JPWO2022038769A5 - - Google Patents
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Description
Y. Nagasawa, et al., "Comparison of AlxGa1-xN multiple quantum wells designed for 265 and 285nm deep-ultraviolet LEDs grown on AlN templates having macrosteps", Applied Physics Express 12, 064009 (2019)
K. Kojima, et al., "Carrier localization structure combined with current micropaths in AlGaN quantum wells grown on an AlN template with macrosteps", Applied Physics letter 114, 011102 (2019)
ここで、井戸層が２層以上の多重量子井戸構造では、最もｐ型層側の井戸層において発光強度が大きいため、当該井戸層のｎ型層側のバリア層において、第３Ｇａ富化領域が形成されていることで、上述のキャリアの井戸層への供給をより効率的に行うことができる。
本実施形態では、第２Ｇａ富化領域２２０ａには、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ１Ｇａ１Ｎ２またはＡｌ５Ｇａ７Ｎ１２またはＡｌ１Ｇａ２Ｎ３となっている３種類の準安定ＡｌＧａＮ、つまり、ＡｌＮモル分率が５０％（２分の１）または４１．７％（１２分の５）または３３．３％（３分の１）の準安定ＡｌＧａＮの何れか１つが存在する。また、井戸本体領域２２０ｂのＡｌＮモル分率は、第２Ｇａ富化領域２２０ａにＡｌＮモル分率が５０％の準安定ＡｌＧａＮが存在する場合は、５０．１％～５４％の範囲内に調整され、第２Ｇａ富化領域２２０ａにＡｌＮモル分率が４１．７％の準安定ＡｌＧａＮが存在する場合は、４１．８％～４６％の範囲内に調整され、第２Ｇａ富化領域２２０ａにＡｌＮモル分率が３３．３％の準安定ＡｌＧａＮが存在する場合は、３３．４％～３７％の範囲内に調整されている。井戸層２２０の膜厚は、テラス領域ＴＡ及び傾斜領域ＢＡを含めて、例えば、２ユニットセル～７ユニットセルの範囲内に調整されている。
＜発光素子の製造方法＞
次に、図４に例示した発光素子１の製造方法の一例について説明する。
次に、図４に例示した発光素子１の製造方法の一例について説明する。
具体的には、成長温度としては、Ｇａの質量移動の生じ易い１０５０℃以上で、良好なｎ型ＡｌＧａＮが調製可能な１１５０℃以下が好ましい。また、１１５０℃を超える成長温度では、Ｇａの質量移動が過剰となり、第１の準安定ＡｌＧａＮといえども、ＡｌＮモル分率がランダムに変動し易くなるため、第２の準安定ＡｌＧａＮであるＡｌＮモル分率が５８．３％の準安定ＡｌＧａＮは安定的に形成し辛くなるため、好ましくない。成長圧力としては、７５Ｔｏｒｒ以下が良好なＡｌＧａＮの成長条件として好ましく、成膜装置の制御限界として１０Ｔｏｒｒ以上が現実的であり好ましい。ドナー不純物濃度は、１×１０１８～５×１０１８ｃｍ－３程度が好ましい。尚、上記成長温度及び成長圧力等は、一例であって、使用する成膜装置に応じて適宜最適な条件を特定すればよい。
第１Ｇａ富化領域２１ａ内には、ＡｌＮモル分率が５８．３％の準安定ｎ型領域が安定的に存在しており、ｎ型クラッド層２１のＡｌＮモル分率の目標値Ｘａが６０％～６６％であるので、準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率５８．３％とｎ型本体領域２１ｂの平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂとの差（Ｘｂ－５８．３％）は安定的に約１．７％以上が確保され、ｎ型層内のキャリアは、ｎ型本体領域２１ｂよりバンドギャップエネルギの小さい第１Ｇａ富化領域２１ａ内に局在化する。尚、目標値Ｘａ及びｎ型本体領域２１ｂの平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂの下限値を６０％から例えば６１％に増加させると上記差は約２．７％以上となり、ｎ型層内のキャリアの第１Ｇａ富化領域２１ａ内への局在化はより顕著となる。更に、目標値Ｘａの上限が６６％であるので、ｎ型本体領域２１ｂ内において、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ２Ｇａ１Ｎ３の準安定ＡｌＧａＮが支配的に形成されることはない。仮に、目標値Ｘａの上限が６７％以上であると、ｎ型本体領域２１ｂ内にＡｌ２Ｇａ１Ｎ３の準安定ＡｌＧａＮが安定的に形成され、当該Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３の準安定ＡｌＧａＮから、第１Ｇａ富化領域内に、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２の準安定ＡｌＧａＮ（準安定ｎ型領域）を安定的に形成するためのＧａを十分に供給することが困難となる。従って、目標値Ｘａの上限を６６％に設定することで、第１Ｇａ富化領域２１ａにＡｌＮモル分率が５８．３％の準安定ｎ型領域を安定的に形成することが可能となる。
次に、反応性イオンエッチング等の周知のエッチング法により、上記要領で積層した窒化物半導体層２１～２５の第２領域Ｒ２を、ｎ型クラッド層２１の上面が露出するまで選択的にエッチングして、ｎ型クラッド層２１の上面の第２領域Ｒ２部分を露出させる。そして、電子ビーム蒸着法などの周知の成膜法により、エッチングされていない第１領域Ｒ１内のｐ型コンタクト層２５上にｐ電極２６を形成するとともに、エッチングされた第２領域Ｒ２内のｎ型クラッド層２１上にｎ電極２７を形成する。尚、ｐ電極２６及びｎ電極２７の一方または両方の形成後に、ＲＴＡ（瞬間熱アニール）等の周知の熱処理方法により熱処理を行ってもよい。
尚、井戸層２２０に関しては、図１２Ａ～図１２Ｅ及び図１４に示すような、ＥＤＸ法及びＣＬ法による組成分析は行っていない。井戸層２２０は、膜厚が１．５～７ユニットセル（３～１４ＭＬ）と極めて薄いため、基本的にＥＤＸ法による組成分析は適していない。一方、井戸層２２０のＣＬスペクトルの測定で注目すべき点は、ｎ型クラッド層２１のＣＬ法による組成分析と異なり、井戸層２２０に隣接するバリア層２２１、ｎ型クラッド層２１、及び、電子ブロック層のＡｌＮモル分率が、井戸層２２０の傾斜領域ＢＡ（第２Ｇａ富化領域２２０ａ）のＡｌＮモル分率（５０％または４１．７％または３３．３％）より、約８．３％程度以上高いことである。このため、井戸層２２０の傾斜領域ＢＡに向けて照射された電子ビームは、ビーム径が５０ｎｍと大きくてもビーム中央の高エネルギの電子は、エネルギ状態の低い井戸層２２０の傾斜領域ＢＡに集中するため、井戸層２２０の傾斜領域ＢＡの発光波長をＣＬ法を用いて計測できる。
第２実施形態では、第１実施形態におけるｎ型クラッド層２１の第１Ｇａ富化領域２１ａ及び井戸層２２０の第２Ｇａ富化領域２２０ａと同様に、バリア層２２１の第３Ｇａ富化領域２２１ａも、第１または第２の準安定ＡｌＧａＮで構成するのが好ましい。ここで、バリア層２２１全体のＡｌＮモル分率が６６．７％～９０％の範囲内であるので、第３Ｇａ富化領域２２１ａに適用可能な第１の準安定ＡｌＧａＮは、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ２Ｇａ１Ｎ３、または、Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６となる。また、第２の準安定ＡｌＧａＮのＡｌ３Ｇａ１Ｎ４も第３Ｇａ富化領域２２１ａに適用可能と考えられる。尚、第２の準安定ＡｌＧａＮのＡｌ１１Ｇａ１Ｎ１２は、Ａｌの組成比が高過ぎるため、動し易いＧａが対称配列となるサイトに入るまでに、量的に多いＡｌがランダムにサイトに入ることで、ＡｌとＧａの原子配列が対称配列とならない可能性が高くなり、ＡｌとＧａの原子配列はランダムな状態に近くなり、上述の安定度が低下するため、第３Ｇａ富化領域２２１ａには適用困難と考えられる。
（３）上記実施形態では、第１領域Ｒ１及びｐ電極２６の平面視形状は、一例として、櫛形形状のものを採用したが、該平面視形状は、櫛形形状に限定されるものではない。また、第１領域Ｒ１が複数存在して、夫々が、１つの第２領域Ｒ２に囲まれている平面視形状であってもよい。
Claims (2)
- 前記第２Ｇａ富化領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ１Ｇａ１Ｎ２となっているＡｌＧａＮ領域が存在し、前記井戸層の前記境界領域部分以外のＡｌＮモル分率が５０．１％～５４％の範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
- サファイア基板を含む下地部を、さらに備え、
前記サファイア基板は、（０００１）面に対して所定の角度だけ傾斜した主面を有し、当該主面の上方に前記発光素子構造部が形成されており、
少なくとも前記サファイア基板の前記主面から前記活性層の表面までの各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であることを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
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