JP5353827B2 - Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor light emitting device, lamp, electronic device, and mechanical device - Google Patents

Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor light emitting device, lamp, electronic device, and mechanical device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element capable of attaining high output while preventing deterioration in crystallinity of a luminous layer and deterioration in crystallinity of a p-type semiconductor layer due to inclusion of impurities into the p-type semiconductor layer, and a method for manufacturing the semiconductor light emitting element. <P>SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor light emitting element includes: a first step of forming, on a substrate 11, first and second n-type semiconductor layers 12a and 12b, and a luminous layer 13 formed by alternately and repeatedly laminating a well layer and a barrier layer while the uppermost surface is the barrier layer, in a first metal organic chemical vapor deposition system; and a second step of sequentially laminating a regrowth layer 13c of the barrier layer and a p-type semiconductor layer 14 on the barrier layer of the uppermost face of the luminous layer in a second metal organic chemical vapor deposition system. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

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、機械装置に関し、特に、大電流が印加される場合に好適に用いられ、大電流が印加されることにより高い発光出力が得られる半導体発光素子の製造方法およびこの製造方法を用いて製造された半導体発光素子を備えるランプ、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 and a semiconductor light-emitting element, a lamp, an electronic apparatus, and a mechanical device. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element that can be obtained, and a lamp, an electronic device, and a mechanical device including the semiconductor light-emitting element manufactured by using this manufacturing method.

従来から、発光ダイオードなどに用いられる半導体発光素子として、基板上に、n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順次積層してなるものがある。このような半導体発光素子を製造する方法としては、サファイア単結晶などからなる基板上に、有機金属化学気相成長法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )法)によって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方法が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor light emitting element used for a light emitting diode or the like, there is one in which an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate. As a method of manufacturing such a semiconductor light emitting device, an n-type semiconductor layer and a light emitting layer are formed on a substrate made of a sapphire single crystal by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. A method of sequentially and sequentially stacking a p-type semiconductor layer is known.

一方、化合物半導体の中には、例えばII-VI族化合物半導体からなるpn接合発光ダイオードやダブルヘテロ接合レーザダイオードにおいては、p型伝導膜、n型伝導膜それぞれのキャリア濃度が充分に高いことが要求されており、同一成長室内で連続してn型伝導膜とp型伝導膜を形成すると、残留不純物による補償のため、キャリア濃度1×1018cm―3以上のp型伝導膜は得られず、実用的なII-VI族化合物半導体発光素子を形成することは困難であった。
このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献1には、所定の基板上に、少なくとも第一導電型の半導体層と第二導電型の半導体層とを順次成膜して化合物半導体装置を製造するに際し、前記それぞれの導電型の半導体層を、導電型に対応した異なる複数の独立した成長室で成膜するようにして成る化合物半導体装置の製造方法が提案されている。
On the other hand, among compound semiconductors, for example, in pn junction light emitting diodes and double heterojunction laser diodes made of II-VI group compound semiconductors, the carrier concentrations of the p-type conductive film and the n-type conductive film are sufficiently high. When an n-type conductive film and a p-type conductive film are successively formed in the same growth chamber, a p-type conductive film having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more can be obtained due to compensation by residual impurities. Therefore, it was difficult to form a practical II-VI compound semiconductor light emitting device.
As a technique for solving such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a compound semiconductor device in which at least a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer are sequentially formed on a predetermined substrate. In manufacturing a semiconductor device, a method of manufacturing a compound semiconductor device is proposed in which the respective conductive type semiconductor layers are formed in a plurality of different independent growth chambers corresponding to the conductive type.

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

しかしながら、導電型に対応した異なる複数の独立した成長室で成膜すると、成長室を変える度に基板の冷却、加熱が繰り返され、成膜された化合物半導体層が必要以上に加熱される結果となり、前記化合物半導体層の一部昇華(蒸散)やそれに伴い結晶性の悪化をもたらしてしまう恐れがあった。
このように、n型半導体層を形成する成長室(有機金属化学気相成長装置)とp型半導体層を形成する成長室(有機金属化学気相成長装置)とを別々にすると、得られた半導体発光素子の出力が不十分となる場合があった。
また、最近、半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子に大電流が印加される場合が多くなってきており、このような条件にも耐え得る発光特性の優れた半導体発光素子が求められていた。
However, if a film is formed in a plurality of independent growth chambers corresponding to the conductivity type, the substrate is repeatedly cooled and heated each time the growth chamber is changed, resulting in heating the formed compound semiconductor layer more than necessary. In some cases, the compound semiconductor layer may partially sublimate (evaporate) and deteriorate crystallinity.
As described above, the growth chamber (organometallic chemical vapor deposition apparatus) for forming the n-type semiconductor layer and the growth chamber (organometallic chemical vapor deposition apparatus) for forming the p-type semiconductor layer were obtained separately. In some cases, the output of the semiconductor light emitting device becomes insufficient.
Recently, in order to improve the light emission output of the semiconductor light emitting device, a large current is often applied to the semiconductor light emitting device, and the semiconductor light emitting device having excellent light emitting characteristics that can withstand such conditions. Was demanded.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、発光層の結晶性低下や、p型半導体層への不純物の混入に起因するp型半導体層の結晶性低下を防ぎ、かつ、高い出力の得られる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 prevents a decrease in crystallinity of the light-emitting layer and a decrease in crystallinity of the p-type semiconductor layer due to the incorporation of impurities into the p-type semiconductor layer, and high output. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.

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〕 第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に第一n型半導体層と第二n型半導体層と、井戸層と障壁層とを交互に繰返し積層し、最上面が前記障壁層となる発光層を形成する第一工程と、第二有機金属化学気相成長装置において、前記発光層の最上面の前記障壁層上に前記障壁層の再成長層とp型半導体層と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〕 前記再成長層形成の際に、キャリアガスとしてNガスを用い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〕 前記再成長層を3nm〜20nmの膜厚で形成することを特徴とする〔1〕または〔2〕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際の基板温度を、600℃〜1000℃とすることを特徴とする〔1〕乃至〔3〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔5〕 前記再成長層を形成する際の圧力を、10kPa〜80kPaと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〕 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力40kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜800℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔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〕 前記再成長層は、不純物が意図的に添加されていない再成長層であ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。
〔8〕 基板上に第一n型半導体層と、第二n型半導体層と、井戸層と障壁層とが交互に繰返し積層してなる最上面が前記障壁層である発光層と、前記発光層の最上面の前記障壁層上に形成された前記障壁層の再成長層と、p型半導体層とが積層された半導体発光素子。
〔9〕 前記再成長層が3nm〜20nm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。
〔10〕 請求項1乃至7のいずれか一項に記載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を備えることを特徴とするランプ。
〔11〕 〔10〕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。
〔12〕 〔11〕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] In the first metal organic chemical vapor deposition apparatus, a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a well layer, and a barrier layer are alternately and repeatedly stacked on a substrate, and the uppermost surface is the barrier. In a first step of forming a light emitting layer to be a layer, and in a second metal organic chemical vapor deposition apparatus, a regrowth layer of the barrier layer and a p-type semiconductor layer are formed on the barrier layer on the uppermost surface of the light emitting layer. And a second step of sequentially laminating the semiconductor light-emitting device.
[2] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to [1], wherein N 2 gas is used as a carrier gas when forming the regrowth layer.
[3] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to [1] or [2], wherein the regrowth layer is formed with a thickness of 3 nm to 20 nm.
[4] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [3], wherein a substrate temperature in forming the regrowth layer is 600 ° C. to 1000 ° C.
[5] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [4], wherein a pressure when forming the regrowth layer is 10 kPa to 80 kPa.
[6] Before forming the regrowth layer, in the second organometallic chemical vapor deposition apparatus, in an atmosphere containing nitrogen and ammonia, a pressure of 40 kPa to 100 kPa and a substrate temperature of 500 ° C. to 800 ° C. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [5], wherein heat treatment is performed in step (1).
[7] The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to any one of [1] to [6], wherein the regrowth layer is a regrowth layer to which no impurity is intentionally added.
[8] A light emitting layer in which a top surface formed by alternately and repeatedly laminating a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a well layer and a barrier layer on the substrate is the barrier layer; A semiconductor light emitting device in which a regrowth layer of the barrier layer formed on the barrier layer on the uppermost surface of the 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 3 nm to 20 nm.
[10] A lamp comprising a semiconductor light-emitting device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 7.
[11] An electronic device in which the lamp according to [10] is incorporated.
[12] A mechanical apparatus in which the electronic device according to [11] is incorporated.

本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、発光層とp型半導体層を別の成長室内で形成して、発光層の最上面(障壁層)表面に障壁層の再成長層を形成することにより、発光層のインジウムの昇華と結晶性の低下を防ぐことができる、また、不純物混入によるp型半導体層の結晶性低下を防ぐことができる。さらに、障壁層の再成長層を形成することにより、発光層のa軸格子定数が大きくなることを見出し、発光層がそれまでに被った熱履歴等によるストレスが緩和され、発光層自体の結晶性向上をもたらすことができる。
このように、本発明では、結晶性の高い発光層やp型半導体層を形成することができるため、半導体発光素子の発光出力向上や素子自体の信頼性を向上させることが可能となる。
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, the light emitting layer and the p-type semiconductor layer are formed in separate growth chambers, and the regrown layer of the barrier layer is formed on the uppermost surface (barrier layer) surface of the light emitting layer. As a result, sublimation of indium and crystallinity in the light emitting layer can be prevented, and crystallinity of the p-type semiconductor layer due to impurity contamination can be prevented. Furthermore, by forming a regrowth layer of the barrier layer, it has been found that the a-axis lattice constant of the light emitting layer is increased, the stress due to the heat history, etc. that the light emitting layer has suffered so far is alleviated, and the crystal of the light emitting layer itself Can improve the performance.
As described above, in the present invention, since a light-emitting layer or a p-type semiconductor layer with high crystallinity can be formed, it is possible to improve the light emission output of the semiconductor light-emitting element and the reliability of the element itself.

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 convenience, and the dimensional ratios and the like of each component are not necessarily the same as actual. 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、から概略構成されている。
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 schematically configured.

積層半導体層20は、基板11側から、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構成されている。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。
The stacked semiconductor layer 20 is configured by stacking an n-type semiconductor layer 12, a light emitting layer 13, and a p-type semiconductor layer 14 in this order from the substrate 11 side. 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 one part of the n-type semiconductor layer 12 is removed from the removed portions. The part 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、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。
<Substrate 11>
Examples of the substrate 11 include sapphire, SiC, zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, manganese zinc iron, magnesium aluminum oxide, zirconium boride, gallium oxide, indium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, A substrate made of neodymium gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum, 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.

(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、単結晶の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緩和する効果が十分に得られない場合がある。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 can be, for example, made of single crystal Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and having a thickness of 0.01 μm to 0.5 μm. If the thickness of the buffer layer 21 is less than 0.01 μm, the buffer layer 21 may not sufficiently obtain the effect of reducing 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.

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。   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、下地層22の膜厚は10μm以下が好ましい。
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方が望ましい。しかし、p型あるいはn型の導電性が必要な場合には、下地層22にアクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
(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. An Al x Ga 1-x N layer with good crystallinity is more easily obtained when the thickness is increased. Further, the film thickness of the underlayer 22 is preferably 10 μm or less.
In order to improve the crystallinity of the underlayer 22, it is desirable that the underlayer 22 is not doped with impurities. However, when p-type or n-type conductivity is required, acceptor impurities or donor impurities can be added to the base layer 22.

<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、nコンタクト層12aと、第二n型半導体層としてのnクラッド層12bから構成されている。ここで、nコンタクト層12aを第一n型半導体層、nクラッド層12bを第二n型半導体層と記述することができる。
<Laminated semiconductor layer 20>
(N-type semiconductor layer 12)
The n-type semiconductor layer 12 further includes an n-contact layer 12a and an n-clad layer 12b as a second n-type semiconductor layer. Here, the n-contact layer 12a can be described as a first n-type semiconductor layer, and the n-cladding layer 12b can be described as a second n-type semiconductor layer.

(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が一部に形成されている。
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、半導体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 partially 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 semiconductor 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、n型不純物(ドーパント)がドープされている。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場合、n型電極17との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。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(ドーパント)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), An n-type impurity (dopant) is doped. When n-type impurity is contained in 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 , From the viewpoint of maintaining good ohmic contact. The n-type impurity used for the n-contact layer 12a is not particularly limited, and examples thereof include Si, Ge, Sn, etc., Si and Ge are preferable, and Si is most preferable. In this embodiment, Si of about 5 × 10 18 / cm 3 is contained as an n-type impurity (dopant).

nクラッド層12bは、nコンタクト層12aと発光層13との間に設けられている。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り、nコンタクト層12aと発光層13との結晶格子の不整合を緩和する発光層13のバッファ層としても機能する。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 12 b is provided between the n contact layer 12 a 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, and also serves as a buffer layer for the light-emitting layer 13 that alleviates the crystal lattice mismatch between the n-contact layer 12a and the light-emitting layer 13. Function. 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。nクラッド層12bが単層からなるものである場合、nクラッド層12bの膜厚は、5nm〜500nmであることが好ましく、より好ましくは5nm〜100nmである。   The n-clad layer 12b may have a single layer structure or a superlattice structure. When the n clad layer 12b is a single layer, the thickness of the n clad layer 12b is preferably 5 nm to 500 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.

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.

<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であり、最上面(pクラッド層14a側)の障壁層13a上には障壁層13aの再成長層13cが形成されている。障壁層13aと井戸層13bは、第一工程において形成されたものであり、再成長層13cは第二工程において形成されたものである。
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, and a regrowth layer of the barrier layer 13a is formed on the uppermost barrier layer (a side of the p-clad layer 14a). 13c is formed. The barrier layer 13a and the well layer 13b are formed in the first step, and the regrowth layer 13c is formed in the second step.
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ドーパントとしては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 a dopant 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く、20オングストローム以上70オングストローム以下であることが特に好ましい。障壁層13aの膜厚が20オングストローム未満であると、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100オングストローム以上であると、駆動電圧の上昇や発光効率の低下を引き起こすため好ましくない。
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比率の小さいInGaNで形成することができる。中でも特に、GaNを好適に用いることができる。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ドーパントとしては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 a range of 20 angstroms or more and less than 100 angstroms, and particularly preferably 20 angstroms or more and 70 angstroms or less. If the thickness of the barrier layer 13a is less than 20 angstroms, 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. Further, it is not preferable that the thickness of the barrier layer 13a is 100 angstroms or more, because it causes an increase in driving voltage and a decrease in light emission efficiency.
In addition to GaN and AlGaN, the barrier layer 13a can be formed of InGaN having a smaller In ratio than InGaN constituting the well layer. Of these, GaN can be preferably used. Further, the barrier layer 13a can be doped with impurities. Si is preferably used as the dopant in the present embodiment. The dope amount is preferably about 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 .

(再成長層13c)
再成長層13cは、障壁層13aの再成長層であり、発光層13の最上面(障壁層13a)上に形成されている。また、障壁層13aと再成長層13cは、同一の材料からなることが好ましい。
また、再成長層13cの膜厚は、3nm〜20nmであることが好ましい。再成長層13cがこの範囲内の膜厚で形成されていることにより、障壁層13aの成長後第一有機金属化学気相成長装置の成長室内から取り出して、その後第二有機金属化学気相成長装置の成長室内で障壁層13aの成長を再開することによる、障壁層13a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。また、再成長層13cには不純物をドープしなくても構わない。再成長層13cの機能は不純物ドープの有無に影響しないためである。
(Regrown layer 13c)
The regrowth layer 13c is a regrowth layer of the barrier layer 13a, and is formed on the uppermost surface (barrier layer 13a) of the light emitting layer 13. The barrier layer 13a and the regrowth layer 13c are preferably made of the same material.
The thickness of the regrowth layer 13c is preferably 3 nm to 20 nm. Since the regrowth layer 13c is formed with a film thickness within this range, after the growth of the barrier layer 13a, the regrowth layer 13c is taken out from the growth chamber of the first metal organic chemical vapor deposition apparatus, and then the second metal organic chemical vapor deposition is performed. The resumption of the growth of the barrier layer 13a in the growth chamber of the device can reduce the influence on the crystallinity of the barrier layer 13a. Therefore, the effect of improving the output of the semiconductor light emitting device becomes more remarkable. The regrowth layer 13c may not be doped with impurities. This is because the function of the regrowth layer 13c does not affect the presence or absence of impurity doping.

一方、再成長層13cの膜厚が3nm未満であると、再成長層13cの表面の平坦性が不十分となり好ましくない。また、、再成長層13cの膜厚が20nmを超えると、第二有機金属化学気相成長装置の成長室内に、再成長層13c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、これらに起因するp型半導体層14の不良が生じやすくなる。また、再成長層13cの成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する。   On the other hand, if the film thickness of the regrowth layer 13c is less than 3 nm, the flatness of the surface of the regrowth layer 13c becomes insufficient, which is not preferable. Moreover, when the film thickness of the regrowth layer 13c exceeds 20 nm, the amount of dopants and deposits left after the regrowth layer 13c is formed in the growth chamber of the second metal organic chemical vapor deposition apparatus increases. Defects of the p-type semiconductor layer 14 due to these tend to occur. Further, the film formation time for the regrowth layer 13c becomes longer, and the productivity is lowered.

本実施形態においては、発光層13の最上面(Pクラッド層14a側)に再成長層13cが形成されていることにより、井戸層13b中のインジウムの過度な昇華が防がれる。そのため、発光層13は十分な結晶性で維持される。   In the present embodiment, the regrowth layer 13c is formed on the uppermost surface (the P clad layer 14a side) of the light emitting layer 13, thereby preventing excessive sublimation of indium in the well layer 13b. Therefore, the light emitting layer 13 is maintained with sufficient crystallinity.

<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、再成長層13c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 14a in the present embodiment is formed on the regrown layer 13c. 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、薄膜を複数回積層してなる超格子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 are stacked a plurality of times.

pクラッド層14aが超格子構造を含むものである場合には、III族窒化物半導体からなるp側第一層と、該p側第一層と組成が異なるIII族窒化物半導体からなるp側第二層とが積層されたものとすることができる。pクラッド層14aが超格子構造を含むものである場合、p側第一層とp側第二層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。   When the p-cladding layer 14a includes a superlattice structure, a p-side first layer made of a group III nitride semiconductor and a p-side second made of a group III nitride semiconductor having a composition different from that of the p-side first layer. The layers may be stacked. When the p-cladding layer 14a includes a superlattice structure, the p-cladding layer 14a may include a structure in which p-side first layers and p-side second layers are alternately and repeatedly stacked.

(pコンタクト層14b)
pコンタクト層14bは、正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(ドーパント)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。
本実施形態の発光層13とpコンタクト層14bは、異なる成長室で形成されたものであるため、pコンタクト層14bには、発光層13形成で用いたSiなどのドーパントが混入していない。そのため、キャリア濃度の高いpコンタクト層14bが形成されている。
(P contact layer 14b)
The p contact layer 14b is a layer for providing a positive 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. . When the p-contact layer 14b contains p-type impurities (dopants) 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.
Since the light emitting layer 13 and the p contact layer 14b of this embodiment are formed in different growth chambers, the p contact layer 14b is not mixed with a dopant such as Si used in forming the light emitting layer 13. Therefore, the p contact layer 14b having a high carrier concentration is formed.

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 in contact with the n-type semiconductor layer 12 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型ボンディングパッド電極16は、透光性電極15上であれば、どこへでも形成することができる。しかし、あまりにもn型電極17に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
(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.
The p-type bonding pad electrode 16 can be formed anywhere as long as it is on the translucent electrode 15. However, if it is formed at a position too close to the n-type electrode 17, it is not preferable because a short circuit between wires and balls occurs when bonding.

また、p型ボンディングパッド電極16の直径は、作業性と光取り出しの観点から、100μm程度とすることが一般的である。   The diameter of the p-type bonding pad electrode 16 is generally about 100 μm from the viewpoint of workability and light extraction.

(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.

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、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nコンタクト層12aとnクラッド層12bと、障壁層13aと井戸層13bとが交互に繰返し積層してなる発光層13とを積層する第一工程と、障壁層13a上に障壁層13aの再成長層13c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。図2では、積層半導体層20がバッファ層21、下地層22を介して積層される例を示す。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, first, the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2 is manufactured. The manufacturing method of the laminated semiconductor layer 20 is a first step of laminating the n-contact layer 12a and the n-cladding layer 12b on the substrate 11 and the light-emitting layer 13 in which the barrier layers 13a and the well layers 13b are alternately and repeatedly laminated. And a second step of sequentially stacking the regrowth layer 13c of the barrier layer 13a and the p-type semiconductor layer 14 on the barrier layer 13a. FIG. 2 shows an example in which the laminated semiconductor layer 20 is laminated via the buffer layer 21 and the base layer 22. Hereafter, each process is demonstrated in detail using FIG.

<第一工程>
はじめに、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と、下地層22を順次積層する。なお、本発明では、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。
<First step>
First, a substrate 11 made of sapphire or the like is prepared.
Next, the substrate 11 is placed in a growth chamber of a first MOCVD apparatus (first metal organic chemical vapor deposition apparatus), and a buffer layer 21 and a base layer 22 are sequentially stacked on the substrate 11 by MOCVD. In the present invention, 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 sequentially laminated on the substrate in the growth chamber of the first MOCVD apparatus. May be.

(nコンタクト層12a積層工程)
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℃〜1100℃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)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 lamination process)
Next, an n contact layer 12 a is laminated 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 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere.
Further, as a raw material for growing the n-contact layer 12a, a group III metal organic metal source such as trimethylgallium (TMG) and a nitrogen source such as ammonia (NH 3 ) are used, and the group III layer is formed on the buffer layer by thermal decomposition. A nitride semiconductor layer is deposited. 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。超格子構造のnクラッド層12bを形成する工程は、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側第一層と、n側第一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側第二層とを交互に20層〜80層繰返し積層する工程とすることができる。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。
(N-cladding layer 12b formation process)
Next, the n clad layer 12b is formed on the n contact layer 12a. The step of forming the n-clad layer 12b having a superlattice structure includes an n-side first layer made of a group III nitride semiconductor having a thickness of 100 angstroms or less, and an III-layer having a thickness of 100 angstroms or less having a composition different from that of the n-side first layer. It can be set as the process of repeatedly stacking 20 to 80 layers alternately with the n-side second layer made of a group nitride semiconductor. The n-side first layer and / or the n-side second layer is preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing In.

(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、障壁層13aの上に井戸層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を成長させる際の基板温度は600〜900℃とし、キャリアガスとしては窒素ガスを用いる。
この後、第一MOCVD装置の成長室内から、発光層13までの各層の形成された基板11を取り出す。
(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 on the barrier layer 13a. 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. The substrate temperature for growing the light emitting layer 13 is 600 to 900 ° C., and nitrogen gas is used as the carrier gas.
Thereafter, the substrate 11 on which the layers up to the light emitting layer 13 are formed is taken out from the growth chamber of the first MOCVD apparatus.

<第二工程>
第二工程はさらに、第二MOCVD装置(第二有機金属化学気相成長装置)において、障壁層13a上に障壁層13aの再成長層13cを形成する工程と、p型半導体層14を形成する工程と、から構成されている。以下それぞれについて詳細を説明する。
<Second step>
The second step further includes a step of forming a regrowth layer 13c of the barrier layer 13a on the barrier layer 13a and a p-type semiconductor layer 14 in the second MOCVD apparatus (second metal organic chemical vapor deposition apparatus). And a process. Details will be described below.

(再成長層13c形成工程)
まず、発光層13までの各層の形成された基板11を第二MOCVD装置の成長室内に設置する。次いで、MOCVD法によって発光層13の最上面(pクラッド層14a側)の障壁層13a上に、障壁層13aの再成長層13cを形成する。
(Re-growth layer 13c formation process)
First, the substrate 11 on which the layers up to the light emitting layer 13 are formed is placed in the growth chamber of the second MOCVD apparatus. Next, a regrowth layer 13c of the barrier layer 13a is formed on the barrier layer 13a on the uppermost surface (on the p-clad layer 14a side) of the light emitting layer 13 by MOCVD.

本実施形態においては、再成長層13cを形成する前に、最上面の障壁層13a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500℃〜800℃の熱処理(サーマルクリーニング)を行うことが好ましい。なお、水素のみの雰囲気では再成長層13cが分解され、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40〜100kPaとすることが好ましい。   In this embodiment, before the regrowth layer 13c is formed, the substrate 11 on which the layers up to the uppermost barrier layer 13a are formed is subjected to a heat treatment (thermal) at 500 ° C. to 800 ° C. in an atmosphere containing nitrogen and ammonia. Cleaning) is preferably performed. Note that an atmosphere containing only hydrogen is not preferable because the regrowth layer 13c is decomposed and crystallinity is deteriorated. Further, the pressure in the growth chamber of the second MOCVD apparatus at this time is preferably 40 to 100 kPa.

このような熱処理を行った場合、第一工程終了後に、最上面の障壁層13a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、最上面の障壁層13aの表面が汚染されたとしても、再成長層13c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、再成長層13cの結晶性が向上して、再成長層13c上に形成されるp型半導体層14の結晶性がより一層良好なものとなる。
なお、最上面の障壁層13aの表面が汚染されたままである場合、逆方向電流(IR)が十分に低くならず、また、静電気放電(ESD)耐圧が不足する恐れがある。そのため、半導体発光素子1の信頼性が低下してしまう。
When such a heat treatment is performed, the substrate 11 on which the layers up to the uppermost barrier layer 13a are formed after the completion of the first step is taken out from the growth chamber of the first MOCVD apparatus, whereby the uppermost barrier layer 13a. Even if the surface is contaminated, the contaminant can be removed before the regrowth layer 13c is formed. As a result, the crystallinity of the regrowth layer 13c is improved, and the crystallinity of the p-type semiconductor layer 14 formed on the regrowth layer 13c is further improved.
If the surface of the uppermost barrier layer 13a remains contaminated, the reverse current (IR) may not be sufficiently low, and the electrostatic discharge (ESD) breakdown voltage may be insufficient. For this reason, the reliability of the semiconductor light emitting element 1 is lowered.

また、発光層13の形成工程における障壁層13aの成長条件と、本工程における再成長層13cの成長条件は同一とすることが好ましい。つまり、再成長層13cを成長させる際の基板温度は600℃〜900℃とし、キャリアガスとしては窒素ガスを用いることが好ましい。再成長層13cの形成の際の基板温度をこの範囲内とすることにより、熱による発光層13の結晶性の低下を防ぐことができる。また、キャリアガスとして窒素ガスを用いることにより、発光層13(井戸層13b)中のインジウムの昇華が防がれ、結晶性の低下を防ぐことができる。   Moreover, it is preferable that the growth conditions of the barrier layer 13a in the process of forming the light emitting layer 13 and the growth conditions of the regrowth layer 13c in this process are the same. That is, it is preferable that the substrate temperature for growing the regrowth layer 13c is 600 ° C. to 900 ° C., and nitrogen gas is used as the carrier gas. By setting the substrate temperature during the formation of the regrowth layer 13c within this range, it is possible to prevent the crystallinity of the light emitting layer 13 from being lowered by heat. Moreover, by using nitrogen gas as the carrier gas, sublimation of indium in the light emitting layer 13 (well layer 13b) can be prevented, and a decrease in crystallinity can be prevented.

また、再成長層13cは、3nm〜20nmの膜厚で形成することが好ましい。再成長層13cをこの範囲内の膜厚で形成することにより、障壁層13aの成長後第一MOCVD装置の成長室内から取り出して、その後第二MOCVD装置の成長室内で再成長層13cを成長させることによる、障壁層13aの結晶性の低下を防ぐことができる。これにより、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。また、後述する工程において障壁層13a上に形成されるp型半導体層14の結晶性を、よりいっそう良好なものとすることができる。   The regrowth layer 13c is preferably formed with a film thickness of 3 nm to 20 nm. By forming the regrown layer 13c with a film thickness within this range, the barrier layer 13a is taken out from the growth chamber of the first MOCVD apparatus after the growth, and then the regrown layer 13c is grown in the growth chamber of the second MOCVD apparatus. This can prevent the crystallinity of the barrier layer 13a from being lowered. Thereby, the effect of improving the output of the semiconductor light emitting device becomes more remarkable. Further, the crystallinity of the p-type semiconductor layer 14 formed on the barrier layer 13a in the process described later can be made even better.

また、再成長層13c形成の際のMOCVD装置の成長室内の圧力は10〜80kPaとすることが好ましい。成長室内の圧力をこの範囲内とすることにより、再成長層の結晶性の悪化を防ぐことができる。一方、再成長層13c形成の際の圧力が10kPa未満であると、再成長層の結晶性が悪化するため好ましくない。また、再成長層13c形成の際の圧力が80kPaを超えると、再成長層の形成に時間がかかり、作業効率の点から好ましくない。   The pressure in the growth chamber of the MOCVD apparatus when forming the regrowth layer 13c is preferably 10 to 80 kPa. By setting the pressure in the growth chamber within this range, deterioration of the crystallinity of the regrown layer can be prevented. On the other hand, if the pressure during the formation of the regrown layer 13c is less than 10 kPa, the crystallinity of the regrown layer is deteriorated, which is not preferable. Moreover, if the pressure at the time of forming the regrowth layer 13c exceeds 80 kPa, it takes time to form the regrowth layer, which is not preferable from the viewpoint of work efficiency.

本実施形態においては、発光層13の最上面(pクラッド層14a側)に再成長層13cを形成することにより、井戸層13bからのインジウムの昇華を防ぐことができるとともに、最上面の障壁層13aの結晶性低下を防ぐことができる。このため、結晶性の高い発光層13を形成することができる。   In the present embodiment, the regrown layer 13c is formed on the uppermost surface (on the p-cladding layer 14a side) of the light emitting layer 13, so that indium sublimation from the well layer 13b can be prevented and the uppermost barrier layer is formed. The crystallinity degradation of 13a can be prevented. For this reason, the light emitting layer 13 with high crystallinity can be formed.

(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、再成長層13c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 the p-cladding layer 14a and the p-contact layer 14b on the regrown layer 13c. 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の第一n型半導体層12c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 a photolithography technique, for example, and a part of the laminated semiconductor layer 20 in a predetermined region is etched to expose a part of the first n-type semiconductor layer 12c of the n-contact layer 12a. An n-type electrode 17 is formed on the exposed surface 20a of 12a.
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.

本実施形態によれば、発光層13形成の際に用いたSiなどのドーパントが成長室内に残留しても、p型半導体層14は発光層13とは異なる成長室で形成するため、p型半導体層14にSiなどのドーパントが混入することがない。そのため、p型半導体層14のキャリア濃度の低下を防ぐことができる。これらにより、発光出力や信頼性の高い半導体発光素子を形成することが可能となる。
また、発光層13まで形成された基板11を成長室から取り出すことにより、発光層13の最上面の結晶性を評価することができる。そのため、半導体発光素子の信頼性をさらに向上させることが可能となる。
According to the present embodiment, the p-type semiconductor layer 14 is formed in a growth chamber different from the light-emitting layer 13 even if a dopant such as Si used in forming the light-emitting layer 13 remains in the growth chamber. The semiconductor layer 14 is not mixed with a dopant such as Si. Therefore, it is possible to prevent the carrier concentration of the p-type semiconductor layer 14 from decreasing. As a result, it is possible to form a semiconductor light emitting device with high light output and high reliability.
Further, the crystallinity of the uppermost surface of the light emitting layer 13 can be evaluated by taking out the substrate 11 formed up to the light emitting layer 13 from the growth chamber. Therefore, the reliability of the semiconductor light emitting element can be further 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、サファイアからなる基板11上に、AlNからなるバッファ層21、厚さ6μmのアンドープGaNからなる下地層22、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ドーパント濃度は、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。
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, in the growth chamber of the first MOCVD furnace, on a substrate 11 made of sapphire, a buffer layer 21 made of AlN, an underlayer 22 made of undoped GaN having a thickness of 6 μm, and a thickness of 2 μm. An n contact layer 12a made of Si-doped n-type GaN was formed. The Si dopant 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.

次に、厚さ80nmの超格子構造からなるnクラッド層12bを
nコンタクト層12a上に形成した。なお、超格子構造からなるnクラッド層12bは、Ga0.99In0.01Nからなる厚さ2nmのn側第1層と、GaNからなる厚さ2nmのn側第2層とからなる薄膜層とを交互に19ペア繰り返し成長させ、最後にGa0.99In0.01Nからなる厚さ2nmのn側第1層を形成した。
さらに、nクラッド層12b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。このときの発光層13形成の際の基板温度は750℃、成長室内の圧力は40kPaとした。また、障壁層13aには、不純物として所定のドープ量のSiを添加した。
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 n-clad layer 12b having a superlattice structure is composed of an n-side first layer having a thickness of 2 nm made of Ga 0.99 In 0.01 N and an n-side second layer having a thickness of 2 nm made of GaN. 19 pairs of thin film layers were alternately grown repeatedly, and finally an n-side first layer having a thickness of 2 nm made of Ga 0.99 In 0.01 N was formed.
Furthermore, the barrier layer 13a and the well layer 13b were laminated | stacked 5 times on the n clad layer 12b, and the light emitting layer 13 of the multiple quantum well structure which provided the barrier layer last was formed. The substrate temperature at the time of forming the light emitting layer 13 at this time was 750 ° C., and the pressure in the growth chamber was 40 kPa. A predetermined doping amount of Si was added as an impurity to the barrier layer 13a.

次に、この基板を第一MOCVD炉から一旦取り出して、第二MOCVD炉の成長室内に移した。なお、ここで再成長層13cを形成する前に、最上面の障壁層13a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下で600℃の熱処理(サーマルクリーニング)を行った。次に、発光層13の最上面(pクラッド層14a側)の障壁層13a上に、膜厚4nmの再成長層13cを形成した。このとき、基板温度は750℃とし、キャリアガスとしては窒素(N)ガスを用いた。再成長層13cには、不純物を添加しなかった。 Next, this substrate was once taken out from the first MOCVD furnace and transferred to the growth chamber of the second MOCVD furnace. Here, before forming the regrowth layer 13c, the substrate 11 on which the layers up to the uppermost barrier layer 13a were formed was subjected to heat treatment (thermal cleaning) at 600 ° C. in an atmosphere containing nitrogen and ammonia. . Next, a regrowth layer 13c having a thickness of 4 nm was formed on the barrier layer 13a on the uppermost surface of the light emitting layer 13 (on the p-cladding layer 14a side). At this time, the substrate temperature was 750 ° C., and nitrogen (N 2 ) gas was used as the carrier gas. No impurity was added to the regrowth layer 13c.

その後、再成長層13c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。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。
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、図1に示す実施例1の半導体発光素子1を得た。
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 regrowth layer 13c. 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.
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 shown in FIG. 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=23mW、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 manner were a forward voltage Vf = 2.9 V, a light emission output Po = 23 mW, and a reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(実施例2)
再成長層13cの膜厚を10nmとした以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
(Example 2)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that the thickness of the regrown layer 13c was 10 nm. As a result, the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 22 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.3 μA.

(実施例3)
再成長層13c形成の際の基板温度を600℃とし、再成長層13cの膜厚を5nmとした以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、順方向電圧Vf=3.1V、発光出力Po=20mW、逆方向電流IR(@20V)=0.5μAであった。
(Example 3)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that the substrate temperature in forming the regrowth layer 13c was 600 ° C. and the film thickness of the regrowth layer 13c was 5 nm. As a result, the forward voltage Vf = 3.1 V, the light emission output Po = 20 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.5 μA.

(実施例4)
再成長層13c形成の際の基板温度を900℃とし、再成長層13cの膜厚を20nmとした以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、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 4
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that the substrate temperature in forming the regrowth layer 13c was 900 ° C. and the film thickness of the regrowth layer 13c was 20 nm. As a result, the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 22 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(実施例5)
再成長層13c形成の際の基板温度を1000℃とし、再成長層13cの膜厚を3nmとした以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.5μAであった。
(Example 5)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the regrowth layer 13c was 1000 ° C. and the film thickness of the regrowth layer 13c was 3 nm. As a result, the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 22 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.5 μA.

(比較例1)
再成長層13c形成の際のキャリアガスとして水素を用いた以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、順方向電圧Vf=3.5V、発光出力Po=15mW、逆方向電流IR(@20V)=10μAであった。
(Comparative Example 1)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that hydrogen was used as the carrier gas for forming the regrown layer 13c. As a result, the forward voltage Vf = 3.5 V, the light emission output Po = 15 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 10 μA.

(比較例2)
再成長層13cを形成しなかった以外は、実施例1と同様の手順により半導体発光素子1を製造した。その結果、順方向電圧Vf=3.9V、発光出力Po=10mW、逆方向電流IR(@20V)=5μAであった。
(Comparative Example 2)
The semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1 except that the regrowth layer 13c was not formed. As a result, the forward voltage Vf = 3.9 V, the light emission output Po = 10 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 5 μA.

実施例1〜実施例5、比較例1、比較例2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、発光素子に対して電圧を逆方向に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 5, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
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 a leakage current when a voltage of 20 V is applied to the light emitting element in the reverse direction.

Figure 0005353827
Figure 0005353827

表1に示すように、実施例1〜実施例5の半導体発光素子1はいずれも、逆方向電流(IR)が十分に低く、順方向電圧が比較的低く、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。
一方、比較例1および比較例2では、実施例1〜実施例5と比較して発光出力(Po)が低く、順方向電圧が比較的高く、漏れ電流(逆方向電流(IR)が大きかった。
As shown in Table 1, each of the semiconductor light emitting devices 1 of Examples 1 to 5 has a sufficiently low reverse current (IR), a relatively low forward voltage, and a light emission output (Po) of 20 mW or more. Thus, the brightness was high and the power consumption was low.
On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the light emission output (Po) was low, the forward voltage was relatively high, and the leakage current (reverse current (IR) was large compared to Examples 1 to 5. .

以上により、実施例1〜実施例5の半導体発光素子1は、発光層とp型半導体層を別の成長室内で形成して、発光層の最上面(障壁層)表面に障壁層の再成長層を形成することにより、発光層のインジウムの昇華や結晶性の低下、および不純物混入によるp型半導体層のキャリア濃度低下を防ぐことができ、また発光層がそれまでに被った熱履歴等によるストレスが緩和され結晶性向上をもたした結果、効果的に発光出力を向上させることができた。
このように、実施例1〜実施例5の半導体発光素子1は、比較例1、比較例2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、信頼性が向上した半導体発光素子1であることが確認できた。
As described above, in the semiconductor light emitting devices 1 of Examples 1 to 5, the light emitting layer and the p-type semiconductor layer are formed in separate growth chambers, and the barrier layer is regrown on the uppermost surface (barrier layer) surface of the light emitting layer. By forming the layer, it is possible to prevent the sublimation and crystallinity of indium in the light emitting layer and the carrier concentration of the p-type semiconductor layer from being reduced due to impurities, and the heat history that the light emitting layer has suffered so far As a result of the relaxation of stress and the improvement of crystallinity, the light emission output could be improved effectively.
As described above, the semiconductor light-emitting elements 1 of Examples 1 to 5 have smaller leakage current and higher light emission output than the semiconductor light-emitting elements 1 of Comparative Examples 1 and 2, and improved reliability. It was confirmed that the semiconductor light emitting device 1 was manufactured.

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、13a…障壁層、13b…井戸層、13c…再成長層、14…p型半導体層 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, 13a ... Barrier layer, 13b ... Well layer, 13c ... regrowth layer, 14 ... p-type semiconductor layer

Claims (12)

第一有機金属化学気相成長装置において、基板上に第一n型半導体層と第二n型半導体層と、井戸層と障壁層とを交互に繰返し積層し、最上面が前記障壁層となる発光層を形成する第一工程と、
第二有機金属化学気相成長装置において、前記発光層の最上面の前記障壁層上に前記障壁層の再成長層とp型半導体層と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。
In the first metal organic chemical vapor deposition apparatus, a first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a well layer, and a barrier layer are alternately and repeatedly stacked on a substrate, and the uppermost surface becomes the barrier layer. A first step of forming a light emitting layer;
A second metal organic chemical vapor deposition apparatus comprising: a second step of sequentially stacking a regrowth layer of the barrier layer and a p-type semiconductor layer on the barrier layer on the uppermost surface of the light emitting layer; A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
前記再成長層形成の際に、キャリアガスとしてNガスを用い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 method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein N 2 gas is used as a carrier gas when forming the regrowth layer. 前記再成長層を3nm〜20nmの膜厚で形成することを特徴とする請求項1または請求項2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 the regrowth layer is formed with a thickness of 3 nm to 20 nm. 前記再成長層を形成する際の基板温度を、600℃〜1000℃とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a substrate temperature in forming the regrowth layer is 600 ° C. to 1000 ° C. 5. 前記再成長層を形成する際の圧力を、10kPa〜80kPaと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 for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein a pressure when forming the regrowth layer is 10 kPa to 80 kPa. 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内において窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力40kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜800℃の条件下で熱処理を行う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。   Before forming the regrowth layer, heat treatment is performed in the second organometallic chemical vapor deposition apparatus in an atmosphere containing nitrogen and ammonia under conditions of a pressure of 40 kPa to 100 kPa and a substrate temperature of 500 ° C. to 800 ° C. The method for producing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the method is performed. 前記再成長層は、不純物が意図的に添加されていない再成長層であ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 of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the regrowth layer is a regrowth layer to which no impurity is intentionally added. 基板上に第一n型半導体層と、第二n型半導体層と、井戸層と障壁層とが交互に繰返し積層してなる最上面が前記障壁層である発光層と、前記発光層の最上面の前記障壁層上に形成された前記障壁層の再成長層と、p型半導体層とが積層された半導体発光素子。   A first n-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a well layer and a barrier layer that are alternately and repeatedly stacked on the substrate, wherein the uppermost surface is the barrier layer; A semiconductor light emitting device in which a regrowth layer of the barrier layer formed on the barrier layer on the upper surface and a p-type semiconductor layer are stacked. 前記再成長層が3nm〜20nm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。   The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the regrowth layer is formed with a thickness of 3 nm to 20 nm. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載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を備えることを特徴とするランプ。   A lamp comprising a semiconductor light emitting device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1. 請求項10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 10 incorporated therein. 請求項11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。   12. An electronic device according to claim 11, wherein the electronic device is incorporated.
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