JP6188866B2 - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体発光素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6188866B2 JP6188866B2 JP2016100650A JP2016100650A JP6188866B2 JP 6188866 B2 JP6188866 B2 JP 6188866B2 JP 2016100650 A JP2016100650 A JP 2016100650A JP 2016100650 A JP2016100650 A JP 2016100650A JP 6188866 B2 JP6188866 B2 JP 6188866B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- nitride semiconductor
- light emitting
- pit
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
なお、以下では、「バリア層」は、井戸層に挟まれた層を指し、井戸層に挟まれていない層は、「最初のバリア層」または「最後のバリア層」という形で井戸層に挟まれた層とは表記を変えている。
図1および図2は、それぞれ、本発明の実施形態1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2に示すI−I線における断面図が図1に相当する。また、図3は、図1に示された窒化物半導体発光素子1におけるn型窒化物半導体層9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に示す層の上下方向であり、図3の横軸のEgは各組成におけるバンドギャップの大きさを模式的に表している。また、図3では、n型ドーピングを行なう層には斜線を塗っている。
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1は、基板3の上面上に、バッファ層5と、下地層7と、n型窒化物半導体層8、9と、Vピット発生層10と、Vピット発生層10とMQW発光層14との間に位置する中間層である超格子層12と、MQW発光層14と、p型窒化物半導体層16,17,18とがこの順に積層されてメサ部30が構成されている。メサ部30の外側においては、n型窒化物半導体層9の上面の一部分がVピット発生層10および超格子層12などに覆われずに露出しており、その露出部分の上には、n側電極21が設けられている。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。窒化物半導体発光素子1のほぼ上面全体には、p側電極25およびn側電極21が露出するように、透明保護膜27が設けられている。なお、窒化物半導体発光素子においては、断面の超高倍率STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)観察においてVピットが必然的に発生することが認められるが、本実施形態においてはVピット発生層10を挿入することによってVピット15を後述するようにコントロールしている。
基板3は、たとえば、サファイアのような絶縁性基板であっても良いし、GaN、SiC、またはZnOなどのような導電性基板であっても良い。成長時の基板3の厚さは例えば900μm〜1200μmであり、窒化物半導体発光素子1の基板3の厚さは120μmとしたが、特に限定されず、例えば50μm以上300μm以下であれば良い。基板3の上面は、平坦であっても良いし、図1に示すように凸部3Aおよび凹部3Bからなる凹凸形状を有していても良い。
バッファ層5は、たとえばAls0GatoN(0≦s0≦1、0≦t0≦1、s0+t0≠0)層であれば良く、好ましくはAlN層あるいはGaN層である。ただし、Nのごく一部(0.5〜2%)を酸素に置き換えても良い。これにより、基板3の成長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。
下地層7は、たとえばAls1Gat1Inu1N(0≦s1≦1、0≦t1≦1、0≦u1≦1、s1+t1+u1≠0)層であれば良く、好ましくはAls1Gat1N(0≦s1≦1、0≦t1≦1、s1+t1≠0)層であり、より好ましくはGaN層である。これにより、バッファ層5中に存在する結晶欠陥(たとえば転位など)がバッファ層5と下地層7との界面付近でループされ易くなり、よって、その結晶欠陥がバッファ層5から下地層7へ引き継がれることを防止できる。
n型窒化物半導体層8及び9は、たとえばAls2Gat2Inu2N(0≦s2≦1、0≦t2≦1、0≦u2≦1、s2+t2+u2≒1)層にn型不純物がドーピングされた層であれば良く、好ましくは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型不純物がドーピングされた層である。
Vピット発生層10は、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MQW発光層14)よりもn型窒化物半導体層9側に位置する層(本実施形態では超格子層12)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。ここで、Vピット15の始点とは、Vピット15の底部を意味し、後述の図6(c)に示す「VS」である。また、Vピット15の始点の平均的な位置とは、MQW発光層14に形成されたVピット15の始点を窒化物半導体発光素子の厚み方向で平均化して得られた位置を意味している。
Vピット発生層10とMQW発光層14の間には中間層が設けられており、本実施形態においては中間層は超格子層12である。
MQW発光層14には、部分的にVピット15が形成されている。ここで、部分的にVピット15が形成されているとは、MQW発光層14の上面においてVピット15がAFMで点状に観察され、Vピットで覆われつくされていないことを意味する。なお、Vピット15の数密度は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MQW発光層にはVピットが形成されるが、この場合には、MQW発光層の上面におけるVピット数の密度は1×108cm-2未満程度である。
各バリア層14A(図3に示す14A1〜14A7)および最初のバリア層14A’におけるn型ドーピング濃度は、特に限定されない。また、複数のバリア層14Aのうち、下側のバリア層14Aにはn型ドーピングを行ない、上側のバリア層14Aにはそれよりも低い濃度のn型ドーピングを行なうかアンドープとすることが好ましい。各バリア層14A(図3に示す14A1〜14A7)、最初のバリア層14A’、および最後のバリア層14A0には、意図的なn型ドーピングを行なうこともあり、またはp型窒化物半導体層16、p型窒化物半導体層17、およびp型窒化物半導体層18の成長時の熱拡散によりp型ドーパントが含まれることがある。
図1に示した構成では、p型窒化物半導体層をp型AlGaN層16、p型GaN層17、および高濃度p型GaN層18の3層構造としているが、この構成は一例であって、一般にp型窒化物半導体層16,17,18は、たとえばAls4Gat4Inu4N(0≦s4≦1、0≦t4≦1、0≦u4≦1、s4+t4+u4≠0)層にp型ドーパントがドーピングされた層であれば良く、好ましくはAls4Ga1-s4N(0<s4≦0.4、好ましくは0.1≦s4≦0.3)層にp型ドーパントをドーピングした層である。
p型窒化物半導体層17,18におけるキャリア濃度は、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17,18におけるp型ドーピング濃度(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MQW発光層14に近いp型窒化物半導体層16におけるp型ドーピング濃度はこれより低くてもよい。
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。n側電極21およびp側電極25は図2ではパッド電極部分のみで構成されているが、電流拡散を目的とする細長い突出部(枝電極)が接続されていてもよい。また、p側電極25の下部において電流の注入を止めるための絶縁層を設けても良く、それによりp側電極25に遮蔽される発光の量が減少する。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構成されていれば良く、ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると1μm程度の厚さを有していれば良い。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構成されていれば良く、1μm程度の厚さを有していれば良い。n側電極21とp側電極25は同一の組成であってもよい。透明電極23は、たとえばITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)などの透明導電膜からなれば良く、20nm以上200nm以下の厚さを有していれば良い。
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子1では、後述の図6(c)に示すVピットPに示すように、大部分のVピットの始点VSがMQW発光層14内に存在しないように構成されている。つまり、図6(a)に示すVピット径の分布から推定されるVピットの始点位置は図6(b)に示す分布Pを有しており、これにより過半数のVピット15の始点が超格子層12内に存在していると考えられる。Vピット15は貫通転位TDに起因して発生すると考えられるため、貫通転位TDの多くはVピット15の内側にあると考えられる。これにより、MQW発光層14に注入された電子およびホールはVピット15の内側に達することが抑制される。よって、電子およびホールが貫通転位TDに捕獲されたために非発光再結合を起こすということが抑制されると推定される。したがって、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。
ここで、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まらない。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るものであり、電流が注入されていない状態のキャリア濃度のことを指しており、イオン化した不純物、ドナー化した結晶欠陥、または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。
基板3の上に、バッファ層5、下地層7、n型窒化物半導体層8、n型窒化物半導体層9、Vピット発生層10、超格子層12、MQW発光層14、p型窒化物半導体層16、p型窒化物半導体層17、およびp型窒化物半導体層18を順に形成する。それから、n型窒化物半導体層9の一部分が露出するように、p型窒化物半導体層18、p型窒化物半導体層17、p型窒化物半導体層16、MQW発光層14、超格子層12、Vピット発生層10、およびn型窒化物半導体層9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n型窒化物半導体層9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、および上記エッチングによって露出した各層の側面を覆うように、透明保護膜27を形成する。各層の組成および膜厚などは、上記<窒化物半導体発光素子の構成>で示した通りである。
一例としては、n型窒化物半導体層9よりも低い温度でVピット発生層10を成長するという方法が挙げられる。具体的には、成長温度の下げ幅を50℃以上とすることが好ましく、100℃以上とすることがより好ましい。別の言い方をすると、Vピット発生層10の成長温度を920℃以下とすることが好ましく、860℃以下とすることがより好ましく、820℃以下とすることがさらに好ましい。また、成長温度は600℃以上、より好ましくは700℃以上とすることが好ましい。これにより、Vピット発生層10のVピット形成効果が増大し、MQW発光層14にVピット15が形成されることとなる。
以下、実施例1に係る窒化物半導体発光素子1と、その検討用に作成したVピット評価構造とを製造工程に沿って記載する。Vピット評価構造と実施例1との製造条件は若干異なる点があるが、以下では窒化物半導体発光素子1の製造条件を代表して記している。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体発光素子50の概略断面図である。以下では、上記第1の実施形態とは異なる点を主に示す。
上記実施例1に示す方法にしたがってn型窒化物半導体層9を作製してから下部超格子層51を作製した。実施例2−1、実施例2−2および比較例2では、In原料であるTMIの流量を変更しなかったが、実施例2−1では、755℃で下部超格子層51を作製し、実施例2−2では、705℃で下部超格子層51を作製し、比較例2では、835℃で下部超格子層51を作製した。これにより、ナローバンドギャップ層のIn組成yは、実施例2−1においては0.24、実施例2−2においては0.36、比較例2においては0.04となった。なお、yの値としては、Vピット15を発生させるという以外に発光波長の光吸収が少ないという観点もある。その意味では、発光波長が440nm以上460nm以下の場合においては、上記yは、0.02以上0.2以下が好ましく、0.05以上0.15以下がより好ましいと考えられる。
図8は、本発明の第3の実施形態に係る窒化物半導体発光素子100の概略断面図である。以下では、上記第1の実施形態とは異なる点を主に示す。
上記実施例1に示す方法にしたがってVピット発生層10を作製してから、n型GaNからなるワイドバンドギャップ層(厚さ1.75nm)とn型InGaNからなるナローバンドギャップ層(厚さ1.75nm)とを積層(10周期)した。これにより、全層厚が35nmである超格子層112を得た。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る窒化物半導体発光素子200の概略断面図である。以下では、上記第1の実施形態とは異なる点を主に示す。
基板3の上に、バッファ層5、下地層7、n型窒化物半導体層8、およびn型窒化物半導体層209を順に形成してから、n型窒化物半導体層209を作製するための原料ガスの供給を停止する。これにより、n型窒化物半導体層209の成長が止まる。
上記実施例1で記した方法にしたがってn型窒化物半導体層8を作製してから、ウエハの温度を1050℃(放射温度計測定値)に設定してn型窒化物半導体層209を成長した。n型窒化物半導体層209はドーピング濃度が6.5×1018cm-3のn型GaNからなり、その厚さは1.5μmであった。ここで、キャリアガスとしてはN2:H2=42%:58%(体積比)を用いた。
Claims (8)
- 凹凸加工が上面に施されたサファイア基板上に成長したn型窒化物半導体層と、Vピット発生層と、中間層と、多重量子井戸発光層と、p型窒化物半導体層とを少なくともこの順で設ける窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記n型窒化物半導体層と前記中間層との間に、前記n型窒化物半導体層と接して前記n型窒化物半導体層よりも有意に低い920℃以下の温度で、且つ、5×10 18 cm -3 以上であり、n型窒化物半導体層よりも高いn型ドーピング濃度で厚さが5nm以上の前記Vピット発生層を形成する工程と、
前記Vピット発生層と多重量子井戸発光層との間に、Vピットの始点を有し超格子構造からなる前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、Vピットが前記多重量子井戸発光層内に部分的に形成された前記多重量子井戸発光層を形成する工程とを備え、
前記Vピットは、前記Vピット発生層を挿入することによってVピットの始点の平均的な位置が前記中間層内に位置するようにコントロールして形成されている、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 凹凸加工が上面に施されたサファイア基板上に成長したn型窒化物半導体層と、Vピット発生層と、中間層と、多重量子井戸発光層と、p型窒化物半導体層とを少なくともこの順で設ける窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記n型窒化物半導体層と前記中間層との間に、前記n型窒化物半導体層と接して前記n型窒化物半導体層よりも有意に低い920℃以下の温度で、且つ、5×10 18 cm -3 以上であり、n型窒化物半導体層よりも高いn型ドーピング濃度で厚さが5nm以上の前記Vピット発生層を形成する工程と、
前記Vピット発生層と多重量子井戸発光層との間に、超格子構造からなる前記中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、下部バリア層と該下部バリア層よりもバンドギャップの小さい下部井戸層とを交互に積層し、且つ少なくとも前記下部バリア層にn型不純物をドーピングして、下部多重量子井戸発光層を形成する工程と、
前記下部多重量子井戸発光層の上に、上部バリア層と該上部バリア層よりもバンドギャップの小さい上部井戸層とを交互に積層して、平均的なn型ドーピング濃度が前記下部多重量子井戸発光層よりも低い上部多重量子井戸発光層を形成する工程とを有し、
前記Vピット発生層の形成により、Vピットが前記多重量子井戸発光層内に部分的に形成され、且つ前記Vピットの始点の平均的な位置が前記中間層内または前記下部多重量子井戸発光層内に位置する、窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記上部多重量子井戸発光層を形成する工程は、前記上部バリア層の層数が4以上となるように前記上部多重量子井戸発光層を形成するというものである、請求項2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記Vピット発生層を形成する工程は、前記Vピット発生層におけるn型ドーピング濃度が、前記n型窒化物半導体層の最上面におけるn型ドーピング濃度の1.1倍以上で前記Vピット発生層を形成するというものである、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の製造方法。
- 前記Vピット発生層を形成する工程は、前記Vピット発生層におけるIn組成比が、前記n型窒化物半導体層の最上面におけるIn組成比よりも高い前記Vピット発生層を形成するというものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記Vピット発生層を形成する工程は、n型不純物を含み、前記Vピット発生層の組成が、InxGa1−xN(0.1≦x≦0.2)で前記Vピット発生層を形成するというものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記中間層を形成する工程は、厚さが40nm以上100nm以下である前記中間層を形成するというものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記中間層を形成する工程は、ワイドバンドギャップ層と前記ワイドバンドギャップ層よりもバンドギャップエネルギーの小さいナローバンドギャップ層とを交互に積層して前記中間層を形成するというものである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016100650A JP6188866B2 (ja) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016100650A JP6188866B2 (ja) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011176987A Division JP6005346B2 (ja) | 2011-08-12 | 2011-08-12 | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016171338A JP2016171338A (ja) | 2016-09-23 |
JP6188866B2 true JP6188866B2 (ja) | 2017-08-30 |
Family
ID=56984187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016100650A Active JP6188866B2 (ja) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6188866B2 (ja) |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3594826B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2004-12-02 | パイオニア株式会社 | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
JP3719047B2 (ja) * | 1999-06-07 | 2005-11-24 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
JP3909811B2 (ja) * | 2001-06-12 | 2007-04-25 | パイオニア株式会社 | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
US7446345B2 (en) * | 2005-04-29 | 2008-11-04 | Cree, Inc. | Light emitting devices with active layers that extend into opened pits |
JP4895587B2 (ja) * | 2005-11-29 | 2012-03-14 | ローム株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
JP5018037B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2012-09-05 | 三菱化学株式会社 | GaN系発光ダイオードの製造方法 |
JP4882618B2 (ja) * | 2006-09-11 | 2012-02-22 | 三菱化学株式会社 | GaN系半導体発光ダイオードの製造方法 |
JP5050574B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2012-10-17 | 住友電気工業株式会社 | Iii族窒化物系半導体発光素子 |
JP4962130B2 (ja) * | 2007-04-04 | 2012-06-27 | 三菱化学株式会社 | GaN系半導体発光ダイオードの製造方法 |
DE102007046027A1 (de) * | 2007-09-26 | 2009-04-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Mehrfachquantentopfstruktur |
JP5758293B2 (ja) * | 2009-06-24 | 2015-08-05 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光ダイオード |
JP5321376B2 (ja) * | 2009-09-10 | 2013-10-23 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法、画像表示装置、並びに、電子機器 |
-
2016
- 2016-05-19 JP JP2016100650A patent/JP6188866B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016171338A (ja) | 2016-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6005346B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP6026116B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5881393B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5908979B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 | |
TWI529962B (zh) | 氮化物半導體發光元件及其製造方法 | |
TWI467802B (zh) | 氮化物半導體發光元件 | |
JP6306200B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP6482573B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP6227134B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
KR20130128931A (ko) | N형 알루미늄 갈륨 나이트라이드 박막 및 자외선 발광소자 | |
JPWO2014061692A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP2014187159A (ja) | 半導体発光素子 | |
TWI567877B (zh) | Manufacturing method of nitride semiconductor device | |
US10643849B2 (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor ultraviolet light emitting element, and nitride semiconductor ultraviolet light emitting element | |
JP6188866B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
JP2014003121A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP6482388B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
JP2011187993A (ja) | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 | |
JP2014082396A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
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: 20160616 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170502 |
|
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: 20170711 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170801 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6188866 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 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |