JP5648446B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
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発光素子が得られる。
このような問題を解決する技術としては、形成する半導体層の導電型に対応した複数の独立した成長室を用いて、導電型の異なる複数の半導体層を基板上に成膜する方法が提案されている(特許文献1)。
一方、第二n型半導体層の膜厚を薄くすると、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を十分に緩和することができないため、その後の工程において、結晶性の高い発光層を形成することができない。また、第二n型半導体層のIn組成を低くすると、第二n型半導体層は本来の格子定数に近づいた状態で成長するため、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を十分に緩和することができない。そのため、その後の工程において、結晶性の高い発光層を形成することができない。このため、発光層の結晶性低下に起因する半導体発光素子の発光出力の低下が問題となっていた。
〔1〕 基板上にAlxInyGa1−x−yNなる組成(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)の下地層、第一n型半導体層および第二n型半導体層を順次積層した後に、前記基板温度を400℃以下に降温する第一工程と、前記第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層を形成した後に、発光層およびp型半導体層を順次積層する第二工程と、を具備してなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔2〕 前記第一工程が第一有機金属化学気相成長装置において行われ、前記第二工程が第二有機金属化学気相成長装置において行われることを特徴とする〔1〕に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔3〕 前記第一工程において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で前記基板温度を400℃以下に降温することを特徴とする〔1〕または〔2〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔4〕 前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置において、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力15kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜900℃の条件下で熱処理を行うことを特徴とする〔2〕または〔3〕のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
〔5〕 前記再成長層を、10nm〜200nmの膜厚で形成することを特徴とする〔1〕乃至〔4〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔6〕 前記再成長層に、Inを1%〜5%の組成で含有させることを特徴とする〔1〕乃至〔5〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔7〕 前記再成長層を形成する際の基板温度を、600℃〜900℃とすることを特徴とする〔1〕乃至〔6〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
〔8〕 基板上に下地層と第一n型半導体層と第二n型半導体層と、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層と、発光層と、p型半導体層とが積層されてなる半導体発光素子。
〔9〕 前記再成長層が、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることを特徴とする〔8〕に記載の半導体発光素子。
〔10〕 前記再成長層に、Inが1%〜5%の組成で含有されていることを特徴とする〔7〕または〔9〕に記載の半導体発光素子。
〔11〕 〔8〕乃至〔10〕のいずれか一項に記載の半導体発光素子を備えることを特徴とするランプ。
〔12〕 〔11〕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。
〔13〕 〔12〕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。
また、第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層の再成長層を形成することにより、第二n型半導体層全体の膜厚を大きくできる。また、第二n型半導体層上に前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い(In濃度の高い)再成長層を形成することにより、第一n型半導体層と発光層との間の結晶格子の不整合を緩和できる。このため、第二n型半導体層形成後の工程において、結晶性の高い発光層を第二n型半導体層上に形成できる。このため、半導体発光素子の発光出力を向上できる。
図1に示す本実施形態の半導体発光素子1は、基板11と、基板11上に積層された積層半導体層20と、積層半導体層20の上面に積層された透光性電極15と、透光性電極15上に積層されたp型ボンディングパッド電極16と、積層半導体層20の露出面20a上に積層されたn型電極17とを具備している。
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。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
基板11としては、例えば、サファイア、SiC、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板を用いることができる。上記基板の中でも、特に、c面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。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。
バッファ層21は、設けられていなくてもよいが、基板11と下地層22との格子定数の違いを緩和して、基板11の(0001)C面上にC軸配向した単結晶層の形成を容易にするために、設けられていることが好ましい。
バッファ層21は、例えば、AlxGa1−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。
下地層22の材料としては、AlxGa1−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、AlxGayInzN(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(AlxGa1−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、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。
(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、後述する第2工程において形成された、nクラッド層12bの再成長層12cと、から構成されている。
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。また、nクラッド層12bは、再成長層12cからnコンタクト層12aへのInの拡散を防ぐ機能を有する。
また、nクラッド層12bの膜厚が500nmを超えると、nクラッド層12bの膜厚が臨界膜厚を超えるため、nクラッド層12bを構成する結晶中に格子緩和が生じる。このため、nクラッド層12bの結晶性が低下し、好ましくない。
再成長層12cは、nクラッド層12bの再成長層であり、nクラッド層12bよりも高濃度(高組成)のInが含有されている。
また、再成長層12cは、10nm〜200nmの膜厚で形成されていることが好ましい。再成長層12cの膜厚が上記範囲内であると、第一n型半導体層12aと発光層13との間の結晶格子の不整合を十分緩和できる。また、nクラッド層12b表面の平坦性を向上することができる。また、nクラッド層12bの成長を中断して第二MOCVD装置の成長室内に移動し、その後nクラッド層12bの成長を再開することによるnクラッド層12bの結晶性への影響を少なくすることができる。そのため、半導体発光素子の出力を向上させる効果がより顕著となる。
また、再成長層12cの膜厚が200nmを超えると、p型半導体層14を形成する際に用いられる第2有機金属化学気相成長装置の成長室内に、n型半導体層12を形成した後に残されるドーパントや堆積物の量が多くなり、n型半導体層12を形成する際に用いたドーパントや堆積物に起因するp型半導体層14の不良が生じやすくなる。さらに再成長層12c成膜の際の処理時間が長くなり、生産性が低下する。
再成長層12cのIn組成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緩和できる。このため、結晶性の高い発光層13が、再成長層12c(nクラッド層12b)上に形成される。
一方、再成長層12cのIn組成が1%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、再成長層12cのIn組成が5%を超えると、再成長層12cを構成する結晶中に格子緩和が生じる。このため、再成長層12cの結晶性が低下し、好ましくない。
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。
井戸層13bの膜厚は、15オングストローム以上50オングストローム以下の範囲であることが好ましい。井戸層13bの膜厚が上記範囲内であることにより、より高い発光出力を得ることができる。
また、井戸層13bは、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の強い光を発光するものであるため、好ましい。また、井戸層13bには、不純物をドープすることができる。また、本実施形態における不純物としては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。
障壁層13aの膜厚は、20オングストローム以上100オングストローム未満の範囲であることが好ましい。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70オングストローム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組成比の小さい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。
p型半導体層14は、通常、pクラッド層14aおよびpコンタクト層14bから構成される。また、pコンタクト層14bがpクラッド層14aを兼ねることも可能である。
本実施形態におけるpクラッド層14aは、発光層13の上に形成されている。pクラッド層14aは、発光層13へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。pクラッド層14aとしては、発光層13のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層13へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、AlxGa1−xN(0≦x≦0.4)からなるものであることが好ましい。pクラッド層14aが、このようなAlGaNからなるものである場合、発光層13へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
pコンタクト層14bは、正極(p型電極)を設けるための層である。pコンタクト層14bは、AlxGa1−xN(0≦x≦0.4)からなるものであることが、良好な結晶性の維持およびpオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。また、pコンタクト層14bがp型不純物(不純物)を1×1018〜1×1021/cm3を5×1019〜5×1020/cm3の濃度で含有しているものである場合、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。p型不純物としては、特に限定されないが、例えばMgを用いることが特に好ましい。
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。
透光性電極15は、p型半導体層14の上に積層されるものであり、p型半導体層14との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、透光性電極15は、発光層13からの光を効率良く半導体発光素子1の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。また、透光性電極15は、p型半導体層14の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
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。
図示しない保護膜層は、必要に応じて透光性電極15の上面および側面と、n型半導体層12の露出面20a、発光層13およびp型半導体層14の側面、n型電極17およびp型ボンディングパッド電極16の側面や周辺部を覆うよう形成される。保護膜層を形成することにより、半導体発光素子1の内部への水分等の浸入を防止でき、半導体発光素子1の劣化を抑制することができる。
保護膜層としては、絶縁性を有し、300〜550nmの範囲の波長において80%以上の透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、窒化シリコン(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)等を用いることができる。このうちSiO2、Al2O3は、CVD成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。
また、再成長層12cにInが、1%〜5%の組成で含有されていることにより、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できる。このため、再成長層12c(nクラッド層12b)上に、結晶性の高い発光層13を形成できる。
以上により、半導体発光素子1の発光出力の向上および動作電圧の低減を実現することができる。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体発光素子1の寸法関係とは異なっている。
以下、図2を用いて各工程について詳細に説明する。
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を第一MOCVD装置(第一有機金属化学気相成長装置)の成長室内に設置し、MOCVD法によって、基板11上に、バッファ層21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を第一MOCVD装置の成長室内に移して下地層22を形成してもよい。
次いで、第一MOCVD装置内でバッファ層21上に下地層22を積層する。なお、本発明では、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、さらに第一MOCVD装置の成長室内で当該基板上に下地層22を順次積層してもよい。
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。
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(NH3)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。
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100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるn側第1層と、n側第1層と組成が異なる膜厚100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるn側第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。
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(NH3)、ヒドラジン(N2H4)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(SiH4)またはジシラン(Si2H6)などを用いることができる。
また、nクラッド層12bの成長を停止する際に、成長室内にアンモニアを供給しながら基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12b表面からの窒素の昇華が防がれる。このため、nクラッド層12b表面の結晶性低下を防ぐことができる。
第二工程は、第二MOCVD装置(第二有機金属化学気相成長装置)において行うことが好ましい。第二MOCVD装置において第二工程を行う場合は、まず、第一MOCVD装置の成長室内からnクラッド層12bの形成された基板11を取り出して、第二MOCVD装置の成長室内に設置する。
なお、nクラッド層12bの表面が汚染されたままである場合、逆方向電流(IR)が十分に低くならなかったり、静電気放電(ESD)耐圧が不足したりする恐れがあり、半導体発光素子1の信頼性が低下する。
次いで、MOCVD法によって、nクラッド層12b上に、nクラッド層12bの再成長層12cを形成する。このとき、nクラッド層12b形成工程におけるnクラッド層12bの成長条件と、再成長層12cの成長条件は、基板11の温度とIn含有組成以外は同一とすることが好ましい。
また、再成長層12cは、10nm〜200nmの膜厚で形成することが好ましい。
一方、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度が600℃未満であると、再成長層12cの成長速度が低下するため、製造効率上好ましくない。また、再成長層12cを成長させる際の基板11の温度が900℃を超えると、再成長層12c中のInが昇華して再成長層12cの結晶性が低下する。
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。
次いで、p型半導体層14を形成する。p型半導体層14の形成は、発光層13上にpクラッド層14aと、pコンタクト層14bとを順次積層すればよい。なお、pクラッド層14aを、超格子構造を含む層とする場合には、膜厚100オングストローム以下のIII族窒化物半導体からなるp側第一層と、p側第一層と組成が異なる膜厚100オングストローム以下III族窒化物半導体からなるp側第二層とを交互に繰返し積層すればよい。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、所定の領域の積層半導体層20の一部をエッチングしてnコンタクト層12aの一部を露出させ、nコンタクト層12aの露出面20aにn型電極17を形成する。
その後、透光性電極15の上にp型ボンディングパッド電極16を形成する。
以上のようにして、図1に示す半導体発光素子1が製造される。
また、nクラッド層12bの成長を停止する際に、成長室内にアンモニアを供給しながら基板11の温度を400℃以下に降温することにより、nクラッド層12b表面からの窒素の昇華を防ぐことができる。このため、nクラッド層12b表面の結晶性低下を防ぐことができる。
このため、nクラッド層12b形成後の工程において、結晶性の高い発光層13をnクラッド層12b上に形成できる。以上により、半導体発光素子1の発光出力を向上できる。
また、再成長層12c成長の際に、再成長層12cのIn含有組成が1%〜5%となるようにIn源の供給量を調整することにより、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できる。このため、再成長層12c(nクラッド層12b)上に、結晶性の高い発光層13を形成できる。
本実施形態のランプ3は、本発明の半導体発光素子1を備えるものであり、上記の半導体発光素子1と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプ3は、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。例えば、本実施形態のランプ3においては、半導体発光素子1と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術を何ら制限されることなく採用できる。
(実施例1)
以下に示す方法により、図1に示す半導体発光素子1を製造した。
実施例1の半導体発光素子1では、第一MOCVD炉の成長室内において、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。
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。なお、nクラッド層12bを成長させる際の基板温度は710℃とした。
次いで、第一MOCVD炉から取り出して、第二MOCVD炉の成長室内に移した。次いで、nクラッド層12bまでの各層の形成された基板11を、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で750℃の熱処理(サーマルクリーニング)を行った。また、このときの第二MOCVD装置の成長室内の圧力は95kPaとした。
nクラッド層12b上に、超格子構造からなる、膜厚80nmの再成長層12cを形成した。また、再成長層12cを成長させる際の基板温度は700℃とした。再成長層12cはIn組成が2%、膜厚が2nmのGaInNと膜厚2nmのGaNとの超格子構造とした。
また、透光性電極15の上に、200nmのAlからなる金属反射層と80nmのTiからなるバリア層と1100nmのAuからなるボンディング層とからなる3層構造のp型ボンディングパッド構造16を、フォトリソグラフィの手法を用いて形成した。
以上のようにして、実施例1の半導体発光素子1を得た。
nクラッド層12bを形成した後、基板11を400℃まで降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
実施例1の基板11の降温において、基板11を窒素のみの雰囲気中で降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.9μAであった。
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の圧力を100kPaとした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=25mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の圧力を50kPaとした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.5μAであった。
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の基板温度を850℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.4μAであった。
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)の際の基板温度を650℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
実施例1の再成長層12cを膜厚120nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.7μAであった。
実施例1の再成長層12cを膜厚40nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を800℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=24mW、逆方向電流IR(@20V)=0.9μAであった。
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を600℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
実施例1の再成長層12cのIn組成を3%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.8μAであった。
実施例1の再成長層12cのIn組成を1%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
実施例1の熱処理(サーマルクリーニング)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=23mW、逆方向電流IR(@20V)=1.0μAであった。
半導体層20を第一MOCVD炉で一貫成長させ、熱処理(サーマルクリーニング)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=22mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
半導体層20を第一MOCVD炉で一貫成長させて熱処理(サーマルクリーニング)を行わず、また、再成長層12cを形成しなかった以外は実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=15mW、逆方向電流IR(@20V)=0.8μAであった。
nクラッド層12bを形成した後、基板11を500℃まで降温した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=10mW、逆方向電流IR(@20V)=5μAであった。
実施例1の再成長層12cを膜厚300nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=10mW、逆方向電流IR(@20V)=5.0μAであった。
実施例1の再成長層12cを膜厚5nmで形成した以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.1V、発光出力Po=18mW、逆方向電流IR(@20V)=0.2μAであった。
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を1000℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=14mW、逆方向電流IR(@20V)=2.3μAであった。
実施例1の再成長層12c形成の際の基板温度を500℃とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.9V、発光出力Po=17mW、逆方向電流IR(@20V)=0.3μAであった。
実施例1の再成長層12cのIn組成を7%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=2.8V、発光出力Po=13mW、逆方向電流IR(@20V)=10.0μAであった。
実施例1の再成長層12cのIn組成を0.05%とした以外は、実施例1と同様な操作を行った。得られた半導体発行素子1の特性は、順方向電圧Vf=3.0V、発光出力Po=16mW、逆方向電流IR(@20V)=0.1μAであった。
なお、実施例及び比較例の半導体発光素子1についての順方向電圧Vfは、プローブ針による通電で電流印加値20mAにおける電圧を測定したものである。同じく、実施例及び比較例の半導体発光素子1についての発光出力(Po)は、それぞれTO−18缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流20mAにおける発光出力を測定したものである。また、逆方向電流(IR)は、発光素子に対して端子を逆方向に20V印加した時の漏れ電流を測定した時の値である。
一方、比較例1〜比較例8で得られた半導体発光素子1では、実施例1〜実施例9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、逆方向電流(IR)の値が大きかった。特に、再成長層を形成しなかった比較例1では、その差が顕著となった。
Claims (2)
- 基板上にAlxInyGa1−x−yNなる組成(0≦x<1,0≦y<1,0≦x+y<1)の下地層、第一n型半導体層および第二n型半導体層を順次積層した後に、窒素とアンモニアを含む雰囲気中で前記基板温度を400℃以下に60℃/分以下の降温速度で降温する、第一有機金属化学気相成長装置において行われる第一工程と、
前記第二n型半導体層上に、前記第二n型半導体層よりもIn組成の高い、前記第二n型半導体層の再成長層を10nm以上120nm未満の膜厚で形成した後に、発光層およびp型半導体層を順次積層する、第二有機金属化学気相成長装置において行われる第二工程と、を具備し、
前記再成長層を形成する前に、前記第二有機金属化学気相成長装置において、熱処理を行い、
前記再成長層にInを1%以上3%未満の組成で含有させ、さらに前記再成長層を形成する際の基板温度を600℃以上800℃未満とすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記熱処理を窒素とアンモニアを含む雰囲気中で、圧力15kPa〜100kPa、前記基板温度500℃〜900℃の条件下で行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
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