JP5862177B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体素子に関し、特にp側窒化物半導体層内に電流拡散層を有する窒化物半導体素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device, and more particularly to a nitride semiconductor device having a current diffusion layer in a p-side nitride semiconductor layer.

近年、半導体発光素子の分野において、高光束の要求に伴ってチップサイズが大きくなる傾向にある。しかし、p側窒化物半導体層の抵抗が比較的高いことにより、電流がチップの隅々まで流れず、静電耐圧特性に問題があった。半導体層上面側に補助電極を設けることによって電流拡散性が改善されることが知られているが、その反面、チップから外部に光を取り出す際に補助電極自体に光が吸収されてしまい、チップサイズの大型化による高光束化のメリットが損なわれていた。   In recent years, in the field of semiconductor light emitting devices, the chip size tends to increase with the demand for high luminous flux. However, since the resistance of the p-side nitride semiconductor layer is relatively high, current does not flow to every corner of the chip, and there is a problem in electrostatic withstand voltage characteristics. It is known that the current diffusibility is improved by providing the auxiliary electrode on the upper surface side of the semiconductor layer. On the other hand, when the light is extracted from the chip to the outside, the auxiliary electrode itself absorbs light, and the chip The merit of high luminous flux due to the increase in size was impaired.

国際公開第2008/117788号International Publication No. 2008/117788 特開2002−208732号公報JP 2002-208732 A 特開2008−109066号公報JP 2008-109066 A

そこで本発明は、上記課題を解決するために、p側窒化物半導体層における電流拡散性を向上させた窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having improved current diffusivity in a p-side nitride semiconductor layer in order to solve the above-described problems.

本発明の窒化物半導体素子は、
基板上に、n型窒化物半導体層、活性層、およびp型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体素子であって、
前記p型窒化物半導体層において、p型コンタクト層と、前記p型コンタクト層と組成の異なるAlN層とを有し、前記p型コンタクト層と前記AlN層とが接していることを特徴とする。
The nitride semiconductor device of the present invention is
A nitride semiconductor device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate,
The p-type nitride semiconductor layer has a p-type contact layer and an AlN layer having a composition different from that of the p-type contact layer, and the p-type contact layer and the AlN layer are in contact with each other. .

前記AlN層の厚さは、1nm〜10nmであることが好ましい。   The thickness of the AlN layer is preferably 1 nm to 10 nm.

本発明の窒化物半導体素子は、前記AlN層と前記活性層との間にp側クラッド層を更に有してよく、前記AlN層と前記p側クラッド層との間にアンドープGaN層を有してよい。   The nitride semiconductor device of the present invention may further include a p-side cladding layer between the AlN layer and the active layer, and an undoped GaN layer between the AlN layer and the p-side cladding layer. It's okay.

本発明の窒化物半導体素子は、前記AlN層と前記活性層との間にp型GaN層を更に有してよく、前記AlN層と前記p型GaN層とが接していてよい。   The nitride semiconductor device of the present invention may further include a p-type GaN layer between the AlN layer and the active layer, and the AlN layer and the p-type GaN layer may be in contact with each other.

更に、本発明の窒化物半導体素子は、前記p型GaN層と前記アンドープGaN層とが接していてもよい。   Furthermore, in the nitride semiconductor device of the present invention, the p-type GaN layer and the undoped GaN layer may be in contact with each other.

p型コンタクト層が、p型コンタクト層と組成の異なる(即ちバンドギャップの異なる)AlN層(以下、p側AlN層ともよぶ)と接していることにより、窒化物半導体素子に電圧をかけると、p型コンタクト層とp側AlN層との界面において格子定数差によるピエゾ電界が発生する。これにより、前記界面においてキャリア移動度(電流拡散性)が増大する。p型コンタクト層とp側AlN層との界面において電流が拡散されることにより、比較的結晶性の脆い活性層が保護され、静電耐圧特性を向上させることができる。   When the p-type contact layer is in contact with an AlN layer (hereinafter also referred to as a p-side AlN layer) having a composition different from that of the p-type contact layer (that is, having a different band gap), a voltage is applied to the nitride semiconductor element. A piezoelectric field due to a difference in lattice constant is generated at the interface between the p-type contact layer and the p-side AlN layer. Thereby, carrier mobility (current diffusibility) increases at the interface. By diffusing current at the interface between the p-type contact layer and the p-side AlN layer, the relatively crystalline brittle active layer is protected and the electrostatic withstand voltage characteristics can be improved.

図1は、(a)が従来の窒化物半導体素子、(b)が本発明の第1の実施形態の窒化物半導体素子の積層構造を示す模式図である。FIG. 1A is a schematic diagram showing a multilayer structure of a nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, where FIG. 図2は、本発明の第2の実施形態の窒化物半導体素子の積層構造の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a laminated structure of a nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第3の実施形態の窒化物半導体素子の積層構造の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a laminated structure of a nitride semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図4は、アンドープGaN層とAlN層との界面におけるキャリア移動度測定結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the measurement result of carrier mobility at the interface between the undoped GaN layer and the AlN layer.

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。ただし、以下に説明する実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための態様を例示するものであって、本発明を以下のものに特定しない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。更に、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよく、一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments described below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not specified as follows. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Not too much. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and the function of the one member is shared by the plurality of members. It can also be realized.

(第1の実施形態)
従来の窒化物半導体素子(図1a)および本発明の第1の実施形態の窒化物半導体素子(図1b)の積層構造の模式図を図1に示す。本発明の第1の実施形態の窒化物半導体素子(図1b)は、サファイアからなる基板1の上に、Si等のn型不純物を含むn側窒化物半導体層、活性層3、Mg等のp型不純物を含むp側窒化物半導体層4が積層され、p側窒化物半導体層4の上にp側透光性電極5aとp側パッド電極5bとからなるp側電極が形成されている。n側窒化物半導体層はn型コンタクト層2を含む。n側窒化物半導体層はn型コンタクト層2以外の層を含んでもよい。p側窒化物半導体層4より窒化物半導体層の一部をエッチング除去して露出されたn型コンタクト層2の表面にn側電極6が形成されている。p側窒化物半導体層4は、活性層側から順に、p側クラッド層4a、p側AlN層4c、p型コンタクト層4bが積層されており、p側AlN層4cは、p型コンタクト層4bと組成が異なる。本発明に係るp側クラッド層4aは、電子を閉じ込めるため、およびホールを活性層に供給するための層(例えば、MgがドープされたAlGaN層など)であり、p側AlN層4cとは異なり、電流拡散の効果が殆ど無い層である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic diagram of a stacked structure of a conventional nitride semiconductor device (FIG. 1a) and the nitride semiconductor device (FIG. 1b) of the first embodiment of the present invention. The nitride semiconductor device (FIG. 1b) according to the first embodiment of the present invention includes an n-side nitride semiconductor layer containing an n-type impurity such as Si, an active layer 3, and Mg on a substrate 1 made of sapphire. A p-side nitride semiconductor layer 4 containing a p-type impurity is stacked, and a p-side electrode including a p-side translucent electrode 5 a and a p-side pad electrode 5 b is formed on the p-side nitride semiconductor layer 4. . The n-side nitride semiconductor layer includes an n-type contact layer 2. The n-side nitride semiconductor layer may include layers other than the n-type contact layer 2. An n-side electrode 6 is formed on the surface of the n-type contact layer 2 exposed by etching away a part of the nitride semiconductor layer from the p-side nitride semiconductor layer 4. In the p-side nitride semiconductor layer 4, a p-side cladding layer 4a, a p-side AlN layer 4c, and a p-type contact layer 4b are stacked in order from the active layer side, and the p-side AlN layer 4c is a p-type contact layer 4b. And the composition is different. The p-side cladding layer 4a according to the present invention is a layer for confining electrons and supplying holes to the active layer (for example, an AlGaN layer doped with Mg), and is different from the p-side AlN layer 4c. The layer has almost no current spreading effect.

p型コンタクト層4bおよびp側AlN層4cは互いに組成が異なり、従って格子定数が異なる。そのため、窒化物半導体素子に電圧をかけると、p型コンタクト層4bとp側AlN層4cとの界面において格子定数差によるピエゾ電界が発生する。これによって、界面におけるキャリア移動度が増大し、前記界面において電流が横方向に拡散される(即ち、正孔が横方向に拡散される)。図1aに示す従来の窒化物半導体素子と比較して、本発明の窒化物半導体素子において電流が拡散される様子を、図1bにおいて矢印で模式的に示している。p型コンタクト層4bとp側AlN層4cとの界面において電流が拡散されることにより、p側クラッド層4aおよび活性層3の一部に電流が集中して注入されることがなくなり、比較的結晶性の脆いp側クラッド層4aおよび活性層3が保護され、静電耐圧特性が向上する。更に、p型コンタクト層4bとp側AlN層4cとの界面において正孔の横方向への拡散が促進されることにより、活性層3のより広範囲の領域において電子と正孔との再結合、即ち発光が起こり、光取り出し効率が向上し得る。なお、p側AlN層4cは、安定した混晶比で半導体結晶を成長させることができるため、電流が部分的に集中することなく均一に拡散することができる。   The p-type contact layer 4b and the p-side AlN layer 4c have different compositions, and therefore have different lattice constants. Therefore, when a voltage is applied to the nitride semiconductor element, a piezoelectric field due to a lattice constant difference is generated at the interface between the p-type contact layer 4b and the p-side AlN layer 4c. This increases carrier mobility at the interface, and current is diffused laterally (ie, holes are diffused laterally) at the interface. Compared with the conventional nitride semiconductor device shown in FIG. 1a, how the current is diffused in the nitride semiconductor device of the present invention is schematically shown by arrows in FIG. 1b. Since current is diffused at the interface between the p-type contact layer 4b and the p-side AlN layer 4c, current is not concentratedly injected into a part of the p-side cladding layer 4a and the active layer 3, and relatively The crystalline brittle p-side cladding layer 4a and the active layer 3 are protected, and the electrostatic withstand voltage characteristics are improved. Furthermore, by promoting the diffusion of holes in the lateral direction at the interface between the p-type contact layer 4b and the p-side AlN layer 4c, recombination of electrons and holes in a wider area of the active layer 3, That is, light emission occurs and light extraction efficiency can be improved. Since the p-side AlN layer 4c can grow a semiconductor crystal with a stable mixed crystal ratio, the current can be diffused uniformly without partial concentration.

p側AlN層4cの厚さは、好ましくは1nm〜10nm、より好ましくは1nm〜5nm、更に好ましくは1nm〜3nmである。p側AlN層4cの厚さが1nm以上である場合、p側AlN層4cとp型コンタクト層4bとの界面におけるキャリア移動度の増加が顕著であり、従って静電耐圧特性を効率的に向上させることができる。また、p側AlN層4cの厚さが10nm以下である場合、p側AlN層4c自体の抵抗を低く抑えることができ、順方向電圧Vの増加を軽減することができる。 The thickness of the p-side AlN layer 4c is preferably 1 nm to 10 nm, more preferably 1 nm to 5 nm, and still more preferably 1 nm to 3 nm. When the thickness of the p-side AlN layer 4c is 1 nm or more, the increase in carrier mobility at the interface between the p-side AlN layer 4c and the p-type contact layer 4b is remarkable, and thus the electrostatic withstand voltage characteristic is efficiently improved. Can be made. Further, when the thickness of the p-side AlN layer 4c is 10 nm or less, the resistance of the p-side AlN layer 4c itself can be suppressed low, and the increase in the forward voltage Vf can be reduced.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る半導体素子は、p側AlN層と活性層との間にp側クラッド層を更に有し、p側クラッド層とp側AlN層との間にアンドープGaN層を有するものである。
本発明の第2の実施形態に係る半導体素子は、例えば図2に示すような積層構造を有する。本発明の第2の実施形態に係る半導体素子は、p側クラッド層4aとp側AlN層4cとの間にアンドープGaN層(以下、p側アンドープGaN層ともよぶ)4dを更に有する以外は、第1の実施形態の半導体素子と同様の構造を有するものである。p側アンドープGaN層4dは、p側窒化物半導体層4のシート抵抗を下げるための層であり、p側アンドープGaN層4d内を電流が拡散することによって静電耐圧特性をさらに向上させることができる。
(Second Embodiment)
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention further includes a p-side cladding layer between the p-side AlN layer and the active layer, and an undoped GaN layer between the p-side cladding layer and the p-side AlN layer. It is what has.
The semiconductor element according to the second embodiment of the present invention has a stacked structure as shown in FIG. 2, for example. The semiconductor element according to the second embodiment of the present invention has an undoped GaN layer (hereinafter also referred to as a p-side undoped GaN layer) 4d between the p-side cladding layer 4a and the p-side AlN layer 4c. It has the same structure as the semiconductor element of the first embodiment. The p-side undoped GaN layer 4d is a layer for lowering the sheet resistance of the p-side nitride semiconductor layer 4, and the electrostatic breakdown voltage characteristics can be further improved by diffusing current in the p-side undoped GaN layer 4d. it can.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る半導体素子は、p側AlN層と活性層との間にp型GaN層を有するものであり、AlN層とp型GaN層とが接している。本発明の第3の実施形態に係る半導体素子は、p側アンドープGaN層を更に有してよく、p型GaN層とp側アンドープGaN層とが接していてよい。
本発明の第3の実施形態に係る半導体素子は、例えば図3に示すように、p型GaN層4b’とp型コンタクト層4b”との間に、p型GaN層4b’およびp型コンタクト層4b”の両方と接するようにp側AlN層4cが設けられる以外は、第1の実施形態の半導体素子と同様の構造を有するものである。
本実施形態におけるp型GaN層は、GaNに限定されるものではなく、例えばAlGaNやInGaNからなる層であってもよく、好ましくはp型コンタクト層と同じ組成からなる層である。
また、p側クラッド層4aとp型GaN層4b’との間に、p型GaN層4b’と接するようにp側アンドープGaN層(図示しない)を設けてもよい。これにより、p型GaN層4b’にドープされたp型不純物がp側アンドープGaN層に微量に拡散されるため、p側アンドープGaN層自体の抵抗を低く抑えることができ、順方向電圧Vの増加を軽減したまま静電耐圧特性を更に向上させることができる。
(Third embodiment)
The semiconductor element according to the third embodiment of the present invention has a p-type GaN layer between the p-side AlN layer and the active layer, and the AlN layer and the p-type GaN layer are in contact with each other. The semiconductor element according to the third embodiment of the present invention may further include a p-side undoped GaN layer, and the p-type GaN layer and the p-side undoped GaN layer may be in contact with each other.
For example, as shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes a p-type GaN layer 4b ′ and a p-type contact between a p-type GaN layer 4b ′ and a p-type contact layer 4b ″. The semiconductor device has the same structure as that of the semiconductor device of the first embodiment except that the p-side AlN layer 4c is provided so as to be in contact with both of the layers 4b ″.
The p-type GaN layer in the present embodiment is not limited to GaN, and may be a layer made of AlGaN or InGaN, for example, and is preferably a layer made of the same composition as the p-type contact layer.
Further, a p-side undoped GaN layer (not shown) may be provided between the p-side cladding layer 4a and the p-type GaN layer 4b ′ so as to be in contact with the p-type GaN layer 4b ′. As a result, since the p-type impurity doped in the p-type GaN layer 4b ′ is diffused in a small amount in the p-side undoped GaN layer, the resistance of the p-side undoped GaN layer itself can be kept low, and the forward voltage V f The electrostatic withstand voltage characteristic can be further improved while reducing the increase in.

以上、第1〜第3の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、他の実施形態も可能である。   Although the first to third embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and other embodiments are possible.

以下に、本発明の一の実施形態に係る発光素子の各構成について詳細に説明するが、以下に説明する全ての構成物が必須ではなく、それらのいくつかを省略または変更することができる。   Hereinafter, each configuration of the light-emitting element according to an embodiment of the present invention will be described in detail. However, all the components described below are not essential, and some of them can be omitted or changed.

[基板]
基板は、サファイアのC面、R面、A面の他、スピネル(MgAl)等の絶縁性基板、SiC、ZnS、ZnO、GaAs、GaN等の半導体基板を用いることができる。
[substrate]
As the substrate, an insulating substrate such as spinel (MgAl 2 O 4 ), a semiconductor substrate such as SiC, ZnS, ZnO, GaAs, and GaN can be used in addition to the C-plane, R-plane, and A-plane of sapphire.

[n側窒化物半導体層]
以下に、n側窒化物半導体層の構成について説明する。本実施形態に係るn側窒化物半導体層は、少なくとも基板側から順に、バッファ層、n型コンタクト層、アンドープ半導体層およびn型多層膜層が積層されている。
[N-side nitride semiconductor layer]
The configuration of the n-side nitride semiconductor layer will be described below. In the n-side nitride semiconductor layer according to this embodiment, at least a buffer layer, an n-type contact layer, an undoped semiconductor layer, and an n-type multilayer film layer are stacked in order from the substrate side.

(バッファ層)
まず、基板1の上にバッファ層を形成させる。バッファ層は、基板と窒化物半導体との格子定数の不一致を緩和して、結晶性の高い窒化物半導体層をその上に形成するためのものである。バッファ層は、最終的に除去することもできるし、それ自体省略することもできる。バッファ層は、AlGaN、GaN、AlN等を、温度500〜800℃で10〜50nmの厚さに成長させて形成することが好ましい。
(Buffer layer)
First, a buffer layer is formed on the substrate 1. The buffer layer is for relaxing a mismatch in lattice constant between the substrate and the nitride semiconductor and forming a highly crystalline nitride semiconductor layer thereon. The buffer layer can finally be removed or can itself be omitted. The buffer layer is preferably formed by growing AlGaN, GaN, AlN or the like at a temperature of 500 to 800 ° C. to a thickness of 10 to 50 nm.

このバッファ層の上に、第2のバッファ層を更に形成してもよい。第2バッファ層は、後述のn型コンタクト層よりn型不純物のドープ量が少ない、またはn型不純物をドープしない窒化物半導体、例えばAlGaN、GaN、AlN等を、上述の第1のバッファ層より高い温度、例えば800〜1300℃で、0.5〜3μmの厚さに成長させて形成する。第2バッファ層は、不純物ドープ量が少ない(またはゼロである)ので高い結晶性を有する。そのため、結晶性の高いn型コンタクト層をその上に形成することができる。   A second buffer layer may be further formed on the buffer layer. The second buffer layer has a smaller doping amount of n-type impurities than an n-type contact layer, which will be described later, or a nitride semiconductor not doped with n-type impurities, such as AlGaN, GaN, AlN, etc., than the first buffer layer described above. The film is grown at a high temperature, for example, 800 to 1300 ° C. to a thickness of 0.5 to 3 μm. The second buffer layer has a high crystallinity because the impurity doping amount is small (or zero). Therefore, an n-type contact layer with high crystallinity can be formed thereon.

(n型コンタクト層)
この上にn型コンタクト層を形成させる。n型コンタクト層はその組成が特に限定されるものではなく、例えば、Al比率が0.2以下のAlGaN又はGaNからなる層であることが好ましい。このような組成にすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得やすい。具体的には、Si等のn型不純物を4.5×1018/cmドープした窒化物半導体、例えばGaNを、温度900〜1300℃で1〜10μmの厚さに成長させて、n型コンタクト層を形成する。
(N-type contact layer)
An n-type contact layer is formed thereon. The composition of the n-type contact layer is not particularly limited. For example, the n-type contact layer is preferably a layer made of AlGaN or GaN having an Al ratio of 0.2 or less. With such a composition, it is easy to obtain a nitride semiconductor layer with few crystal defects. Specifically, a nitride semiconductor doped with 4.5 × 10 18 / cm 3 of an n-type impurity such as Si, for example, GaN, is grown at a temperature of 900 to 1300 ° C. to a thickness of 1 to 10 μm to obtain an n-type. A contact layer is formed.

(アンドープ半導体層)
n型コンタクト層の上にアンドープ半導体層を形成させる。アンドープ半導体層は、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる層が挙げられる。なかでも、アンドープ半導体層は、GaN、x及び/又はyが0.2以下のAlGa1−x−yN、InGa1−x−yNが好ましく、更に、GaNからなる層を含むことが好ましい。このような組成により、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が容易に得られる。
アンドープ半導体層は、単層で形成されていてもよいが、多層で形成されていることが好ましい。アンドープ半導体層が多層で形成される場合、その全ての層が、n型不純物を含有しないアンドープ層とすることは必要ではなく、少なくとも1層がアンドープ層であればよい。また特に、アンドープ半導体層は、同じ組成のアンドープ層とドープ層とが交互に積層された層であることが好ましい。これらの交互の積層は、例えば、3層以上であることが好ましく、5層程度以下であることが適しており、アンドープ層とドープ層とのいずれが最下層及び/又は最上層であってもよい。具体的には、例えば、温度900〜1300℃でアンドープGaNからなる厚さ100〜200nmの第1の層を成長させ、その上に、Siを4.5×1018/cmドープしたGaNからなる厚さ10〜50nmの第2の層を成長させ、これを2回繰り返した後に、更にアンドープGaNを1〜10nmの厚さに成長させて、総膜厚が100〜500nmのアンドープ半導体層を形成する。不純物がドープされていない、従ってキャリア移動度の高いアンドープGaN層と、不純物がドープされた、従ってキャリア濃度の高い層とが交互に存在することにより、閾値電圧および順方向電圧が低下する。第1の層は、第2の層よりもSiドープ量の少ないSiドープGaNであってもよい。
(Undoped semiconductor layer)
An undoped semiconductor layer is formed on the n-type contact layer. Examples of the undoped semiconductor layer include a layer made of In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Among them, the undoped semiconductor layer is preferably Al y Ga 1-xy N or In x Ga 1-xy N having GaN, x and / or y of 0.2 or less, and further, a layer made of GaN. It is preferable to include. With such a composition, a nitride semiconductor layer with few crystal defects can be easily obtained.
The undoped semiconductor layer may be formed as a single layer, but is preferably formed as a multilayer. When the undoped semiconductor layer is formed in multiple layers, it is not necessary that all the layers be undoped layers that do not contain n-type impurities, and at least one layer may be an undoped layer. In particular, the undoped semiconductor layer is preferably a layer in which undoped layers and doped layers having the same composition are alternately stacked. These alternating lamination layers are, for example, preferably 3 layers or more, and suitably 5 layers or less, and any of the undoped layer and the doped layer may be the lowermost layer and / or the uppermost layer. Good. Specifically, for example, a first layer having a thickness of 100 to 200 nm made of undoped GaN is grown at a temperature of 900 to 1300 ° C., and then Si is 4.5 × 10 18 / cm 3 doped thereon. After the second layer having a thickness of 10 to 50 nm is grown and this is repeated twice, undoped GaN is further grown to a thickness of 1 to 10 nm to form an undoped semiconductor layer having a total thickness of 100 to 500 nm. Form. The threshold voltage and the forward voltage are lowered due to the presence of the undoped GaN layer which is not doped with impurities and therefore has high carrier mobility and the layer which is doped with impurities and thus has high carrier concentration. The first layer may be Si-doped GaN having a smaller Si doping amount than the second layer.

なお、本明細書において「アンドープ」とは、成膜時に不純物を導入することなく形成された層であって、成膜後および/または製造工程における熱処理等によって上下層から拡散されて不純物が混入された層を意味するのではない。つまり、不純物濃度が1×1017/cm程度以下に留められている層を、実質的に「アンドープ」の層と称する。 In this specification, “undoped” is a layer formed without introducing impurities during film formation, and is diffused from the upper and lower layers after film formation and / or by heat treatment or the like in the manufacturing process to mix impurities. It does not mean the layer that was made. In other words, a layer having an impurity concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less is substantially referred to as an “undoped” layer.

(n型多層膜層)
アンドープ半導体層の上にn型多層膜層を形成させる。n型多層膜層は、組成の異なる少なくとも2種類以上の元素からなる窒化物半導体、例えば、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる層が挙げられる。特に、n型多層膜層は、AlGa1−zN(0≦z<1)(第1層)とInGa1−pN(0<p<1)(第2層)との2種類の組成からなる層が交互に積層されるのが好ましい。第1層は、zが小さいほど、つまりアルミニウム含有量が小さいほど、結晶性が良好になるため、z=0であるGaNからなる層が好ましい。第2層は、pが0.5以下の層が好ましく、pが0.2以下の層がより好ましい。なかでも、n型多層膜層としては、第1層がGaNであり、第2層においてpが0.2以下のInGa1−pNであるのが好ましい。
また、n型多層膜層を構成する単一層(つまり、第1層又は第2層)の膜厚は特に限定されないが、少なくとも1種類の単一層の膜厚を、10nm以下とすることが適しており、7nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましい。具体的には、例えば、温度900〜1300℃でアンドープGaNからなる厚さ1〜2nmの第1の層を成長させ、その上に、温度800〜1000℃でアンドープInGaNからなる厚さ0.5〜1nmの第2の層を成長させ、これを20回繰り返した後に、更にGaNを10〜20nmの厚さに成長させて、総膜厚が40〜80nmのn型多層膜層を形成する。このように単一層の膜厚を薄くすることにより、n型多層膜層が超格子構造となると共に、弾性臨界膜厚以下となり、n型多層膜層における各単一層の結晶性が良好となる。よって、積層が進むにつれて、より結晶性を向上させることができ、光出力の向上を実現させることができる。
(N-type multilayer film layer)
An n-type multilayer film layer is formed on the undoped semiconductor layer. The n-type multilayer film layer is a nitride semiconductor composed of at least two kinds of elements having different compositions, for example, In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ a layer consisting of x + y ≦ 1). In particular, the n-type multilayer film layer is composed of Al z Ga 1-z N (0 ≦ z <1) (first layer) and In p Ga 1-p N (0 <p <1) (second layer). It is preferable that layers having two kinds of compositions are alternately laminated. The first layer is preferably a layer made of GaN with z = 0 because the smaller z, that is, the smaller the aluminum content, the better the crystallinity. The second layer is preferably a layer having p of 0.5 or less, and more preferably a layer having p of 0.2 or less. Among them, as the n-type multilayer film, a first layer is GaN, preferably p in the second layer is 0.2 or less of an In p Ga 1-p N.
Further, the film thickness of the single layer (that is, the first layer or the second layer) constituting the n-type multilayer film is not particularly limited, but it is suitable that the film thickness of at least one kind of single layer is 10 nm or less. 7 nm or less is preferable, and 5 nm or less is more preferable. Specifically, for example, a first layer having a thickness of 1 to 2 nm made of undoped GaN is grown at a temperature of 900 to 1300 ° C., and a thickness 0.5 of an undoped InGaN at a temperature of 800 to 1000 ° C. is grown thereon. After a second layer of ˜1 nm is grown and this is repeated 20 times, GaN is further grown to a thickness of 10 to 20 nm to form an n-type multilayer film layer having a total thickness of 40 to 80 nm. By reducing the film thickness of the single layer in this way, the n-type multilayer film layer has a superlattice structure and is less than the critical elastic film thickness, and the crystallinity of each single layer in the n-type multilayer film layer is improved. . Therefore, as the stacking progresses, the crystallinity can be further improved and the light output can be improved.

[活性層]
活性層として、少なくともInを含んでなる窒化物半導体、好ましくはInGa1−xN(0≦x<1)を含む井戸層と、障壁層とを有する多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を用いることができる。井戸層や障壁層の膜厚は、30nm以下、好ましくは20nm以下とすることが望ましい。特に井戸層は薄い方が好ましく、10nm以下、更に好ましくは1〜5nmとすることが望ましい。これによって量子効率に優れた活性層が得られる。
活性層が多重量子井戸構造からなる場合、出力の向上、発振閾値の低下などを図ることが可能となる。活性層3が多重量子井戸構造からなる場合、井戸層と障壁層が交互に積層されていれば、最初と最後の層は井戸層でも障壁層でもよい。また、多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に1層であること(井戸層/障壁層/井戸層)に限るものではなく、2層若しくはそれ以上の層の障壁層を、「井戸層/障壁層(1)/障壁層(2)/・・・/井戸層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けてもよい。
量子井戸構造の活性層に用いる障壁層としては、特に限定されないが、井戸層よりIn含有率の低い窒化物半導体、GaN、Alを含む窒化物半導体などを用いることができる。より好ましくは、InGaN、GaNまたはAlGaNを含むことが望ましい。障壁層の厚さや組成は、量子井戸構造中で全て同じにする必要はない。
[Active layer]
A multiple quantum well structure or a single quantum well having, as an active layer, a nitride semiconductor comprising at least In, preferably a well layer containing In x Ga 1-x N (0 ≦ x <1), and a barrier layer A structure can be used. The film thickness of the well layer or the barrier layer is 30 nm or less, preferably 20 nm or less. In particular, the well layer is preferably thin, and is preferably 10 nm or less, more preferably 1 to 5 nm. As a result, an active layer having excellent quantum efficiency can be obtained.
When the active layer has a multiple quantum well structure, it is possible to improve the output and lower the oscillation threshold. When the active layer 3 has a multiple quantum well structure, the first and last layers may be well layers or barrier layers as long as the well layers and the barrier layers are alternately stacked. Further, in the multiple quantum well structure, the barrier layer sandwiched between the well layers is not limited to a single layer (well layer / barrier layer / well layer), and two or more barrier layers. A plurality of barrier layers having different compositions, impurity amounts, etc. may be provided as “well layer / barrier layer (1) / barrier layer (2) /... / Well layer”.
The barrier layer used for the active layer having the quantum well structure is not particularly limited, but a nitride semiconductor having a lower In content than the well layer, a nitride semiconductor containing GaN, Al, or the like can be used. More preferably, it contains InGaN, GaN, or AlGaN. The thickness and composition of the barrier layer need not all be the same in the quantum well structure.

[p側窒化物半導体層]
以下に、p側窒化物半導体層の構成について説明する。本実施形態に係るp側窒化物半導体層は、少なくとも活性層側から順に、p側クラッド層、p側AlN層、p型コンタクト層が積層されている。
[P-side nitride semiconductor layer]
The configuration of the p-side nitride semiconductor layer will be described below. In the p-side nitride semiconductor layer according to the present embodiment, a p-side cladding layer, a p-side AlN layer, and a p-type contact layer are laminated at least from the active layer side.

(p側クラッド層)
まず、活性層の上に、温度900〜1000℃程度でMg等のp型不純物を1×1020/cmドープしたAl含有窒化物半導体、好ましくはMgドープAlGa1−XN(0<X<1)を10〜50nmの厚さに成長させて、p側クラッド層を形成する。Al含有窒化物半導体からなるp側クラッド層は、活性層の井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいことにより、キャリア閉じ込め層としてはたらく。Al混晶比が高いほどバンドギャップエネルギーが大きくなるので、p側クラッド層はAlGaNからなることが好ましい。
(P-side cladding layer)
First, an Al-containing nitride semiconductor doped with 1 × 10 20 / cm 3 of a p-type impurity such as Mg at a temperature of about 900 to 1000 ° C. on the active layer, preferably Mg-doped Al X Ga 1-X N (0 <X <1) is grown to a thickness of 10 to 50 nm to form a p-side cladding layer. The p-side cladding layer made of an Al-containing nitride semiconductor serves as a carrier confinement layer due to its band gap energy larger than that of the well layer of the active layer. Since the band gap energy increases as the Al mixed crystal ratio increases, the p-side cladding layer is preferably made of AlGaN.

(p側AlN層)
p側クラッド層の上に、p型コンタクト層と組成の異なるAlNを成長させてp側AlN層を形成する。p側AlN層の厚さは、好ましくは1nm〜10nm、より好ましくは1nm〜5nm、更に好ましくは1nm〜3nmである。p側AlN層はMg等のp型不純物がドープされていてよく、あるいはアンドープであってもよい。電流拡散効果はp型コンタクト層とp側AlN層との格子定数の差に起因するので、p側AlN層におけるp型不純物のドープの有無に関わらず、電流拡散効果を得ることができる。
また更に、p側クラッド層とp側AlN層との間に、p側アンドープGaN層を50〜100nmの厚さで成長させてもよい。p側アンドープGaN層内を電流が拡散することによって、静電耐圧特性をさらに向上させることができる。
(P-side AlN layer)
On the p-side cladding layer, AlN having a composition different from that of the p-type contact layer is grown to form a p-side AlN layer. The thickness of the p-side AlN layer is preferably 1 nm to 10 nm, more preferably 1 nm to 5 nm, and still more preferably 1 nm to 3 nm. The p-side AlN layer may be doped with a p-type impurity such as Mg, or may be undoped. Since the current diffusion effect is caused by the difference in lattice constant between the p-type contact layer and the p-side AlN layer, the current diffusion effect can be obtained regardless of whether or not the p-type AlN layer is doped with the p-type impurity.
Furthermore, a p-side undoped GaN layer may be grown to a thickness of 50 to 100 nm between the p-side cladding layer and the p-side AlN layer. By diffusing current in the p-side undoped GaN layer, the electrostatic withstand voltage characteristic can be further improved.

(p型コンタクト層)
p型コンタクト層は、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる層が挙げられ、なかでも、GaN、Al比率0.2以下のAlGaN、In比率0.2以下のInGaNからなる層が好ましく、GaNからなる層がより好ましい。これらの組成は、電極材料と良好なオーミックコンタクトを得ることができる。具体的には、例えば、p側AlN層の上に、Mg等のp型不純物を1×1020/cmドープしたGaNを10〜100nmの厚さに成長させて、p型コンタクト層を形成する。
(P-type contact layer)
Examples of the p-type contact layer include a layer made of In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A layer composed of AlGaN of 0.2 or less and InGaN having an In ratio of 0.2 or less is preferable, and a layer composed of GaN is more preferable. These compositions can provide good ohmic contact with the electrode material. Specifically, for example, a p-type contact layer is formed on a p-side AlN layer by growing GaN doped with a p-type impurity such as Mg to a thickness of 10 to 100 nm to 1 × 10 20 / cm 3. To do.

[p側電極およびn側電極]
p側電極およびn側電極は、特に限定されず、当該分野で公知のもののいずれをも採用することができる。
例えば本実施形態に係るp側電極は、p型コンタクト層の上に、p側透光性電極およびp側パッド電極が順に形成して構成される。p側透光性電極は、光の取り出し効率を考慮して、活性層から出射される光を吸収しない材料によって形成されることが好ましく、例えば、導電性酸化物(ITOやZnO等)等が挙げられる。n側電極は、p側窒化物半導体層より窒化物半導体層の一部をエッチング除去して上部n型コンタクト層を露出させ、露出された上部n型コンタクト層の表面に形成される。
[P-side electrode and n-side electrode]
The p-side electrode and the n-side electrode are not particularly limited, and any of those known in the art can be adopted.
For example, the p-side electrode according to the present embodiment is configured by sequentially forming a p-side translucent electrode and a p-side pad electrode on a p-type contact layer. The p-side translucent electrode is preferably formed of a material that does not absorb light emitted from the active layer in consideration of light extraction efficiency. For example, a conductive oxide (ITO, ZnO, or the like) is used. Can be mentioned. The n-side electrode is formed on the surface of the exposed upper n-type contact layer by etching away a part of the nitride semiconductor layer from the p-side nitride semiconductor layer to expose the upper n-type contact layer.

[比較例]
p側AlN層を有しない比較例の発光素子を以下の工程で作製した。
[Comparative example]
A light emitting device of a comparative example having no p-side AlN layer was manufactured by the following steps.

(第1バッファ層)
温度600℃で、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア、TMG(トリメチルガリウム)およびTMA(トリメチルアルミニウム)を用いて、基板上にAlGaNを約20nmの厚さに成長させて、第1バッファ層を形成した。
(First buffer layer)
At a temperature of 600 ° C., hydrogen is used as a carrier gas, ammonia is used as a source gas, TMG (trimethylgallium) and TMA (trimethylaluminum) are used to grow AlGaN on the substrate to a thickness of about 20 nm, and a first buffer layer is formed. Formed.

(第2バッファ層)
第1バッファ層を形成した後、TMGのみを止めて、温度を1050℃まで上昇させた。1050℃に達した後、原料ガスにTMGおよびアンモニアガスを用いてアンドープGaNを約2μmの厚さに成長させ、第2バッファ層を形成した。
(Second buffer layer)
After forming the first buffer layer, only TMG was stopped and the temperature was raised to 1050 ° C. After reaching 1050 ° C., undoped GaN was grown to a thickness of about 2 μm using TMG and ammonia gas as source gases to form a second buffer layer.

(n型コンタクト層)
次に、温度1050℃にて原料ガスにTMGおよびアンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用いて、Siを4.5×1018/cmドープしたGaNを約5μmの厚さに成長させ、n型コンタクト層を形成した。
(N-type contact layer)
Next, using TMG and ammonia gas as source gas and silane gas as impurity gas at a temperature of 1050 ° C., GaN doped with 4.5 × 10 18 / cm 3 of Si is grown to a thickness of about 5 μm, and n-type A contact layer was formed.

(アンドープ半導体層)
次に、シランガスのみを止め、1050℃で、TMGおよびアンモニアガスを用いて、アンドープGaNからなる第1の層を約150nmの厚さに成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加し、Siを4.5×1018/cmドープしたGaNからなる第2の層を約20nmの厚さに成長させた。これを繰り返して計2回行い、最後に、シランガスのみを止め、同温度にてアンドープGaNからなる層を約10nmの厚さに成長させて、5層からなる総厚さ約350nmのアンドープ半導体層を形成した。
(Undoped semiconductor layer)
Next, only the silane gas is turned off, and at 1050 ° C., a first layer made of undoped GaN is grown to a thickness of about 150 nm using TMG and ammonia gas. A second layer made of GaN doped with 4.5 × 10 18 / cm 3 was grown to a thickness of about 20 nm. This is repeated a total of two times. Finally, only the silane gas is stopped, and an undoped GaN layer is grown to a thickness of about 10 nm at the same temperature, and an undoped semiconductor layer having a total thickness of about 350 nm consisting of five layers. Formed.

(n型多層膜層)
次に、同様の温度で、アンドープGaNからなる第1の層を約1.5nm成長させ、次に温度を800℃にして、TMG、TMIおよびアンモニアを用いて、アンドープInGaNからなる第2の層を約1nm成長させた。そしてこれらの操作を繰り返して交互に20層ずつ積層させ、最後にGaNからなる第1の窒化物半導体層を約1.5nm成長させて、超格子構造の多層膜からなる総厚さ約51.5nmのn型多層膜層を形成した。
(N-type multilayer film layer)
Next, at a similar temperature, a first layer made of undoped GaN is grown to about 1.5 nm, and then the temperature is set to 800 ° C., and a second layer made of undoped InGaN is used using TMG, TMI, and ammonia. Was grown about 1 nm. Then, by repeating these operations, 20 layers are alternately stacked, and finally a first nitride semiconductor layer made of GaN is grown by about 1.5 nm to have a total thickness of about 51. A 5 nm n-type multilayer film layer was formed.

(活性層)
温度900〜1300℃程度にてTMG、アンモニアガスおよびシランガスを用いて、SiドープGaNを約3.5nm成長させた後、シランガスのみを止め、GaNを約1.5nm成長させて、厚さ約5nmの障壁層を形成した。
次に、温度600〜1000℃程度にてTMG、TMIおよびアンモニアを用いて、アンドープInGaNからなる井戸層を約3nmの厚さに成長させ、続いてTMGおよびアンモニアを用いてアンドープGaNからなる障壁層を約5nmの厚さに成長させた。そして、井戸+障壁+井戸+障壁+・・・・+障壁の順で井戸層を9層、障壁層を9層、交互に積層して、総厚さ約80nmの多重量子井戸構造からなる活性層を形成した。
(Active layer)
After growing Si-doped GaN by about 3.5 nm using TMG, ammonia gas and silane gas at a temperature of about 900-1300 ° C., only silane gas is stopped and GaN is grown by about 1.5 nm to a thickness of about 5 nm. The barrier layer was formed.
Next, a well layer made of undoped InGaN is grown to a thickness of about 3 nm using TMG, TMI and ammonia at a temperature of about 600 to 1000 ° C., and then a barrier layer made of undoped GaN using TMG and ammonia. Was grown to a thickness of about 5 nm. In addition, nine well layers and nine barrier layers are alternately stacked in the order of well + barrier + well + barrier +... + Barrier, and an active layer consisting of a multiple quantum well structure having a total thickness of about 80 nm. A layer was formed.

(p側クラッド層)
次に、温度900〜1000℃程度にてTMG、TMA、アンモニアおよびCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いて、Mgを1×1020/cmドープしたp型AlGaNを約10nmの厚さに成長させ、p側クラッド層を形成した。
(P-side cladding layer)
Next, using TMG, TMA, ammonia and Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) at a temperature of about 900 to 1000 ° C., p-type AlGaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is about 10 nm thick. Then, a p-side cladding layer was formed.

(p側アンドープGaN層)
次に、温度1050℃にてTMGおよびアンモニアガスを用いて、アンドープGaNを約80nmの厚さに成長させ、p側アンドープGaN層を形成した。
(P-side undoped GaN layer)
Next, undoped GaN was grown to a thickness of about 80 nm using TMG and ammonia gas at a temperature of 1050 ° C. to form a p-side undoped GaN layer.

(p型GaNコンタクト層)
p側アンドープGaN層の上に、温度1050℃にてTMG、アンモニアおよびCpMgを用いて、Mgを1×1020/cmドープしたp型GaNを約50nmの厚さに成長させ、p型コンタクト層を形成した。
(P-type GaN contact layer)
On the p-side undoped GaN layer, p-type GaN doped with Mg at 1 × 10 20 / cm 3 is grown to a thickness of about 50 nm using TMG, ammonia and Cp 2 Mg at a temperature of 1050 ° C. A mold contact layer was formed.

(電極)
次に、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオンエッチング)装置でp型コンタクト層側から約1.5μmの深さでエッチングを行い、n型コンタクト層の表面を露出させた。
続いて、p型コンタクト層上のほぼ全面にITOからなるp側透光性電極を形成した。次に、形成したp側透光性電極上およびエッチングにより露出させたn型コンタクト層上に、p側パッド電極およびn側電極をそれぞれ形成した。
(electrode)
Next, the wafer is taken out from the reaction container, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and a depth of about 1.5 μm from the p-type contact layer side is obtained by an RIE (reactive ion etching) apparatus. Etching was then performed to expose the surface of the n-type contact layer.
Subsequently, a p-side translucent electrode made of ITO was formed on almost the entire surface of the p-type contact layer. Next, a p-side pad electrode and an n-side electrode were formed on the formed p-side translucent electrode and on the n-type contact layer exposed by etching, respectively.

最後に、ウェハを各チップに切断して発光素子を得た。   Finally, the wafer was cut into chips to obtain light emitting elements.

[実施例1]
実施例1の発光素子は、p側アンドープGaN層とp型コンタクト層との間に、温度950〜1350℃程度でTMAおよびアンモニアを用いてAlNからなるp側AlN層を約1.0nmの厚さに成長させる以外は比較例と同様の手順で作製した。
[Example 1]
In the light-emitting element of Example 1, a p-side AlN layer made of AlN using TMA and ammonia at a temperature of about 950 to 1350 ° C. between the p-side undoped GaN layer and the p-type contact layer has a thickness of about 1.0 nm. It was produced in the same procedure as the comparative example except that it was grown.

[実施例2]
実施例2の発光素子は、p側AlN層の厚さを2.0nmにする以外は実施例1と同様の手順で作製した。
[Example 2]
The light emitting device of Example 2 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the thickness of the p-side AlN layer was 2.0 nm.

[実施例3]
実施例3の発光素子は、p側AlN層の厚さを3.0nmにする以外は実施例1と同様の手順で作製した。
[Example 3]
The light emitting device of Example 3 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the thickness of the p-side AlN layer was set to 3.0 nm.

比較例および実施例1〜3の窒化物半導体素子の構成を表1に示す。   Table 1 shows the structures of the comparative example and the nitride semiconductor elements of Examples 1 to 3.

Figure 0005862177
Figure 0005862177

(キャリア移動度試験)
厚さ3μmのアンドープGaNの上に、厚さ0〜10nmのAlNを成長させ、更にその上にアンドープGaNを30nm成長させて、AlN層の厚さの異なるサンプルを作製した。このようにして得られた各サンプルのキャリア移動度を、ホール測定装置を用いてvan der Pauw法によって測定した。結果を図4に示す。図4より、AlN層の厚さが1〜10nmの場合にキャリア移動度が増大することがわかる。
(Carrier mobility test)
An AlN layer having a thickness of 0 to 10 nm was grown on an undoped GaN layer having a thickness of 3 μm, and an undoped GaN layer was further grown by 30 nm thereon, so that samples having different thicknesses of AlN layers were produced. The carrier mobility of each sample thus obtained was measured by the van der Pauw method using a Hall measuring device. The results are shown in FIG. FIG. 4 shows that the carrier mobility increases when the thickness of the AlN layer is 1 to 10 nm.

(p側AlN層の厚さと静電耐圧特性との関係)
実施例1〜3および比較例に関して、電圧を徐々に上げていき(ステップ印加)、50V、300Vおよび500Vの電圧が印加されたときの破壊数を調べて破壊率を算出した。試験結果を表2に示す。p側AlN層を挿入することにより、破壊率が低下した。p側AlN層を挿入することでピエゾ効果により電流拡散性が良くなる(シート抵抗が軽減される)ため、静電耐圧特性が改善したと考えられる。印加電圧が300Vおよび500Vの場合、p側AlN層の厚さが2.0nmおよび3.0nmである実施例2および3の破壊率は、p側AlN層の厚さが1.0nmである実施例1の破壊率より低くなった。
(Relationship between p-side AlN layer thickness and electrostatic withstand voltage characteristics)
Regarding Examples 1 to 3 and the comparative example, the voltage was gradually increased (step application), and the number of breakdowns when 50V, 300V and 500V voltages were applied was examined to calculate the breakdown rate. The test results are shown in Table 2. By inserting the p-side AlN layer, the fracture rate decreased. By inserting the p-side AlN layer, the current diffusivity is improved by the piezo effect (the sheet resistance is reduced), so it is considered that the electrostatic withstand voltage characteristics have been improved. When the applied voltage is 300 V and 500 V, the breakdown rates of Examples 2 and 3 in which the thickness of the p-side AlN layer is 2.0 nm and 3.0 nm are the results of the implementation in which the thickness of the p-side AlN layer is 1.0 nm. The destruction rate was lower than that of Example 1.

Figure 0005862177
Figure 0005862177

(光取り出し効率測定)
実施例1〜3および比較例に関して、光出力(Po)を測定した。結果を表3に示す。p側AlN層の厚さが1.0nmの場合にPoが最大となり、光取り出し効率が最も良い結果になった。
(Light extraction efficiency measurement)
The light output (Po) was measured for Examples 1 to 3 and Comparative Example. The results are shown in Table 3. When the thickness of the p-side AlN layer was 1.0 nm, Po was maximized, and the light extraction efficiency was the best.

(順方向電圧測定)
実施例1〜3および比較例に関して、20mAおよび70mAにおける順方向電圧Vを測定した。結果を表3に示す。p側AlN層の厚さが3.0nmに増加しても、順方向電圧は同程度のままであった。
(Forward voltage measurement)
For Examples 1-3 and Comparative Examples were measured forward voltage V f at 20mA and 70 mA. The results are shown in Table 3. Even when the thickness of the p-side AlN layer increased to 3.0 nm, the forward voltage remained at the same level.

Figure 0005862177
Figure 0005862177

本発明の窒化物半導体素子は、優れた静電耐圧特性を有する。   The nitride semiconductor device of the present invention has excellent electrostatic withstand voltage characteristics.

1 基板
2 n型コンタクト層
3 活性層
4 p側窒化物半導体層
4a p側クラッド層
4b p型コンタクト層
4c p側AlN層
4d p側アンドープGaN層
4b’ 下部p型コンタクト層
4b” 上部p型コンタクト層
5a p側電極層
5b p側パッド電極
6 n側電極
1 substrate 2 n-type contact layer 3 active layer 4 p-side nitride semiconductor layer 4a p-side cladding layer 4b p-type contact layer 4c p-side AlN layer 4d p-side undoped GaN layer 4b 'lower p-type contact layer 4b "upper p-type Contact layer 5a p-side electrode layer 5b p-side pad electrode 6 n-side electrode

Claims (6)

基板上に、n型窒化物半導体層、活性層、およびp型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体素子であって、
前記p型窒化物半導体層において、p型コンタクト層と、前記p型コンタクト層と組成の異なる厚さ1nm〜10nmのアンドープAlN層とを有し、前記p型コンタクト層と前記アンドープAlN層とが接していることを特徴とする窒化物半導体素子。
A nitride semiconductor device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate,
The p-type nitride semiconductor layer includes a p-type contact layer and an undoped AlN layer having a thickness of 1 nm to 10 nm, which has a different composition from the p-type contact layer, and the p-type contact layer and the undoped AlN layer include A nitride semiconductor device, wherein the nitride semiconductor device is in contact with the nitride semiconductor device.
前記アンドープAlN層と前記活性層との間にp側クラッド層を更に有し、前記p側クラッド層と前記アンドープAlN層との間にアンドープGaN層を有する請求項1に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to claim 1, further comprising a p-side cladding layer between the undoped AlN layer and the active layer, and an undoped GaN layer between the p-side cladding layer and the undoped AlN layer. . 前記アンドープAlN層と前記活性層との間にp型GaN層を有し、前記アンドープAlN層と前記p型GaN層とが接している請求項1または2に記載の窒化物半導体素子。 P-type GaN layer having a nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, and the undoped AlN layer and the p-type GaN layer is in contact between the undoped AlN layer and the active layer. 前記アンドープAlN層と前記活性層との間にp側クラッド層を更に有し、前記p側クラッド層と前記アンドープAlN層との間にアンドープGaN層を有し、前記p型GaN層と前記アンドープGaN層とが接している請求項に記載の窒化物半導体素子。 A p-side cladding layer between the undoped AlN layer and the active layer; an undoped GaN layer between the p-side cladding layer and the undoped AlN layer; and the p-type GaN layer and the undoped layer. The nitride semiconductor device according to claim 3 , wherein the nitride semiconductor device is in contact with the GaN layer. 前記アンドープAlN層の厚さが1nm〜3nmである請求項1〜のいずれか1項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the undoped AlN layer has a thickness of 1 nm to 3 nm. 前記アンドープAlN層の厚さが2nmである請求項に記載の窒化物半導体素子。 The nitride semiconductor device according to claim 5 , wherein the undoped AlN layer has a thickness of 2 nm.
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