underlayer 22 is preferably formed with a film thickness of 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and most preferably 1 μm or more. An Al x Ga 1-x N layer with good crystallinity is more easily obtained when the thickness is increased. Moreover, it is preferable that the film thickness of the base layer 22 be 10 μm or less from the viewpoint of miniaturization of the semiconductor light emitting device and shortening of the formation time.
In order to improve the crystallinity of the underlayer 22, it is desirable that the underlayer 22 is not doped with impurities.

(nコンタクト層12a形成工程)
次いで、前記下地層22を有する基板上に、nコンタクト層(第一n型半導体層)12aを積層する。
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。
また、nコンタクト層12aを成長させる原料としては、トリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)などのIII族金属の有機金属原料とアンモニア(NH)などの窒素原料とを用い、熱分解によりバッファ層上にIII族窒化物半導体層を堆積させる。MOCVD装置の成長室内の圧力は15〜80kPaとすることが好ましい。
(N contact layer 12a formation process)
Next, an n contact layer (first n-type semiconductor layer) 12 a is stacked on the substrate having the base layer 22.
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.
Further, as a raw material for growing the n-contact layer 12a, an organic metal raw material of a group III metal such as trimethyl gallium (TMG) or triethyl gallium (TEG) and a nitrogen raw material such as ammonia (NH 3 ) are used. A group III nitride semiconductor layer is deposited on the buffer layer. The pressure in the growth chamber of the MOCVD apparatus is preferably 15 to 80 kPa.

(nクラッド層12b形成工程)
次いで、nコンタクト層12a上に、nクラッド層12bを形成する。ここで、超格子構造のnクラッド層12bを形成する工程では、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〜80層繰返し積層する。また、n側第一層および/またはn側第二層は、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。
また、nクラッド層12bは、5nm〜500nmの膜厚で形成することが好ましい。
(N-cladding layer 12b formation process)
Next, the n clad layer 12b is formed on the n contact layer 12a. Here, in the step of forming the n-clad layer 12b having a superlattice structure, the n-side first layer made of a group III nitride semiconductor having a film thickness of 100 angstroms or less and the film thickness of 100 angstroms different in composition from the n-side first layer. The following n-side second layer made of a group III nitride semiconductor is alternately and repeatedly laminated by 20 to 80 layers. The n-side first layer and / or the n-side second layer is preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing In.
The n-clad layer 12b is preferably formed with a film thickness of 5 nm to 500 nm.

また、nクラッド層12bを成長させる際の基板11の温度は、600℃〜800℃の範囲とすることが好ましい。
また、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。
Moreover, it is preferable that the temperature of the board | substrate 11 at the time of growing the n clad layer 12b shall be the range of 600 to 800 degreeC.
Further, 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.

また、nクラッド層12bを成長させる原料としては、Ga源としてたとえば、トリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)を用いることができる。また、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)を用いることができる。
また、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)を用いることができる。また、V族原料であるN源としてアンモニア(NH)、ヒドラジン(N)などを用いることができる。また、n型不純物(ドーパント)原料としては、たとえば、Si原料であるモノシラン(SiH)またはジシラン(Si)などを用いることができる。
As a raw material for growing the n-clad layer 12b, for example, trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) can be used as a Ga source. Trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA) can be used as the Al source.
Further, trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) can be used as the In source. In addition, ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), or the like can be used as an N source that is a group V raw material. Moreover, as an n-type impurity (dopant) raw material, for example, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), which is a Si raw material, can be used.

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

次いで、III族窒化物の原料の供給を止め、nクラッド層12bの成長を停止する。その後、基板11の温度を、nクラッド層12bの成長温度から400℃以下の温度まで、60℃/分以下の速度で降温する。   Next, the supply of the group III nitride material is stopped, and the growth of the n-clad layer 12b is stopped. Thereafter, the temperature of the substrate 11 is lowered from the growth temperature of the n-clad layer 12b to a temperature of 400 ° C. or less at a rate of 60 ° C./min or less.

このとき、基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12bの成長を停止するとともに、nコンタクト層12aとnクラッド層12bの熱膨張係数差に起因した熱的歪みを緩和できる。また、基板11の降温により、nクラッド層12bの表面マイグレーションが増加するため、nクラッド層12bの結晶性が向上する。このとき、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で基板11を降温することにより、nクラッド層12b表面からの窒素の昇華が防がれる。このため、nクラッド層12b表面の結晶性低下を防ぐことができる。基板の降温時のアンモニアの供給は基板温度400℃まで行う。400℃以下の基板温度ではアンモニアは供給してもよいし、供給しなくともよい。   At this time, by lowering the temperature of the substrate 11 to 400 ° C. or less, the growth of the n-clad layer 12b is stopped, and thermal strain caused by the difference in thermal expansion coefficient between the n-contact layer 12a and the n-clad layer 12b is reduced. it can. Moreover, since the surface migration of the n-clad layer 12b increases due to the temperature drop of the substrate 11, the crystallinity of the n-clad layer 12b is improved. At this time, by lowering the temperature of the substrate 11 in an atmosphere containing nitrogen and ammonia, sublimation of nitrogen from the surface of the n-clad layer 12b can be prevented. For this reason, the crystallinity fall of the n clad layer 12b surface can be prevented. The supply of ammonia when the temperature of the substrate is lowered is performed up to a substrate temperature of 400 ° C. Ammonia may or may not be supplied at a substrate temperature of 400 ° C. or lower.

また、nクラッド層12bの成長温度から400℃まで降温する際の降温速度を60℃/分以下に制御することにより、降温中に基板11に温度分布が生じることを防ぐことができる。そのため、nクラッド層12bに熱的歪みが発生することを防止できる。
また、nクラッド層12bの成長を停止する際に、成長室内にアンモニアを供給しながら基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12b表面からの窒素の昇華が防がれる。このため、nクラッド層12b表面の結晶性低下を防ぐことができる。
Further, by controlling the temperature lowering rate when the temperature is lowered from the growth temperature of the n-clad layer 12b to 400 ° C. to 60 ° C./min or less, it is possible to prevent the temperature distribution from being generated on the substrate 11 during the temperature lowering. Therefore, it is possible to prevent thermal distortion from occurring in the n-clad layer 12b.
Further, when the growth of the n-clad layer 12b is stopped, the temperature of the substrate 11 is lowered to 400 ° C. or lower while supplying ammonia into the growth chamber, thereby preventing sublimation of nitrogen from the surface of the n-clad layer 12b. . For this reason, the crystallinity fall of the n clad layer 12b surface can be prevented.

<第二工程>
第二工程は、第二MOCVD装置(第二有機金属化学気相成長装置)において行うことが好ましい。第二MOCVD装置において第二工程を行う場合は、まず、第一MOCVD装置の成長室内からnクラッド層12bの形成された基板11を取り出して、第二MOCVD装置の成長室内に設置する。
<Second step>
The second step is preferably performed in a second MOCVD apparatus (second organometallic chemical vapor deposition apparatus). When the second step is performed in the second MOCVD apparatus, first, the substrate 11 on which the n-clad layer 12b is formed is taken out from the growth chamber of the first MOCVD apparatus and placed in the growth chamber of the second MOCVD apparatus.

また、第二MOCVD装置において第二工程を行う場合は、再成長層12cを形成する前に、nクラッド層12bまでの各層の形成された基板11に、窒素とアンモニアを含む雰囲気で熱処理温度500℃〜900℃の熱処理(サーマルクリーニング)を行うことが好ましい。ここで、熱処理の雰囲気は、窒素とアンモニアを含む雰囲気に代えて、例えば、窒素のみの雰囲気としてもよい。なお、水素のみの雰囲気中では、nクラッド層12の表面が昇華し、結晶性の悪化を招くため好ましくない。また、このときの第二MOCVD装置の成長室内の圧力は15〜100kPaとすることが好ましく、75〜95kPaとすることがより好ましい。成長室内の圧力が上記範囲内である場合、nクラッド層12b表面からのnクラッド層12b構成成分の昇華を防止できる。   When the second step is performed in the second MOCVD apparatus, the heat treatment temperature 500 is applied to the substrate 11 on which the layers up to the n-clad layer 12b are formed in an atmosphere containing nitrogen and ammonia before forming the regrown layer 12c. It is preferable to perform a heat treatment (thermal cleaning) at a temperature of from 900C to 900C. Here, the atmosphere of the heat treatment may be an atmosphere containing only nitrogen, for example, instead of the atmosphere containing nitrogen and ammonia. Note that, in an atmosphere containing only hydrogen, the surface of the n-clad layer 12 is sublimated, and crystallinity is deteriorated. Further, the pressure in the growth chamber of the second MOCVD apparatus at this time is preferably 15 to 100 kPa, and more preferably 75 to 95 kPa. When the pressure in the growth chamber is within the above range, sublimation of the n clad layer 12b constituent component from the surface of the n clad layer 12b can be prevented.

また、このような熱処理を行った場合、第一工程終了後に、nクラッド層12bまでの各層の形成された基板11が第一MOCVD装置の成長室内から取り出されることによって、nクラッド層12bの表面が汚染されたとしても、再成長層12cを形成する前に汚染物質を除去することができる。その結果、結晶性の高い再成長層12cを形成することができ、再成長層12c上に形成されるや発光層13の結晶性がより一層良好なものとなる。
なお、nクラッド層12bの表面が汚染されたままである場合、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り、半導体発光素子1の信頼性が低下する。
Further, when such a heat treatment is performed, the substrate 11 on which each layer up to the n-clad layer 12b is formed after the first step is taken out from the growth chamber of the first MOCVD apparatus, whereby the surface of the n-clad layer 12b is obtained. Even if it is contaminated, the contaminant can be removed before the regrowth layer 12c is formed. As a result, the regrown layer 12c having high crystallinity can be formed, and the crystallinity of the light emitting layer 13 becomes even better when formed on the regrown layer 12c.
If the surface of the n-clad layer 12b remains contaminated, the reverse current (IR) may not be sufficiently low, or the electrostatic discharge (ESD) breakdown voltage may be insufficient. Reliability decreases.

(再成長層12c形成工程)
次いで、MOCVD法によって、nクラッド層12b上に、nクラッド層12bの再成長層12cを形成する。このとき、nクラッド層12b形成工程におけるnクラッド層12bの成長条件と、再成長層12cの成長条件は、基板11の温度とIn含有組成以外は同一とすることが好ましい。
また、再成長層12cは、10nm〜200nmの膜厚で形成することが好ましい。
(Step of forming regrowth layer 12c)
Next, a regrowth layer 12c of the n-clad layer 12b is formed on the n-clad layer 12b by MOCVD. At this time, it is preferable that the growth condition of the n-clad layer 12b and the growth condition of the regrowth layer 12c in the n-clad layer 12b forming step are the same except for the temperature of the substrate 11 and the In-containing composition.
The regrown layer 12c is preferably formed with a thickness of 10 nm to 200 nm.

また、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度は、600℃〜900℃の範囲内とすることが好ましい。再成長層12c形成の際の基板11の温度をこの範囲内とすることにより、結晶性の高い再成長層12cを形成できる。
一方、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度が600℃未満であると、再成長層12cの成長速度が低下するため、製造効率上好ましくない。また、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度が900℃を超えると、再成長層12c中のInが昇華して再成長層12cの結晶性が低下する。
Moreover, it is preferable that the temperature of the board | substrate 11 at the time of growing the regrowth layer 12c shall be in the range of 600 to 900 degreeC. By setting the temperature of the substrate 11 when the regrowth layer 12c is formed within this range, the regrowth layer 12c having high crystallinity can be formed.
On the other hand, if the temperature of the substrate 11 when the regrowth layer 12c is grown is less than 600 ° C., the growth rate of the regrowth layer 12c decreases, which is not preferable in terms of manufacturing efficiency. If the temperature of the substrate 11 when the regrowth layer 12c is grown exceeds 900 ° C., In in the regrowth layer 12c is sublimated and the crystallinity of the regrowth layer 12c is lowered.

また、再成長層12cを成長させる原料としては、nクラッド層12b形成工程における原料と同じものを用いることができる。また、再成長層12c成長の際には、In源をnクラッド層12b成長の際よりも多く用いることにより、nクラッド層12bよりもIn組成の高い再成長層12cを形成する。このとき、再成長層12cのIn含有組成が1%〜5%となるように、In源の供給量を調整することが好ましい。   In addition, as a raw material for growing the regrowth layer 12c, the same raw material as that used in the n-clad layer 12b forming step can be used. Further, when the regrowth layer 12c is grown, the regrowth layer 12c having a higher In composition than that of the n clad layer 12b is formed by using more In source than when the n clad layer 12b is grown. At this time, it is preferable to adjust the supply amount of the In source so that the In-containing composition of the regrowth layer 12c is 1% to 5%.

(発光層13形成工程)
次いで、多重量子井戸構造の発光層13を形成する。まず、井戸層13bと障壁層13aとを交互に繰返し積層する。このとき、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する。
井戸層13bおよび障壁層13aの組成や膜厚は、所定の発光波長になるように適宜設定することができる。また、発光層13の成長させる際の基板温度は600〜900℃とすることができ、キャリアガスとしては窒素ガスを用いる。
(Light emitting layer 13 formation process)
Next, the light emitting layer 13 having a multiple quantum well structure is formed. First, the well layers 13b and the barrier layers 13a are alternately and repeatedly stacked. At this time, the layers are stacked so that the barrier layer 13a is disposed on the n-type semiconductor layer 12 side and the p-type semiconductor layer 14 side.
The composition and film thickness of the well layer 13b and the barrier layer 13a can be appropriately set so as to have a predetermined emission wavelength. Moreover, the substrate temperature at the time of making the light emitting layer 13 grow can be 600-900 degreeC, and nitrogen gas is used as carrier gas.

(p型半導体層14形成工程)
次いで、p型半導体層14を形成する。p型半導体層14の形成は、発光層13上に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側第一層と、p側第一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側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
(P-type semiconductor layer 14 forming step)
Next, the p-type semiconductor layer 14 is formed. The p-type semiconductor layer 14 may be formed by sequentially stacking a p-cladding layer 14a and a p-contact layer 14b on the light emitting layer 13. When the p-cladding layer 14a is a layer including a superlattice structure, a 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. What is necessary is just to laminate | stack repeatedly the p side 2nd layer which consists of a group III nitride semiconductor below thickness 100angstrom alternately.

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光性電極15を除去する。
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。
その後、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。
以上のようにして、図1に示す半導体発光素子1が製造される。
Thereafter, the translucent electrode 15 is laminated on the p-type semiconductor layer 14 of the laminated semiconductor layer 20, and the translucent electrode 15 other than the predetermined region is removed by, for example, a generally known photolithography technique.
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.
Thereafter, a p-type bonding pad electrode 16 is formed on the translucent electrode 15.
As described above, the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、基板11上に下地層21、nコンタクト層12a、nクラッド層12bを順次積層した後に基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12bの成長を停止するとともに、nコンタクト層12aとnクラッド層12bの熱膨張係数差に起因した熱的歪みを緩和できる。また、基板11を降温することにより、nクラッド層12bの表面マイグレーションが増加するため、nクラッド層12bの結晶性を向上できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, after the base layer 21, the n contact layer 12a, and the n clad layer 12b are sequentially stacked on the substrate 11, the temperature of the substrate 11 is lowered to 400 ° C. or lower. While stopping the growth of the clad layer 12b, it is possible to alleviate the thermal distortion caused by the difference in thermal expansion coefficient between the n contact layer 12a and the n clad layer 12b. Moreover, since the surface migration of the n-clad layer 12b increases by lowering the temperature of the substrate 11, the crystallinity of the n-clad layer 12b can be improved.

また、nクラッド層12bの成長温度から400℃まで降温する際の降温速度を60℃/分以下に制御することにより、降温中に基板11に温度分布が生じることを防ぐことができる。そのため、nクラッド層12bに熱的歪みが発生することを防止できる。
また、nクラッド層12bの成長を停止する際に、成長室内にアンモニアを供給しながら基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12b表面からの窒素の昇華を防ぐことができる。このため、nクラッド層12b表面の結晶性低下を防ぐことができる。
Further, by controlling the temperature lowering rate when the temperature is lowered from the growth temperature of the n-clad layer 12b to 400 ° C. to 60 ° C./min or less, it is possible to prevent the temperature distribution from being generated on the substrate 11 during the temperature lowering. Therefore, it is possible to prevent thermal distortion from occurring in the n-clad layer 12b.
Further, when the growth of the n-clad layer 12b is stopped, the temperature of the substrate 11 is lowered to 400 ° C. or lower while supplying ammonia into the growth chamber, thereby preventing nitrogen sublimation from the surface of the n-clad layer 12b. it can. For this reason, the crystallinity fall of the n clad layer 12b surface can be prevented.

また、nクラッド層12b上に、nクラッド層12bの再成長層12cを形成することにより、nクラッド層12b全体の膜厚を大きくできる。また、nクラッド層12b上にnクラッド層12bよりもIn組成の高い再成長層12cを形成することにより、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和できる。また再成長層12cを、10nm〜200nmの膜厚で形成することにより、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分に緩和できる。
このため、nクラッド層12b形成後の工程において、結晶性の高い発光層13をnクラッド層12b上に形成できる。以上により、半導体発光素子1の発光出力を向上できる。
Further, by forming the regrowth layer 12c of the n-clad layer 12b on the n-clad layer 12b, the film thickness of the entire n-clad layer 12b can be increased. Further, by forming the regrown layer 12c having a higher In composition than the n-clad layer 12b on the n-clad layer 12b, the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13 can be alleviated. Further, by forming the regrowth layer 12c with a thickness of 10 nm to 200 nm, the mismatch of the crystal lattice between the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 can be sufficiently relaxed.
For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity can be formed on the n-clad layer 12b in the step after the formation of the n-clad layer 12b. As described above, the light emission output of the semiconductor light emitting element 1 can be improved.

また、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度は、600℃〜900℃の範囲内とすることにより、結晶性の高い再成長層12cを形成できる。
また、再成長層12c成長の際に、再成長層12cのIn含有組成が1%〜5%となるようにIn源の供給量を調整することにより、nコンタクト層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、再成長層12c(nクラッド層12b)上に、結晶性の高い発光層13を形成できる。
Further, the temperature of the substrate 11 when the regrowth layer 12c is grown is in the range of 600 ° C. to 900 ° C., whereby the regrowth layer 12c having high crystallinity can be formed.
Further, when the regrowth layer 12c is grown, the supply amount of the In source is adjusted so that the In-containing composition of the regrowth layer 12c is 1% to 5%, whereby the n contact layer 12a and the light emitting layer 13 It is possible to alleviate the mismatch of the crystal lattice between them. For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity can be formed on the regrowth layer 12c (n clad layer 12b).

以上により、再成長層12c上に結晶性の高い発光層13を形成できる。そのため、半導体発光素子1の発光出力の向上を実現することができる。   Thus, the light emitting layer 13 with high crystallinity can be formed on the regrown layer 12c. Therefore, the light emission output of the semiconductor light emitting device 1 can be improved.

<ランプ3>
本実施形態のランプ3は、本発明の半導体発光素子1を備えるものであり、上記の半導体発光素子1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3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3においては、半導体発光素子1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 3>
The lamp 3 of this embodiment includes the semiconductor light emitting device 1 of the present invention, and is a combination of the semiconductor light emitting device 1 and a phosphor. The lamp 3 of the present embodiment can have a configuration well known to those skilled in the art by means well known to those skilled in the art. For example, in the lamp 3 of this embodiment, a technique for changing the emission color by combining the semiconductor light emitting element 1 and the 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)に接続され、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に接続されることにより、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 connected to one of the two frames 31 and 32 (the frame 31 in FIG. 3) by a wire 33. The semiconductor light emitting element 1 is mounted by connecting 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は、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るため、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, an electronic device driven by a battery such as a backlight, a mobile phone, a display, a game machine, and an illumination is preferable because an excellent product including the semiconductor light emitting element 1 that can obtain a high light emission output can be provided.

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。
実施例1の半導体発光素子1では、第一MOCVD炉の成長室内において、AlNからなるバッファ層21を予め形成したサファイア基板11上に、厚さ6μmのアンドープGaNからなる下地層22を形成した。このとき、下地層22の形成の際の基板温度は1100℃とした。
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.
In the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, the underlayer 22 made of undoped GaN having a thickness of 6 μm was formed on the sapphire substrate 11 on which the buffer layer 21 made of AlN was previously formed in the growth chamber of the first MOCVD furnace. At this time, the substrate temperature in forming the underlayer 22 was 1100 ° C.

その後、下地層22上に厚さ2μmのSiドープn型GaNからなるnコンタクト層12aを形成した。nコンタクト層12aのSi不純物濃度は、5×1018/cm程度とした。また、nコンタクト層12a形成の際の基板温度は1080℃、成長室内の圧力は40kPaとした。
次に、nコンタクト層12a上に、厚さ80nmの超格子構造からなるnクラッド層12bを形成した。なお、nクラッド層12bを成長させる際の基板温度は710℃とした。
Thereafter, an n-contact layer 12 a made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 2 μm was formed on the base layer 22. The Si impurity concentration of the n-contact layer 12a was about 5 × 10 18 / cm 3 . Further, the substrate temperature when forming the n contact layer 12a was 1080 ° C., and the pressure in the growth chamber was 40 kPa.
Next, an n-cladding layer 12b having a superlattice structure with a thickness of 80 nm was formed on the n-contact layer 12a. The substrate temperature for growing the n-clad layer 12b was 710 ° C.

次に、nクラッド層12bまで形成された基板11を60℃/分の降温速度で300℃まで降温した。このとき、成長室内に窒素とアンモニアを供給しながら基板11を降温した。
次いで、第一MOCVD炉から取り出して、第二MOCVD炉の成長室内に移した。次いで、nクラッド層12bまでの各層の形成された基板11を、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で750℃の熱処理(サーマルクリーニング)を行った。また、このときの第二MOCVD装置の成長室内の圧力は95kPaとした。
Next, the temperature of the substrate 11 formed up to the n-clad layer 12b was decreased to 300 ° C. at a temperature decrease rate of 60 ° C./min. At this time, the temperature of the substrate 11 was lowered while supplying nitrogen and ammonia into the growth chamber.
Subsequently, it removed from the 1st MOCVD furnace and moved to the growth chamber of the 2nd MOCVD furnace. Next, the substrate 11 on which the layers up to the n-clad layer 12b were formed was subjected to heat treatment (thermal cleaning) at 750 ° C. in an atmosphere containing nitrogen and ammonia. At this time, the pressure in the growth chamber of the second MOCVD apparatus was set to 95 kPa.

次いで、nクラッド層12b上に、クラッド層12bの再成長層12cを形成した。ここで、再成長層12cは、以下に示す成長条件で成長させた。   Next, a regrown layer 12c of the clad layer 12b was formed on the n clad layer 12b. Here, the regrowth layer 12c was grown under the following growth conditions.

「再成長層12cの成長条件」
nクラッド層12b上に、超格子構造からなる、膜厚80nmの再成長層12cを形成した。また、再成長層12cを成長させる際の基板温度は700℃とした。再成長層12cはIn組成が2%、膜厚が2nmのGaInNと膜厚2nmのGaNとの超格子構造とした。
"Growth conditions for regrowth layer 12c"
A regrowth layer 12c having a superlattice structure and having a thickness of 80 nm was formed on the n-clad layer 12b. The substrate temperature for growing the regrowth layer 12c was 700 ° C. The regrowth layer 12c has a superlattice structure of 2% In composition, 2 nm thick GaInN, and 2 nm thick GaN.

次いで、再成長層12c上に障壁層13aおよび井戸層13bを5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を形成した。   Subsequently, the barrier layer 13a and the well layer 13b were laminated | stacked 5 times on the regrowth layer 12c, and the light emitting layer 13 of the multiple quantum well structure which provided the barrier layer last was formed.

その後、発光層13上に厚さ20nmのMgドープ単層Al0.07Ga0.93Nからなるpクラッド層14a、厚さ170nmのMgドープp型GaNからなるpコンタクト層14bを順に積層した。pコンタクト層14bはpコンタクト下層と、pコンタクト上層とを積層した構成とした。また、pコンタクト下層にはMgを5×1019/cmの濃度で含有させ、pコンタクト上層にはMgを2×1020/cm程度の濃度で含有させた。次いで、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。 Thereafter, a p-cladding layer 14a made of Mg-doped single layer Al 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of 20 nm and a p-contact layer 14b made of Mg-doped p-type GaN having a thickness of 170 nm were sequentially laminated on the light emitting layer 13. The p contact layer 14b has a structure in which a p contact lower layer and a p contact upper layer are stacked. Further, Mg was contained in the p contact lower layer at a concentration of 5 × 10 19 / cm 3 , and Mg was contained in the p contact upper layer at a concentration of about 2 × 10 20 / cm 3 . Next, 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.

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の露出面20aを形成し、その上に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。
以上のようにして、実施例1の半導体発光素子1を得た。
Next, etching was performed using a photolithography technique to form an exposed surface 20a of the n contact layer 12a in a desired region, and an n-type electrode 17 having a Ti / Au double layer structure was formed thereon.
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.
As described above, the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 was obtained.

このようにして得られた実施例1の半導体発光素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。   The characteristics of the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 obtained in this way were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 25 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(実施例2)
nクラッド層12bを形成した後、基板11を400℃まで降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
(Example 2)
After forming the n-clad layer 12b, the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature of the substrate 11 was lowered to 400 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 25 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(実施例3)
実施例1の基板11の降温において、基板11を窒素のみの雰囲気中で降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.9μAであった。
(Example 3)
In the temperature drop of the substrate 11 of Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature of the substrate 11 was lowered in an atmosphere containing only nitrogen. The characteristics of the obtained semiconductor issuing element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.9 μA.

(実施例4)
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の圧力を100kPaとした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
Example 4
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressure during heat treatment (thermal cleaning) in Example 1 was set to 100 kPa. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 25 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.3 μA.

(実施例5)
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の圧力を50kPaとした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.5μAであった。
(Example 5)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressure during the heat treatment (thermal cleaning) in Example 1 was set to 50 kPa. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 24 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.5 μA.

(実施例6)
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の基板温度を850℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.4μAであった。
(Example 6)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature during the heat treatment (thermal cleaning) in Example 1 was changed to 850 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.8 V, a light emission output Po = 24 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.4 μA.

(実施例7)
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の基板温度を650℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
(Example 7)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature during the heat treatment (thermal cleaning) in Example 1 was changed to 650 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.2 μA.

(実施例8)
実施例1の再成長層12cを膜厚120nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.7μAであった。
(Example 8)
The same operation as in Example 1 was performed except that the regrown layer 12c of Example 1 was formed with a film thickness of 120 nm. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.8 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.7 μA.

(実施例9)
実施例1の再成長層12cを膜厚40nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
Example 9
The same operation as in Example 1 was performed except that the regrown layer 12c of Example 1 was formed with a film thickness of 40 nm. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 22 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.2 μA.

(実施例10)
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を800℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.9μAであった。
(Example 10)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature at the time of forming the regrowth layer 12c in Example 1 was 800 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 24 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.9 μA.

(実施例11)
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を600℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
(Example 11)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature at the time of forming the regrowth layer 12c in Example 1 was 600 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.3 μA.

(実施例12)
実施例1の再成長層12cのIn組成を3%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.8μAであった。
(Example 12)
The same operation as in Example 1 was performed except that the In composition of the regrowth layer 12c in Example 1 was changed to 3%. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 2.8 V, a light emission output Po = 22 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.8 μA.

(実施例13)
実施例1の再成長層12cのIn組成を1%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
(Example 13)
The same operation as in Example 1 was performed except that the In composition of the regrowth layer 12c in Example 1 was changed to 1%. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.2 μA.

(実施例14)
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=1.0μAであった。
(Example 14)
The same operation as in Example 1 was performed except that the heat treatment (thermal cleaning) in Example 1 was not performed. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 1.0 μA.

(実施例15)
半導体層20を第一MOCVD炉で一貫成長させ、熱処理(サーマルクリーニング)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
(Example 15)
The same operation as in Example 1 was performed, except that the semiconductor layer 20 was consistently grown in the first MOCVD furnace and heat treatment (thermal cleaning) was not performed. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 22 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(比較例1)
半導体層20を第一MOCVD炉で一貫成長させて熱処理(サーマルクリーニング)を行わず、また、再成長層12cを形成しなかった以外は実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=15mW、逆方向電流IR(@20V)=0.8μAであった。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was performed except that the semiconductor layer 20 was consistently grown in the first MOCVD furnace, heat treatment (thermal cleaning) was not performed, and the regrowth layer 12c was not formed. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 15 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.8 μA.

(比較例2)
nクラッド層12bを形成した後、基板11を500℃まで降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=10mW、逆方向電流IR(@20V)=5μAであった。
(Comparative Example 2)
After forming the n-clad layer 12b, the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature of the substrate 11 was lowered to 500 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 2.8V, a light emission output Po = 10 mW, and a reverse current IR (@ 20V) = 5 μA.

(比較例3)
実施例1の再成長層12cを膜厚300nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=10mW、逆方向電流IR(@20V)=5.0μAであった。
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 1 was performed except that the regrowth layer 12c of Example 1 was formed with a film thickness of 300 nm. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 2.8 V, a light emission output Po = 10 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 5.0 μA.

(比較例4)
実施例1の再成長層12cを膜厚5nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.1V、発光出力Po=18mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
(Comparative Example 4)
The same operation as in Example 1 was performed except that the regrowth layer 12c of Example 1 was formed with a film thickness of 5 nm. The characteristics of the obtained semiconductor issuing element 1 were a forward voltage Vf = 3.1 V, a light emission output Po = 18 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.2 μA.

(比較例5)
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を1000℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=14mW、逆方向電流IR(@20V)=2.3μAであった。
(Comparative Example 5)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature at the time of forming the regrowth layer 12c in Example 1 was 1000 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issue element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 14 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 2.3 μA.

(比較例6)
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を500℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=17mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
(Comparative Example 6)
The same operation as in Example 1 was performed except that the substrate temperature at the time of forming the regrowth layer 12c in Example 1 was 500 ° C. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 17 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.3 μA.

(比較例7)
実施例1の再成長層12cのIn組成を7%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=13mW、逆方向電流IR(@20V)=10.0μAであった。
(Comparative Example 7)
The same operation as in Example 1 was performed except that the In composition of the regrowth layer 12c in Example 1 was changed to 7%. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 2.8 V, a light emission output Po = 13 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 10.0 μA.

(比較例8)
実施例1の再成長層12cのIn組成を0.05%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=16mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
(Comparative Example 8)
The same operation as in Example 1 was performed except that the In composition of the regrowth layer 12c in Example 1 was changed to 0.05%. The characteristics of the obtained semiconductor issuance element 1 were a forward voltage Vf = 3.0 V, a light emission output Po = 16 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例8の半導体発光素子の順方向電圧、発光出力(Po)、逆方向電流(IR)の結果を表1に示す。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子1についての順方向電圧Vfは、プローブ針による通電で電流印加値20mAにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子1についての発光出力(Po)は、それぞれTO−18缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流20mAにおける発光出力を測定したものである。また、逆方向電流(IR)は、発光素子に対して端子を逆方向に20V印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。
Table 1 shows the results of forward voltage, light emission output (Po), and reverse current (IR) of the semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 8.
The forward voltage Vf for the semiconductor light emitting devices 1 of the example and the comparative example is a voltage measured at a current application value of 20 mA by energization with a probe needle. Similarly, the light emission outputs (Po) for the semiconductor light emitting devices 1 of the example and the comparative example are each mounted in a TO-18 can package, and the light emission output at an applied current of 20 mA is measured by a tester. The reverse current (IR) is a value obtained by measuring the leakage current when 20 V is applied to the light emitting element in the reverse direction.

Figure 2012119390
Figure 2012119390

表1に示すように、実施例1〜実施例15の半導体発光素子1はいずれも、逆方向電流(IR)が低く、また、比較的低い順方向電圧が得られた。また、いずれの半導体発光素子1も、発光出力(Po)が20mW以上となり、高輝度で低消費電力であった。また、サーマルクリーニングを行った実施例1〜実施例13の半導体発光素子1では特に高い効果が見られた。
一方、比較例1〜比較例8で得られた半導体発光素子1では、実施例1〜実施例15と比較して発光出力(Po)が低く、順方向電圧が比較的高く、かつ、逆方向電流(IR)の値が大きかった。特に、再成長層を形成しなかった比較例1では、その差が顕著となった。
As shown in Table 1, all of the semiconductor light emitting devices 1 of Examples 1 to 15 had a low reverse current (IR) and a relatively low forward voltage. In addition, all the semiconductor light emitting devices 1 had a light emission output (Po) of 20 mW or more, high luminance, and low power consumption. In addition, the semiconductor light emitting device 1 of Examples 1 to 13 in which thermal cleaning was performed showed a particularly high effect.
On the other hand, in the semiconductor light emitting devices 1 obtained in Comparative Examples 1 to 8, the light emission output (Po) is lower than that of Examples 1 to 15, the forward voltage is relatively high, and the reverse direction. The current (IR) value was large. In particular, in Comparative Example 1 in which no regrowth layer was formed, the difference became significant.

以上により、実施例1〜実施例15で得られた半導体発光素子1は、効果的に発光出力を向上させることができた。また、比較例1〜比較例8の半導体発光素子1と比較して、漏れ電流が小さく高い発光出力が得られることが確認できた。   As described above, the semiconductor light emitting device 1 obtained in Examples 1 to 15 was able to effectively improve the light emission output. Further, it was confirmed that a high light emission output with a small leakage current was obtained as compared with the semiconductor light emitting devices 1 of Comparative Examples 1 to 8.

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、12b…nクラッド層、12c…再成長層、13…発光層、14…p型半導体層、22…下地層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor light emitting element, 3 ... Lamp, 12 ... N type semiconductor layer, 12a ... N contact layer, 12b ... N clad layer, 12c ... Regrown layer, 13 ... Light emitting layer, 14 ... P type semiconductor layer, 22 ... Bottom Strata

Claims (13)

基板上にAlInGa1−x−yNなる組成(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)の下地層、第一n型半導体層および第二n型半導体層を順次積層した後に、前記基板温度を400℃以下に降温する第一工程と、
前記第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層を形成した後に、発光層およびp型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
An underlayer having a composition of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1), a first n-type semiconductor layer, and a second n-type on a substrate A first step of lowering the substrate temperature to 400 ° C. or lower after sequentially laminating semiconductor layers;
On the second n-type semiconductor layer, after forming a regrown layer of the second n-type semiconductor layer having a higher In composition than the second n-type semiconductor layer, a light emitting layer and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked. And a second step of manufacturing a semiconductor light emitting device.
前記第一工程が第一有機金属化学気相成長装置において行われ、
前記第二工程が第二有機金属化学気相成長装置において行われ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。
The first step is performed in a first organometallic chemical vapor deposition apparatus,
The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the second step is performed in a second organometallic chemical vapor deposition apparatus.
前記第一工程において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で前記基板温度を400℃以下に降温することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein, in the first step, the substrate temperature is lowered to 400 ° C. or less in an atmosphere containing nitrogen and ammonia. 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力15kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜900℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする請求項2または請求項3のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。   Before forming the regrowth layer, in the second organometallic chemical vapor deposition apparatus, heat treatment is performed in an atmosphere containing nitrogen and ammonia under conditions of a pressure of 15 kPa to 100 kPa and a substrate temperature of 500 ° C. to 900 ° C. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the method is performed. 前記再成長層を、10nm〜200nmの膜厚で形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the regrowth layer is formed with a film thickness of 10 nm to 200 nm. 前記再成長層に、Inを1%〜5%の組成で含有させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項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 1, wherein the regrown layer contains In at a composition of 1% to 5%. 前記再成長層を形成する際の基板温度を、600℃〜900℃とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein a substrate temperature when forming the regrowth layer is 600 ° C. to 900 ° C. 7. 基板上に下地層と第一n型半導体層と第二n型半導体層と、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層と、発光層と、p型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。   An underlayer, a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer having a higher In composition than the second n-type semiconductor layer, and a light emitting layer; And a p-type semiconductor layer. 前記再成長層が、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。   9. The semiconductor light emitting element according to claim 8, wherein the regrowth layer is formed with a thickness of 10 nm to 200 nm. 前記再成長層に、Inが1%〜5%の組成で含有されていることを特徴とする請求項7または請求項9に記載の半導体発光素子。   10. The semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein In is contained in the regrowth layer in a composition of 1% to 5%. 請求項8乃至10のいずれか一項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11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 11 incorporated therein. 請求項12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。   An electronic apparatus according to claim 12 is incorporated.
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