JP6867180B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents

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本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.

近年、深紫外光を出力する半導体発光素子の開発が進められている。深紫外光用の発光素子は、基板上に順に積層される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有する。ｐ型ＡｌＧａＮ層の形成には、マグネシウム（Ｍｇ）がドーパントとして用いられるが、原料ガスに含まれる水素（Ｈ）がＭｇと結合し、ｐ型ＡｌＧａＮ層に多量の水素（Ｈ）が取り込まれる。ｐ型ＡｌＧａＮ層に導入される水素（Ｈ）は、活性層へと拡散し、活性層を劣化させる一因となることが知られている。活性層への水素の拡散を防止するため、ｐ型ＡｌＧａＮとｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）の超格子構造をｐ型クラッド層に用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, the development of semiconductor light emitting devices that output deep ultraviolet light has been promoted. The light emitting device for deep ultraviolet light has an aluminum gallium nitride (AlGaN) -based n-type clad layer, an active layer, and a p-type clad layer that are sequentially laminated on the substrate. Magnesium (Mg) is used as a dopant for forming the p-type AlGaN layer, but hydrogen (H) contained in the raw material gas is bonded to Mg, and a large amount of hydrogen (H) is incorporated into the p-type AlGaN layer. It is known that hydrogen (H) introduced into the p-type AlGaN layer diffuses into the active layer and contributes to deterioration of the active layer. In order to prevent the diffusion of hydrogen into the active layer, it has been proposed to use a superlattice structure of p-type AlGaN and p-type gallium nitride (GaN) for the p-type clad layer (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１０−６７７９２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-67792

波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力させる場合、ｐ型クラッド層として高ＡｌＮ組成比のＡｌＧａＮを用いる必要がある。上述の超格子構造を適用した場合、高ＡｌＮ組成のｐ型ＡｌＧａＮ層を実現することが難しい。 When outputting deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less, it is necessary to use AlGaN having a high AlN composition ratio as the p-type clad layer. When the above-mentioned superlattice structure is applied, it is difficult to realize a p-type AlGaN layer having a high AlN composition.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子の発光出力の低下を抑制する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and one of its exemplary purposes is to provide a technique for suppressing a decrease in the light emission output of a semiconductor light emitting device.

本発明のある態様は、半導体発光素子の製造方法である。この方法は、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、活性層上にｐ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｐ型クラッド層を形成する工程と、ｐ型クラッド層上が露出した状態でｐ型クラッド層を加熱する工程と、を備える。活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力する。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device. This method includes a step of forming an active layer of an AlGaN-based semiconductor material on an n-type clad layer of an n-type AlGaN-based semiconductor material and a step of forming a p-type clad layer of a p-type AlGaN-based semiconductor material on the active layer. , The step of heating the p-type clad layer with the top of the p-type clad layer exposed. The active layer outputs deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less.

この態様によると、ｐ型クラッド層上が露出した状態でｐ型クラッド層を加熱してアニール処理を施すことにより、ｐ型クラッド層の水素濃度を低減できる。これにより、ｐ型クラッド層から活性層への水素の拡散を抑制し、水素に起因する活性層の劣化を低減できる。これにより、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力する半導体発光素子において、通電使用に伴う発光出力の低下を抑制できる。 According to this aspect, the hydrogen concentration of the p-type clad layer can be reduced by heating the p-type clad layer in a state where the top of the p-type clad layer is exposed and performing an annealing treatment. This makes it possible to suppress the diffusion of hydrogen from the p-type clad layer to the active layer and reduce the deterioration of the active layer due to hydrogen. As a result, in a semiconductor light emitting device that outputs deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less, it is possible to suppress a decrease in light emission output due to the use of energization.

ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、ｐ型コンタクト層を加熱する工程と、をさらに備えてもよい。ｐ型クラッド層を加熱する工程の温度は、ｐ型コンタクト層を加熱する工程の温度よりも高くてもよい。 A step of forming a p-type contact layer on the p-type clad layer and a step of heating the p-type contact layer may be further provided. The temperature of the step of heating the p-type clad layer may be higher than the temperature of the step of heating the p-type contact layer.

ｐ型クラッド層を加熱する工程の温度は、７５０℃以上であってもよい。 The temperature of the step of heating the p-type clad layer may be 750 ° C. or higher.

ｐ型クラッド層を加熱する工程は、実質的に水素（Ｈ）を含まない雰囲気ガス下でなされてもよい。 The step of heating the p-type clad layer may be performed under an atmospheric gas that does not substantially contain hydrogen (H).

ｐ型クラッド層を加熱する工程は、窒素（Ｎ２）の雰囲気ガス下でなされてもよい。 The step of heating the p-type clad layer may be performed under an atmospheric gas of nitrogen (N 2).

ｐ型クラッド層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が５０％以上であってもよい。 The p-type clad layer may have a molar fraction of aluminum nitride (AlN) of 50% or more.

ｐ型クラッド層は、ｐ型クラッド層を加熱する工程後の水素濃度が５×１０１８／ｃｍ３以下であってもよい。 The p-type clad layer may have a hydrogen concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or less after the step of heating the p-type clad layer.

本発明の別の態様は、半導体発光素子である。この半導体発光素子は、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層上に設けられ、ＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、活性層上に設けられ、ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｐ型クラッド層と、を備える。活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力し、ｐ型クラッド層は、水素濃度が５×１０１８／ｃｍ３以下である。 Another aspect of the present invention is a semiconductor light emitting device. This semiconductor light emitting device is provided on the n-type clad layer and the n-type clad layer of the n-type AlGaN-based semiconductor material, and is provided on the active layer and the active layer of the AlGaN-based semiconductor material, and is provided on the p-type AlGaN-based semiconductor material. The p-type clad layer is provided. The active layer outputs deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less, and the p-type clad layer has a hydrogen concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or less.

この態様によると、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力する半導体発光素子において、ｐ型クラッド層の濃度を５×１０１８／ｃｍ３以下とすることにより、活性層への水素の拡散を好適に抑えることができる。これにより、通電使用に伴う半導体発光素子の発光出力の低下を抑制できる。 According to this aspect, in a semiconductor light emitting device that outputs deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less, the concentration of the p-type clad layer is set to 5 × 10 18 / cm 3 or less, thereby preferably diffusing hydrogen into the active layer. It can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the light emission output of the semiconductor light emitting element due to the use of energization.

本発明によれば、深紫外用の半導体発光素子の発光出力の低下を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the light emission output of the semiconductor light emitting device for deep ultraviolet rays.

実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic the structure of the semiconductor light emitting element which concerns on embodiment. 半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of a semiconductor light emitting element.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. Further, in order to help understanding the explanation, the dimensional ratio of each component in each drawing does not necessarily match the dimensional ratio of the actual light emitting element.

図１は、実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、中心波長λが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。このような波長の深紫外光を出力するため、半導体発光素子１０は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長λが約２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor light emitting device 10 according to the embodiment. The semiconductor light emitting device 10 is an LED (Light Emitting Diode) chip configured to emit "deep ultraviolet light" having a center wavelength λ of 200 nm or more and 360 nm or less. In order to output deep ultraviolet light having such a wavelength, the semiconductor light emitting device 10 is made of an aluminum gallium nitride (AlGaN) -based semiconductor material having a bandgap of about 3.4 eV or more. In this embodiment, a case where deep ultraviolet light having a center wavelength λ of about 240 nm to 350 nm is emitted is particularly shown.

本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。 In the present specification, the "AlGaN-based semiconductor material" refers to a semiconductor material mainly containing aluminum nitride (AlN) and gallium nitride (GaN), and a semiconductor containing another material such as indium nitride (InN). It shall include materials. Thus, it referred to herein as "AlGaN-based semiconductor material", for example, the composition of In 1-x-y Al x Ga y N (0 ≦ x + y ≦ 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) It can be represented and includes AlN, GaN, AlGaN, indium aluminum nitride (InAlN), indium gallium nitride (InGaN), and indium gallium nitride (InAlGaN).

また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。 Further, among the "AlGaN-based semiconductor materials", the material may be referred to as a "GaN-based semiconductor material" in order to distinguish a material that does not substantially contain AlN. The "GaN-based semiconductor material" mainly includes GaN and InGaN, and also includes a material containing a trace amount of AlN. Similarly, among the "AlGaN-based semiconductor materials", the material may be referred to as an "AlN-based semiconductor material" in order to distinguish a material that does not substantially contain GaN. The "AlN-based semiconductor material" mainly contains AlN and InAlN, and also includes a material containing a trace amount of GaN.

半導体発光素子１０は、基板２０と、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層２４と、活性層２６と、電子ブロック層２８と、ｐ型クラッド層３０と、ｐ型コンタクト層３２と、ｐ側電極３４と、ｎ側電極３６と、を有する。 The semiconductor light emitting device 10 includes a substrate 20, a buffer layer 22, an n-type clad layer 24, an active layer 26, an electron block layer 28, a p-type clad layer 30, a p-type contact layer 32, and a p-side electrode. It has 34 and an n-side electrode 36.

基板２０は、半導体発光素子１０が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２０は、第１主面２０ａと、第１主面２０ａの反対側の第２主面２０ｂを有する。第１主面２０ａは、バッファ層２２より上の各層を成長させるための結晶成長面となる一主面である。第２主面２０ｂは、活性層２６が発する深紫外光を外部に取り出すための光取出面となる一主面である。変形例において、基板２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよいし、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板であってもよい。 The substrate 20 is a substrate having translucency with respect to deep ultraviolet light emitted by the semiconductor light emitting element 10, and is, for example, a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate. The substrate 20 has a first main surface 20a and a second main surface 20b on the opposite side of the first main surface 20a. The first main surface 20a is a main surface that serves as a crystal growth surface for growing each layer above the buffer layer 22. The second main surface 20b is one main surface that serves as a light extraction surface for extracting deep ultraviolet light emitted by the active layer 26 to the outside. In the modified example, the substrate 20 may be an aluminum nitride (AlN) substrate or an aluminum gallium nitride (AlGaN) substrate.

バッファ層２２は、基板２０の第１主面２０ａの上に形成される。バッファ層２２は、ｎ型クラッド層２４より上の各層を形成するための下地層（テンプレート層）である。バッファ層２２は、例えば、アンドープのＡｌＮ層であり、具体的には高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ；High Temparature AlN）層である。バッファ層２２は、ＡｌＮ層上に形成されるアンドープのＡｌＧａＮ層を含んでもよい。変形例において、基板２０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＧａＮ層のみで構成されてもよい。つまり、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＮ層およびＡｌＧａＮ層の少なくとも一方を含む。 The buffer layer 22 is formed on the first main surface 20a of the substrate 20. The buffer layer 22 is a base layer (template layer) for forming each layer above the n-type clad layer 24. The buffer layer 22 is, for example, an undoped AlN layer, specifically, an AlN (HT-AlN; High Temparature AlN) layer grown at a high temperature. The buffer layer 22 may include an undoped AlGaN layer formed on the AlN layer. In the modification, when the substrate 20 is an AlN substrate or an AlGaN substrate, the buffer layer 22 may be composed of only an undoped AlGaN layer. That is, the buffer layer 22 includes at least one of the undoped AlN layer and the AlGaN layer.

ｎ型クラッド層２４は、バッファ層２２の上に形成される。ｎ型クラッド層２４は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が３０％以上、好ましくは、４０％以上または５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、ＡｌＮのモル分率が８０％以下、つまり、バンドギャップが５．５ｅＶ以下となるように形成されることが好ましく、ＡｌＮのモル分率が７０％以下（つまり、バンドギャップが５．２ｅＶ以下）となるように形成されることがより望ましい。ｎ型クラッド層２４は、１μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有する。 The n-type clad layer 24 is formed on the buffer layer 22. The n-type clad layer 24 is an n-type AlGaN-based semiconductor material layer, and is, for example, an AlGaN layer doped with silicon (Si) as an n-type impurity. The composition ratio of the n-type clad layer 24 is selected so as to transmit the deep ultraviolet light emitted by the active layer 26. For example, the molar fraction of AlN is 30% or more, preferably 40% or more or 50% or more. Is formed as follows. The n-type clad layer 24 has a bandgap larger than the wavelength of deep ultraviolet light emitted by the active layer 26, and is formed so that the bandgap is, for example, 4.3 eV or more. The n-type clad layer 24 is preferably formed so that the molar fraction of AlN is 80% or less, that is, the band gap is 5.5 eV or less, and the molar fraction of AlN is 70% or less (that is, the band). It is more desirable that the gap is formed so as to be 5.2 eV or less). The n-type clad layer 24 has a thickness of about 1 μm to 3 μm, and has a thickness of, for example, about 2 μm.

活性層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で構成され、ｎ型クラッド層２４と電子ブロック層２８の間に挟まれてダブルへテロ接合構造を形成する。活性層２６は、単層または多層の量子井戸構造を有してもよく、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層の積層体で構成されてもよい。活性層２６は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外光を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の上に形成されるが、ｎ型クラッド層２４の全面に形成されず、ｎ型クラッド層２４の一部領域上にのみ形成される。つまり、ｎ型クラッド層２４の露出面２４ａの上には活性層２６が設けられない。 The active layer 26 is made of an AlGaN-based semiconductor material and is sandwiched between the n-type clad layer 24 and the electron block layer 28 to form a double heterojunction structure. The active layer 26 may have a single-layer or multi-layer quantum well structure. For example, a barrier layer formed of an undoped AlGaN-based semiconductor material and a well layer formed of an undoped AlGaN-based semiconductor material are laminated. It may be composed of a body. The active layer 26 is configured to have a bandgap of 3.4 eV or more in order to output deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less. For example, the AlN composition ratio is selected so that deep ultraviolet light having a wavelength of 310 nm or less can be output. Will be done. The active layer 26 is formed on the n-type clad layer 24, but is not formed on the entire surface of the n-type clad layer 24, but is formed only on a part region of the n-type clad layer 24. That is, the active layer 26 is not provided on the exposed surface 24a of the n-type clad layer 24.

電子ブロック層２８は、活性層２６の上に形成される。電子ブロック層２８は、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層２８は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層２８は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さを有する。なお、電子ブロック層２８は、アンドープ層ではなく、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされるｐ型層であってもよい。 The electron block layer 28 is formed on the active layer 26. The electron block layer 28 is an undoped AlGaN-based semiconductor material layer, and is formed so that, for example, the molar fraction of AlN is 40% or more, preferably 50% or more. The electron block layer 28 may be formed so that the molar fraction of AlN is 80% or more, or may be formed of an AlN-based semiconductor material that does not substantially contain GaN. The electron block layer 28 has a thickness of about 1 nm to 10 nm, and has a thickness of, for example, about 2 nm to 5 nm. The electron block layer 28 may be a p-type layer doped with magnesium (Mg) instead of an undoped layer.

ｐ型クラッド層３０は、電子ブロック層２８の上に形成されるｐ型半導体層である。ｐ型クラッド層３０は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｐ型の不純物としてＭｇがドープされるＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３０は、ＡｌＮのモル分率が５０％以上となるように形成される。ｐ型クラッド層３０は、水素（Ｈ）濃度が５×１０１８／ｃｍ３以下となるように形成され、好ましくは、１×１０１８／ｃｍ３以下となるように形成される。ｐ型クラッド層３０は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。 The p-type clad layer 30 is a p-type semiconductor layer formed on the electron block layer 28. The p-type clad layer 30 is a p-type AlGaN-based semiconductor material layer, and is, for example, an AlGaN layer doped with Mg as a p-type impurity. The p-type clad layer 30 is formed so that the molar fraction of AlN is 50% or more. The p-type clad layer 30 is formed so that the hydrogen (H) concentration is 5 × 10 18 / cm 3 or less, and preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less. The p-type clad layer 30 has a thickness of about 10 nm to 100 nm, and has a thickness of, for example, about 20 nm to 50 nm.

ｐ型コンタクト層３２は、ｐ型クラッド層３０の上に形成されるｐ型半導体層である。ｐ型コンタクト層３２は、ｐ型のＧａＮ系半導体材料層またはｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、ｐ型クラッド層３０よりもＡｌＮのモル分率が低くなるように形成される。ｐ型コンタクト層３２は、ＡｌＮのモル分率が３０％以下となるように形成され、好ましくは２０％以下または１０％以下となるように形成される。ｐ型コンタクト層３２は、ｐ型のＧａＮ層であってもよいし、ｐ型のＩｎＧａＮ層であってもよいし、ｐ型のＡｌＧａＮ層であてもよいし、ｐ型のＩｎＡｌＧａＮ層であってもよい。ｐ型コンタクト層３２は、３００ｎｍ〜１μｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。 The p-type contact layer 32 is a p-type semiconductor layer formed on the p-type clad layer 30. The p-type contact layer 32 is a p-type GaN-based semiconductor material layer or a p-type AlGaN-based semiconductor material layer, and is formed so that the mole fraction of AlN is lower than that of the p-type clad layer 30. The p-type contact layer 32 is formed so that the molar fraction of AlN is 30% or less, preferably 20% or less or 10% or less. The p-type contact layer 32 may be a p-type GaN layer, a p-type InGaN layer, a p-type AlGaN layer, or a p-type InAlGaN layer. May be good. The p-type contact layer 32 has a thickness of about 300 nm to 1 μm, and has a thickness of, for example, about 400 nm to 600 nm.

ｐ側電極３４は、ｐ型コンタクト層３２の上に形成される。ｐ側電極３４は、ｐ型コンタクト層３２の上に順に積層されるニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜で形成される。ｎ側電極３６は、ｎ型クラッド層２４の一部領域である露出面２４ａ上に形成される。ｎ側電極３６は、ｎ型クラッド層２４の上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。 The p-side electrode 34 is formed on the p-type contact layer 32. The p-side electrode 34 is formed of a nickel (Ni) / gold (Au) multilayer film that is sequentially laminated on the p-type contact layer 32. The n-side electrode 36 is formed on the exposed surface 24a, which is a partial region of the n-type clad layer 24. The n-side electrode 36 is formed of a multilayer film in which titanium (Ti) / aluminum (Al) / Ti / gold (Au) are sequentially laminated on the n-type clad layer 24.

つづいて、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。図２は、半導体発光素子１０の製造方法を示すフローチャートである。まず、基板２０の第１主面２０ａの上にバッファ層２２、ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８、ｐ型クラッド層３０が順に形成される（Ｓ１０）。 Next, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device 10 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor light emitting device 10. First, the buffer layer 22, the n-type clad layer 24, the active layer 26, the electron block layer 28, and the p-type clad layer 30 are formed in this order on the first main surface 20a of the substrate 20 (S10).

基板２０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板であり、ＡｌＧａＮ系半導体材料を形成するための成長基板である。例えば、サファイア基板の（０００１）面上にバッファ層２２が形成される。バッファ層２２は、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ）層と、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ−ＡｌＧａＮ）層とを含む。ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８およびｐ型クラッド層３０は、ＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料で形成される層であり、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。ｐ型クラッド層３０は、例えば、１０００℃〜１１５０℃の成長温度で形成される。 The substrate 20 is a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, which is a growth substrate for forming an AlGaN-based semiconductor material. For example, the buffer layer 22 is formed on the (0001) plane of the sapphire substrate. The buffer layer 22 includes, for example, an AlN (HT-AlN) layer grown at a high temperature and an undoped AlGaN (u-AlGaN) layer. The n-type clad layer 24, the active layer 26, the electron block layer 28, and the p-type clad layer 30 are layers formed of an AlGaN-based semiconductor material or an AlN-based semiconductor material, and are formed by an organic metal chemical vapor phase growth (MOVPE) method or the like. , Can be formed using well-known epitaxial growth methods such as molecular beam epitaxy (MBE) method. The p-type clad layer 30 is formed at a growth temperature of, for example, 1000 ° C to 1150 ° C.

次に、ｐ型クラッド層３０を第１温度で加熱してアニール処理を行う（Ｓ１２）。ｐ型クラッド層３０のアニール処理は、ｐ型クラッド層３０の上が露出した状態、つまり、ｐ型クラッド層３０の上にｐ型コンタクト層３２が形成されていない状態で行われる。ｐ型クラッド層３０を加熱する第１温度は、ｐ型クラッド層３０の成長温度より低く設定され、例えば、７５０℃〜９５０℃の温度が設定される。第１温度は、例えば、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃または９５０℃であってもよい。つまり、第１温度は、ｐ型クラッド層３０の成長温度よりも２００℃程度低い。ｐ型クラッド層３０のアニール温度は、ｐ型クラッド層３０の組成比、例えば、ＡｌＮのモル分率に応じて決められてもよい。 Next, the p-type clad layer 30 is heated at the first temperature to perform an annealing treatment (S12). The annealing treatment of the p-type clad layer 30 is performed in a state where the top of the p-type clad layer 30 is exposed, that is, in a state where the p-type contact layer 32 is not formed on the p-type clad layer 30. The first temperature for heating the p-type clad layer 30 is set lower than the growth temperature of the p-type clad layer 30, for example, a temperature of 750 ° C to 950 ° C. The first temperature may be, for example, 750 ° C, 800 ° C, 850 ° C, 900 ° C or 950 ° C. That is, the first temperature is about 200 ° C. lower than the growth temperature of the p-type clad layer 30. The annealing temperature of the p-type clad layer 30 may be determined according to the composition ratio of the p-type clad layer 30, for example, the mole fraction of AlN.

ｐ型クラッド層３０のアニール処理は、実質的に水素（Ｈ）を含まない雰囲気ガス下で行われ、例えば、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）といった水素（Ｈ）を含むガスが避けられる。ｐ型クラッド層３０のアニール時の雰囲気ガスとして、窒素（Ｎ２）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、または、アルゴン（Ａｒ）などの希ガスを用いることができ、例えば、純窒素ガスや乾燥空気を用いることができる。水素を実質的に含まない雰囲気ガス下でアニール処理を行うことにより、ｐ型クラッド層３０に含まれる水素を除去し、ｐ型クラッド層３０の水素濃度を低下させることができる。ｐ型クラッド層３０のアニール処理は、５分以上、好ましくは１０分以上行われ、例えば、３０分または１時間のアニール処理がなされる。 The annealing treatment of the p-type clad layer 30 is carried out under an atmospheric gas that does not substantially contain hydrogen (H), and for example, hydrogen such as hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), and water vapor (H 2 O) (H 2 O). Gas containing H) is avoided. As the atmospheric gas at the time of annealing the p-type clad layer 30, nitrogen (N 2 ) gas, oxygen (O 2 ) gas, or a rare gas such as argon (Ar) can be used, for example, pure nitrogen gas or drying. Air can be used. By performing the annealing treatment under an atmospheric gas that does not substantially contain hydrogen, hydrogen contained in the p-type clad layer 30 can be removed, and the hydrogen concentration of the p-type clad layer 30 can be reduced. The annealing treatment of the p-type clad layer 30 is carried out for 5 minutes or more, preferably 10 minutes or more, and for example, the annealing treatment is performed for 30 minutes or 1 hour.

つづいて、ｐ型クラッド層３０の上にｐ型コンタクト層３２を形成する（Ｓ１４）。ｐ型コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ系半導体材料またはＧａＮ系半導体材料で形成され、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。ｐ型コンタクト層３２は、例えば、９５０℃〜１１００℃の成長温度で形成される。 Subsequently, the p-type contact layer 32 is formed on the p-type clad layer 30 (S14). The p-type contact layer 32 is formed of an AlGaN-based semiconductor material or a GaN-based semiconductor material, and can be formed by using a well-known epitaxial growth method such as a metalorganic metal chemical vapor phase growth (MOVPE) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method. .. The p-type contact layer 32 is formed, for example, at a growth temperature of 950 ° C to 1100 ° C.

つづいて、ｐ型コンタクト層３２を第２温度で加熱してアニール処理を行う（Ｓ１６）。ｐ型コンタクト層３２を加熱する第２温度は、ｐ型コンタクト層３２の成長温度より低く設定され、ｐ型クラッド層３０をアニールする第１温度より低く設定される。ｐ型コンタクト層３２をアニールする第２温度は，例えば、７００℃〜９００℃の温度が設定される。第２温度は、例えば、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃または９００℃であってもよい。つまり、第２温度は、ｐ型コンタクト層３２の成長温度よりも２００℃程度低い。ｐ型コンタクト層３２のアニール温度は、ｐ型コンタクト層３２の組成比、例えば、ＡｌＮのモル分率に応じて決められてもよい。ｐ型コンタクト層３２のアニール処理は、５分以上、好ましくは１０分以上行われ、例えば、３０分または１時間のアニール処理がなされる。これにより、ｐ型コンタクト層３２からも水素が除去される。 Subsequently, the p-type contact layer 32 is heated at the second temperature to perform an annealing treatment (S16). The second temperature for heating the p-type contact layer 32 is set lower than the growth temperature of the p-type contact layer 32, and is set lower than the first temperature for annealing the p-type clad layer 30. The second temperature for annealing the p-type contact layer 32 is set to, for example, a temperature of 700 ° C. to 900 ° C. The second temperature may be, for example, 700 ° C., 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C. or 900 ° C. That is, the second temperature is about 200 ° C. lower than the growth temperature of the p-type contact layer 32. The annealing temperature of the p-type contact layer 32 may be determined according to the composition ratio of the p-type contact layer 32, for example, the mole fraction of AlN. The annealing treatment of the p-type contact layer 32 is carried out for 5 minutes or more, preferably 10 minutes or more, and for example, the annealing treatment is carried out for 30 minutes or 1 hour. As a result, hydrogen is also removed from the p-type contact layer 32.

つづいて、ｐ型コンタクト層３２の上にｐ側電極３４が形成される（Ｓ１８）。また、ｎ型クラッド層２４の一部領域が露出面２４ａとなるように、活性層２６、電子ブロック層２８、ｐ型クラッド層３０およびｐ型コンタクト層３２の一部が除去され、ｎ型クラッド層２４の露出面２４ａの上にｎ側電極３６が形成される。ｐ側電極３４およびｎ側電極３６は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。これにより、図１に示す半導体発光素子１０ができあがる。 Subsequently, the p-side electrode 34 is formed on the p-type contact layer 32 (S18). Further, a part of the active layer 26, the electron block layer 28, the p-type clad layer 30 and the p-type contact layer 32 is removed so that a part of the n-type clad layer 24 becomes the exposed surface 24a, and the n-type clad is formed. The n-side electrode 36 is formed on the exposed surface 24a of the layer 24. The p-side electrode 34 and the n-side electrode 36 can be formed by a well-known method such as an electron beam deposition method or a sputtering method. As a result, the semiconductor light emitting device 10 shown in FIG. 1 is completed.

なお、ｐ型クラッド層３０のアニール処理は、ｐ型クラッド層３０を形成するための結晶成長装置を用いてなされてもよいし、ｐ型クラッド層３０を形成する結晶成長装置とは異なる加熱装置、例えばアニール炉などを用いてもよい。同様に、ｐ型コンタクト層３２のアニール処理は、ｐ型クラッド層３０を形成するための結晶装置を用いてもよいし、ｐ型コンタクト層３２を形成する結晶成長装置とは別の加熱装置を用いてもよい。 The annealing treatment of the p-type clad layer 30 may be performed using a crystal growth device for forming the p-type clad layer 30, or a heating device different from the crystal growth device for forming the p-type clad layer 30. For example, an annealing furnace may be used. Similarly, for the annealing treatment of the p-type contact layer 32, a crystal device for forming the p-type clad layer 30 may be used, or a heating device different from the crystal growth device for forming the p-type contact layer 32 may be used. You may use it.

本実施の形態によれば、ｐ型クラッド層３０の上が露出した状態でｐ型クラッド層３０をアニールすることで、ｐ型コンタクト層３２の形成後にのみアニールをする場合と比べてｐ型クラッド層３０の水素濃度をより低減させることができる。ｐ型クラッド層３０の形成後にアニール処理をせず、ｐ型コンタクト層３２の形成後にアニール処理をした比較例では、ｐ型クラッド層３０の水素濃度が１×１０１９／ｃｍ３以上となってしまう。一方、ｐ型クラッド層３０の形成後であってｐ型コンタクト層３２の形成前にアニール処理をした場合には、ｐ型クラッド層３０の水素濃度を５×１０１８／ｃｍ３以下にでき、好ましい実施例では、１×１０１８／ｃｍ３以下にできる。ｐ型クラッド層３０の水素濃度を低減させることで、半導体発光素子１０の通電使用による活性層２６やｎ型クラッド層２４への水素の拡散量を低減させ、水素の拡散に起因する発光出力の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment, by annealing the p-type clad layer 30 with the top of the p-type clad layer 30 exposed, the p-type clad is compared with the case where the p-type clad layer 32 is annealed only after the formation of the p-type contact layer 32. The hydrogen concentration of the layer 30 can be further reduced. In the comparative example in which the p-type clad layer 30 was not annealed and then the p-type contact layer 32 was formed and then annealed, the hydrogen concentration of the p-type clad layer 30 was 1 × 10 19 / cm 3 or more. It ends up. On the other hand, when the annealing treatment is performed after the formation of the p-type clad layer 30 and before the formation of the p-type contact layer 32, the hydrogen concentration of the p-type clad layer 30 can be reduced to 5 × 10 18 / cm 3 or less. In a preferred embodiment, it can be 1 × 10 18 / cm 3 or less. By reducing the hydrogen concentration of the p-type clad layer 30, the amount of hydrogen diffused into the active layer 26 and the n-type clad layer 24 due to the energization of the semiconductor light emitting element 10 is reduced, and the emission output due to the diffusion of hydrogen is reduced. The decrease can be suppressed.

本実施の形態によれば、ｐ型クラッド層３０の形成後であってｐ型コンタクト層３２の形成前にアニール処理をすることで、ｐ型コンタクト層３２をアニールする第２温度よりも高い第１温度でｐ型クラッド層３０をアニールできる。ｐ型クラッド層３０を比較的高温でアニール処理することにより、水素除去の効果を高めることができ、例えば、第１温度を第２温度より５０℃以上高くすることで、水素除去効果を向上できる。仮に、ｐ型コンタクト層３２の形成後に第２温度よりも高い第１温度でアニール処理をした場合、高温処理によってｐ型コンタクト層３２にダメージを与えるおそれがある。一方、本実施の形態によれば、ｐ型コンタクト層３２の形成前に比較的高い第１温度でｐ型クラッド層３０をアニールするため、ｐ型コンタクト層３２への熱影響を抑えつつ、ｐ型クラッド層３０の水素濃度を効果的に低減させることができる。 According to the present embodiment, by performing an annealing treatment after the formation of the p-type clad layer 30 and before the formation of the p-type contact layer 32, the temperature is higher than the second temperature at which the p-type contact layer 32 is annealed. The p-type clad layer 30 can be annealed at one temperature. By annealing the p-type clad layer 30 at a relatively high temperature, the effect of removing hydrogen can be enhanced. For example, by raising the first temperature by 50 ° C. or more higher than the second temperature, the effect of removing hydrogen can be improved. .. If the annealing treatment is performed at a first temperature higher than the second temperature after the formation of the p-type contact layer 32, the p-type contact layer 32 may be damaged by the high temperature treatment. On the other hand, according to the present embodiment, since the p-type clad layer 30 is annealed at a relatively high first temperature before the formation of the p-type contact layer 32, p is suppressed while suppressing the thermal effect on the p-type contact layer 32. The hydrogen concentration of the mold clad layer 30 can be effectively reduced.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on examples. It is understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present invention. It is about to be.

１０…半導体発光素子、２４…ｎ型クラッド層、２６…活性層、３０…ｐ型クラッド層、３２…ｐ型コンタクト層、３６…ｎ側電極。 10 ... semiconductor light emitting device, 24 ... n-type clad layer, 26 ... active layer, 30 ... p-type clad layer, 32 ... p-type contact layer, 36 ... n-side electrode.

Claims (6)

ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、
前記活性層上にｐ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｐ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｐ型クラッド層上が露出した状態で前記ｐ型クラッド層を加熱する工程と、
前記ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、
前記ｐ型コンタクト層を加熱する工程と、を備え、
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するよう構成され、
前記ｐ型クラッド層を加熱する工程の温度は、７５０℃以上であり、前記ｐ型コンタクト層を加熱する工程の温度よりも５０℃以上高いことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A process of forming an active layer of an AlGaN-based semiconductor material on an n-type clad layer of an n-type AlGaN-based semiconductor material, and
A step of forming a p-type clad layer of a p-type AlGaN-based semiconductor material on the active layer, and
A step of heating the p-type clad layer with the p-type clad layer exposed, and a step of heating the p-type clad layer.
A step of forming a p-type contact layer on the p-type clad layer and
The step of heating the p-type contact layer is provided.
The active layer is configured to output deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less.
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, characterized in that the temperature of the step of heating the p-type clad layer is 750 ° C. or higher, which is 50 ° C. or higher higher than the temperature of the step of heating the p-type contact layer. ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、A process of forming an active layer of an AlGaN-based semiconductor material on an n-type clad layer of an n-type AlGaN-based semiconductor material, and
前記活性層上にｐ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｐ型クラッド層を形成する工程と、A step of forming a p-type clad layer of a p-type AlGaN-based semiconductor material on the active layer, and
前記ｐ型クラッド層上が露出した状態で前記ｐ型クラッド層を加熱する工程と、A step of heating the p-type clad layer with the p-type clad layer exposed, and a step of heating the p-type clad layer.
前記ｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、A step of forming a p-type contact layer on the p-type clad layer and
前記ｐ型コンタクト層を加熱する工程と、を備え、The step of heating the p-type contact layer is provided.
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するよう構成され、The active layer is configured to output deep ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less.
前記ｐ型クラッド層を加熱する工程の温度は、前記ｐ型コンタクト層を加熱する工程の温度よりも高く、The temperature of the step of heating the p-type clad layer is higher than the temperature of the step of heating the p-type contact layer.
前記ｐ型クラッド層は、前記ｐ型クラッド層を加熱する工程後の水素濃度が５×１０The p-type clad layer has a hydrogen concentration of 5 × 10 after the step of heating the p-type clad layer. １８18 ／ｃｍ/ Cm ３3 以下であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, which is characterized by the following. 前記ｐ型クラッド層を加熱する工程の温度は、７５０℃以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 2 , wherein the temperature of the step of heating the p-type clad layer is 750 ° C. or higher. 前記ｐ型クラッド層を加熱する工程は、実質的に水素（Ｈ）を含まない雰囲気ガス下でなされることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。 The production of the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of heating the p-type clad layer is performed under an atmospheric gas that does not substantially contain hydrogen (H). Method. 前記ｐ型クラッド層を加熱する工程は、窒素（Ｎ２）の雰囲気ガス下でなされることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the step of heating the p-type clad layer is performed under an atmospheric gas of nitrogen (N 2). 前記ｐ型クラッド層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が５０％以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the p-type clad layer has a molar fraction of aluminum nitride (AlN) of 50% or more.
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