JP6143749B2 - m面窒化物系発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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Description
また、特にGaN基板上に発光構造を形成した窒化物系LEDでは、結晶欠陥が少なく耐熱性が高いことから、ひとつのLEDチップに大きな電流を印加する使い方が可能となる。LEDに印加される電流が大きくなる程、その順方向電圧の僅かな違いで発熱量が大きく変化することから、順方向電圧の低下はより重要な課題となる。発熱量が低減されればLEDの冷却に必要なヒートシンクの容量を小さくすることができるので、当該LEDを用いた装置の設計の自由度が高くなる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、順方向電圧の低減されたm面窒化系LEDを得ることのできる、m面窒化物系LEDの新規な製造方法を提供することを主たる目的とする。
(1)(i)その厚さ方向と六方晶のm軸とがなす角度が10度以内であるn型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、(ii)前記活性層の上に、p型不純物でドープされたAlGaN層を形成するステップと、(iii)前記AlGaN層の表面に、InGaNからなるコンタクト層を形成するステップと、(iv)前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、を有するm面窒化物系発光ダイオードの製造方法。
(2)前記コンタクト層の厚さを20nm以下とする、前記(1)に記載の製造方法。
(3)前記AlGaN層を形成する前に、前記活性層の上に前記AlGaN層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体からなる厚さ50nm以下の電子ブロック層を形成するステップを有する、前記(1)または(2)に記載の製造方法。
(4)前記AlGaN層がAlxGa1−xN(0.01≦x≦0.05)からなる、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)前記活性層が井戸層および障壁層を含み、前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーが該井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きい、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(6)前記電極が導電性酸化物を含む、前記(1)〜(5)のいずれかに記載の製造方法。
(7)前記導電性酸化物がITO(インジウム錫酸化物)を含む、前記(6)に記載の製造方法。
(8)前記活性層がInGaN井戸層および障壁層を含み、該InGaN井戸層の厚さが6〜12nmである、前記(1)〜(7)のいずれかに記載の製造方法。
(9)前記コンタクト層の成長速度を2〜3nm/minとする、前記(1)〜(8)のいずれかに記載の製造方法。
(10)前記コンタクト層を成長させるときのNH3/TMG比が40000〜50000である、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の製造方法。
(11)前記(ii)および(iii)のステップを同一のMOVPE成長炉内において行うとともに、前記(ii)のステップの終了から前記(iii)のステップの開始までの間に前記AlGaN層を該MOVPE成長炉から取り出さない、前記(1)〜(10)のいずれかに記載の製造方法。
(12)前記(iii)のステップの終了から前記(iv)のステップの開始まで間に前記AlGaN層および前記コンタクト層のポストアニール処理を行わない、前記(11)に記載の製造方法。
本明細書において、オフ角付きのm面GaN基板に言及する場合がある。図11を用いて説明すると、m面GaN基板のオフ角とは、当該基板の成長主面(エピタキシャル成長に用いる主面)の法線ベクトルと[10−10]とがなす角度φである。また、m面GaN基板の+c方向へのオフ角φcとは、成長主面の法線ベクトルのa面([11−20]と直交する面)に対する射影と、[10−10]とがなす角度φcである。該射影が[0001]成分(+c成分)を有しているときφcの符号は正であり、反対に、該射影が[000−1]成分(−c成分)を有しているときφcの符号は負である。
(i)その厚さ方向と六方晶のm軸とがなす角度が10度以内であるn型窒化物半導体層の上方に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップ;
(ii)前記活性層の上方に、p型不純物でドープされたAlGaN層を形成するステップ;
(iii)前記AlGaN層の表面に、InGaNからなるコンタクト層を形成するステップ;および
(iv)前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップ。
m面GaN基板はジャスト基板であってもよいし、オフ角が付与されたものであってもよい。オフ角は通常10度以内、好ましくは6度以内である。窒化物半導体層120〜160のそれぞれの厚さ方向が、各層を構成するGaN系半導体結晶のm軸との間でなす角度は、m面GaN基板110のオフ角に等しい。
活性層130は、InGaNまたはInAlGaNからなる単層であってもよいが、好ましくは、障壁層と井戸層とが交互に積層された構造を有する多重量子井戸(MQW)活性層である。井戸層は好ましくはInGaN、InAlGaNのような、Inを含む窒化物半導体で形成される。井戸層の厚さは例えば2〜15nm、好ましくは6〜12nm、特に好ましくは8〜10nmである。障壁層は井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体で形成され、その厚さは例えば2〜30nm、好ましくは10〜20nmである。
InGaNコンタクト層160の膜厚は例えば1〜20nm、好ましくは10nm以下、特に5nm以下である。この層を構成するInGaNの組成は、好ましくは、そのバンドギャップエネルギーが活性層130のバンドギャップエネルギー(活性層がMQWの場合には、井戸層のバンドギャップエネルギー)よりも大きくなるように定められる。
InGaNコンタクト層160の上面には、オーミック電極として、ITOのような導電性酸化物からなる透光性電極E120が形成されており、その透光性電極E120上の一部にはメタル製のp電極E130が形成されている。
図1は、実験1−1で作製したm面窒化物系LEDを上面側から見たところを示しており、図1(a)は模式図、図1(b)は光学顕微鏡像である。
このm面窒化物系LEDが備えるエピタキシャル層構造を模式的に示したものが図2である。
図2に示すように、このm面窒化物系LEDは、m面GaN基板1上に、アンドープGaN層2、GaN:Siコンタクト層3、アンドープGaN中間層4、GaN:Si中間層5、多重量子井戸活性層6、第1のAlGaN:Mg層7、第2のAlGaN:Mg層8(p型コンタクト層)を、該基板1側からこの順に含むエピタキシャル層構造を有している。
(エピタキシャル成長)
まず、縦×横×厚さが8mm×20mm×330μmのm面GaN基板を準備した。この基板はキャリア濃度が6.8×1017cm−3で、+c方向へのオフ角は−0.21°であった。
上記準備したm面GaN基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧MOVPE法を用いて、アンドープGaN層2、GaN:Siコンタクト層3、アンドープGaN中間層4、GaN:Si中間層5、多重量子井戸活性層6、第1のAlGaN:Mg層7、第2のAlGaN:Mg層8を順次エピタキシャル成長させた。
GaN:Siコンタクト層3は、原料にTMG、アンモニア、シランを用いて、Si濃度約7×1018cm−3、かつ、2.0μmの厚さに成長させた。
アンドープGaN中間層4は、原料にTMG、アンモニアを用いて180nmの厚さに成長させた。
GaN:Si中間層5は、原料にTMG、アンモニア、シランを用いて、Si濃度約5×1018cm−3、かつ、20nmの厚さに成長させた。
井戸層厚は3.6nm、障壁層厚は18nmとした。多重量子井戸活性層6には不純物を添加しなかった。
第2のAlGaN:Mg層8は、原料にTMG、TMA、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、40nmの厚さに成長させた。TMGとTMAの流量は、結晶組成がAl0.03Ga0.97Nとなるように調節した。
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面(第2のAlGaN:Mg層8の表面)に、透光性オーミック電極として厚さ210nmのITO膜を形成した。このITO膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後、ITO膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ITO膜に接する側からTi−W(厚さ108nm)、Au(厚さ108nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
エピタキシャル層の表面側からRIE加工を行うことにより部分的に露出させたGaN:Siコンタクト層3の表面に、メタル製のn側電極を形成した。このn側電極は、GaN:Siコンタクト層に接する側からAl(厚さ500nm)、Ti−W(厚さ108nm)、Au(厚さ108nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)をこの順に含む積層膜とした。n側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
n側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面(メタル製の電極表面を除く)を、SiO2からなる絶縁保護膜で被覆した。
最後に、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、350μm角のm面窒化物系LEDチップを得た。
上記手順により得たm面窒化物系LEDチップに順方向電流20mAを印加したときの順方向電圧(Vf)を測定したところ3.6Vであった。測定に際して、LEDチップへの電流供給は、p側およびn側のメタル製電極のそれぞれに接続したAuワイヤを通して行った。
実験1−2で試作したm面窒化物系LEDが備えるエピタキシャル層構造を、図3に模式的に示す。実験1−1で試作したm面窒化物系LEDと異なるのは、第2のAlGaN:Mg層8の上に、更にInGaNコンタクト層9を成長させたことである。
実験1−2では、第2のAlGaN:Mg層8の成長が完了したら直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を0.05SLMに減らし、更に、基板温度が970℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。ここまでは実験1−1と同様であるが、異なるのはその後である。
InGaNコンタクト層9の成長条件は表2に示す通りである(表2には、他の実験におけるInGaNコンタクト層9の成長条件も併せて示している)。この成長条件は多重量子井戸活性層6に含まれる障壁層の成長条件と略同じであり、従って、InGaNコンタクト層9の厚さは、凡そ、該障壁層の厚さに〔(InGaNコンタクト層の成長時間)/(障壁層の成長時間)〕を乗じた値となる。実験1−2の場合には5nmである。
まず、NH3/TMG比は、低くし過ぎると成長中のInGaN結晶表面からのInの再蒸発量が多くなる結果、得られるInGaNコンタクト層とオーミック電極との接触抵抗が大きくなると予測される。これを防ぐために、NH3/TMG比は最低でも10000とすべきであり、好ましくは25000以上、特に35000以上である。
一方、NH3供給レートを高くし過ぎると成長炉内のガス流が不安定となり結晶成長の制御が難しくなることから、NH3の供給レートを上げてNH3/TMG比を高くすることには限界がある。この限界を超えてNH3/TMG比を高くするには、TMGの供給レートを低減すればよいのであるが、ここで注意すべきは、TMG供給レートの低減には結晶成長速度の低下が伴うことである。とりわけm面上では、成長速度の低下に伴い、雰囲気中から結晶中に取り込まれる酸素の量が多くなる傾向が強い。p層においては、結晶中に取り込まれた酸素はp型キャリア濃度を低下させる働きをするので、高いキャリア濃度が必要なp型コンタクト層の成長において、このような酸素の取り込みは有害である。また、InとGaを含む窒化物半導体結晶では、成長速度が低くなるに従い、Gaが優先的に結晶中に取り込まれるようになり、Inが取り込まれ難くなるという問題もある。これらの問題を避けるために、InとGaを含む窒化物系半導体結晶の成長速度は2〜3nm/minとすることが望ましい。
一般的なMOVPE装置の場合には、上記結晶成長速度を確保しつつ、成長炉内のガス流を不安定化させない範囲でNH3供給レートを高くすることにより達成できるNH3/TMG比は40000〜50000となる。
実験1−1で試作したm面窒化物系LEDと共通するエピタキシャル層については、実験1−1と同じ条件で成長させた(成長時間も同じとした)。
電極等の構造も、p側電極をInGaNコンタクト層9の表面に形成したことを除き、実験1−1と同じとした。
得られた窒化物系LEDチップの順方向電圧を実験1−1と同様にして測定したところ、3.5Vであった。
次の点を除き実験1−2と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第1のAlGaN:Mg層8の成長完了直後からInGaNコンタクト層9を成長させるまでの間、成長炉内にアンモニアを流量14SLMで供給し続けた。
・InGaNコンタクト層9の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が500℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量5SLMで供給した。
この実験1−3で得られた窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
キャリア濃度が1.6×1017cm−3で、+c方向へのオフ角が−0.23°のm面GaN基板1を用いたこと以外は、実験1−2と同様にしてm面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
この実験2−1で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.5Vであった。
次の点を除き実験2−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・InGaNコンタンクト層9の成長時間を、実験2−1の2倍の250秒とした(10nmに相当)。
この実験2−2で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
また、実験2−2のm面窒化物系LEDチップの光出力(20mA印加時)を実験2−1のそれと比較すると、98%であった。
次の点を除き実験2−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・InGaNコンタンクト層9の成長時間を、実験2−1の4倍の500秒とした(20nmに相当)。
この実験2−3で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
また、実験2−3のm面窒化物系LEDチップの光出力(20mA印加時)を実験2−1のそれと比較すると、87%であった。
次の点を除き実験1−2と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が2.2×1017cm−3で、+c方向へのオフ角が0.01°のm面GaN基板1を用いた。
・多重量子井戸活性層6の井戸層数を6とした。
・第1のAlGaN:Mg層7の成長温度を960℃、第2のAlGaN:Mg層8の成長温度を1000℃とした。
・InGaNコンタクト層9の成長時間を25秒とした(厚さ1nmに相当)。
・InGaNコンタクト層9の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が500℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量9SLMで供給した。
・チップサイズを500μm×500μmとし、それに伴い電極のパターンを変更した。
図4は、実験3−1で作製したm面窒化物系LEDを上面側から見たところを示しており、図4(a)は模式図、図4(b)は光学顕微鏡像である。
この実験3−1で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
次の点を除き実験3−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・InGaNコンタクト層9を成長させる際に、Cp2Mgを成長炉内に供給しなかった。
この実験3−2で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
次の点を除き実験3−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・InGaNコンタクト層9を成長させる際の、成長炉内へのTMI供給レートを実験例3−1の4倍の46.8μmol/minに増やした。
この実験3−3で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.4Vであった。
次の点を除き実験3−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第1のAlGaN:Mg層7の成長温度を990℃、第2のAlGaN:Mg層8の成長温度を1030℃とした。
この実験3−4で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.5Vであった。
次の点を除き実験3−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第2のAlGaN:Mg層8に代えて、InAlGaN:Mg層を同じ成長温度で同じ厚さに成長させた。
このInAlGaN:Mg層は、H2とN2の混合ガスをキャリアガスに用い、基板温度997℃で成長させた。成長中のNH3/TMG比は5400、III族原料の供給レートは82.3μmol/min(TMG)、2.46μmol/min(TMA)および46.9μmol/min(TMI)とし、成長時間は5.57分とした。
この実験3−5で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は3.3Vと低かったが、その光出力(20mA印加時)を実験2−1のそれと比較すると、僅か12%であった。
次の点を除き実験3−1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が2.2×1017cm−3で、+c方向へのオフ角が−0.05°のm面GaN基板1を用いた。
・実験3−1ではInGaNコンタクト層9を成長させたタイミングに、本実験3−6では成長炉内にTMI、TMGおよびCp2Mgを供給しなかった(アンモニアおよびキャリアガスは実験3−1と同様に供給した)。
この実験3−6で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は4.2Vであった。
上記の各実験で作製したm面窒化物系LEDチップの順方向電圧を表3にまとめて示す。
・実験1−1の結果と実験1−2〜1−3の結果との比較、ならびに、実験3−6の結果と実験3−1〜3−4の結果との比較から、AlGaN:Mg層上にInGaNからなるp型コンタクト層を設けることは、m面窒化物系LEDの順方向電圧の低減に有用であると考えられる。
・特に、実験3−6の結果と実験3−1〜3−4の結果との比較から、厚さ1nm程度のInGaNコンタクト層が順方向電圧の低減に寄与し得ることが判る。
・実験2−1〜2−3の結果は、m面窒化物系LEDの光出力が、厚過ぎるInGaNコンタクト層により悪影響を受けることを示唆している。
参考実験1および次に記す参考実験2では、InGaNコンタクト層の成長後に、基板温度を一定温度に保持するステップを追加した。
参考実験1では、次の点を除き実験1−2と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が6.8×1017cm−3で、+c方向へのオフ角が−0.08°のm面GaN基板1を用いた。
・InGaNコンタクト層9の成長完了後、直ちに成長炉内へのアンモニア供給を停止するとともに、基板温度を820℃に保ったまま窒素ガスを流量5SLMで成長炉内に供給しながら10分間保持した。保持後は、基板加熱を停止して、成長炉内に窒素ガスのみを供給しながら基板温度を500℃以下となるまで低下させた。
この参考実験1で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は4.0Vであった。
次の点を除き上記参考実験1と同様にして、m面窒化物系LEDチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第2のAlGaN:Mg層8の成長完了後も、InGaNコンタクト層9の成長開始まで成長炉内にCp2Mgを1.2μmol/minで供給し続けた。
この参考実験2で得られたm面窒化物系LEDチップの順方向電圧は4.3Vであった。
これら参考実験1および2の結果から、InGaNコンタクト層の形成後は速やかに基板温度を下げることが、順方向電圧を低減するうえで好ましいと考えられる。
実験4では、コンタクト層を構成する窒化物半導体結晶の組成が異なる3種類のm面窒化物系LEDを試作し、その順方向電圧と光出力を測定した。
作製したm面窒化物系LEDのエピタキシャル層構造は図5に示す通りであり、m面GaN基板11上に、アンドープGaN層12、GaN:Siコンタクト層13、アンドープGaN中間層14、GaN:Si中間層15、多重量子井戸活性層16、第1のAlGaN:Mg層17、第2のAlGaN:Mg層18、コンタクト層19を、該基板11側からこの順に有している。
第2のAlGaN:Mg層18の成長が完了した後は、直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を0.05SLMに減らし、更に、基板温度が970℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。次いで、基板温度が820℃まで下がった時点で基板加熱を再開するとともに、III族原料、アンモニアおよびCp2Mgを供給して、Mgでドープしたコンタクト層19を成長させた。
エピタキシャル成長工程の後は、実験1−1と同様の手順によりp側電極、n側電極および絶縁保護膜の形成と、ダイシングを行った。チップサイズは、実験3−1で試作したm面窒化物系LEDと同じく500μm×500μmとし、電極パターンも実験3−1で用いたパターンを採用した。
前述の実験3−1と同じ成長条件を用いてエピタキシャル層構造を形成したチップサイズ500μm×500μmのm面窒化物系LEDチップ(LED5−1)と、該LED5−1の構造の一部を変更した2種類のm面窒化物系LEDチップ(LED5−2および5−3)について、順方向電圧と光出力の比較を行った。
LED5−2は、第1のAlGaN:Mg層7をより薄く形成したことを除き、LED5−1と同様の構造となるように作製したものである。
LED5−3は、+c方向のオフ角が−5°であるm面GaN基板1を用いたこと、ならびに、第1のAlGaN:Mg層7をより薄く、かつ、第2のAlGaN:Mg層8をより厚く形成したことを除き、サンプル5−1と同様の構造となるように作製したものである。
SIMS(二次イオン質量分析)によって、2つのエピタキシャルウェハの表面近傍におけるAl、InおよびMgの深さ方向の濃度分布を調べた。ひとつは、第2のAlGaN:Mg層の上にInGaNコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハであり、前述の実験3−1で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。もうひとつは、エピタキシャル層構造の最上層が第2のAlGaN:Mg層であるエピタキシャルウェハであり、前述の実験1−1で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。
図6はその結果であり、各元素について、実線はInGaNコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、破線はInGaNコンタクト層を設けなかったエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、それぞれ示している。
図3に示すエピタキシャル層構造を備えるm面窒化物系LEDを、次の手順に従い作製し、評価した。
(エピタキシャル成長)
まず、縦×横×厚さが8mm×20mm×330μmのm面GaN基板を準備した。この基板のキャリア濃度は2.2×1017cm−3であった。
上記準備したm面GaN基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧MOVPE法を用いて、アンドープGaN層2、GaN:Siコンタクト層3、アンドープGaN中間層4、GaN:Si中間層5、多重量子井戸活性層6、第1のAlGaN:Mg層7、第2のAlGaN:Mg層8、InGaNコンタクト層9を順次エピタキシャル成長させた。
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面(InGaNコンタクト層の表面)に、透光性オーミック電極として厚さ210nmのITO膜を形成した。このITO膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後のITO膜の面積は1チップあたり177600μm2である。パターニング後、ITO膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ITO膜に接する側からTi−W(厚さ108nm)、Au(厚さ108nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
エピタキシャル層の表面側からRIE加工を行うことにより部分的に露出させたGaN:Siコンタクト層3の表面に、メタル製のn側電極を形成した。このn側電極は、GaN:Siコンタクト層に接する側からAl(厚さ500nm)、Ti−W(厚さ108nm)、Au(厚さ108nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)、Pt(厚さ89nm)、Au(厚さ89nm)をこの順に含む積層膜とした。n側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
n側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面(メタル製の電極表面を除く)を、SiO2からなる絶縁保護膜で被覆した。
m面GaN基板1の裏面に、SiO2からなる円形のエッチングマスクを三角格子の格子位置に配置したマスクパターンを形成し、該マスクパターン上からRIE加工を行うことによって、該裏面を凹凸面にした。RIE加工の深さは6.4μmとした。加工後のm面GaN基板の裏面のSEM像を図7に示す。
該加工後、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、510μm角のm面窒化物系LEDチップを得た。
上記手順により得たm面窒化物系LEDチップを、シリコーン系ダイアタッチ材を用いて白色アルミナ板上に接着固定し、パルス電流(パルス幅:1msec、デューティ比:1/100)を印加したときの発光ピーク波長および光出力を測定した。LEDチップへの電流供給は、p側およびn側のメタル製電極のそれぞれに接続したAuワイヤを通して行った。
測定結果を下記表8に示す。
LED6−3の順方向電圧(Vf)は下記表9に示す通りであった。
110 m面GaN基板
120 n型GaNコンタクト層
130 活性層
140 AlGaN電子ブロック層
150 p型AlGaN層
160 InGaNコンタクト層
E110 n電極
E120 透光性電極
E130 p電極
Claims (11)
- (i)その厚さ方向と六方晶のm軸とがなす角度が10度以内であるn型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、
(ii)前記活性層の上に、p型不純物でドープされたAlGaN層を形成するステップと、
(iii)前記AlGaN層の表面に、InGaNからなるコンタクト層を形成するステップと、
(iv)前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、
を有し、
前記コンタクト層の成長速度を2〜3nm/minとするm面窒化物系発光ダイオードの製造方法。 - (i)その厚さ方向と六方晶のm軸とがなす角度が10度以内であるn型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、
(ii)前記活性層の上に、p型不純物でドープされたAlGaN層を形成するステップと、
(iii)前記AlGaN層の表面に、InGaNからなるコンタクト層を形成するステップと、
(iv)前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、
を有し、
前記コンタクト層を成長させるときのNH 3 /TMG比が40000〜50000であるm面窒化物系発光ダイオードの製造方法。 - 前記コンタクト層の厚さを20nm以下とする、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記AlGaN層を形成する前に、前記活性層の上に前記AlGaN層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体からなる厚さ50nm以下の電子ブロック層を形成するステップを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記AlGaN層がAlxGa1−xN(0.01≦x≦0.05)からなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記活性層が井戸層および障壁層を含み、前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーが該井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きい、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記電極が導電性酸化物を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記導電性酸化物がITO(インジウム錫酸化物)を含む、請求項7に記載の製造方法。
- 前記活性層がInGaN井戸層および障壁層を含み、該InGaN井戸層の厚さが6〜12nmである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記(ii)および(iii)のステップを同一のMOVPE成長炉内において行うとともに、前記(ii)のステップの終了から前記(iii)のステップの開始までの間に前記AlGaN層を該MOVPE成長炉から取り出さない、請求項1〜9のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記(iii)のステップの終了から前記(iv)のステップの開始まで間に前記AlGaN層および前記コンタクト層のポストアニール処理を行わない、請求項10に記載の製造方法。
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