KR20200056395A - 심자외 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립하는 심자외 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 심자외 발광 소자는 기판(10) 상에 n 형 반도체층(30), 발광층(40), p 형 전자 블록층(60) 및 p 형 컨택트 층(70)을 순차적으로 가지고, p 형 컨택트층(70)은 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 구성된 제1층(71)과, Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어진 제2층(72)을 교대로 적층하여 이루어지는 초격자 구조를 가지고, 또한, Al 조성비 w0, Al 조성비 x, Al 조성비 y 및 p 형 컨택트 층의 두께 평균 Al 조성비 z는 식 [1] 0.030 <z-w0 <0.20 및 식 [2] 0.050≤x-y≤0.47을 만족한다.

Description

심자외 발광소자 및 그 제조 방법
본 발명은, 심자외(深紫外) 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립한 심자외 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
Al, Ga, In 등과 N의 화합물로 이루어지는 III족 질화물 반도체는, 직접 천이형 밴드 구조를 가지는 와이드 밴드갭 반도체이고, 살균, 정수, 의료, 조명, 고밀도광기록 등의 폭넓은 응용 분야가 기대되는 재료이다. 특히, 발광층에 III족 질화물 반도체를 이용한 발광소자는, III 족 원소의 함유 비율을 조정하는 것으로 심자외광부터 가시광 영역까지 커버할 수 있어 여러 가지의 광원에의 실용화가 진행되고 있다.
파장 200 ~ 350 nm의 광은 심자외광이라고 불리고, 심자외광을 발광하는 심자외 발광소자는 일반적으로는 이하와 같이 하여 제작된다. 즉, 사파이어나 AlN 단결정 등의 기판 상에, 버퍼층을 형성해, III족 질화물 반도체로 이루어지는 n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층을 순차적으로 형성한다. 그 다음에, n형 반도체층과 전기적으로 접속하는 n측 전극, p형 반도체층과 전기적으로 접속하는 p측 전극을 각각 형성한다. 여기서, p형 반도체층의 p측 전극 측에는, 오믹 접촉을 취하기 위해, 홀 농도를 높이기 쉬운 p형 GaN 컨택트층을 형성하는 것이 지금까지 일반적이었다. 또한, 발광층에는, III족 질화물 반도체로 이루어지는 장벽층과 우물층을 교대로 적층한 다중 양자 우물(MQW) 구조가 널리 이용되고 있다.
여기서, 심자외 발광소자에 요구되는 특성의 하나로서, 높은 외부 양자 효율 특성을 들 수 있다. 외부 양자 효율은, (i) 내부 양자 효율, (ii) 전자 유입 효율, 및 (iii) 광 인출 효율에 의해서 정해진다.
특허문헌 1에서는, AlGaN 혼정(混晶)의 p형 컨택트층과, 발광층으로부터의 방사 광에 대해 반사성을 나타내는 p측의 반사 전극을 구비하고, 기판 측을 광 인출 방향으로 하는 심자외 발광다이오드가 개시되어 있다. 단파장의 광에 대해서는, AlGaN으로 이루어지는 p형 컨택트층의 Al 조성비를 높게 할수록, p형 컨택트층의 투과율을 높게 할 수 있다. 그래서, 특허문헌 1에서는, 종래 일반적이었던 GaN으로 이루어지는 p형 컨택트층으로 바꾸어, 발광 파장에 따른 투과율을 가지는 AlGaN으로 이루어지는 p형 컨택트층을 이용하는 것을 제안하고 있다. 특허문헌 1에 따르면, AlGaN으로 이루어지는 p형 컨택트층을 이용하면, GaN에 비해 홀 농도가 저하한다고 해도, 방사 광에 대한 p형 컨택트층의 투과율이 높아지기 때문에 광 인출 효율의 대폭적인 개선을 얻을 수 있어 전체적으로의 외부 양자 효율이 향상한다.
특허문헌 1:일본 특허공개 2015-216352호 공보
특허문헌 1에 따르면, 방사 광에 대한 p형 컨택트층의 투과율은 높으면 높을수록 바람직하다고 여겨진다. 이 때문에, 특허문헌 1에 따르면, p형 컨택트층의 Al 조성비는 높을수록 바람직하게 된다.
그렇지만, 본 발명자의 실험에 따르면, p측 전극과 컨택트하는 p형 컨택트층의 Al 조성비를 단지 높게 하는 것만으로, 방출되는 심자외광의 중심 발광 파장에 대한 투과성을 높인 경우, 실용에는 적합하지 않는 것이 이하의 이유에 의해 판명되었다. 우선, p형 컨택트층에서의 심자외광에의 투과성을 높이는 것으로, 종래 기술에 비해 발광 출력이 높은 심자외 발광소자를 얻는 것은 확실히 가능하다. 그렇지만, 이렇게 하여 제작한 심자외 발광소자의 샘플에 대해서 과부하 신뢰성 시험(구체적으로는 100 mA로 3초간의 통전)을 행하면, 샘플의 일부에서, 초기의 발광 출력에 대해서 반감할 정도로 발광 출력이 돌연 저하하는, 혹은 돌연 비점등이 되는 현상(이하, 「돈사(頓死)」라고도 한다.)이 확인되었다. 이와 같이 발광 출력이 돌연 열화하는 소자는 신뢰성이 불충분하고, 신뢰성이 불충분한 소자가 제품에 혼입되는 것은, 제품의 품질관리상 허용할 수 없다.
그래서, 본 발명은, 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립한 심자외 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방도에 대해 예의 검토한 결과, p형 컨택트층을 초격자 구조로 하는 것에 주목하고, 또한, 초격자 구조의 Al 조성비를 적정화함으로써 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립할 수 있는 것을 지견(知見)해, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 기판 상에, n형 반도체층, 발광층, p형 전자 블록층 및 p형 컨택트층을 순차적으로 가지는 심자외 발광소자로서,
상기 p형 컨택트층은, 상기 발광층에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층과, 상기 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층을 교대로 적층하여 이루어지는 초격자 구조를 가지고, 또한, 상기 Al 조성비 w0, 상기 Al 조성비 x, 상기 Al 조성비 y, 및 상기 p형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
을 만족하는 것을 특징으로 하는 심자외 발광소자.
(2) 상기 p형 컨택트층의 두께 방향에서, 상기 p형 전자 블록층에 가까운 쪽의 말단의 층은 상기 제1층인, 상기 (1)에 기재된 심자외 발광소자.
(3) 상기 p형 컨택트층의 두께 방향에서, 상기 p형 전자 블록층에서 먼 쪽의 말단의 층은 상기 제2층인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 심자외 발광소자.
(4) 상기 발광층은, 우물층 및 장벽층을 교대로 적층하여 이루어지는 양자 우물 구조를 가지는, 상기 (1) ~ (3) 중 어느 하나에 기재된 심자외 발광소자.
(5) 상기 발광층에서 상기 p형 전자 블록층에 가장 가까운 쪽의 우물층과 상기 p형 전자 블록층의 사이에, 상기 장벽층 및 상기 p형 전자 블록층 중 어느 Al 조성비보다도 Al 조성비가 높은 가이드층을 더 가지는, 상기 (4)에 기재된 심자외 발광소자.
(6) 상기 가이드층은 AlN으로 이루어지는, 상기 (5)에 기재된 심자외 발광소자.
(7) 상기 Al 조성비 w0는, 0.25 이상 0.60 이하인, 상기 (1) ~ (6) 중 어느 하나에 기재된 심자외 발광소자.
(8) 상기 p형 컨택트층은, 상기 p형 전자 블록층과 반대측에서, Mg 농도가 3×1020atoms/㎤ 이상의 고농도 영역을 가지는, 상기 (1) ~ (7) 중 어느 하나에 기재된 심자외 발광소자.
(9) 상기 p형 컨택트층은, 상기 p형 전자 블록층과 반대의 p측 전극을 형성하는 표면 측에서, Si 농도가 5×1016atoms/㎤ 이상 1×1020atoms/㎤ 이하의 Si 도프 영역을 가지는, 상기 (1) ~ (8) 중 어느 하나에 기재된 심자외 발광소자.
(10) 기판 상에, n형 반도체층을 형성하는 공정,
상기 n형 반도체층 상에 발광층을 형성하는 공정,
상기 발광층 상에 p형 전자 블록층을 형성하는 공정, 및
상기 p형 전자 블록층 상에 p형 컨택트층을 형성하는 공정을 구비하고,
상기 p형 컨택트층을 형성하는 공정은, 상기 발광층에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층을 형성하는 제1 공정과 상기 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층을 형성하는 제2 공정을 교대로 반복해 초격자 구조를 가지는 상기 p형 컨택트층을 형성하고,
상기 Al 조성비 w0, 상기 Al 조성비 x, 상기 Al 조성비 y, 및 상기 p형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
을 만족하는 것을 특징으로 하는 심자외 발광소자의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립한 심자외 발광소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 III족 질화물 반도체 발광소자(100)를 설명하는 모식 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 III족 질화물 반도체 발광소자(100)의 제조 방법을 설명하기 위한, 모식 단면도에 의한 공정도이다.
본 발명에 따르는 실시형태의 설명에 앞서, 이하의 점에 대해 미리 설명한다. 우선, 본 명세서에서 Al 조성비를 명시하지 않고 간단히 「AlGaN」라고 표기하는 경우는, III 족 원소(Al, Ga의 합계)와 N의 화학 조성비가 1：1이고, III 족 원소 Al와 Ga의 비율은 부정(不定)의 임의의 화합물을 의미하는 것으로 한다. 이 경우, III 족 원소인 In에 대한 표기가 없더라도, III 족 원소로서의 Al와 Ga에 대해서 5% 이내의 양의 In를 포함하고 있어도 좋은 것으로 한다. 또한, 간단히 「AlN」또는 「GaN」라고 표기하는 경우는, 각각 Ga 및 Al는 조성비에 포함되지 않는 것을 의미하지만, 간단히 「AlGaN」라고 표기함으로써, AlN 또는 GaN 중 어느 하나인 것을 배제하는 것은 아니다. 또한, Al 조성비의 값은, 포토루미네센스 측정 및 X 선 회절 측정 등에 의해서 측정할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 전기적으로 p형으로서 기능하는 층을 p형층이라고 칭하고, 전기적으로 n형으로서 기능하는 층을 n형층이라고 칭한다. 한편, Mg나 Si 등의 특정의 불순물을 의도적으로는 첨가하고 있지 않고, 전기적으로 p형 또는 n형으로서 기능하지 않는 경우, 「i형」또는 「언도프」라고 한다. 언도프의 층에는, 제조 과정에서의 불가피적인 불순물의 혼입은 있어도 좋고, 구체적으로는, 캐리어 밀도가 작은(예를 들면 4×1016/㎤ 미만) 경우, 본 명세서에서 「언도프」라고 칭한다. 또한, Mg나 Si 등의 불순물 농도의 값은, SIMS 분석에 의하는 것으로 한다.
또한, 에피택셜 성장에 의해 형성되는 각 층의 두께 전체는, 광 간섭 식 막 두께 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 각 층의 두께의 각각은, 인접하는 각 층의 조성이 충분히 다른 경우(예를 들면 Al 조성비가, 0.01 이상 다른 경우), 투과형 전자현미경에 의한 성장층의 단면 관찰로부터 산출할 수 있다. 또한, 인접하는 층 중, Al 조성비가 동일하거나, 또는, 거의 같지만(예를 들면 0.01 미만), 불순물 농도가 다른 층의 경계 및 두께에 대해서는, 양자의 경계 및 각 층의 두께는, TEM－EDS에 기초하는 측정에 의하는 것으로 한다. 그리고, 양자의 불순물 농도는, SIMS 분석에 의해 측정할 수 있다. 또한, 초격자 구조와 같이 각 층의 두께가 얇은 경우에는 TEM－EDS를 이용하여 두께를 측정할 수 있다.
이하, 도면을 참조해 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 동일한 구성요소에는 원칙으로서 동일한 참조 번호를 붙이고, 설명을 생략한다. 또한, 각 도면에서, 설명의 편의상, 기판 및 각 층의 종횡의 비율을 실제의 비율로부터 과장해 나타내고 있다.
(심자외 발광소자)
본 발명의 일 실시형태에 따르는 심자외 발광소자(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 상에, n형 반도체층(30), 발광층(40), p형 전자 블록층(60) 및 p형 컨택트층(70)을 순차적으로 가지는 심자외 발광소자이다. 그리고, p형 컨택트층(70)은, 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층(71)과 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층(72)을 교대로 적층하여 이루어지는 초격자 구조를 가진다. 또한, Al 조성비 w0, Al 조성비 x, Al 조성비 y 및 p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
을 만족한다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10)과 n형 반도체층(30)의 사이에 버퍼층(20)을 설치하고, p형 컨택트층(70)의 바로 위에는 p측 전극(80)을, n형 반도체층(30)의 노출면에는 n측 전극(90)을 설치하고 있는 것은, 심자외 발광소자(100)의 바람직한 형태이다.
이하에서는, 설명을 간편화하기 위해서 p형 컨택트층(70)의 초격자 구조에서의 제1층(71) 및 제2층(72)의 각 층의 Al 조성비 및 두께는 일정하다고 설명한다. 이 경우, p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z는, 이하와 같이 하여 정의된다. 우선, 초격자 구조에서의 제1층(71)의 층수를 N으로 하고, 제1층(71)의 각 층의 두께를 ta로 나타낸다. 마찬가지로, 제2층(72)의 층수를 M으로 하고 제2층(72)의 각 층의 두께를 tb로 나타낸다. 이 때, p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [3]에 따른다.
[수 1]
Figure pct00001
또한, p형 컨택트층(70)의 초격자 구조에서의 제1층(71) 및 제2층(72)의 각 층 Al 조성비 및 두께는 반드시 일정할 필요는 없다. 또한, 이 초격자 구조에서의 제1층(71) 및 제2층(72)의 각 층 Al 조성비 및 두께에 변동이 있는 경우, 두께 평균 Al 조성비 z는, 제1층(71) 및 제2층(72)의 각각의 두께 및 Al 조성비에 의한 가중평균치(가중 부여 평균치)를 이용하면 좋고, 제1층(71) 및 제2층(72)의 각각의 Al 조성비 x, y는, 두께에 의한 가중평균치를 가리키는 것으로 한다.
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 따르는 심자외 발광소자(100)의 요부(要部)가 되는 기판(10), n형 반도체층(30), 발광층(40), p형 전자 블록층(60) 및 p형 컨택트층(70)의 각 구성의 상세를 우선 설명한다.
＜기판＞
기판(10)으로는, 발광층(40)에 의한 발광을 투과할 수 있는 기판을 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 사파이어 기판 또는 단결정 AlN 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10)으로서 사파이어 기판의 표면에 언도프의 AlN층을 에피택셜 성장시킨 AlN 템플레이트 기판을 이용해도 좋다.
＜n형 반도체층＞
n형 반도체층(30)은 필요에 따라 버퍼층(20)을 통해, 기판(10) 상에 설치된다. n형 반도체층(30)을 기판(10) 상에 직접 설치해도 좋다. n형 반도체층(30)에는, n형의 도펀트가 도프된다. n형 도펀트의 구체예로서 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 황(S), 산소(O), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr) 등을 들 수 있다. n형 도펀트의 도펀트 농도는, n형 반도체층(30)이 n형으로서 기능할 수 있는 도펀트 농도이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 1.0×1018atoms/㎤ ~ 1.0×1020atoms/㎤로 할 수 있다. 또한, n형 반도체층(30)의 밴드갭은, 발광층(40)(양자 우물 구조로 하는 경우는 우물층(41))의 밴드갭보다 넓고, 발광하는 심자외광에 대해 투과성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, n형 반도체층(30)을 단층 구조나 복수층으로 이루어지는 구조의 외, III 족 원소의 조성비를 결정성장 방향으로 조성 경사시킨 조성 경사층이나 초격자 구조를 포함하도록 구성할 수도 있다. n형 반도체층(30)은, n측 전극과의 컨택트부를 형성할 뿐만 아니라, 기판부터 발광층에 이르기까지 결정성을 높이는 기능을 겸한다.
＜발광층＞
발광층(40)은 n형 반도체층(30) 상에 설치되어 심자외광을 방사한다. 발광층(40)은 AlGaN으로 이루어질 수 있고, 그 Al 조성비는, 방사 광의 파장이 심자외광의 200 ~ 350 nm가 되도록, 또는, 중심 발광 파장이 265 nm 이상 317 nm 이하가 되도록 설정할 수 있다. 이러한 Al 조성비는, 예를 들면 0.25 ~ 0.60의 범위 내로 할 수 있다.
발광층(40)은 Al 조성비가 일정한 단층 구조이어도 좋고, Al 조성비가 다른 AlGaN으로 이루어지는 우물층(41)과 장벽층(42)을 반복 형성한 다중 양자 우물(MQW：Multiple Quantum Well) 구조로 구성하는 것도 바람직하다. 발광층(40)이 Al 조성비가 일정한 단층 구조인 경우, 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0는 발광층(40)의 Al 조성비 그 자체이다. 또한, 발광층(40)이 다중 양자 우물 구조를 가지는 경우, 우물층(41)이 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층에 상당하기 때문에, 편의적으로, 우물층(41)의 Al 조성비 w가 상기 Al 조성비 w0에 상당한 것으로 취급한다. 또한, 방사 광의 파장이 심자외광의 200 ~ 350 nm가 되도록, 또는, 중심 발광 파장이 265 nm 이상 317 nm 이하가 되도록, 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0(또는 우물층의 Al 조성비 w)를 0.25 ~ 0.60으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 장벽층(42)의 Al 조성비 b는, 우물층(41)의 Al 조성비 w보다도 높게(즉, b＞w) 한다. Al 조성비 b에 대해서는, b＞w의 조건 하, 장벽층(42)의 Al 조성비 b를 예를 들면 0.40 ~ 0.95로 할 수 있다. 또한, 우물층(41) 및 장벽층(42)의 반복 횟수는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 1 ~ 10회로 할 수 있다. 발광층(40)의 두께 방향의 양단측(즉 최초와 최후)을 장벽층으로 하는 것이 바람직하고, 우물층(41) 및 장벽층(42)의 반복 횟수를 n으로 하면, 이 경우는 「n.5쌍의 우물층 및 장벽층」이라고 표기하는 것으로 한다. 또한, 우물층(41)의 두께를 0.5 nm ~ 5 nm, 장벽층(42)의 두께를 3 nm ~ 30 nm로 할 수 있다.
＜가이드층＞
발광층(40)이 상술한 양자 우물 구조를 가지는 경우, 발광층(40)에서의 p형 전자 블록층(60)에 가장 가까운 쪽의 우물층(41)과 후기의 p형 전자 블록층(60)의 사이에, 장벽층(42) 및 p형 전자 블록층(60) 중 어느 Al 조성비보다도 Al 조성비가 높은 가이드층이 설치되는 것도 바람직하다. 이것에 의해, 심자외 발광소자(100)의 발광 출력을 높일 수 있다. 이 경우, 가이드층의 Al 조성비를 bg라고 표기하고, 후기하는 p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α를 이용하면, 각 Al 조성비의 관계는 이하와 같다.
w(우물층)＜b(장벽층)＜α(p형 전자 블록층)＜bg(가이드층)
또한, 발광층(40)을 장벽층(42)으로부터 시작되는 n쌍의 우물층(41) 및 장벽층(42)으로 하고, 발광층(40) 및 p형 전자 블록층(60)의 양자와 접하는 층을 상기한 가이드층으로 하고, 그 두께를 다른 장벽층에 비해 얇게 하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 가이드층이 AlN으로 이루어지고(이 경우, 특히 AlN 가이드층이라고 칭한다), 그 두께를 0.7 ~ 1.7 nm로 하는 것도 바람직하다.
＜p형 전자 블록층＞
p형 전자 블록층(60)은, 발광층(40) 상에 설치된다. p형 전자 블록층(60)은 전자를 차단하고, 전자를 발광층(40)(MQW 구조의 경우에는 우물층(41)) 내에 주입하여, 전자의 주입 효율을 높이기 위한 층으로서 이용된다. 이 목적을 위해, 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0(양자 우물 구조의 경우, 우물층(41)의 Al 조성비 w에 상당)에도 의존하지만, p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α를, 0.35≤α≤0.95로 하는 것이 바람직하다. 또한, Al 조성비 α가 0.35 이상이면, p형 전자 블록층(60)은 III 족 원소로서의 Al와 Ga에 대해서 5% 이내의 양의 In를 포함하고 있어도 좋다. 여기서, Al 조성비 α는 상기 조건을 만족하면서, p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z보다도 높게 하는 것이 바람직하다. 즉, α＞z로 하는 것이 바람직하다. 또한, p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α 및 장벽층(42)의 Al 조성비 b의 양자에 관한 것으로, 0＜α－b≤0.55를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써, p형 전자 블록층(60)에 의한 우물층(41)에의 전자의 주입 효율을 확실히 높일 수 있다.
p형 전자 블록층(60)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 10 nm ~ 80 nm로 하는 것이 바람직하다. p형 전자 블록층(60)의 두께가 이 범위이면, 높은 발광 출력을 확실히 얻을 수 있다. 또한, p형 전자 블록층(60)의 두께는, 장벽층(42)의 두께보다는 두꺼운 것이 바람직하다. 또한, p형 전자 블록층(60)에 도프하는 p형 도펀트로는, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 베릴륨(Be), 망간(Mn) 등을 예시할 수 있고 Mg를 이용하는 것이 일반적이다. p형 전자 블록층(60)의 도펀트 농도는, p형층으로서 기능할 수 있는 도펀트 농도이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 1.0×1018atoms/㎤ ~ 5.0×1021atoms/㎤로 할 수 있다.
＜p형 컨택트층＞
p형 컨택트층(70)은, p형 전자 블록층(60) 상에 설치된다. p형 컨택트층(70)은, 그 바로 위에 설치되는 p측 전극(80)과 p형 전자 블록층(60)의 사이의 접촉저항을 저감하기 위한 층이다. 따라서, p형 컨택트층(70) 및 p측 전극(80)의 사이에, 제조상 불가피적인 불순물 이외의 소기의 구성은 존재하지 않게 된다. 즉, 초격자 구조의 p형 컨택트층(70) 상에 접해 p측 전극(80)이 있다.
전술한 바와 같이, p형 컨택트층(70)은, AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층(71)과 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층(72)을 교대로 적층하여 이루어지는 초격자 구조를 가진다. 여기서, 제1층(71)의 Al 조성비 x는, 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높게 하여(x＞w0), 심자외광에 대한 투과율을 높게 한다. 발광층(40)이 단층 구조이면, Al 조성비 x를 발광층(40)의 Al 조성비보다도 높게 하고, 발광층(40)이 양자 우물 구조를 가지면, Al 조성비 x를 우물층(41)의 Al 조성비 w보다도 높게 한다.
그리고, 전술한 바와 같이, Al 조성비 w0, Al 조성비 x, Al 조성비 y, 및 p형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
을 만족한다.
이하, p형 컨택트층(70)에서, 상기 식 [1], [2]를 만족시키는 것의 기술적 의의에 대해 설명한다.
우선, 종래 기술에서는, 심자외 발광소자의 p형 컨택트층으로서 홀 농도를 높이기 쉬운 p형 GaN층을 이용하는 것이 일반적이었다. 그렇지만, p형 GaN층은 그 밴드갭을 위해서, 파장 360 nm 이하의 광을 흡수해 버린다. 이 때문에, 발광층으로부터 방사되는 심자외광 중, p형 컨택트층의 측으로부터의 광 인출, 혹은 p측 전극에서의 반사에 의한 광 인출 효과는 거의 기대할 수 없다. 한편, p형 컨택트층을, Al 조성비를 높게 한 AlGaN로 하면, 홀 농도가 GaN에 비해 어느 정도 저감할 수 있지만, 발광층으로부터 방사된 심자외광은 p형 컨택트층을 투과할 수 있기 때문에, 심자외 발광소자 전체적으로의 광 인출 효율이 높아져, 결과적으로 심자외 발광소자의 발광 출력을 높게 할 수 있다. 그렇지만, p형 컨택트층의 Al 조성비가 너무 높아지면, 신뢰성이 불충분한 심자외 발광소자가 될 수 있는 것이 본 발명자의 실험에 의해 판명되었다. 한편, 본 실시형태에 따르는 초격자 구조의 p형 컨택트층(70)이면, 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 두께 평균 Al 조성비 z가 높기(z＞w0) 때문에, 심자외광이 p형 컨택트층(70)을 투과할 수 있어 결과적으로 높은 발광 출력을 얻을 수 있다. 또한, 과부하 신뢰성 시험을 행해도, 신뢰성에 문제가 없는 것이 실험적으로 확인되었다.
본 발명은 이론에 제한되는 것은 아니지만, 이러한 결과가 얻어진 것은, p형 컨택트층(70)이 초격자 구조를 가지기 때문에, 높은 투과율을 유지하면서, 보다 낮은 Al 조성비로 p측 전극(80)과 컨택트 형성할 수 있고, 또한, 결정성이 양호한 Al 조성비가 낮은 층을 얇게 형성할 수 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 초격자 구조가 아닌 p형 컨택트층을 형성하는 경우, p형 컨택트층의 Al 조성비가 높으면, 돈사 등이 발생하기 때문에 신뢰성의 관점에서 불충분하다. 또한, p형 컨택트층의 Al 조성비가 낮으면, 심자외광의 흡수가 많아, p형 컨택트층의 막 두께를 얇게 하지 않을 수 없지만, 막 두께를 얇게 해도 p형 컨택트층의 바로 아래층과의 큰 격자 변형에 의해서 막질이 저하해, 돈사가 역시 증가해 버린다. 본 실시형태의 초격자 구조를 가지는 p형 컨택트층(70)에서는, 다른 Al 조성비의 층을 교대로 적층하고, 낮은 Al 조성비에 의해서 전극과의 컨택트를 실현하면서, 낮은 Al 조성비의 층을 단층 구조의 경우에 비해 얇게 적층해, 격자 변형에 의한 표면 거침 및 결함 도입을 억제할 수 있다고 추정된다.
여기서, 심자외광이 p형 컨택트층(70)을 보다 확실히 투과시키기 위해, 상기 식 [1]과 같이, 두께 평균 Al 조성비 z와 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w의 차이를 0.030보다도 높게 하는(즉, z－w0＞0.030) 것으로 한다. 이 목적을 위해, Al 조성비 z와 Al 조성비 w의 차이를 0.040보다도 높게 하는(z－w0＞0.040) 것이 바람직하고, 0.050보다도 높게 하는(z－w0＞0.050) 것이 보다 바람직하고, 0.06보다도 높게 하는(z－w0＞0.060) 것이 더 바람직하다.
또한, p형 컨택트층(70)과 p측 전극(80)에서 양호한 오믹 컨택트를 취해 신뢰성을 충분한 것으로 하기 위해, 두께 평균 Al 조성비의 상한을 마련할 필요가 있다. 그런데, 상기 식 [1]과 같이, 두께 평균 Al 조성비 z와 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w의 차이의 상한을 0.20으로 하고(z－w0＜0.20), 이 목적을 위해, Al 조성비 z와 Al 조성비 w의 차이의 상한을 0.19로 하는(z－w0＜0.19) 것이 바람직하고, 상한을 0.18로 하는(z－w0＜0.18) 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 식 [2]와 같이, 제1층(71)의 Al 조성비 x와 제2층(72)의 Al 조성비 y차이는 절대치로 0.050 이상 (x－y≥0.050)으로 한다. 이것은, p형 컨택트층(70)을 초격자 구조로서 유효하게 기능시키기 위해서이다. 또한, 초격자 구조 전체의 변형을 줄이는 동시에, 낮은 Al 조성비로 p측 전극(80)과 접촉시키기 위해, Al 조성비 x와 Al 조성비 y의 차이는 절대치로 0.1 이상 (x－y≥0.10)으로 하는 것이 바람직하고, 0.15 이상 (x－y≥0.15)로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Al 조성비 x와 Al 조성비 y의 차이가 과대하면, 제1층과 제2층간의 격자 정수가 크게 바뀌게 되기 때문에 변형이 증가해, 결정성이 좋은 초격자층을 얻는 것이 어려워진다. 이 때문에, 본 발명 효과를 얻기 위해서는 x－y≤0.47로 하고, x－y≤0.45로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 초격자 구조에서의 낮은 Al 조성비의 층인 제2층(72)의 Al 조성비 y를 0.20 이상으로 하면, 발광층(40)으로부터의 심자외광의 투과율을 보다 확실히 높일 수 있어 바람직하다. 이 목적을 위해, Al 조성비 y를 0.21 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.25 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 한편, Al 조성비 y를 0.55 이하로 하면, 높은 신뢰성을 보다 확실히 유지할 수 있기 때문에 바람직하고, 이 목적을 위해, Al 조성비 y를 0.51 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한, 두께 평균 Al 조성비 z가 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 한, Al 조성비 y는 Al 조성비 w0보다 높거나 낮아도 좋다. 또한, Al 조성비 x는, 상술한 식 [1], [2]를 만족하는 한 적절히 설정하면 좋고, Al 조성비 x의 상한 및 하한은 제한되지 않는다. 식 [1], [2]를 만족한 다음, Al 조성비 x를 대체로, 0.40 ~ 0.85의 범위 내에서 설정하면 좋다.
또한, 제1층(71) 및 제2층(72)의 각각의 두께 ta, tb는, 초격자 구조를 형성하고, 또한, 두께 평균 Al조성 z의, 발광층(40)의 Al 조성비에 대한 조건을 만족하는 한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 제1층(71)의 두께 ta를 1.0 nm 이상 10.0 nm 이하로 할 수 있고, 제2층(72)의 두께 tb를 1.0 nm 이상 10.0 nm 이하로 할 수 있다. 두께 ta, tb의 대소 관계는 제한되지 않고, 어느 쪽이 커도 상관없고, 양자의 두께가 같아도 좋다. 또한, p형 컨택트층(70)의 전체의 두께가 20 nm 이상 100 nm 이하, 바람직하게는 70 nm 이하의 범위 내로 되도록, 제1층(71) 및 제2층(72)의 반복 횟수를, 예를 들면 3 ~ 15회의 범위에서 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, p형 컨택트층(70)의 두께 방향에서, p형 전자 블록층(60)에 가까운 쪽의 말단의 층이 제1층(71)인 것이 바람직하다. 환언하면, p형 컨택트층(70)과 p형 전자 블록층(60)의 사이에 개재하는 다른 층이 없고, 양자가 접촉되어 있는 경우는, p형 전자 블록층(60)의 바로 위에 제1층(71)이 설치되는 것이 바람직하다. 제1층(71)의 Al 조성비 x는, 제2층(72)의 Al 조성비 y보다도 높고, Al 조성비 x의 쪽이 p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α에 가깝기 때문에, p형 전자 블록층(60)과 p형 컨택트층(70)의 사이의 변형에 의한 결함 생성을 보다 확실히 억제할 수 있다.
한편, p형 컨택트층(70)의 두께 방향에서, p형 전자 블록층(60)에서 먼 쪽의 말단의 층이 제2층(72)인 것이 바람직하다. 환언하면, p측 전극(80)과 접하는 층을 제2층(72)으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, p형 컨택트층(70)에서 p측 전극(80)과 접하는 층이 제2층(72)이 된다. 제1층(71)의 Al 조성비 x와 제2층(72)의 Al 조성비 y를 비교하면, Al 조성비 y의 쪽이 낮기 때문에, 보다 확실히 p측 전극(80)과 오믹 컨택트를 취하기 쉬워진다.
또한, p형 컨택트층(70)의 두께 방향에서, p형 전자 블록층(60)에 가까운 쪽의 말단의 층이 제1층(71)이고, 또한, p형 전자 블록층(60)에서 먼 쪽의 말단의 층이 제2층(72)인 경우는, 제1층(71)의 층수와 제2층(72)의 층수가 일치하게 된다. 다만, 본 실시형태에서, 반드시 양자의 층수가 일치할 필요는 없다. 본 실시형태는, p형 컨택트층(70)의 두께 방향에서 말단의 양층이 제1층(71)인 경우(이 경우, 제1층(71)의 층수는 제2층(72)의 층수에 비해 1층 많다.)와 제2층(72)인 경우(이 경우, 제2층(72)의 층수는 제1층(71)의 층수에 비해 1층 많다.)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르는 일 실시형태로서 제1층(71)과 제2층(72)의 2층을 반복해 적층한 초격자 구조를 지금까지 설명해 왔지만, 본 발명에 따르는 다른 실시형태로서 상술한 제1층과 제2층의 관계를 같게 하면서, 제1층과 제2층의 사이의 Al 조성비를 가지는 제3층을 제1층과 제2층의 사이에 배치한 3층 구조의 초격자 구조를 적용할 수도 있다. 이 경우도, 상술한 본 발명 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, p형 컨택트층(70)은, p형 전자 블록층(60)과 반대측(환언하면, p측 전극(80)과 접하는 측)에서, Mg 농도가 3×1020atoms/㎤ 이상의 고농도 영역을 가지는 것이 바람직하고, 이 고농도 영역에서의 Mg 농도가 5×1020atoms/㎤ 이상인 것이 보다 바람직하다. p형 컨택트층(70)의 홀 농도를 높이고, 심자외 발광소자(100)의 순방향 전압 Vf를 저하할 수 있다. 또한, 상한의 한정을 의도하지 않지만, 공업적 생산성을 고려하면, 본 실시형태에서는 고농도 영역에서의 Mg 농도의 상한을 1×1021atoms/㎤로 할 수 있다. 이 경우, p형 컨택트층(70)에서의 p형 전자 블록층(60) 측의 영역의 Mg 농도는 일반적인 범위로 할 수 있고 통상 5×1019atoms/㎤ 이상 3×1020atoms/㎤ 미만이다. 또한, p형 컨택트층에서의 Mg 농도는, SIMS 측정에 의한 각 영역에서의 평균 농도이다. p형 컨택트층(70)의 결정성을 유지하기 위해, 고농도 영역의 두께는, 통상 15 nm 이하이고, p측 전극(80)과 접하는 측의 몇 층 정도를 고농도 영역으로 할 수 있다.
또한, p형 컨택트층(70)은, p형 전자 블록층(60)과 반대측(환언하면, p측 전극(80)과 접하는 측)에서, Si 농도가 5×1016atoms/㎤ 이상 1×1020atoms/㎤ 이하의 Si 도프 영역을 가지는 것도 바람직하다. 상기 영역에서의 Si 농도를 2×1019atoms/㎤ 이상 5×1019atoms/㎤ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써, 심자외 발광소자(100)의 발광 출력을 보다 높일 수 있다. 또한, Si 도프 영역의 두께는, 1 ~ 5 nm 정도 있으면, 이 효과를 확실히 얻을 수 있다. Si 도프 영역을, p형 컨택트층의 초격자 구조에서 최후의 제2층으로 하는 것도 바람직하다. 상술한 Mg 농도가 3×1020atoms/㎤ 이상의 고농도 영역에 한층 더 Si를 도프한 코도프 영역으로 해도 좋다. 또한, Si 도프 영역에는 Si만이 도프되어 있어도 좋다(즉, Mg는 도프되어 있지 않아도 좋다).
또한, p형 컨택트층(70)의 p측 전극(80)과 접하는 측에 Si만이 도핑된 Si 도프 영역이 설치되면서, Mg가 도핑되어 있지 않은 경우, 상기 영역은 도전형으로는 n형이라고 생각할 수도 있다. 그렇지만, 상기 두께 범위(1 ~ 5 nm)의 경우이면, Mg가 도핑되어 있지 않아도, p형 컨택트층(70)의 최상층으로서 p형 전극에 접하면 사이리스터로는 되지 않는다. 그래서, 이러한 경우에도, Si 도프 영역은 p형 컨택트층(70)의 일부로 간주한다.
이상 설명한 본 실시형태에 따르는 심자외 발광소자(100)는, 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 적용할 수 있는 구체적 형태에 대해 기재하지만, 본 실시형태는 이하의 형태로 한정되지 않는다.
＜버퍼층＞
도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10)과 n형 반도체층(30)의 사이에, 양자의 격자 부정합을 완화하기 위한 버퍼층(20)을 설치하는 것도 바람직하다. 버퍼층(20)으로서 언도프의 III족 질화물 반도체층을 이용할 수 있어 버퍼층(20)을 초격자 구조로 하는 것도 바람직하다.
＜p측 전극＞
p측 전극(80)은, p형 컨택트층(70)의 바로 위에 설치할 수 있다. p측 전극(80)은, 발광층(40)으로부터 방사되는 자외광에 대해서 높은 반사율(예를 들면 60% 이상)을 가지는 금속을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 반사율을 가지는 금속으로서 예를 들면, 로듐(Rh), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 및 이들 중 어느 하나를 적어도 함유하는 합금을 들 수 있다. 이러한 금속 또는 합금은, 심자외광에의 반사율이 높고, 또한, p형 컨택트층(70)과 p측 전극(80)에서 비교적 양호한 오믹 접촉을 취할 수도 있기 때문에 바람직하다. 또한, 반사율의 관점에서는, 이들 중에서도, p측 전극(80)이 로듐(Rh)을 단체(單體) 또는 합금의 형태로 포함하는 것이 바람직하다. 또한, p측 전극(80)의 두께, 형상 및 사이즈는, 심자외 발광소자(100)의 형상 및 사이즈에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 p측 전극(80)의 두께를 30 ~ 45 nm로 할 수 있다.
＜n측 전극＞
또한, n형 반도체층(30)의 노출면 상에 설치될 수 있는 n측 전극(90)은, 예를 들면 Ti함유막 및 이 Ti함유막 상에 형성된 Al함유막을 가지는 금속 복합막으로 할 수 있다. n측 전극(90)의 두께, 형상 및 사이즈는, 발광소자의 형상 및 사이즈에 따라 적절히 선택할 수 있다. n측 전극(90)은, 도 1에 나타내는, n형 반도체층(30)의 노출면 상에의 형성에 한정되지 않고, n형 반도체층과 전기적으로 접속하고 있으면 좋다.
＜그 외의 구성＞
또한, 도 1에는 도시하지 않지만, 발광층(40)과 p형 전자 블록층(60)의 사이에, p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α보다도 Al 조성비가 높은 AlGaN으로 이루어지는 가이드층을 설치해도 좋다. 가이드층을 설치함으로써, 발광층(40)에의 정공의 주입을 촉진할 수 있다.
＜p형 클래드층＞
또한, 도 1에는 도시하지 않지만, AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층을 p형 전자 블록층(60)과 p형 컨택트층(70)의 사이에 설치해도 상관없다. p형 클래드층이란, 발광층(40)에서의 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비(양자 우물 구조의 경우는 Al 조성비 w) 및 p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z보다 높고, 한편, p형 전자 블록층(60)의 Al 조성비 α보다 낮은 Al 조성비를 가지는 층이다. 즉, p형 전자 블록층(60)과 p형 클래드층은, 모두 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비보다 높은 Al 조성비를 가지는 층이고, 발광층(40)으로부터 발광된 심자외광을 실질적으로 투과하는 층이다. 다만, p형 클래드층은 설치하지 않는 것이 바람직하다. 이 이유는, 일본 특허공개 2016-111370호 공보에 기재되어 있는 바와 같고, 그 개시 내용 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 또한, p형 클래드층을 설치하는 경우, p형 클래드층의 Al 조성비를 β로 하면, α＞β이고, 또한, β＞y이다.
또한, 본 실시형태에 따르는 심자외 발광소자(100)는, p측 전극(80)을 반사 전극 재료에 의해 형성해 심자외광을 반사시킴으로써, 기판 측 또는 기판 수평방향을 주된 광 인출 방향으로 할 수 있다. 또한, 심자외 발광소자(100)를, 이른바 플립 칩형으로 불리는 형태로 할 수 있다.
(심자외 발광소자의 제조 방법)
다음에, 상술한 심자외 발광소자(100)의 제조 방법의 일 실시형태를, 도 2를 이용하여 설명한다. 본 발명에 따르는 심자외 발광소자(100)의 제조 방법의 일 실시형태는, 기판(10) 상에(스텝 A참조), n형 반도체층(30)을 형성하는 공정과 n형 반도체층(30) 상에 발광층(40)을 형성하는 공정과 발광층(40) 상에 p형 전자 블록층(60)을 형성하는 공정(스텝 B참조)과 상기 p형 전자 블록층 상에 p형 컨택트층을 형성하는 공정(스텝 C참조)을 구비한다. 그리고, p형 컨택트층(70)을 형성하는 공정(스텝 C참조)은, 발광층(40)에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층(71)을 형성하는 제1 공정과 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층(72)을 형성하는 제2 공정을 교대로 반복해 초격자 구조를 가지는 p형 컨택트층(70)을 형성하는 공정이다. 또한, Al 조성비 w0, Al 조성비 x, Al 조성비 y, 및 p형 컨택트층(70)의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
을 만족한다.
이하, 본 실시형태의 적합한 실시형태에 따르는 플로우차트를 나타내는 도 2를 이용하여, 구체적인 형태와 함께 각 공정의 상세를 순차적으로 설명하지만, 전술의 실시형태와 중복하는 설명에 대해서는 생략한다.
우선, 도 2의 스텝 A, B에 나타낸 바와 같이, 기판(10) 상에 n형 반도체층(30), 발광층(40) 및 p형 전자 블록층(60)을 순차적으로 형성한다. 이러한 각 공정에서는, 유기금속 기상 성장(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법이나 분자선 에피탁시(MBE：Molecular Beam Epitaxy) 법, 스퍼터법 등의 공지의 에피택셜 성장 기술에 의해 각 층을 형성할 수 있다.
n형 반도체층(30), 발광층(40), 가이드층 및 p형 전자 블록층(60)의 각 층의 형성에서, 에피택셜 성장시키기 위한 성장 온도, 성장 압력, 성장 시간에 대해서는, 각 층의 Al 조성비 및 두께에 따른 일반적인 조건으로 할 수 있다. 에피택셜 성장시키기 위한 캐리어 가스로는, 수소가스 혹은 질소 가스, 또는 양자의 혼합가스 등을 이용하여 챔버 내로 공급하면 좋다. 또한, 상기 각 층을 성장시키는 원료 가스로서 III 족 원소의 원료 가스로서 TMA(트리메틸알루미늄), TMG(트리메틸갈륨) 등을 이용할 수 있고, V 족 원소 가스로서 NH3 가스를 이용할 수 있다. NH3 가스 등의 V 족 원소 가스와 TMA 가스 등의 III 족 원소 가스의 성장 가스 유량을 바탕으로 계산되는 III 족 원소에 대한 V 족 원소의 몰비(이후, V/III비라고 기재한다)에 대해서도, 일반적인 조건으로 하면 좋다. 또한, 도펀트원의 가스로는, p형 도펀트에 대해서는, Mg원으로서 시클로펜타디에닐마그네슘 가스(CP2Mg) 등을, n형 도펀트에 대해서는, Si원으로서 예를 들면 모노실란 가스(SiH4), Zn원으로서의 염화아연 가스(ZnCl2) 등을 적절히 선택해, 소정의 유량으로 챔버 내로 공급하면 좋다.
다음에, 도 2의 스텝 C에 나타내는 p형 컨택트층 형성 공정에서는, p형 전자 블록층(60) 상에, 전술의 제1층(71) 및 제2층(72)을 반복한 초격자 구조의 p형 컨택트층(70)을 형성한다. p형 컨택트층(70)의 두께 범위 및 Al 조성비의 조건에 대해서는 기술한 바와 같다. p형 컨택트층(70)도, MOCVD법 등에 의한 에피택셜 성장에 의해서 결정성장 하면 좋다.
또한, p형 컨택트층(70)에서, p측 전극(80)과 접하는 측의 고농도 영역(72)의 Mg 농도를 3×1020atoms/㎤ 이상으로 하기 위해서는, p형 컨택트층 형성 공정에서, 이하와 같은 처리를 실시하면 좋다. 즉, p형 컨택트층 형성 공정에서, III족 원료 가스, V족 원료 가스 및 Mg 원료 가스의 공급에 의해 전술의 초격자 구조를 결정성장시켜, 결정성장의 종료 직후에, III족 원료 가스의 유량을 결정성장 시의 유량의 1/4 이하로 내림과 동시에, 계속해서 V족 원료 가스 및 Mg 원료 가스를 1분 이상 20 분 이하 공급하면 좋다.
또한, p형 컨택트층(70)에서, p측 전극(80)과 접하는 측에, Mg와 Si의 양쪽 모두를 도핑하려면, Mg원으로서 CP2Mg 가스를 챔버로 공급하는 동시에, Si원으로서 모노실란 가스(SiH4) 등을 흘리면 좋다. Si만을 도핑한다면, Mg원으로서의 CP2Mg 가스를 챔버로 공급하는 것을 멈추는 동시에, Si원으로서 모노실란 가스(SiH4)를 흘리면 좋다. 또한, 상기와 같이, p형 컨택트층(70)의 p측 전극(80)과 접하는 측에 Si를 도핑하는 경우는, 상기한 Mg의 고농도 영역의 형성은 임의이다.
또한, 도 2의 스텝 D에 나타낸 바와 같이, p형 컨택트층(70)을 형성한 후, p형 컨택트층(70)의 바로 위에 p측 전극(80)을 형성할 수 있다. 또한, 발광층(40), p형 전자 블록층(60) 및 p형 컨택트층(70)의 일부를 에칭 등에 의해 제거해, 노출된 n형 반도체층(30) 상에 n측 전극(90)을 형성할 수 있다. 또한, p측 전극(80) 및 n측 전극(90)은, 스퍼터법이나 진공증착법 등에 의해 성막할 수 있다. 또한, 버퍼층(20)을 기판(10)의 표면(10A) 상에 형성하는 것도 바람직하다.
실시예
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 한층 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1]
(발명예 1)
도 2에 나타낸 공정도에 따라서, 발명예 1과 관련되는 심자외 발광소자를 제작했다. 우선, 사파이어 기판(직경 2 인치, 두께：430μm, 면방위：(0001))을 준비했다. 그 다음에, MOCVD법에 따라, 상기 사파이어 기판 상에 중심 막 두께 0.60μm의 AlN층을 성장시켜, AlN 템플레이트 기판으로 했다. 이 때, AlN층의 성장 온도는 1300℃, 챔버 내의 성장 압력은 10 Torr이고, V/III비가 163이 되도록 암모니아가스와 TMA 가스의 성장 가스 유량을 설정했다. 또한, AlN층의 막 두께에 대해서는, 광 간섭식 막 두께 측정기(나노 스펙 M6100A; Nanometrics Incorporated 제)를 이용하여, 웨이퍼면 내의 중심을 포함하는, 등간격으로 분산시킨 계 25개소의 막 두께를 측정했다.
그 다음에, 상기 AlN 템플레이트 기판을 열처리로에 도입해, 로 내를 질소 가스 분위기로 한 후에, 로 내의 온도를 승온해 AlN 템플레이트 기판에 대해서 열처리를 실시했다. 이 때, 가열 온도는 1650℃, 가열 시간은 4시간으로 했다.
계속해서, MOCVD법에 따라, 언도프의 Al0.70Ga0.30N으로 이루어지는 두께 1μm의 버퍼층을 형성했다. 다음에, Al0.65Ga0.35N으로 이루어지고, Si 도프한 두께 2μm의 n형 반도체층을 상기 버퍼층 상에 형성했다. 또한, SIMS 분석의 결과, n형 반도체층의 Si 농도는 1.0×1019atoms/㎤이었다.
또한, n형 반도체층 상에, Al0.46Ga0.54N으로 이루어지는 두께 3 nm의 우물층 및 Al0.64Ga0.36N으로 이루어지는 두께 7 nm의 장벽층을 교대로 3.5쌍 반복해 적층한 발광층을 형성했다. 3.5쌍의 0.5는, 발광층의 최초와 최후를 장벽층으로 한 것을 나타낸다.
그 후, 발광층 상에, 수소가스를 캐리어 가스로서 Al0.68Ga0.32N으로 이루어지는 두께 40 nm의 p형 전자 블록층을 형성했다. p형 전자 블록층의 형성에서, Mg원으로서 CP2Mg 가스를 챔버로 공급해 Mg를 도프했다. 또한, SIMS 분석의 결과, p형 전자 블록층의 Mg 농도는 5.0×1018atoms/㎤이었다.
계속해서, p형 전자 블록층의 바로 위에 제1층으로서 Al0.60Ga0.40N를 형성하고, 그 다음에 제2층으로서 Al0.43Ga0.57N를 형성해, 양자의 형성을 7쌍 반복하여, 합계 14층의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 형성했다. 또한, 제1층의 두께를 5.0 nm, 제2층의 두께를 2.5 nm로 해, p형 컨택트층의 두께의 합계는 52.5 nm로 했다. 또한, p형 컨택트층의 형성에서는, III족원의 TMA 가스, TMG 가스, 및 V족원의 암모니아가스와 함께 Mg원으로서 CP2Mg 가스를 챔버로 공급해 Mg를 도프한 p형 컨택트층을 결정성장시켰다. 그 후, III족원 가스의 공급만 정지해, Mg원 가스 및 V족원 가스만을 10.5분간 공급해, p형 컨택트층의 표면 측에 고농도 영역을 형성했다.
또한, 상기 p형 컨택트층의 Al조성을 특정할 때에는, 포토루미네센스 측정에 의해 분석된 p형 컨택트층의 발광 파장(밴드갭 에너지)으로부터 p형 컨택트층의 Al 조성비를 결정했다.
SIMS 분석의 결과, p형 컨택트층에서, p형 전자 블록층 측의 Mg 농도는 1×1020atoms/㎤이고, p형 전자 블록층과 반대의 p측 전극(80)을 형성하는 표면 측의 Mg를 고농도로 한 측(고농도 영역)의 Mg 농도는 3×1020atom/㎤이었다.
그 후, n형 반도체층의 일부를 드라이 에칭에 의해 노출시켜, 직경이 280μm인 원통형의 p형 반도체층 부분을 형성한다. p형 반도체층 부분과 n형 반도체층의 층 노출 부분에 직경 300μm의 In 볼을 대고, 양쪽 In 볼에 전류를 통전함으로써, 발명예 1에 의한 평가용 심자외 발광소자의 발광 출력을 평가했다. 발명예 1의 층 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00002
(발명예 2 ~ 13)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 2에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여, 발명예 2 ~ 13과 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 발광 출력을 평가했다. 또한, 발명예 2, 3에서는, 발광 출력의 편차를 확인하기 위해, p형 컨택트층의 초격자 구조를 발명예 1과 같은 것으로 했다.
(종래예 1)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 p형 GaN층의 단층 구조로 바꾸어 그 두께를 150 nm로 한 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여 종래예 1과 관련되는 평가용 심자외 발광소자의 발광 출력을 평가했다.
(비교예 1 ~ 4)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을, 표 2에 기재된 단층 구조의 AlGaN층의 단층 구조로 바꾸어 그 Al 조성비 및 두께를 표 2에 기재된 바와 같이 한 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1 ~ 4와 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 발광 출력을 평가했다.
(비교예 5)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층으로 바꾸고, p형 전자 블록층 상에, 단층 구조로 두께 50 nm의 p형 Al0.60Ga0.40N층을 형성하고, 그 다음에, 단층 구조로 두께 10 nm의 p형 Al0.35Ga0.65N층으로 형성한 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여 비교예 6을 제작하고, 이와 관련되는 평가용 심자외 발광소자의 발광 출력을 평가했다.
(비교예 6 ~ 11)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 2에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 6 ~ 11과 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 발광 출력을 평가했다.
Figure pct00003
(평가 1：신뢰성 평가)
발명예 1 ~ 13, 종래예 1 및 비교예 1 ~ 11에 대해서, In볼을 통하여 전류 10 mA로 통전시켜 초기의 발광 출력을 확인하고, 그 다음에, 전류를 100 mA로 3초간 통전시키고, 그 후 전류 10 mA로 통전하는 과부하 신뢰성 시험을 웨이퍼 내 10점에 대해 행했다. 발명예 1 ~ 13 및 종래예 1, 비교예 1, 6에서는 전류 100 mA로의 통전 후에도 변화는 없었지만, 비교예 2 ~ 5, 7 ~ 11에서는, 전류 100 mA로의 통전 후에, 웨이퍼 내에서 비점등, 혹은 초기의 발광 출력으로부터 반감 이하의 출력이 되는 개소가 관찰되었다(즉, 돈사의 발생이 확인되었다). 이러한 비점등이나, 초기의 발광 출력의 절반 이하로의 발광 출력의 급감이 없는 것의 비율을, 수율로서 표 2에 나타낸다. 또한, 발광 출력의 측정에서는, 사파이어 기판면 측에 배치한 포토디텍터를 이용했다.
비교예 2 ~ 5, 7 ~ 11에서 이러한 수율 악화가 발생한 것은, p형 컨택트층과 p측 전극 계면에서의 컨택트 불량이 발생했기 때문이라고 생각된다. 한편, 발명예 1 ~ 13에서는, p형 컨택트층이 초격자 구조를 가지기 때문에, 막질저하를 억제하면서, 보다 낮은 Al 조성비의 층에서 확실히 컨택트를 형성할 수 있었기 때문에, 컨택트 불량이 발생하지 않았다고 추정된다. 또한, 과부하 신뢰성 시험에 의해서 수율이 충분히 높으면, 전극을 형성해 실제의 심자외 발광소자로 한 경우에도, 충분한 신뢰성을 가진다고 말할 수 있다.
(평가 2：발광 출력의 간이 평가)
또한, 발명예 1 ~ 13, 종래예 1 및 비교예 1 ~ 11에 대해서, 상기의 비점등이나, 초기의 발광 출력의 절반 이하로의 발광 출력의 급감이 발생하지 않았던 개소의 발광 출력의 평균치를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 광화이버 분광기에 의해서 발명예 1 ~ 13, 종래예 1 및 비교예 1 ~ 11에 대해서의 중심 발광 파장을 측정했는데, 모두 280 nm이었다. 이 결과로부터, 발명예 1 ~ 13은, 종래예 1 및 비교예 1, 6보다도 발광 출력이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1, 6은 컨택트 불량은 억제되어 있기 때문에 수율의 문제는 없지만, 심자외광의 흡수가 컸기 때문에, 종래예 1에 비해 발광 출력이 낮다.
또한, 제1층의 두께는 5.0 nm, 제2층의 두께는 2.5 nm이기 때문에, p형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는, [z=(2/3) x＋(1/3) y]로서 산출된다. 표 2에는, 이 두께 평균 Al 조성비 z와 제1층 및 제2층의 Al 조성비의 차이(x－y)도 나타냈다. 표 2로부터, 발명예인 것은 모두 상술의 식 [1], [2]를 만족한 것을 확인할 수 있다. 특히, z－w0≥0.060일 때에 발광 출력이 높았던 것도 확인할 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 발명 조건을 만족하는 p형 컨택트층을 형성함으로써, 높은 발광 출력을 얻을 수 있는 동시에, 신뢰성을 양립할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
실험예 1에서는, 실제로 전극을 형성하는 일 없이, In 볼간에서의 전류 통전에 의해, 발광 출력 및 신뢰성을 간이적으로 평가했다. 심자외 발광소자 소자 특성을 보다 정확하게 평가하기 위해, 이하의 실험을 행했다.
(발명예 2A)
p형 컨택트층 상에 마스크를 형성해 드라이 에칭에 의한 메사에칭을 행하고, n형 반도체층을 노출시킬 때까지는, 실험예 1의 발명예 2와 마찬가지로 했다. 그 다음에, p형 컨택트층 상에, Ni/Au로 이루어지는 p측 전극을 스퍼터법에 따라 형성하고, 노출된 n형 반도체층 상에는, Ti/Al로 이루어지는 n측 전극을 형성했다. 또한, p측 전극 중, Ni의 두께는 100Å이고, Au의 두께는 200Å이다. 또한, n측 전극 중, Ti의 두께는 200Å이고, Al의 두께는 1500Å이다. 최후에 550℃에서 컨택트 어닐(RTA)을 실시했다. 이렇게 하여 발명예 2A와 관련되는 심자외 발광소자를 제작했다.
(종래예 1A)
발명예 2A에서의 p형 컨택트층을 실험예 1의 종래예 1과 마찬가지로 한 이외는, 발명예 2A와 마찬가지로 하여, 종래예 1A와 관련되는 심자외 발광소자를 제작했다.
(평가 3：심자외 발광소자의 특성 평가)
발명예 2A 및 종래예 1A로부터 얻어진 반도체 발광소자에 정전류 전압 전원을 이용하여 20 mA의 전류를 흘렸을 때의 순방향 전압 Vf 및 적분구에 의한 발광 출력 Po를 측정하고, 각각 3개의 시료의 측정 결과의 평균치를 구했다. 또한, 광화이버 분광기에 의해서 발명예 2A 및 종래예 1A의 중심 발광 파장을 측정했는데, 모두 실험예 1과 같고, 중심 발광 파장은 280 nm이었다. 또한, 500시간 통전 후의, 초기의 발광 출력에 대한 발광 출력 잔존율([500시간 경과 후의 발광 출력]/[초기의 발광 출력])을 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00004
실험예 1에서의 발광 출력의 평가 결과와 실험예 2에서의 발광 출력의 평가 결과를 대비하면, 실험예 1에서의 간이 평가이어도, 심자외 발광소자의 발광 출력을 충분히 평가할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 발명예 2A에서는, 종래예 1A와 동일한 정도의 발광 출력 잔존율을 가지면서, 발광 출력을 거의 2배 증가할 수 있던 것도 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
또한, 초격자 구조에서의 제1층 및 제2층의 두께의 영향을 확인하기 위해, 이하의 실험을 행했다.
(발명예 14 ~ 17)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 4에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여, 발명예 14 ~ 17과 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다.
(비교예 12)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 4에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 12와 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다.
실험예 1에서의 종래예 1과 아울러, 발명예 14 ~ 17 및 비교예 12의 제작 조건 및 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pct00005
표 4로부터, 제1층의 두께 및 제2층의 두께의 대소 관계는 중요하지 않은 것을 확인할 수 있다. 각 층의 두께의 대소 관계보다는, 두께 평균 Al 조성비 z와 우물층의 Al 조성비 w의 차이(z－w0에 상당)의 영향이 큰 것으로 추정된다.
[실험예 4]
또한, 초격자 구조에서 제1층 및 제2층의 쌍수의 영향을 확인하기 위해, 이하의 실험을 행했다.
(발명예 18 ~ 22)
발명예 1에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 5에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여, 발명예 18 ~ 22와 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다.
실험예 1에서의 종래예 1과 아울러, 발명예 18 ~ 22의 제작 조건 및 평가 결과를 표 5에 나타낸다.
Figure pct00006
표 5로부터, 초격자 구조에서의 제1층 및 제2층의 쌍수의 다소에 의한 신뢰성에의 영향은 적은 것으로 생각된다.
[실험예 5]
최후에, 중심 발광 파장이 다른 심자외 발광소자에 대해서도 실험을 행했다.
(발명예 23)
발명예 1에서의 Al0.46Ga0.54N으로 이루어지는 우물층(w=0.46)을, Al0.29Ga0.71N으로 이루어지는 우물층(w=0.29)으로 바꾸고, 또한, p형 컨택트층에서의 제1층을 Al0.43Ga0.57N으로, 제2층을 Al0.27Ga0.73N으로 바꾼 이외는, 발명예 1과 마찬가지로 하여 발명예 23과 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다. 또한, 중심 발광 파장은 310 nm이었다.
(발명예 24 ~ 25)
발명예 23에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 6에 기재된 초격자 구조로 바꾼 이외는, 발명예 23과 마찬가지로 하여, 발명예 24 ~ 25와 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다.
(종래예 2)
발명예 23에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 p형 GaN층의 단층 구조로 바꾼 이외는, 발명예 23과 마찬가지로 하여 종래예 2와 관련되는 평가용 심자외 발광소자 제작하고, 그 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다.
(비교예 13, 14)
발명예 23에서의 초격자 구조의 p형 컨택트층을 표 6에 기재된 단층 구조의 AlGaN층의 단층 구조로 바꾸어 그 Al 조성비 및 두께를 표 6에 기재한 바와 같이 한 이외는, 발명예 23과 마찬가지로 하여 비교예 13, 14와 관련되는 평가용 심자외 발광소자를 제작하고, 그 발광 출력을 평가했다.
결과를 표 6에 나타낸다.
Figure pct00007
표 6의 결과로부터, p형 컨택트층이 본 발명 조건인 상술의 식 [1], [2]를 만족하는 것으로, 높은 발광 출력을 얻을 수 있는 동시에, 신뢰성을 양립할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 종래예 2 및 발명예 23 ~ 25에 대해서, AlN제 서브 마운트에 실장하고, 350 mA를 1000시간 통전한 후의 발광 출력을 측정해 초기 발광 출력으로부터의 열화율에 의한 신뢰성을 확인했는데, 열화율 70%는 3000시간 이상에 상당하고, 실용 레벨의 신뢰성을 가지는 것도 확인되었다.
[실험예 6]
(발명예 26)
발명예 10에서의 발광층의 최후의 장벽층(Al 조성비：0.64, 두께 7 nm)를, AlN 가이드층(Al 조성비：1.0, 두께 1 nm)로 변경했다. 또한, p형 컨택트층(70)의 p형 전자 블록층(60)과 반대측(환언하면, p측 전극(80)과 접하는 측)의 층인 두께 2.5 nm의 Al조성이 35%의 층(초격자 구조에서의 최후의 제2층)에 대해, 도펀트로서 Mg와 함께, Si를 도핑했다(즉, Mg 및 Si의 코도프를 실시했다.). Si를 도핑할 때, Mg원으로서 CP2Mg 가스를 챔버로 공급하면서, Si원으로서 모노실란 가스(SiH4)를 흘리는 것으로 행했다. 그 외의 조건은 발명예 10과 마찬가지로 하여, 발명예 26의 심자외 발광소자를 제작했다. 발명예 26의 구체적인 층 구조를 표 7에 나타낸다. SIMS 분석에 의해 측정했는데, Mg 고농도 영역의 Mg 농도는 발명예 10과 같이 3×1020atoms/㎤이고, p형 컨택트층의 최상층의 Si 농도는, 2×1019atoms/㎤이었다.
Figure pct00008
(발명예 27)
발명예 26에서의 p형 컨택트층(70)의 p형 전자 블록층(60)과 반대측(환언하면, p측 전극(80)과 접하는 측)의 층의 Si 도프량을 늘려, Mg 농도를 3×1020atoms/㎤로 한 채로, Si 농도를 4×1019atoms/㎤로 한 이외는, 발명예 26과 마찬가지로 하여, 발명예 27의 심자외 발광소자를 제작했다.
(발명예 28)
발명예 10에서의 발광층의 최후의 장벽층(Al 조성비：0.64, 두께：7 nm)을, AlN 가이드층(Al 조성비：1.0, 두께 1 nm)으로 변경했다. 또한, p형 컨택트층(70)의 p형 전자 블록층(60)과 반대측(환언하면, p측 전극(80)과 접하는 측)의 층인 두께 2.5 nm의 Al조성이 35%인 층(초격자 구조에서의 최후의 제2층)에 대해, 도펀트로서 Mg를 넣지 않고, 대신에 Si만을 도핑해, p형 컨택트층의 표면 측에 Mg의 고농도 영역을 형성하지 않았던(p형 컨택트층에서의 p형 전자 블록층 측의 Mg 농도는 발명예 10과 마찬가지로 1×1020atoms/㎤이다). 또한, Si의 도핑에서, Mg원으로서 CP2Mg 가스의 챔버에의 공급을 정지하고, Si원으로서 모노실란 가스(SiH4)를 흘렸다. 그 외의 조건은, 발명예 10과 마찬가지로 하여, 발명예 28의 심자외 발광소자를 제작했다. SIMS 분석에 의해 측정하면, p형 컨택트층의 최상층의 Si 농도는, 2×1019atoms/㎤이었다.
(발명예 29)
발명예 10에서의 발광층의 최후의 장벽층(Al 조성비：0.64, 두께：7 nm)을, AlN 가이드층(Al 조성비：1.0, 두께：1 nm)으로 변경한 이외는, 발명예 10과 마찬가지로 하여, 발명예 29의 심자외 발광소자를 제작했다.
발명예 26 ~ 29에 대해서, 통전 후의 발광 출력 및 통전 후의 수율을 상기 평가 1, 2와 마찬가지로 하여 평가했다. 결과를 표 8에 나타낸다. 또한, 표 8에는 발명예 10(AlN 가이드층 없음)의 결과도 재게했다.
Figure pct00009
이상의 결과로부터, AlN 가이드층을 설치하는 것, Si 도프 영역을 p형 컨택트층의 최상층에 설치하는 것의 유효성도 확인되었다.
본 발명에 따르면, 높은 발광 출력 및 우수한 신뢰성을 양립한 심자외 발광소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
10　　기판
20　　버퍼층
30　　n형 반도체층
40　　발광층
41　　우물층
42　　장벽층
60　　p형 전자 블록층
70　　p형 컨택트층
71　　제1층
72　　제2층
80　　n측 전극
90　　p측 전극
100　심자외 발광소자

Claims (10)

  1. 기판 상에, n형 반도체층, 발광층, p형 전자 블록층 및 p형 컨택트층을 순차적으로 가지는 심자외 발광소자로서,
    상기 p형 컨택트층은, 상기 발광층에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어지는 제1층과, 상기 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어지는 제2층을 교대로 적층하여 이루어지는 초격자 구조를 가지고, 또한, 상기 Al 조성비 w0, 상기 Al 조성비 x, 상기 Al 조성비 y, 및 상기 p형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2]：
    　　0.030＜z－w0＜0.20　　　　···[1]
    　　0.050≤x－y≤0.47　　　　　···[2]
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 심자외 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 p형 컨택트층의 두께 방향에서, 상기 p형 전자 블록층에 가까운 쪽의 말단의 층은 상기 제1층인, 심자외 발광소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 p형 컨택트층의 두께 방향에서, 상기 p형 전자 블록층에서 먼 쪽의 말단의 층은 상기 제2층인, 심자외 발광소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층은, 우물층 및 장벽층을 교대로 적층하여 이루어지는 양자 우물 구조를 가지는, 심자외 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광층에서 상기 p형 전자 블록층에 가장 가까운 쪽의 우물층과 상기 p형 전자 블록층의 사이에, 상기 장벽층 및 상기 p형 전자 블록층 중 어느 Al 조성비보다도 Al 조성비가 높은 가이드층을 더 가지는, 심자외 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드층은 AlN으로 이루어지는, 심자외 발광소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Al 조성비 w0는, 0.25 이상 0.60 이하인, 심자외 발광소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형 컨택트층은, 상기 p형 전자 블록층과 반대의 p측 전극을 형성하는 표면 측에서, Mg 농도가 3×1020atoms/㎤ 이상의 고농도 영역을 가지는, 심자외 발광소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형 컨택트층은, 상기 p형 전자 블록층과 반대의 p측 전극을 형성하는 표면 측에서, Si 농도가 5×1016atoms/㎤ 이상 1×1020atoms/㎤ 이하의 Si 도프 영역을 가지는, 심자외 발광소자.
  10. 기판 상에 n 형 반도체층을 형성하는 공정,
    상기 n 형 반도체층 상에 발광층을 형성하는 공정,
    상기 발광층 상에 p 형 전자 블록층을 형성하는 공정, 및
    상기 p 형 전자 블록층 상에 p 형 컨택트층을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 p 형 컨택트층을 형성하는 공정은, 상기 발광층에서 심자외광을 방출하는 층의 Al 조성비 w0보다도 높은 Al 조성비 x를 가지는 AlxGa1－xN으로 이루어진 제1 층을 형성하는 제1 공정, 상기 Al 조성비 x보다도 낮은 Al 조성비 y를 가지는 AlyGa1-yN으로 이루어진 제2 층을 형성하는 제2 공정을 교대로 반복하여 초격자 구조를 가지는 상기 p 형 컨택트층을 형성하고,
    상기 Al 조성비 w0, 상기 Al 조성비 x, 상기 Al 조성비 y 및 상기 p 형 컨택트층의 두께 평균 Al 조성비 z는 하기 식 [1], [2] :
    0.030＜z-w0＜0.20 ... [1]
    0.050 ≤ x-y ≤ 0.47 ... [2]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는, 심자외 발광 소자의 제조 방법.
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