JP7140978B2 - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
近年、窒化物半導体を用いた紫外から緑色の広範囲の光を発光することができる発光素子が開発され、広く用いられている。この窒化物半導体を用いた発光素子(窒化物半導体発光素子)は、p型半導体層におけるp型不純物であるMgの活性化率が低いことが原因で動作電圧を十分低くできないことが課題となっている。本課題を解決するために、特許文献1には、発光層の上に設けられるp型半導体層をMgを含む複数の層により構成し、各層のMg濃度を適宜調整することによりMgの活性化率を高くすることが開示されている。
2012-119515号公報
しかしながら、特許文献1に開示された構成では、p型半導体層におけるMgの活性化率を十分高くすることは困難であるという課題がある。特に、p型半導体層におけるAlの混晶比が高くなるとMgの活性化率がより低くなる傾向がある。
そこで、本開示は、p型半導体層におけるMgの活性化率を高くすることができ、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
本開示に係る一実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
n側窒化物半導体層を成長させるn側窒化物半導体層成長工程と、前記n側窒化物半導体層上に活性層を成長させる活性層成長工程と、前記活性層上にp側窒化物半導体層を成長させるp側窒化物半導体層成長工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記p側窒化物半導体層成長工程は、
Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用い、Al原料ガス、Ga原料ガス及びN原料ガスの各流量を、成長させる窒化物半導体層のGa及びNの合計量に対するAlの含有量の比であるAl混晶比が20%以上、30%以下の第1混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを第1流量として、前記活性層上にp側第1窒化物半導体層を成長させる第1工程と、
前記第1工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が6%以上、10%以下の第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを前記第1流量よりも少ない第2流量として、前記p側第1窒化物半導体層上にp側第2窒化物半導体層を成長させる第2工程と、
前記第1工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が前記第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを停止して、前記p側第2窒化物半導体層上にp側第3窒化物半導体層を成長させる第3工程と、
前記第1工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が前記第2混晶比よりも小さい第3混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを前記第1流量よりも多い第3流量として、前記p側第3窒化物半導体層上にp側第4窒化物半導体層を成長させる第4工程と、を含む。
以上のように構成された本開示に係る一実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、p型半導体層におけるMgの活性化率を高くでき、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を製造することが可能になる。
本開示に係る実施形態の製造方法により作製された窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法の工程の流れを示す工程フロー図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
上述したように、窒化物半導体発光素子は、p型半導体層におけるMgの活性化率が低く動作電圧を十分低くできないという課題があり、その課題はとりわけp型半導体層におけるAlの混晶比が高い場合に顕著になる。このMgの活性化率が低いことを補うために、Mgを多くドープするとp側窒化物半導体層の光透過率が減少して発光効率が低下するという別の問題が生じる。そこで、本発明者らは、光透過率の減少を抑えつつp型クラッド層周辺におけるMgの活性化を促すために、p側窒化物半導体層の層構成を鋭意検討した。
その結果、活性層の上に形成されるp側窒化物半導体層において、p型クラッド層とp型コンタクト層の間に、Mgをドープすることなく成長させたノンドープのAlGaN層を設けることにより、光透過率の減少を抑えながらp型クラッド層におけるMgの活性化率を高くできることが確認された。
さらに検討を進めた結果、p型クラッド層とp型コンタクト層の間に設けたノンドープ層をさらに、Mg原料ガスをpクラッド層を成長する際よりも減少させて成長した小ドープ層と、Mg原料ガスを停止して成長したノンドープ層とに分けて形成することにより、p側窒化物半導体層におけるMgの活性化率をより高くできることが確認された。尚、この小ドープ層を設けた場合であってもp側窒化物半導体層の光透過率の減少は抑えられていた。
ここで、ノンドープ層とは、上述したように、p型又はn型不純物の不純物をドープすることなく形成した層であり、例えば、有機金属気相成長法で当該層を成長させる場合には、不純物の原料ガスを止めて成長した層のことをいう。
本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、発明者らが独自に見いだした上記事項に基づいて完成されたものである。
以下、本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。
図1は、実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法により作製された窒化物半導体発光素子の模式的な断面図である。図1の窒化物半導体発光素子は、例えば、サファイアからなる成長基板10と、成長基板10上に、成長基板10側から順次成長された、バッファ層10aと、n側窒化物半導体層2と、活性層3と、p側窒化物半導体層4とを含む。
そして、p側窒化物半導体層4はさらに、活性層3側から、例えば、p型クラッド層であるp側第1窒化物半導体層41と、Mg原料ガスの流量をp側第1窒化物半導体層41の成長時より減少させて成長させたp側第2窒化物半導体層42と、Mg原料ガスを停止して成長させたp側第3窒化物半導体層43と、p側第1窒化物半導体層41の成長時よりMg原料ガスの流量を多くして成長させたp側第4窒化物半導体層44とを含む。
また、p側第1窒化物半導体層41は、Alの混晶比が20%以上、30%以下の範囲の第1混晶比になるように成長された層であり、p側第2窒化物半導体層42は、Alの混晶比が6%以上、10%以下の範囲の第2混晶比になるように成長された層であり、p側第3窒化物半導体層43は、Alの混晶比が第2混晶比となるように成長された層であり、p側第4窒化物半導体層44は、Alの混晶比が第2混晶比よりも小さい第3混晶比となるように成長された層である。
p側第1窒化物半導体層41は他のp側窒化物半導体層に比べてAlの混晶比が高く、p型不純物であるMgが活性化しにくい傾向にある。そのため、p側第1窒化物半導体層41による活性層3への正孔の供給が不十分になるおそれがある。実施形態の窒化物半導体発光素子では、p側第1窒化物半導体層41とp側第3窒化物半導体層43との間にAlの混晶比がp側第1窒化物半導体層41よりも低いp側第2窒化物半導体層42を形成している。そして、Alの混晶比が低くMgが活性化しやすいp側第2窒化物半導体層42に対してMgを小ドープすることで、活性層3に隣り合って形成されたpクラッド層周辺におけるMgの活性化を促進させることできる。その結果、p側窒化物半導体層4から活性層3への正孔の供給が効率よく行われ、動作電圧を低くすることができる。
さらに、Mgを小ドープしたp側第2窒化物半導体層42によりMgの活性化を促進できるので、p側第1窒化物半導体層41にドープするMgの量を比較的少なくして所望のp型導電性を実現できる。これにより、p側第1窒化物半導体層41へのMgのドープ量を抑えることが可能になり、p側第1窒化物半導体層41から活性層3へのMgの拡散を減少させることができる。その結果、活性層3の結晶性を良好にでき、発光素子の発光効率及び信頼性を向上させることができる。
以上のように構成された図1の窒化物半導体発光素子は、p側窒化物半導体層4がp側第1窒化物半導体層41とp側第2窒化物半導体層42とp側第3窒化物半導体層43とp側第4窒化物半導体層44とを含んでいる。そのため、p側窒化物半導体層4の光透過率の減少を抑えつつ、p側窒化物半導体層4におけるMgの活性化率を高くできる。これにより、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を提供することができる。
以下、本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法について詳細に説明する。
実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、図2に示すように、成長基板準備工程S1と、n側窒化物半導体層2を成長させるn側窒化物半導体層成長工程S2と、n側窒化物半導体層2上に活性層3を成長させる活性層成長工程S3と、活性層3上にp側窒化物半導体層4を成長させるp側窒化物半導体層成長工程S4と、を含む。
さらに、図1に示す窒化物半導体発光素子を作製する場合には、n側電極51を形成するためのn側電極形成領域露出工程S5と、n側電極51及びp側電極52を形成する電極形成工程S6と、成長基板10上に一括して作製した複数の発光素子をそれぞれ個々の発光素子に分離する個片化工程S7を含む。
また、p側窒化物半導体層成長工程S4は、p側第1窒化物半導体層を成長させる第1工程S41と、p側第2窒化物半導体層を成長させる第2工程S42と、p側第3窒化物半導体層を成長させる第3工程S43と、p側第4窒化物半導体層を成長させる第4工程S44と、を含む。
以下、各工程について具体的に説明する。
尚、以下の説明において、窒化物半導体層の成長方法として例示する有機金属気相成長法で使用することができる原料ガスは次のようなものである。
Ga原料ガス:TMG(トリメチルガリウム)、TEG(トリエチルガリウム)
N原料ガス:N
In原料ガス:TMI(トリメチルインジウム)
Al原料ガス:TMA(トリメチルアルミニウム)
Si原料ガス:SiH(モノシラン)
Mg原料ガス:CpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)
1.成長基板準備工程S1
成長基板準備工程S1では、成長基板10として、例えば、サファイア基板を準備する。サファイア基板は、可視光及び紫外光に対して透光性を有し、基板側から光を出射する窒化物半導体発光素子の基板としても適している。成長基板10として、例えば、c面を上面とするサファイア基板を準備し、好ましくはc面からa軸方向やm軸方向に0.1°以上2°以下の範囲で傾いた面を上面とするサファイア基板を準備する。
成長基板準備工程S1は、成長基板10の上面にバッファ層10aを形成する工程を含む。バッファ層10aは、例えば、成長基板10の上面に成長されたGaN層やAlGaN層含む。バッファ層10aを成長基板10の上面に成長させることにより、窒化物半導体層とサファイアとの格子不整合を緩和することができる。
バッファ層10aを形成する工程は、さらに格子定数の小さい第1層と、第1層より格子定数の大きい第2層とを交互に積層する超格子層を形成することを含んでいてもよい。この超格子層は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)層と窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層とを交互に成長させることにより形成する。
2.n側窒化物半導体層成長工程S2
n側窒化物半導体層成長工程S2では、例えば、有機金属気相成長法により、バッファ層10a上に、n側窒化物半導体層2を成長させる。n側窒化物半導体層2は、1又は2以上の組成の異なる層を成長させることにより形成してもよい。n側窒化物半導体層2は、活性層3に向かって組成が連続的又は段階的に変化する組成傾斜層を含んでいてもよい。これにより、n側窒化物半導体層2自体の結晶性及び後に成長させる活性層3の結晶性を良好にできる。
例えば、紫外光を発する窒化物半導体発光素子では、組成傾斜層は、例えば、n型不純物を含む窒化アルミニウムガリウム層において、アルミニウムの混晶比を活性層3に向かって順次又は徐々に減少するように成長させることにより形成する。なお、組成傾斜層を含む場合には、その組成傾斜層のアルミニウム混晶比は、組成傾斜層により活性層から発せられる光が吸収されにくいようにその最小値は設定される。尚、n側窒化物半導体層2は、成長基板10側にノンドープの組成傾斜層をさらに含み、活性層3側に上述したn型不純物を含む組成傾斜層を含むように形成してもよい。
3.活性層成長工程S3
活性層成長工程S3では、例えば、有機金属気相成長法により、n側窒化物半導体層2上に活性層3を成長させる。活性層3は、例えば、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有し、障壁層と井戸層を交互に成長させることにより形成する。
井戸層及び障壁層は、例えば、一般式InAlGa1-a-bN(0≦a≦0.1、0.4≦b≦1.0、a+b≦1.0)で表されるIII族窒化物により構成することができ、In混晶比、Al混晶比、Ga混晶比は、所望の発光波長を考慮して成長時のIn原料ガス、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガスを適宜調整することにより成長させる。活性層3の発する光のピーク波長を、350nm以上、410nm以下とする場合には、例えば、InGa1-bN(0≦b≦0.09)で表されるIII族窒化物半導体により井戸層を形成する。ピーク波長が350nm以上、410nm以下程度の光を発する活性層3を用いる場合、p側第1窒化物半導体層41による電子をブロックする機能をより効果的に得るためにAlの混晶比を比較的高くする必要がある。本実施形態の製造方法によれば、Alの混晶比が比較的高いp側第1窒化物半導体層41を用いる場合であっても、p側窒化物半導体層4におけるMgの活性化を促すことができる。そのため、本実施形態の製造方法は、ピーク波長が350nm以上、410nm以下程度の光を発する活性層3を用いる場合において、より効果的である。活性層3の発する光のピーク波長は、例えば、365nm、405nmとすることができる。
4.p側窒化物半導体層成長工程S4
p側窒化物半導体層成長工程S4は、p側窒化物半導体層4を成長させる工程であり、第1工程S41、第2工程S42、第3工程S43及び第4工程S44を含む。
4-1.第1工程S41
第1工程S41は、活性層上にp側第1窒化物半導体層41を成長させる工程であり、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用いてp側第1窒化物半導体層41を成長させる。第1工程S41において、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスの各流量を、成長させるp側第1窒化物半導体層41のAlの混晶比が20%以上、30%以下の第1混晶比となるように調整する。ここで、Alの混晶比とは、AlGaN中のガリウム及びアルミニウムの合計量に対するアルミニウムの含有量の比である。また、第1工程S41におけるMg原料ガスの流量(第1流量)は、p側第1窒化物半導体層41のp型クラッド層としての機能を考慮して適宜調整する。p側第1窒化物半導体層41のMgの不純物濃度は、例えば、1×1019以上1×1020以下の範囲、好ましくは1.5×1019以上3.5×1019以下の範囲内でp側第2窒化物半導体層42~p側第4窒化物半導体層44のMg濃度との関係も考慮して設定する。また、p側第1窒化物半導体層41は、例えば、20nm以上、30nm以下の範囲、好ましくは、20nm以上、25nm以下の範囲の厚さに成長させる。
4-2.第2工程S42
第2工程S42は、p側第1窒化物半導体層41上にp側第2窒化物半導体層42を成長させる工程であり、第1工程S41と同様、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用いてp側第2窒化物半導体層42を成長させる。第2工程S42において、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスの各流量は、成長させるp側第2窒化物半導体層42のAlの混晶比(第2混晶比)が6%以上、10%以下の第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを前記第1流量よりも少ない第2流量としてp側第2窒化物半導体層42を成長させる。
第2工程S42において、Mg原料ガスの第2流量は、好ましくは、第1流量の1/5以下、より好ましくは、第1流量の1/8以下にする。
また、第2工程において、p側第2窒化物半導体層42は、p側第1p側第1窒化物半導体層41と同等程度の厚さに成長させることが好ましく、より好ましくは、p側第1p側第1窒化物半導体層41よりも厚く成長させる。また、第2工程S42において、前記p側第2窒化物半導体層42は、10nm以上、50nm以下の厚さに成長させることが好ましい。p型不純物としてMgをドープすることによる結晶性や光透過率の低下を考慮して、p側第2窒化物半導体層42の厚さは、p側第3窒化物半導体層43の厚さよりも薄くすることが好ましい。
4-3.第3工程S43
第3工程S43は、p側第2窒化物半導体層42上にp側第3窒化物半導体層43を成長させる工程であり、第1工程S41及び第2工程S42と同様、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用いてp側第3窒化物半導体層43を成長させる。第3工程S43において、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスの各流量は、第2工程S42と同様、成長させるp側第3窒化物半導体層43のAlの混晶比が第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを停止してp側第3窒化物半導体層43を成長させる。すなわち、第3工程S43において成長させるp側第3窒化物半導体層43は、p側第2窒化物半導体層42と同じ組成のノンドープ層である。また、第3工程S42において、p側第3窒化物半導体層43は、40nm以上、150nm以下の厚さに成長させることが好ましい。
4-4.第4工程S44
第4工程S44は、p側第3窒化物半導体層43上にp側第4窒化物半導体層44を成長させる工程であり、第1工程S41及び第2工程S42と同様、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用いてp側第4窒化物半導体層44を成長させる。第4工程S44において、Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスの各流量は、Alの混晶比が第2混晶比よりも小さい第3混晶比になるように設定し、Mg原料ガスは第1流量よりも多い第3流量としてp側第4窒化物半導体層44を成長させる。以上のように成長させるp側第4窒化物半導体層44は、p側第1窒化物半導体層41、p側第2窒化物半導体層42及びp側第3窒化物半導体層43のいずれの層よりもAlの混晶比が小さくかつMgの濃度が高くなる。
また、第4工程S44において、第3流量は、第1流量の1.5倍以上にすることが好ましく、より好ましくは、第1流量の2倍以上にする。第4工程S44において、p側第4窒化物半導体層44は、10nm以上、15nm以下の厚さに成長させることが好ましい。
5.n側電極形成領域露出工程S5
n側電極形成領域露出工程S5では、n電極51を形成する領域を露出させるために、p側窒化物半導体層4及び活性層3の一部を除去してn側電極形成領域を露出させる。
具体的には、p側窒化物半導体層4上の一部にマスクを形成し、ドライエッチングによりマスクされていないp側窒化物半導体層4及び活性層3の一部を除去してn側窒化物半導体層2を露出させる。この工程により露出されたn側窒化物半導体層2の領域がn側電極形成領域に相当する。
6.電極形成工程S6
電極形成工程S6では、n電極51とp電極52とを形成する。
n電極51は、例えば、露出させたn側電極形成領域に開口部を有しその他の半導体層の表面(p側窒化物半導体層4の上面及び側面、活性層3の側面)を覆うマスクを形成し、そのマスクの開口部を介してn電極51を形成した後、マスクを除去することで形成することができる。
n電極51は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。
n電極51は、例えば、Ni、Au、W、Pt、Al、Rh、Tiなどの金属、又はこれらの金属を積層した多層構造を用いることができる。
p電極52は、例えば、p側第4窒化物半導体層44上の一部に開口部を有し、その他の半導体層の表面及びn電極51を覆うマスクを形成し、そのマスクの開口部を介してp電極52を形成した後、マスクを除去することで形成することができる。
p電極52は、スパッタリング法により形成することができる。
p電極52は、例えば、Ag、Alなどの金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。
7.個片化工程S7
個片化工程S7では、成長基板10上に一括して作製した複数の発光素子をそれぞれ個々の発光素子に分離する。
以上のような工程を経て作製された窒化物半導体発光素子は、p側窒化物半導体層4がp側第1窒化物半導体層41とp側第2窒化物半導体層42とp側第3窒化物半導体層43とp側第4窒化物半導体層44とを含んでいる。そのため、p側窒化物半導体層4の光透過率の減少を抑えつつ、p側窒化物半導体層4におけるMgの活性化率を高くできる。したがって、本実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を作製することができる。
実施例1.
実施例1の発光素子を以下のようにして作製した。
まず、c面を上面とするサファイア基板10を準備し、その上面に、ノンドープのGaNからなるバッファ層11を形成した。
次に、バッファ層11の上に、ノンドープのGaN層と、n型不純物としてSiがドープされたAlGaN層とを有するn側窒化物半導体層2を形成した。
次に、n側窒化物半導体層2の上に、Alの混晶比が0.095のAl0.095Ga0.905Nからなる障壁層と、InGaNからなる井戸層と、を交互に5ペア積層した多重量子井戸構造を有する活性層14を形成した。
活性層3を形成した後、Alの混晶比が0.25のAl0.25Ga0.75Nからなるp側第1窒化物半導体層41を22.5nmの厚さに成長させた。実施例1のp側第1窒化物半導体層41を成長させる際の、Mgの原料ガスであるCpMgの流量は、48sccmとした。
次に、Alの混晶比が0.085のAl0.085Ga0.915Nからなるp側第2窒化物半導体層42を50nmの厚さに成長させた。実施例1のp側第2窒化物半導体層41を成長させる際の、Mgの原料ガスであるCpMgの流量は、6sccmとした。
次に、Alの混晶比が0.085のAl0.085Ga0.915Nからなるp側第3窒化物半導体層43を55nmの厚さに成長させた。実施例1のp側第3窒化物半導体層41は、Mgの原料ガスであるCpMgの供給を停止して成長させた。
次に、Alの混晶比が0.065のAl0.065Ga0.935Nからなるp側第4窒化物半導体層44を12nmの厚さに成長させた。実施例1のp側第4窒化物半導体層44を成長させる際の、Mgの原料ガスであるCpMgの流量は、101sccmとした。
次に、p側窒化物半導体層4及び活性層3の一部を除去してn側電極形成領域を露出させてその露出させたn側電極形成領域に接するn電極51を形成し、p側第4窒化物半導体層44上にp電極52を形成した。
以上のよう実施例1の発光素子を作製した。
参考例1.
実施例1の発光素子において、p側第2窒化物半導体層42を形成することなく、Mgの原料ガスであるCpMgの供給を停止して成長させたp側第3窒化物半導体層を105nmの厚さに成長させた以外は、実施例1の発光素子と同様にして参考例1の発光素子を作製した。
以上のようにして作製した実施例1の発光素子と参考例1の発光素子についてそれぞれ100mAの電流を流したときの順方向電圧Vfと発光強度とを評価した。
その結果、実施例1の発光素子の順方向電圧Vfは3.725Vであるのに対して、参考例1の発光素子の順方向電圧Vfは3.755Vであった。また、実施例1の発光素子1の発光強度は49mであるのに対して、参考例1の発光素子の発光強度は48mであった。
以上のように、p側第2窒化物半導体層42を含む実施例1の発光素子は、参考例1の発光素子に比較して、同じ100mAの電流を流したときの順方向電圧Vfを低くできかつ発光強度を高くすることができることが確認された。
10 成長基板
10a バッファ層
2 n側窒化物半導体層
3 活性層
4 p側窒化物半導体層
41 p側第1窒化物半導体層
42 p側第2窒化物半導体層
43 p側第3窒化物半導体層
44 p側第4窒化物半導体層
51 n電極
52 p電極

Claims (9)

  1. n側窒化物半導体層を成長させるn側窒化物半導体層成長工程と、前記n側窒化物半導体層上に活性層を成長させる活性層成長工程と、前記活性層上にp側窒化物半導体層を成長させるp側窒化物半導体層成長工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
    前記p側窒化物半導体層成長工程は、
    Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用い、Al原料ガス、Ga原料ガス及びN原料ガスの各流量を、成長させる窒化物半導体層のGa及びAlの合計量に対するAlの含有量の比であるAl混晶比が20%以上、30%以下の第1混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを第1流量として、前記活性層上にp側第1窒化物半導体層を成長させる第1工程と、
    Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が6%以上、10%以下の第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを前記第1流量よりも少ない第2流量として、前記p側第1窒化物半導体層上にp側第2窒化物半導体層を成長させる第2工程と、
    Al原料ガス、Ga原料ガス及びN原料ガスを含む原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が前記第2混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを停止して、前記p側第2窒化物半導体層上にp側第3窒化物半導体層を成長させる第3工程と、
    Al原料ガス、Ga原料ガス、N原料ガス及びMg原料ガスを含む原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のAl混晶比が前記第2混晶比よりも小さい第3混晶比となるように設定し、Mg原料ガスを前記第1流量よりも多い第3流量として、前記p側第3窒化物半導体層上にp側第4窒化物半導体層を成長させる第4工程と、
    を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
  2. 前記第2流量を、前記第1流量の1/5以下にする請求項1記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  3. 前記第3流量を、前記第1流量の2倍以上にする請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
  4. 前記第2工程において、前記p側第2窒化物半導体層の厚さを、前記p側1窒化物半導体層の厚さよりも厚く成長させる請求項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。
  5. 前記第1工程において、前記p側第1窒化物半導体層を、20nm以上、30nm以下の厚さに成長させる請求項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。
  6. 前記第2工程において、前記p側第2窒化物半導体層を、10nm以上、50nm以下の厚さに成長させる請求項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。
  7. 前記第3工程において、前記p側第3窒化物半導体層を、40nm以上、150nm以下の厚さに成長させる請求項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。
  8. 前記第4工程において、前記p側第4窒化物半導体層を、10nm以上、15nm以下の厚さに成長させる請求項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。
  9. 前記活性層の発する光のピーク波長は、350nm以上、410nm以下である請求項1~8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。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001148507A (ja) 1999-03-29 2001-05-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP2004266240A (ja) 2002-07-08 2004-09-24 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
JP2010098151A (ja) 2008-10-17 2010-04-30 Nichia Corp 半導体発光素子
WO2011102411A1 (ja) 2010-02-19 2011-08-25 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2011222728A (ja) 2010-04-09 2011-11-04 Ushio Inc 窒素化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2012119515A (ja) 2010-12-01 2012-06-21 Toshiba Corp 半導体発光素子
US20160104816A1 (en) 2013-05-22 2016-04-14 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device and method for preparing the same
CN105679893A (zh) 2016-03-09 2016-06-15 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片
JP2016157734A (ja) 2015-02-23 2016-09-01 豊田合成株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2018093160A (ja) 2016-04-20 2018-06-14 Dowaエレクトロニクス株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE525755T1 (de) 2001-10-12 2011-10-15 Nichia Corp Lichtemittierendes bauelement und verfahren zu seiner herstellung
JP5615334B2 (ja) 2012-10-11 2014-10-29 株式会社東芝 半導体発光素子
JP2014127708A (ja) 2012-12-27 2014-07-07 Toshiba Corp 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP2015065245A (ja) 2013-09-24 2015-04-09 株式会社東芝 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
DE102013017275B4 (de) * 2013-10-17 2022-01-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauelement
WO2016002419A1 (ja) * 2014-07-04 2016-01-07 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子
JP6573076B2 (ja) 2016-02-01 2019-09-11 パナソニック株式会社 紫外線発光素子

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001148507A (ja) 1999-03-29 2001-05-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP2004266240A (ja) 2002-07-08 2004-09-24 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
JP2010098151A (ja) 2008-10-17 2010-04-30 Nichia Corp 半導体発光素子
WO2011102411A1 (ja) 2010-02-19 2011-08-25 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2011222728A (ja) 2010-04-09 2011-11-04 Ushio Inc 窒素化合物半導体発光素子およびその製造方法
JP2012119515A (ja) 2010-12-01 2012-06-21 Toshiba Corp 半導体発光素子
US20160104816A1 (en) 2013-05-22 2016-04-14 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device and method for preparing the same
JP2016157734A (ja) 2015-02-23 2016-09-01 豊田合成株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法
CN105679893A (zh) 2016-03-09 2016-06-15 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片制作方法及发光二极管外延片
JP2018093160A (ja) 2016-04-20 2018-06-14 Dowaエレクトロニクス株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

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