JP6156681B2 - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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本発明の窒化物半導体発光素子1の構造につき、図2を参照して説明する。図2は窒化物半導体発光素子1の概略断面図である。なお、以下では、「LED素子1」と略記する。
支持基板2は、サファイア基板で構成される。なお、サファイアの他、Si、SiC、AlN、AlGaN、GaN、YAGなどで構成しても構わない。
アンドープ層3は、GaNにて形成される。より具体的には、GaNよりなる低温バッファ層と、その上層にGaNよりなる下地層によって形成される。
n型窒化物半導体層4は、不純物として含有されるCの濃度が1×1017/cm3以下となるように形成されたAlnGa1−nN(0<n≦1)によって構成される。この含有C濃度の低下方法については後述される。
発光層5は、例えばGaInNからなる井戸層とAlGaNからなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する半導体層(AlGaInN発光層)で形成される。これらの層はアンドープでもp型又はn型にドープされていても構わない。
p型窒化物半導体層6は、AlmGa1−mN(0<m≦1)によって構成される。なお、p型窒化物半導体層6は、n型窒化物半導体層4とは異なり、不純物として含有されるCの濃度が1×1017/cm3を上回っていても構わない。この点についても後述される。
次に、図2に示したLED素子1の製造プロセスにつき説明する。なお、この製造プロセスはあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
支持基板2としてのサファイア基板を準備し、c面サファイア基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の処理炉内にc面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が10slmの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば1150℃に昇温することにより行われる。
次に、c面サファイア基板の表面に、GaNよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にGaNよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層3に対応する。
次に、アンドープ層3の上層にAlnGa1−nN(0<n≦1)の組成からなるn型窒化物半導体層4を形成する。
次に、n型窒化物半導体層4の上層にAlGaInNで構成される多重量子井戸構造を有する発光層5を形成する。
次に、発光層5の上層に、AlmGa1−mN(0≦m<1)で構成されるp型半導体層6を形成する。
p型窒化物半導体層6の形成後、TMAの供給を停止すると共に、ビスシクロペンタジエニルの流量を0.2μmol/minに変更して原料ガスを20秒間供給する。これにより、厚みが5nmのp型GaNよりなる高濃度p型GaN層が形成される。
以下、実施例を参照して説明する。
・実施例2: V/III比を2000として作成。n型窒化物半導体層4の含有C濃度は1×1017/cm3
・比較例1: V/III比を1000として作成。n型窒化物半導体層4の含有C濃度は5×1017/cm3
図2に示すLED素子1は、支持基板2及びアンドープ層3を有するものとしたが、これらを剥離した構成(図5参照)としても構わない。この場合においても、図3及び図4を参照して上述したものと同様の効果が得られた。
2 : 支持基板
3 : アンドープ層
4 : n型窒化物半導体層
5 : 発光層
6 : p型窒化物半導体層
51,52,53,54,55 : LED素子
Claims (6)
- n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層の間に発光層を有する窒化物半導体発光素子であって、
前記n型窒化物半導体層は、AlnGa1−nN(0<n≦1)を含み、含有されるC濃度が5×10 16 /cm3以下であり、
前記p型窒化物半導体層に含有されるp型不純物の濃度が、前記n型窒化物半導体層に含有されるC濃度よりも高く、
主たる発光波長が375nm以下の紫外光発光素子であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記窒化物半導体発光素子がLED素子であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
- 黄色の可視光波長の発光強度が、前記主たる発光波長の発光強度に対して強度比が0.1%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体発光素子。
- サファイア基板を有し、
前記n型窒化物半導体層、前記p型窒化物半導体層、及び前記発光層は、前記サファイア基板のC面上に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記窒化物半導体発光素子は、主たる発光波長が375nm以下の紫外光発光素子であり、
サファイア基板を準備する工程(a)と、
前記サファイア基板のC面上に、n型窒化物半導体層と、発光層と、p型窒化物半導体層とを形成する工程(b)とを有し、
前記工程(b)において、
前記n型窒化物半導体層は、AlnGa1−nN(0<n≦1)を含み、含有されるC濃度が5×10 16 /cm3以下であり、
前記p型窒化物半導体層に含有されるp型不純物の濃度が、前記n型窒化物半導体層に含有されるC濃度よりも高いことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記工程(b)において、V族の材料と、III族の材料の流量比であるV/III比を2000以上に設定した状況で前記n型窒化物半導体層を成長させることを特徴とする請求項5に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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