JP5839293B2 - 窒化物発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記n層は、キャリア濃度が、ドープされているSi濃度よりも高いAlxGa1−xN(0<x≦1)で構成されていることを特徴とする。
本発明の窒化物発光素子の構造の一例につき、図1を参照して説明する。図1は窒化物発光素子の一実施形態の概略断面図である。
支持基板11は、例えばCuW、W、Moなどの導電性基板、又はSiなどの半導体基板で構成される。
支持基板11の上層には、多層構造からなる導電層20が形成されている。この導電層20は、本実施形態では、ハンダ層15、保護層17及び反射電極19を含む。
絶縁層21は、例えばSiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3などで構成される。この絶縁層21は、上面がp層31の底面と接触している。なお、この絶縁層21は、後述するように素子分離時におけるエッチングストッパー層としての機能を有すると共に、支持基板11の基板面に平行な方向に電流を拡げる機能も有する。
上述したように、LED層30は、p層31、発光層33、及びn層35が下からこの順に積層されて形成される。
給電端子42はn層35の上層に形成され、例えばCr−Auで構成される。この給電端子42は、例えばAu、Cuなどで構成されるワイヤが連絡されており(不図示)、このワイヤの他方は、窒化物発光素子1が配置されている基板の給電パターンなどに接続される(不図示)。
次に、窒化物発光素子1のように、n層35をAlxGa1−xN(0<x≦1)で構成することで、ドープされるSi濃度を1×1019/cm3より大きくしても膜荒れが発生しないことにつき、図2A及び図2Bの実験データを参照して説明する。なお、以下では、AlxGa1−xN(0<x≦1)をAlxGa1−xNと略記する。
次に、後述する方法によってn層35を実現することで、n層35内にドープされているSi濃度よりもキャリア濃度の方を高くすることができる点につき、データを参照して説明する。
n層35の成長条件として、Siドープ濃度を4×1019/cm3とし、V/III比を2000,4000,8000,10000,12000とした5種類の検証用素子2Aを形成した。
(実施例2)
n層35の成長条件として、Siドープ濃度を1×1019/cm3とし、V/III比を2000,4000,8000,10000,12000とした5種類の検証用素子2Aを形成した。
次に、V/III比を2000より高く10000以下としてn層35を成長させて素子を形成することで、低い動作電圧で発光に必要な電流を素子に流すことができる点につき、実施例を参照して説明する。
図4を参照して前述したように、V/III比を12000のように極めて高い値とした場合には、n層35に形成されるキャリア濃度は、ドープしたSi濃度を下回っている。これは、n層35に結晶欠陥が生じたものと推察される。この点につき、図8に示すn層35の断面TEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)写真を参照して説明する。
次に、窒化物発光素子1の製造方法の一例につき説明する。なお、下記製造方法で説明する製造条件や膜厚などの寸法は、あくまで一例であって、これらの数値に限定されるものではない。
サファイア基板上にLEDエピ層を形成する。この工程は、例えば以下の手順により行われる。
まず、c面サファイア基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD装置の処理炉内にc面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
次に、c面サファイア基板の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層に対応する。
次に、アンドープ層の上層にAlxGa1−xN(0<x≦1)の組成からなるn層35を形成する。なお、必要に応じてその上層にn型GaNよりなる保護層を形成しても構わない。
次に、n層35の上層にInGaNで構成される井戸層及びAlGaNで構成される障壁層が周期的に繰り返される多重量子井戸構造を有する発光層33を形成する。
次に、発光層33の上層に、AlyGa1−yN(0<y≦1)で構成される層(正孔供給層)を形成し、更にその上層にGaNで構成される層(保護層)を形成する。これら正孔供給層及び保護層がp層31に対応する。
次に、ステップS1で得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、RTA(Rapid Thermal Anneal:急速加熱)装置を用いて、窒素雰囲気下中650℃で15分間の活性化処理を行う。
次に、p層31の上層の所定箇所に絶縁層21を形成する。より具体的には、後の工程で給電端子42を形成する領域の下方に位置する箇所に絶縁層21を形成するのが好ましい。絶縁層21としては、例えばSiO2を膜厚200nm程度成膜する。なお成膜する材料は絶縁性材料であればよく、例えばSiN、Al2O3でも良い。
p層31及び絶縁層21の上面を覆うように、導電層20を形成する。ここでは、反射電極19、保護層17、及びハンダ層15を含む多層構造の導電層20を形成する。
次に、サファイア基板と支持基板11とを貼り合せる。より具体的には、280℃の温度、0.2MPaの圧力下で、ハンダ層15と支持基板11を貼り合わせる。
次に、サファイア基板を剥離する。より具体的には、サファイア基板を上に、支持基板11を下に向けた状態で、サファイア基板側からKrFエキシマレーザを照射して、サファイア基板とLEDエピ層の界面を分解させることでサファイア基板の剥離を行う。サファイアはレーザが通過する一方、その下層のGaN(アンドープ層)はレーザを吸収するため、この界面が高温化してGaNが分解される。これによってサファイア基板が剥離される。
次に、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ICP装置を用いて絶縁層21の上面が露出するまでLED層30をエッチングする。これにより、隣接領域のLED層30同士が分離される。なお、このとき絶縁層21はエッチングストッパー層として機能する。
次に、n型35の上面に給電端子42を形成する。より具体的には、膜厚10nmのNiと膜厚10nmのAuからなる給電端子42を形成後、窒素雰囲気中で250℃1分間のシンタリングを行う。
以下、別実施形態について説明する。
2A : 検証用素子
2B : 検証用素子
11 : 支持基板
15 : ハンダ層
17 : 保護層
19 : 反射電極
20 : 導電層
21 : 絶縁層
30 : LED層
31 : p層
33 : 発光層
35 : n層(AlxGa1−xN)
36 : アンドープ層
41 : p+層
42 : 給電端子
51 : 貫通転位
52 : 結晶欠陥
61 : サファイア基板
Claims (2)
- 支持基板上に、n層と、p層と、前記n層と前記p層に挟まれた位置に形成された発光層を有する窒化物発光素子であって、
前記n層は、キャリア濃度が、ドープされているSi濃度よりも高いAlxGa1−xN(0<x≦1)で構成されており、ドープされているSi濃度が1×10 19 /cm 3 以上のAl x Ga 1−x N(0<x≦1)で構成されていることを特徴とする窒化物発光素子。 - 請求項1に記載の窒化物発光素子の製造方法であって、
III族元素を含む化合物の流量に対するV族元素を含む化合物の流量の比であるV/III比が2000より大きく10000以下の原料ガスを処理炉内に供給して結晶成長させることで前記n層を形成する工程を含むことを特徴とする窒化物発光素子の製造方法。
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