JP2013222746A - 紫外発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紫外発光素子は、単結晶基板1と、単結晶基板1の一表面上に形成された複数の島状の核2と、隣り合う核2の間の隙間を埋め込み且つ全ての核2を覆うように単結晶基板1の上記一表面側に形成されたバッファ層3とを備えている。さらに、紫外発光素子は、バッファ層3上に形成されたn形AlzGa1-zN(0<z≦1)からなるn形窒化物半導体層4と、n形窒化物半導体層4上に形成された量子井戸構造の発光層5と、p形窒化物半導体層7とを備えている。紫外発光素子は、n形窒化物半導体層4が、n形AlzGa1-zN(0<z≦1)からなり、量子井戸構造の井戸層5bが、AlaGa1-aN(0<a≦1)からなる。紫外発光素子は、核2が、AlxGa1-xN(0<x<1)からなり、バッファ層3が、AlyGa1-yN(0<y≦1)からなり、x<yとなっている。
【選択図】図1
Description
以下では、本実施形態の紫外発光素子について図1に基づいて説明する。
この工程では、例えばc面サファイア基板からなる単結晶基板1をMOCVD装置の反応炉内に導入する。この工程では、反応炉への単結晶基板1の導入前に、単結晶基板1に対して薬品による前処理を行うことにより、単結晶基板1の表面を清浄化することが好ましい。また、この工程では、反応炉へ単結晶基板1を導入した後、反応炉の内部の真空引きを行い、その後、高純度化された窒素ガスなどを反応炉内へ流すことによって反応炉内を窒素ガスで満たしてから、排気するようにしてもよい。これにより、この工程では、単結晶基板1を導入する際に意図せず混入した空気などの気体を排気することが可能となる。なお、単結晶基板1は、紫外発光素子を複数形成することが可能なウェハ状態のものが好ましい。
この工程は、反応炉内に導入された単結晶基板1の温度である基板温度を、第1規定温度まで昇温し、さらに、この第1規定温度での加熱により単結晶基板1の上記一表面を清浄化する。第1規定温度は、1100℃に設定している。
この工程では、反応炉内の圧力を第2規定圧力に保ちながら基板温度を第1規定温度と同じ第2規定温度で保持した状態で、反応炉内へAlの原料ガスとGaの原料ガスとNの原料ガスとを供給することによって単結晶基板1の上記一表面上に複数の島状の核2を形成する。つまり、この工程では、核2の群を形成する。
この工程は、第1工程の後でIII族の構成元素の原料ガスとV族の構成元素の原料ガスとを供給することによってAlyGa1-yN(0<y≦1)からなるバッファ層3を形成する工程である。ここにおいて、各原料ガスそれぞれのキャリアガスとしては、例えば、H2ガスを採用することが好ましい。
この工程は、バッファ層3上にn形窒化物半導体層4を形成する工程である。
この工程は、n形窒化物半導体層4上に発光層5を形成する工程である。
この工程は、発光層5上に電子ブロック層6を形成する工程である。
この工程は、電子ブロック層6上にp形窒化物半導体層7を形成する工程である。なお、電子ブロック層6を設けていない場合には、発光層5上にp形窒化物半導体層7を形成する工程となる。
この工程は、p形窒化物半導体層7上にp形コンタクト層8を形成する工程である。
この工程は、アニール装置のアニール炉内において所定のアニール温度で所定のアニール時間だけ保持することにより、電子ブロック層6、p形窒化物半導体層7およびp形コンタクト層8のp形不純物を活性化する工程である。ここでは、アニール温度を750℃、アニール時間を10分に設定してあるが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。アニール装置としては、例えば、ランプアニール装置、電気炉アニール装置などを採用することができる。
まず、一般的なフォトリソグラフィ技術を利用して、単結晶基板1の上記一表面側に成長された上記積層構造において、メサ構造の上面に対応する領域上に、第1のレジスト層を形成する。続いて、第1のレジスト層をマスクとして、上記積層構造を表面側(ここでは、p形コンタクト層8の表面側)からn形窒化物半導体層4の途中までエッチングすることによって、メサ構造を形成する。その後、第1のレジスト層を除去する。上記積層構造のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングにより行うことができる。なお、メサ構造の面積および形状は特に限定するものではない。
単結晶基板1の上記一表面側における第1電極14の形成予定領域のみ(つまり、n形窒化物半導体層4のうち厚みが薄くなった部位の一部)が露出するようにパターニングされた第2のレジスト層を形成する。その後、例えば、膜厚が20nmのTi膜と膜厚が100nmのAl膜と膜厚が20nmのTi膜と膜厚が200nmのAu膜との積層膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第2のレジスト層および当該第2のレジスト層上の不要膜を除去する。その後、第1電極14とn形窒化物半導体層4との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行う。積層膜の構造および各膜厚は一例であり、特に限定するものではない。また、RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を800℃、アニール時間を1分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。
単結晶基板1の上記一表面側における第2電極17の形成予定領域のみ(ここでは、p形コンタクト層8の表面の一部)が露出するようにパターニングされた第3のレジスト層を形成する。その後、例えば膜厚が15nmのNi膜と膜厚が100nmのAu膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、リフトオフを行うことにより、第3のレジスト層および当該第3のレジスト層上の不要膜を除去する。その後、第2電極17とp形コンタクト層8との接触がオーミック接触となるように、N2ガス雰囲気中でRTA処理を行う。積層膜の構造および各膜厚は一例であり、特に限定するものではない。また、RTA処理の条件は、例えば、アニール温度を400℃、アニール時間を15分とすればよいが、これらの値は一例であり、特に限定するものではない。
この工程では、フォトリソグラフィ技術および薄膜形成技術を利用して第1パッドおよび第2パッドを形成する。薄膜形成技術としては、例えば、電子ビーム蒸着法などを採用することができる。
この工程は、ダイシング工程であり、ウェハをダイシングソーなどによって裁断することで、個々の紫外発光素子(チップ)に分割する。これにより、1枚のウェハから複数の紫外発光素子を得ることができる。紫外発光素子のチップサイズとしては、例えば、350μm□や1mm□などが挙げられるが、特に限定するものではない。
以下では、本実施形態の紫外発光素子について図2に基づいて説明する。
2 核
3 バッファ層
4 n形窒化物半導体層
5 発光層
5b 井戸層
7 p形窒化物半導体層
Claims (9)
- 単結晶基板と、単結晶基板の一表面上に形成されAlxGa1-xN(0<x<1)からなる複数の島状の核と、隣り合う前記核の間の隙間を埋め込み且つ全ての前記核を覆うように前記単結晶基板の前記一表面側に形成されたAlyGa1-yN(0<y≦1)からなるバッファ層と、前記バッファ層上に形成されたn形AlzGa1-zN(0<z≦1)からなるn形窒化物半導体層と、前記n形窒化物半導体層における前記バッファ層側とは反対側に形成されAlaGa1-aN(0<a≦1)からなる井戸層を有する量子井戸構造の発光層と、前記発光層における前記n形窒化物半導体層側とは反対側に形成されたp形窒化物半導体層とを備え、x<yであることを特徴とする紫外発光素子。
- y=1であることを特徴とする請求項1記載の紫外発光素子。
- a<xであることを特徴とする請求項1又は2記載の紫外発光素子。
- z<xであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の紫外発光素子。
- 前記核は、前記単結晶基板から離れるにつれてAlの組成であるxが大きくなっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の紫外発光素子。
- 前記単結晶基板がc面サファイア基板であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の紫外発光素子。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の紫外発光素子の製造方法であって、前記単結晶基板を準備して反応炉内に配置した後に、前記単結晶基板の前記一表面上に複数の前記核を形成する第1工程と、前記バッファ層を形成する第2工程と、前記n形窒化物半導体層を形成する第3工程と、前記発光層を形成する第4工程と、前記p形窒化物半導体層を形成する第5工程とを備え、前記第1工程は、第1基板温度および第1成長圧力下において、前記反応炉内にAlの原料ガスとGaの原料ガスとNの原料ガスとを所定のモル比で供給することによって、前記単結晶基板の前記一表面上に複数のAlbGa1-bN(0<b<1、且つ、b<x)からなる結晶核を形成する第1ステップと、AlbGa1-bN(0<b<1、且つ、b<x)からなる前記結晶核をAlxGa1-xN(0<x<1)からなる前記核とするようにGaを脱離させる第2ステップとを備えることを特徴とする紫外発光素子の製造方法。
- 前記第2ステップでは、Alの前記原料ガスとGaの前記原料ガスとを供給せずにNの前記原料ガスを供給し、且つ、前記単結晶基板の温度である基板温度を、前記第1ステップでの前記基板温度よりも高く設定した状態での熱処理を行うことを特徴とする請求項7記載の紫外発光素子の製造方法。
- 前記第2ステップでは、Alの前記原料ガスとGaの前記原料ガスとを供給せずにNの前記原料ガスを供給し、且つ、前記単結晶基板の温度である基板温度を、前記第1ステップでの基板温度よりも下げずに、前記反応炉へ供給する水素ガスの供給量を、前記第1ステップにおいて前記原料ガスを輸送するためのキャリアガスである水素ガスの供給量よりも多く設定した状態で熱処理を行うことを特徴とする請求項7記載の紫外発光素子の製造方法。
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