JP2019121655A - 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態について、図1を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体素子の寸法比と一致するものではない。
図1は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の構成を概略的に示す縦断面図である。窒化物半導体素子1には、例えば、トランジスタ、レーザダイオード(Laser Diode:LD)、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等が含まれる。本実施の形態では、窒化物半導体素子1(以下、単に「半導体素子1」ともいう。)として、紫外領域の波長の光(特に、中心波長が250nm〜350nmの深紫外光)を発する発光ダイオードを例に挙げて説明する。
次に、図2及び図3を参照して、n型クラッド層30を形成するn−AlGaNの結晶の品質(単に、「結晶品質」ともいう。なお、「結晶性」との表現を用いることもできる。)と半導体素子の発光出力との関係を説明する。発明者らは、n型クラッド層30を形成するn−AlGaNの結晶品質と半導体素子1の発光出力との関係を評価することを目的として、n−AlGaNのミックス値(以下、単に「n−AlGaNミックス値」ともいう。)と半導体素子1の発光出力との関係を調べる実験を行った。ここで、n−AlGaNミックス値とは、n−AlGaN結晶の(10−12)面(Mixed面)に対するX線回折のωスキャンにより得られるX線ロッキングカーブの半値幅(arcsec)であり、n−AlGaNの結晶品質を示す代表的な指標の一例である。n−AlGaNミックス値は、値が小さいほどn−AlGaNの結晶品質が良いことを意味する。
次に、図4及び図5を参照して、AlNのミックス値(以下、単に「AlNミックス値」ともいう。)とn−AlGaNミックス値との関係を説明する。AlNミックス値は、AlN層22を形成するAlNの結晶の(10−12)面(Mixed面)に対するX線回折のωスキャンにより得られるX線ロッキングカーブの半値幅(arcsec)であり、AlNの結晶品質を示す代表的な指標の一例である。AlNミックス値は、値が小さいほどAlNの結晶品質が良いことを意味する。発明者らは、鋭意検討の結果、AlNミックス値とn−AlGaNミックス値と間には相関関係があることを見出した。以下、詳細を説明する。
次に、半導体素子1の製造方法について説明する。基板10上にバッファ層20、n型クラッド層30、活性層40、電子ブロック層50、p型クラッド層70を、この順に連続的に高温成長させて形成する。これら層の成長には、有機金属化学気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)、分子線エピタキシ法(Molecular Beam Epitaxy:MBE)、ハライド気相エピタキシ法(Halide Vapor Phase Epitaxy:NVPE)等の周知のエピタキシャル成長法を用いて形成することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体素子1は、(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が所定の範囲内であるAlN層22と、所定のAl組成比を有するn型AlGaNにより形成されたn型クラッド層30とを含む。n型AlGaNが所定のAl組成比を有する場合において、AlN層22の(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅を所定の範囲内とすることより、n型AlGaNの結晶品質の低下を抑制することが可能となる。この結果、半導体素子1の発光出力の低下を抑制することが可能となる。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[2]前記AlN層(22)は、前記所定の範囲内の結晶品質として、(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が350〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜70%のAl組成比を有した、前記[1]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[3]前記AlN層(22)は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が380〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜60%のAl組成比を有した、前記[2]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[4]前記AlN層(22)は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が410〜490(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜50%のAl組成比を有した、前記[3]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[5]所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層(22)を形成する工程と、前記AlN層上に位置して、所定のAl組成比を有したn型AlGaNを形成する工程と、を備える窒化物半導体素子(1)の製造方法。
[6]前記所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層(22)を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Gaのドーピング量を変更する工程、及びAlN層(22)の膜厚を変更する工程のうち少なくとも1つ以上の工程を含む、請求項5に記載の窒化物半導体素子(1)の製造方法。
2…下地構造部
10…基板
20…バッファ層
22…AlN層
24…u−AlpGa1−pN層
30…n型クラッド層
30a…露出面
40…活性層
42,42a,42b,42c…障壁層
44,44a,44b,44c…井戸層
50…電子ブロック層
70…p型クラッド層
80…p型コンタクト層
90…n側電極
92…p側電極
[2]前記AlN層(22)は、前記ミックス値が350〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜70%のAl組成比を有した、前記[1]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[3]前記AlN層(22)は、前記ミックス値が380〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜60%のAl組成比を有した、前記[2]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[4]前記AlN層(22)は、前記ミックス値が410〜490(arcsec)に応じた結晶品質を有し、前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜50%のAl組成比を有した、前記[3]に記載の窒化物半導体素子(1)。
[5](10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅を示すミックス値が第1の値以上となる結晶品質を有したAlN層(22)を形成する工程と、前記AlN層上に位置して、前記ミックス値が前記第1の値に応じて特定される第2の値以下となる結晶品質を有し、所定のAl組成比を有したn型AlGaNを形成する工程と、を備える窒化物半導体素子(1)の製造方法。
[6]前記所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層(22)を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Gaのドーピング量を変更する工程、及びAlN層(22)の膜厚を変更する工程のうち少なくとも1つ以上の工程を含む、請求項5に記載の窒化物半導体素子(1)の製造方法。
Claims (6)
- 所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層と、
前記AlN層上に形成された、所定のAl組成比を有したn型AlGaNと、
を含む窒化物半導体素子。 - 前記AlN層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が350〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、
前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜70%のAl組成比を有した、
請求項1に記載の窒化物半導体素子。 - 前記AlN層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が380〜520(arcsec)に応じた結晶品質を有し、
前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜60%のAl組成比を有した、
請求項2に記載の窒化物半導体素子。 - 前記AlN層は、前記所定の範囲内の結晶品質として、前記(10−12)面に対するX線ロッキングカーブの半値幅が410〜490(arcsec)に応じた結晶品質を有し、
前記n型AlGaNは、前記所定のAl組成比として、40%〜50%のAl組成比を有した、
請求項3に記載の窒化物半導体素子。 - 所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層を形成する工程と、
前記AlN層上に位置して、所定のAl組成比を有したn型AlGaNを形成する工程と、
を備える窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記所定の範囲内の結晶品質を有したAlN層を形成する工程は、成長温度を変更する工程、Gaのドーピング量を変更する工程、及びAlN層の膜厚を変更する工程のうち少なくとも1つ以上の工程を含む、
請求項5に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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