KR20160099483A - 반도체 발광 소자 - Google Patents

반도체 발광 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20160099483A
KR20160099483A KR1020160012419A KR20160012419A KR20160099483A KR 20160099483 A KR20160099483 A KR 20160099483A KR 1020160012419 A KR1020160012419 A KR 1020160012419A KR 20160012419 A KR20160012419 A KR 20160012419A KR 20160099483 A KR20160099483 A KR 20160099483A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
light emitting
concentration
barrier layer
Prior art date
Application number
KR1020160012419A
Other languages
English (en)
Inventor
마사시 츠키하라
고헤이 미요시
Original Assignee
우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 우시오덴키 가부시키가이샤 filed Critical 우시오덴키 가부시키가이샤
Publication of KR20160099483A publication Critical patent/KR20160099483A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED

Abstract

[과제] 높은 발광 강도를 나타내는 질화물 반도체 발광 소자를 실현한다.
[해결 수단] 본 발명의 질화물 반도체 발광 소자는, n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 발광층과 질화물 반도체로 이루어지는 장벽층을 교호로 적층하여 이루어지는 활성층을 가지고, 장벽층 중 p형 질화물 반도체층에 가장 가까운 위치에 형성되는 최종 장벽층의 C농도가 1×1018/cm3 이하이다.

Description

반도체 발광 소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은, n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 발광층과 질화물 반도체로 이루어지는 장벽층을 교호로 적층하여 이루어지는 활성층을 가지는 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
오늘날, 질화물 반도체는, LED(발광 다이오드)나 LD(레이저 다이오드) 등의 발광 소자의 용도로서 이용, 개발이 이루어지고 있는 중이다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 참조).
일본국 특허 제3498697호 명세서 일본국 특허 공개 평11-298090호 공보
본 발명자는, 동일한 재료로 반도체 발광 소자를 복수 제조하고, 각 소자에 대해 전류를 주입한 결과, 실제로 발광하는 소자와, 전혀 발광하지 않거나 또는 거의 발광하지 않는 소자가 혼재하고 있는 것에 주목했다. 그리고, 이들 소자의 결정 평가를 행했으나, 양자 간에 결정적으로는 의미가 있는 차이는 존재하지 않았다.
본 발명자는, 소자에 의해 발광하거나 발광하지 않는 현상이 발생하고 있는 것에 대해 더욱 예의 연구를 거듭한 결과, 발광하고 있는 소자와 발광하지 않은 소자 사이에는, 특정의 개소에 있어서의 C농도에 차이가 존재하는 것을 밝혀냈다.
본 발명은, 상기의 검토를 감안하여, 높은 발광 강도를 나타내는 질화물 반도체 발광 소자를 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 발광층과 질화물 반도체로 이루어지는 장벽층을 교호로 적층하여 이루어지는 활성층을 가지는 질화물 반도체 발광 소자로서,
상기 장벽층 중 상기 p형 질화물 반도체층에 가장 가까운 위치에 형성되는 최종 장벽층의 C농도가 1×1018/cm3 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명자의 예의 연구에 의해, 최종 장벽층의 C농도를 1×1018/cm3 이하로 하여 질화물 반도체 발광 소자를 구성함으로써, 발광 강도가 높은 발광 소자가 실현되는 것이 확인되었다. 특히, 최종 장벽층의 C농도를 5×1017/cm3 이하로 함으로써, 더욱 발광 강도가 높은 발광 소자가 실현된다. 이 결과는, 「발명을 실시하기 위한 형태」의 항에서 실시예를 참조하여 후술된다.
본 발명자의 예의 연구에 의해, 최종 장벽층의 C농도가 1×1018/cm3보다 높아지면, 상기 C농도가 높아질수록 발광 강도가 저하하는 것이 확인되었다. 이 이유는 현시점에서는 확실하지 않으나, 본 발명자는 이 이유를 이하와 같이 추찰하고 있다. 즉, 최종 장벽층의 C농도가 높음으로써, p형 질화물 반도체층으로부터 발광층으로 향하는 정공의 이동이 방해된다. 정공은 전자에 비해 이동도가 낮기 때문에, 활성층을 구성하는 복수의 발광층 중, p형 질화물 반도체층 근처에 형성된 발광층에 있어서 전자와 정공이 재결합하기 쉬우며, 상기 발광층이 가장 발광에 기여한다. 그러나, 최종 장벽층에 있어서의 C농도가 높음으로써, 이 가장 발광에 기여하는 발광층 내에 정공을 충분히 이동시킬 수 없다. 이 결과, 상기 발광층에 있어서의 전자와 정공의 재결합 확률이 저하하고, 이것에 수반하여 발광 강도가 저하되고 있다.
이 관점에 서면, p형 질화물 반도체층과 최종 장벽층 사이에 다른 층을 가지는 발광 소자에 있어서는, 상기 다른 층의 C농도에 대해서도 1×1018/cm3 이하로 함으로써, 가장 발광에 기여하는 발광층에 정공을 고효율로 주입할 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 다른 층의 C농도를 5×1017/cm3 이하로 하여 발광 소자를 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 질화물 반도체 발광 소자를 구성하는 각 반도체층은, 일반적으로 MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：유기 금속 화학 기상 증착)에 의해 형성된다. 최종 장벽층에 존재하는 C성분은, 원료 가스로서 이용되는 트리메틸갈륨(TMG) 등의 유기 금속 화합물에 포함되는 C원소에 유래하는 것이라고 생각된다. 따라서, 원료 가스 및 캐리어 가스의 유량이나 성장 온도의 프로파일을 적당히 변경함으로써, 최종 장벽층의 C농도를 적당히 조정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 높은 발광 강도를 나타내는 질화물 반도체 발광 소자가 실현된다.
도 1은 질화물 반도체 발광 소자의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 질화물 반도체 발광 소자의 구조의 일부분을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 실시예 1~3 및 비교예 1의 각 소자의 발광 광량과 공급 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 질화물 반도체 발광 소자의 다른 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 질화물 반도체 발광 소자의 다른 구조의 일부분을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
본 발명의 질화물 반도체 발광 소자에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 각 도면에 있어서, 실제의 치수비와 도면의 치수비는 반드시 일치하지 않는다.
［구조］
도 1은, 질화물 반도체 발광 소자의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시되는 질화물 반도체 발광 소자(1)(이하, 적당히 「발광 소자(1)」라고 약기한다)는, 기판(2) 상에, 언도프층(3), n형 질화물 반도체층(4), 활성층(5), 및 p형 질화물 반도체층(6)을 가지고 구성되어 있다.
(기판(2))
기판(2)은, 사파이어 기판으로 구성된다. 또한, 사파이어 외, Si, SiC, AlN, AlGaN, GaN, YAG 등으로 구성해도 상관없다.
(언도프층(3))
언도프층(3)은, GaN으로 형성된다. 더욱 구체적으로는, GaN으로 이루어지는 저온 버퍼층과, 그 상층에 GaN으로 이루어지는 기초층에 의해 형성된다.
(n형 질화물 반도체층(4))
n형 질화물 반도체층(4)은, AlX1InY1GaZ1N(0≤X1≤1, 0≤Y1≤1, 0≤Z1≤1, X1＋Y1＋Z1=1)에 의해 구성된다. 일 예로서, n형 질화물 반도체층(4)은 n-Al0.06Ga0.94N에 의해 구성된다. 또한, 도판트로서의 n형 불순물로서는 Si가 적절하게 이용되는데, Ge, S, Se, Sn, Te 등을 이용할 수도 있다.
또한, n형 질화물 반도체층(4)은, 언도프층(3)에 접촉하는 영역에 n-GaN으로 구성되는 층(보호층)을 포함하는 구성으로 해도 상관없다.
(활성층(5))
활성층(5)은, AlX3InY3GaZ3N(0≤X3≤1, 0≤Y3≤1, 0≤Z3≤1, X3＋Y3＋Z3=1)으로 이루어지는 발광층과, AlX4InY4GaZ4N(0≤X4≤1, 0≤Y4≤1, 0≤Z4≤1, X4＋Y4＋Z4=1)으로 이루어지는 장벽층이 복수층 반복되어 구성된다. 활성층(5)을 구성하는 발광층은, 활성층(5)을 구성하는 장벽층보다 밴드 갭 에너지가 낮으면 된다. 활성층(5)은, 예를 들어 InGaN으로 이루어지는 발광층과 AlGaN으로 이루어지는 장벽층이 복수층 반복되어 구성된다. 이들 층은 언도프여도 p형 또는 n형으로 도프되어 있어도 상관없다. 또한, 여기서 말하는 「InGaN」이라고 하는 표기는, In과 Ga를 포함하는 질화물 반도체층인 것을 기재하고 있는 것에 지나지 않고, In과 Ga의 조성비가 1：1인 것을 말하는 것은 아니다. 「AlGaN」이라고 하는 표기에 대해서도 마찬가지이다.
활성층(5)의 구성에 대해, 도 2를 참조하여 상술한다. 도 2는, 질화물 반도체 발광 소자(1) 중, 활성층(5) 및 그 근방의 부분을 확대하여 모식적으로 도시한 단면도이다.
활성층(5)은, 질화물 반도체로 형성된 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)과, 질화물 반도체로 형성된 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)이 교호로 적층되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 활성층(5)이 6층의 장벽층과 5층의 발광층을 가지는 구성으로 되어 있는데, 장벽층 및 발광층의 층수는 어디까지나 일 예이며, 적당히 설정 가능하다.
도 2를 참조하여 활성층(5)을 설명하면, 활성층(5) 중, 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)이 AlGaN으로 구성되어 있고, 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)이 InGaN으로 구성되어 있다. 일 예로서, 본 실시 형태에 있어서의 질화물 반도체 발광 소자(1)가 구비하는 활성층은, Al0 . 08Ga0 .92N으로 이루어지는 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)과, In0.03Ga0.97N으로 이루어지는 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)으로 구성되어 있다.
그리고, 발광 소자(1)는, 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k) 중, p형 질화물 반도체층(6)에 가장 가까운 위치에 형성되는 장벽층(5k), 즉 최종 장벽층(5k)의 C농도를 1×1018/cm3 이하로 하고 있다.
(p형 질화물 반도체층(6))
p형 질화물 반도체층(6)은, AlX2InY2GaZ2N(0≤X2≤1, 0≤Y2≤1, 0≤Z2≤1, X2＋Y2＋Z2=1)에 의해 구성된다. 일 예로서, p형 질화물 반도체층(6)을, p-Al0 . 3Ga0 .7N과 p-Al0 . 09Ga0 .91N의 적층 구조로 할 수 있다. 도판트로서의 p형 불순물로서는 Mg가 적절하게 이용되는데, Be, Zn 등을 이용할 수도 있다.
또한, p형 질화물 반도체층(6)은, AlX2InY2GaZ2N층의 상층에, 컨택트용의 고농도 p-GaN층을 가지는 것으로 해도 상관없다.
［제조 프로세스］
다음에, 도 1 및 도 2에 도시한 발광 소자(1)의 제조 프로세스에 대해, 설명한다. 또한, 이 제조 프로세스는 어디까지나 일 예이며, 가스의 유량, 로내 온도, 로내 압력 등은 적당히 조정해도 상관없다.
(단계 S1)
우선, 기판(2)의 상층에 언도프층(3)을 형성한다. 이것은, 예를 들어 이하의 방법에 의해 실현된다.
기판(2)으로서의 사파이어 기판을 준비하고, c면 사파이어 기판의 클리닝을 행한다. 이 클리닝은, 더욱 구체적으로는, 예를 들어 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：유기 금속 화학 기상 증착) 장치의 처리로 내에 c면 사파이어 기판을 배치하고, 처리로 내에 소정 유량의 수소 가스를 흐르게 하면서, 로내를 소정 온도로 상승시킴으로써 실행된다.
다음에, c면 사파이어 기판의 표면에, GaN으로 이루어지는 저온 버퍼층을 형성하고, 더욱 그 상층에 GaN으로 이루어지는 기초층을 형성한다. 이들 저온 버퍼층 및 기초층이 언도프층(3)에 대응한다. 구체적으로는, MOCVD 장치에 있어서의 로내의 온도 및 압력을 소정의 값으로 설정한 상태로, 상기 로내에, 캐리어 가스로서 소정의 유량으로 질소 가스 및 수소 가스를 흐르게 하면서, 원료 가스로서 소정의 유량으로 트리메틸갈륨(TMG) 및 암모니아를 소정 시간 공급함으로써 실행된다. 이것에 의해, c면 사파이어 기판의 표면에, 소정의 두께(예를 들어 20nm)의 GaN으로 이루어지는 저온 버퍼층이 형성된다.
다음에, MOCVD 장치의 로내 온도를 상승시킨 상태로, 상기 캐리어 가스 및 상기 원료 가스의 유량 및 공급 시간을 적당히 조정함으로써, 저온 버퍼층의 표면에, 소정의 두께(예를 들어 1.7μm)의 GaN으로 이루어지는 기초층이 형성된다.
(단계 S2)
다음에, 언도프층(3)의 상층에 AlX1InY1GaZ1N의 조성으로 이루어지는 n형 질화물 반도체층(4)을 형성한다. 구체적으로는, MOCVD 장치에 있어서의 로내의 온도 및 압력을 소정의 값으로 설정한 상태로, 상기 로내에, 캐리어 가스로서 소정의 유량으로 질소 가스 및 수소 가스를 흐르게 하면서, 원료 가스로서 소정의 유량으로 TMG, 트리메틸알루미늄(TMA), 암모니아 및 n형 불순물을 도프하기 위한 테트라에틸실란을 소정 시간 공급함으로써 실행된다. 이것에 의해, 예를 들어 Al0 . 06Ga0 .94N의 조성을 가지고, 두께가 1.7μm의 n형 질화물 반도체층(4)이 언도프층(3)의 상층에 형성된다.
또한, 본 단계에 있어서, n형 질화물 반도체층(4)을 AlX1InY1GaZ1N으로 실현하는 경우에는, 원료 가스로서 소정 유량의 트리메틸인듐(TMI)을 추가하는 것으로 해도 상관없다.
(단계 S3)
다음에, n형 질화물 반도체층(4)의 상층에 활성층(5)을 형성한다. 이 때, 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)을 형성하는 단계와, 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)을 형성하는 단계가 교호로 실행된다.
구체적으로는, MOCVD 장치에 있어서의 로내의 온도 및 압력을 소정의 값으로 설정한 상태로, 상기 로내에, 캐리어 가스로서 소정의 유량으로 질소 가스 및 수소 가스를 흐르게 하면서, 원료 가스로서 소정의 유량으로 TMG, TMA, 암모니아, 및 테트라에틸실란을 소정 시간 공급함으로써 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)이 형성된다. 또, MOCVD 장치에 있어서의 로내의 온도 및 압력을 소정의 값으로 설정한 상태로, 상기 로내에, 캐리어 가스로서 소정의 유량으로 질소 가스 및 수소 가스를 흐르게 하면서, 원료 가스로서 소정의 유량으로 TMG, TMI, 및 암모니아를 소정 시간 공급함으로써 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)이 형성된다. 원료 가스의 공급 시간에 의해 각층의 두께를 조정할 수 있고, 반복 회수에 의해 발광층과 장벽층의 주기수를 조정할 수 있다.
이것에 의해, 예를 들어 두께가 20nm의 n형 AlGaN으로 이루어지는 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)을 가지는 활성층(5) 및 두께가 2nm의 InGaN으로 이루어지는 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)이, n형 질화물 반도체층(4)의 상면에 형성된다.
또한, 여기에서는, 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)을 언도프 하고, 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)을 n형 불순물로 도프하는 경우의 프로세스를 나타내고 있는데, 이들 층은 언도프여도 상관없고, p형 또는 n형으로 도프되어 있어도 상관없다.
또, 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j)을 AlInGaN으로 구성해도 된다. 이 경우에는, 원료 가스에 소정 유량의 TMA를 포함시킴으로써 실현될 수 있다. 마찬가지로, 장벽층(5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k)을 AlInGaN으로 구성해도 된다. 이 경우에는, 원료 가스에 소정 유량의 TMI를 포함시킴으로써 실현될 수 있다.
(단계 S4)
다음에, 활성층(5)의 상층에, AlX2InY2GaZ2N으로 구성되는 p형 질화물 반도체층(6)을 형성한다. 구체적으로는, MOCVD 장치에 있어서의 로내의 온도 및 압력을 소정의 값으로 설정한 상태로, 상기 로내에, 캐리어 가스로서 소정의 유량으로 질소 가스 및 수소 가스를 흐르게 하면서, 원료 가스로서 소정의 유량으로 TMG, TMA, 암모니아 및 p형 불순물을 도프하기 위한 비스시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 소정 시간 공급함으로써 실행된다. 이것에 의해, 예를 들어 두께가 20nm의 Al0.3Ga0.7N과, 두께가 150nm의 Al0 . 09Ga0 .91N의 적층 구조로 구성되는 p형 질화물 반도체층(6)이, 활성층(5)의 상층에 형성된다. 또한, 본 단계에 있어서, p형 질화물 반도체층(6)을 AlX2InY2GaZ2N으로 실현하는 경우에는, 원료 가스로서 소정 유량의 TMI를 더 추가하는 것으로 해도 상관없다.
또한, 이후에, TMA의 공급을 정지함과 더불어, Cp2Mg의 유량을 적당히 변경하여 원료 가스를 소정 시간 공급함으로써, 고농도 p형의 GaN층을 형성해도 상관없다. 이 경우, p형 질화물 반도체층(6)은, AlX2InY2GaZ2N과 고농도 p형 GaN층의 적층 구조로 구성된다.
(다음의 공정)
기판(2)의 동일면측에 n측 전극과 p형 전극을 배치하는 이른바 「횡형 구조」의 발광 소자(1)를 실현하는 경우에는, ICP 에칭에 의해 n형 질화물 반도체층(4)의 일부 상면을 노출시키고, 노출된 n형 질화물 반도체층(4)의 상층에 n측 전극을 형성하며, p형 질화물 반도체층(6)의 상층에 p측 전극을 형성한다. 그리고, 각 소자들을 예를 들어 레이저 다이싱 장치에 의해 분리하고, 전극에 대해 와이어 본딩을 행한다.
한편, 기판의 한쪽 면에 n측 전극을 배치하고, 다른쪽 면에 p측 전극을 배치하여 이루어지는, 이른바 「종형 구조」의 발광 소자(1)를 제조하는 경우에는, 이하의 순서에 따른다. 우선, p형 질화물 반도체층(6)의 상층에 p측 전극이 되는 금속 전극(반사 전극), 핸더 확산 방지층, 및 핸더층을 형성한다. 그리고, 핸더층을 통해, 도체 또는 반도체로 구성된 지지 기판(예를 들어 CuW 기판)을 맞붙인 후, 상하를 반전시켜 기판(2)을 레이저 조사 등의 방법에 의해 박리한다. 그 후, n형 질화물 반도체층(4)의 상층에 n측 전극을 형성한다. 이하, 횡형 구조와 마찬가지로, 소자 분리 및 와이어 본딩을 행한다.
［평가］
도 1 및 도 2에 도시하는 발광 소자(1)에 관하여, 최종 장벽층(5k)의 C농도를 변경시켜 소자의 특성의 평가를 행했다. 구체적으로는, 단계 S3의 성장 조건 및 단계 S4에 있어서의 p형 질화물 반도체층(6)의 성장 조건을 변경함으로써, 최종 장벽층(5k)의 C농도를 변경시켰다. 또한, 각 실시예 및 비교예에 있어서의 각층의 조성 및 두께는 공통이다.
더욱 상세하게 말하면, 상기 서술한 프로세스에 있어서, 로내 온도의 승온의 속도, 및 원료 가스의 공급 개시 타이밍을 상이하게 함으로써, 최종 장벽층(5k)의 C농도만을 변경시켰다.
또한, 본 실시 형태에 따른 발광 소자(1)에서는, 최종 장벽층(5k)이 p형 질화물 반도체층(6)에 접촉하는 구성을 채용하고 있다. 이로 인해, 최종 장벽층(5k)을 성장시킬 때의 원료 가스뿐만 아니라, p형 질화물 반도체층(6)을 성장시킬 때의 원료 가스에 의해서도 최종 장벽층(5k)에 포함되는 C농도에 영향을 줄 가능성이 있다. 이로 인해, 상기 서술한 바와 같이, 단계 S3과 단계 S4의 양방의 성장 조건을 변경함으로써, 최종 장벽층(5k)의 C농도를 변경시키고 있다.
실시예 1의 발광 소자는, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 5×1016/cm3이다. 또한, 이 값은 거의 검출 한계에 상당한다.
실시예 2의 발광 소자는, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 5×1017/cm3이다.
실시예 3의 발광 소자는, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 1×1018/cm3이다.
비교예 1의 발광 소자는, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 2×1018/cm3이다.
또한, 상기의 각 실시예 1-3 및 비교예 1에 있어서, 최종 장벽층(5k)의 C농도의 값은, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry：이차 이온 질량 분석법)을 이용하여 도출된 것이다.
도 3은, 상기 실시예 1-3, 및 비교예 1의 각 소자의 발광 강도와 공급 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3에 의하면, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 5×1016/cm3인 실시예 1의 소자 및, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 5×1017/cm3인 실시예 2의 소자는, 거의 동등한 정도의 높은 발광 강도를 나타내고 있다.
한편, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 2×1018/cm3로 가장 높은 값을 나타낸 비교예 1의 소자는, 거의 발광이 확인되지 않았다. 또, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 실시예 2와 비교예 1 사이의 1×1018/cm3인 실시예 3의 소자는, 실시예 2의 소자보다 발광 강도가 저하했지만, 비교예 1의 소자에 비하면 충분한 강도의 발광이 확인되었다.
도 3의 결과를 감안하면, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 높아질수록 소자의 발광 강도가 저하하는 경향을 나타내고 있는 것을 안다. 이 이유는 확실하지 않으나, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 높은 결과, p형 질화물 반도체층(6)으로부터 발광층(5j 등)으로의 정공의 주입이 방해되어, 상기 발광층(5j 등)에 있어서의 전자와 정공의 재결합 확률이 저하함으로써 발광 강도가 저하한 것이라고 추찰된다.
정공은 전자에 비해 이동도가 낮기 때문에, 활성층(5)을 구성하는 각 발광층(5b, 5d, 5f, 5h, 5j) 중, p형 질화물 반도체층(6) 근처에 위치하는 발광층(예를 들어 발광층(5j) 등)에 있어서, 가장 효율적으로 전자와 정공이 재결합된다. 즉, p형 질화물 반도체층(6) 근처에 위치하는 발광층이 가장 발광에 기여하는 층이 된다. 그러나, 비교예 1과 같이 발광층(5j)과 p형 질화물 반도체층(6) 사이에 위치하는 최종 장벽층(5k)의 C농도가 높은 경우, 가장 발광에 기여하는 발광층(5j)에 대한 정공의 주입량이 저하함으로써, 실시예 1이나 실시예 2에 비해 발광 강도가 저하한 것이라고 생각된다.
이 추찰을 감안하여 보면, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 가능한 한 낮아지도록 발광 소자(1)를 형성함으로써, 높은 발광 강도를 나타내는 발광 소자가 실현될 수 있는 것을 안다. 특히, 도 3에 있어서, 소자에 대해 0.1A의 전류가 인가된 경우를 비교하면, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 1×1018/cm3인 실시예 3의 소자는, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 5×1016/cm3인 실시예 1의 소자에 비해 발광 강도가 6할 정도로 저하되어 있다. 그리고, 최종 장벽층(5k)의 C농도가 2×1018/cm3인 비교예 1의 소자는, 실시예 1의 소자의 발광 강도의 5% 이하이며, 거의 발광이 인정되지 않는다. 즉, 적어도 최종 장벽층(5k)의 C농도를 1×1018/cm3 이하로 함으로써, 실용에 견딜 수 있는 발광 강도를 나타내는 발광 소자가 실현되고, 또한, 최종 장벽층(5k)의 C농도를 5×1017/cm3 이하로 함으로써, 매우 높은 발광 강도를 나타내는 발광 소자가 실현된다.
또한, 활성층(5)을 구성하는 발광층 및 장벽층의 적층수를 상기 실시예와 상이하게 하여 동일한 실험을 행했는데, 도 3과 같은 경향이 얻어졌다. 또, 장벽층의 조성, p형 질화물 반도체층(6)의 조성, 또는 장벽층의 막 두께 등을 상기 실시예와 상이하게 하여 동일한 실험을 행했는데, 역시 도 3과 같은 경향이 얻어졌다. 이것으로부터도, 적어도 최종 장벽층(5k)의 C농도를 1×1018/cm3 이하로 함으로써, 실용에 견딜 수 있는 발광 강도를 나타내는 발광 소자가 실현되며, 또한, 최종 장벽층(5k)의 C농도를 5×1017/cm3 이하로 함으로써, 매우 높은 발광 강도를 나타내는 발광 소자가 실현되는 것이 결론지어졌다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 발광층 및 장벽층이 복수 주기 반복됨으로써 활성층(5)이 형성되는 경우에 대해 설명했는데, 활성층(5)은, 단일의 발광층을 가지는 구성이어도 상관없다. 이 경우, 활성층(5)은 발광층과 상기 발광층 사이에 끼인 2개의 장벽층을 가지고, 장벽층과 발광층이 교호로 적층되어 실현된다. 그리고, 2개의 장벽층 중, p형 질화물 반도체층(6)에 가장 가까운 위치의 장벽층이 최종 장벽층에 대응하며, 이 최종 장벽층의 C농도가 1×1018/cm3 이하이다.
또한, 최종 장벽층(5k)에 포함되는 C에 의해, p형 질화물 반도체층(6)으로부터의 정공의 이동이 방해되는 것을 감안하면, 발광 소자(1)가 최종 장벽층(5k)과 p형 질화물 반도체층(6) 사이에 다른 층을 가지고 구성되는 경우에는, 상기 다른 층에 대해서도 C농도를 1×1018/cm3 이하로 하는 것이 바람직하다. 도 4는, 발광 소자(1)의 다른 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 5는, 도 4에 도시되는 발광 소자(1) 중, 활성층(5) 및 그 근방의 부분을 확대하여 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시되는 발광 소자(1)는, 최종 장벽층(5k)과 p형 질화물 반도체층(6) 사이에, 언도프 AlGaN층(7)을 구비하는 구성이다. 이러한 경우에는, 최종 장벽층(5k) 및 언도프 AlGaN층(7)에 함유되는 C농도가 1×1018/cm3 이하가 되도록 구성된다. 이것에 의해, p형 질화물 반도체층(6)에 가까운 발광층(발광층(5j) 등)에 대한 정공으로의 주입이 높아져, 발광 강도가 개선된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 예에서는, 최종 장벽층(5k)과 p형 질화물 반도체층(6) 사이에 형성되는 층을 언도프 AlGaN층(7)으로 했는데, 이것은 어디까지나 일 예이며, 다른 층이 형성되어 있어도 상관없다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시하는 구성에 있어서, 최종 장벽층(5k)과 p형 질화물 반도체층(6) 사이에 복수의 층을 개재시키는 것으로 해도 상관없다. 이 경우는, 이들 복수의 층에 함유되는 C농도가 1×1018/cm3 이하가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.
1：질화물 반도체 발광 소자 2：기판
3： 언도프층 4：n형 질화물 반도체층
5：활성층 6：p형 질화물 반도체층
7：언도프 AlGaN층 5a, 5c, 5e, 5g, 5i, 5k：장벽층
5b, 5d, 5f, 5h, 5j：발광층

Claims (3)

  1. n형 질화물 반도체층과 p형 질화물 반도체층 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 발광층과 질화물 반도체로 이루어지는 장벽층을 교호로 적층하여 이루어지는 활성층을 가지는 질화물 반도체 발광 소자로서,
    상기 장벽층 중 상기 p형 질화물 반도체층에 가장 가까운 위치에 형성되는 최종 장벽층의 C농도가 1×1018/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 최종 장벽층의 C농도가 5×1017/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 최종 장벽층과 상기 p형 질화물 반도체층 사이에 다른 층을 가지고, 상기 다른 층의 C농도가 1×1018/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자.
KR1020160012419A 2015-02-12 2016-02-01 반도체 발광 소자 KR20160099483A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015025711A JP6478685B2 (ja) 2015-02-12 2015-02-12 半導体発光素子
JPJP-P-2015-025711 2015-02-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160099483A true KR20160099483A (ko) 2016-08-22

Family

ID=56688461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160012419A KR20160099483A (ko) 2015-02-12 2016-02-01 반도체 발광 소자

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6478685B2 (ko)
KR (1) KR20160099483A (ko)
TW (1) TW201703294A (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11298090A (ja) 1998-04-09 1999-10-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP3498697B2 (ja) 2000-07-07 2004-02-16 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3857715B2 (ja) * 1994-09-19 2006-12-13 株式会社東芝 化合物半導体装置の製造方法
JP3491375B2 (ja) * 1995-03-30 2004-01-26 昭和電工株式会社 発光素子及びその製造方法
JP3433075B2 (ja) * 1997-11-19 2003-08-04 株式会社東芝 窒化物系半導体素子の製造方法
WO2007013257A1 (ja) * 2005-07-29 2007-02-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 窒化物系半導体素子
JP4424680B2 (ja) * 2006-04-04 2010-03-03 スタンレー電気株式会社 ３族窒化物半導体の積層構造、及びその製造方法、並びに、半導体発光素子、及びその製造方法
JP2008078186A (ja) * 2006-09-19 2008-04-03 Mitsubishi Chemicals Corp 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法
JP2008140917A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子
KR101262726B1 (ko) * 2011-12-30 2013-05-09 일진엘이디(주) 탄소 도핑된 ｐ형 질화물층을 포함하는 질화물계 발광소자 제조 방법
JP6156681B2 (ja) * 2013-02-13 2017-07-05 ウシオ電機株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11298090A (ja) 1998-04-09 1999-10-29 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子
JP3498697B2 (ja) 2000-07-07 2004-02-16 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP6478685B2 (ja) 2019-03-06
TW201703294A (zh) 2017-01-16
JP2016149458A (ja) 2016-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9324908B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting element
JP5671244B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子
US9318645B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting element
KR101262726B1 (ko) 탄소 도핑된 ｐ형 질화물층을 포함하는 질화물계 발광소자 제조 방법
US20210328099A1 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor light-emitting element
JP5554739B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
KR100916489B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US9954138B2 (en) Light emitting element
KR20130102210A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
TW201523920A (zh) 氮化物半導體發光元件及其製造方法
JP2011035156A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
KR20160099483A (ko) 반도체 발광 소자
JP2008227103A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子
JP2014160806A (ja) Ｌｅｄ素子
JP2014143338A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP6356530B2 (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
WO2022196374A1 (ja) 発光素子
US10038118B2 (en) Light emitting element
JP6198004B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP2023178174A (ja) 発光素子および発光素子の製造方法
JP5800252B2 (ja) Ｌｅｄ素子
KR100921143B1 (ko) 반도체 발광소자
WO2016088732A1 (ja) 半導体発光素子
KR20130007031A (ko) 발광 소자 제조 방법
WO2014115800A1 (ja) Ｌｅｄ素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application