JP4882618B2 - GaN系半導体発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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(1)MOVPE法によって単結晶基板上にGaN系半導体からなる複数の単結晶層を成長させて積層する工程を有し、該工程が下記(イ)〜(ニ)の工程を含む、GaN系半導体発光ダイオードの製造方法。
(イ)n型GaN系半導体層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で成長させる工程
(ロ)前記(イ)の工程で成長させたn型GaN系半導体層の上に、GaN系半導体からなる活性層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で成長させる工程
(ハ)前記(ロ)の工程で成長させた活性層の上に、その表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で、GaN系半導体層を、アンドープで、または、その少なくとも一部にp型不純物を添加しながら、成長させる工程
(ニ)前記(ハ)の工程で成長させたGaN系半導体層の表面に存在するピットを埋め込む工程
(2)前記(ニ)の工程では、3族原料を供給することなく、5族原料を供給しながらGaN系半導体層の温度を上昇させて、その表面に存在するピットを埋め込む、前記(1)に記載の製造方法。
(3)前記(ニ)の工程では、3族原料および5族原料を供給しながらGaN系半導体層の温度を上昇させて、その表面に存在するピットを埋め込む、前記(1)に記載の製造方法。
(4)前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で、50nm以上の厚さ成長させる、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層をアンドープで成長させる、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(6)前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層を、その少なくとも一部にn型不純物を添加しながら成長させる、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(7)前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層の成長の途中で、n型不純物の添加量を増加または減少させる、前記(6)のいずれかに記載の製造方法。
(8)前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層の中に、n型不純物の濃度が相対的に低い部分と、n型不純物の濃度が相対的に高い部分とを、交互に形成する、前記(6)に記載の製造方法。
(9)前記活性層の発光波長が420nm以下であり、かつ、前記(イ)の工程で成長させるn型GaN系半導体層が、Inを含まないGaN系半導体結晶からなるn型GaN系半導体層である、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の製造方法。
(10)前記(ハ)の工程で成長させるGaN系半導体層がInxGa1−xN(0≦x≦1)層を含む、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の製造方法。
(11)前記活性層の発光波長が420nm以下であり、かつ、前記(ハ)の工程で成長させるGaN系半導体層が、GaN層とAlGaN層とを交互に積層した構造を有する、前記(10)に記載の製造方法。
実施例として、図1に示すGaN系LED10を作製し、逆方向電流の評価を行った。
まず、C面を主面とする直径2インチのサファイア基板11を準備し、これをMOVPE装置の成長炉内に設けられたサセプタに装着した。そして、水素ガスを成長炉内に供給しながら、このサファイア基板を1100℃以上に加熱して、基板表面の有機汚染を除去した。それから、基板温度を500℃に下げ、原料としてトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)およびアンモニアを供給して、AlGaNからなる低温バッファ層12aを、約20nm成長させた。低温バッファ層12aの成長後、基板温度を1000℃に上げ、TMG、アンモニアを供給して、高温バッファ層であるアンドープGaN層12bを約2μm成長させた。なお、アンドープで成長させたGaN系半導体は、弱いn型となることが知られている。アンドープGaN層12bの成長後、成長温度を保ったまま、TMG、アンモニアに加えて更にシラン(SiH4)を供給し、Si濃度約5×1018cm−3のn型GaNコンタクト層13aを約3μm成長させた。このようにして、n型GaNコンタクト層13aの成長までを完了させたウェハの断面図を、図2(a)に示す。
n型GaNコンタクト層の成長後、低温単結晶GaN層を成長させないで、基板温度750℃で活性層を成長させるとともに、活性層の成長終了後、基板温度を750℃から1025℃に上げてからp型AlGaN/GaNクラッド層を成長させたことを除いて、上記実施例と同様にして、GaN系LEDチップを作製した。このLEDチップの通電前の初期状態における逆方向電流の値は実施例のLEDチップと同程度であったが、通電を行うと急速に劣化が生じ、順方向に100mAの電流を5時間(上記実施例の10分の1の通電時間)連続して流した後、逆方向に5Vの電圧を印加して逆方向電流を測定したところ、1μAを大きく超えていた。
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
12 バッファ層
13 n型層
13b n型GaNコンタクト層
14b 低温単結晶GaN層(低温下地層)
14 活性層
15 p型層
15a p型AlGaN/GaNコンタクト層(低温上部層)
15b p型GaNコンタクト層
16 負電極
17 正電極
Claims (9)
- MOVPE法によって単結晶基板上にGaN系半導体からなる複数の単結晶層を成長させて積層する工程を有し、該工程が下記(イ)〜(ニ)の工程を含む、GaN系半導体発光ダイオードの製造方法。
(イ)n型GaN系半導体層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で成長させる工程
(ロ)前記(イ)の工程で成長させたn型GaN系半導体層の上に、GaN系半導体からなる活性層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で成長させる工程
(ハ)前記(ロ)の工程で成長させた活性層の上に、その表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で、GaN系半導体層を、アンドープで、または、その少なくとも一部にp型不純物を添加しながら、成長させる工程
(ニ)前記(ハ)の工程で成長させたGaN系半導体層の表面に存在するピットを、3族原料を供給することなく、5族原料を供給しながらGaN系半導体層の温度を上昇させて埋め込む工程 - 前記積層する工程が、更に下記(ホ)の工程を含む、請求項1に記載の製造方法。
(ホ)前記(ニ)の工程で表面のピットが埋め込まれたGaN系半導体層の上に、GaN系半導体からなるp型コンタクト層を、成長温度を最初または途中から低くすることによって、表面がテクスチャ化されるように成長させる工程 - 前記積層する工程の後に、前記p型コンタクト層の表面に透光性の正電極を形成する工程を有する、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層を、表面にピットが形成されるように900℃以下の温度で、50nm以上の厚さ成長させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層をアンドープで成長させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層を、その少なくとも一部にn型不純物を添加しながら成長させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層の成長の途中で、n型不純物の添加量を増加または減少させる、請求項6に記載の製造方法。
- 前記(イ)の工程では、n型GaN系半導体層の中に、n型不純物の濃度が相対的に低い部分と、n型不純物の濃度が相対的に高い部分とを、交互に形成する、請求項6に記載の製造方法。
- 前記活性層の発光波長が420nm以下であり、かつ、前記(イ)の工程で成長させるn型GaN系半導体層が、Inを含まないGaN系半導体結晶からなるn型GaN系半導体層である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
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