JP6001756B2 - Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6001756B2 JP6001756B2 JP2015238859A JP2015238859A JP6001756B2 JP 6001756 B2 JP6001756 B2 JP 6001756B2 JP 2015238859 A JP2015238859 A JP 2015238859A JP 2015238859 A JP2015238859 A JP 2015238859A JP 6001756 B2 JP6001756 B2 JP 6001756B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type contact
- emitting device
- group iii
- contact layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 113
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims description 59
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 41
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 113
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 98
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 80
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 52
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 33
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 390
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02433—Crystal orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02579—P-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
(1)n型半導体層と、少なくともAlを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、p型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法において、前記p型半導体層を形成する工程は、前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりAl組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、前記電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、前記窒素キャリアガス供給工程後に、前記電子ブロック層の上にAlyGa1-yN(0≦y≦0.1)からなる第2のp型コンタクト層を形成する第2p型コンタクト層形成工程とを有し、前記第2p型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、前記障壁層はAl b Ga 1-b N(0.35≦b≦0.95)であり、前記電子ブロック層はAl z Ga 1-z N(b<z≦1)であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、サファイア基板および各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
また、本発明の第2の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子は、上で説明した第1の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の製造方法によって製造されたものである。得られたIII族窒化物半導体発光素子1は、従来よりも高い寿命を有するものである。
続いて、本発明の第3の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法について説明する。本発明の第3の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法は、n型半導体層と、少なくともAlを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、p型半導体層とをこの順に有するIII族半導体発光素子を製造する方法である。ここで、上記p型半導体層を形成する工程は、発光層の上に障壁層よりAl組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、窒素キャリアガス供給工程後に、電子ブロック層の上にAlyGa1-yN(0≦y≦0.1)からなる第2のp型コンタクト層を形成する第2p型コンタクト形成工程とを有し、第2p型コンタクト形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行うことが肝要である。
また、本発明の第4の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子は、上で説明した第3の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の製造方法によって製造されたものである。得られたIII族窒化物半導体発光素子1は、従来よりも高い寿命を有するものである。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。図2に示したフローチャートに従って、III族窒化物半導体発光素子を作製した。まず、サファイア基板(直径2インチ、厚さ:430μm、面方位:(0001)、m軸方向オフ角θ:0.5度、テラス幅:100nm、ステップ高さ:0.20nm)を用意した(図2(A))。次いで、MOCVD法により、上記サファイア基板上に中心膜厚0.60μm(平均膜厚0.61μm)のAlN層を成長させ、AlNテンプレート基板とした(図2(B))。その際、AlN層の成長温度は1300℃、チャンバ内の成長圧力は10Torrであり、V/III比が163となるようにアンモニアガスとTMAガスの成長ガス流量を設定した。V族元素ガス(NH3)の流量は200sccm、III族元素ガス(TMA)の流量は53sccmである。なお、AlN層の膜厚については、光干渉式膜厚測定機(ナノスペックM6100A;ナノメトリックス社製)を用いて、ウェーハ面内の中心を含む、等間隔に分散させた計25箇所の膜厚を測定した。
第1のp型コンタクト層の厚みを30nm、第2のp型コンタクト層の厚みを150nmとした以外の条件は発明例1と全て同じとして、発明例2に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
電子ブロック層を形成した後に、水素をキャリアガスとして、MgをドープしたAl0.35Ga0.65Nからなるp型クラッド層(厚み:50nm)を形成した後、水素をキャリアガスとして、MgドープしたGaNからなり、1層構造を有するp型コンタクト層(厚み:180nm)を順に形成した以外の条件は発明例1と全て同じとして、従来例に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
p型コンタクト層を1層構造とし、MgをドープしたGaNで構成し、このp型コンタクト層を、電子ブロック層の形成時からキャリアガスを変更することなく、キャリアガスとして水素を用いて形成した以外の条件は、発明例1と全て同じとして、比較例1に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
p型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、比較例1と全て同じとして、比較例2に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
p型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、従来例と全て同じとして、比較例3に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
発明例1について、作製したフリップチップ型のIII族窒化物半導体発光素子を、積分球により電流20mAのときの発光出力Po(mW)を測定したところ、2.7mWであった。発明例2についても、同様に評価し、発光出力を測定したところ、2.8mWであった。これに対して、従来例および、発光しなかった比較例1を除く比較例2および3について、発光出力を測定したところ、発光出力はそれぞれ3.1mW(従来例)、2.9mW(比較例2)、3.0mW(比較例3)であった。このように、発明例1および2では、従来例、並びに比較例2および3と同程度の発光出力が得られていることが分かる。得られた結果を表1に示す。なお、表1において、p型コンタクト層が1層構造を有する場合には、第1のp型コンタクト層とし、第2のp型コンタクト層については「−」で表記した。
発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Al0.68Ga0.32Nからなり、Mgドープした層厚40nmの電子ブロック層を形成した。次いで、キャリアガスの水素ガスを停止して窒素ガスの供給を開始するとともに、有機金属ガス(TMGおよびCp2Mg)の供給を停止した。その後、再びキャリアガスの窒素を停止して水素ガスの供給を開始するとともに、有機金属ガス(TMGおよびCp2Mg)の供給を開始し、GaNからなり、Mgドープした層厚180nmの第2のp型コンタクト層を形成した。ここで、窒素ガスの供給開始から供給停止までの時間は200秒とし、その間のキャリアガスである窒素ガス、NH3ガスの流量は、それぞれ30slm、30slmとした。また、第2のp型コンタクト層形成時のチャンバ内の成長圧力は300mbarであり、キャリアガスである水素ガス、NH3ガス、TMG、Cp2Mgの流量は、それぞれ30slm、30slm、150sccmおよび1000sccmであった。上記によって第1のp型コンタクト層の厚みを0nmとし、第2のp型コンタクト層の厚みを180nmとした以外の条件は発明例1と同じとして、発明例3に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
III族窒化物半導体発光素子の寿命特性を測定するために、発明例1の6時間通電後の残存出力(6時間通電後の出力/初期発光出力)を測定したところ、初期の出力に対して97%であった。発明例2についても、同様に6時間経過後の残存出力を測定したところ、96%、発明例3では98%であった。これに対して、従来例および比較例1〜3について、残存出力は、89%(従来例)、発光せず(比較例1)、94%(比較例2)、82%(比較例3)であった。このように、発明例1〜3では、従来例および比較例に対して発光寿命が大きく向上していることが分かる。得られた結果を表1に示す。
発明例1におけるAlNテンプレート基板を用いて、以下のように発明例4のIII族窒化物半導体発光素子を作製した。まず、MOCVD法により、アンドープ層として、層厚1μmのアンドープAl0.55Ga0.45N層を形成した。次に、アンドープ層上に、n型半導体層として、Siドープした層厚2μmのn型Al0.45Ga0.55N層を形成した(図2(D))。なお、SIMS分析の結果、n型半導体層のSi濃度は1.0×1019atoms/cm3である。
p型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、発明例4とすべて同じとして、比較例4に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
発明例4について、作製したフリップチップ型のIII族窒化物半導体発光素子を、積分球により電流20mAのときの発光出力Po(mW)を測定したところ、2.4mWであった。これに対し、比較例4では表面荒れが発生してしまうことによって、ドライエッチング等を経てチップ加工することができず、特性評価ができなかった。
11 サファイア基板
11A 基板の主面
21 AlN層
22 アンドープ層
32 n型半導体層
40 発光層
41 井戸層
42 障壁層
50,150 p型半導体層
51 電子ブロック層
52 p型クラッド層
53,153 p型コンタクト層
54 第1のp型コンタクト層
55 第2のp型コンタクト層
60 n型電極
70 p型電極
Claims (9)
- n型半導体層と、少なくともAlを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、p型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法において、
前記p型半導体層を形成する工程は、
前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりAl組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、
前記電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、
前記窒素キャリアガス供給工程後に、前記電子ブロック層の上にAlyGa1-yN(0≦y≦0.1)からなる第2のp型コンタクト層を形成する第2p型コンタクト層形成工程と、
を有し、
前記第2p型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記障壁層はAl b Ga 1-b N(0.35≦b≦0.95)であり、前記電子ブロック層はAl z Ga 1-z N(b<z≦1)であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記窒素キャリアガス供給工程は、AlおよびGaの原料ガスの供給を停止した状態で行う、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。
- 前記窒素キャリアガス供給工程は、AlおよびGaの原料ガスを供給して、前記電子ブロック層の直上かつ前記第2のp型コンタクト層の直下に、AlxGa1-xN(0≦x≦0.1)からなり、0nm超え30nm以下の厚みを有する第1のp型コンタクト層を形成する、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。
- 前記発光層から放射される光が、中心波長が320nm以下の深紫外光である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- n型半導体層と、少なくともAlを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、p型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記p型半導体層を形成する工程は、
前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりAl組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、
前記電子ブロック層の直上に、AlxGa1-xN(0≦x≦0.1)からなる第1のp型コンタクト層を形成する第1p型コンタクト層形成工程と、
前記第1のp型コンタクト層の直上に、AlyGa1-yN(0≦y≦0.1)からなる第2のp型コンタクト層を形成する第2p型コンタクト層形成工程と、
を有し、
前記第1p型コンタクト層形成工程は、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記第2p型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記障壁層はAl b Ga 1-b N(0.4≦b≦0.95)であり、前記電子ブロック層はAl z Ga 1-z N(b<z≦1)であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第1のp型コンタクト層の厚みは前記第2のp型コンタクト層の厚みよりも小さい、請求項5に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1のp型コンタクト層の厚みは5nm以上30nm以下である、請求項5または6に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記発光層から放射される光が、中心波長が300nm以下の深紫外光である、請求項5〜7のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記電子ブロック層形成工程後に、有機金属ガスを流さないで窒素を主成分とするキャリアガスを流す工程を含む、請求項5〜8のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/533,482 US10147842B2 (en) | 2014-12-08 | 2015-12-08 | Method of producing III nitride semiconductor light-emitting device |
PCT/JP2015/006099 WO2016092822A1 (ja) | 2014-12-08 | 2015-12-08 | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
TW104141166A TWI659547B (zh) | 2014-12-08 | 2015-12-08 | Iii族氮化物半導體發光元件的製造方法 |
CN201580067006.3A CN107004745B (zh) | 2014-12-08 | 2015-12-08 | 第iii族氮化物半导体发光器件的制造方法 |
US16/188,293 US10283671B2 (en) | 2014-12-08 | 2018-11-13 | Method of producing III nitride semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014248291 | 2014-12-08 | ||
JP2014248291 | 2014-12-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016111370A JP2016111370A (ja) | 2016-06-20 |
JP6001756B2 true JP6001756B2 (ja) | 2016-10-05 |
Family
ID=56122354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015238859A Active JP6001756B2 (ja) | 2014-12-08 | 2015-12-07 | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10147842B2 (ja) |
JP (1) | JP6001756B2 (ja) |
CN (1) | CN107004745B (ja) |
TW (1) | TWI659547B (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11322654B2 (en) | 2019-08-20 | 2022-05-03 | Nikkiso Co., Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting element |
US11799051B2 (en) | 2020-06-23 | 2023-10-24 | Nikkiso Co., Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor light-emitting element |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6001756B2 (ja) * | 2014-12-08 | 2016-10-05 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 |
JP6810406B2 (ja) * | 2016-12-06 | 2021-01-06 | 株式会社サイオクス | 窒化物半導体テンプレートの製造方法 |
JP6456414B2 (ja) * | 2017-02-01 | 2019-01-23 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子 |
JP6383826B1 (ja) * | 2017-03-15 | 2018-08-29 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
JP6438542B1 (ja) | 2017-07-27 | 2018-12-12 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子 |
US20190103509A1 (en) * | 2017-09-30 | 2019-04-04 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor Heterostructure with P-type Superlattice |
CN111164768B (zh) * | 2017-10-02 | 2023-05-09 | 同和电子科技有限公司 | 深紫外发光元件及其制造方法 |
CN111512451B (zh) | 2017-11-07 | 2023-08-22 | 盖利姆企业私人有限公司 | 掩埋活化p-(Al,In)GaN层 |
US11984535B2 (en) * | 2018-11-05 | 2024-05-14 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | III-nitride semiconductor light-emitting device comprising barrier layers and well layers and method of producing the same |
JP7146589B2 (ja) * | 2018-11-15 | 2022-10-04 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
CN109686821B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-02-19 | 华灿光电(浙江)有限公司 | 一种发光二极管的外延片的制备方法 |
US20220123177A1 (en) * | 2019-01-22 | 2022-04-21 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Method of producing reflective electrode for deep ultraviolet light-emitting element, method of producing deep ultraviolet light-emitting element, and deep ultraviolet light-emitting element |
CN110211865B (zh) * | 2019-05-15 | 2020-12-15 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种降低氮化镓高电子迁移率场效应管界面热阻的外延生长方法 |
CN114361303B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-07-12 | 常熟理工学院 | 一种铝镓氮基紫外发光二极管外延层结构及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8076165B2 (en) * | 2005-04-01 | 2011-12-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing p-type nitride semiconductor and semiconductor device fabricated by the method |
JP4823672B2 (ja) * | 2005-12-13 | 2011-11-24 | ローム株式会社 | InGaNの製造方法 |
WO2008153068A1 (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Rohm Co., Ltd. | 窒化物系半導体装置およびその製造方法 |
JP5641173B2 (ja) * | 2009-02-27 | 2014-12-17 | 独立行政法人理化学研究所 | 光半導体素子及びその製造方法 |
JP5060656B2 (ja) * | 2009-12-21 | 2012-10-31 | 株式会社東芝 | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
JP5558454B2 (ja) * | 2011-11-25 | 2014-07-23 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 |
JP6001756B2 (ja) * | 2014-12-08 | 2016-10-05 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 |
-
2015
- 2015-12-07 JP JP2015238859A patent/JP6001756B2/ja active Active
- 2015-12-08 US US15/533,482 patent/US10147842B2/en active Active
- 2015-12-08 CN CN201580067006.3A patent/CN107004745B/zh active Active
- 2015-12-08 TW TW104141166A patent/TWI659547B/zh active
-
2018
- 2018-11-13 US US16/188,293 patent/US10283671B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11322654B2 (en) | 2019-08-20 | 2022-05-03 | Nikkiso Co., Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting element |
US11799051B2 (en) | 2020-06-23 | 2023-10-24 | Nikkiso Co., Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor light-emitting element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201624766A (zh) | 2016-07-01 |
US10283671B2 (en) | 2019-05-07 |
US20190081203A1 (en) | 2019-03-14 |
TWI659547B (zh) | 2019-05-11 |
JP2016111370A (ja) | 2016-06-20 |
CN107004745B (zh) | 2019-03-08 |
CN107004745A (zh) | 2017-08-01 |
US10147842B2 (en) | 2018-12-04 |
US20180166604A1 (en) | 2018-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6001756B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 | |
JP6193443B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
US11024769B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting element and method of manufacturing same | |
JP2016171127A (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
WO2011077473A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP6654731B1 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
TWI734243B (zh) | Iii族氮化物半導體發光元件及其製造方法 | |
JP6001627B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
US11984535B2 (en) | III-nitride semiconductor light-emitting device comprising barrier layers and well layers and method of producing the same | |
WO2016092822A1 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
JP6084196B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法およびiii族窒化物半導体発光素子 | |
KR102682565B1 (ko) | Iii족 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160415 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160823 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160901 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6001756 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |