JP5601281B2 - Group III nitride semiconductor light emitting device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、III族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device.

近年、短波長の光を発光するIII族窒化物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 Group III nitride 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III族窒化物半導体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, thereby obtaining a group III nitride semiconductor light emitting device.

また、p型半導体層は一般的にp型クラッド層とp型コンタクト層とから構成され、発光層のバンドギャップよりも高いバンドギャップを有している。p型半導体層は、このギャップ差に基づく電位障壁によって、電子及び正孔をせき止める機能を有している。このため、p型半導体層は、高いバンドギャップを有していることが求められる。従って、p型半導体層は、高濃度のドーパントが含有されていることと、結晶性が高いことが求められる。   The p-type semiconductor layer is generally composed of a p-type cladding layer and a p-type contact layer, and has a band gap higher than that of the light emitting layer. The p-type semiconductor layer has a function of blocking electrons and holes by a potential barrier based on this gap difference. For this reason, the p-type semiconductor layer is required to have a high band gap. Therefore, the p-type semiconductor layer is required to contain a high concentration of dopant and to have high crystallinity.

p型半導体層の結晶性を向上させ、かつ、高濃度のドーパントを含有させる方法としては、p型コンタクト層を形成する際に、ドーパントガスの供給量を変化させる方法が開示されている(特許文献1、2)。   As a method of improving the crystallinity of the p-type semiconductor layer and containing a high concentration of dopant, a method of changing the supply amount of the dopant gas when forming the p-type contact layer is disclosed (patent) References 1, 2).

特開平10−32348号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-32348 特開2002−33514号公報JP 2002-33514 A

しかし、特許文献1、2におけるp型コンタクト層の形成方法では、キャリアガスと原料ガスを一定の流量で供給している際にドーパントガスを間欠的に供給するため、ドーパントガスを供給する度に成長室内の圧力が変動する。このため、ドーパントガスを供給するためのポンプの動きを、成長室内の圧力の変動に追従させることができない。その結果、ドーパントがアンドープされた膜とドープ膜との積層数が多くなるに従い、ドーパントガスの流量の変動や、ドーパントガスを供給するタイミングのずれが大きくなる。そのため、アンドープ膜とドープ膜との積層数を多くすることでp型コンタクト層を厚く形成すると、高品質のp型コンタクト層を得ることができない。   However, in the method of forming the p-type contact layer in Patent Documents 1 and 2, since the dopant gas is intermittently supplied when the carrier gas and the source gas are supplied at a constant flow rate, each time the dopant gas is supplied. The pressure in the growth chamber fluctuates. For this reason, the movement of the pump for supplying the dopant gas cannot follow the fluctuation of the pressure in the growth chamber. As a result, as the number of stacked layers of the dopant-undoped film and the doped film increases, the fluctuation in the flow rate of the dopant gas and the shift in timing for supplying the dopant gas increase. Therefore, if the p-type contact layer is formed thick by increasing the number of stacked undoped films and doped films, a high-quality p-type contact layer cannot be obtained.

また、p型コンタクト層は一般的にp型クラッド層よりも厚く形成されるため、p型クラッド層に前記形成方法を適用させた場合と比べ、ドーパントガスの流量の変動や、ドーパントガスを供給するタイミングのずれによる影響を受けやすい。
このため、前記の形成方法では、p型コンタクト層内のドーパント濃度の低下や、不均一な濃度分布といった問題が生じやすい。
In addition, since the p-type contact layer is generally formed thicker than the p-type cladding layer, the flow rate of the dopant gas is changed and the dopant gas is supplied as compared with the case where the formation method is applied to the p-type cladding layer. It is easy to be affected by the timing difference.
For this reason, the above-described formation method tends to cause problems such as a decrease in dopant concentration in the p-type contact layer and non-uniform concentration distribution.

その結果、p型コンタクト層の結晶性が低下し、その後の工程において、p型コンタクト層上に、結晶性の高い透光性電極を形成することができない。このように、p型コンタクト層のドーパント濃度の低下と結晶性低下とに起因するIII族窒化物半導体発光素子のVFの上昇および発光出力の低下が問題となっていた。   As a result, the crystallinity of the p-type contact layer is lowered, and a light-transmitting electrode having high crystallinity cannot be formed on the p-type contact layer in the subsequent process. As described above, the increase in VF and the decrease in light emission output of the group III nitride semiconductor light emitting device due to the decrease in dopant concentration and crystallinity in the p-type contact layer have been problems.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、p型コンタクト層のドーパント濃度の低下と結晶性低下に起因するIII族窒化物半導体発光素子の高いVF、発光出力の低下が生じにくいIII族窒化物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 the Group III nitride semiconductor light-emitting device has a high VF and a light emission output less likely to decrease due to a decrease in dopant concentration and crystallinity in the p-type contact layer. It is an object of the present invention to provide a nitride 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〕 基板上にn型半導体層と多重量子井戸構造からなる発光層とp型クラッド層とを順次積層した後、キャリアガスとGa源及び窒素源を含む原料ガスとを連続的に供給するとともに、Mg源を含むドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上にAlGaInN(0≦x≦0.1、0≦y≦1、0≦z≦0.1、x+y+z=1)のp型コンタクト層を形成する工程を有し、前記ドーパントガスを供給する際に前記キャリアガスの流量を減少させることにより、前記p型コンタクト層の形成中における前記キャリアガスと原料ガスとドーパントガスとの総流量を一定に保つことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
〔2〕 前記p型コンタクト層の形成工程が、前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上に第一p型コンタクト層を形成する工程と、前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを前記第一p型コンタクト層形成工程よりも高濃度で連続的に供給するMOCVD法により、前記第一p型コンタクト層上に、第二p型コンタクト層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔1〕に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
〔3〕 前記p型コンタクト層の形成工程が、前記p型クラッド層の表面に、前記ドーパントガスを第1の流量で供給する工程と、前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを前記第1の流量よりも少ない第2の流量で間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上にp型コンタクト層を形成する工程と、を有することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
〔4〕 基板上にn型半導体層と多重量子井戸構造からなる発光層とp型クラッド層とAlGaInN(0≦x≦0.1、0≦y≦1、0≦z≦0.1、x+y+z=1)なる組成のp型コンタクト層とが積層されてなるIII族窒化物半導体発光素子であって、前記p型コンタクト層が、Mgが含有された第一p型コンタクト層第一層と、前記第一p型コンタクト層第一層よりもMg含有濃度の低い第一p型コンタクト層第二層とが交互に積層されてなることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子
〔5〕 前記p型コンタクト層が、第一p型コンタクト層と第二p型コンタクト層とが積層してなり、前記第二p型コンタクト層に、Mgが前記第一p型コンタクト層よりも高い濃度で含有されてなることを特徴とする〔4〕に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
〔6〕 〔4〕または〔5〕のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔7〕 〔6〕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。
〔8〕 〔7〕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 n-type semiconductor layer, a light emitting layer having a multiple quantum well structure, and a p-type cladding layer are sequentially stacked on a substrate, and then a carrier gas and a source gas including a Ga source and a nitrogen source are continuously supplied. At the same time, Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z) is formed on the p-type cladding layer by MOCVD method in which a dopant gas containing Mg source is intermittently supplied. ≦ 0.1, x + y + z = 1), and forming a p-type contact layer by reducing the flow rate of the carrier gas when supplying the dopant gas. A method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device, characterized in that a total flow rate of the carrier gas, source gas and dopant gas is kept constant.
[2] In the step of forming the p-type contact layer, the first p-type contact layer is formed on the p-type cladding layer by an MOCVD method in which the source gas is continuously supplied and the dopant gas is intermittently supplied. And the first p-type contact by the MOCVD method in which the source gas is continuously supplied and the dopant gas is continuously supplied at a higher concentration than in the first p-type contact layer forming step. And a step of forming a second p-type contact layer on the layer. The method for producing a group III nitride semiconductor light-emitting device according to [1].
[3] The step of forming the p-type contact layer includes supplying the dopant gas to the surface of the p-type cladding layer at a first flow rate, continuously supplying the source gas, and the dopant gas. And a step of forming a p-type contact layer on the p-type cladding layer by an MOCVD method in which is intermittently supplied at a second flow rate lower than the first flow rate [1] Or the manufacturing method of the group III nitride semiconductor light-emitting device in any one of [2].
[4] An n-type semiconductor layer, a light emitting layer having a multiple quantum well structure, a p-type cladding layer, and Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z on the substrate) ≦ 0.1, p + contact layer having a composition of x + y + z = 1) is a group III nitride semiconductor light emitting device, wherein the p-type contact layer is a first p-type contact containing Mg A group III nitride semiconductor comprising: a layer first layer; and a first p-type contact layer second layer having a lower Mg content concentration than the first p-type contact layer first layer. Light emitting element [5] The p-type contact layer is formed by laminating a first p-type contact layer and a second p-type contact layer, and Mg is added to the first p-type contact layer in the second p-type contact layer. [4] characterized in that it is contained at a higher concentration than Placing of the group III nitride semiconductor light-emitting device.
[6] A lamp comprising the group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of [4] and [5].
[7] An electronic device in which the lamp according to [6] is incorporated.
[8] A mechanical apparatus in which the electronic device according to [7] is incorporated.

本発明のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、ドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法によりp型コンタクト層を形成する工程において、ドーパントガスを供給する際に前記キャリアガスの流量を減少させることにより、p型コンタクト層の形成中におけるキャリアガスと原料ガスとドーパントガスとの総流量が一定に保たれる。このため、ドーパントガスを間欠的に供給する際の、成長室内における圧力の変動を防ぐことができる。このため、アンドープ膜とドープ膜との積層数を多くしても、ドーパントガスの流量の変動や、ドーパントガスを供給するタイミングのずれが生じない。その結果、ドーパントがドープされない膜と、ドーパントがドープされた膜とを均一に積層することができる。
通常、p型コンタクト層にMgがドープされると結晶性が悪化するが、ドーパントがドープされない膜と、ドープされた膜とを均一に積層できるため、ドープされた膜同士の間に、結晶性の良いアンドープ層が挿入される。これにより、Mgを連続的にドープした場合と比較して、p型コンタクト層の結晶性を高めることができ、かつ、キャリア濃度を増加させることができる。その結果、III族窒化物半導体発光素子のVFの低減および発光出力の向上を実現できる。
According to the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the flow rate of the carrier gas when supplying the dopant gas in the step of forming the p-type contact layer by the MOCVD method of intermittently supplying the dopant gas. Is reduced, the total flow rates of the carrier gas, the source gas, and the dopant gas during the formation of the p-type contact layer are kept constant. For this reason, the fluctuation | variation of the pressure in a growth chamber at the time of supplying dopant gas intermittently can be prevented. For this reason, even if the number of layers of the undoped film and the doped film is increased, the flow rate of the dopant gas does not change and the timing of supplying the dopant gas does not change. As a result, a film that is not doped with a dopant and a film that is doped with a dopant can be uniformly laminated.
Usually, when the p-type contact layer is doped with Mg, the crystallinity is deteriorated. However, since the film not doped with the dopant and the doped film can be uniformly laminated, the crystallinity is reduced between the doped films. A good undoped layer is inserted. Thereby, the crystallinity of the p-type contact layer can be increased and the carrier concentration can be increased as compared with the case where Mg is continuously doped. As a result, a reduction in VF and an improvement in light emission output of the group III nitride semiconductor light emitting device can be realized.

図1は、本発明のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法を用いて製造されたIII族窒化物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 group III nitride semiconductor light emitting device manufactured using the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device of the present invention. 図2は、図1に示すIII族窒化物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 group III nitride semiconductor light-emitting device shown in FIG. 図3は、本発明の実施形態であるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するグラフである。FIG. 3 is a graph illustrating a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法を用いて製造されたIII族窒化物半導体発光素子のアクセプタ濃度を説明するグラフである。FIG. 4 is a graph illustrating the acceptor concentration of a group III nitride semiconductor light emitting device manufactured using the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device of the present invention. 図5は、図1に示したIII族窒化物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. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lamp including the group III nitride semiconductor light-emitting device shown in FIG.

以下、本発明のIII族窒化物半導体発光素子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 group III nitride 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III族窒化物半導体発光素子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III族窒化物半導体発光素子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 group III nitride semiconductor light emitting device 1 of the present invention.
A group III nitride 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, and a translucent electrode 15 laminated on the upper surface of the laminated semiconductor layer 20. A p-type bonding pad electrode 16 laminated on the translucent electrode 15, and an n-type electrode 17 laminated on the exposed surface 20 a of the laminated semiconductor layer 20.

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AlGaInN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=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 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 Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is used. , 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) can be used without any limitation.

本実施形態のIII族窒化物半導体発光素子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III族窒化物半導体発光素子は、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 group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of the present embodiment is configured such that light can be emitted from the light-emitting layer 13 constituting the stacked 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 group III nitride 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、GaN、ゲルマニウム、酸化亜鉛、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。また、基板は、貼り合わせたものを使用してもよい。
<Substrate 11>
As the substrate 11, for example, a substrate made of sapphire, SiC, silicon, GaN, germanium, zinc 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. In addition, a bonded substrate may be used.

(バッファ層21)
バッファ層21は、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の例えば、サファイア(0001)C面上にC軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。バッファ層21を設けることにより、バッファ層21上に結晶性の良い下地層22を積層できる。
(Buffer layer 21)
The buffer layer 21 works to alleviate the difference in lattice constant between the substrate 11 and the base layer 22 and facilitate the formation of a C-axis oriented single crystal layer on, for example, the sapphire (0001) C surface of the substrate 11. is there. By providing the buffer layer 21, the base layer 22 having good crystallinity can be stacked on the buffer layer 21.

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、多結晶の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 can be, for example, made of polycrystalline 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 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、III族窒化物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 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. However, 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 downsizing the group III nitride semiconductor light emitting device and shortening 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。しかし、n型の導電性が必要な場合は、ドーパントを添加することが出来る。   In order to improve the crystallinity of the underlayer 22, it is desirable that the underlayer 22 is not doped with impurities. However, if n-type conductivity is required, a dopant can be added.

<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とから構成されている。
<Laminated semiconductor layer 20>
(N-type semiconductor layer 12)
The n-type semiconductor layer 12 is further composed of an n-contact layer (first n-type semiconductor layer) 12a and an n-clad layer (second n-type semiconductor layer) 12b formed in a first step described later.

(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。
(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.

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。nクラッド層12bをGaInNで形成する場合には、発光層13のGaInNのバンドギャップよりも大きくするのが望ましい。   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. When the n-cladding layer 12b is formed of GaInN, it is desirable to make it larger than the band gap of GaInN of the light emitting layer 13.

nクラッド層12bの構造は、単層構造または超格子構造のどちら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ため、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うことができる。   The structure of the n-clad layer 12b may be either a single layer structure or a superlattice structure. The film thickness of the n-clad layer 12b is preferably 5 nm to 500 nm. If 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. Can be confined.

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、直列抵抗が増えるためにVFが高くなる。また、nクラッド層12bの生産性が低下するため好ましくない。
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.
On the other hand, when the thickness of the n-clad layer 12b exceeds 500 nm, the series resistance increases, so that VF increases. Further, the productivity 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、III族窒化物半導体発光素子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、直列抵抗が増えるためにVFが高くなる。また、nクラッド層12bの生産性が低下するため好ましくない。   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 group III nitride semiconductor light emitting device 1 becomes more remarkable. However, if the number of stacked thin film layers exceeds 80, the series resistance increases, so that VF increases. Further, the productivity of the n-clad layer 12b 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、1.5nm以上5nm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 1.5 nm to 5 nm. 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、2nm以上10nm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7nm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比率の小さい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 2 nm or more and less than 10 nm. 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. For this reason, the film thickness of the barrier layer 13a is more preferably 7 nm or less.
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. 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型クラッド層14aおよびp型コンタクト層14bから構成されている。
<P-type semiconductor layer 14>
The p-type semiconductor layer 14 is usually composed of a p-type cladding layer 14a and a p-type contact layer 14b.

(p型クラッド層14a)
本実施形態におけるp型クラッド層14aは、発光層13の上に形成されている。p型クラッド層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型クラッド層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型クラッド層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-type cladding layer 14a)
In the present embodiment, the p-type cladding layer 14 a is formed on the light emitting layer 13. The p-type cladding layer 14a is a layer for confining carriers in the light emitting layer 13 and injecting carriers. The p-type 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-type cladding layer 14a is made of such AlGaN, it is preferable in terms of confining carriers in the light emitting layer 13.

p型クラッド層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型クラッド層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型クラッド層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し、組成が一定の単層構造であってもよい。
p型クラッド層14aの成長速度は、pコンタクト層の成長速度より遅いことが好ましい。また、p型クラッド層14aの成長速度は、2nm/min〜10nm/minの範囲内であることが好ましく、より好ましくは、3nm/min〜8nm/minである。p型クラッド層14aの成長速度が2nm/min未満の場合は、生産性の低下を招くため好ましくない。一方、p型クラッド層14aの成長速度が10nm/minを超えると、AlGaN結晶の結晶性が低下するため好ましくない。
The film thickness of the p-type 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-type 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-type cladding layer 14a may have a superlattice structure in which thin films are stacked a plurality of times, or may have a single layer structure with a constant composition.
The growth rate of the p-type cladding layer 14a is preferably slower than the growth rate of the p-contact layer. The growth rate of the p-type cladding layer 14a is preferably in the range of 2 nm / min to 10 nm / min, more preferably 3 nm / min to 8 nm / min. When the growth rate of the p-type cladding layer 14a is less than 2 nm / min, productivity is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the growth rate of the p-type cladding layer 14a exceeds 10 nm / min, the crystallinity of the AlGaN crystal is lowered, which is not preferable.

(p型コンタクト層14b)
本実施形態のp型コンタクト層14bは、図1に示すように、第一p型コンタクト層14cと、第二p型コンタクト層14dとが積層している。
(P-type contact layer 14b)
As shown in FIG. 1, the p-type contact layer 14b of the present embodiment is formed by laminating a first p-type contact layer 14c and a second p-type contact layer 14d.

第一p型コンタクト層14cは、第一p型コンタクト層第一層14c及び第一p型コンタクト層第二層14cが交互に複数積層されてなる構造である。第一p型コンタクト層第一層14cには、不純物であるMgが第一p型コンタクト層第二層14cよりも高い濃度で含有されている。
また、第一p型コンタクト層14cは、p型クラッド層14a側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第一p型コンタクト層第一層14cが配置されている。これにより、III族窒化物半導体発光素子1の発光効率を高めることができる。特に、最も透光性電極15側に配置した第一p型コンタクト層第一層14cは、第一p型コンタクト層14cからの不純物の拡散を遮断する機能も有している。
The first p-type contact layer 14c has a structure in which the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 is formed by alternately stacked. The first p-type contact layer first layer 14c 1, which is an impurity Mg is contained at a higher concentration than the first p-type contact layer second layer 14c 2.
The first p-type contact layer 14c, respectively to the plane of the surface and the transparent electrode 15 side of the p-type cladding layer 14a side, a first p-type contact layer first layer 14c 1 are disposed. Thereby, the luminous efficiency of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be increased. In particular, the first p-type contact layer first layer 14c 1 arranged closest to the translucent electrode 15 also has a function of blocking the diffusion of impurities from the first p-type contact layer 14c.

第一p型コンタクト層14c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、第一p型コンタクト層第一層14c及び第一p型コンタクト層第二層14cの組成は、第一p型コンタクト層14cのバンドギャップエネルギーが発光層13のバンドギャップエネルギーより大きくなるような組成であることが好ましい。
The first p-type contact layer 14c is made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.4), and maintains good crystallinity and good ohmic contact with the p ohmic electrode. This is preferable.
The composition of the first p-type contact layer first layer 14 c 1 and the first p-type contact layer second layer 14 c 2 is such that the band gap energy of the first p-type contact layer 14 c is larger than the band gap energy of the light emitting layer 13. It is preferable that the composition be such that

具体的には、第一p型コンタクト層第一層14cは、第一p型コンタクト層第二層14cと同じ組成(AlGa1−xNなる組成(xは0≦x≦0.4))であり、組成比xのより好ましい範囲は、0≦x≦0.2であり、最も好ましい範囲は0≦x≦0.1である。このxの値は小さければ小さいほど好ましい。
また、第一p型コンタクト層第一層14cにはMgがドーパントとして含有されている。第一p型コンタクト層第一層14cにおけるドーパント濃度は、5×1018〜5×1020cm−3の範囲が好ましく、1×1019〜1×1020cm−3の範囲がより好ましく、1×1019〜5×1019cm−3の範囲が最も好ましい。また、p型コンタクト層14bを構成する各第一p型コンタクト層第一層14cのドーパント濃度は一定であることが好ましい。各第一p型コンタクト層第一層14cのドーパント濃度が一定であることにより、p型コンタクト層14bのドーパントの分布を一定にできる。
Specifically, the first p-type contact layer first layer 14c 1 has the same composition as the first p-type contact layer second layer 14c 2 (a composition of Al x Ga 1-x N (x is 0 ≦ x ≦ 0 4)), and the more preferable range of the composition ratio x is 0 ≦ x ≦ 0.2, and the most preferable range is 0 ≦ x ≦ 0.1. The smaller the value of x, the better.
The first p-type contact layer first layer 14c 1 contains Mg as a dopant. The dopant concentration in the first p-type contact layer first layer 14c 1 is preferably in the range of 5 × 10 18 to 5 × 10 20 cm −3 , and more preferably in the range of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 cm −3. The range of 1 × 10 19 to 5 × 10 19 cm −3 is most preferable. Also, the dopant concentration of the first p-type contact layer first layer 14c 1 that constitutes the p-type contact layer 14b is preferably constant. Since the dopant concentration of each first p-type contact layer first layer 14c 1 is constant, the dopant distribution of the p-type contact layer 14b can be made constant.

第一p型コンタクト層第二層14cは、第一p型コンタクト層第一層14cと同じ組成(AlGa1−xNなる組成(xは0≦x≦0.4))であり、組成比xのより好ましい範囲は、0≦x≦0.2であり、最も好ましい範囲は0≦x≦0.1である。第一p型コンタクト層第二層14cのAlの組成比が高いと第一p型コンタクト層第二層14cの結晶性が低下するため、組成比xの上限を上記の通り0.4以下とし、できるだけ小さい値とすることが好ましい。 The first p-type contact layer second layer 14c 2 has the same composition as the first p-type contact layer first layer 14c 1 (composition of Al x Ga 1-x N (x is 0 ≦ x ≦ 0.4)). In addition, the more preferable range of the composition ratio x is 0 ≦ x ≦ 0.2, and the most preferable range is 0 ≦ x ≦ 0.1. Since the crystallinity of the first p-type contact layer second layer 14c A high proportion of the second Al first p-type contact layer second layer 14c 2 is reduced, as the upper limit of the above composition ratio x 0.4 The following is preferable, and the value is preferably as small as possible.

また、第一p型コンタクト層第二層14cのMg濃度は第一p型コンタクト層第一層14cよりも低く、Mgを含まないものであることが特に好ましい。第一p型コンタクト層第二層14cがドーパントを含まないAlGaInN系の半導体からなることによって、第一p型コンタクト層第二層14cの結晶性が高まる。このため、p型コンタクト層14b全体の結晶性が向上し、駆動電圧の低減が可能になる。 Further, Mg concentration of the first p-type contact layer second layer 14c 2 is lower than the first p-type contact layer first layer 14c 1, and particularly preferably contains no Mg. When the first p-type contact layer second layer 14c 2 is made of an AlGaInN-based semiconductor that does not contain a dopant, the crystallinity of the first p-type contact layer second layer 14c 2 is increased. For this reason, the crystallinity of the entire p-type contact layer 14b is improved, and the drive voltage can be reduced.

第一p型コンタクト層第一層14c及び第一p型コンタクト層第二層14cの厚みは、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、1nm以上2.5nm以下の範囲であることが最も好ましい。第一p型コンタクト層第一層14c及び第一p型コンタクト層第二層14cそれぞれの厚みが10nmを超えると、結晶欠陥等を多く含む層となり、好ましくない。 The first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 of the thickness is preferably not more than respectively 10 nm, more preferably 6nm or less, it is 4nm or less Is more preferable, and the range of 1 nm to 2.5 nm is most preferable. When the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 each thickness exceeds 10 nm, it becomes a layer containing many crystal defects, which is undesirable.

第一p型コンタクト層14cにおいて、交互に積層される第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cのペア数は、1ペア以上が好ましく、また5ペア以上であることがさらに好ましい。この交互に積層される第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cのペア数が5ペア以上であることにより、p型コンタクト層14b全体のキャリア濃度を高めることができる。この結果、発光層13に対して正孔を多く注入することができ、III族窒化物半導体発光素子1の高出力化を実現することができる。 In the first p-type contact layer 14c, the number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 is preferably at least 1 pair to be alternately stacked, also 5 More preferably, it is a pair or more. By the number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 which are stacked in this alternate is 5 or more pairs, the carrier density of the entire p-type contact layer 14b Can be increased. As a result, a large number of holes can be injected into the light emitting layer 13, and the high output of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be realized.

さらに、本発明においては、交互に積層される第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとのペア数は、生産性、逆方向電流抑制の観点から、20ペア以内であることが望ましい。
また、第一p型コンタクト層14cのうち、最も透光性電極15側の面には、第一p型コンタクト層第一層14cが設けられている。すなわち、第一p型コンタクト層14cのp型クラッド層14a側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第一p型コンタクト層第一層14cが配置されている。
Further, in the present invention, the number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 that is layered on the first p-type contact layer second layer 14c 2 alternately, productivity, in view of the reverse current inhibiting Therefore, it is desirable that it is within 20 pairs.
The first p-type contact layer 14c 1 is provided on the surface closest to the translucent electrode 15 in the first p-type contact layer 14c. That, p-type cladding layer 14a side, respectively to the plane of the surface and the transparent electrode 15 side of the first p-type contact layer first layer 14c 1 of the first p-type contact layer 14c is disposed.

第一p型コンタクト層14cの上には、透光性電極15との接触抵抗を低減させる目的で、第二p型コンタクト層14dを形成してもよい。第二p型コンタクト層14dには、第一p型コンタクト層14cよりも高濃度のMgが含有されていることが好ましく、特に1×1020/cm〜5×1020/cm程度の濃度で含有されていることが好ましい。ここで、第一p型コンタクト層14cよりも高濃度とは、第一p型コンタクト層第一層14cと第二p型コンタクト層第一層14cとの平均Mg濃度よりも高いということである。
また、第二p型コンタクト層14dは、第一p型コンタクト層14cと同様に、Mgが含有された第二p型コンタクト層第一層14dと、第二p型コンタクト層第一層14dよりもMg含有濃度が低い第二p型コンタクト層第二層14dとが交互に複数積層されたものであってもよい。また、第二p型コンタクト層14dのうち、最も透光性電極15側の面には、第二p型コンタクト層第一層14dが設けられている。すなわち、第二p型コンタクト層14dの第一p型コンタクト層14c側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第二p型コンタクト層第一層14dが配置されている。
A second p-type contact layer 14d may be formed on the first p-type contact layer 14c for the purpose of reducing contact resistance with the translucent electrode 15. The second p-type contact layer 14d preferably contains a higher concentration of Mg than the first p-type contact layer 14c, and is particularly about 1 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 . It is preferably contained in a concentration. Here, the higher concentration than the first p-type contact layer 14c, that higher than the average concentration of Mg in the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the second p-type contact layer first layer 14c 2 It is.
The second p-type contact layer 14d, as in the first p-type contact layer 14c, a second p-type contact layer first layer 14d 1 of Mg is contained, the second p-type contact layer first layer 14d A plurality of second p-type contact layer second layers 14d 2 having a Mg content concentration lower than 1 may be alternately stacked. The second p-type contact layer 14d 1 is provided on the surface closest to the translucent electrode 15 in the second p-type contact layer 14d. That is, the first p-type contact layer 14c side, respectively to the plane of the surface and the transparent electrode 15 side, the second p-type contact layer first layer 14d 1 of the second p-type contact layer 14d is disposed.

また、p型コンタクト層14bを第一p型コンタクト層14cと第二p型コンタクト層14dからなる二層構造とする場合には、p型コンタクト層14b全体の膜厚は、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型コンタクト層14bの膜厚がこの範囲であることは、発光出力の点で好ましい。なお、p型コンタクト層14b全体に占める第二p型コンタクト層14dの厚さは、p型コンタクト層14b全体の6%〜40%程度であることが好ましい。
p型コンタクト層14bは、pクラッド層14aよりも速い成長速度で形成されたものであることが好ましく、p型クラッド層14aの2倍以上の成長速度で形成されたことがより好ましく、3倍以上の成長速度で形成されたものであることが特に好ましい。
また、p型コンタクト層14bは、10nm/min〜30nm/minの形成速度で形成されたものであることが好ましく、15nm/min〜25nm/minの形成速度で形成されたものであることが特に好ましい。p型コンタクト層14bの成長速度が10nm/min未満の場合、p型コンタクト層14bに高濃度のドーパントが含有されにくく、30nm/min以上の場合は、p型コンタクト層14bの結晶性が低下するため好ましくない。
When the p-type contact layer 14b has a two-layer structure including the first p-type contact layer 14c and the second p-type contact layer 14d, the total thickness of the p-type contact layer 14b is not particularly limited. It is preferable that it is 10-500 nm, More preferably, it is 50-200 nm. The thickness of the p-type contact layer 14b within this range is preferable in terms of light emission output. The thickness of the second p-type contact layer 14d in the entire p-type contact layer 14b is preferably about 6% to 40% of the entire p-type contact layer 14b.
The p-type contact layer 14b is preferably formed at a growth rate higher than that of the p-type cladding layer 14a, more preferably formed at a growth rate twice or more that of the p-type cladding layer 14a. It is particularly preferable that the film is formed at the above growth rate.
The p-type contact layer 14b is preferably formed at a formation rate of 10 nm / min to 30 nm / min, particularly preferably formed at a formation rate of 15 nm / min to 25 nm / min. preferable. When the growth rate of the p-type contact layer 14b is less than 10 nm / min, it is difficult for the p-type contact layer 14b to contain a high-concentration dopant, and when it is 30 nm / min or more, the crystallinity of the p-type contact layer 14b decreases. Therefore, it is not preferable.

<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III族窒化物半導体発光素子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. 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 group III nitride semiconductor light emitting device 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、III族窒化物半導体発光素子1の内部への水分等の浸入を防止でき、III族窒化物半導体発光素子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 group III nitride semiconductor light emitting device 1 and to suppress the deterioration of the group III nitride semiconductor light emitting device 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III族窒化物半導体発光素子1によれば、第一p型コンタクト層14cが、第一p型コンタクト層第一層14cと、第一p型コンタクト層第一層14cよりもMg濃度の低い第一p型コンタクト層第二層14cの積層構造であるため、Mg濃度の高い第一p型コンタクト層第一層14cと、結晶性の高い第一p型コンタクト層第二層14cが形成される。このため、p型コンタクト層14b全体の結晶性を高く保ちつつ、かつ、Mg濃度を高くすることができる。これにより、III族窒化物半導体発光素子1の駆動電圧低下を実現できる。
また、各第一p型コンタクト層第二層14cのドーパント濃度が一定であるので、p型コンタクト層14b全体のキャリア濃度が均一になる。この結果、発光層13に対して正孔を多く注入することが可能となり、III族窒化物半導体発光素子1の高出力化が可能になる。
According to the group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of the present embodiment, the first p-type contact layer 14c is, the first p-type contact layer first layer 14c 1, than the first p-type contact layer first layer 14c 1 since also a laminated structure of the lower first p-type contact layer second layer 14c 2 of Mg concentration, and the first layer 14c 1 high Mg concentration first p-type contact layer, high crystallinity first p-type contact layer A second layer 14c 2 is formed. For this reason, it is possible to increase the Mg concentration while keeping the crystallinity of the entire p-type contact layer 14b high. Thereby, the drive voltage fall of the group III nitride semiconductor light-emitting device 1 is realizable.
Further, since each first p-type contact layer dopant concentration of the second layer 14c 2 is constant, the carrier concentration of the entire p-type contact layer 14b is uniform. As a result, it becomes possible to inject a large number of holes into the light emitting layer 13 and increase the output of the group III nitride semiconductor light emitting device 1.

また、第一p型コンタクト層14cのp型クラッド層14a側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第一p型コンタクト層第一層14cが配置されている。これにより、III族窒化物半導体発光素子1の発光効率を高めることができる。特に、最も透光性電極15側に配置した第一p型コンタクト層第一層14cは、第一p型コンタクト層14cからの不純物の拡散を遮断する機能も有している。 Further, p-type cladding layer 14a side, respectively to the plane of the surface and the transparent electrode 15 side of the first p-type contact layer first layer 14c 1 of the first p-type contact layer 14c is disposed. Thereby, the luminous efficiency of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be increased. In particular, the first p-type contact layer first layer 14c 1 arranged closest to the translucent electrode 15 also has a function of blocking the diffusion of impurities from the first p-type contact layer 14c.

また、p型コンタクト層14b全体の結晶性が高く保たれているため、p型コンタクト層14b上に結晶性の高い透光性電極15が形成される。以上により、III族窒化物半導体発光素子1の駆動電圧の低下を実現できる。また、III族窒化物半導体発光素子1の発光出力を向上させることができる。   Further, since the crystallinity of the entire p-type contact layer 14b is kept high, the translucent electrode 15 having high crystallinity is formed on the p-type contact layer 14b. As described above, the driving voltage of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be reduced. In addition, the light emission output of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be improved.

また、p型コンタクト層14bを、第一p型コンタクト層14cと、第一p型コンタクト層14cよりもMg濃度の高い第二p型コンタクト層14dとからなる二層構造とすることにより、p型コンタクト層14bのうち、透光性電極15と接する部分(第二p型コンタクト層14d)にMgを高濃度で含有させることができる。そのため、III族窒化物半導体発光素子1の駆動電圧の低下を実現できる。また、III族窒化物半導体発光素子1の発光出力をより向上させることが可能となる。   Further, the p-type contact layer 14b has a two-layer structure including a first p-type contact layer 14c and a second p-type contact layer 14d having a higher Mg concentration than the first p-type contact layer 14c. Of the type contact layer 14b, a portion (second p-type contact layer 14d) in contact with the translucent electrode 15 can contain Mg at a high concentration. Therefore, the drive voltage of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be reduced. In addition, the light emission output of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be further improved.

以下、III族窒化物半導体発光素子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III族窒化物半導体発光素子1の寸法関係とは異なっている。
Hereinafter, the manufacturing method of the group III nitride 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, etc. of the respective parts shown in the figure are the dimensional relationships of the actual group III nitride semiconductor light-emitting element 1. Is different.

図1に示す、本発明のIII族窒化物半導体発光素子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と、発光層13とp型半導体層14とを順次積層する第工程と、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 group III nitride 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. The method for manufacturing the laminated semiconductor layer 20 includes a buffer layer 21, a base layer 22, a first n-type semiconductor layer (n contact layer) 12 a, a second n-type semiconductor layer (n clad layer) 12 b on the substrate 11, and a light emitting layer. 13 and a p-type semiconductor layer 14 are sequentially stacked.
Hereafter, each process is demonstrated in detail using FIG.

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, for example, a substrate 11 made of sapphire or the like is prepared.
Next, the substrate 11 is placed in a growth chamber of an MOCVD apparatus (first metal organic chemical vapor deposition apparatus), and a 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 moved into the growth chamber of the MOCVD apparatus to form the underlayer 22.

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。   As an example, the buffer layer 21 made of AlN may be formed on the substrate 11 made of sapphire or the like by using an RF sputtering method, and the base layer 22 may be sequentially laminated on the substrate in the growth chamber of the MOCVD apparatus.

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コンタクト層12が得られやすい。また、III族窒化物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. The contact layer 12 with good crystallinity is more easily obtained when the thickness is increased. In addition, from the viewpoint of downsizing the group III nitride semiconductor light emitting device and shortening the formation time, the 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.

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型コンタクト層12aは、MOCVD法で形成すれば良い。
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。
Next, an n contact layer (first n-type semiconductor layer) 12 a is stacked on the substrate having the base layer 22. The n-type contact layer 12a may be formed by the MOCVD method.
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.

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10nm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10nm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。
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。
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 thickness of 10 nm or less and the III-layer having a composition different from that of the n-side first layer are 10 nm or less. An n-side second layer made of a group nitride semiconductor is repeatedly stacked alternately 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.
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.

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。
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.

次いで、発光層13上にp型クラッド層14aを形成する。なお、p型クラッド層14aを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚10nm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10nm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。このp型クラッド層14aの形成の際のキャリアガスとしては水素ガスを用いる。   Next, a p-type cladding layer 14 a is formed on the light emitting layer 13. When the p-type 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 10 nm or less and a film having a composition different from that of the p-side first layer are used. A p-side second layer made of a group III nitride semiconductor having a thickness of 10 nm or less may be alternately and repeatedly stacked. Hydrogen gas is used as a carrier gas when forming the p-type cladding layer 14a.

ここではたとえば、Al、Ga源及び窒素源を少なくとも含有する原料ガスと、Mg源を含むドーパントガスとを供給することにより、p型クラッド層14aを形成する。この時のp型クラッド層14aの成長速度は、p型コンタクト層14bの成長速度より遅く、たとえば5.1nm/minで形成される。   Here, for example, the p-type cladding layer 14a is formed by supplying a source gas containing at least an Al, Ga source and a nitrogen source and a dopant gas containing an Mg source. The growth rate of the p-type cladding layer 14a at this time is slower than the growth rate of the p-type contact layer 14b, for example, 5.1 nm / min.

次いで、p型クラッド層14a上にp型コンタクト層14bを形成する。以下、p型コンタクト層14bを形成する工程について詳細を説明する。   Next, a p-type contact layer 14b is formed on the p-type cladding layer 14a. Hereinafter, details of the process of forming the p-type contact layer 14b will be described.

はじめに、p型コンタクト層14bを形成する前に、予めp型クラッド層14aの表面に、Mg源を含むドーパントガスを第1の流量で供給することが好ましい。具体的には、p型クラッド層14aまで形成した基板11をMOCVD装置の反応室に配置し、基板11を加熱した状態で、Mg源を含むドーパントガスを第1の流量で供給する。
このようなドーパントガスとしては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)等を用いることができる。
First, before forming the p-type contact layer 14b, it is preferable to supply a dopant gas containing an Mg source to the surface of the p-type cladding layer 14a in advance at a first flow rate. Specifically, the substrate 11 formed up to the p-type cladding layer 14a is placed in the reaction chamber of the MOCVD apparatus, and a dopant gas containing an Mg source is supplied at a first flow rate while the substrate 11 is heated.
As such a dopant gas, biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) or the like can be used.

この第1の流量としては、例えば、500〜1500sccmの範囲が好ましく、700〜1300sccmの範囲がより好ましく、800〜1000sccmの範囲が最も好ましい。第1の流量が上記範囲の下限値以上であれば、p型コンタクト層14bに供給されるMg量が不足することがない。このため、p型コンタクト層/pクラッド層界面のキャリア濃度を高くでき、VFを低くすることができる。また、p型コンタクト層/pクラッド層界面のキャリア濃度を高くできるため、p型コンタクト層14bの成長初期におけるMgの取り込みを安定させることができる。また、第1の流量が上記範囲の上限値以下であれば、Mgが過剰に含有されることによる結晶品質の低下を抑制できる。これにより、発光出力の低下を防ぐことができる。   As this 1st flow volume, the range of 500-1500 sccm is preferable, for example, the range of 700-1300 sccm is more preferable, The range of 800-1000 sccm is the most preferable. If the first flow rate is not less than the lower limit of the above range, the amount of Mg supplied to the p-type contact layer 14b will not be insufficient. For this reason, the carrier concentration at the interface of the p-type contact layer / p-cladding layer can be increased, and VF can be decreased. In addition, since the carrier concentration at the interface of the p-type contact layer / p-cladding layer can be increased, the Mg uptake at the initial growth stage of the p-type contact layer 14b can be stabilized. Moreover, if the 1st flow rate is below the upper limit of the said range, the fall of the crystal quality by containing Mg excessively can be suppressed. Thereby, the fall of light emission output can be prevented.

第1の流量でドーパントガスを流す時間は3秒〜120秒が好ましく、5〜60秒であることがより好ましい。なお、大流量でドーパントガスを流す場合の流通時間は短時間で良く、少流量の場合の流通時間は長時間とすることが好ましい。   The time for which the dopant gas is allowed to flow at the first flow rate is preferably 3 seconds to 120 seconds, and more preferably 5 to 60 seconds. The flow time when the dopant gas is flowed at a large flow rate may be short, and the flow time when the flow rate is small is preferably long.

更に、基板11の温度の下限は、600℃以上、より好ましくは700℃以上、最も好ましくは800℃以上とする。また、基板11の温度の上限は、1300℃以下、より好ましくは1200℃以下、最も好ましくは1100℃以下とする。基板11の温度の下限を上記の通りとすることで、p型コンタクト層14bの成長初期のMgの取り込みを安定させることができる。また、基板11の温度の上限を上記の通りとすることで、発光層13に対するダメージを低減できる。   Furthermore, the lower limit of the temperature of the substrate 11 is 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and most preferably 800 ° C. or higher. The upper limit of the temperature of the substrate 11 is 1300 ° C. or less, more preferably 1200 ° C. or less, and most preferably 1100 ° C. or less. By setting the lower limit of the temperature of the substrate 11 as described above, it is possible to stabilize the Mg uptake at the initial stage of growth of the p-type contact layer 14b. Moreover, damage to the light emitting layer 13 can be reduced by setting the upper limit of the temperature of the substrate 11 as described above.

次に、p型クラッド層14aの上に第一p型コンタクト層14cを形成する。
第一p型コンタクト層14cを形成する工程は、MOCVD法により第一p型コンタクト層第一層14cを形成する工程と、第一p型コンタクト層第一層14cよりもMg濃度の低い第一p型コンタクト層第二層14cを形成する工程とを交互に繰り返すことにより、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとが交互に複数積層されてなる構造を形成する。
Next, the first p-type contact layer 14c is formed on the p-type cladding layer 14a.
Forming a first p-type contact layer 14c includes forming a first p-type contact layer first layer 14c 1 by MOCVD, low Mg concentration than the first p-type contact layer first layer 14c 1 By alternately repeating the step of forming the first p-type contact layer second layer 14c 2 , the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 are alternately formed. A structure in which a plurality of layers are stacked is formed.

図3は、本実施形態のMg源を含むドーパントガス(例えばCpMg)を供給する工程と、p型コンタクト層14bのGa源を含む原料ガス(例えばTMG)を供給する工程との手順を説明する図である。図3の横軸は時間であり、縦軸はガスの流量である。 FIG. 3 shows a procedure of supplying a dopant gas (for example, Cp 2 Mg) including the Mg source and supplying a source gas (for example, TMG) including the Ga source of the p-type contact layer 14b according to the present embodiment. It is a figure explaining. The horizontal axis in FIG. 3 is time, and the vertical axis is the gas flow rate.

まず、MOCVD法により、例えばキャリアガスとして水素(H)と、Ga源及び窒素源とを少なくとも含有する原料ガス、および前記第1の流量より少ない第2の流量のドーパントガスを供給することにより、p型クラッド層14a上に第一p型コンタクト層第一層14cを形成する。この際、キャリアガスと原料ガスとドーパントガスの総流量を一定に保つことが重要である。更に、このような条件でガスを供給することにより、第一p型コンタクト層第一層14cは、p型クラッド層14aの成長速度より速い、20nm/minの成長速度で形成される。
ここではたとえば、キャリアガスと、原料ガスとドーパントガスとを30秒間供給し、例えば、GaNからなる10nmの膜厚の第一p型コンタクト層第一層14cを形成する。
First, for example, by supplying a source gas containing at least hydrogen (H 2 ), a Ga source and a nitrogen source as a carrier gas, and a dopant gas having a second flow rate lower than the first flow rate by MOCVD. to form a first p-type contact layer first layer 14c 1 on p-type cladding layer 14a. At this time, it is important to keep the total flow rate of the carrier gas, the source gas, and the dopant gas constant. Further, by supplying the gas under such a condition, the first p-type contact layer first layer 14c 1 is faster than the growth rate of the p-type cladding layer 14a, is formed at a growth rate of 20 nm / min.
Here, for example, a carrier gas and a raw material gas and the dopant gas was supplied for 30 seconds, for example, to form the first p-type contact layer first layer 14c 1 having a thickness of 10nm made of GaN.

第2の流量は、例えば、50〜750sccmの範囲が好ましく、70〜650sccmの範囲がより好ましく、80〜500sccmの範囲が最も好ましい。第2の流量が上記範囲の下限値以上であれば、第一p型コンタクト層第一層14cのドーパント濃度が不足することなく、p型コンタクト層14bのキャリア濃度を増加できる。また、第2の流量が上記範囲の上限値以下であれば、第一p型コンタクト層第一層14c中のMg濃度が過剰になることが防がれる。このため、p型コンタクト層14bの結晶性が向上し、III族窒化物半導体発光素子1の駆動電圧を低くできる。
なお、第2の流量が第1の流量と同じか、第1の流量よりも高くなると、p型クラッド層14aに近い領域のp型コンタクト層14bのキャリア濃度が不十分となる。これによりIII族窒化物半導体発光素子1の駆動電圧が増大し、発光出力が低下するため好ましくない。
また、第一p型コンタクト層第一層14cのMg濃度が5×1018〜5×1020cm−3となるように、第2の流量を適宜調節することが好ましい。
For example, the second flow rate is preferably in the range of 50 to 750 sccm, more preferably in the range of 70 to 650 sccm, and most preferably in the range of 80 to 500 sccm. If the second flow rate is less than the lower limit of the above range, without first p-type contact layer dopant concentration of the first layer 14c 1 is insufficient, it increases the carrier concentration of the p-type contact layer 14b. The second flow rate is equal to or less than the upper limit of the above range, it is prevented that the Mg concentration of the first p-type contact layer first layer 14c in 1 becomes excessive. For this reason, the crystallinity of the p-type contact layer 14b is improved, and the driving voltage of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be lowered.
If the second flow rate is the same as or higher than the first flow rate, the carrier concentration of the p-type contact layer 14b in the region close to the p-type cladding layer 14a becomes insufficient. As a result, the driving voltage of the group III nitride semiconductor light-emitting device 1 increases and the light emission output decreases, which is not preferable.
Further, it is preferable to appropriately adjust the second flow rate so that the Mg concentration of the first p-type contact layer first layer 14c 1 is 5 × 10 18 to 5 × 10 20 cm −3 .

次に、第一p型コンタクト層第二層14cを第一p型コンタクト層第一層14c上に形成する。
まず、Mg源を含むドーパントガスの供給を停止し、その状態で、第一p型コンタクト層第一層14c形成工程に用いたキャリアガスと原料ガスとを引き続き供給する。この時、ガスの総流量が、第一p型コンタクト層第一層14c形成の際のガスの総流量と同じになるように、キャリアガスの流量を調整する。
これにより、第一p型コンタクト層第二層14cは、例えば20nm/minの成長速度で形成される。
Next, a first p-type contact layer second layer 14c 2 on the first p-type contact layer first layer 14c 1.
First, the supply of the dopant gas containing the Mg source is stopped, and in this state, the carrier gas and the source gas used in the first p-type contact layer first layer 14c 1 forming process are continuously supplied. In this case, the total flow rate of the gas, so that the same as the total flow rate of the first p-type contact layer first layer gas during 14c 1 formed to adjust the flow rate of the carrier gas.
Accordingly, the first p-type contact layer second layer 14c 2 is formed at a growth rate of, for example, 20 nm / min.

ここではたとえば、キャリアガスと、原料ガスとを15秒間供給し、5nmの膜厚の第一p型コンタクト層第二層14cを形成する。
更に、第一p型コンタクト層第二層14cの形成温度の下限は、例えば基板11の温度として、600℃以上、より好ましくは700℃以上、最も好ましくは800℃以上とする。また、第一p型コンタクト層第二層14cの形成温度の上限は、基板11の温度として、1300℃以下、より好ましくは1200℃以下、最も好ましくは1100℃以下とする。形成温度の下限を上記の通りとすることで、第一p型コンタクト層第二層14cbの結晶性が高められ、発光特性を向上できる。また、形成温度の上限を上記の通りとすることで、発光層13に対するダメージを低減できる。
Here, for example, a carrier gas, a raw material gas was supplied for 15 seconds to form a first p-type contact layer second layer 14c 2 having a thickness of 5 nm.
Further, the lower limit of the temperature for forming the first p-type contact layer second layer 14c 2, for example, as the temperature of the substrate 11, 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and most preferably 800 ° C. or higher. The upper limit of the first p-type formation temperature of the contact layer the second layer 14c 2, as the temperature of the substrate 11, 1300 ° C. or less, more preferably 1200 ° C. or less, and most preferably 1100 ° C. or less. The lower limit of the forming temperature by a as described above, the crystallinity of the first p-type contact layer second layer 14c 2 b is increased, thereby improving the light emission characteristics. Moreover, the damage with respect to the light emitting layer 13 can be reduced by making the upper limit of formation temperature into the above.

また、第一p型コンタクト層第二層14cの成膜時の温度は、第一p型コンタクト層第一層14c成膜時の温度と異なっていても良いが、同じであることが好ましい。これら成膜時の温度を同じとすることで、余計な安定待ち時間を設けずに済む。このため、工程の短縮に効果がある。
特に本発明では、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cを同じAlGa1−xNなる組成(xは0≦x≦0.4)の膜とするので、p型クラッド層14の形成工程における基板11の温度を、第一p型コンタクト層第一層14cの形成工程及び第一p型コンタクト層第二層14cの形成工程を通じて、常に一定にできる。これにより、基板11の温度の変更と安定化のために要する時間が不要となり、工程の短縮化が図られる。
以上により、第一p型コンタクト層第一層14cと同一の組成で、かつ、第一p型コンタクト層第一層14cよりもMg含有濃度が低い第一p型コンタクト層第二層14cが形成される。
The temperature during the deposition of the first p-type contact layer second layer 14c 2 may be may differ from the temperature at the time of the first p-type contact layer first layer 14c 1 deposition, but the same preferable. By making the temperature at the time of film formation the same, it is not necessary to provide an extra stabilization waiting time. This is effective in shortening the process.
In particular, in the present invention, the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 are composed of the same Al x Ga 1-x N (x is 0 ≦ x ≦ 0.4). Therefore, the temperature of the substrate 11 in the step of forming the p-type cladding layer 14 is set to the step of forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the step of forming the first p-type contact layer second layer 14c 2 . Can always be constant. This eliminates the time required for changing and stabilizing the temperature of the substrate 11 and shortens the process.
By the above, the first p-type contact layer first layer 14c 1 same composition as, and a low Mg content concentration than the first p-type contact layer first layer 14c 1 first p-type contact layer second layer 14c 2 is formed.

この後、原料ガスとキャリアガスを連続的に供給した状態でドーパントガスを間欠的に供給することにより、第一p型コンタクト層第一層14c形成工程と、第一p型コンタクト層第二層14c形成工程とを更に繰り返す。 Thereafter, the first p-type contact layer first layer 14c 1 forming step and the first p-type contact layer second are performed by intermittently supplying the dopant gas while the source gas and the carrier gas are continuously supplied. The layer 14c 2 formation step is further repeated.

この際、各第一p型コンタクト層第一層14c形成工程においては、キャリアガスの流量を第2の流量のドーパントガスの分だけ、各第一p型コンタクト層第二層14c形成工程よりも減少させ、p型コンタクト層14b形成工程全体におけるキャリアガスと原料ガスとドーパントガスとの総流量を一定に保つことが好ましい。これにより、各第一p型コンタクト層第一層14cを形成する際のドーパントガスの供給による、成長室内の圧力変動を防ぐことができる。
このように、第一p型コンタクト層第一層14c形成の際のガスの総流量を第一p型コンタクト層第二層14c形成の際のガス総流量と等しくすることにより、p型コンタクト層14cの結晶品質が向上する。
At this time, in each first p-type contact layer first layer 14c 1 forming step, each first p-type contact layer second layer 14c 2 forming step is carried out by the carrier gas flow rate by the amount of the second flow rate dopant gas. It is preferable that the total flow rate of the carrier gas, the source gas, and the dopant gas in the entire process of forming the p-type contact layer 14b is kept constant. Thus, it is possible to prevent by the supply of the dopant gas for forming the respective first p-type contact layer first layer 14c 1, the pressure fluctuations in the growth chamber.
Thus, by equalizing the first p-type contact layer first layer 14c 1 formed total gas flow rates of the total flow rate of the first p-type contact layer second layer 14c 2 formed of a gas during, p-type The crystal quality of the contact layer 14c is improved.

また、各第一p型コンタクト層第一層14c形成工程におけるドーパントガスの流量(第2の流量)は常に一定とすることが好ましい。これにより、p型コンタクト層14bを構成する複数の第一p型コンタクト層第一層14cのドーパント濃度を一定とすることができる。よって、p型コンタクト層14bのドーパントの分布を一定にすることができる。 In addition, it is preferable that the flow rate (second flow rate) of the dopant gas in each first p-type contact layer first layer 14c 1 forming step is always constant. Thus, it is possible to make the dopant concentration of the plurality of first p-type contact layer first layer 14c 1 that constitutes the p-type contact layer 14b is constant. Therefore, the distribution of dopant in the p-type contact layer 14b can be made constant.

また、第一p型コンタクト層14c形成工程において、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cのペア数は、1ペア以上が好ましく、また5ペア以上とすることがさらに好ましい。ペア数を5ペア以上とすることにより、p型コンタクト層14b全体のキャリア濃度を高めることができる。また、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cのペア数は、逆方向電流抑制の観点から、20ペア以内が望ましい。
そして、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとのペアを形成した後、最後に第一p型コンタクト層第一層14cを形成する。以上により第一p型コンタクト層14cが形成される。
Further, in the first p-type contact layer 14c forming step, the number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 is 1 is preferably at least pairs and 5 pairs More preferably, the above is used. By setting the number of pairs to 5 or more, the carrier concentration of the entire p-type contact layer 14b can be increased. Further, the number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2, from the viewpoint of reverse current suppression, is desirably within 20 pairs.
Then, after forming a first p-type contact layer first layer 14c 1 the pair of the first p-type contact layer second layer 14c 2, and finally form the first p-type contact layer first layer 14c 1. Thus, the first p-type contact layer 14c is formed.

p型コンタクト層14bの成長速度は、pクラッド層14aの成長速度よりも速いことが好ましく、p型クラッド層14aの成長速度の2倍以上が好ましく、3倍以上が特に好ましい。具体的には、p型コンタクト層14bの成長速度は、10nm/min〜30nm/minが好ましく、15nm/min〜25nm/minであることが特に好ましい。p型コンタクト層14bの成長速度が10nm/min未満の場合、p型コンタクト層14bに高濃度のドーパントを含有させにくく、30nm/min以上の場合は、p型コンタクト層14bの結晶性が低下するため好ましくない。   The growth rate of the p-type contact layer 14b is preferably faster than the growth rate of the p-clad layer 14a, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more the growth rate of the p-type cladding layer 14a. Specifically, the growth rate of the p-type contact layer 14b is preferably 10 nm / min to 30 nm / min, and particularly preferably 15 nm / min to 25 nm / min. When the growth rate of the p-type contact layer 14b is less than 10 nm / min, it is difficult to contain a high-concentration dopant in the p-type contact layer 14b, and when it is 30 nm / min or more, the crystallinity of the p-type contact layer 14b decreases. Therefore, it is not preferable.

その後、第一p型コンタクト層14c上に、Mgを1×1020/cm〜5×1020/cm程度の濃度で含有させた、第一p型コンタクト層14cよりもMg濃度の高い第二p型コンタクト層14dを形成することが好ましい。 Thereafter, Mg is contained on the first p-type contact layer 14c at a concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 20 / cm 3 , and the Mg concentration is higher than that of the first p-type contact layer 14c. It is preferable to form the second p-type contact layer 14d.

第二p型コンタクト層14d形成工程は、第一p型コンタクト層14c形成工程と同様に、第二p型コンタクト層第二層14dよりもMg濃度が高い第二p型コンタクト層第一層14dを形成する工程と、第二p型コンタクト層第二層14dを形成する工程とを交互に繰り返し、第二p型コンタクト層第一層14dと第二p型コンタクト層第二層14dとが交互に複数積層されてなり、第二p型コンタクト層14dの第一p型コンタクト層14c側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第二p型コンタクト層第一層14dが配置される構造を形成することが望ましい。 Second p-type contact layer 14d forming step, similarly to the first p-type contact layer 14c forming step, the second p-type contact layer first layer is higher Mg concentration than the second p-type contact layer second layer 14d 2 The step of forming 14d 1 and the step of forming the second p-type contact layer second layer 14d 2 are alternately repeated, and the second p-type contact layer first layer 14d 1 and the second p-type contact layer second layer 14d 2 are alternately stacked, and the second p-type contact layer first is formed on the surface of the second p-type contact layer 14d on the first p-type contact layer 14c side and the surface on the translucent electrode 15 side, respectively. It is desirable to form a structure in which the layer 14d 1 is disposed.

まず初めに、第一p型コンタクト層14c上に、Mgを含有する第二p型コンタクト層第一層14dを形成する。
次いで、第二p型コンタクト層第一層14d上に、第二p型コンタクト層第一層14dよりもドーパント含有濃度の低い第二p型コンタクト層第二層14dを形成する。この際、第二p型コンタクト層第二層14dには、ドーパントを含有させないことが好ましい。そして、第二p型コンタクト層第一層14dと第二p型コンタクト層第二層14dとのペアを形成した後、最後に第二p型コンタクト層第一層14dを形成する。以上により第二p型コンタクト層14dが形成される。
First, on the first p-type contact layer 14c, to form a second p-type contact layer first layer 14d 1 containing Mg.
Next, a second p-type contact layer second layer 14d 2 having a dopant concentration lower than that of the second p-type contact layer first layer 14d 1 is formed on the second p-type contact layer first layer 14d 1 . At this time, the second p-type contact layer second layer 14d 2, it is preferable not to contain a dopant. Then, after forming the second p-type contact layer first layer 14d 1 a pair of the second p-type contact layer second layer 14d 2, and finally forming a second p-type contact layer first layer 14d 1. Thus, the second p-type contact layer 14d is formed.

以上のように、p型コンタクト層14bを、第一p型コンタクト層14cと第二p型コンタクト層14dからなる二層構造とする場合には、p型コンタクト層14b全体の膜厚は、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型コンタクト層14bの膜厚がこの範囲であると、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低下や、発光出力の向上の点で好ましい。なお、p型コンタクト層14b全体に占める第二p型コンタクト層14dの厚さは、p型コンタクト層14b全体の6%〜40%程度とすることが好ましい。   As described above, when the p-type contact layer 14b has a two-layer structure including the first p-type contact layer 14c and the second p-type contact layer 14d, the film thickness of the entire p-type contact layer 14b is particularly Although not limited, it is preferable that it is 10-500 nm, More preferably, it is 50-200 nm. When the film thickness of the p-type contact layer 14b is within this range, it is preferable in terms of a decrease in VF of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 and an improvement in light emission output. The thickness of the second p-type contact layer 14d in the entire p-type contact layer 14b is preferably about 6% to 40% of the entire p-type contact layer 14b.

これにより、透光性電極15と接する部分(p型コンタクト上層)にMgを高濃度で含有させ、かつ、その表面を平坦に形成することができる。そのため、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低下、発光出力をより向上させることが可能となる。
以上のようにして、図2に示す積層半導体層20が製造される。
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。
As a result, Mg can be contained at a high concentration in the portion (p-type contact upper layer) in contact with the translucent electrode 15 and the surface thereof can be formed flat. As a result, the VF of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be lowered and the light emission output can be further improved.
As described above, the laminated semiconductor layer 20 shown in FIG. 2 is manufactured.
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.

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を行い、所定の領域の積層半導体層20の一部をエッチングする。このエッチングによりnコンタクト層12aの一部を露出させ、次いで、その露出面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III族窒化物半導体発光素子1が製造される。
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. By this etching, a part of the n contact layer 12a is exposed, and then the n-type electrode 17 is formed on the exposed surface 20a.
Thereafter, a p-type bonding pad electrode 16 is formed on the translucent electrode 15.
As described above, the group III nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

本実施形態のIII族窒化物半導体発光素子1の製造方法によれば、ドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法によりp型コンタクト層14bを形成する工程において、ドーパントガスを供給する際に前記キャリアガスの流量を減少させることにより、p型コンタクト層14bの形成中におけるキャリアガスと原料ガスとドーパントガスとの総流量を一定に保つことができる。このため、ドーパントガスを間欠的に供給する際の、成長室内における圧力の変動を防ぐことができる。   According to the manufacturing method of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the carrier is used when supplying the dopant gas in the step of forming the p-type contact layer 14b by the MOCVD method of intermittently supplying the dopant gas. By reducing the gas flow rate, the total flow rates of the carrier gas, the source gas, and the dopant gas during the formation of the p-type contact layer 14b can be kept constant. For this reason, the fluctuation | variation of the pressure in a growth chamber at the time of supplying dopant gas intermittently can be prevented.

このため、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cの積層数を多くしても、ドーパントガスの流量の変動や、ドーパントガスを供給するタイミングのずれが生じない。よって、第一p型コンタクト層第一層14cと、第一p型コンタクト層第二層14cとを均一に積層することができる。 Therefore, even if many as the first p-type contact layer first layer 14c 1 number of stacked first p-type contact layer second layer 14c 2, the dopant gas flow rate variation and a, the timing of supplying the dopant gas Misalignment does not occur. Therefore, it is possible to the first p-type contact layer first layer 14c 1, uniformly stacking a first p-type contact layer second layer 14c 2.

図4は、本実施形態のIII族窒化物半導体発光素子1の製造方法により形成したp型コンタクト層14bと、従来のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法により形成したp型コンタクト層との、深さ方向のアクセプタ濃度を示したグラフである。図4の横軸は最表面(透光性電極15側)からの深さ、縦軸はアクセプタ濃度を示す。本発明によれば、従来技術に比較し、高品質の結晶性を反映して、電気的に活性化する割合が高く、抵抗が低いP型コンタクト層が得られる。   FIG. 4 shows a p-type contact layer 14b formed by the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of this embodiment and a p-type contact layer formed by a conventional method for manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting device. It is the graph which showed the acceptor density | concentration of the depth direction. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the depth from the outermost surface (translucent electrode 15 side), and the vertical axis indicates the acceptor concentration. According to the present invention, a P-type contact layer having a high electrical activation ratio and a low resistance is obtained, reflecting high-quality crystallinity, as compared with the prior art.

図4に示すように、本実施形態の製造方法により形成したp型コンタクト層14bは、従来の方法により形成したp型コンタクト層と比べ、アクセプタ濃度が高い。また、透光性電極15側からの深さ方向の距離が大きくなっても、アクセプタ濃度の減少が抑えられる。よって、従来の製造方法と比べて、ドーパント濃度分布の均一なp型コンタクト層14bを形成することができる。   As shown in FIG. 4, the p-type contact layer 14b formed by the manufacturing method of this embodiment has a higher acceptor concentration than the p-type contact layer formed by the conventional method. Further, even if the distance in the depth direction from the translucent electrode 15 side is increased, the decrease in acceptor concentration can be suppressed. Therefore, compared with the conventional manufacturing method, the p-type contact layer 14b with uniform dopant concentration distribution can be formed.

以上のように、本実施形態によれば、結晶性が高く、かつ、ドーパント濃度分布の均一なp型コンタクト層14bを形成できる。その結果、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低減、発光出力を向上できる。   As described above, according to this embodiment, the p-type contact layer 14b having high crystallinity and uniform dopant concentration distribution can be formed. As a result, the VF of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be reduced and the light emission output can be improved.

また、p型クラッド層14aの表面に、Mg源を含むドーパントガスを第1の流量で供給することにより、p型コンタクト層14bに供給するMg量が不足することがない。このため、p型コンタクト層14bのキャリア濃度を増加することができる。また、p型コンタクト層14bの成長初期におけるMgの取り込みを安定させることができる。   Further, by supplying a dopant gas containing an Mg source at the first flow rate to the surface of the p-type cladding layer 14a, the amount of Mg supplied to the p-type contact layer 14b is not insufficient. For this reason, the carrier concentration of the p-type contact layer 14b can be increased. In addition, it is possible to stabilize the Mg uptake at the initial growth stage of the p-type contact layer 14b.

また、p型コンタクト層14bを形成する工程において、最後に第一p型コンタクト層第一層14cを形成することにより、第一p型コンタクト層14cの、p型クラッド層14a側の面及び透光性電極15側の面にそれぞれ、第一p型コンタクト層第一層14cが配置される。これにより、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低減、および発光出力の向上が可能となる。 Further, in the step of forming a p-type contact layer 14b, finally by forming the first p-type contact layer first layer 14c 1, the first p-type contact layer 14c, the surface of the p-type cladding layer 14a side and each face of the transparent electrode 15 side, the first p-type contact layer first layer 14c 1 are disposed. As a result, the VF of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be reduced and the light emission output can be improved.

また、各第一p型コンタクト層第一層14c形成工程におけるドーパントガスの流量を一定とすることにより、p型コンタクト層14bを構成する複数の第一p型コンタクト層第一層14cのドーパント濃度を一定にできる。よって、p型コンタクト層14bのドーパントの分布を一定にすることができる。以上により、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低減、および発光出力の向上が可能となる。 Moreover, by making the flow rate of the dopant gas constant in each first p-type contact layer first layer 14c 1 formation step, the plurality of first p-type contact layer first layers 14c 1 constituting the p-type contact layer 14b The dopant concentration can be made constant. Therefore, the distribution of dopant in the p-type contact layer 14b can be made constant. As described above, the VF of the group III nitride semiconductor light-emitting element 1 can be reduced and the light emission output can be improved.

また、p型コンタクト層14bを、第一p型コンタクト層14cと、第一p型コンタクト層14cよりもMg濃度の高い第二p型コンタクト層14dからなる二層構造とすることにより、p型コンタクト層14bのうちの透光性電極15と接する部分(第二p型コンタクト層14d)にMgを高濃度で含有させ、かつ、その表面を平坦に形成することができる。そのため、III族窒化物半導体発光素子1のVFの低減、および発光出力の向上が可能となる。   Further, the p-type contact layer 14b has a two-layer structure including a first p-type contact layer 14c and a second p-type contact layer 14d having a Mg concentration higher than that of the first p-type contact layer 14c. A portion of the contact layer 14b that is in contact with the translucent electrode 15 (second p-type contact layer 14d) can contain Mg at a high concentration, and the surface thereof can be formed flat. Therefore, the VF of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 can be reduced and the light emission output can be improved.

<ランプ3>
本実施形態のランプ3は、本発明のIII族窒化物半導体発光素子1を備えるものであり、上記のIII族窒化物半導体発光素子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、III族窒化物半導体発光素子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 the present embodiment includes the group III nitride semiconductor light emitting device 1 of the present invention, and is a combination of the above group III nitride 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 the present embodiment, a technique for changing the emission color by combining the group III nitride semiconductor light emitting device 1 and the phosphor can be adopted without any limitation.

図5は、図1に示したIII族窒化物半導体発光素子1を備えるランプの一例を示した断面模式図である。図5に示すランプ3は、砲弾型のものであり、図1に示すIII族窒化物半導体発光素子1が用いられている。図5に示すように、III族窒化物半導体発光素子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5ではフレーム31)に接続され、III族窒化物半導体発光素子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、III族窒化物半導体発光素子1が実装されている。また、III族窒化物半導体発光素子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. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lamp including the group III nitride semiconductor light-emitting element 1 shown in FIG. The lamp 3 shown in FIG. 5 is a cannonball type, and the group III nitride semiconductor light-emitting element 1 shown in FIG. 1 is used. As shown in FIG. 5, the p-type bonding pad electrode 16 of the group III nitride semiconductor light emitting device 1 is connected to one of the two frames 31 and 32 (the frame 31 in FIG. 5) by a wire 33, and the group III The n-type electrode 17 (bonding pad) of the nitride semiconductor light emitting device 1 is connected to the other frame 32 by a wire 34, whereby the group III nitride semiconductor light emitting device 1 is mounted. Further, the periphery of the group III nitride semiconductor light emitting device 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III族窒化物半導体発光素子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 group III nitride semiconductor light emitting device 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III族窒化物半導体発光素子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、低VFおよび高発光出力のIII族窒化物半導体発光素子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. Is provided with the group III nitride semiconductor light-emitting device 1 capable of obtaining a high light emission output. In particular, in a battery-driven electronic device such as a backlight, a mobile phone, a display, a game machine, and an illumination, an excellent product including the group III nitride semiconductor light-emitting element 1 having a low VF and a high light emission output is provided. Is preferable.

以下に、本発明のIII族窒化物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。
参考例1)
以下に示す方法により、図1に示すIII族窒化物半導体発光素子1を製造した。
参考例1のIII族窒化物半導体発光素子1では、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 Group III nitride 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.
( Reference Example 1)
The group III nitride semiconductor light-emitting device 1 shown in FIG. 1 was manufactured by the method described below.
In the group III nitride semiconductor light emitting device 1 of Reference Example 1, a base layer 22 made of undoped GaN having a thickness of 6 μm is formed on a sapphire substrate 11 on which a buffer layer 21 made of AlN is previously formed in the growth chamber of the MOCVD furnace. did. 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。 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.

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。次いで、その上に、厚さ5nmのSiドープGaN障壁層および厚さ2.5nmのGa0.8In0.2N井戸層を交互にそれぞれ5回ずつ積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層13を積層した。これらの膜はいずれも、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH)、シラン(SiH)等を反応ガスに用いたMOCVD法によって形成した。
次いで、p型クラッド層14aを形成した。
Next, an n-cladding layer 12b having a superlattice structure with a thickness of 80 nm was formed on the n-contact layer 12a. Then, a 5 nm thick Si-doped GaN barrier layer and a 2.5 nm thick Ga 0.8 In 0.2 N well layer are alternately stacked five times on each of them, and finally a multiple quantum well structure provided with a barrier layer The light emitting layer 13 was laminated. All of these films were formed by MOCVD using trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI), ammonia (NH 3 ), silane (SiH 4 ), or the like as a reaction gas.
Next, a p-type cladding layer 14a was formed.

次いで、p型クラッド層14a上に、p型コンタクト層14bを形成した。ここで、p型コンタクト層14bは、以下に示す成長条件で成長させた。   Next, a p-type contact layer 14b was formed on the p-type cladding layer 14a. Here, the p-type contact layer 14b was grown under the following growth conditions.

「p型コンタクト層14bの成長条件」
まず、上述の各工程に引き続き、同じMOCVD装置を用いて、p型クラッド層14a上に、50.7l/minの流量の窒素ガス(キャリアガス)と、トリメチルガリウム(TMG)とアンモニアとを含む原料ガスと、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)からなるドーパントガスと、を連続的に30秒間供給し、10nmの膜厚の第一p型コンタクト層第一層14cを形成した。この時のドーパントガスの流量(第2の流量)は、0.30l/minとした。以上により、5×1019cm−3のMg濃度の第一p型コンタクト層第一層14cが形成された。
次いで、原料ガスを連続的に供給するとともにドーパントガス供給を停止し、51.0l/minの流量の窒素ガス(キャリアガス)を15秒間供給した。これにより、5nmの膜厚の第一p型コンタクト層第二層14cを形成した。
"Growth conditions for p-type contact layer 14b"
First, following each process described above, nitrogen gas (carrier gas) at a flow rate of 50.7 l / min, trimethylgallium (TMG), and ammonia are included on the p-type cladding layer 14a using the same MOCVD apparatus. A source gas and a dopant gas made of biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) were continuously supplied for 30 seconds to form a first p-type contact layer first layer 14c 1 having a thickness of 10 nm. The flow rate (second flow rate) of the dopant gas at this time was 0.30 l / min. Thus, the first p-type contact layer first layer 14c 1 having an Mg concentration of 5 × 10 19 cm −3 was formed.
Next, the source gas was continuously supplied and the dopant gas supply was stopped, and nitrogen gas (carrier gas) at a flow rate of 51.0 l / min was supplied for 15 seconds. Thereby, a first p-type contact layer second layer 14c 2 having a thickness of 5 nm was formed.

この後、上記工程を繰り返すことにより、GaNなる組成の第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとを12ペア数積層した。最後に、第一p型コンタクト層第一層14cを形成することにより、第一p型コンタクト層14cを形成した。
また、p型コンタクト層14b全体の厚みは180nmとなった。
Thereafter, by repeating the above steps, and the first p-type contact layer first layer 14c 1 of GaN having a composition and a first p-type contact layer second layer 14c 2 stacked number 12 pairs. Finally, by forming the first p-type contact layer first layer 14c 1, to form a first p-type contact layer 14c.
The total thickness of the p-type contact layer 14b was 180 nm.

その後、p型コンタクト層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。
Thereafter, a translucent electrode 15 made of ITO having a thickness of 200 nm was formed on the p-type 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.

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、参考例1のIII族窒化物半導体発光素子1を得た。
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, a Group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of Reference Example 1 was obtained.

このようにして得られた参考例1のIII族窒化物半導体発光素子1の特性は、順方向電流20mAにおいて順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。 The characteristics of the Group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of Reference Example 1 thus obtained are as follows: forward voltage 20 f, forward voltage Vf = 3.0 V, light emission output Po = 24 mW, reverse current IR (@ 20 V ) = 0.2 μA.

参考例2)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとのペア数を18とし、膜厚270nmの第一p型コンタクト層14c(p型コンタクト層14b)を形成した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
( Reference Example 2)
A first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 the number of pairs of the 18 of Reference Example 1, the first p-type contact layer 14c having a thickness of 270 nm (p-type contact The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the layer 14b) was formed, and the forward voltage Vf = 2.9 V, the light emission output Po = 24 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

参考例3)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとのペア数を6とし、膜厚90nmの第一p型コンタクト層14c(p型コンタクト層14b)を形成した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
( Reference Example 3)
The number of pairs of the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 of Reference Example 1 and 6, the first p-type contact layer 14c having a thickness of 90 nm (p-type contact The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the layer 14b) was formed, and the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 25 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.3 μA.

参考例4)
参考例1のドーパントガスの流量(第2の流量)を、0.60l/minとし、その時のキャリアガスを50.4l/minとし、これらのガスの総流量を一定とし、第一p型コンタクト層第二層14cのMg濃度を8×1019cm−3とした以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
( Reference Example 4)
The flow rate (second flow rate) of the dopant gas of Reference Example 1 is 0.60 l / min, the carrier gas at that time is 50.4 l / min, the total flow rate of these gases is constant, and the first p-type contact The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the Mg concentration of the second layer 14c 2 was set to 8 × 10 19 cm −3 , the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 23 mW, the reverse current IR (@ 20V) = 0.2 μA.

参考例5)
参考例1のドーパントガスの流量(第2の流量)を、0.10l/minとし、その時のキャリアガスを50.9l/minとし、これらのガスの総流量を一定とし、Mg濃度2×1019cm−3の第一p型コンタクト層第一層14cを形成した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
( Reference Example 5)
The flow rate (second flow rate) of the dopant gas of Reference Example 1 is 0.10 l / min, the carrier gas at that time is 50.9 l / min, the total flow rate of these gases is constant, and the Mg concentration is 2 × 10. The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the first p-type contact layer first layer 14c 1 of 19 cm −3 was formed, and forward voltage Vf = 2.9 V, light emission output Po = 24 mW, reverse current IR (@ 20V) = 0.1 μA.

参考例6)
参考例1の第一p型コンタクト層14c形成工程の後に、Mg源を含むドーパントガスを0.90l/minの流量で供給しながら、Ga0.99In0.01Nなる組成の、Mg濃度1.0×1020cm−3の第二p型コンタクト層14dを30nmの膜厚で形成した以外は参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
( Reference Example 6)
After the step of forming the first p-type contact layer 14c of Reference Example 1, while supplying a dopant gas containing an Mg source at a flow rate of 0.90 l / min, an Mg concentration having a composition of Ga 0.99 In 0.01 N The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the second p-type contact layer 14d of 1.0 × 10 20 cm −3 was formed with a film thickness of 30 nm, the forward voltage Vf = 2.9 V, the light emission output Po = It was 24 mW and reverse current IR (@ 20V) = 0.1 μA.

参考例7)
参考例1の第一p型コンタクト層14c形成工程の後に、Mg源を含むドーパントガスを1.20l/minの流量で供給しながら、GaNなる組成の、Mg濃度2.0×1020cm−3の第二p型コンタクト層14dを30nmの膜厚で形成した以外は参考例6と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
( Reference Example 7)
After the first p-type contact layer 14c forming step of Reference Example 1, while supplying a dopant gas containing an Mg source at a flow rate of 1.20 l / min, an Mg concentration of 2.0 × 10 20 cm − with a composition of GaN. 3 except that the second p-type contact layer 14d of 3 is formed to a thickness of 30 nm, the same operation as in Reference Example 6 is performed, and the forward voltage Vf = 2.8 V, the light emission output Po = 24 mW, the reverse current IR (@ 20V) = 0.2 μA.

参考例8)
参考例1の第一p型コンタクト層14c形成工程の後に、Mg源を含むドーパントガスを0.90l/minの流量で供給しながら、Al0.01Ga0.99Nなる組成の、Mg濃度1.0×1020cm−3の第二p型コンタクト層14dを10nmの膜厚で形成した以外は参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.4μAであった。
( Reference Example 8)
After the step of forming the first p-type contact layer 14c of Reference Example 1, while supplying a dopant gas containing an Mg source at a flow rate of 0.90 l / min, an Mg concentration having a composition of Al 0.01 Ga 0.99 N The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the second p-type contact layer 14d of 1.0 × 10 20 cm −3 was formed with a thickness of 10 nm, the forward voltage Vf = 3.0 V, the light emission output Po = 24 mW, reverse current IR (@ 20 V) = 0.4 μA.

(実施例
参考例1の第一p型コンタクト層14c形成工程の前に、p型クラッド層14aの表面に、Mg源を含むドーパントガスを0.90l/minの流量(第1の流量)で供給した以外は、参考例1と同様な操作を行い、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。
(Example 1 )
Prior to the first p-type contact layer 14c forming step of Reference Example 1, a dopant gas containing an Mg source was supplied to the surface of the p-type cladding layer 14a at a flow rate (first flow rate) of 0.90 l / min. The same operation as in Reference Example 1 was performed, and the forward voltage Vf = 2.9 V, the light emission output Po = 23 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 0.1 μA.

(比較例1)
ドーパントガスの流量を変えずに連続的に供給することにより、第一p型コンタクト層第一層14cのみからなる第一p型コンタクト層14cを形成した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.3V、発光出力Po=20mW、逆方向電流IR(@20V)=2.4μAであった。
(Comparative Example 1)
By continuously feeding without changing the flow rate of the dopant gas, except that the formation of the first p-type contact layer 14c made of only the first p-type contact layer first layer 14c 1, similar to that in Reference Example 1 Operation The forward voltage Vf was 3.3 V, the light emission output Po was 20 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) was 2.4 μA.

(比較例2)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14c形成の際に、51.0l/minの流量のキャリアガスを供給し、第一p型コンタクト層第二層14c形成の際にも、51.0l/minの流量のキャリアガスを連続して供給した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.4V、発光出力Po=18mW、逆方向電流IR(@20V)=2.1μAであった。
(Comparative Example 2)
In forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of Reference Example 1, a carrier gas having a flow rate of 51.0 l / min is supplied to form the first p-type contact layer second layer 14c 2. The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the carrier gas having a flow rate of 51.0 l / min was continuously supplied, the forward voltage Vf = 3.4 V, the light emission output Po = 18 mW, the reverse current IR ( @ 20V) = 2.1 μA.

(比較例3)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14c形成の際に、50.7l/minの流量のキャリアガスと0.10l/minのドーパントガスを供給して、Mg濃度3.0×1018cm−3の第一p型コンタクト層第一層14cを形成し、第一p型コンタクト層第二層14c形成の際に51.0l/minの流量のキャリアガスを供給した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.2V、発光出力Po=15mW、逆方向電流IR(@20V)=3.5μAであった。
(Comparative Example 3)
In forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of Reference Example 1, a carrier gas having a flow rate of 50.7 l / min and a dopant gas having a flow rate of 0.10 l / min were supplied, and an Mg concentration of 3.0 × Except for forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of 10 18 cm −3 and supplying the carrier gas at a flow rate of 51.0 l / min when forming the first p-type contact layer second layer 14c 2 The same operation as in Reference Example 1 was performed, and the forward voltage Vf = 3.2 V, the light emission output Po = 15 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) = 3.5 μA.

(比較例4)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14c形成の際に50.7l/minの流量のキャリアガスと、0.60l/minのドーパントガスとを供給してMg濃度6.0×1020cm−3の第一p型コンタクト層第一層14cを形成し、第一p型コンタクト層第二層14c形成の際に51.0l/minの流量のキャリアガスを供給した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.2V、発光出力Po=17mW、
逆方向電流IR(@20V)=5.0μAであった。
(Comparative Example 4)
When the first p-type contact layer first layer 14c 1 of Reference Example 1 is formed, a carrier gas having a flow rate of 50.7 l / min and a dopant gas having a flow rate of 0.60 l / min are supplied to form an Mg concentration of 6.0 × Except for forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of 10 20 cm −3 and supplying the carrier gas at a flow rate of 51.0 l / min when forming the first p-type contact layer second layer 14c 2 Performs the same operation as in Reference Example 1, forward voltage Vf = 3.2 V, light emission output Po = 17 mW,
The reverse current IR (@ 20 V) was 5.0 μA.

(比較例5)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14c形成の際に、51.0l/minの流量のキャリアガスと0.30l/minのドーパントガスとを供給し、第一p型コンタクト層第二層14c形成の際に、51.0l/minの流量のキャリアガスを供給するとともに、第一p型コンタクト層第一層14cと第一p型コンタクト層第二層14cとのペア数を30として、膜厚450nmの第一p型コンタクト層14c(p型コンタクト層14b)を形成した以外は、参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.3V、発光出力Po=12mW、逆方向電流IR(@20V)=7.0μAであった。
(Comparative Example 5)
When forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of Reference Example 1, a carrier gas having a flow rate of 51.0 l / min and a dopant gas of 0.30 l / min are supplied, and the first p-type contact layer When the second layer 14c 2 is formed, a carrier gas having a flow rate of 51.0 l / min is supplied, and the first p-type contact layer first layer 14c 1 and the first p-type contact layer second layer 14c 2 The same operation as in Reference Example 1 was performed except that the number of pairs was 30 and the first p-type contact layer 14c (p-type contact layer 14b) having a thickness of 450 nm was formed, and the forward voltage Vf = 3.3V and light emission The output Po was 12 mW, and the reverse current IR (@ 20 V) was 7.0 μA.

(比較例6)
参考例1の第一p型コンタクト層第一層14c形成の際に51.0l/minの流量のキャリアガスと0.30l/minのドーパントガスとを供給し、第一p型コンタクト層第二層14c形成の際に51.0l/minの流量のキャリアガスを供給した。その後、Mg源を含むドーパントガスを0.10l/minの流量で供給しながら、GaNなる組成の、Mg濃度4.0×1018cm−3の第二p型コンタクト層14dを30nmの膜厚で形成した以外は参考例1と同様な操作を行い、順方向電圧Vf=3.6V、発光出力Po=15mW、逆方向電流IR(@20V)=4.2μAであった。
(Comparative Example 6)
When forming the first p-type contact layer first layer 14c 1 of Reference Example 1, a carrier gas having a flow rate of 51.0 l / min and a dopant gas of 0.30 l / min are supplied, and the first p-type contact layer first It was supplied carrier gas at a flow rate of 51.0l / min during the two-layer 14c 2 formed. Then, while supplying a dopant gas containing Mg source at a flow rate of 0.10 l / min, a second p-type contact layer 14d having a Mg concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 and a thickness of 30 nm is formed. in except for forming performs the same operation as in reference example 1, the forward voltage Vf = 3.6V, the light-emitting output Po = 15 mW, was reverse current IR (@ 20V) = 4.2μA.

参考例1〜参考実施例1、比較例1〜比較例6のIII族窒化物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、参考例、実施例及び比較例のIII族窒化物半導体発光素子1を実装した場合の順方向電圧Vfおよび発光出力(Po)は、印加電流を20mAとした場合に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 Group III nitride semiconductor light emitting devices of Reference Example 1 to Reference Example 8 , Example 1, and Comparative Examples 1 to 6. Show.
The forward voltage Vf and the light emission output (Po) when the Group III nitride semiconductor light emitting device 1 of the reference example, the example and the comparative example are mounted are measured when the applied current is 20 mA. 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 0005601281
Figure 0005601281

表1に示すように、参考例1〜参考8、実施例1のIII族窒化物半導体発光素子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III族窒化物半導体発光素子1も、発光出力(Po)が20mW以上となり、高出力で低消費電力であった。 As shown in Table 1, Reference Example 1 to Reference Example 8, any group III nitride semiconductor light-emitting device 1 of Example 1, a low reverse current (IR), also a relatively low forward voltage obtained It was. In addition, any of the group III nitride semiconductor light emitting devices 1 had a light emission output (Po) of 20 mW or more, high output and low power consumption.

一方、比較例1〜比較例6で得られたIII族窒化物半導体発光素子1では、参考例1〜参考8、実施例1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、漏れ電流(逆方向電流(IR))の値が大きかった。 On the other hand, in the group III nitride semiconductor light-emitting device 1 obtained in Comparative Example 1 to Comparative Example 6, Reference Example 1 to Reference Example 8, the light emitting output compared to Example 1 (Po) is lower, forward voltage It was relatively high and the leakage current (reverse current (IR)) was large.

以上により、参考例1〜参考8、実施例1で得られたIII族窒化物半導体発光素子1は、効果的に、順方向電圧および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6のIII族窒化物半導体発光素子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。 By the above Reference Examples 1 to Example 8, III-nitride semiconductor light emitting device 1 obtained in Example 1, effectively, it was possible to improve the forward voltage and the light emission output. Moreover, it was confirmed that the leakage current was small and a high light emission output was obtained as compared with the Group III nitride semiconductor light emitting device 1 of Comparative Examples 1 to 6.

1…III族窒化物半導体発光素子、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、13…発光層、14…p型半導体層、14a…p型クラッド層、14b…p型コンタクト層、14c…第一p型コンタクト層、14c…第一p型コンタクト層第一層、14c…第一p型コンタクト層第二層、14d…第二p型コンタクト層、14d…第二p型コンタクト層第一層、14d…第二p型コンタクト層第二層、22…下地層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Group III nitride semiconductor light emitting element, 3 ... Lamp, 12 ... n-type semiconductor layer, 12a ... n contact layer, 12b ... n clad layer, 13 ... Light emitting layer, 14 ... p-type semiconductor layer, 14a ... p-type clad Layer, 14b ... p-type contact layer, 14c ... first p-type contact layer, 14c 1 ... first p-type contact layer first layer, 14c 2 ... first p-type contact layer second layer, 14d ... second p-type Contact layer, 14d 1 ... second p-type contact layer first layer, 14d 2 ... second p-type contact layer second layer, 22 ... underlayer

Claims (2)

基板上にn型半導体層と多重量子井戸構造からなる発光層とp型クラッド層とを順次積層した後、キャリアガスとGa源及び窒素源を含む原料ガスとを連続的に供給するとともに、Mg源を含むドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上にAlGaInN(0≦x≦0.1、0≦y≦1、0≦z≦0.1、x+y+z=1)のp型コンタクト層を形成する工程を有し、
前記p型コンタクト層の形成工程が、
前記p型クラッド層の表面に、前記ドーパントガスを500〜1500sccmの第1の流量で供給する工程と、
前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを前記第1の流量よりも少ない50〜750sccmの第2の流量で間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上にp型コンタクト層を形成する工程と、を有し
前記ドーパントガスを供給する際に前記キャリアガスの流量を減少させることにより、前記p型コンタクト層の形成中における前記キャリアガスと原料ガスとドーパントガスとの総流量を一定に保つことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
After sequentially stacking an n-type semiconductor layer, a light emitting layer having a multiple quantum well structure, and a p-type cladding layer on a substrate, a carrier gas and a source gas containing a Ga source and a nitrogen source are continuously supplied, and Mg Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 0...) Is formed on the p-type cladding layer by an MOCVD method in which a dopant gas containing a source is intermittently supplied. 1. a step of forming a p-type contact layer of x + y + z = 1),
The step of forming the p-type contact layer comprises:
Supplying the dopant gas to the surface of the p-type cladding layer at a first flow rate of 500 to 1500 sccm;
The source gas is continuously supplied, and the dopant gas is intermittently supplied at a second flow rate of 50 to 750 sccm lower than the first flow rate. Forming a contact layer, and reducing the flow rate of the carrier gas when supplying the dopant gas, thereby reducing the carrier gas, the source gas, and the dopant gas during the formation of the p-type contact layer. A method for producing a group III nitride semiconductor light-emitting device, characterized in that the total flow rate is kept constant.
前記p型コンタクト層の形成工程が、
前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを間欠的に供給するMOCVD法により、前記p型クラッド層上に第一p型コンタクト層を形成する工程と、
前記原料ガスを連続的に供給するとともに、前記ドーパントガスを前記第一p型コンタクト層形成工程よりも高濃度で連続的に供給するMOCVD法により、前記第一p型コンタクト層上に、第二p型コンタクト層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
The step of forming the p-type contact layer comprises:
Forming a first p-type contact layer on the p-type cladding layer by MOCVD, which continuously supplies the source gas and intermittently supplies the dopant gas;
The source gas is continuously supplied, and the dopant gas is continuously supplied at a higher concentration than in the first p-type contact layer forming step by the MOCVD method, on the first p-type contact layer. The method for producing a group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, further comprising: forming a p-type contact layer.
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