JP4835741B2 - 半導体発光素子を作製する方法 - Google Patents
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Description
しきい値を小さくすることができる。
発光ダイオード(LED)を有するデバイス1〜デバイス9を作製した。図7は、デバイス1〜デバイス9のLED構造を示す図である。但し、デバイス2及び6は、例えば極性面および無極性面上に作製される。図7に示されるLED構造のために、デバイス1〜デバイス9のための面方位をそれぞれ有する複数のGaN基板71を準備した。また、各GaN基板71の主面71aは、図8に示される面方位及びオフ角を有している。オフ角αは、c軸方向に延在する基準軸Cxに直交する基準平面Scと基板主面との成す角度として規定される。GaN基板71を成長炉に配置し、アンモニア(NH3)及び水素(H2)を成長炉に供給して、摂氏1050度の雰囲気にGaN基板71を10分間保持した。この前処理(サーマルクリーニング)の後に、原料ガスを成長炉に供給して以下のようにエピタキシャル積層構造を有機金属気相成長法で作製した。
Claims (20)
- 半導体発光素子を作製する方法であって、
発光層におけるピエゾ分極の向きを見積もるために、III族窒化物半導体からなる基板主面のための一又は複数の傾斜角を選択する工程と、
前記選択された傾斜角を有しIII族窒化物半導体からなる基板主面の基板を準備する工程と、
前記選択された傾斜角で前記発光層のための量子井戸構造並びにp型及びn型窒化ガリウム系半導体層を成長して、基板生産物を準備する工程と、
エレクトロルミネッセンスを発しないようにバイアスを前記基板生産物に印加しながら前記基板生産物のフォトルミネッセンスの測定を行って、前記基板生産物のフォトルミネッセンスのバイアス依存性を得る工程と、
前記測定されたフォトルミネッセンスのバイアス依存性から、前記基板主面の前記選択された傾斜角の各々において前記発光層におけるピエゾ分極の向きの見積もりを行う工程と、
前記基板主面に対応する傾斜角及び前記基板主面の裏面に対応する傾斜角のいずれかの使用を前記見積りに基づき判断して、前記半導体発光素子の作製のための成長基板の面方位を選択する工程と、
前記半導体発光素子のための半導体積層を前記成長基板の主面上に形成する工程と
を備え、
前記フォトルミネッセンスのバイアス依存性は、前記基板生産物にバイアスを印加しながらフォトルミネッセンススペクトルを測定可能なPL測定装置において測定され、
前記フォトルミネッセンスは、前記バイアスを印加すると共に前記基板生産物に励起光を照射しながら測定され、
前記成長基板の前記主面は前記III族窒化物半導体からなり、
前記傾斜角は、前記基板主面と前記III族窒化物半導体の(0001)面との成す角度によって規定され、
前記半導体積層は、第1のIII族窒化物半導体領域、発光層及び第2のIII族窒化物半導体領域を含み、
前記発光層は、前記第1のIII族窒化物半導体領域と前記第2のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記発光層は井戸層及び障壁層を含み、
前記井戸層及び前記障壁層の各々は、前記III族窒化物半導体のc軸に延びる基準軸に直交する面から傾斜した基準平面に沿って延びており、
前記井戸層は第1の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記障壁層は前記第1の窒化ガリウム系半導体と異なる第2の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記井戸層は歪みを内包し、
前記第1のIII族窒化物半導体領域は一又は複数のn型III族窒化物半導体層を含み、
前記第2のIII族窒化物半導体領域は一又は複数のp型III族窒化物半導体層を含む、ことを特徴とする方法。 - 前記ピエゾ分極の向きの見積もりから、前記ピエゾ分極の正負の符号に応じて前記複数の傾斜角を含む角度範囲の区分けを行う工程を更に備え、
前記判断は、前記区分けに基づき行われる、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。 - 前記基板生産物はIII族窒化物基板を用いて作製される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載された方法。
- 前記発光層の発光波長が460nm以上550nm以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。
- 前記複数の傾斜角を選択する前記工程では、2つ以上の面方位を示す角度が選択される、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された方法。
- 前記成長基板の前記面方位は、前記傾斜角が40度以上140度以下である角度範囲に含まれる、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法。
- 前記井戸層はInGaNからなり、
前記障壁層はInGaN又はGaNからなり、
前記井戸層の圧縮歪みは前記障壁層からの応力によるものであり、
前記基板生産物はGaN基板を用いて作製される、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された方法。 - 前記成長基板の主面は、前記井戸層におけるピエゾ分極の向きが前記n型III族窒化物半導体層から前記p型III族窒化物半導体層へ向くように選択される、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された方法。
- 前記発光層は多重量子井戸構造を有し、
前記障壁層のバンドギャップエネルギと前記井戸層のバンドギャップエネルギとの差は0.7eV以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された方法。 - 前記複数の傾斜角による角度範囲の一部若しくは全部において前記ピエゾ分極の向きが前記n型III族窒化物半導体層から前記p型III族窒化物半導体層へ向かう正方向であることを前記見積もりが示すとき、前記正方向のピエゾ分極を示す傾斜角を提供する主面の基板を前記成長基板として準備する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された方法。
- 前記複数の傾斜角による角度範囲の一部若しくは全部において前記ピエゾ分極の向きが前記p型III族窒化物半導体層から前記n型III族窒化物半導体層へ向かう負方向であることを前記見積もりが示すとき、前記負方向のピエゾ分極を示す傾斜角の面方位の裏面を提供する主面の基板を前記成長基板として準備する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された方法。
- 前記成長基板の前記面方位は、前記傾斜角が40度以上50度以下及び90度より大きく130度以下の角度範囲にあり、
前記基板生産物はGaN基板を用いて作製される、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された方法。 - 前記成長基板の面方位は、{10−12}面、{11−2−2}面、{10−1−1}面、及び{20−2−1}面のいずれかである、ことを特徴とする請求項10〜請求項12のいずれか一項に記載された方法。
- 前記成長基板の主面は、前記井戸層におけるピエゾ分極の向きが前記p型III族窒化物半導体層から前記n型III族窒化物半導体層へ向くように選択される、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された方法。
- 前記複数の傾斜角による角度範囲の一部若しくは全部において前記ピエゾ分極の向きが前記n型III族窒化物半導体層から前記p型III族窒化物半導体層へ向かう正方向であることを前記見積もりが示すとき、前記正方向のピエゾ分極を示す傾斜角の面方位の裏面を提供する主面の基板を前記成長基板として準備する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項7及び請求項14のいずれか一項に記載された方法。
- 前記複数の傾斜角による角度範囲の一部若しくは全部において前記ピエゾ分極の向きが前記p型III族窒化物半導体層から前記n型III族窒化物半導体層へ向かう負方向であることを前記見積もりが示すとき、前記負方向のピエゾ分極を示す傾斜角を提供する主面の基板を前記成長基板として準備する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項7、請求項14及び請求項15のいずれか一項に記載された方法。
- 前記第2のIII族窒化物半導体領域は、前記障壁層のバンドギャップよりも大きな窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記第2のIII族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体層は、前記発光層に隣接しており、
前記窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層を含み、
前記成長基板の前記面方位は、前記傾斜角が63度以上80度以下の角度範囲であり、
前記基板生産物はGaN基板を用いて作製される、ことを特徴とする請求項1〜請求項7及び請求項14〜請求項16のいずれか一項に記載された方法。 - 前記成長基板の面方位は、{20−21}面である、ことを特徴とする請求項17に記載された方法。
- 前記傾斜角は、前記III族窒化物半導体のc軸をm軸の方向に傾斜させた角度として規定される、ことを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載された方法。
- 前記傾斜角は、前記III族窒化物半導体のc軸をa軸の方向に傾斜させた角度として規定される、ことを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載された方法。
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