JP6124740B2 - Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device Download PDF

Info

Publication number
JP6124740B2
JP6124740B2 JP2013179577A JP2013179577A JP6124740B2 JP 6124740 B2 JP6124740 B2 JP 6124740B2 JP 2013179577 A JP2013179577 A JP 2013179577A JP 2013179577 A JP2013179577 A JP 2013179577A JP 6124740 B2 JP6124740 B2 JP 6124740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
semiconductor layer
type nitride
light emitting
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013179577A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015050247A (en
Inventor
章紘 浦田
章紘 浦田
筆田 麻祐子
麻祐子 筆田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2013179577A priority Critical patent/JP6124740B2/en
Publication of JP2015050247A publication Critical patent/JP2015050247A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6124740B2 publication Critical patent/JP6124740B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子の製造方法、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子用下地基板に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, a nitride semiconductor light emitting device, and a base substrate for the nitride semiconductor light emitting device.

窒素を含むIII−V族化合物半導体(III族窒化物半導体)は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光のエネルギに相当するバンドギャップエネルギーを有する。そのため、III族窒化物半導体は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を発する発光素子の材料として、または、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を受ける受光素子の材料として、有用である。   A group III-V compound semiconductor (group III nitride semiconductor) containing nitrogen has a band gap energy corresponding to the energy of light having a wavelength in the infrared region to the ultraviolet region. Therefore, Group III nitride semiconductors are useful as materials for light-emitting elements that emit light having wavelengths from the infrared region to the ultraviolet region, or as materials for light-receiving devices that receive light having wavelengths from the infrared region to the ultraviolet region. It is.

また、III族窒化物半導体を構成する原子間の結合が強く、III族窒化物半導体の絶縁破壊電圧が高く、その飽和電子速度が大きい。よって、III族窒化物半導体は、耐高温・高出力・高周波トランジスタなどの電子デバイスの材料としても有用である。   Further, the bonds between the atoms constituting the group III nitride semiconductor are strong, the breakdown voltage of the group III nitride semiconductor is high, and the saturation electron velocity is high. Therefore, the group III nitride semiconductor is also useful as a material for electronic devices such as high temperature resistance, high output, and high frequency transistors.

さらに、III族窒化物半導体は、環境を害することがほとんどないので、取り扱いやすい材料としても注目されている。   Further, group III nitride semiconductors are attracting attention as easy-to-handle materials because they hardly harm the environment.

上述したような優れた材料であるIII族窒化物半導体を用いて実用的な窒化物半導体素子を製造するためには、所定の基板上にIII族窒化物半導体からなる薄膜(III族窒化物半導体層)を形成して、所定の素子構造を形成する必要がある。   In order to manufacture a practical nitride semiconductor device using a group III nitride semiconductor, which is an excellent material as described above, a thin film (group III nitride semiconductor) made of a group III nitride semiconductor on a predetermined substrate is used. Layer) to form a predetermined element structure.

ここで、基板としては、基板上にIII族窒化物半導体を直接成長させることが可能な格子定数または熱膨張係数などを有するIII族窒化物半導体からなる基板を用いることが最も好適である。III族窒化物半導体からなる基板としては、たとえば窒化ガリウム(GaN)基板などを挙げることができる。しかし、GaN基板は、現状ではその寸法が直径2インチ以下と小さく、また非常に高価であるため、実用的ではない。そのため、現状では、窒化物半導体素子の製造用基板としては、III族窒化物半導体とは格子定数差および熱膨張係数差が大きいサファイア基板または炭化珪素(SiC)基板などが用いられている。   Here, as the substrate, it is most preferable to use a substrate made of a group III nitride semiconductor having a lattice constant, a thermal expansion coefficient, or the like capable of directly growing the group III nitride semiconductor on the substrate. Examples of the substrate made of a group III nitride semiconductor include a gallium nitride (GaN) substrate. However, the GaN substrate is not practical because its size is currently as small as 2 inches or less in diameter and is very expensive. Therefore, at present, as a substrate for manufacturing a nitride semiconductor element, a sapphire substrate or a silicon carbide (SiC) substrate having a large lattice constant difference and a large thermal expansion coefficient difference from a group III nitride semiconductor is used.

サファイアとGaN(III族窒化物半導体の代表例)との間には約16%程度の格子定数差が存在する。SiCとGaNとの間には約6%程度の格子定数差が存在する。このような大きな格子定数差が基板材料と当該基板上に成長されるIII族窒化物半導体との間に存在する場合には、基板上にIII族窒化物半導体からなる結晶をエピタキシャル成長させることは一般的に困難である。たとえば、サファイア基板上にGaN結晶を直接エピタキシャル成長させた場合には、GaN結晶の3次元的な成長が避けられず、平坦な表面を有するGaN結晶が得られないという問題がある。   There is a lattice constant difference of about 16% between sapphire and GaN (a typical example of a group III nitride semiconductor). There is a lattice constant difference of about 6% between SiC and GaN. When such a large lattice constant difference exists between a substrate material and a group III nitride semiconductor grown on the substrate, it is common to epitaxially grow a crystal made of a group III nitride semiconductor on the substrate. Is difficult. For example, when a GaN crystal is directly epitaxially grown on a sapphire substrate, there is a problem that a three-dimensional growth of the GaN crystal is inevitable and a GaN crystal having a flat surface cannot be obtained.

そこで、基板とIII族窒化物半導体層との間には、基板材料とIII族窒化物半導体との間の格子定数差を解消させるための所謂バッファ層と呼ばれる層を形成することが一般的に行なわれている。   Therefore, a so-called buffer layer is generally formed between the substrate and the group III nitride semiconductor layer so as to eliminate the lattice constant difference between the substrate material and the group III nitride semiconductor. It is done.

たとえば、特許文献1には、サファイア基板上にAlNからなるバッファ層を有機金属気相成長法(MOVPE法)によって形成した後に、AlxGa1-xNからなるIII族窒化物半導体層を成長させる方法が記載されている。 For example, in Patent Document 1, a buffer layer made of AlN is formed on a sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method), and then a group III nitride semiconductor layer made of Al x Ga 1-x N is grown. Is described.

また、特許文献2には、III族窒化物半導体層の成長方法として次に示す方法が記載されている。まず、凹凸加工が施されたサファイア基板を用意する。次に、サファイア基板の凹部の底面からGaNのエピタキシャル成長を開始させ、この底面を底辺とし、サファイア基板の主面に対して傾斜したファセットを斜面に有する二等辺三角形の断面形状となるようにGaN層を成長させる。続いて、横方向成長が支配的となる条件に成長条件を設定して成長を続けると、GaN層はその厚さを増しながらサファイア基板の凸部上に広がって行き、遂には隣接するサファイア基板の凹部から成長したGaN層同士がサファイア基板の凸部上で接触する。   Patent Document 2 describes the following method as a method for growing a group III nitride semiconductor layer. First, a sapphire substrate having a concavo-convex process is prepared. Next, epitaxial growth of GaN is started from the bottom surface of the concave portion of the sapphire substrate, and the GaN layer is formed to have an isosceles triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base and a facet inclined with respect to the main surface of the sapphire substrate. Grow. Subsequently, when the growth condition is set to a condition in which the lateral growth becomes dominant and the growth is continued, the GaN layer spreads on the convex portion of the sapphire substrate while increasing its thickness, and finally the adjacent sapphire substrate. The GaN layers grown from the recesses are in contact with each other on the protrusions of the sapphire substrate.

III族窒化物半導体層を成長させる際には、一般的に、同一の有機金属気相成長装置内においてn型窒化物半導体層、発光層およびp型窒化物半導体層を順に形成する。しかし、導電型が異なるドーパントを同一の有機金属気相成長装置内に供給すると、意図しない不純物がドープされるという問題が生じることがある。   When growing a group III nitride semiconductor layer, in general, an n-type nitride semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially formed in the same metal organic vapor phase growth apparatus. However, when dopants having different conductivity types are supplied into the same metal organic vapor phase growth apparatus, there may be a problem that unintended impurities are doped.

そこで、特許文献3には、第1有機金属化学気相成長装置内において、基板上に下地層、第1n型半導体層および第2n型半導体層を順次積層し、第2有機金属化学気相成長装置内において、第2n型半導体層上に第2n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ことが記載されている。しかし、成長室を変える度に基板の冷却と基板の加熱とが繰り返されるため、性能に優れた半導体発光素子を得ることができないことがある。特許文献4では、再成長層を形成する前に熱処理を行うことが提案されている。特許文献5では、再成長層を形成する際の基板の温度を600℃〜900℃の範囲とすることが提案されている。   Therefore, in Patent Document 3, in the first organometallic chemical vapor deposition apparatus, an underlayer, a first n-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, and second organometallic chemical vapor deposition is performed. In the device, a light emitting layer and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked after a regrowth layer of the second n-type semiconductor layer is formed on the second n-type semiconductor layer. However, since the cooling of the substrate and the heating of the substrate are repeated each time the growth chamber is changed, it may not be possible to obtain a semiconductor light emitting device with excellent performance. In Patent Document 4, it is proposed to perform heat treatment before forming the regrowth layer. Patent Document 5 proposes that the temperature of the substrate when forming the regrowth layer be in the range of 600 ° C to 900 ° C.

特開平2−229476号公報JP-A-2-229476 特開2006−352084号公報JP 2006-352084 A 特開2012−119390号公報JP 2012-119390 A 特開2012−4155号公報JP 2012-4155 A 特開2011−181673号公報JP 2011-181673 A 特開2012−248656号公報JP 2012-248656 A 特開2012−146736号公報JP 2012-146736 A 特開2011−138893号公報JP2011-138893A

特許文献4で提案のように再成長層を形成する前に熱処理を行うと、窒化物半導体発光素子の製造に余分な時間がかかるので、製造コストが上昇する。また、熱処理により基板が割れることがある。   If heat treatment is performed before forming the regrowth layer as proposed in Patent Document 4, it takes extra time to manufacture the nitride semiconductor light emitting device, which increases the manufacturing cost. Further, the substrate may be broken by the heat treatment.

特許文献5で提案のように再成長層を形成する際の基板の温度を下げると、窒化物半導体層の結晶品質の低下を招く。そのため、特許文献5に記載の方法にしたがって特許文献6に記載のn型窒化物半導体層(n型コンタクト層とアンドープ半導体層とn型多層膜層とが順に積層されてなる)を構成しても、順方向電圧の低下を図りながら逆バイアス印加時の漏洩電流を防止できるという特許文献6に記載の効果を得ることは難しい。   If the temperature of the substrate when forming the regrowth layer as proposed in Patent Document 5 is lowered, the crystal quality of the nitride semiconductor layer is lowered. Therefore, the n-type nitride semiconductor layer described in Patent Document 6 (the n-type contact layer, the undoped semiconductor layer, and the n-type multilayer film layer are sequentially stacked) is configured according to the method described in Patent Document 5. However, it is difficult to obtain the effect described in Patent Document 6 that leakage current when applying a reverse bias can be prevented while reducing the forward voltage.

基板を第1有機金属化学気相成長装置から第2有機金属化学気相成長装置へ搬送するときに、基板の表面が大気中の水分または酸素などによって酸化されるので、再成長面に異常をもたらすことがある。この不具合を解消する方法として、特許文献7には、熱処理により除去できる層を基板の最表面に形成することが記載されている。しかし、特許文献7に記載の方法では、基板に余分な層を形成する。また、基板の最表面に形成された層を除去するための余分な熱処理が必要となる。このように窒化物半導体発光素子の製造に余分な時間がかかるので、製造コストの上昇を招く。また、熱処理による基板の割れを招く。   When the substrate is transported from the first metal organic chemical vapor deposition apparatus to the second metal organic chemical vapor deposition apparatus, the surface of the substrate is oxidized by moisture or oxygen in the atmosphere, so that the regrowth surface is abnormal. May bring. As a method for solving this problem, Patent Document 7 describes forming a layer that can be removed by heat treatment on the outermost surface of the substrate. However, in the method described in Patent Document 7, an extra layer is formed on the substrate. In addition, extra heat treatment is required to remove the layer formed on the outermost surface of the substrate. Thus, since it takes extra time to manufacture the nitride semiconductor light emitting device, the manufacturing cost increases. In addition, the substrate is cracked by heat treatment.

特許文献8には、第1有機金属化学気相成長装置内において、基板上に、第1n型半導体層を形成し、第2有機金属化学気相成長装置内において、第1n型半導体層上に、n型半導体からなる再成長層と、当該第1n型半導体層を超える高濃度のSiがドープされた第2n型半導体層とを順に形成することが記載されている。しかし、特許文献8に記載の方法では、急峻なSiドープ量の増加(パイルアップ)によって、再成長層と第2n型半導体層との界面において異常が発生することがある。また、順方向電圧の上昇または逆バイアス印加時の漏洩電流の発生などの問題が起きることがある。   In Patent Document 8, a first n-type semiconductor layer is formed on a substrate in a first metal organic chemical vapor deposition apparatus, and the first n-type semiconductor layer is formed in a second metal organic chemical vapor deposition apparatus. In this document, a regrowth layer made of an n-type semiconductor and a second n-type semiconductor layer doped with high-concentration Si exceeding the first n-type semiconductor layer are sequentially formed. However, in the method described in Patent Document 8, an abnormality may occur at the interface between the regrowth layer and the second n-type semiconductor layer due to a sharp increase in the amount of Si doping (pile-up). In addition, problems such as an increase in forward voltage or generation of leakage current when reverse bias is applied may occur.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造する方法の提供である。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output without being limited by growth conditions.

本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長面を有する下地基板を準備する工程を備える。下地基板を準備する工程は、基板上に、第1n型窒化物半導体層を形成する工程と、第1n型窒化物半導体層上に、n型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層よりも低いn-層を含む第2n型窒化物半導体層を形成する工程とを有する。 The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step of preparing a base substrate having a growth surface. The step of preparing the base substrate includes a step of forming a first n-type nitride semiconductor layer on the substrate, and an n-type dopant concentration on the first n-type nitride semiconductor layer as compared with the first n-type nitride semiconductor layer. Forming a second n-type nitride semiconductor layer including a low n layer.

成長面を構成する半導体層は、アンドープ層であっても良いし、ドープ層であっても良い。   The semiconductor layer constituting the growth surface may be an undoped layer or a doped layer.

第2n型窒化物半導体層を形成する工程は、第1n型窒化物半導体層側から、n-層と、n型ドーパント濃度がn-層よりも高いn+層とを交互に積層する工程を含むことが好ましい。n+層の厚さは、n-層の厚さ以下であることが好ましい。第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn+層の厚さは、50nm以上100nm以下であることが好ましい。第1n型窒化物半導体層側から数えて3つ目のn+層の厚さは、第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn+層の厚さ以下であることが好ましい。 Forming a second 2n-type nitride semiconductor layer, the second 1n-type nitride semiconductor layer side, n - and layer, n-type dopant concentration the n - a step of alternately laminating high n + layer than the layer It is preferable to include. The thickness of the n + layer is preferably less than or equal to the thickness of the n layer. The thickness of the second n + layer counting from the first n-type nitride semiconductor layer side is preferably 50 nm or more and 100 nm or less. The thickness of the third n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is preferably equal to or less than the thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side. .

第1n型窒化物半導体層および第2n型窒化物半導体層は、有機金属化学気相成長法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましい。   The first n-type nitride semiconductor layer and the second n-type nitride semiconductor layer are preferably formed by metal organic chemical vapor deposition, hydride vapor deposition, or liquid phase growth.

本発明に係る窒化物半導体発光素子は、上記本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法にしたがって製造されたものである。   The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is manufactured according to the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.

本発明に係る窒化物半導体発光素子用下地基板は、第1n型窒化物半導体層と、第1n型窒化物半導体層上に、n型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層よりも低いn-層を含む第2n型窒化物半導体層とを備える。 The base substrate for a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first n-type nitride semiconductor layer and an n-type dopant concentration lower than that of the first n-type nitride semiconductor layer on the first n-type nitride semiconductor layer. - and a second 2n-type nitride semiconductor layer including layers.

本発明によれば、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。   According to the present invention, a nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output can be manufactured without being limited by growth conditions.

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. 図1に示す窒化物半導体発光素子の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体発光素子の第1n型窒化物半導体層からp型窒化物半導体層までにおけるバンドギャップエネルギーEgの大きさを模式的に示すエネルギー図である。FIG. 2 is an energy diagram schematically showing the magnitude of band gap energy Eg from the first n-type nitride semiconductor layer to the p-type nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体発光素子の基板の拡大平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view of a substrate of the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 図1に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing a part of the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 図5に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一工程を工程順に示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart showing one step in the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 図1に示す窒化物半導体発光素子の別の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。FIG. 7 is a flowchart showing a part of another method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 1 in the order of steps.

以下、本発明の窒化物半導体発光素子について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。   Hereinafter, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

以下では、位置関係を表すために、図1の下側に記載した部分を「下」と表現し、図1の上側に記載した部分を「上」と表現することがある。これは便宜上の表現であり、重力方向に対して定められる「上」および「下」とは異なる。   In the following, in order to express the positional relationship, the portion described on the lower side of FIG. 1 may be expressed as “lower”, and the portion described on the upper side of FIG. 1 may be expressed as “upper”. This is an expression for convenience and is different from “upper” and “lower” defined for the direction of gravity.

「バリア層」は井戸層に挟まれた層を表わす。井戸層に挟まれていないバリア層は「最初のバリア層」または「最後のバリア層」と表わし、井戸層に挟まれたバリア層とは表記を変えている。   A “barrier layer” represents a layer sandwiched between well layers. The barrier layer not sandwiched between the well layers is referred to as “first barrier layer” or “last barrier layer”, and the description is changed from the barrier layer sandwiched between the well layers.

「ドーパント濃度」と、n型ドーパントまたはp型ドーパントのドープに伴い発生する電子またはホールの濃度である「キャリア濃度」とを用いている。これらの関係については後述する。   “Dopant concentration” and “carrier concentration” which is the concentration of electrons or holes generated by doping with an n-type dopant or a p-type dopant are used. These relationships will be described later.

「キャリアガス」とは、III族原料ガス、V族原料ガスおよびドーパント原料ガス以外のガスである。キャリアガスを構成する原子は膜中などに取り込まれない。   The “carrier gas” is a gas other than the group III source gas, the group V source gas, and the dopant source gas. The atoms constituting the carrier gas are not taken into the film.

「n型窒化物半導体層」は、電子の流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のn型層またはアンドープ層を含んでいても良い。「p型窒化物半導体層」は、ホールの流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のp型層またはアンドープ層を含んでいても良い。「実用上妨げない」とは窒化物半導体発光素子の動作電圧が実用的なレベルであることを言う。   The “n-type nitride semiconductor layer” may include a low carrier concentration n-type layer or an undoped layer with a thickness that does not impede practically the flow of electrons. The “p-type nitride semiconductor layer” may include a low carrier concentration p-type layer or an undoped layer having a thickness that does not impede the flow of holes in practice. “Not practically hindered” means that the operating voltage of the nitride semiconductor light emitting device is at a practical level.

<窒化物半導体発光素子の構造>
図1および図2は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子1の概略断面図および概略平面図である。図1は、図2に示すI−I線における断面図に相当する。図3は、図1に示す窒化物半導体発光素子1の第1n型窒化物半導体層8からp型窒化物半導体層16までにおけるバンドギャップエネルギーEgの大きさを模式的に示すエネルギー図である。図3の縦軸方向は図1に示す窒化物半導体発光素子1の上下方向を表わし、図3の横軸のEgは各層におけるバンドギャップエネルギーの大きさを模式的に表わす。図3にはn型ドーパントがドープされている層の右側にはドットを付して「n」と記している。図4は、図1に示す窒化物半導体発光素子1の基板3の拡大平面図である。
<Structure of nitride semiconductor light emitting device>
1 and 2 are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view, respectively, of a nitride semiconductor light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II shown in FIG. FIG. 3 is an energy diagram schematically showing the magnitude of the band gap energy Eg from the first n-type nitride semiconductor layer 8 to the p-type nitride semiconductor layer 16 of the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. The vertical axis direction in FIG. 3 represents the vertical direction of the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1, and Eg on the horizontal axis in FIG. 3 schematically represents the magnitude of the band gap energy in each layer. In FIG. 3, a dot is added to the right side of the layer doped with the n-type dopant, and “n” is indicated. 4 is an enlarged plan view of the substrate 3 of the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG.

図1に示す窒化物半導体発光素子1は、窒化物半導体発光素子用下地基板(以下では単に「下地基板」と記す)6を備える。下地基板6は、基板3と、バッファ層5と、下地層7と、第1n型窒化物半導体層(n型コンタクト層)8と、第2n型窒化物半導体層(変調ドープ層)9とを備える。下地基板6の成長面61上には、第3n型窒化物半導体層11、発光層14および第1p型窒化物半導体層19が順に設けられている。第3n型窒化物半導体層11は、Vピット発生層10と多層構造体121と超格子層122とを備える。第1p型窒化物半導体層19は、p型窒化物半導体層16,17,18を備える。   A nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 includes a base substrate for nitride semiconductor light emitting devices (hereinafter simply referred to as “base substrate”) 6. The base substrate 6 includes a substrate 3, a buffer layer 5, a base layer 7, a first n-type nitride semiconductor layer (n-type contact layer) 8, and a second n-type nitride semiconductor layer (modulation doped layer) 9. Prepare. On the growth surface 61 of the base substrate 6, the third n-type nitride semiconductor layer 11, the light emitting layer 14, and the first p-type nitride semiconductor layer 19 are provided in this order. The third n-type nitride semiconductor layer 11 includes a V pit generation layer 10, a multilayer structure 121, and a superlattice layer 122. The first p-type nitride semiconductor layer 19 includes p-type nitride semiconductor layers 16, 17, and 18.

下地基板6の一部と第3n型窒化物半導体層11と発光層14と第1p型窒化物半導体層19とは、エッチングされてメサ部30を構成している。p型窒化物半導体層18の上には、透明電極23を介してp側電極25が設けられている。メサ部30の外側(図1における右側)では、第1n型窒化物半導体層8の上面の一部分が第2n型窒化物半導体層9などから露出しており、第1n型窒化物半導体層8の露出面の上にはn側電極21が設けられている。透明保護膜27は、透明電極23とエッチングにより露出した各層の側面とを覆っており、n側電極21とp側電極25とを露出している。   Part of the base substrate 6, the third n-type nitride semiconductor layer 11, the light emitting layer 14, and the first p-type nitride semiconductor layer 19 are etched to form a mesa portion 30. A p-side electrode 25 is provided on the p-type nitride semiconductor layer 18 via a transparent electrode 23. Outside the mesa portion 30 (on the right side in FIG. 1), a part of the upper surface of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is exposed from the second n-type nitride semiconductor layer 9 and the like. An n-side electrode 21 is provided on the exposed surface. The transparent protective film 27 covers the transparent electrode 23 and the side surface of each layer exposed by etching, and exposes the n-side electrode 21 and the p-side electrode 25.

窒化物半導体発光素子1の断面を超高倍率STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)観察すると、Vピット15が発生していることが確認される。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1では、Vピット発生層10を設けることによりVピット15の発生をコントロールしている。   When the cross section of the nitride semiconductor light emitting device 1 is observed with ultra high magnification STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), it is confirmed that the V pit 15 is generated. In the nitride semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment, the generation of the V pit 15 is controlled by providing the V pit generation layer 10.

<下地基板>
下地基板6は、本実施形態では基板3とバッファ層5と下地層7と第1n型窒化物半導体層8と第2n型窒化物半導体層9とを備えるが、第1n型窒化物半導体層8と第2n型窒化物半導体層9とを備えていれば良い。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1は基板3を備えていなくても良く、その場合には、下地基板6は下地層7と第1n型窒化物半導体層8と第2n型窒化物半導体層9とを備える。
<Base substrate>
In this embodiment, the base substrate 6 includes the substrate 3, the buffer layer 5, the base layer 7, the first n-type nitride semiconductor layer 8, and the second n-type nitride semiconductor layer 9, but the first n-type nitride semiconductor layer 8. And the second n-type nitride semiconductor layer 9 may be provided. The nitride semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment may not include the substrate 3, and in this case, the base substrate 6 is the base layer 7, the first n-type nitride semiconductor layer 8, and the second n-type nitride semiconductor. Layer 9.

本実施形態における第2n型窒化物半導体層9は、n型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8よりも低いn-層9Aを含む。これにより、第2n型窒化物半導体層9がn-層9Aを全く備えていない場合に比べて第3n型窒化物半導体層11の結晶品質を高く維持することができる。よって、第3n型窒化物半導体層11上に設けられる発光層14の結晶品質を高く維持することができるので、窒化物半導体発光素子1の発光出力を高めることができる。「n型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8よりも低いn-層9A」とは、n-層9Aのn型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度の1/1000倍以上1倍未満であることを意味する。n-層9Aのn型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度の1/1000倍であるとき、そのn-層9Aはアンドープ層である。つまり、「n型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8よりも低いn-層9A」には、アンドープ層も含まれる。このように、本明細書では、「アンドープ層」は、導電型ドーパントが全くドープされていない層だけでなく導電型ドーパントが結晶成長中に意図せずドープされた層も含む。「アンドープ層」は、0cm-3以上1×1016cm-3以下の導電型ドーパントを含む層と言うこともできる。 The 2n-type nitride semiconductor layer 9 in this embodiment, n-type dopant concentration is lower n than the 1n-type nitride semiconductor layer 8 - comprising a layer 9A. Thereby, the crystal quality of the third n-type nitride semiconductor layer 11 can be maintained higher than that in the case where the second n-type nitride semiconductor layer 9 does not include the n layer 9A. Therefore, since the crystal quality of the light emitting layer 14 provided on the third n-type nitride semiconductor layer 11 can be maintained high, the light emission output of the nitride semiconductor light emitting element 1 can be increased. "Lower n-type dopant concentration than the 1n-type nitride semiconductor layer 8 n - layer 9A" is a, n - 1 is n-type dopant concentration of the layer 9A of n-type dopant concentration of the 1n-type nitride semiconductor layer 8 / It means 1000 times or more and less than 1 time. n - When the n-type dopant concentration of the layer 9A is 1/1000 of n-type dopant concentration of the 1n-type nitride semiconductor layer 8, the n - layer 9A is an undoped layer. That is, the “n layer 9A having an n-type dopant concentration lower than that of the first n-type nitride semiconductor layer 8” includes an undoped layer. Thus, in this specification, the “undoped layer” includes not only a layer in which no conductive dopant is doped, but also a layer in which a conductive dopant is unintentionally doped during crystal growth. The “undoped layer” can also be said to be a layer containing a conductive dopant of 0 cm −3 or more and 1 × 10 16 cm −3 or less.

下地基板6は、成長面61を有する。成長面61は、下地基板6の表面であって第3n型窒化物半導体層11が結晶成長される面を意味する。本実施形態における下地基板6はバッファ層5と下地層7と第1n型窒化物半導体層8と第2n型窒化物半導体層9とが基板3側から順に積層されて構成されているので、成長面61は第2n型窒化物半導体層9の上面(第1n型窒化物半導体層8と第2n型窒化物半導体層9との界面とは反対側に位置する第2n型窒化物半導体層9の面)に相当する。   The base substrate 6 has a growth surface 61. The growth surface 61 means the surface of the base substrate 6 on which the third n-type nitride semiconductor layer 11 is crystal-grown. In the present embodiment, the base substrate 6 is formed by stacking the buffer layer 5, the base layer 7, the first n-type nitride semiconductor layer 8, and the second n-type nitride semiconductor layer 9 in this order from the substrate 3 side. The surface 61 is the upper surface of the second n-type nitride semiconductor layer 9 (the second n-type nitride semiconductor layer 9 located on the opposite side of the interface between the first n-type nitride semiconductor layer 8 and the second n-type nitride semiconductor layer 9). Equivalent to the surface).

成長面61を構成する半導体層は、アンドープ層であることが好ましい。これにより、成長面61が大気中に曝された場合であっても、成長面61が大気中の水分または酸素などにより酸化されることを防止できる。よって、成長面61上の層(たとえば第3n型窒化物半導体層11)の結晶品質をさらに高めることができる。また、成長面61上にn型窒化物半導体層を成長させるときには、成長面61と当該n型窒化物半導体層との界面でのn型ドーパントのドープ量の増加(パイルアップ)を防止することができる。これらのことから、発光層14の結晶品質をさらに高めることができるので、窒化物半導体発光素子1の発光出力をさらに高めることができる。「成長面61を構成する半導体層」は、第2n型窒化物半導体層9が1層からなる場合には第2n型窒化物半導体層9に相当し、第2n型窒化物半導体層9が2以上の層を有する場合には第2n型窒化物半導体層9を構成する2以上の層のうち第1n型窒化物半導体層8から最も離れて位置する層に相当する。   The semiconductor layer constituting the growth surface 61 is preferably an undoped layer. Thereby, even when the growth surface 61 is exposed to the atmosphere, the growth surface 61 can be prevented from being oxidized by moisture or oxygen in the atmosphere. Therefore, the crystal quality of the layer on the growth surface 61 (for example, the third n-type nitride semiconductor layer 11) can be further improved. Further, when an n-type nitride semiconductor layer is grown on the growth surface 61, an increase (pile-up) of the doping amount of the n-type dopant at the interface between the growth surface 61 and the n-type nitride semiconductor layer is prevented. Can do. From these things, since the crystal quality of the light emitting layer 14 can further be improved, the light emission output of the nitride semiconductor light-emitting device 1 can further be improved. The “semiconductor layer constituting the growth surface 61” corresponds to the second n-type nitride semiconductor layer 9 when the second n-type nitride semiconductor layer 9 is composed of one layer, and the second n-type nitride semiconductor layer 9 has 2 layers. In the case of having the above layers, it corresponds to a layer located farthest from the first n-type nitride semiconductor layer 8 among the two or more layers constituting the second n-type nitride semiconductor layer 9.

成長面61を構成する半導体層は、ドープ層であっても良い。この場合には、第2n型窒化物半導体層9は、第1n型窒化物半導体層8側から、n-層9Aと、n型ドーパント濃度がn-層9Aよりも高いn+層9Bとが交互に積層されてなることが好ましい。これにより、順方向電圧を低下させることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を防止することができる。「ドープ層」は、導電型ドーパントが結晶成長中に意図してドープされた層を意味する。ドープ層は、たとえば、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下の導電型ドーパントを含むことが好ましい。n層9Bのn型ドーパント濃度は、第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度の1倍より大きく100倍以下であることが好ましい。以下、下地基板6の構成要素をそれぞれ示す。 The semiconductor layer constituting the growth surface 61 may be a doped layer. In this case, the second n-type nitride semiconductor layer 9 includes, from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side, an n layer 9A and an n + layer 9B having an n-type dopant concentration higher than that of the n layer 9A. It is preferable that they are laminated alternately. As a result, the forward voltage can be reduced, and the occurrence of leakage current when a reverse bias is applied can be prevented. “Doped layer” means a layer in which a conductive dopant is intentionally doped during crystal growth. The doped layer preferably contains, for example, a conductive dopant of 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. The n-type dopant concentration of the n + layer 9B is preferably greater than 1 and less than or equal to 100 times the n-type dopant concentration of the first n-type nitride semiconductor layer 8. Hereinafter, the components of the base substrate 6 are shown.

<基板>
基板3は、たとえば、サファイア基板などの絶縁性基板であっても良いし、GaN、SiCまたはZnOなどからなる導電性基板であっても良い。基板3の厚さは、窒化物半導体層の成長時には900μm以上1200μm以下であることが好ましく、製造された窒化物半導体発光素子1においては50μm以上300μm以下であることが好ましい。つまり、窒化物半導体発光素子1の製造方法は基板3を研磨する工程を備えても良い。また、窒化物半導体発光素子1の製造方法は基板3を除去する工程を備えても良い。
<Board>
The substrate 3 may be, for example, an insulating substrate such as a sapphire substrate or a conductive substrate made of GaN, SiC, ZnO, or the like. The thickness of the substrate 3 is preferably 900 μm or more and 1200 μm or less when the nitride semiconductor layer is grown, and in the manufactured nitride semiconductor light emitting device 1, it is preferably 50 μm or more and 300 μm or less. That is, the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 may include a step of polishing the substrate 3. In addition, the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 may include a step of removing the substrate 3.

バッファ層5などが設けられる基板3の面(基板3の上面)は、図1に示すように凸部3aと凹部3bとが交互に形成されてなる凹凸形状を有することが好ましい。凸部3aは、図4に示すように基板3の上面において略円形形状を有することが好ましく、図4に示す仮想三角形3tの頂点に配置されていることが好ましい。隣り合う凸部3aの頂点の間隔(図4に示す仮想三角形3tの1辺)は、1μm以上5μm以下であることが好ましい。凸部3aは側面視において台形形状を有していても良いが、凸部3aの頂点は図1に示すように丸みを帯びていることが好ましい。   The surface of the substrate 3 on which the buffer layer 5 and the like are provided (the upper surface of the substrate 3) preferably has an uneven shape in which convex portions 3a and concave portions 3b are alternately formed as shown in FIG. The convex portion 3a preferably has a substantially circular shape on the upper surface of the substrate 3 as shown in FIG. 4, and is preferably arranged at the apex of the virtual triangle 3t shown in FIG. The distance between the apexes of adjacent convex portions 3a (one side of the virtual triangle 3t shown in FIG. 4) is preferably 1 μm or more and 5 μm or less. The convex portion 3a may have a trapezoidal shape in a side view, but the vertex of the convex portion 3a is preferably rounded as shown in FIG.

<バッファ層>
バッファ層5は、基板3の凸部3aとその凹部3b上とに設けられている。バッファ層5は、たとえば、AlsoGatouo1-uo(0≦s0≦1、0≦t0≦1、0≦u0≦1、s0+t0≠0)層であることが好ましく、AlN層またはAlON層であることがより好ましい。バッファ層5がAlON層である場合には、AlON層中のNのごく一部(0.5〜2%)が酸素に置き換えられていることが好ましい。これにより、基板3の成長表面の法線方向に伸長するようにバッファ層5が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるバッファ層5が得られる。バッファ層5の厚さは特に限定されないが、3nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは5nm以上50nm以下である。バッファ層5がスパッタ法により形成されたAlON層であれば、X線スペクトルに現れるピークの半値幅(下地層7の結晶品質の指標)が狭くなる。よって、バッファ層5はスパッタ法により形成されたAlON層であることが好ましい。
<Buffer layer>
The buffer layer 5 is provided on the convex portion 3a of the substrate 3 and the concave portion 3b. The buffer layer 5 is preferably, for example, an Al so Ga to O u N 1-uo (0 ≦ s0 ≦ 1, 0 ≦ t0 ≦ 1, 0 ≦ u0 ≦ 1, s0 + t0 ≠ 0) layer, More preferably, it is an AlON layer. When the buffer layer 5 is an AlON layer, it is preferable that a small part (0.5 to 2%) of N in the AlON layer is replaced with oxygen. Thereby, since the buffer layer 5 is formed so as to extend in the normal direction of the growth surface of the substrate 3, the buffer layer 5 made of an aggregate of columnar crystals with uniform crystal grains is obtained. The thickness of the buffer layer 5 is not particularly limited, but is preferably 3 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 50 nm or less. If the buffer layer 5 is an AlON layer formed by sputtering, the half width of the peak appearing in the X-ray spectrum (index of crystal quality of the underlayer 7) is narrowed. Therefore, the buffer layer 5 is preferably an AlON layer formed by sputtering.

<下地層>
下地層7は、第1下地層71と第2下地層75とを有することが好ましい。これにより、X線スペクトルに現れるピークの半値幅(下地層7の結晶品質の指標)が狭くなる、つまり下地層7の結晶品質が高くなる。第1下地層71は、バッファ層5を挟んで基板3の凹部3b上に設けられ、好ましくは斜めファセット面71aを含む側面視略三角形の形状を有し、上面71bを有しても良い。「斜めファセット面」とは、基板3の凹部3bに対して10度以上の角度で傾斜した方向に延びる面であり、窒化物半導体の結晶面であることが好ましい。第2下地層75は、第1下地層71を覆っているとともにバッファ層5を挟んで基板3の凸部3aを覆っており、バッファ層5と第1下地層71とに接している。第1n型窒化物半導体層8に接する下地層7の面(下地層7の上面75b)は平坦である。本明細書では、特に限定する場合を除いて、第1下地層71と第2下地層75とを総じて下地層7と表わすことがある。
<Underlayer>
The underlayer 7 preferably has a first underlayer 71 and a second underlayer 75. Thereby, the half width of the peak appearing in the X-ray spectrum (index of crystal quality of the underlayer 7) is narrowed, that is, the crystal quality of the underlayer 7 is increased. The first base layer 71 is provided on the recess 3b of the substrate 3 with the buffer layer 5 interposed therebetween, and preferably has a substantially triangular shape in a side view including the oblique facet surface 71a, and may have an upper surface 71b. The “oblique facet plane” is a plane extending in a direction inclined at an angle of 10 ° or more with respect to the recess 3b of the substrate 3, and is preferably a crystal plane of a nitride semiconductor. The second underlayer 75 covers the first underlayer 71 and covers the convex portion 3 a of the substrate 3 with the buffer layer 5 interposed therebetween, and is in contact with the buffer layer 5 and the first underlayer 71. The surface of the foundation layer 7 in contact with the first n-type nitride semiconductor layer 8 (the upper surface 75b of the foundation layer 7) is flat. In the present specification, the first underlayer 71 and the second underlayer 75 are sometimes collectively referred to as the underlayer 7 unless otherwise specified.

第1下地層71は、たとえば、Alx2Gay2Inz2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1、x2+y2+z2≠0)からなることが好ましい。第2下地層75は、たとえば、Alx3Gay3Inz3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1、0≦z3≦1、x3+y3+z3≠0)からなることが好ましい。 The first underlayer 71 is preferably made of, for example, Al x2 Ga y2 In z2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≠ 0). The second underlayer 75 is preferably made of, for example, Al x3 Ga y3 In z3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, 0 ≦ z3 ≦ 1, x3 + y3 + z3 ≠ 0).

第1下地層71および第2下地層75は、それぞれ、III族元素としてGaを含む窒化物半導体層であることが好ましい。これにより、柱状結晶の集合体からなるバッファ層5中の転位などの結晶欠陥を引き継ぐことなく第1下地層71および第2下地層75を形成することができる。詳細には、バッファ層5中の結晶欠陥を引き継ぐことなく第1下地層71および第2下地層75を設けるためにはバッファ層5との界面(バッファ層5の上面)付近で転位をループさせる必要がある。第1下地層71および第2下地層75がGaを含むIII族窒化物半導体層であれば、バッファ層5との界面付近で転位のループが生じやすい。つまり、第1下地層71および第2下地層75がIII族元素としてGaを含む窒化物半導体層であれば、バッファ層5中の結晶欠陥はバッファ層5との界面付近でループ化されて閉じ込められる。よって、バッファ層5中の結晶欠陥が第1下地層71および第2下地層75に引き継がれることを防止することができる。たとえば第1下地層71がAlx2Gay2N(0≦x2<1、0<y2<1)からなり、第2下地層75がAlx3Gay3N(0≦x3<1、0<y3<1)からなる場合、特に第1下地層71および第2下地層75がそれぞれGaNからなる場合、バッファ層5中の結晶欠陥はバッファ層5との界面付近でループ化されて閉じ込められ易くなる。これにより、転位密度が小さく良好な結晶品質を有する第1下地層71および第2下地層75が得られる。 The first underlayer 71 and the second underlayer 75 are each preferably a nitride semiconductor layer containing Ga as a group III element. As a result, the first underlayer 71 and the second underlayer 75 can be formed without taking over crystal defects such as dislocations in the buffer layer 5 made of an aggregate of columnar crystals. Specifically, in order to provide the first underlayer 71 and the second underlayer 75 without taking over crystal defects in the buffer layer 5, dislocations are looped near the interface with the buffer layer 5 (the upper surface of the buffer layer 5). There is a need. If the first underlayer 71 and the second underlayer 75 are group III nitride semiconductor layers containing Ga, dislocation loops are likely to occur near the interface with the buffer layer 5. That is, if the first underlayer 71 and the second underlayer 75 are nitride semiconductor layers containing Ga as a group III element, crystal defects in the buffer layer 5 are looped and confined near the interface with the buffer layer 5. It is done. Therefore, it is possible to prevent crystal defects in the buffer layer 5 from being taken over by the first underlayer 71 and the second underlayer 75. For example, the first underlayer 71 is made of Al x2 Ga y2 N (0 ≦ x2 <1, 0 <y2 <1), and the second underlayer 75 is Al x3 Ga y3 N (0 ≦ x3 <1, 0 <y3 < In the case of 1), particularly when the first underlayer 71 and the second underlayer 75 are each made of GaN, crystal defects in the buffer layer 5 are looped near the interface with the buffer layer 5 and are easily confined. Thereby, the first underlayer 71 and the second underlayer 75 having a small dislocation density and good crystal quality are obtained.

第1下地層71および第2下地層75は、たとえば、1×1017cm-3以上1.5×1019cm-3以下のn型ドーパントを含んでいても良い。下地層7に含まれるn型ドーパントは、たとえば、Si、GeおよびSnの少なくとも1つであることが好ましく、Siであることがより好ましい。n型ドーパントがSiである場合には、n型ドーパントの原料ガスは、たとえば、シランまたはジシランであることが好ましい。しかし、良好な結晶品質を維持するという観点では、第1下地層71および第2下地層75は、それぞれ、アンドープ層であることが好ましい。 The first underlayer 71 and the second underlayer 75 may include, for example, an n-type dopant of 1 × 10 17 cm −3 or more and 1.5 × 10 19 cm −3 or less. The n-type dopant contained in the underlayer 7 is preferably, for example, at least one of Si, Ge, and Sn, and more preferably Si. When the n-type dopant is Si, the source gas for the n-type dopant is preferably, for example, silane or disilane. However, from the viewpoint of maintaining good crystal quality, it is preferable that each of the first underlayer 71 and the second underlayer 75 is an undoped layer.

下地層7の厚さ(基板3の凹部3bに接する下地層7の面と下地層7の上面75bとの間の距離)は特に限定されない。下地層7の厚さが大きければ大きいほど、下地層7中の結晶欠陥は減少する。しかし、下地層7の厚さをある程度以上大きくすると、下地層7における結晶欠陥の減少という効果が飽和することがある。これらのことから、下地層7の厚さは、1μm以上8μm以下であることが好ましく、3μm以上5μm以下であることがより好ましい。   The thickness of the foundation layer 7 (the distance between the surface of the foundation layer 7 in contact with the recess 3b of the substrate 3 and the upper surface 75b of the foundation layer 7) is not particularly limited. As the thickness of the underlayer 7 increases, crystal defects in the underlayer 7 decrease. However, if the thickness of the underlayer 7 is increased to some extent, the effect of reducing crystal defects in the underlayer 7 may be saturated. For these reasons, the thickness of the underlayer 7 is preferably 1 μm or more and 8 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 5 μm or less.

第1下地層71および第2下地層75の形成方法は、それぞれ、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法であることが好ましい。第1下地層71は、斜めファセット面71aが形成されるファセット成長モードで成長されることが好ましい。これにより、結晶欠陥が少なく、結晶品質が高い第1下地層71が形成される。第2下地層75は、斜めファセット面71aを埋め込んで平坦な上面75bを形成可能な埋込成長モードで成長されることが好ましい。これにより、平坦な上面75bを有し、結晶欠陥が少なく、結晶品質が高い第2下地層75が形成される。   The formation method of the first underlayer 71 and the second underlayer 75 is preferably an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. The first underlayer 71 is preferably grown in a facet growth mode in which the oblique facet surface 71a is formed. Thereby, the first underlayer 71 having few crystal defects and high crystal quality is formed. The second underlayer 75 is preferably grown in a buried growth mode in which the oblique facet surface 71a is buried to form a flat upper surface 75b. As a result, the second underlayer 75 having a flat upper surface 75b, few crystal defects, and high crystal quality is formed.

第1下地層71および第2下地層75の成長温度は、800℃以上1250℃以下であることが好ましく、900℃以上1150℃以下であることがより好ましい。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れた第1下地層71および第2下地層75を形成することができる。本明細書では、「成長温度」は、その層を結晶成長させるときの基板3の温度を意味する。   The growth temperature of the first underlayer 71 and the second underlayer 75 is preferably 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, and more preferably 900 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. Thereby, the first underlayer 71 and the second underlayer 75 having few crystal defects and excellent crystal quality can be formed. In this specification, “growth temperature” means the temperature of the substrate 3 when the layer is crystal-grown.

<第1n型窒化物半導体層>
第1n型窒化物半導体層8は、第2下地層75の上面75b上に設けられ、n型コンタクト層として機能する。第1n型窒化物半導体層8は、たとえば、Als2Gat2Inu2N(0≦s2≦1、0≦t2≦1、0≦u2≦1、s2+t2+u2≒1)層にn型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、Als2Ga1-s2N(0≦s2≦1、好ましくは0≦s2≦0.5、より好ましくは0≦s2≦0.1)層にn型ドーパントがドープされた層であることがより好ましい。第1n型窒化物半導体層8は、アンドープ層または低キャリア濃度層などをさらに含んでも良い。
<First n-type nitride semiconductor layer>
The first n-type nitride semiconductor layer 8 is provided on the upper surface 75b of the second foundation layer 75 and functions as an n-type contact layer. In the first n-type nitride semiconductor layer 8, for example, an Al s2 Gat 2 In u 2 N (0 ≦ s2 ≦ 1, 0 ≦ t2 ≦ 1, 0 ≦ u2 ≦ 1, s2 + t2 + u2≈1) layer is doped with an n-type dopant. Al s2 Ga 1 -s2 N (0 ≦ s2 ≦ 1, preferably 0 ≦ s2 ≦ 0.5, more preferably 0 ≦ s2 ≦ 0.1) layer is doped with n-type dopant More preferably, it is a layer formed. The first n-type nitride semiconductor layer 8 may further include an undoped layer or a low carrier concentration layer.

第1n型窒化物半導体層8に含まれるn型ドーパントは、特に限定されないが、Si、P、AsまたはSbなどであることが好ましく、Siであることがより好ましい。第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度は、特に限定されないが、1.5×1019cm-3以下であることが好ましい。 The n-type dopant contained in the first n-type nitride semiconductor layer 8 is not particularly limited, but is preferably Si, P, As, or Sb, and more preferably Si. The n-type dopant concentration of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is not particularly limited, but is preferably 1.5 × 10 19 cm −3 or less.

第1n型窒化物半導体層8の厚さが厚ければ厚いほど、第1n型窒化物半導体層8の抵抗は低くなる。しかし、第1n型窒化物半導体層8の厚さを大きくすると、窒化物半導体発光素子1の製造コストの上昇を招くことがある。両者の兼ね合いから、第1n型窒化物半導体層8の最大厚さは1μm以上10μm以下であることが好ましい。   The thicker the first n-type nitride semiconductor layer 8 is, the lower the resistance of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is. However, if the thickness of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is increased, the manufacturing cost of the nitride semiconductor light emitting device 1 may be increased. In consideration of both, it is preferable that the maximum thickness of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is not less than 1 μm and not more than 10 μm.

第1n型窒化物半導体層8の構成は特に限定されない。第1n型窒化物半導体層8は、n型ドーパントが均一にドープされた1層のn型窒化物半導体層のみからなっても良いし、n型ドーパント濃度が互いに異なるn型窒化物半導体層8A,8Bを含んでいても良いし、3層以上のn型窒化物半導体層を含んでいても良い。第1n型窒化物半導体層8が2以上のn型窒化物半導体層を含む場合、2以上のn型窒化物半導体層は、同一の組成からなっても良いし、異なる組成からなっても良い。また、2以上のn型窒化物半導体層は、同一の厚さを有していても良いし、異なる厚さを有していても良い。   The configuration of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is not particularly limited. The first n-type nitride semiconductor layer 8 may consist of only one n-type nitride semiconductor layer in which the n-type dopant is uniformly doped, or the n-type nitride semiconductor layers 8A having different n-type dopant concentrations. , 8B, or three or more n-type nitride semiconductor layers. When the first n-type nitride semiconductor layer 8 includes two or more n-type nitride semiconductor layers, the two or more n-type nitride semiconductor layers may have the same composition or different compositions. . Two or more n-type nitride semiconductor layers may have the same thickness or different thicknesses.

<第2n型窒化物半導体層>
第2n型窒化物半導体層9は、第1n型窒化物半導体層8上に設けられている。第2n型窒化物半導体層9は、n-層9Aのみからなっても良いが、変調ドープ層であることが好ましい。第2n型窒化物半導体層9が変調ドープ層であれば、順方向電圧を十分に低下させることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を十分に防止することができる。「変調ドープ層」は、ドーパントの種類またはドーパントの量が異なる2種以上の層が交互に積層されてなる層を意味する。たとえば、第2n型窒化物半導体層9は、第1n型窒化物半導体層8側からn-層9Aとn+層9Bとが交互に積層されてなることが好ましい。
<Second n-type nitride semiconductor layer>
The second n-type nitride semiconductor layer 9 is provided on the first n-type nitride semiconductor layer 8. The second n-type nitride semiconductor layer 9 may consist of only the n layer 9A, but is preferably a modulation doped layer. If the second n-type nitride semiconductor layer 9 is a modulation doped layer, the forward voltage can be sufficiently reduced, and the occurrence of leakage current when a reverse bias is applied can be sufficiently prevented. The “modulation doped layer” means a layer formed by alternately laminating two or more kinds of layers having different kinds of dopants or different amounts of dopants. For example, the second n-type nitride semiconductor layer 9 is preferably formed by alternately stacking n layers 9A and n + layers 9B from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side.

-層9Aは、第1n型窒化物半導体層8よりもn型ドーパント濃度が低い窒化物半導体層であり、好ましくはn+層9Bよりもn型ドーパント濃度が低い窒化物半導体層であり、より好ましくはアンドープ層である。n-層9Aは、たとえば、n型ドーパント濃度が3×1018cm-3以下であるAls3Gat3Inu3N(0≦s3≦1、0≦t3≦1、0≦u3≦1、s3+t3+u3≒1)層であることが好ましく、アンドープAls3Gat3Inu3N(0≦s3≦1、0≦t3≦1、0≦u3≦1、s3+t3+u3≒1)層であることがより好ましい。 The n layer 9A is a nitride semiconductor layer having an n-type dopant concentration lower than that of the first n-type nitride semiconductor layer 8, and is preferably a nitride semiconductor layer having an n-type dopant concentration lower than that of the n + layer 9B. More preferably, it is an undoped layer. The n layer 9A is formed of, for example, Al s3 Gat3 In u3 N (0 ≦ s3 ≦ 1, 0 ≦ t3 ≦ 1, 0 ≦ u3 ≦ 1, s3 + t3 + u3 having an n-type dopant concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less. ≈1) layer, preferably undoped Al s3 Gat3 In u3 N (0 ≦ s3 ≦ 1, 0 ≦ t3 ≦ 1, 0 ≦ u3 ≦ 1, s3 + t3 + u3≈1) layer.

+層9Bは、n-層9Aよりもn型ドーパント濃度が高い窒化物半導体層であることが好ましく、たとえば、n型ドーパント濃度が1.0×1019cm-3以上であるAls4Gat4Inu4N(0≦s4≦1、0≦t4≦1、0≦u4≦1、s4+t4+u4≒1)層であることが好ましく、n型ドーパント濃度が1.0×1019cm-3以上3×1019cm-3以下であるGaN層であることがより好ましい。n型ドーパントは、特に限定されないが、Si、P、AsまたはSbなどであることが好ましく、Siであることがより好ましい。 N + layer 9B is preferably a nitride semiconductor layer having an n-type dopant concentration higher than that of n layer 9A. For example, Al s4 Ga having an n-type dopant concentration of 1.0 × 10 19 cm −3 or more. t4 In u4 N (0 ≦ s4 ≦ 1, 0 ≦ t4 ≦ 1, 0 ≦ u4 ≦ 1, s4 + t4 + u4≈1) layer is preferable, and the n-type dopant concentration is 1.0 × 10 19 cm −3 or more 3 It is more preferable that the GaN layer be × 10 19 cm −3 or less. The n-type dopant is not particularly limited, but is preferably Si, P, As, or Sb, and more preferably Si.

-層9Aおよびn+層9Bのそれぞれの積層数は特に限定されない。第2n型窒化物半導体層9は、n-層9Aとn+層9Bとの組み合わせを2組以上有していることが好ましいが、上述のように1層のn-層9Aのみからなっても良い。 The number of stacked layers of n layer 9A and n + layer 9B is not particularly limited. The second n-type nitride semiconductor layer 9 preferably has two or more combinations of the n layer 9A and the n + layer 9B, but includes only one n layer 9A as described above. Also good.

-層9Aのそれぞれの厚さは、たとえば、5nm以上500nm以下であることが好ましく、50nm以上100nm以下であることがより好ましい。n-層9Aのそれぞれの厚さが50nm以上であれば、結晶品質に優れたn+層9Bを形成することができるので、変調ドープ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。具体的には、順方向電圧を十分に低くすることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を十分に防止することができる。n-層9Aのそれぞれの厚さが100nm以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができる。 Each thickness of n layer 9A is preferably, for example, 5 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 100 nm or less. If the thickness of each of the n layers 9A is 50 nm or more, the n + layer 9B having excellent crystal quality can be formed, so that the effect obtained by providing the modulation doped layer can be sufficiently obtained. it can. Specifically, the forward voltage can be sufficiently reduced, and the occurrence of leakage current when a reverse bias is applied can be sufficiently prevented. If the thickness of each of the n layers 9A is 100 nm or less, the driving voltage can be suppressed low.

+層9Bのそれぞれの厚さは、たとえば、5nm以上500nm以下であることが好ましく、10nm以上100nm以下であることがより好ましい。n+層9Bのそれぞれの厚さが10nm以上であれば、第2n型窒化物半導体層9をn型層として十分に機能させることができる。n+層9Bのそれぞれの厚さが100nm以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができる。n+層9Bの厚さは、n-層9Aの厚さ以下であることが好ましい。これにより、ESD(Electrostatic Discharge)耐圧を向上させることができる。 Each thickness of n + layer 9B is, for example, preferably 5 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 100 nm or less. If each thickness of n + layer 9B is 10 nm or more, second n-type nitride semiconductor layer 9 can sufficiently function as an n-type layer. If the thickness of each of the n + layers 9B is 100 nm or less, the driving voltage can be suppressed low. The thickness of n + layer 9B is preferably equal to or less than the thickness of n layer 9A. Thereby, ESD (Electrostatic Discharge) breakdown voltage can be improved.

第2n型窒化物半導体層9がn-層9Aとn+層9Bとの組み合わせを2組有している場合、第3n型窒化物半導体層11側のn+層9Bの厚さは第1n型窒化物半導体層8側のn+層9Bの厚さよりも薄いことが好ましい。たとえば、第1n型窒化物半導体層8側のn+層9Bの厚さが50nmである場合、第3n型窒化物半導体層11側のn+層9Bが25nm以上50nm以下であれば、順方向電圧の低下と逆バイアス印加時の漏洩電流の発生の防止とESD耐圧の向上とを図りつつ第2n型窒化物半導体層9の厚さを薄くすることができる。 The 2n-type nitride semiconductor layer 9 the n - If the combination of the layer 9A and the n + layer 9B has two pairs, the thickness of the 3n-type nitride semiconductor layer 11 side of the n + layer 9B Part 1n It is preferable that the thickness is smaller than the thickness of n + layer 9B on the side of type nitride semiconductor layer 8. For example, when the thickness of the n + layer 9B on the first n-type nitride semiconductor layer 8 side is 50 nm, if the n + layer 9B on the third n-type nitride semiconductor layer 11 side is 25 nm or more and 50 nm or less, the forward direction The thickness of the second n-type nitride semiconductor layer 9 can be reduced while reducing the voltage, preventing the occurrence of leakage current when applying a reverse bias, and improving the ESD withstand voltage.

<第3n型窒化物半導体層>
第3n型窒化物半導体層11は、Vピット発生層10と多層構造体121と超格子層122とを備える。以下、第3n型窒化物半導体層11の構成要素をそれぞれ示す。
<Third n-type nitride semiconductor layer>
The third n-type nitride semiconductor layer 11 includes a V pit generation layer 10, a multilayer structure 121, and a superlattice layer 122. Hereinafter, components of the third n-type nitride semiconductor layer 11 will be shown.

<Vピット発生層>
Vピット発生層10は、下地基板6の成長面61上に設けられ、Vピット15の始点の平均的な位置が発光層として実効的に機能する層(本実施形態では発光層14)よりも下地基板6側に位置する層(本実施形態では超格子層122)内に位置するようにVピット15を形成するための層である。「Vピット15の始点」とは、Vピット15の底部(図1におけるVピット15の最下端部)を意味する。「Vピット15の始点の平均的な位置」とは、発光層14に形成されたVピット15の始点の位置を窒化物半導体発光素子1の厚さ方向(図1における上下方向)で平均化して得られた位置を意味する。
<V pit generation layer>
The V pit generation layer 10 is provided on the growth surface 61 of the base substrate 6, and the average position of the starting point of the V pit 15 effectively functions as a light emitting layer (in the present embodiment, the light emitting layer 14). This is a layer for forming the V pits 15 so as to be located in the layer (in this embodiment, the superlattice layer 122) located on the base substrate 6 side. The “starting point of the V pit 15” means the bottom of the V pit 15 (the lowest end of the V pit 15 in FIG. 1). The “average position of the starting point of the V pit 15” means that the position of the starting point of the V pit 15 formed in the light emitting layer 14 is averaged in the thickness direction of the nitride semiconductor light emitting device 1 (vertical direction in FIG. 1). It means the position obtained.

Vピット発生層10は、たとえば、厚さが25nmであるハイドープn型GaN層であることが好ましい。「ハイドープ」とは、Vピット発生層10の下に位置する第1n型窒化物半導体層8または第2n型窒化物半導体層9よりも有意に(たとえば1.1倍以上、好ましくは1.4倍以上、より好ましくは1.8倍以上)n型ドーパント濃度が高いことを意味する。具体的には、Vピット発生層10のn型ドーパント濃度は、5×1018cm-3以上であることが好ましく、7×1018cm-3以上であることがより好ましく、1×1019cm-3以上であることがさらに好ましい。これにより、Vピット発生層10の膜質が第2n型窒化物半導体層9の膜質よりも低下するので、Vピット発生層10によるVピット発生効果が有効に発揮される。 V pit generation layer 10 is preferably a highly doped n-type GaN layer having a thickness of 25 nm, for example. “Highly doped” is significantly (eg, 1.1 times or more, preferably 1.4 times or more) than the first n-type nitride semiconductor layer 8 or the second n-type nitride semiconductor layer 9 located under the V pit generation layer 10. This means that the n-type dopant concentration is high. Specifically, the n-type dopant concentration of the V pit generation layer 10 is preferably 5 × 10 18 cm −3 or more, more preferably 7 × 10 18 cm −3 or more, and 1 × 10 19. More preferably, it is cm −3 or more. As a result, the film quality of the V pit generation layer 10 is lower than the film quality of the second n-type nitride semiconductor layer 9, so that the V pit generation effect by the V pit generation layer 10 is effectively exhibited.

なお、下地基板6の成長面61を構成する半導体層がn+層9Bである場合、Vピット発生層10は、アンドープ層であっても良く、たとえば、厚さが10nmのアンドープ窒化物半導体層であることが好ましい。 When the semiconductor layer constituting the growth surface 61 of the base substrate 6 is the n + layer 9B, the V pit generation layer 10 may be an undoped layer, for example, an undoped nitride semiconductor layer having a thickness of 10 nm. It is preferable that

<多層構造体>
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1では、Vピット15の始点は発光層14よりも下地基板6側に位置する。Vピット発生層10と超格子層122との間に多層構造体121が設けられていれば、Vピット発生層10で形成されたVピット15が多層構造体121に達する前に当該Vピット15を大きくすることができる。よって、高温駆動時または大電流駆動時における発光効率を高く維持でき、ESDに起因する不良率が低下する。
<Multilayer structure>
In the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, the starting point of the V pit 15 is located closer to the base substrate 6 than the light emitting layer 14. If the multilayer structure 121 is provided between the V pit generation layer 10 and the superlattice layer 122, the V pit 15 formed by the V pit generation layer 10 may reach the multilayer structure 121 before reaching the V pit 15. Can be increased. Therefore, the light emission efficiency during high temperature driving or large current driving can be maintained high, and the defect rate due to ESD decreases.

多層構造体121は、バンドギャップエネルギーが異なる複数種の窒化物半導体層が積層されて構成されたものであり、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層とバンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層とが交互に積層されて構成されたものであることが好ましい。これにより、Vピット発生層10で発生したVピット15の大きさが大きくなる。よって、ESDに起因する不良率が低下する。   The multilayer structure 121 is configured by laminating a plurality of types of nitride semiconductor layers having different band gap energies, and a nitride semiconductor layer having a relatively small band gap energy and a relatively large band gap energy. It is preferable that the nitride semiconductor layers are alternately stacked. Thereby, the size of the V pit 15 generated in the V pit generation layer 10 is increased. Therefore, the defect rate due to ESD decreases.

多層構造体121の一例は、Vピット発生層10の上に、厚さが7nmであるn型InGaN層、厚さが30nmであるn型GaN層、厚さが7nmであるn型InGaN層および厚さが20nmであるn型GaN層が順に積層されたものである。   An example of the multilayer structure 121 includes an n-type InGaN layer having a thickness of 7 nm, an n-type GaN layer having a thickness of 30 nm, an n-type InGaN layer having a thickness of 7 nm on the V pit generation layer 10. An n-type GaN layer having a thickness of 20 nm is sequentially stacked.

多層構造体121は、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層およびバンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層のそれぞれの層数は特に限定されない。多層構造体121は、2組以上のバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層およびバンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層を有することが好ましい。これにより、多層構造体121の厚さを大きくすることができる。よって、Vピット15の始点の平均的な位置は、その多くが超格子層122の厚さ方向中央付近よりも下地基板6側となる。したがって、高温駆動時または大電流駆動時における発光効率を高く維持することができる。   In the multilayer structure 121, the number of nitride semiconductor layers having a relatively small band gap energy and the number of nitride semiconductor layers having a relatively large band gap energy are not particularly limited. The multilayer structure 121 preferably includes two or more pairs of nitride semiconductor layers having a relatively small band gap energy and nitride semiconductor layers having a relatively large band gap energy. Thereby, the thickness of the multilayer structure 121 can be increased. Therefore, most of the average positions of the starting points of the V pits 15 are closer to the base substrate 6 than the vicinity of the center of the superlattice layer 122 in the thickness direction. Therefore, it is possible to maintain high light emission efficiency during high temperature driving or large current driving.

<超格子層>
Vピット発生層10と発光層14との間であって多層構造体121上には、超格子層122が設けられている。超格子層122の主たる働きは、発光層14からVピット発生層10をさらに離間して設け、Vピット15の始点の位置を発光層14内の下側または超格子層122内とすることである。超格子層122は、単層からなっても良いし、2〜3層が積層されて構成されていても良い。
<Superlattice layer>
A superlattice layer 122 is provided between the V pit generation layer 10 and the light emitting layer 14 and on the multilayer structure 121. The main function of the superlattice layer 122 is to provide the V pit generation layer 10 further away from the light emitting layer 14 and to set the start point of the V pit 15 below the light emitting layer 14 or inside the super lattice layer 122. is there. The superlattice layer 122 may be composed of a single layer or may be formed by laminating two to three layers.

「超格子層」とは、非常に薄い結晶層を交互に積層することにより、その周期構造が基本単位格子よりも長い結晶格子からなる層を意味する。超格子層122は、複数種の窒化物半導体層が積層されて超格子構造を構成しており、図3に示すようにバンドギャップエネルギーが相対的に大きなワイドバンドギャップ層122Aとバンドギャップエネルギーが相対的に小さなナローバンドギャップ層122Bとが交互に積層されて超格子構造を構成している。   The “superlattice layer” means a layer made of a crystal lattice whose periodic structure is longer than the basic unit cell by alternately laminating very thin crystal layers. The superlattice layer 122 has a superlattice structure formed by laminating a plurality of types of nitride semiconductor layers. As shown in FIG. 3, the wideband gap layer 122A and the bandgap energy are relatively large. Relatively small narrow band gap layers 122B are alternately stacked to form a superlattice structure.

<発光層>
発光層14は、第3n型窒化物半導体層11上に設けられている。発光層14には、部分的にVピット15が形成されている。「部分的にVピット15が形成されている」とは、発光層14の上面をAFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)で観察したときにVピット15が発光層14の上面において点状に観察されることを意味する。発光層14の上面におけるVピット数の密度は1×108cm-2以上1×1010cm-2以下であることが好ましい。従来においても発光層にはVピットが形成されていたが、従来の発光層の上面におけるVピット数の密度は1×108cm-2未満であった。
<Light emitting layer>
The light emitting layer 14 is provided on the third n-type nitride semiconductor layer 11. In the light emitting layer 14, V pits 15 are partially formed. “Partial V pits 15 are formed” means that the V pits 15 are point-like on the upper surface of the light emitting layer 14 when the upper surface of the light emitting layer 14 is observed with an AFM (Atomic Force Microscope). Means to be observed. The density of the number of V pits on the upper surface of the light emitting layer 14 is preferably 1 × 10 8 cm −2 or more and 1 × 10 10 cm −2 or less. Conventionally, V pits were formed in the light emitting layer, but the density of the number of V pits on the upper surface of the conventional light emitting layer was less than 1 × 10 8 cm −2 .

発光層14は、図3に示すように、バリア層14Aと井戸層14Wとが交互に積層されてなる積層構造を有することが好ましい。超格子層122のすぐ上には、最初のバリア層14Azが設けられることが好ましい。井戸層14Wのうち最も第1p型窒化物半導体層19側に位置する井戸層14W1の上には、最後のバリア層14A0が設けられることが好ましい。   As shown in FIG. 3, the light emitting layer 14 preferably has a stacked structure in which barrier layers 14A and well layers 14W are alternately stacked. The first barrier layer 14Az is preferably provided immediately above the superlattice layer 122. The last barrier layer 14A0 is preferably provided on the well layer 14W1 located closest to the first p-type nitride semiconductor layer 19 in the well layer 14W.

本実施形態では、各バリア層14Aおよび各井戸層14Wを識別するために、p型窒化物半導体層16から超格子層122へ向かって番号を付して井戸層14W1、バリア層14A1、井戸層14W2、バリア層14A2、・・・などと表記している。なお、各バリア層14Aおよび各井戸層14Wのそれぞれを特定する場合を除いては、「バリア層14A」および「井戸層14W」と表記する。   In the present embodiment, in order to identify each barrier layer 14A and each well layer 14W, the p-type nitride semiconductor layer 16 is numbered from the superlattice layer 122 to the well layer 14W1, the barrier layer 14A1, and the well layer. 14W2, barrier layer 14A2,... Unless otherwise specified, each barrier layer 14A and each well layer 14W are referred to as “barrier layer 14A” and “well layer 14W”.

各井戸層14Wの組成は、窒化物半導体発光素子1に求められる発光波長に合わせて調整されることが好ましく、たとえば、AlcGadIn(1-c-d)N(0≦c<1、0<d≦1)であることが好ましく、Alを含まないIneGa(1-e)N(0<e≦1)であることがより好ましい。たとえば波長が375nm以下の紫外光を窒化物半導体発光素子1に発光させる場合には、発光層14のバンドギャップエネルギーを大きくする必要があるので、各井戸層14Wの組成はAlを含むことが好ましい。 The composition of each well layer 14 </ b> W is preferably adjusted according to the emission wavelength required for the nitride semiconductor light emitting device 1, for example, Al c Ga d In (1-cd) N (0 ≦ c <1, 0 <D ≦ 1) is preferable, and In e Ga (1-e) N (0 <e ≦ 1) not containing Al is more preferable. For example, when the nitride semiconductor light emitting device 1 emits ultraviolet light having a wavelength of 375 nm or less, it is necessary to increase the band gap energy of the light emitting layer 14, and therefore the composition of each well layer 14W preferably includes Al. .

<第1p型窒化物半導体層>
第1p型窒化物半導体層19は、発光層14上に設けられている。第1p型窒化物半導体層19は、図1に示すように3層のp型窒化物半導体層16,17,18が積層されて構成されていても良いし、2層以下のp型窒化物半導体層を有していても良いし、4層以上のp型窒化物半導体層を有していても良い。p型窒化物半導体層16,17,18は、たとえば、Als6Gat6Inu6N(0≦s6≦1、0≦t6≦1、0≦u6≦1、s6+t6+u6≠0)層にp型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、Als6Ga(1-s6)N(0<s6≦0.4、好ましくは0.1≦s6≦0.3)層にp型ドーパントがドープされた層であることがより好ましい。たとえば、p型窒化物半導体層16は、p型AlGaN層である。p型窒化物半導体層17は、p型GaN層である。p型窒化物半導体層18は、p型ドーパント濃度がp型窒化物半導体層17よりも高いp型GaN層である。
<First p-type nitride semiconductor layer>
The first p-type nitride semiconductor layer 19 is provided on the light emitting layer 14. As shown in FIG. 1, the first p-type nitride semiconductor layer 19 may be formed by stacking three p-type nitride semiconductor layers 16, 17, and 18, or two or less p-type nitride layers. A semiconductor layer may be included, or four or more p-type nitride semiconductor layers may be included. p-type nitride semiconductor layer 16, 17 and 18, for example, Al s6 Ga t6 In u6 N (0 ≦ s6 ≦ 1,0 ≦ t6 ≦ 1,0 ≦ u6 ≦ 1, s6 + t6 + u6 ≠ 0) layer on the p-type dopant Is preferably a doped layer, and Al s6 Ga (1-s6) N (0 <s6 ≦ 0.4, preferably 0.1 ≦ s6 ≦ 0.3) layer is doped with a p-type dopant More preferably, it is a layer. For example, the p-type nitride semiconductor layer 16 is a p-type AlGaN layer. The p-type nitride semiconductor layer 17 is a p-type GaN layer. The p-type nitride semiconductor layer 18 is a p-type GaN layer having a p-type dopant concentration higher than that of the p-type nitride semiconductor layer 17.

p型ドーパントは特に限定されず、たとえばMgであることが好ましい。p型窒化物半導体層16,17,18のキャリア濃度は1×1017cm-3以上であることが好ましい。ここで、p型ドーパントの活性率は0.01程度であることから、p型窒化物半導体層16,17,18のp型ドーパント濃度(キャリア濃度とは異なる)は1×1019cm-3以上であることが好ましい。ただし、p型窒化物半導体層16のうち発光層14側に位置する部分のp型ドーパント濃度は1×1019cm-3未満であっても良い。 A p-type dopant is not specifically limited, For example, it is preferable that it is Mg. The carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layers 16, 17, 18 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more. Here, since the activation rate of the p-type dopant is about 0.01, the p-type dopant concentration (different from the carrier concentration) of the p-type nitride semiconductor layers 16, 17 and 18 is 1 × 10 19 cm −3. The above is preferable. However, the p-type dopant concentration in the portion located on the light emitting layer 14 side of the p-type nitride semiconductor layer 16 may be less than 1 × 10 19 cm −3 .

p型窒化物半導体層16,17,18の合計の厚さ(第1p型窒化物半導体層19の厚さ)は特に限定されず、50nm以上300nm以下であることが好ましい。p型窒化物半導体層16,17,18の厚さを薄くすれば、その成長時における加熱時間が短くなるので、p型ドーパントが発光層14へ拡散することを防止できる。   The total thickness of p-type nitride semiconductor layers 16, 17, and 18 (thickness of first p-type nitride semiconductor layer 19) is not particularly limited, and is preferably 50 nm or more and 300 nm or less. If the thickness of the p-type nitride semiconductor layers 16, 17, 18 is reduced, the heating time during the growth is shortened, so that the p-type dopant can be prevented from diffusing into the light emitting layer 14.

<n側電極、透明電極、p側電極>
n側電極21およびp側電極25は、窒化物半導体発光素子1に駆動電力を供給するための電極である。図2には、n側電極21およびp側電極25がパッド電極部分のみで構成されていることを図示している。しかし、電流拡散を目的とする細長い突出部(枝電極)が、図2に示すn側電極21およびp側電極25に接続されていても良い。また、p側電極25よりも下には、電流がp側電極25へ注入されることを防止するための絶縁層が設けられていることが好ましい。これにより、発光層14が発した光がp側電極25に遮蔽される量を減少させることができる。
<N-side electrode, transparent electrode, p-side electrode>
The n-side electrode 21 and the p-side electrode 25 are electrodes for supplying driving power to the nitride semiconductor light emitting device 1. FIG. 2 shows that the n-side electrode 21 and the p-side electrode 25 are composed only of the pad electrode portion. However, elongated protrusions (branch electrodes) for current diffusion may be connected to the n-side electrode 21 and the p-side electrode 25 shown in FIG. In addition, an insulating layer for preventing current from being injected into the p-side electrode 25 is preferably provided below the p-side electrode 25. Thereby, the quantity by which the light which the light emitting layer 14 emitted is shielded by the p side electrode 25 can be decreased.

n側電極21は、たとえば、チタン層、アルミニウム層および金層がこの順序で積層されてなる積層構造を有することが好ましい。n側電極21にワイヤボンディングを行う場合を想定して、n側電極21の厚さは1μm以上であることが好ましい。   The n-side electrode 21 preferably has a laminated structure in which, for example, a titanium layer, an aluminum layer, and a gold layer are laminated in this order. Assuming the case where wire bonding is performed on the n-side electrode 21, the thickness of the n-side electrode 21 is preferably 1 μm or more.

p側電極25は、たとえば、ニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層がこの順序で積層されてなる積層構造を有することが好ましいが、n側電極21と同一の材料からなっても良い。p側電極25にワイヤボンディングを行う場合を想定して、p側電極25の厚さは1μm以上であることが好ましい。   The p-side electrode 25 preferably has a laminated structure in which, for example, a nickel layer, an aluminum layer, a titanium layer, and a gold layer are laminated in this order, but may be made of the same material as the n-side electrode 21. Assuming the case where wire bonding is performed on the p-side electrode 25, the thickness of the p-side electrode 25 is preferably 1 μm or more.

透明電極23は、たとえばITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明導電材料からなることが好ましく、20nm以上200nm以下の厚さを有していることが好ましい。   The transparent electrode 23 is preferably made of a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), and preferably has a thickness of 20 nm to 200 nm.

<Vピットの始点>
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1において、Vピット15の始点の大部分は発光層14内に存在しておらず、その過半数は超格子層122内に存在していると考えられる。Vピット15は貫通転位に起因して発生すると考えられるので、貫通転位の多くはVピット15の内側にあると考えられる。よって、発光層14に注入された電子およびホールがVピット15の内側の貫通転位に達することを抑制することができる。したがって、電子およびホールが貫通転位に捕獲されたために非発光再結合が発生することを抑制できると考えられる。これにより、発光効率の低下を防止できる。このことは、高温下または大電流駆動時において顕著となる。
<V-pit start point>
In the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, most of the starting points of the V pits 15 are not present in the light emitting layer 14, and the majority is considered to be present in the superlattice layer 122. Since the V pit 15 is considered to be generated due to threading dislocations, most of the threading dislocations are considered to be inside the V pit 15. Therefore, the electrons and holes injected into the light emitting layer 14 can be prevented from reaching threading dislocations inside the V pit 15. Therefore, it is considered that generation of non-radiative recombination can be suppressed because electrons and holes are captured by threading dislocations. Thereby, the fall of luminous efficiency can be prevented. This becomes conspicuous at a high temperature or during a large current drive.

詳細には、高温下では発光層14への注入キャリア(ホールまたは電子)の移動が活発になるので、注入キャリアが貫通転位へ到達する確率が増大する。しかしながら、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1では、発光層14内における貫通転位の多くがVピット15で覆われるので(貫通転位の多くがVピット15の内側に存在するので)、貫通転位での非発光再結合が抑制される。よって、高温下での発光効率を高く維持できる。   Specifically, since the movement of injected carriers (holes or electrons) to the light emitting layer 14 becomes active at high temperatures, the probability that the injected carriers reach threading dislocations increases. However, in the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, many threading dislocations in the light emitting layer 14 are covered with the V pits 15 (since many threading dislocations exist inside the V pits 15), Non-radiative recombination at the dislocation is suppressed. Therefore, the light emission efficiency at high temperatures can be maintained high.

また、Vピット15の始点が発光層14よりも下に位置するため、バリア層(特にアンドープバリア層)の層数を増やして発光層14の体積を増やすことができる。これにより、大電流駆動時での発光効率を高く維持することができる。   In addition, since the starting point of the V pit 15 is located below the light emitting layer 14, the volume of the light emitting layer 14 can be increased by increasing the number of barrier layers (particularly the undoped barrier layer). Thereby, the light emission efficiency at the time of a large current drive can be maintained high.

<キャリア濃度とドーパント濃度とについて>
キャリア濃度は電子またはホールの濃度を意味し、n型ドーパントの量またはp型ドーパントの量だけで決定されない。このようなキャリア濃度は、窒化物半導体発光素子1の電圧対容量特性の結果に基づいて算出され、電流が注入されていない状態のキャリア濃度のことを意味し、イオン化した不純物、ドナー化した結晶欠陥およびアクセプター化した結晶欠陥から発生したキャリアの合計である。
<About carrier concentration and dopant concentration>
The carrier concentration means the concentration of electrons or holes, and is not determined only by the amount of n-type dopant or the amount of p-type dopant. Such a carrier concentration is calculated based on the result of the voltage-capacitance characteristics of the nitride semiconductor light emitting device 1, and means a carrier concentration in a state where no current is injected. The total number of carriers generated from defects and acceptor crystal defects.

n型ドーパントであるSiなどの活性化率は高い。よって、n型キャリア濃度はn型ドーパント濃度とほぼ同じと考えることができる。また、n型ドーパント濃度はSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy(二次イオン質量分析計))にて深さ方向の濃度分布を測定することにより容易に求めることができる。さらに、ドーパント濃度の相対関係(比率)はキャリア濃度の相対関係(比率)とほぼ同じである。測定により得られたn型ドーパント濃度を厚さ方向に平均すれば、平均n型ドーパント濃度を得ることができる。   The activation rate of Si, which is an n-type dopant, is high. Therefore, it can be considered that the n-type carrier concentration is almost the same as the n-type dopant concentration. The n-type dopant concentration can be easily obtained by measuring the concentration distribution in the depth direction with SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy). Furthermore, the relative relationship (ratio) of the dopant concentration is substantially the same as the relative relationship (ratio) of the carrier concentration. If the n-type dopant concentration obtained by the measurement is averaged in the thickness direction, the average n-type dopant concentration can be obtained.

<第2n型窒化物半導体層と超格子層との別の作用・効果について>
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1では、第1n型窒化物半導体層8と発光層14との間には、第1n型窒化物半導体層8側から順に、第2n型窒化物半導体層9(好ましくはn型変調ドープ層)、Vピット発生層10、多層構造体121および超格子層122が積層されている。これにより、ESD破壊の原因となる逆バイアス方向の高電圧がn側電極21とp側電極25との間に印加された場合には、空乏層が第2n型窒化物半導体層9および超格子層122側に伸長する。よって、発光層14に印加される逆バイアス電圧(電界)を低減することができる。したがって、ESD破壊が生じる閾値電圧(すなわちESD耐圧)が高くなる。
<Other functions and effects of the second n-type nitride semiconductor layer and the superlattice layer>
In the nitride semiconductor light emitting device 1 according to this embodiment, the second n-type nitride semiconductor layer is disposed between the first n-type nitride semiconductor layer 8 and the light-emitting layer 14 in order from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side. 9 (preferably n-type modulation doped layer), V pit generation layer 10, multilayer structure 121 and superlattice layer 122 are laminated. Thus, when a high voltage in the reverse bias direction that causes ESD breakdown is applied between the n-side electrode 21 and the p-side electrode 25, the depletion layer becomes the second n-type nitride semiconductor layer 9 and the superlattice. It extends to the layer 122 side. Therefore, the reverse bias voltage (electric field) applied to the light emitting layer 14 can be reduced. Therefore, the threshold voltage (that is, ESD withstand voltage) at which ESD breakdown occurs increases.

本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1がVピット15を意図的に導入しないように構成されている場合であっても、バイアス電圧が順方向に印加されたときのリーク電流の増大を抑えることができ、Vピット15の形成による発光面積の低下を抑えることもできる。よって、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1がVピット15を意図的に導入しないように構成されている場合であっても、窒化物半導体発光素子1の発光特性の低下を有効に防止することができる。   Even when the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment is configured not to intentionally introduce the V pit 15, an increase in leakage current when a bias voltage is applied in the forward direction is suppressed. It is also possible to suppress a decrease in the light emitting area due to the formation of the V pit 15. Therefore, even if the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment is configured not to intentionally introduce the V pit 15, it is possible to effectively prevent the light emission characteristics of the nitride semiconductor light emitting device 1 from being deteriorated. can do.

本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1が第2n型窒化物半導体層9または超格子層122のいずれか一方のみを備えている場合であっても、上記作用および効果を得ることができる。しかし、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1は、第2n型窒化物半導体層9および超格子層122の両方を備えていることが好ましい。これにより、ESD耐圧がより高くなる。バイアス電圧が順方向に印加されたときのリーク電流の増大をより効果的に低減させることができる。また、Vピット15の形成による発光面積の低下をより効果的に抑えることができる。   Even when the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment includes only one of the second n-type nitride semiconductor layer 9 and the superlattice layer 122, the above-described functions and effects can be obtained. However, the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment preferably includes both the second n-type nitride semiconductor layer 9 and the superlattice layer 122. Thereby, ESD withstand voltage becomes higher. An increase in leakage current when a bias voltage is applied in the forward direction can be more effectively reduced. In addition, it is possible to more effectively suppress the reduction of the light emitting area due to the formation of the V pit 15.

<窒化物半導体発光素子の製造>
図5は、図1に示す窒化物半導体発光素子1の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。図6は、図5に示す下地基板の準備工程を工程順に示すフロー図である。図7は、図1に示す窒化物半導体発光素子1の別の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。なお、窒化物半導体発光素子1の各構成要素の組成または厚みなどについては上記<窒化物半導体発光素子の構成>で示したとおりである。
<Manufacture of nitride semiconductor light emitting device>
FIG. 5 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the preparation steps of the base substrate shown in FIG. 5 in the order of steps. FIG. 7 is a flowchart showing a part of another method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. The composition or thickness of each component of nitride semiconductor light emitting device 1 is as described above in <Configuration of nitride semiconductor light emitting device>.

図5に示すステップS501において下地基板6を準備する。たとえばスパッタ法などにより基板3の上にバッファ層5を形成する。バッファ層5が形成された基板3を第1結晶成長装置内に入れ、たとえばMOCVD法などによりバッファ層5の上に下地層7を形成する。次に、図6に示すステップS511において第1n型窒化物半導体層8を形成してから、図6に示すステップS512において第2n型窒化物半導体層9を形成する。   In step S501 shown in FIG. 5, the base substrate 6 is prepared. For example, the buffer layer 5 is formed on the substrate 3 by sputtering or the like. The substrate 3 on which the buffer layer 5 is formed is placed in the first crystal growth apparatus, and the base layer 7 is formed on the buffer layer 5 by, for example, the MOCVD method. Next, after forming the first n-type nitride semiconductor layer 8 in step S511 shown in FIG. 6, the second n-type nitride semiconductor layer 9 is formed in step S512 shown in FIG.

下地層71、第1n型窒化物半導体層8および第2n型窒化物半導体層9の成長温度は、800℃以上であることが好ましく、900℃以上であることがより好ましく、1000℃以上であることがさらに好ましい。これらの成長温度は高ければ高いほど、形成される窒化物半導体層の結晶品質は良好となる。しかし、これらの成長温度が高すぎると、形成された窒化物半導体層が窒素抜けなどの影響を受け、その結果、形成された窒化物半導体層の結晶品質の悪化を招くことがある。そのため、これらの成長温度は、1250℃以下であることが好ましく、1200℃以下であることがより好ましい。   The growth temperature of the underlayer 71, the first n-type nitride semiconductor layer 8, and the second n-type nitride semiconductor layer 9 is preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, and 1000 ° C. or higher. More preferably. The higher the growth temperature, the better the crystal quality of the formed nitride semiconductor layer. However, if the growth temperature is too high, the formed nitride semiconductor layer is affected by nitrogen depletion or the like, and as a result, the crystal quality of the formed nitride semiconductor layer may be deteriorated. Therefore, these growth temperatures are preferably 1250 ° C. or lower, and more preferably 1200 ° C. or lower.

第1下地層71は、斜めファセット面71aが形成されるファセット成長モードで成長されることが好ましい。第2下地層75は、斜めファセット面71aを埋め込んで平坦な上面75bを形成可能な埋込成長モードで成長されることが好ましい。具体的には、第1下地層71は、第2下地層75よりも3次元成長しやすい雰囲気下で形成されることが好ましく、第2下地層75よりも高圧且つ低温下で形成されることがより好ましい。たとえば、第1下地層71は、500Torrの圧力下且つ990℃の温度下で形成されることが好ましく、第2下地層75は、200Torrの圧力下且つ1080℃の温度下で形成されることが好ましい。   The first underlayer 71 is preferably grown in a facet growth mode in which the oblique facet surface 71a is formed. The second underlayer 75 is preferably grown in a buried growth mode in which the oblique facet surface 71a is buried to form a flat upper surface 75b. Specifically, the first underlayer 71 is preferably formed in an atmosphere in which three-dimensional growth is easier than the second underlayer 75, and is formed at a higher pressure and lower temperature than the second underlayer 75. Is more preferable. For example, the first underlayer 71 is preferably formed under a pressure of 500 Torr and a temperature of 990 ° C., and the second underlayer 75 is formed under a pressure of 200 Torr and a temperature of 1080 ° C. preferable.

第1n型窒化物半導体層8および第2n型窒化物半導体層9は、それぞれ、MOCVD法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましく、MOCVD法により形成されることがより好ましい。MOCVD法により第1n型窒化物半導体層8を形成すると、結晶品質に優れた第1n型窒化物半導体層8を得ることができる。MOCVD法により第2n型窒化物半導体層9を形成した場合にも同様の効果が得られる。ハイドライド気相成長法または液相成長法により第1n型窒化物半導体層8を形成すると、第1n型窒化物半導体層8を安価に形成することができる。ハイドライド気相成長法または液相成長法により第2n型窒化物半導体層9を形成した場合にも同様の効果が得られる。液相成長法は、たとえば液相エピタキシャル成長(liquid phase epitaxy)法であることが好ましい。   The first n-type nitride semiconductor layer 8 and the second n-type nitride semiconductor layer 9 are each preferably formed by MOCVD, hydride vapor phase growth, or liquid phase growth, and are preferably formed by MOCVD. More preferred. When the first n-type nitride semiconductor layer 8 is formed by the MOCVD method, the first n-type nitride semiconductor layer 8 having excellent crystal quality can be obtained. Similar effects can be obtained when the second n-type nitride semiconductor layer 9 is formed by MOCVD. When the first n-type nitride semiconductor layer 8 is formed by a hydride vapor phase growth method or a liquid phase growth method, the first n-type nitride semiconductor layer 8 can be formed at low cost. The same effect can be obtained when the second n-type nitride semiconductor layer 9 is formed by hydride vapor phase epitaxy or liquid phase epitaxy. The liquid phase growth method is preferably, for example, a liquid phase epitaxy method.

第2n型窒化物半導体層9のn-層9Aのn型ドーパント濃度が第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度よりも低くなるように、第1n型窒化物半導体層8および第2n型窒化物半導体層9を形成する。これにより、n-層9Aを全く形成することなく第2n型窒化物半導体層9を形成する場合に比べて、結晶品質に優れた第3n型窒化物半導体層11を形成することができる。よって、結晶品質に優れた発光層14を形成することができるので、発光出力の高い窒化物半導体発光素子1が得られる。このように本実施形態では、発光出力の高い窒化物半導体発光素子1を得るための熱処理または膜形成などを行うことなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子1を得ることができる。したがって、第3n型窒化物半導体層11などの成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子1を製造することができる。 The first n-type nitride semiconductor layer 8 and the second n are so arranged that the n-type dopant concentration of the n layer 9A of the second n-type nitride semiconductor layer 9 is lower than the n-type dopant concentration of the first n-type nitride semiconductor layer 8. A type nitride semiconductor layer 9 is formed. Thereby, the third n-type nitride semiconductor layer 11 having excellent crystal quality can be formed as compared with the case where the second n-type nitride semiconductor layer 9 is formed without forming the n layer 9A at all. Therefore, since the light emitting layer 14 having excellent crystal quality can be formed, the nitride semiconductor light emitting device 1 having a high light emission output can be obtained. As described above, in this embodiment, the nitride semiconductor light emitting device 1 with high light emission output can be obtained without performing heat treatment or film formation for obtaining the nitride semiconductor light emitting device 1 with high light emission output. Therefore, the nitride semiconductor light emitting device 1 having a high light emission output can be manufactured without being limited by the growth conditions of the third n-type nitride semiconductor layer 11 and the like.

第2n型窒化物半導体層9を形成するとき、成長面61を構成する半導体層をアンドープ層とすることが好ましい。これにより、たとえば第1結晶成長装置内からの下地基板6の取り出しなどにより下地基板6の成長面61が大気中に曝されても、成長面61が大気中の水分または酸素などにより酸化されることを防止できる。また、成長面61と第3n型窒化物半導体層11(具体的にはVピット発生層10)との界面でのn型ドーパントのドープ量の増加(パイルアップ)を防止することができる。これらのことから、結晶品質がさらに優れた第3n型窒化物半導体層11を成長させることができるので、結晶品質がさらに優れた発光層14を得ることができる。よって、発光出力がさらに高い窒化物半導体発光素子1を得ることができる。   When forming the second n-type nitride semiconductor layer 9, it is preferable that the semiconductor layer constituting the growth surface 61 be an undoped layer. Thereby, for example, even if the growth surface 61 of the base substrate 6 is exposed to the atmosphere by taking out the base substrate 6 from the first crystal growth apparatus, the growth surface 61 is oxidized by moisture or oxygen in the air. Can be prevented. In addition, an increase (pile-up) of the n-type dopant doping at the interface between the growth surface 61 and the third n-type nitride semiconductor layer 11 (specifically, the V pit generation layer 10) can be prevented. As a result, the third n-type nitride semiconductor layer 11 with better crystal quality can be grown, and thus the light emitting layer 14 with better crystal quality can be obtained. Therefore, the nitride semiconductor light emitting device 1 having a higher light emission output can be obtained.

第2n型窒化物半導体層9を形成するとき、成長面61を構成する半導体層をドープ層としても良い。この場合には、第1n型窒化物半導体層8側からn-層9Aとn+層9Bとを交互に積層して第2n型窒化物半導体層9を形成することが好ましい。つまり、第2n型窒化物半導体層9を変調ドープ層とすることが好ましい。第2n型窒化物半導体層9が変調ドープ層である場合に第2n型窒化物半導体層9を800℃以上1250℃以下の温度で成長させると、次に示す効果が得られる。 When forming the second n-type nitride semiconductor layer 9, the semiconductor layer constituting the growth surface 61 may be a doped layer. In this case, it is preferable to form the second n-type nitride semiconductor layer 9 by alternately stacking the n layers 9A and the n + layers 9B from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side. That is, it is preferable that the second n-type nitride semiconductor layer 9 is a modulation doped layer. When the second n-type nitride semiconductor layer 9 is a modulation dope layer and the second n-type nitride semiconductor layer 9 is grown at a temperature of 800 ° C. to 1250 ° C., the following effects are obtained.

窒化物半導体発光素子1の発光出力を高めるためには、発光層14の結晶品質を高く維持することが好ましく、よって、発光層14よりも下地基板6側に位置する層(具体的には第3n型窒化物半導体層11)の結晶品質を高く維持することが好ましい。一般に、成長温度が高ければ、成長される層の結晶品質は高くなると考えられている。そのため、高温下で第3n型窒化物半導体層11を成長させて結晶品質に優れた第3n型窒化物半導体層11を得るということが考えられる。   In order to increase the light emission output of the nitride semiconductor light emitting device 1, it is preferable to maintain the crystal quality of the light emitting layer 14 high. Therefore, a layer (specifically, the first layer located closer to the base substrate 6 than the light emitting layer 14). It is preferable to keep the crystal quality of the 3n-type nitride semiconductor layer 11) high. In general, it is believed that the higher the growth temperature, the higher the crystal quality of the grown layer. Therefore, it is conceivable that the third n-type nitride semiconductor layer 11 having excellent crystal quality is obtained by growing the third n-type nitride semiconductor layer 11 at a high temperature.

しかし、高温下で第3n型窒化物半導体層11を結晶成長させると、パーティクルに因る結晶欠陥が結晶成長中に発生することがある。たとえば、第3n型窒化物半導体層11を1000℃で成長させ、発光層14と第1p型窒化物半導体層19とを800℃で成長させ、その後、異なる窒化物半導体発光素子1を製造するために第3n型窒化物半導体層11を1000℃で成長させる場合を考える。このとき、発光層14または第1p型窒化物半導体層19の成長時に、未反応物などがチャンバーの内壁面上に付着することがある。ここで、第3n型窒化物半導体層11の成長温度は、発光層14および第1p型窒化物半導体層19の成長温度よりも高い。そのため、第3n型窒化物半導体層11の2度目の成長時には、上記未反応物がチャンバーの内壁面上から剥がれ落ちることがあり、剥がれ落ちた未反応物がパーティクルまたは不純物となって成長中の第3n型窒化物半導体層11内に取り込まれることがある。その結果、成長中の第3n型窒化物半導体層11内では、取り込まれたパーティクルまたは不純物による結晶欠陥が発生する。   However, when the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown at a high temperature, crystal defects caused by particles may occur during the crystal growth. For example, the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown at 1000 ° C., the light-emitting layer 14 and the first p-type nitride semiconductor layer 19 are grown at 800 ° C., and then different nitride semiconductor light-emitting elements 1 are manufactured. Consider the case where the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown at 1000 ° C. At this time, during the growth of the light emitting layer 14 or the first p-type nitride semiconductor layer 19, unreacted materials may adhere to the inner wall surface of the chamber. Here, the growth temperature of the third n-type nitride semiconductor layer 11 is higher than the growth temperatures of the light emitting layer 14 and the first p-type nitride semiconductor layer 19. Therefore, when the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown for the second time, the unreacted material may be peeled off from the inner wall surface of the chamber, and the unreacted material that has been peeled off is growing as particles or impurities. The third n-type nitride semiconductor layer 11 may be taken in. As a result, in the growing third n-type nitride semiconductor layer 11, crystal defects due to the incorporated particles or impurities are generated.

一方、第2n型窒化物半導体層9を800℃以上1250℃以下の温度で成長させると、第2n型窒化物半導体層9の結晶品質を高めることができる。特に、下地基板6の成長面61を構成する半導体層(n-層9Aまたはn+層9B)の結晶品質を高めることができる。よって、比較的低温下で第3n型窒化物半導体層11を成長させても、結晶品質が高く維持された第3n型窒化物半導体層11を形成することができる。したがって、第3n型窒化物半導体層11の成長温度を下地基板6の成長温度よりも低くすることができ、たとえば850℃以下とすることができる。その結果、第3n型窒化物半導体層11の成長時には、未反応物がチャンバーの内壁面上から剥がれ落ちることを防止できるので、未反応物がパーティクルまたは不純物となって成長中の第3n型窒化物半導体層11内に取り込まれることを防止できる。このように、第2n型窒化物半導体層9を800℃以上1250℃以下の温度で成長させれば、パーティクルに因る結晶欠陥を発生させることなく第3n型窒化物半導体層11を成長させることができるので、発光層14の結晶品質をさらに高めることができる。また、結晶品質に優れた第2n型窒化物半導体層9を得ることができるので、第3n型窒化物半導体層11または発光層14などの成長条件は制限されない。以上のことから、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。 On the other hand, when the second n-type nitride semiconductor layer 9 is grown at a temperature of 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, the crystal quality of the second n-type nitride semiconductor layer 9 can be improved. In particular, the crystal quality of the semiconductor layer (n layer 9A or n + layer 9B) constituting the growth surface 61 of the base substrate 6 can be improved. Therefore, even if the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown at a relatively low temperature, the third n-type nitride semiconductor layer 11 with high crystal quality can be formed. Therefore, the growth temperature of the third n-type nitride semiconductor layer 11 can be made lower than the growth temperature of the base substrate 6, for example, 850 ° C. or less. As a result, when the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown, unreacted substances can be prevented from peeling off from the inner wall surface of the chamber, so that the unreacted substances become particles or impurities and are growing. Incorporation into the physical semiconductor layer 11 can be prevented. In this way, if the second n-type nitride semiconductor layer 9 is grown at a temperature of 800 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, the third n-type nitride semiconductor layer 11 is grown without generating crystal defects due to particles. Therefore, the crystal quality of the light emitting layer 14 can be further improved. In addition, since the second n-type nitride semiconductor layer 9 having excellent crystal quality can be obtained, the growth conditions of the third n-type nitride semiconductor layer 11 or the light emitting layer 14 are not limited. From the above, it is possible to manufacture a nitride semiconductor light emitting device having a high light emission output without being limited by growth conditions.

また、第3n型窒化物半導体層11の成長温度を下地基板6の成長温度よりも低くすることができるので、第3n型窒化物半導体層11の成長時における昇温に要する時間を短縮することができる。よって、窒化物半導体発光素子1の製造時間の短縮化を図ることができるので、窒化物半導体発光素子1の製造コストを低く抑えることができる。また、第3n型窒化物半導体層11の成長時に基板3または下地基板6の割れを抑制できるので、製造歩留まりを高く維持することができる。   In addition, since the growth temperature of the third n-type nitride semiconductor layer 11 can be made lower than the growth temperature of the base substrate 6, the time required for raising the temperature during the growth of the third n-type nitride semiconductor layer 11 can be shortened. Can do. Therefore, since the manufacturing time of the nitride semiconductor light emitting device 1 can be shortened, the manufacturing cost of the nitride semiconductor light emitting device 1 can be kept low. Moreover, since the crack of the board | substrate 3 or the base substrate 6 can be suppressed at the time of the growth of the 3rd n-type nitride semiconductor layer 11, a manufacturing yield can be maintained high.

下地基板6の準備工程が終了したら、下地基板6を第1結晶成長装置内から取り出して第2結晶成長装置内へ入れる。その後、図5に示すステップS502において、下地基板6の成長面61上に第3n型窒化物半導体層11を形成する。下地基板6の成長面61上に、Vピット発生層10、多層構造体121および超格子層122を順に形成する。   When the preparation process of the base substrate 6 is completed, the base substrate 6 is taken out from the first crystal growth apparatus and placed in the second crystal growth apparatus. Thereafter, in step S502 shown in FIG. 5, the third n-type nitride semiconductor layer 11 is formed on the growth surface 61 of the base substrate 6. On the growth surface 61 of the base substrate 6, the V pit generation layer 10, the multilayer structure 121, and the superlattice layer 122 are formed in this order.

Vピット発生層10の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板6の成長温度(たとえば、第1n型窒化物半導体層8または第2n型窒化物半導体層9の成長温度)よりも低いことが好ましく、たとえば850℃以下であることが好ましい。しかし、Vピット発生層10の成長温度が低すぎると、発光層14の発光効率の低下を招くことがある。よって、Vピット発生層10の成長温度は、700℃以上であることがより好ましく、750℃以上であることがさらに好ましい。第2n型窒化物半導体層9のn+層9Bよりもn型ドーパント濃度が高くなるようにVピット発生層10を形成しても良い。これにより、Vピット発生層10によるVピット15の形成効果を増大させることができる。 The method for forming V pit generation layer 10 is not particularly limited, but the growth temperature is higher than the growth temperature of base substrate 6 (for example, the growth temperature of first n-type nitride semiconductor layer 8 or second n-type nitride semiconductor layer 9). It is preferable that it is low, for example, it is preferable that it is 850 degrees C or less. However, if the growth temperature of the V pit generation layer 10 is too low, the light emission efficiency of the light emitting layer 14 may be reduced. Therefore, the growth temperature of the V pit generation layer 10 is more preferably 700 ° C. or higher, and further preferably 750 ° C. or higher. The V pit generation layer 10 may be formed so that the n-type dopant concentration is higher than that of the n + layer 9B of the second n-type nitride semiconductor layer 9. Thereby, the formation effect of V pit 15 by V pit generation layer 10 can be increased.

多層構造体121の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板6の成長温度(たとえば、第1n型窒化物半導体層8または第2n型窒化物半導体層9の成長温度)よりも低いことが好ましく、Vピット発生層10の成長温度以下の温度であることがより好ましく、Vピット発生層10の成長温度と同一(±10℃)であることがさらに好ましい。多層構造体121の成長温度がVピット発生層10の成長温度以下の温度であれば、Vピット発生層10で発生したVピット15の大きさが大きくなるので、ESDに起因する不良率が低下する。この効果を有効に得るためには、多層構造体121の成長温度は、600℃以上であることが好ましく、600℃以上900℃以下であることがより好ましい。   The method for forming multilayer structure 121 is not particularly limited, but the growth temperature is lower than the growth temperature of base substrate 6 (for example, the growth temperature of first n-type nitride semiconductor layer 8 or second n-type nitride semiconductor layer 9). It is preferable that the temperature is lower than the growth temperature of the V pit generation layer 10, and it is more preferable that the temperature is the same (± 10 ° C.) as the growth temperature of the V pit generation layer 10. If the growth temperature of the multilayer structure 121 is equal to or lower than the growth temperature of the V pit generation layer 10, the size of the V pit 15 generated in the V pit generation layer 10 increases, and the defect rate due to ESD decreases. To do. In order to effectively obtain this effect, the growth temperature of the multilayer structure 121 is preferably 600 ° C. or higher, and more preferably 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

超格子層122の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板6の成長温度(たとえば、第1n型窒化物半導体層8または第2n型窒化物半導体層9の成長温度)よりも低いことが好ましく、Vピット発生層10の成長温度以下の温度であることがより好ましく、Vピット発生層10の成長温度と同一(±10℃)であることがさらに好ましい。超格子層122の成長温度がVピット発生層10の成長温度以下の温度であれば、Vピット発生層10で発生したVピット15の大きさが大きくなるので、ESDに起因する不良率が低下する。この効果を有効に得るためには、超格子層122の成長温度は、600℃以上900℃以下であることが好ましく、600℃以上800℃以下であることがより好ましい。   The formation method of superlattice layer 122 is not particularly limited, but the growth temperature is lower than the growth temperature of base substrate 6 (for example, the growth temperature of first n-type nitride semiconductor layer 8 or second n-type nitride semiconductor layer 9). It is preferable that the temperature is lower than the growth temperature of the V pit generation layer 10, and it is more preferable that the temperature is the same (± 10 ° C.) as the growth temperature of the V pit generation layer 10. If the growth temperature of the superlattice layer 122 is equal to or lower than the growth temperature of the V pit generation layer 10, the size of the V pit 15 generated in the V pit generation layer 10 increases, so the defect rate due to ESD decreases. To do. In order to effectively obtain this effect, the growth temperature of the superlattice layer 122 is preferably 600 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and more preferably 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.

続いて、図5に示すステップS503において、発光層14を形成する。発光層14の形成方法は特に限定されず、MQW構造の形成方法として公知な方法を特に限定されることなく用いることができる。   Subsequently, in step S503 illustrated in FIG. 5, the light emitting layer 14 is formed. The formation method of the light emitting layer 14 is not specifically limited, A method well-known as a formation method of MQW structure can be used without being specifically limited.

続いて、図5に示すステップS504において、第1p型窒化物半導体層19を形成する。第1p型窒化物半導体層19の形成方法は特に限定されず、p型窒化物半導体層の形成方法として公知な方法を特に限定されることなく用いることができる。   Subsequently, in step S504 shown in FIG. 5, the first p-type nitride semiconductor layer 19 is formed. The formation method of the 1st p-type nitride semiconductor layer 19 is not specifically limited, A well-known method can be used without being specifically limited as a formation method of a p-type nitride semiconductor layer.

続いて、第1n型窒化物半導体層8の一部分が露出するように、第1p型窒化物半導体層19、発光層14、第3n型窒化物半導体層11、第2n型窒化物半導体層9および第1n型窒化物半導体層8の一部をエッチングする。このエッチングにより露出した第1n型窒化物半導体層8の上面上にn側電極21を形成する。また、p型窒化物半導体層18の上面上に透明電極23とp側電極25とを順に積層する。その後、透明電極23と上記エッチングによって露出した各層の側面とを覆うように、透明保護膜27を形成する。これにより、図1に示す窒化物半導体発光素子1が得られる。   Subsequently, the first p-type nitride semiconductor layer 19, the light emitting layer 14, the third n-type nitride semiconductor layer 11, the second n-type nitride semiconductor layer 9 and the first n-type nitride semiconductor layer 8 are exposed so that a part of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is exposed. A part of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is etched. An n-side electrode 21 is formed on the upper surface of the first n-type nitride semiconductor layer 8 exposed by this etching. Further, the transparent electrode 23 and the p-side electrode 25 are sequentially stacked on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 18. Then, the transparent protective film 27 is formed so that the transparent electrode 23 and the side surface of each layer exposed by the said etching may be covered. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is obtained.

本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、図7に示すように、基板3を除去するステップS505を備えていても良い。基板3を除去するタイミングは図7に示すタイミングに限定されず、たとえば下地基板6を準備するステップS501の後であれば良い。   The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to this embodiment may include step S505 of removing the substrate 3 as shown in FIG. The timing for removing the substrate 3 is not limited to the timing shown in FIG. 7 and may be after step S501 for preparing the base substrate 6, for example.

以上説明したように、図5、図6などに示す窒化物半導体発光素子1の製造方法は、成長面61を有する下地基板6を準備する工程S501を備える。下地基板6を準備する工程S501は、基板3上に第1n型窒化物半導体層8を形成する工程S511と、第1n型窒化物半導体層8上にn型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層8よりも低いn-層9Aを含む第2n型窒化物半導体層9を形成する工程S512とを有する。これにより、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子1を得ることができる。 As described above, the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 shown in FIGS. 5 and 6 includes the step S501 of preparing the base substrate 6 having the growth surface 61. The step S501 for preparing the base substrate 6 includes the step S511 for forming the first n-type nitride semiconductor layer 8 on the substrate 3, and the n-type dopant concentration on the first n-type nitride semiconductor layer 8 in the first n-type nitride. Forming a second n-type nitride semiconductor layer 9 including an n layer 9A lower than the semiconductor layer 8. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device 1 having a high light emission output can be obtained without being limited by the growth conditions.

成長面61を構成する半導体層はアンドープ層であることが好ましい。これにより、発光出力がさらに高い窒化物半導体発光素子1を得ることができる。成長面61を構成する半導体層はドープ層であっても良い。   The semiconductor layer constituting the growth surface 61 is preferably an undoped layer. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device 1 having higher light emission output can be obtained. The semiconductor layer constituting the growth surface 61 may be a doped layer.

第2n型窒化物半導体層9を形成する工程S512は、第1n型窒化物半導体層8側から、n-層9Aと、n型ドーパント濃度がn-層9Aよりも高いn+層9Bとを交互に積層する工程を含むことが好ましい。これにより、順方向電圧が低く逆バイアス印加時の漏洩電流が防止された窒化物半導体発光素子1を得ることができる。 In step S512 of forming the second n-type nitride semiconductor layer 9, the n layer 9A and the n + layer 9B having an n-type dopant concentration higher than the n layer 9A are formed from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side. It is preferable to include the process of laminating | stacking alternately. As a result, the nitride semiconductor light emitting device 1 having a low forward voltage and preventing a leakage current when a reverse bias is applied can be obtained.

+層9Bの厚さは、n-層9Aの厚さ以下であることが好ましい。これにより、ESD耐圧を向上させることができる。 The thickness of n + layer 9B is preferably equal to or less than the thickness of n layer 9A. Thereby, the ESD withstand voltage can be improved.

第1n型窒化物半導体層8側から数えて2つ目のn+層9Bの厚さは、50nm以上100nm以下であることが好ましい。第1n型窒化物半導体層8側から数えて3つ目のn+層9Bの厚さは、第1n型窒化物半導体層8側から数えて2つ目のn+層9Bの厚さ以下であることが好ましい。これにより、順方向電圧の低下と逆バイアス印加時の漏洩電流の発生の防止とESD耐圧の向上とを図りつつ第2n型窒化物半導体層9の厚さを薄くすることができる。 The thickness of the second n + layer 9B counted from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side is preferably 50 nm or more and 100 nm or less. The thickness of the third n + layer 9B counted from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side is equal to or less than the thickness of the second n + layer 9B counted from the first n-type nitride semiconductor layer 8 side. Preferably there is. As a result, the thickness of the second n-type nitride semiconductor layer 9 can be reduced while reducing the forward voltage, preventing the occurrence of leakage current when a reverse bias is applied, and improving the ESD withstand voltage.

第1n型窒化物半導体層8および第2n型窒化物半導体層9は、有機金属化学気相成長法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましい。これにより、結晶品質に優れた第1n型窒化物半導体層8または第2n型窒化物半導体層9を形成することができる。   The first n-type nitride semiconductor layer 8 and the second n-type nitride semiconductor layer 9 are preferably formed by metal organic chemical vapor deposition, hydride vapor deposition, or liquid phase growth. Thereby, the first n-type nitride semiconductor layer 8 or the second n-type nitride semiconductor layer 9 excellent in crystal quality can be formed.

本発明に係る窒化物半導体発光素子1は、上記本発明に係る窒化物半導体発光素子1の製造方法にしたがって製造されたものである。   The nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention is manufactured according to the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 1 according to the present invention.

本発明に係る窒化物半導体発光素子用下地基板6は、第1n型窒化物半導体層8と、第1n型窒化物半導体層8上に、n型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層8よりも低いn-層9Aを含む第2n型窒化物半導体層9とを備える。 The base substrate 6 for a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention has an n-type dopant concentration on the first n-type nitride semiconductor layer 8 and the first n-type nitride semiconductor layer 8. And a second n-type nitride semiconductor layer 9 including a lower n layer 9A.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
まず、100mm径のサファイア基板からなるウエハを準備した。ウエハの上面には、凸部3aと凹部3bとが交互に形成されてなる凹凸形状が形成されていた。
<Example 1>
First, a wafer made of a 100 mm diameter sapphire substrate was prepared. On the upper surface of the wafer, a concavo-convex shape in which convex portions 3a and concave portions 3b were alternately formed was formed.

ウエハに対する凹凸形状の形成方法を示す。まず、図4に示す凸部3aの平面配置が規定されたマスクをウエハ上に設けた。次に、このマスクを用いてウエハの上面をドライエッチングした。ドライエッチングされた部分が凹部3bとなり、よって、図4に示す平面配置を有する凹部3bがウエハの上面に形成された。これにより、凸部3aは、ウエアの上面のa(sub)軸方向(<11−20>方向)に配列されるとともに、ウエアの上面のa(sub)軸方向に対して+60°の傾きをなす方向とウエハの上面のa(sub)軸方向に対して−60°の傾きをなす方向(いずれもu方向)とにそれぞれ配置された。凸部3aは、ウエハの上面において、図4に破線で示した仮想三角形3tの頂点にそれぞれ配置され、仮想三角形3tの3辺のそれぞれの辺の方向に周期的に配置されていた。   The formation method of the uneven | corrugated shape with respect to a wafer is shown. First, a mask in which the planar arrangement of the convex portions 3a shown in FIG. 4 was defined was provided on the wafer. Next, the upper surface of the wafer was dry etched using this mask. The dry-etched portion became the recess 3b, and thus the recess 3b having the planar arrangement shown in FIG. 4 was formed on the upper surface of the wafer. Accordingly, the convex portions 3a are arranged in the a (sub) axis direction (<11-20> direction) of the upper surface of the wear, and have an inclination of + 60 ° with respect to the a (sub) axis direction of the upper surface of the wear. And a direction that forms an inclination of −60 ° with respect to the a (sub) axis direction on the upper surface of the wafer (both directions). The convex portions 3a are respectively arranged at the vertices of the virtual triangle 3t indicated by the broken line in FIG. 4 on the upper surface of the wafer, and are periodically arranged in the direction of each of the three sides of the virtual triangle 3t.

ウエハの上面における凸部3aの形状は円形であり、その円の直径は1.2μm程度であった。隣り合う凸部3aの頂点の間隔(図4に示す仮想三角形3tの1辺)は2μmであり、凸部3aの高さは0.6μm程度であった。凸部3aは図1に示す側面視形状を有し、その先端は丸みを帯びていた。凹部3bは図1に示す側面視形状を有していた。   The shape of the convex portion 3a on the upper surface of the wafer was circular, and the diameter of the circle was about 1.2 μm. The interval between the apexes of adjacent convex portions 3a (one side of the virtual triangle 3t shown in FIG. 4) was 2 μm, and the height of the convex portion 3a was about 0.6 μm. The convex part 3a had the side view shape shown in FIG. 1, and its tip was rounded. The recess 3b had a side view shape shown in FIG.

凸部3aおよび凹部3bの形成後、ウエハの上面をRCA洗浄した。RCA洗浄後のウエハをチャンバー内に入れ、そのチャンバ内にN2とO2とArとを導入し、チャンバ内のウエハを650℃に加熱した。N2とO2とArとの混合雰囲気下においてAlターゲットをスパッタリングするという反応性スパッタ法により、凸部3aおよび凹部3bが形成されたウエハの上面上にAlON結晶からなるバッファ層5(厚さ25nm)を形成した。形成されたバッファ層5は、ウエハの上面の法線方向に伸長する柱状結晶の集合体であって結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなっていた。 After forming the convex portions 3a and the concave portions 3b, the upper surface of the wafer was RCA cleaned. The wafer after RCA cleaning was placed in a chamber, N 2 , O 2, and Ar were introduced into the chamber, and the wafer in the chamber was heated to 650 ° C. A buffer layer 5 (thickness of AlON crystal) is formed on the upper surface of the wafer on which the convex portions 3a and the concave portions 3b are formed by a reactive sputtering method in which an Al target is sputtered in a mixed atmosphere of N 2 , O 2 and Ar. 25 nm). The formed buffer layer 5 was an aggregate of columnar crystals extending in the normal direction of the upper surface of the wafer, and an aggregate of columnar crystals with uniform crystal grains.

バッファ層5が形成されたウエハを第1MOCVD装置内に入れた。500Torrの圧力下、990℃の温度下で、アンドープGaNからなる第1下地層71をMOCVD法により結晶成長させた。また、200Torrの圧力下、1080℃の温度下で、アンドープGaNからなる第2下地層75をMOCVD法により結晶成長させた。下地層7の厚さは4μmであった。その後、1110℃の温度下で、Siドープn型GaNからなる第1n型窒化物半導体層8をMOCVD法により結晶成長させた。第1n型窒化物半導体層8の厚さは4.5μmであり、第1n型窒化物半導体層8のn型ドーパント濃度は1×1019cm-3であった。 The wafer on which the buffer layer 5 was formed was placed in the first MOCVD apparatus. The first underlayer 71 made of undoped GaN was grown by MOCVD at a pressure of 500 Torr and a temperature of 990 ° C. Further, the second underlayer 75 made of undoped GaN was grown by MOCVD at a pressure of 200 Torr and a temperature of 1080 ° C. The thickness of the underlayer 7 was 4 μm. Thereafter, the first n-type nitride semiconductor layer 8 made of Si-doped n-type GaN was grown by MOCVD at a temperature of 1110 ° C. The thickness of the first n-type nitride semiconductor layer 8 was 4.5 μm, and the n-type dopant concentration of the first n-type nitride semiconductor layer 8 was 1 × 10 19 cm −3 .

ウエハの温度を1110℃に保持した状態で、第2n型窒化物半導体層9を結晶成長させた。第1n型窒化物半導体層8上に、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、厚さ50nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、および、厚さ25nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))をこの順でMOCVD法により結晶成長させた。 The second n-type nitride semiconductor layer 9 was crystal-grown with the wafer temperature maintained at 1110 ° C. On the first n-type nitride semiconductor layer 8, an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm and a Si-doped n-type GaN layer (n + layer 9B (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 ) having a thickness of 50 nm are formed. cm −3 )), an undoped GaN layer having a thickness of 87 nm (n layer 9A), and a Si doped n-type GaN layer having a thickness of 25 nm (n + layer 9B (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 cm −3) )) Were grown in this order by MOCVD.

ウエハを第1MOCVD装置内から取り出して第2MOCVD装置内へ入れた。ウエハの温度を801℃としてから、厚さ25nmのSiドープGaN層(Vピット発生層10)をMOCVD法により結晶成長させた。結晶成長されたSiドープGaN層は第2n型窒化物半導体層9の最上層に接しており、そのn型ドーパント濃度は1×1019cm-3であった。 The wafer was taken out from the first MOCVD apparatus and placed in the second MOCVD apparatus. After the temperature of the wafer was set to 801 ° C., a Si-doped GaN layer (V pit generation layer 10) having a thickness of 25 nm was grown by MOCVD. The crystal-grown Si-doped GaN layer was in contact with the uppermost layer of the second n-type nitride semiconductor layer 9, and the n-type dopant concentration was 1 × 10 19 cm −3 .

ウエハの温度を801℃に保持した状態で、多層構造体121を結晶成長させた。厚さ7nmのSiドープInGaN層、厚さ30nmのSiドープGaN層、厚さ7nmのSiドープInGaN層、および、厚さ20nmのSiドープGaN層を2層ずつ交互に積層した。多層構造体121を構成する層のいずれにおいてもn型ドーパント濃度を7×1017cm-3とした。InGaN層のIn組成比を、次に成長させる超格子層122のナローバンドギャップ層122BのIn組成比と同じとした。 The multilayer structure 121 was crystal-grown with the wafer temperature maintained at 801 ° C. Two Si-doped InGaN layers having a thickness of 7 nm, Si-doped GaN layers having a thickness of 30 nm, Si-doped InGaN layers having a thickness of 7 nm, and two Si-doped GaN layers having a thickness of 20 nm were alternately stacked. In any of the layers constituting the multilayer structure 121, the n-type dopant concentration was 7 × 10 17 cm −3 . The In composition ratio of the InGaN layer was set to be the same as the In composition ratio of the narrow band gap layer 122B of the superlattice layer 122 to be grown next.

ウエハの温度を801℃に保持した状態で、超格子層122を結晶成長させた。SiドープGaNからなるワイドバンドギャップ層122AとSiドープInGaNからなるナローバンドギャップ層122Bとを交互に20周期成長させた。各ワイドバンドギャップ層122Aの厚さは1.55nmであった。各ナローバンドギャップ層122Bの厚さは1.55nmであった。各ワイドバンドギャップ層122Aのn型ドーパント濃度は、ワイドバンドギャップ層122Aのうち発光層14側に位置する5層においては1×1019cm-3であり、その5層よりも下地基板6側に位置する層においては0cm-3(アンドープ)であった。各ナローバンドギャップ層122Bのn型ドーパント濃度は、ナローバンドギャップ層122Bのうち発光層14側に位置する5層においては1×1019cm-3であり、その5層よりも下地基板6側に位置する層においては0cm-3(アンドープ)であった。発光層14の井戸層14Wがフォトルミネッセンスにより発する光の波長が448nmとなるようにTMI(トリメチルインジウム)の流量を調整したため、各ナローバンドギャップ層122Bの組成はInyGa1-yN(y=0.04)であった。 The superlattice layer 122 was crystal-grown with the wafer temperature maintained at 801 ° C. A wide band gap layer 122A made of Si-doped GaN and a narrow band gap layer 122B made of Si-doped InGaN were alternately grown for 20 periods. The thickness of each wide band gap layer 122A was 1.55 nm. Each narrow band gap layer 122B had a thickness of 1.55 nm. The n-type dopant concentration of each wide band gap layer 122A is 1 × 10 19 cm −3 in five layers located on the light emitting layer 14 side in the wide band gap layer 122A, and the base substrate 6 side than the five layers. In the layer located at 0, it was 0 cm −3 (undoped). The n-type dopant concentration of each narrow band gap layer 122B is 1 × 10 19 cm −3 in five layers of the narrow band gap layer 122B located on the light emitting layer 14 side, and is located closer to the base substrate 6 than the five layers. It was 0 cm < -3 > (undoped) in the layer to perform. Since the flow rate of TMI (trimethylindium) is adjusted so that the wavelength of light emitted from the well layer 14W of the light emitting layer 14 by photoluminescence is 448 nm, the composition of each narrow band gap layer 122B is In y Ga 1-y N (y = 0.04).

ウエハの温度を672℃に下げて、発光層14を結晶成長させた。バリア層14AとInGaNからなる井戸層14Wとを交互に結晶成長させて、井戸層14Wを8層結晶成長させた。各バリア層14Aの厚さは4.2nmであった。最初のバリア層14Azおよびバリア層14A7のn型ドーパント濃度は4.3×1018cm-3であり、その他のバリア層14A6、14A5、・・・、14A1はアンドープであった。 The temperature of the wafer was lowered to 672 ° C., and the light emitting layer 14 was crystal-grown. The barrier layers 14A and the well layers 14W made of InGaN were alternately grown to grow eight layers of well layers 14W. Each barrier layer 14A had a thickness of 4.2 nm. The n-type dopant concentration of the first barrier layer 14Az and the barrier layer 14A7 was 4.3 × 10 18 cm −3 , and the other barrier layers 14A6, 14A5,..., 14A1 were undoped.

ここで、最初のバリア層14Azの厚さは、バリア層14A7の厚さよりも厚くても良く、たとえば5.05nmであっても良い。これにより、超格子層122のうち最も発光層14側にナローバンドギャップ層122Bを形成することができ、超格子層122の組数に含まれないワイドバンドギャップ層122Aの作用を持たせることができる。最初のバリア層14Azのn型ドーパント濃度を、最初のバリア層14Azの上部(最初のバリア層14Azと井戸層14W8との界面から1.55nm離れた領域)において1×1019cm-3とし、最初のバリア層14Azの下部(最初のバリア層14Azの上部以外の部分)において4.3×1018cm-3としても良い。 Here, the thickness of the first barrier layer 14Az may be larger than the thickness of the barrier layer 14A7, and may be, for example, 5.05 nm. As a result, the narrow band gap layer 122B can be formed closest to the light emitting layer 14 in the superlattice layer 122, and the action of the wide band gap layer 122A not included in the number of superlattice layer 122 sets can be provided. . The n-type dopant concentration of the first barrier layer 14Az is set to 1 × 10 19 cm −3 on the upper portion of the first barrier layer 14Az (a region 1.55 nm away from the interface between the first barrier layer 14Az and the well layer 14W8), The lower portion of the first barrier layer 14Az (a portion other than the upper portion of the first barrier layer 14Az) may be 4.3 × 10 18 cm −3 .

バリア層14A7の下部(井戸層14W8とバリア層14A7との界面から3.5nm離れた領域)にのみn型ドーパントをドープし、バリア層14A7の上部(バリア層14A7の下部以外の部分)をアンドープとしてもよい。このように、バリア層14A7の上部をアンドープとすることにより、井戸層14W7の注入キャリアがn型にドープされたバリア層部分と直接接することを防止することができる。   The n-type dopant is doped only in the lower part of the barrier layer 14A7 (region 3.5 nm away from the interface between the well layer 14W8 and the barrier layer 14A7), and the upper part of the barrier layer 14A7 (the part other than the lower part of the barrier layer 14A7) is undoped. It is good. Thus, by making the upper part of the barrier layer 14A7 undoped, it is possible to prevent the injected carriers of the well layer 14W7 from being in direct contact with the n-type doped barrier layer part.

井戸層14Wは、キャリアガスとして窒素ガスを用いて結晶成長され、アンドープInxGa1-xN層(x=0.20)であった。各井戸層14Wの厚さは2.7nmであった。井戸層14Wがフォトルミネッセンスにより発する光の波長が448nmとなるようにTMIの流量を調整して、井戸層14WにおけるInの組成xを設定した。 The well layer 14W was crystal-grown using nitrogen gas as a carrier gas, and was an undoped In x Ga 1-x N layer (x = 0.20). The thickness of each well layer 14W was 2.7 nm. The flow rate of TMI was adjusted so that the wavelength of light emitted from the well layer 14W by photoluminescence was 448 nm, and the In composition x in the well layer 14W was set.

最上層の井戸層14W1の上に、アンドープのGaN層からなる最後のバリア層14A0(厚さ10nm)を結晶成長させた。   The last barrier layer 14A0 (thickness 10 nm) made of an undoped GaN layer was grown on the uppermost well layer 14W1.

ウエハ温度を1000℃に上げて、最後のバリア層14A0の上面上に、p型Al0.18Ga0.82N層(p型窒化物半導体層16)、p型GaN層(p型窒化物半導体層17)およびp型コンタクト層(p型窒化物半導体層18)を順に結晶成長させた。 The wafer temperature is raised to 1000 ° C., and a p-type Al 0.18 Ga 0.82 N layer (p-type nitride semiconductor layer 16) and a p-type GaN layer (p-type nitride semiconductor layer 17) are formed on the upper surface of the last barrier layer 14A0. And a p-type contact layer (p-type nitride semiconductor layer 18) were grown in order.

上述の各層の結晶成長では、Gaの原料ガスとしてはTMG(トリメチルガリウム)を用い、Alの原料ガスとしてはTMA(トリメチルアルミニウム)を用い、Inの原料ガスとしてはTMI(トリメチルインジウム)を用い、Nの原料ガスとしてはNH3を用いた。また、n型ドーパントであるSiの原料ガスとしてはSiH4を用い、p型ドーパントであるMgの原料ガスとしてはCp2Mgを用いた。しかし、原料ガスは上記ガスに限定されず、MOCVD用原料ガスとして用いられるガスであれば限定されることなく用いることができる。たとえば、Gaの原料ガスとしてTEG(トリエチルガリウム)を用いることができ、Alの原料ガスとしてTEA(トリエチルアルミニウム)を用いることができ、Inの原料ガスとしてTEI(トリエチルインジウム)を用いることができ、Nの原料ガスとしてDMHy(ジメチルヒドラジン)などの有機窒素化合物を用いることができ、Siの原料ガスとしてSi26または有機Siなどを用いることができる。 In the crystal growth of each layer described above, TMG (trimethylgallium) is used as the Ga source gas, TMA (trimethylaluminum) is used as the Al source gas, and TMI (trimethylindium) is used as the In source gas. NH 3 was used as the N source gas. Further, SiH 4 was used as a source gas for Si as an n-type dopant, and Cp 2 Mg was used as a source gas for Mg as a p-type dopant. However, the source gas is not limited to the above gas, and any gas that can be used as a MOCVD source gas can be used without limitation. For example, TEG (triethylgallium) can be used as a Ga source gas, TEA (triethylaluminum) can be used as an Al source gas, and TEI (triethylindium) can be used as an In source gas, An organic nitrogen compound such as DMHy (dimethylhydrazine) can be used as the N source gas, and Si 2 H 6 or organic Si can be used as the Si source gas.

ウエハを第2MOCVD装置内から取り出した。その後、第1n型窒化物半導体層8の一部分が露出するように、p型コンタクト層(p型窒化物半導体層18)、p型GaN層(p型窒化物半導体層17)、p型Al0.18Ga0.82N層(p型窒化物半導体層16)、発光層14、超格子層122、多層構造体121、SiドープGaN層(Vピット発生層10)、第2n型窒化物半導体層9および第1n型窒化物半導体層8をエッチングした。このエッチングにより露出した第1n型窒化物半導体層8の上面上に、Auからなるn側電極21を形成した。p型コンタクト層18の上面上に、ITOからなる透明電極23とAuからなるp側電極25とを順に形成した。透明電極23および上記エッチングによって露出した各層の側面を主に覆うように、SiO2からなる透明保護膜27を形成した。その後、ウエハを620×680μmサイズのチップに分割した。これにより、実施例1に係る窒化物半導体発光素子を得た。 The wafer was taken out from the second MOCVD apparatus. Thereafter, a p-type contact layer (p-type nitride semiconductor layer 18), a p-type GaN layer (p-type nitride semiconductor layer 17), and p-type Al 0.18 so that a part of the first n-type nitride semiconductor layer 8 is exposed. Ga 0.82 N layer (p-type nitride semiconductor layer 16), light emitting layer 14, superlattice layer 122, multilayer structure 121, Si-doped GaN layer (V pit generation layer 10), second n-type nitride semiconductor layer 9 and The 1n type nitride semiconductor layer 8 was etched. An n-side electrode 21 made of Au was formed on the upper surface of the first n-type nitride semiconductor layer 8 exposed by this etching. On the upper surface of the p-type contact layer 18, a transparent electrode 23 made of ITO and a p-side electrode 25 made of Au were formed in this order. A transparent protective film 27 made of SiO 2 was formed so as to mainly cover the transparent electrode 23 and the side surfaces of each layer exposed by the etching. Thereafter, the wafer was divided into 620 × 680 μm size chips. Thereby, the nitride semiconductor light emitting device according to Example 1 was obtained.

得られた窒化物半導体発光素子では、順方向電流120mAにおいて、発光波長が448nmであり、発光出力が170mWであり、順方向電圧が3.1Vであった。また、逆方向電圧5Vを印加したとき、漏洩電流は0.0mAであった。   In the obtained nitride semiconductor light emitting device, at a forward current of 120 mA, the emission wavelength was 448 nm, the emission output was 170 mW, and the forward voltage was 3.1V. Further, when a reverse voltage of 5 V was applied, the leakage current was 0.0 mA.

<実施例2>
以下に示す第2n型窒化物半導体層9を結晶成長させたことを除いては上記実施例1に記載の方法にしたがって、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第1n型窒化物半導体層8上に、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、厚さ50nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))、および、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)をこの順でMOCVD法により結晶成長させた。
<Example 2>
A nitride semiconductor light emitting device of this example was obtained according to the method described in Example 1 except that the second n-type nitride semiconductor layer 9 shown below was crystal-grown. On the first n-type nitride semiconductor layer 8, an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm and a Si-doped n-type GaN layer (n + layer 9B (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 ) having a thickness of 50 nm are formed. cm −3 )) and an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm were grown in this order by MOCVD.

<実施例3>
以下に示す第2n型窒化物半導体層9を結晶成長させたことを除いては上記実施例1に記載の方法にしたがって、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第1n型窒化物半導体層8上に、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、および、厚さ50nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))をこの順でMOCVD法により結晶成長させた。
<Example 3>
A nitride semiconductor light emitting device of this example was obtained according to the method described in Example 1 except that the second n-type nitride semiconductor layer 9 shown below was crystal-grown. On the first n-type nitride semiconductor layer 8, an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm and a Si-doped n-type GaN layer (n + layer 9B having a thickness of 50 nm (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 cm −3 )) were grown in this order by MOCVD.

<実施例4>
以下に示す第2n型窒化物半導体層9を結晶成長させたことを除いては上記実施例1に記載の方法にしたがって、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第1n型窒化物半導体層8上に、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)をMOCVD法により結晶成長させた。
<Example 4>
A nitride semiconductor light emitting device of this example was obtained according to the method described in Example 1 except that the second n-type nitride semiconductor layer 9 shown below was crystal-grown. On the first n-type nitride semiconductor layer 8, an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm was grown by MOCVD.

<比較例1>
比較例1では、第1n型窒化物半導体層8からなる下地基板上に、第2MOCVD装置内において第2n型窒化物半導体層9以降の窒化物半導体層を結晶成長させた。具体的には、凹凸形状が形成されたサファイア基板上に、バッファ層5、厚さ4.0μmの下地層、および、厚さ3.0μmのSiドープn型GaN層(第1n型窒化物半導体層8)をMOCVD法により結晶成長させた。これにより、下地基板を得た。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, the nitride semiconductor layers after the second n-type nitride semiconductor layer 9 were grown on the base substrate made of the first n-type nitride semiconductor layer 8 in the second MOCVD apparatus. Specifically, on the sapphire substrate on which the concavo-convex shape is formed, the buffer layer 5, the base layer having a thickness of 4.0 μm, and the Si-doped n-type GaN layer having a thickness of 3.0 μm (first n-type nitride semiconductor) Layer 8) was crystal grown by MOCVD. Thereby, a base substrate was obtained.

次に、第2MOCVD装置内において、サファイア基板の温度を1110℃にした状態で、厚さ1.5μmのSiドープGaN層、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、厚さ50nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))、厚さ87nmのアンドープGaN層(n-層9A)、および、厚さ25nmのSiドープn型GaN層(n+層9B(n型ドーパント濃度:1×1019cm-3))をこの順でMOCVD法により結晶成長させた。その後、第2MOCVD装置内において、サファイア基板の温度を801℃にしてから、上記実施例1と同様の方法にしたがって窒化物半導体発光素子を製造した。 Next, in the second MOCVD apparatus, in a state where the temperature of the sapphire substrate is 1110 ° C., a Si-doped GaN layer having a thickness of 1.5 μm, an undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm, and a thickness of 50 nm. Si-doped n-type GaN layer (n + layer 9B (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 cm −3 )), undoped GaN layer (n layer 9A) having a thickness of 87 nm, and Si-doped n having a thickness of 25 nm A type GaN layer (n + layer 9B (n-type dopant concentration: 1 × 10 19 cm −3 )) was grown in this order by MOCVD. Thereafter, in the second MOCVD apparatus, the temperature of the sapphire substrate was set to 801 ° C., and then a nitride semiconductor light emitting device was manufactured according to the same method as in Example 1.

実施例1〜4では、比較例1に比べて、ESD不良、VF不良およびIR不良を合わせたリーク系の不良が10%程度、低減した。   In Examples 1 to 4, as compared with Comparative Example 1, the leakage-related defects including ESD defects, VF defects, and IR defects were reduced by about 10%.

順方向電圧は、実施例1〜4のうち実施例4において最も高く、実施例3、実施例2および実施例1の順に低くなった。逆バイアス印加時の漏洩電流は、実施例1〜4のうち実施例4において最も多く、実施例3、実施例2および実施例1の順に少なくなった。これらの理由として次に示すことが考えられる。実施例4では第2n型窒化物半導体層9がn-層9Aのみからなるのに対し、実施例3では第2n型窒化物半導体層がn-層9Aとn+層9Bとで構成され、実施例2では第2n型窒化物半導体層9がn-層9Aとn+層9Bとn-層9Aとで構成され、実施例1では第2n型窒化物半導体層9がn-層9Aとn+層9Bとn-層9Aとn+層9Bとで構成されている。 The forward voltage was highest in Example 4 among Examples 1 to 4, and decreased in the order of Example 3, Example 2, and Example 1. The leakage current during reverse bias application was highest in Example 4 among Examples 1 to 4, and decreased in the order of Example 3, Example 2, and Example 1. The following can be considered as these reasons. In Example 4, the second n-type nitride semiconductor layer 9 is composed only of the n layer 9A, whereas in Example 3, the second n-type nitride semiconductor layer is composed of the n layer 9A and the n + layer 9B. In the second embodiment, the second n-type nitride semiconductor layer 9 includes an n layer 9A, an n + layer 9B, and an n layer 9A. In the first embodiment, the second n-type nitride semiconductor layer 9 includes the n layer 9A. The n + layer 9B, the n layer 9A, and the n + layer 9B are configured.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 窒化物半導体発光素子、3 基板、3a 凸部、3b 凹部、3t 仮想三角形、5 バッファ層、6 下地基板(窒化物半導体発光素子用下地基板)、7 下地層、8 第1n型窒化物半導体層、9 第2n型窒化物半導体層、9A n-層、9B n+層、10 Vピット発生層、11 第3n型窒化物半導体層、14 発光層、15 Vピット、16,17,18 p型窒化物半導体層、19 第1p型窒化物半導体層、21 n側電極、23 透明電極、25 p側電極、27 透明保護膜、30 メサ部、61 成長面、71 第1下地層、71a 斜めファセット面、71b 上面、75 第2下地層、75b 上面、121 多層構造体、122 超格子層、122A ワイドバンドギャップ層、122B ナローバンドギャップ層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitride semiconductor light-emitting device, 3 board | substrate, 3a convex part, 3b recessed part, 3t virtual triangle, 5 buffer layer, 6 ground substrate (ground substrate for nitride semiconductor light-emitting devices), 7 ground layer, 8 1st n-type nitride semiconductor Layer, 9 second n-type nitride semiconductor layer, 9A n layer, 9B n + layer, 10 V pit generation layer, 11 third n type nitride semiconductor layer, 14 light emitting layer, 15 V pit, 16, 17, 18 p Type nitride semiconductor layer, 19 first p-type nitride semiconductor layer, 21 n-side electrode, 23 transparent electrode, 25 p-side electrode, 27 transparent protective film, 30 mesa portion, 61 growth surface, 71 first underlayer, 71a diagonally Facet surface, 71b upper surface, 75 second underlayer, 75b upper surface, 121 multilayer structure, 122 superlattice layer, 122A wide band gap layer, 122B narrow band gap layer.

Claims (3)

成長面を有する下地基板を準備する工程を備え、
前記下地基板を準備する工程は、
基板上に、第1n型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1n型窒化物半導体層上に、n型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層よりも低いn-層を含む第2n型窒化物半導体層を形成する工程とを有し、
前記第2n型窒化物半導体層を形成する工程は、前記第1n型窒化物半導体層側から、前記n - 層と、n型ドーパント濃度が前記n - 層よりも高いn + 層とを交互に積層する工程を含み、
前記n - 層のそれぞれの厚さは、50nm以上100nm以下であり、前記n + 層のそれぞれの厚さは、10nm以上100nm以下であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さは、前記第1n型窒化物半導体層側から数えて1つ目のn + 層の厚さ未満であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さは、50nm以上100nm以下であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて3つ目のn + 層の厚さは、前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さ以下である、窒化物半導体発光素子の製造方法。
Preparing a base substrate having a growth surface;
The step of preparing the base substrate includes
Forming a first n-type nitride semiconductor layer on the substrate;
The second 1n-type nitride semiconductor layer, n-type dopant concentration is lower n than the first 1n-type nitride semiconductor layer - have a forming a second 2n-type nitride semiconductor layer including layers,
In the step of forming the second n-type nitride semiconductor layer, the n layer and the n + layer having an n-type dopant concentration higher than the n layer are alternately formed from the first n-type nitride semiconductor layer side. Including the step of laminating,
Each of the n layers has a thickness of 50 nm to 100 nm, and each of the n + layers has a thickness of 10 nm to 100 nm,
The thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is less than the thickness of the first n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side ,
The thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is 50 nm or more and 100 nm or less,
The thickness of the third n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is equal to or less than the thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side . A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.
前記n+層の厚さは、前記n-層の厚さ以下である、請求項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 The thickness of the n + layer, the n - is less than the thickness of the layer, the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to claim 1. 第1n型窒化物半導体層と、
前記第1n型窒化物半導体層上に、n型ドーパント濃度が当該第1n型窒化物半導体層よりも低いn-層を含む第2n型窒化物半導体層とを備え、
前記第2n型窒化物半導体層は、前記第1n型窒化物半導体層側から、前記n - 層と、n型ドーパント濃度が前記n - 層よりも高いn + 層とが交互に積層されており、
前記n - 層のそれぞれの厚さは、50nm以上100nm以下であり、前記n + 層のそれぞれの厚さは、10nm以上100nm以下であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さは、前記第1n型窒化物半導体層側から数えて1つ目のn + 層の厚さ未満であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さは、50nm以上100nm以下であり、
前記第1n型窒化物半導体層側から数えて3つ目のn + 層の厚さは、前記第1n型窒化物半導体層側から数えて2つ目のn + 層の厚さ以下である、窒化物半導体発光素子用下地基板。
A first n-type nitride semiconductor layer;
A second n-type nitride semiconductor layer including an n layer having an n-type dopant concentration lower than that of the first n-type nitride semiconductor layer on the first n-type nitride semiconductor layer;
In the second n-type nitride semiconductor layer, the n layer and the n + layer having an n-type dopant concentration higher than the n layer are alternately stacked from the first n-type nitride semiconductor layer side. ,
Each of the n layers has a thickness of 50 nm to 100 nm, and each of the n + layers has a thickness of 10 nm to 100 nm,
The thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is less than the thickness of the first n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side ,
The thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is 50 nm or more and 100 nm or less,
The thickness of the third n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side is equal to or less than the thickness of the second n + layer counted from the first n-type nitride semiconductor layer side . A base substrate for a nitride semiconductor light emitting device.
JP2013179577A 2013-08-30 2013-08-30 Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device Expired - Fee Related JP6124740B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013179577A JP6124740B2 (en) 2013-08-30 2013-08-30 Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013179577A JP6124740B2 (en) 2013-08-30 2013-08-30 Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015050247A JP2015050247A (en) 2015-03-16
JP6124740B2 true JP6124740B2 (en) 2017-05-10

Family

ID=52700044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013179577A Expired - Fee Related JP6124740B2 (en) 2013-08-30 2013-08-30 Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6124740B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102377550B1 (en) * 2017-05-19 2022-03-23 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 Semiconductor device and semiconductor device package including the same
JP6798452B2 (en) * 2017-08-23 2020-12-09 豊田合成株式会社 Method for manufacturing group III nitride semiconductor light emitting device
CN116314507B (en) * 2023-05-19 2023-07-28 江西兆驰半导体有限公司 Light-emitting diode epitaxial wafer, preparation method thereof and light-emitting diode

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4815732B2 (en) * 1998-12-08 2011-11-16 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor device
JP5145617B2 (en) * 2000-07-03 2013-02-20 日亜化学工業株式会社 N-type nitride semiconductor laminate and semiconductor device using the same
JP2006114886A (en) * 2004-09-14 2006-04-27 Showa Denko Kk N-type group iii nitride semiconductor lamination structure
JP4770580B2 (en) * 2006-05-15 2011-09-14 三菱化学株式会社 Method of manufacturing nitride semiconductor device
JP5310604B2 (en) * 2010-03-05 2013-10-09 豊田合成株式会社 Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor light emitting device, lamp, electronic device, and mechanical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015050247A (en) 2015-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5908979B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5050574B2 (en) Group III nitride semiconductor light emitting device
JP5130433B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP5521981B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP5084837B2 (en) Deep ultraviolet light emitting device and method for manufacturing the same
JP6306200B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP5955226B2 (en) Nitride semiconductor structure, nitride semiconductor light emitting device, nitride semiconductor transistor device, method for manufacturing nitride semiconductor structure, and method for manufacturing nitride semiconductor device
WO2014178248A1 (en) Nitride semiconductor light-emitting element
KR20100093872A (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
JP6227134B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
WO2014061692A1 (en) Nitride semiconductor light emitting element
JP5401145B2 (en) Method for producing group III nitride laminate
KR100661960B1 (en) Light emitting diode and manufacturing method thereof
JP2007036174A (en) Gallium nitride-based light emitting diode
JP6124740B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device manufacturing method, nitride semiconductor light emitting device, and base substrate for nitride semiconductor light emitting device
JP2010272593A (en) Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method of the same
TWI567877B (en) Manufacturing method of nitride semiconductor device
TWI545798B (en) Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
CN110050330B (en) Group III nitride semiconductor
TW202107734A (en) Light-emitting diode and fabrication method thereof
JP6482388B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2008227103A (en) GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT
JP5898656B2 (en) Group III nitride semiconductor device
JP2019197857A (en) Light-emitting diode element and manufacturing method for light-emitting diode element
US9508895B2 (en) Group III nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160331

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170301

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: 20170314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170404

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6124740

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees