JP4963301B2 - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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(A)Volmer−Weber mode(V−Wモード)
蒸着原子が基板上で核を形成し、この核が単原子層を形成する前に3次元的な島状に成長する。核成長、島状成長とも呼ばれる。
(B)Frank−van der Merweモード(F−Mモード)
蒸着原子が基板面を一様に覆うように2次元的な単原子層に成長する。層状成長とも呼ばれる。
(C)Stranski−Krastanov mode(S−Kモード)
V−WモードとF−Mモードを合わせたもので、まず数層の原子層を形成した後に、ある層から島状成長を行なうもの。層状+島状成長とも呼ばれる。
エネルギーD=γf+γi−γS (1)
V−Wモードは、基板の表面エネルギーγSが小さく、D≧0となる条件下で起こりやすい。このことは、基板の影響よりも吸着原子同士の相互作用が優勢で、そのためにクラスターを形成するというようにも解釈できる。
エネルギーD=γf+γi−γS ≦0 (2)
ホモエピタキシャルの場合、γf=γS、γi=0、であるから、一般的には、上記式(2)の条件を満たすことが分かる。ヘテロエピタキシャルの場合は、一般的にγiは正であるから、F−Mモードとなるためには、γs>γfである必要があり、したがって、薄膜のF−Mモード成長は、表面エネルギーが大きい基板で起こりやすい。
図1に示される構造の窒化物半導体発光ダイオード素子を以下の方法により作製した。まず、サファイアからなる基板101を用意し、MOCVD装置の反応炉内にセットした。そして、反応炉内に水素を流しながら、基板101の温度を1050℃まで上昇させて、基板101の表面(C面)のクリーニングを行なった。次に、基板101の温度を510℃まで低下させ、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびTMG(トリメチルガリウム)を反応炉内に流して、基板101の表面(C面)上にGaNからなるバッファ層をMOCVD法により約20nmの厚さで積層した。次いで、基板101の温度を1050℃まで上昇させて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアおよびTMG、不純物ガスとしてシランを反応炉内に流して、SiがドーピングされたGaNからなるn型窒化物半導体下地層(キャリア濃度:1×1018/cm3)をMOCVD法によりバッファ層上に6μmの厚さで積層した。続いて、キャリア濃度が5×1018/cm3となるようにSiをドーピングしたこと以外はn型窒化物半導体下地層と同様にして、GaNからなるn型窒化物半導体コンタクト層をMOCVD法によりn型窒化物半導体下地層上に0.5μmの厚さで積層して、バッファ層、n型窒化物下地層およびn型窒化物半導体コンタクト層からなるn型窒化物半導体層102を形成した。
サーファクタント物質を、それぞれY、La、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Cd、Hg、As、Sbとすること以外は実施例1と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。サーファクタント物質の添加方法は、有機金属気相成長法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。
p側電極をPd、NiまたはPtとすること以外は実施例1と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。
サーファクタント物質を、それぞれSc、Mn、Cu、Y、La、Au、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Cd、Hg、As、Sbとすること以外は実施例3と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。サーファクタント物質の添加方法は、有機金属気相成長法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。
サーファクタント物質をp側電極の成長途中に添加すること以外は実施例1〜4と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。
サーファクタント物質の添加量を3ML以下(モノレイヤー)以下にすること以外は実施例1〜5と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。
サーファクタント物質の添加後、約300℃のアニール処理を施すこと以外は実施例1〜6と同様にして窒化物半導体発光ダイオード素子を完成させる。
Claims (9)
- 基板上に少なくともn型窒化物半導体層、活性層、およびp型窒化物半導体層をこの順で成長させる窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記p側電極を成長させる前の前記p型窒化物半導体層表面または前記p側電極の成長途中におけるp側電極表面に、サーファクタント物質を接触させる工程を備える窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記サーファクタント物質の表面エネルギーは、前記p型窒化物半導体層および/または前記p型電極の表面エネルギーよりも小さい請求項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記p側電極は、Agからなり、
前記サーファクタント物質は、Y、La、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Cd、Hg、As、SbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素からなる請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記p側電極は、Pd、NiまたはPtからなり、
前記サーファクタント物質は、Sc、Mn、Cu、Y、La、Au、Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Cd、Hg、As、SbおよびBiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素からなる請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記p側電極を成長させる直前の成長中断工程において、前記p型窒化物半導体層表面に前記サーファクタント物質を接触させる請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記p側電極の成長途中におけるp側電極表面に、サーファクタント物質を接触させる請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記サーファクタント物質は、有機金属気相成長法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて、前記p型窒化物半導体層表面または成長途中におけるp側電極表面に接触される請求項1〜6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記サーファクタント物質は、3ML以下の量で、前記p型窒化物半導体層表面または成長途中におけるp側電極表面上に添加される請求項1〜7のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記サーファクタント物質を接触させる工程の後、アニール処理を施す工程をさらに備える請求項1〜8のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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