JP7373107B2 - 発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図2Aは、発光素子10の第1活性層113を示す断面図である。
図2Bは、発光素子10の中間層120を示す断面図である。
図2Cは、発光素子10の第2活性層132を示す断面図である。
発光素子10は、図1に示すように、基板11と、半導体積層体12と、n側電極13と、p側電極14と、を備える。
図3は、本実施形態に係る発光素子10の製造方法を示すフローチャートである。
図4Aは、図3の第1活性層113を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。
図4Bは、図3の第2活性層132を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。
図5は、本実施形態に係る発光素子10の製造過程を説明するための断面図である。
図6は、本実施形態に係る発光素子10の製造過程を説明するための断面図である。
図7は、本実施形態に係る発光素子10の製造過程を説明するための断面図である。
図8は、本実施形態に係る発光素子10の製造過程を説明するための断面図である。
図9Aは、本実施形態に係る発光素子10における第1活性層113を形成する際の炉内の温度の時間変化を示すグラフである。
図9Bは、本実施形態に係る発光素子10における第2活性層132を形成する際の炉内の温度の時間変化を示すグラフである。
第1発光部110を形成する工程S1は、下地層111を形成する工程S11と、第1n型半導体層112を形成する工程S12と、第1活性層113を形成する工程S13と、第1p型半導体層114を形成する工程S14と、を含む。
中間層120を形成する工程S2では、例えば、炉内に、キャリアガスと、GaおよびNを含む原料ガスと、n型不純物であるSiを含む原料ガスとを供給する。この際、Siを含む原料ガスの流量を段階的に減少させる。これにより、第3n型半導体層121と、第3n型半導体層121のn型不純物濃度よりも低いn型不純物濃度を有する第4n型半導体層122と、第4n型半導体層122のn型不純物濃度よりも低いn型不純物濃度を有する第5n型半導体層123と、をこの順で第1発光部110上に形成する。以上により、図6に示すように中間層120を第1発光部110上に形成する。なお、中間層120は、MOCVD法ではなく、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法で形成してもよい。
第2発光部130を形成する工程S3は、図3に示すように、第2n型半導体層131を形成する工程S31と、第2活性層132を形成する工程S32と、第2p型半導体層133を形成する工程S33と、を含む。
n側電極13およびp側電極14を形成する工程S4では、先ず、図8に示すように、半導体積層体12の一部を除去して、第1n型半導体層112の第1面112s1および第3面112s3を、第1活性層113、第1p型半導体層114、中間層120、および第2発光部130から露出させる。半導体積層体12の一部は、例えば、レジストを用いて選択的にエッチングすることにより除去することができる。
第1活性層113は、上下方向に並んだ複数の第1井戸層115と、複数の第1井戸層115のうち隣り合う2つの第1井戸層115の間に位置する第1障壁層116bとを有する。
第2活性層132は、上下方向に並んだ複数の第2井戸層134と、複数の第2井戸層134のうち隣り合う2つの第2井戸層134の間に位置する第2障壁層135bとを有する。
第1発光部110を形成する工程S1において、第1障壁層116bを第1温度T1で形成する。第2発光部130を形成する工程S2において、第2障壁層135bを第1温度T1よりも高い第2温度T2で形成する。
次に、実施例および参考例について説明する。
実施例1、2に係る発光素子および参考例1~3に係る発光素子を作成した。実施例1、2に係る発光素子および参考例1~3に係る発光素子は、それぞれ図1に示す発光素子10と同様の層構造を有する。実施例1、2に係る発光素子および参考例1~3に係る発光素子は、下記の表に示す温度条件で第1障壁層および第2障壁層の形成し、その他の層の形成方法が共通するように作成した。なお、下記の表において、参考例1における第1温度T1および第2温度T2を基準の温度「Tref」としている。
図10Bは、参考例1~3における発光素子の順方向電流Ifと外部量子効率を正規化した値E.Q.E./E.Q.E.refと、の関係を示すグラフである。
作成した実施例1、2に係る発光素子および参考例1~3に係る発光素子の順方向電流Ifを0mA~500mAの間で変化させ、その時の外部量子効率E.Q.E.を測定した。その結果を図10Aおよび図10Bに示す。なお、図10Aおよび図10Bの縦軸は、いずれも測定した各外部量子効率E.Q.E.の値を参考例1における外部量子効率E.Q.E.の最大値E.Q.E.refで除算することにより、正規化した値である。
11 :基板
12 :半導体積層体
13 :n側電極
14 :p側電極
110 :第1発光部
111 :下地層
112 :第1n型半導体層
112s1 :第1面
112s2 :第2面
112s3 :第3面
113 :第1活性層
114 :第1p型半導体層
115 :第1井戸層
116a :第6障壁層
116b :第1障壁層
116c :第5障壁層
120 :中間層
121 :第3n型半導体層
122 :第4n型半導体層
123 :第5n型半導体層
130 :第2発光部
131 :第2n型半導体層
132 :第2活性層
133 :第2p型半導体層
134 :第2井戸層
135a :第4障壁層
135b :第2障壁層
135c :第3障壁層
T1 :第1温度
T2 :第2温度
T3 :第3温度
T4 :第4温度
T5 :第5温度
T6 :第6温度
p1 :第1部分
p2 :第2部分
t1、t2 :時刻
Δt1、Δt2:所定時間
Claims (13)
- 下方から上方に向かって順に、第1n型半導体層と、第1活性層と、第1p型半導体層と、を含む第1発光部を形成する工程と、
前記第1発光部上に、中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、下方から上方に向かって順に、第2n型半導体層と、第2活性層と、第2p型半導体層と、を含む第2発光部を形成する工程と、を備え、
前記第1活性層は、上下方向に並んだ複数の第1井戸層と、前記複数の第1井戸層のうち隣り合う2つの第1井戸層の間に位置する第1障壁層とを有し、
前記第2活性層は、前記上下方向に並んだ複数の第2井戸層と、前記複数の第2井戸層のうち隣り合う2つの第2井戸層の間に位置する第2障壁層とを有し、
前記第1発光部を形成する工程において、前記第1障壁層を第1温度で形成し、
前記第2発光部を形成する工程において、前記第2障壁層を前記第1温度よりも高い第2温度で形成する、発光素子の製造方法。 - 前記第2温度と前記第1温度との差は、50℃以上100℃以下である請求項1に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2活性層は、最も上方に位置する前記第2井戸層の上方に第3障壁層をさらに有し、
前記第2温度よりも低い第3温度で前記第3障壁層を形成する請求項1に記載の発光素子の製造方法。 - 前記第3温度と前記第1温度との差は、10℃以下である請求項3に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2活性層は、最も下方に位置する前記第2井戸層の下方に第4障壁層をさらに有し、
前記第2温度よりも低い第4温度で前記第4障壁層を形成する請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 - 前記第4温度と前記第1温度との差は、10℃以下である請求項5に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1井戸層および前記第2井戸層を形成する際の温度は、前記第2温度よりも低い請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2井戸層を形成する際の温度と前記第1井戸層を形成する際の温度との差は、10℃以下である請求項7に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2障壁層および前記第2井戸層は、それぞれ、III族元素を含む原料ガスおよびV族元素を含む原料ガスを供給することによって形成され、
前記第2障壁層を形成する際の前記V族元素を含む原料ガスのモル流量を前記III族元素を含む原料ガスのモル流量で除算したV/III比の値は、前記第2井戸層を形成する際のV/III比の値よりも小さい、請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 - 前記第2障壁層は、第1部分と、前記第1部分上に形成される第2部分とを有し、
前記第2発光部を形成する工程において、前記第2部分を前記第1部分を形成する際の温度および前記第1温度よりも高い温度で形成する、請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 - 前記第2部分の厚さは、前記第1部分の厚さよりも厚い、請求項10に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1障壁層および前記第2障壁層は、それぞれ窒化ガリウムを含み、
前記第1井戸層および前記第2井戸層は、それぞれ窒化インジウムガリウムを含む、請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。 - 前記中間層は、前記第2n型半導体層のn型不純物濃度よりも高いn型不純物濃度の第3n型半導体層を含む、請求項1~4のいずれか1つに記載の発光素子の製造方法。
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