JP7169613B2 - Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

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本発明は窒化物半導体発光素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.

半導体素子のほとんどはｐ型半導体層とｎ型半導体層とを積層して形成される。高い効率で動作する素子を実現するためには、電気抵抗が小さいｐ型半導体層及びｎ型半導体層が必要である。ところが、紫外可視光波長域発光・受光素子として有用であるとされる窒化物半導体は、ｐ型半導体層のＧａＮにおいて、電気抵抗率が１Ωｃｍ以上である。これは、ｎ型窒化物半導体や赤外半導体であるｎ型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やｐ型ＧａＡｓの電気抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下であることに比べて１００倍以上大きい。さらに、深紫外領域で必要とされる、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）モル分率が大きいＡｌＧａＮは、ｐ型ＡｌＧａＮが得られないという課題がある。 Most semiconductor devices are formed by laminating a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. A p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer with low electrical resistance are necessary to realize a device that operates with high efficiency. However, nitride semiconductors, which are considered useful as light emitting/receiving elements in the ultraviolet-visible wavelength range, have an electric resistivity of 1 Ωcm or more in the GaN of the p-type semiconductor layer. This is more than 100 times larger than the electrical resistivity of n-type nitride semiconductors, n-type GaAs (gallium arsenide), and p-type GaAs, which are infrared semiconductors, which are 0.01 Ωcm or less. Furthermore, there is a problem that p-type AlGaN cannot be obtained from AlGaN having a large AlN (aluminum nitride) mole fraction, which is required in the deep ultraviolet region.

トンネル接合は通常のｐｎ接合に比べてｐ型半導体層及びｎ型半導体層のそれぞれにｐ型不純物及びｎ型不純物が高濃度に添加されたｐｎ接合である。これにより、トンネル接合は通常のｐｎ接合に比べてｐ型半導体層とｎ型半導体層との界面に形成される空乏層の厚みが薄くなる。これにより、トンネル接合のｐ型半導体層とｎ型半導体層とに逆バイアス電圧を印加すると電子が空乏層を通り抜けｐ型半導体層の価電子帯からｎ型半導体層の伝導帯へ移動する（トンネルする）ことができる。つまり、トンネル接合はｎ型半導体層からｐ型半導体層に向けて電流を流すことができる。 A tunnel junction is a pn junction in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are doped with p-type impurities and n-type impurities at higher concentrations than a normal pn junction. As a result, the thickness of the depletion layer formed at the interface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer is thinner in the tunnel junction than in the normal pn junction. As a result, when a reverse bias voltage is applied to the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer of the tunnel junction, electrons pass through the depletion layer and move from the valence band of the p-type semiconductor layer to the conduction band of the n-type semiconductor layer (tunneling can do. That is, the tunnel junction allows current to flow from the n-type semiconductor layer to the p-type semiconductor layer.

ゆえに、窒化物半導体発光素子において、電子に比べ移動度が低く有効質量が大きい正孔の供給源であるｐ型半導体層の大部分を、トンネル接合を用いることによって、正孔に比べ移動度が高く有効質量が小さい電子の供給源であるｎ型半導体層に置き換えることができる。つまり、窒化物半導体発光素子にトンネル接合を用いることによって、電気抵抗が大きいｐ型半導体層の大部分を電気抵抗の小さいｎ型半導体層に置き換えることができる。そして、さらにトンネル接合自体の電気抵抗を小さくすることができれば、従来の素子の電気抵抗をより小さくすることができ、さらに、現在実用化が遅れている面発光レーザや深紫外発光素子の実用化が可能になる。しかし、窒化物半導体はバンドギャップが大きく、アクセプタ（ｐ型不純物）の濃度を高くすることが難しい。このため、窒化物半導体を用いたトンネル接合は、電気抵抗を小さくすることが難しいと考えられてきた。 Therefore, in the nitride semiconductor light emitting device, by using a tunnel junction for most of the p-type semiconductor layer, which is a supply source of holes having a lower mobility and a larger effective mass than electrons, the mobility is higher than that of holes. It can be replaced by an n-type semiconductor layer, which is a source of electrons with high and low effective mass. That is, by using the tunnel junction in the nitride semiconductor light emitting device, most of the p-type semiconductor layer with high electrical resistance can be replaced with the n-type semiconductor layer with low electrical resistance. Furthermore, if the electrical resistance of the tunnel junction itself can be further reduced, the electrical resistance of conventional devices can be further reduced, and furthermore, the practical application of surface-emitting lasers and deep-ultraviolet light-emitting devices, which are currently delayed in practical use, will be realized. becomes possible. However, nitride semiconductors have a large bandgap, and it is difficult to increase the acceptor (p-type impurity) concentration. For this reason, it has been considered difficult to reduce the electrical resistance of tunnel junctions using nitride semiconductors.

非特許文献１、２の窒化物半導体発光素子はトンネル接合層にＧａＩｎＮ層を用いている。そして、非特許文献１、２の窒化物半導体発光素子はＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いてトンネル接合層を形成している。 The nitride semiconductor light-emitting devices of Non-Patent Documents 1 and 2 use a GaInN layer as the tunnel junction layer. In the nitride semiconductor light-emitting devices of Non-Patent Documents 1 and 2, the tunnel junction layer is formed using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

非特許文献１の窒化物半導体発光素子ではトンネル接合層のバンドギャップが小さくなり、ＩｎＮ（窒化インジウム）が添加されて発生するピエゾ分極によって大きな分極電荷が生じるため、トンネル接合を介して、窒化物半導体発光素子であるＬＥＤを駆動する際に必要な低電流密度領域（１００Ａ／ｃｍ2以下）において、極めて低い電圧降下を示すことが開示されている。 In the nitride semiconductor light-emitting device of Non-Patent Document 1, the bandgap of the tunnel junction layer is small, and piezoelectric polarization generated by the addition of InN (indium nitride) generates a large polarization charge. It is disclosed that an extremely low voltage drop is exhibited in a low current density region (100 A/cm 2 or less) required for driving an LED, which is a semiconductor light emitting device.

また、非特許文献２の窒化物半導体発光素子では、レーザ駆動に必要な高電流密度領域（１０ｋＡ／ｃｍ2以下）において、素子の表面側にｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層）を有した従来の素子と同等の低い駆動電圧を示すことが開示されている。
つまり、非特許文献１、２の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層にＧａＩｎＮ層を用いると、ＭＯＣＶＤ法によって電気抵抗が小さいトンネル接合層を得ることができる。 In addition, the nitride semiconductor light emitting device of Non-Patent Document 2 has a p-type contact layer (p-type semiconductor layer) on the surface side of the device in a high current density region (10 kA/cm 2 or less) required for laser driving. It is disclosed to exhibit low drive voltages comparable to conventional devices.
That is, in the nitride semiconductor light-emitting devices of Non-Patent Documents 1 and 2, when a GaInN layer is used for the tunnel junction layer, the tunnel junction layer with low electric resistance can be obtained by the MOCVD method.

Sriram Krishnamoorthy, Fatih Akyol, Pil Sung Park, Siddharth Rajan"Low resistance GaN/InGaN/GaN tunnel junctions"、Applied Physics Letter、（米国）、２０１３年、Vol．１０２，Issue１１、P．１１３５０３Sriram Krishnamoorthy, Fatih Akyol, Pil Sung Park, Siddharth Rajan "Low resistance GaN/InGaN/GaN tunnel junctions", Applied Physics Letter, (USA), 2013, Vol. 102, Issue 11, p. 113503 Daiki Takasuka, Yasuto Akatsuka, Masataka Ino, Norikatsu Koide, Tetsuya Takeuchi, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama and Isamu Akasaki"GaInN-based tunnel junctions with graded layers"、Applied Physics Express、（米国）、２０１６年、Vol．９，Number８、P.０８１００５Daiki Takasuka, Yasuto Akatsuka, Masataka Ino, Norikatsu Koide, Tetsuya Takeuchi, Motoaki Iwaya, Satoshi Kamiyama and Isamu Akasaki"GaInN-based tunnel junctions with graded layers", Applied Physics Express, (USA), 2016, Vol. 9, Number 8, P.081005 Erin C. Young, Benjamin P. Yonkee, Feng Wu, Sang Ho Oh, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura and James S. Speck" Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes"、Applied Physics Express、（米国）、２０１６年、Vol．９，Number２、P.０２２１０２Erin C. Young, Benjamin P. Yonkee, Feng Wu, Sang Ho Oh, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura and James S. Speck "Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes", Applied Physics Express, USA ), 2016, Vol. 9, Number 2, P.022102 B.P.Yonkee, E.C.Young, S.P.DenBaars, S.Nakamura, J.S.Speck"Silver free III-nitride flip chip light-emitting-diode with wall plug efficiency over 70% utilizing a GaN tunnel junction"Applied Physics Letter、（米国）、２０１６年、Vol．１０９，Issue１９、P．１９１１０４B.P.Yonkee, E.C.Young, S.P.DenBaars, S.Nakamura, J.S.Speck"Silver free III-nitride flip chip light-emitting-diode with wall plug efficiency over 70% utilizing a GaN tunnel junction"Applied Physics Letter, (USA), 2016 year, Vol. 109, Issue 19, p. 191104

しかし、多くの窒化物半導体発光素子において、Ｉｎの組成が大きいＧａＩｎＮをトンネル接合層に用いると、トンネル接合層に光が吸収される光吸収ロスが生じることが知られている。この光吸収ロスを抑制する方法として、よりバンドギャップの大きなＧａＮ等の材料を用い、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法とを組み合わせてエピタキシャル成長をさせてトンネル接合層を形成する方法が提案されている。
具体的には、先ず、ＭＯＣＶＤ法を実行することができるＭＯＣＶＤ装置を用いてトンネル接合層のｐ型不純物を高濃度に添加したＧａＮ層（以下、ｐ＋＋ＧａＮ層という）までを基板の表面に積層して作製する。そして、基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出す。そして、ＭＢＥ法を実行することができるＭＢＥ装置の反応炉に基板をセットして、ｎ型不純物を高濃度に添加したＧａＮ層（以下、ｎ＋＋ＧａＮ層という）から後の部分をｐ＋＋ＧａＮ層の表面に積層して形成する。つまり、光吸収ロスを抑制した窒化物半導体発光素子を作る方法とは、ＭＯＣＶＤ法と、Ｍｇの表面偏析が少ないＭＢＥ法とを用いるハイブリッド成長法である。 However, it is known that in many nitride semiconductor light-emitting devices, when GaInN having a large In content is used for the tunnel junction layer, light absorption loss is caused in that light is absorbed in the tunnel junction layer. As a method of suppressing this light absorption loss, a method of forming a tunnel junction layer by epitaxially growing a material such as GaN with a larger bandgap by combining the MOCVD method and the MBE method has been proposed.
Specifically, first, a GaN layer doped with a high concentration of p-type impurities (hereinafter referred to as a p++ GaN layer) of the tunnel junction layer is stacked on the surface of the substrate using an MOCVD apparatus capable of executing the MOCVD method. to make. The substrate is then removed from the reactor of the MOCVD apparatus. Then, the substrate is set in a reactor of an MBE apparatus capable of executing the MBE method, and the portion behind the GaN layer heavily doped with n-type impurities (hereinafter referred to as n++GaN layer) is placed on the surface of the p++GaN layer. It is formed by lamination. In other words, the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device with suppressed light absorption loss is a hybrid growth method using the MOCVD method and the MBE method with less surface segregation of Mg.

このハイブリッド成長法は、基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出すと、基板に作製したｐ＋＋ＧａＮ層の表面が自然に酸化する。そして、還元作用を有するＨ2（水素）等の元素を用いない（すなわち、酸化したｐ＋＋ＧａＮ層にＯ（酸素）が残留し易い）ＭＢＥ法を用いてｎ＋＋ＧａＮ層から後の部分を積層して形成する。
このハイブリッド成長法を用いて作製された非特許文献３、４の窒化物半導体発光素子は、ｐ＋＋ＧａＮ層とｎ＋＋ＧａＮ層との界面（以下、トンネル接合層の界面という）に極めて高い濃度のＯ（酸素）（１×１０20ｃｍ-3以上）が存在する状態を形成し、電流密度７～１０ｋＡ／ｃｍ2の範囲において１．５×１０-4Ωｃｍ2という低い微分抵抗を得ている。
しかし、このハイブリッド成長法は、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出した基板をＭＢＥ装置の反応炉にセットして窒化物半導体発光素子の再成長を行うことになる。つまり、このハイブリッド成長法は、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から一旦基板を取り出して、ＭＢＥ装置の反応炉にセットする手間が掛かるうえ、高価な二種類の結晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置、及びＭＢＥ装置）を用いなければならない。 In this hybrid growth method, when the substrate is removed from the reactor of the MOCVD apparatus, the surface of the p++GaN layer formed on the substrate is naturally oxidized. Then, the portion after the n++GaN layer is formed by laminating the MBE method without using an element such as H 2 (hydrogen) having a reducing action (that is, O (oxygen) tends to remain in the oxidized p++GaN layer). do.
The nitride semiconductor light-emitting devices of Non-Patent Documents 3 and 4 manufactured using this hybrid growth method have an extremely high concentration of O (oxygen ) (1×10 20 cm −3 or more) exists, and a low differential resistance of 1.5×10 −4 Ωcm 2 is obtained in the current density range of 7 to 10 kA/cm 2 .
However, in this hybrid growth method, the substrate taken out from the reactor of the MOCVD apparatus is set in the reactor of the MBE apparatus to regrow the nitride semiconductor light emitting device. In other words, this hybrid growth method requires time and effort to remove the substrate from the reactor of the MOCVD apparatus and set it in the reactor of the MBE apparatus. must be used.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、素子の電気抵抗が小さく、これにより高効率で発光することができる窒化物半導体発光素子を容易に製造することができる窒化物半導体発光素子の製造方法、及び素子の電気抵抗が小さく、これにより高効率で発光することができる窒化物半導体発光素子を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and a nitride semiconductor light-emitting device having a small electrical resistance and thereby capable of emitting light with high efficiency can be easily manufactured. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, and a nitride semiconductor light-emitting device having a low electrical resistance and thereby capable of emitting light with high efficiency.

上記課題を解決するために発明者らが鋭意検討した結果、従来、上述したように、ＧａＩｎＮを用いないとトンネル接合層の電気抵抗を小さくすることが難しいＭＯＣＶＤ法のみを用い（すなわち、他の成長法（ＭＢＥ法）を用いて再成長を行う必要がない）た窒化物半導体において、ＧａＮを用いた（すなわち、ＧａＩｎＮを用いない）トンネル接合層の電気抵抗を小さくすることができる手法を見出した。具体的には、トンネル接合層の界面において積極的にトンネル接合層の形成を中断させることによって、トンネル接合層の界面に比較的低い濃度でＯ（酸素）を存在させることによって、窒化物半導体で形成されたトンネル接合層の電気抵抗を大幅に小さくできることを新たに見出した。 As a result of intensive studies by the inventors to solve the above problems, conventionally, as described above, it is difficult to reduce the electrical resistance of the tunnel junction layer without using GaInN, and only the MOCVD method is used (that is, other A technique has been found that can reduce the electric resistance of a tunnel junction layer that uses GaN (that is, does not use GaInN) in a nitride semiconductor grown by a growth method (MBE method that does not require re-growth). rice field. Specifically, by actively interrupting the formation of the tunnel junction layer at the interface of the tunnel junction layer, O (oxygen) is present at a relatively low concentration at the interface of the tunnel junction layer, so that the nitride semiconductor We have newly found that the electrical resistance of the formed tunnel junction layer can be greatly reduced.

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
有機金属気相成長法を用い、反応炉内で基板の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
ｐ型不純物を添加してｐ型トンネル接合層を形成するｐ型トンネル接合層形成工程と、
前記ｐ型トンネル接合層形成工程を実行後、前記ｐ型トンネル接合層の表面に前記反応炉内のＯ（酸素）を吸着させる成長中断工程と、
前記成長中断工程を実行後、Ｏ（酸素）を吸着した前記ｐ型トンネル接合層の表面にｎ型不純物を添加してｎ型トンネル接合層を形成するｎ型トンネル接合層形成工程と、
を備え、
前記ｐ型トンネル接合層形成工程から前記ｎ型トンネル接合層形成工程まで、前記反応炉内に前記基板を保持して実行し、
前記成長中断工程では、キャリアガスの種類を窒素に変更し、前記基板の温度を前記ｐ型トンネル接合層の成長温度よりも低い、前記ｎ型トンネル接合層の成長温度にすることを特徴とする。 The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention comprises:
A method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device by forming a tunnel junction layer using a nitride semiconductor on the surface of a substrate in a reaction furnace using a metalorganic vapor phase epitaxy method,
a p-type tunnel junction layer forming step of adding a p-type impurity to form a p-type tunnel junction layer;
a growth interrupting step of adsorbing O (oxygen) in the reactor to the surface of the p-type tunnel junction layer after performing the p-type tunnel junction layer forming step;
an n-type tunnel junction layer forming step of forming an n-type tunnel junction layer by adding an n-type impurity to the surface of the p-type tunnel junction layer to which O (oxygen) is adsorbed after performing the growth interruption step;
with
holding the substrate in the reaction furnace from the p-type tunnel junction layer forming step to the n-type tunnel junction layer forming step;
In the growth interrupting step, the type of carrier gas is changed to nitrogen, and the temperature of the substrate is set to the growth temperature of the n-type tunnel junction layer, which is lower than the growth temperature of the p-type tunnel junction layer. .

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法はトンネル接合層を作製する際に、ｐ型トンネル接合層形成工程からｎ型トンネル接合層形成工程まで、ＭＯＣＶＤ法を実行する反応炉内に基板を保持して実行する。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法は基板を一度も大気に暴露すること（すなわち、成長の途中で基板を反応炉から取り出すこと）がない。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法はトンネル接合層を形成する途中で反応炉から基板を取り出す必要がない。
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法のＯ（酸素）は原料ガスとして意図的に反応炉内に供給されたものではなく、素子を形成するために用いる原料に微量に含有されていたり外界から反応炉内に僅かにリークしたりすることによって反応炉内に少なからず存在するものである。通常、Ｏ（酸素）が半導体内に混入することは、半導体の特性の劣化を引き起こす可能性があるため極力抑制すべきものである。しかし、この窒化物半導体発光素子の製造方法は半導体内にＯ（酸素）が混入する現象を積極的に利用するものである。
また、この窒化物半導体発光素子の製造方法は、還元作用の高い元素であるＨ2を用いたＭＯＣＶＤ法であっても、成長中断工程を実行することによって、ｐ型トンネル接合層の表面にＯ（酸素）を吸着させて、トンネル接合層の界面にＯ（酸素）を存在させることができる。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法は基板を一度も大気に暴露せず成長中断工程を実行し、トンネル接合層の界面にＯ（酸素）を存在させることによってトンネル接合層の電気抵抗を小さくすることができる。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device of the present invention, when fabricating the tunnel junction layer, the substrate is held in a reaction furnace for executing the MOCVD method from the p-type tunnel junction layer formation step to the n-type tunnel junction layer formation step. and run. In other words, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, the substrate is never exposed to the atmosphere (that is, the substrate is never removed from the reactor during growth). That is, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, it is not necessary to remove the substrate from the reactor during the formation of the tunnel junction layer.
In addition, O (oxygen) in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention is not intentionally supplied as a raw material gas into the reaction furnace, but is contained in a trace amount in the raw material used to form the device. It exists in the reactor in no small amount by leaking from the outside into the reactor. In general, mixing of O (oxygen) into a semiconductor may cause deterioration of semiconductor characteristics, and should be suppressed as much as possible. However, this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device positively utilizes the phenomenon that O (oxygen) is mixed into the semiconductor.
In addition, even if the method for manufacturing this nitride semiconductor light emitting device is the MOCVD method using H 2 , which is an element with a high reducing action, by executing the growth interruption step, O 2 is formed on the surface of the p-type tunnel junction layer. (oxygen) can be adsorbed to allow O (oxygen) to exist at the interface of the tunnel junction layer. In other words, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, the substrate is never exposed to the atmosphere, but the growth interruption step is performed, and the electrical resistance of the tunnel junction layer is reduced by allowing O (oxygen) to exist at the interface of the tunnel junction layer. can be made smaller.

また、本発明の窒化物半導体発光素子は、
窒化物半導体によって形成されたトンネル接合層を備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記トンネル接合層は、
ｐ型不純物が添加されたｐ型トンネル接合層と、
前記ｐ型トンネル接合層の表面に積層され、ｎ型不純物が添加されたｎ型トンネル接合層と、
を有し、
前記ｐ型トンネル接合層と前記ｎ型トンネル接合層との界面のＯ（酸素）の濃度は２×１０18ｃｍ-3以上、かつ３×１０18ｃｍ-3以下であり、厚み方向において１×１０ 18 ｃｍ -3 以上の領域が少なくとも５ｎｍ以上存在することを特徴とする。 Further, the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention is
A nitride semiconductor light-emitting device comprising a tunnel junction layer made of a nitride semiconductor,
The tunnel junction layer is
a p-type tunnel junction layer doped with p-type impurities;
an n-type tunnel junction layer laminated on the surface of the p-type tunnel junction layer and doped with an n-type impurity;
has
The concentration of O (oxygen) at the interface between the p-type tunnel junction layer and the n-type tunnel junction layer is 2×10 18 cm −3 or more and 3×10 18 cm −3 or less, and is 1 in the thickness direction. A region of ×10 18 cm -3 or more is present at least 5 nm or more .

この窒化物半導体発光素子は、従来の窒化物半導体発光素子のように、トンネル接合層の界面に高い濃度のＯ（酸素）を存在させなくても、トンネル接合層の電気抵抗を良好に抑えることができる。このため、この窒化物半導体発光素子はＯ（酸素）を添加することによるトンネル接合層の結晶性への影響を抑えることができる。 This nitride semiconductor light-emitting device satisfactorily suppresses the electrical resistance of the tunnel junction layer without allowing a high concentration of O (oxygen) to exist at the interface of the tunnel junction layer, unlike the conventional nitride semiconductor light-emitting device. can be done. Therefore, this nitride semiconductor light emitting device can suppress the influence of the addition of O (oxygen) on the crystallinity of the tunnel junction layer.

したがって、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は良好に発光することができる窒化物半導体発光素子を容易に製造することができ、本発明の窒化物半導体発光素子は良好に発光することができる。 Therefore, the method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device of the present invention can easily manufacture a nitride semiconductor light-emitting device that can emit light well, and the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention can emit light well. can.

実施例１～３、及び比較例１の試料を用いて素子形成した状態の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a device formed using the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1; 実施例１～３、及び比較例１の試料のトンネル接合層の厚み方向におけるＯ（酸素）の濃度の変化を示すグラフである。5 is a graph showing changes in O (oxygen) concentration in the thickness direction of tunnel junction layers of samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. 実施例１～３、及び比較例１の試料の電流に対する電圧の大きさの変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in voltage magnitude with respect to current for samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. 電流密度が１０ｋＡ／ｃｍ2における、成長中断時間に対する、駆動電圧、及びＯ（酸素）のピーク濃度の変化を示すグラフである。2 is a graph showing changes in drive voltage and O (oxygen) peak concentration versus growth interruption time at a current density of 10 kA/cm 2 ;

本発明における好ましい実施の形態を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described.

本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の成長中断工程における、トンネル接合層の形成を中断する時間は３分以上であり得る。この場合、この窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長条件を変更するための時間（３分以上）を十分に確保することによって、成長中断工程の前後の成長条件に全く異なるものを採用し易くなる。つまり、成長中断工程において、次の層（ｎ型トンネル接合層）の結晶成長における最適な成長条件に確実に変更することができるため、ｐ型トンネル接合層、及びｎ型トンネル接合層のそれぞれにとって最適な成長条件を採用し易くなる。このため、この窒化物半導体発光素子の製造方法はｐ型トンネル接合層、及びｎ型トンネル接合層のそれぞれの成長条件をさらに最適化することができ、トンネル接合層の電気抵抗をより小さくすることができる。
In the growth interruption step of the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the time for interrupting the formation of the tunnel junction layer may be 3 minutes or longer. In this case, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device, completely different growth conditions are adopted before and after the growth interruption step by securing a sufficient time (3 minutes or more) for changing the growth conditions. becomes easier. In other words, in the growth interrupting step, it is possible to reliably change the growth conditions to the optimum for the crystal growth of the next layer (n-type tunnel junction layer). It becomes easier to adopt the optimum growth conditions. Therefore, this method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device can further optimize the growth conditions of the p-type tunnel junction layer and the n-type tunnel junction layer, thereby further reducing the electric resistance of the tunnel junction layer. can be done.

次に、本発明の窒化物半導体発光素子を具体化した実施例１～３、及び比較例１について、図面を参照しつつ説明する。 Next, Examples 1 to 3 embodying the nitride semiconductor light emitting device of the present invention and Comparative Example 1 will be described with reference to the drawings.

＜実施例１～３及び比較例１＞ <Examples 1 to 3 and Comparative Example 1>

実施例１～３、及び比較例１の窒化物半導体発光素子は、図１に示すように、第１ｎ－ＧａＮ層１１、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２、ｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、トンネル接合層１５、及び第２ｎ－ＧａＮ層１６を備えている。 The nitride semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, as shown in FIG. It comprises a GaN layer 14 , a tunnel junction layer 15 and a second n-GaN layer 16 .

実施例１～３、及び比較例１の窒化物半導体発光素子は、基板であるサファイア基板９（以下、基板９という）の表面側（表は図１における上側である、以下同じ。）に低温堆積緩衝層（図示せず）を介して形成したｕ-ＧａＮ層１０の表面側に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて積層して結晶成長する。 In the nitride semiconductor light emitting devices of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, a low temperature was applied to the surface side (the table is the upper side in FIG. 1, the same applies hereinafter) of the sapphire substrate 9 (hereinafter referred to as substrate 9) as a substrate. Crystal growth is performed on the surface side of the u-GaN layer 10 formed via a deposition buffer layer (not shown) by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

先ず、基板９の表面側に形成されたｕ-ＧａＮ層１０の表面に第１ｎ－ＧａＮ層１１を積層して結晶成長する。詳しくは、先ず、ＭＯＣＶＤ法を実行することができるＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にｕ-ＧａＮ層１０が表面に形成された基板９をセットする。そして、反応炉内にＮ（窒素）の原料であるＮＨ3（アンモニア）、及びキャリアガスであるＨ2（水素）を供給して、反応炉内の温度を調節して基板の温度を１０５０℃にする。反応炉内に供給するガスは、別途記載があるまで供給を停止しない。そして、反応炉内にＧａ（ガリウム）の原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）と、ドナー（ｎ型不純物）であるＳｉ（ケイ素）の原料であるＳｉＨ4（シラン）とを供給して、２μｍの厚みの第１ｎ－ＧａＮ層１１を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＳｉＨ4の供給量は第１ｎ－ＧａＮ層１１に添加されるドナー（ｎ型不純物）であるＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3になるように調節する。 First, the first n-GaN layer 11 is laminated on the surface of the u-GaN layer 10 formed on the surface side of the substrate 9 for crystal growth. Specifically, first, the substrate 9 having the u-GaN layer 10 formed thereon is set in a reactor of an MOCVD apparatus capable of executing the MOCVD method. Then, NH 3 (ammonia) as a raw material of N (nitrogen) and H 2 (hydrogen) as a carrier gas are supplied into the reactor, and the temperature in the reactor is adjusted so that the temperature of the substrate is 1050°C. to The gas supplied into the reactor will not be stopped until otherwise specified. Then, TMGa (trimethylgallium), which is a raw material of Ga (gallium), and SiH 4 (silane), which is a raw material of Si (silicon) which is a donor (n-type impurity), are supplied into the reactor to obtain a 2 μm thick film. A thick first n-GaN layer 11 is stacked and crystal-grown. The amount of SiH 4 supplied into the reactor is adjusted so that the concentration of Si, which is a donor (n-type impurity) added to the first n-GaN layer 11, is 1×10 19 cm −3 .

次に、第１ｎ－ＧａＮ層１１の表面にＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を積層して結晶成長する。ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２は、ＧａＩｎＮ井戸層（図示せず）、及びＧａＮバリア層（図示せず）を有している。 Next, a GaInN/GaN five-quantum well active layer 12 is layered on the surface of the first n-GaN layer 11 for crystal growth. The GaInN/GaN five quantum well active layer 12 has a GaInN well layer (not shown) and a GaN barrier layer (not shown).

先ず、ＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＨ2、ＴＭＧａ、及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。そして、反応炉内にキャリアガスとしてＮ2（窒素）を供給する。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を７８０℃にする。そして、反応炉内にＧａの原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）と、Ｉｎ（インジウム）の原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）とを供給して、３ｎｍの厚みのＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長させる。 First, GaInN well layers are stacked and crystal-grown. Specifically, the supply of H 2 , TMGa, and SiH 4 into the reactor is stopped. That is, the supply of raw material gases other than NH 3 is stopped. Then, N 2 (nitrogen) is supplied as a carrier gas into the reactor. Then, the temperature of the substrate 9 is adjusted to 780° C. by adjusting the temperature in the reactor. Then, TEGa (triethylgallium), which is a raw material of Ga, and TMIn (trimethylindium), which is a raw material of In (indium), are supplied into the reactor, and a GaInN well layer having a thickness of 3 nm is stacked to grow crystals. Let

次に、ＧａＩｎＮ井戸層の表面にＧａＮバリア層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＴＭＩｎの供給を停止して、６ｎｍの厚みのＧａＮバリア層を積層して結晶成長させる。こうして成長させたＧａＩｎＮ量子井戸層、及びＧａＮバリア層を１ペアとして、この１ペアを５ペア積層して結晶成長する。こうしてＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を形成する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ及びＴＭＩｎの供給を停止する。 Next, a GaN barrier layer is layered on the surface of the GaInN well layer for crystal growth. Specifically, the supply of TMIn into the reactor is stopped, and a GaN barrier layer having a thickness of 6 nm is laminated and crystal-grown. The GaInN quantum well layer and the GaN barrier layer grown in this way are regarded as one pair, and 5 pairs of this one pair are stacked for crystal growth. Thus, a GaInN/GaN five quantum well active layer 12 is formed. Then, the supply of TEGa and TMIn into the reactor is stopped.

次に、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へ供給するキャリアガスをＮ2からＨ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０００℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、Ａｌ（アルミニウム）の原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、及びアクセプタ（ｐ型不純物）であるＭｇ（マグネシウム）の原料であるＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を供給して、２０ｎｍの厚みのｐ－ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＣｐ2Ｍｇの供給量はｐ－ＡｌＧａＮ層１３に添加されるＭｇの濃度が３×１０19ｃｍ-3になるように調節する。 Next, a p-AlGaN layer 13 is stacked on the surface of the GaInN/GaN five quantum well active layer 12 for crystal growth. Specifically, the carrier gas supplied into the reactor is switched from N 2 to H 2 . Then, the temperature of the substrate 9 is adjusted to 1000° C. by adjusting the temperature in the reactor. Then, TMGa, TMAl (trimethylaluminum) as a raw material for Al (aluminum), and Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) as a raw material for Mg (magnesium) as an acceptor (p-type impurity) are placed in the reactor. Then, a p-AlGaN layer 13 having a thickness of 20 nm is laminated and crystal-grown. The amount of Cp 2 Mg supplied into the reactor is adjusted so that the concentration of Mg added to the p-AlGaN layer 13 is 3×10 19 cm −3 .

次に、ｐ－ＡｌＧａＮ層１３の表面にｐ－ＧａＮ層１４を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へＴＭＡｌの供給を停止して、１６０ｎｍの厚みのｐ－ＧａＮ層１４を積層して結晶成長させる。ｐ－ＧａＮ層１４に添加されるＭｇの濃度は４×１０19ｃｍ-3である。 Next, a p-GaN layer 14 is stacked on the surface of the p-AlGaN layer 13 and crystal-grown. Specifically, the supply of TMAl into the reactor is stopped, and the p-GaN layer 14 having a thickness of 160 nm is laminated and crystal-grown. The Mg concentration added to the p-GaN layer 14 is 4×10 19 cm −3 .

次に、反応炉内でｐ－ＧａＮ層１４の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５を形成する。トンネル接合層１５はｐ型トンネル接合層であるｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ型トンネル接合層であるｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを有している。 Next, a tunnel junction layer 15 using a nitride semiconductor is formed on the surface of the p-GaN layer 14 in a reactor. The tunnel junction layer 15 has a p++-GaN layer 15A that is a p-type tunnel junction layer and an n++-GaN layer 15B that is an n-type tunnel junction layer.

先ず、ｐ型不純物を添加してｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを形成するｐ型トンネル接合層形成工程を実行する。
反応炉内にＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇを供給する。こうして、２ｎｍの厚みのｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを成長させ、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａに添加されるＭｇの濃度が２×１０20ｃｍ-3以上になるようにする。こうして、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの結晶成長を終了する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。 First, a p-type tunnel junction layer forming step is performed to form the p++-GaN layer 15A by adding a p-type impurity.
TEGa and Cp 2 Mg are supplied into the reactor. Thus, the p++-GaN layer 15A is grown to a thickness of 2 nm, and the concentration of Mg added to the p++-GaN layer 15A is set to 2×10 20 cm −3 or more. Thus, the crystal growth of the p++-GaN layer 15A is completed. Then, the supply of TEGa and Cp 2 Mg into the reactor is stopped. That is, the supply of raw material gases other than NH 3 is stopped.

次に、ｐ型トンネル接合層形成工程を実行後、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面に反応炉内のＯ（酸素）を吸着させる成長中断工程を実行する。
成長中断工程では、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面にｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長するために、成長温度、成長圧力、キャリアガスや原料ガスの供給量等の成長条件をｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの成長条件に変更する。
具体的には、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを結晶成長した後、トンネル接合層１５の形成を所定の時間中断する成長中断工程を実行し、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面に反応炉内に存在するＯ（酸素）原子を吸着させた後、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面にｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長させる。 Next, after performing the p-type tunnel junction layer forming step, a growth interrupting step is performed to adsorb O (oxygen) in the reactor to the surface of the p++-GaN layer 15A.
In the growth interruption step, the growth conditions such as the growth temperature, growth pressure, carrier gas and raw material gas supply amounts are changed to n++-GaN layer 15B on the surface of the p++-GaN layer 15A for crystal growth. Change to the growth conditions for layer 15B.
Specifically, after the p++-GaN layer 15A is crystal-grown, a growth interruption step is performed to interrupt the formation of the tunnel junction layer 15 for a predetermined period of time. After (oxygen) atoms are adsorbed, the n++-GaN layer 15B is layered on the surface of the p++-GaN layer 15A for crystal growth.

従来技術では、成長中の結晶内にＣ（炭素）やＯ（酸素）等の不要な不純物が混入し、半導体の特性の劣化が生じることを抑えるために、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを結晶成長した後、ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長させる際の成長条件への変更を極力短い時間で行っている。このため、従来技術では、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを結晶成長させる際の成長条件を意図的にｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂ結晶成長させる際の成長条件と同じにしたり、成長条件のパラメータ（成長温度、成長圧力、キャリアガスや原料ガスの供給量等）をｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの成長条件からｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの成長条件に変更しながら結晶成長を継続して行ったりする方法が多く採用されている。 In the prior art, the p++-GaN layer 15A is crystal-grown in order to prevent unnecessary impurities such as C (carbon) and O (oxygen) from being mixed into the growing crystal and degrading the characteristics of the semiconductor. After that, the growth conditions for stacking the n++-GaN layer 15B for crystal growth are changed in as short a time as possible. For this reason, in the conventional technology, the growth conditions for crystal growth of the p++-GaN layer 15A are intentionally made the same as the growth conditions for crystal growth of the n++-GaN layer 15B, or the parameters of the growth conditions (growth temperature, growth temperature, A method in which crystal growth is continued while changing the growth conditions of the p++-GaN layer 15A to the growth conditions of the n++-GaN layer 15B is often adopted. .

本発明では、反応炉内に存在しないほうが好ましいＯ2（酸素）を積極的に利用する。このＯ2（酸素）は原料ガスとして意図的に反応炉内に供給されたものではなく、素子を形成するために用いる原料に微量に含有されていたり外界から反応炉内に僅かにリークしたりすることによって反応炉内に少なからず存在するものである。 The present invention actively utilizes O 2 (oxygen), which is preferably absent from the reactor. This O 2 (oxygen) was not intentionally supplied into the reactor as a raw material gas. By doing so, it is present in no small amount in the reactor.

ここで、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを結晶成長した後、トンネル接合層１５の形成を中断する時間を０、３、１０、及び３０分の４種類に変更した場合について説明する。比較例１はトンネル接合層１５の形成を中断する時間が０分であり、実施例１はトンネル接合層１５の形成を中断する時間が３分であり、実施例２はトンネル接合層１５の形成を中断する時間が１０分であり、実施例３はトンネル接合層１５の形成を中断する時間が３０分である。 Here, the case where the time for interrupting the formation of the tunnel junction layer 15 after crystal growth of the p++-GaN layer 15A is changed to 0, 3, 10, and 30 minutes will be described. In Comparative Example 1, the time to suspend the formation of the tunnel junction layer 15 was 0 minutes, in Example 1, the time to suspend the formation of the tunnel junction layer 15 was 3 minutes, and in Example 2, the formation of the tunnel junction layer 15 was performed. is interrupted for 10 minutes, and Example 3 is interrupted for formation of the tunnel junction layer 15 for 30 minutes.

比較例１の場合、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの成長条件を上述した条件（キャリアガスがＨ2で基板９の温度を１０００℃にした状態）ではなく、後述するｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂの成長条件に一致させることで、トンネル接合層１５の形成を中断する時間を０分（成長中断工程の時間を０分）にしている（すなわち、ｐ型トンネル接合層形成工程において、予め、キャリアガスをＨ2からＮ2に切り替えると共に、反応炉内の温度を調節して基板の温度を７１０℃にした状態でｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａを結晶成長させる。）。 In the case of Comparative Example 1, the growth conditions of the p++-GaN layer 15A are not the conditions described above (the carrier gas is H 2 and the temperature of the substrate 9 is 1000° C.), but the growth conditions of the n++-GaN layer 15B described later. By matching, the time for interrupting the formation of the tunnel junction layer 15 is set to 0 minutes (the time for the growth interruption process is 0 minutes) (that is, in the p-type tunnel junction layer formation process, the carrier gas is preliminarily changed to H 2 to N 2 , and the temperature in the reactor is adjusted to raise the temperature of the substrate to 710° C., and the p++-GaN layer 15A is crystal-grown.).

実施例１～３の場合、成長中断工程において、キャリアガスをＨ2からＮ2に切り替えると共に、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を７１０℃にする。そして、トンネル接合層１５の形成を中断する時間（３分以上）を設ける。つまり、成長中断工程における、トンネル接合層１５の形成を中断する時間は３分以上である。ここで、反応炉内のＯ2（酸素）の量は、素子を形成するために用いる原料に含有されるＯ2（酸素）の量やＭＯＣＶＤ装置の反応炉の種類や状態によって異なる。このため、各反応炉における最適なトンネル接合層１５の形成を中断する時間の長さは異なる可能性もある。しかし、いずれにしても、半導体であるトンネル接合層１５の形成を中断する時間を設けることは、従来技術における半導体の結晶成長の際には極力避けられてきたことである。 In the case of Examples 1 to 3 , the carrier gas is switched from H.sub.2 to N.sub.2 and the temperature in the reactor is adjusted to bring the temperature of the substrate 9 to 710.degree. Then, a time (3 minutes or more) is provided during which the formation of the tunnel junction layer 15 is interrupted. That is, the time during which the formation of the tunnel junction layer 15 is interrupted in the growth interrupting step is 3 minutes or longer. Here, the amount of O 2 (oxygen) in the reactor varies depending on the amount of O 2 (oxygen) contained in the raw material used for forming the element and the type and state of the reactor of the MOCVD apparatus. For this reason, the length of time during which optimal tunnel junction layer 15 formation is interrupted in each reactor may be different. However, in any case, it has been avoided as much as possible to interrupt the formation of the tunnel junction layer 15, which is a semiconductor, during crystal growth of the semiconductor in the prior art.

次に、成長中断工程を実行後、Ｏ（酸素）を吸着したｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面にｎ型不純物を添加してｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを形成するｎ型トンネル接合層形成工程を実行する。
詳しくは、実施例１～３、及び比較例１のそれぞれにおいて、反応炉内にＴＥＧａ、及びＳｉＨ4を供給する。これにより、ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂを成長させる。ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂに添加されるＳｉの濃度は、トンネル接合層１５において、３×１０20ｃｍ-3以上の領域が１０ｎｍ以上となるようにＴＥＧａ、及びＳｉＨ4の反応炉内への供給量や成長時間等の成長条件を調整した。その後、反応炉内へのＴＥＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の反応炉内への原料の供給を停止する。こうして、実施例１～３、及び比較例１のそれぞれにおいてトンネル接合層１５を形成する。トンネル接合層１５はｐ型トンネル接合層形成工程からｎ型トンネル接合層形成工程まで、反応炉内に基板９を保持して実行する。 Next, after performing the growth interrupting step, an n-type tunnel junction layer forming step is performed for forming an n++-GaN layer 15B by doping an n-type impurity to the surface of the p++-GaN layer 15A that adsorbs O (oxygen). .
Specifically, in each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, TEGa and SiH 4 are supplied into the reactor. Thereby, the n++-GaN layer 15B is grown. The concentration of Si added to the n++-GaN layer 15B is such that the region of 3×10 20 cm −3 or more in the tunnel junction layer 15 becomes 10 nm or more, and the amount of TEGa and SiH 4 supplied into the reactor is adjusted. and growth conditions such as growth time were adjusted. After that, the supply of TEGa and SiH 4 into the reactor is stopped. That is, the supply of raw materials other than NH 3 into the reactor is stopped. Thus, the tunnel junction layer 15 is formed in each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. The tunnel junction layer 15 is formed by holding the substrate 9 in a reactor from the p-type tunnel junction layer formation step to the n-type tunnel junction layer formation step.

次に、トンネル接合層１５の表面に第２ｎ－ＧａＮ層１６を積層して結晶成長する。詳しくは、キャリアガスをＮ2からＨ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０５０℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、及びＳｉＨ4を供給する。そして、第２ｎ－ＧａＮ層１６を４００ｎｍの厚みで積層して結晶成長させる。第２ｎ－ＧａＮ層１６に添加されるｎ型不純物であるＳｉの濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
そして、反応炉内へのＴＭＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止して結晶成長を終了する。そして、反応炉内へ供給するキャリアガスをＨ2からＮ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度が４００℃以下になった時点で、反応炉内へのＮＨ3の供給を停止する。そして、基板９の温度が室温になった後、反応炉内のパージを行い、基板９を反応炉から取り出す。こうして、図１に示す層構造を有した実施例１～３、及び比較例１の基板９を作成することができる。 Next, a second n-GaN layer 16 is layered on the surface of the tunnel junction layer 15 for crystal growth. Specifically, the carrier gas is switched from N2 to H2 . Then, the temperature of the substrate 9 is adjusted to 1050° C. by adjusting the temperature in the reactor. Then, TMGa and SiH 4 are supplied into the reactor. Then, the second n-GaN layer 16 is stacked with a thickness of 400 nm and crystal-grown. The concentration of Si, which is the n-type impurity added to the second n-GaN layer 16, is 1×10 19 cm −3 .
Then, the supply of TMGa and SiH 4 into the reactor is stopped to terminate the crystal growth. Then, the carrier gas supplied into the reactor is switched from H 2 to N 2 . Then, the temperature in the reactor is adjusted, and when the temperature of the substrate 9 reaches 400° C. or less, the supply of NH 3 to the reactor is stopped. After the temperature of the substrate 9 reaches room temperature, the interior of the reaction furnace is purged, and the substrate 9 is removed from the reaction furnace. Thus, the substrates 9 of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 having the layer structure shown in FIG. 1 can be produced.

次に、上記の手順に基づいて結晶成長して層構造を形成し、窒化物半導体によって形成されたトンネル接合層１５を備えた実施例１～３、及び比較例１の試料のそれぞれを電流注入可能な素子に形成する前の状態における、Ｏ（酸素）の試料の厚み方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより測定した結果を図２に示す。実施例１～３、及び比較例１の試料のトンネル接合層１５はＭｇが添加されたｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａと、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面に積層され、Ｓｉが添加されたｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂとを有している。
ここで、ＳＩＭＳの測定条件を以下に示す。測定装置：ＣＡＭＥＣＡ ＩＭＳ－６Ｆ、一次イオン種：Ｃｓ＋、一次加速電圧、５．０ｋＶ、検出領域：６０μｍφである。測定濃度はそれぞれイオン注入した標準試料を用いて較正した。
図２に示すように、比較例１の試料のトンネル接合層１５の界面１５Ｃ付近（図２の横軸における０ｎｍ付近）のＯ（酸素）の最大の濃度はおよそ４×１０17ｃｍ-3であり、試料の厚み方向において２×１０17ｃｍ-3以上の領域が少なくとも５ｎｍ以上存在する。
これに対して、実施例１～３の試料では、トンネル接合層１５の界面１５Ｃ付近のＯ（酸素）の最大の濃度が少なくとも２×１０18ｃｍ-3であり、試料の厚み方向において１×１０18ｃｍ-3以上の領域が少なくとも５ｎｍ以上存在する。また、実施例３の試料ではトンネル接合層１５の界面１５Ｃ付近のＯ（酸素）の最大の濃度が３×１０18ｃｍ-3である。つまり、実施例１～３の試料はｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａとｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂとの界面のＯ（酸素）の濃度は少なくとも２×１０18ｃｍ-3以上、３×１０18ｃｍ-3以下である。そして、成長中断工程において、トンネル接合層１５の形成を中断する所定の時間を３分以上とすることによって、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの表面に反応炉内のＯ2（酸素）を良好に吸着させることができることがわかった。また、実施例１～３の試料（成長中断の時間が３分以上である場合）は、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａとｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂとの界面１５Ｃに吸着して取り込まれたＯ（酸素）の濃度がほぼ同じであることがわかった。 Next, a layer structure is formed by crystal growth based on the above procedure, and a current is injected into each of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 having the tunnel junction layer 15 made of a nitride semiconductor. FIG. 2 shows the result of measurement by SIMS of the concentration profile of O (oxygen) in the thickness direction of the sample before it is formed into a possible device. The tunnel junction layers 15 of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 consist of a Mg-doped p++-GaN layer 15A and a Si-doped n++-GaN layer laminated on the surface of the p++-GaN layer 15A. 15B.
Here, SIMS measurement conditions are shown below. Measuring device: CAMECA IMS-6F, primary ion species: Cs + , primary acceleration voltage: 5.0 kV, detection area: 60 μmφ. Each measured concentration was calibrated using an ion-implanted standard sample.
As shown in FIG. 2, the maximum concentration of O (oxygen) near the interface 15C of the tunnel junction layer 15 of the sample of Comparative Example 1 (near 0 nm on the horizontal axis in FIG. 2) is approximately 4×10 17 cm −3 . A region of 2×10 17 cm −3 or more exists at least 5 nm or more in the thickness direction of the sample.
On the other hand, in the samples of Examples 1 to 3, the maximum concentration of O (oxygen) near the interface 15C of the tunnel junction layer 15 is at least 2×10 18 cm −3 , and 1× A region of 10 18 cm −3 or more exists at least 5 nm or more. Further, in the sample of Example 3, the maximum concentration of O (oxygen) near the interface 15C of the tunnel junction layer 15 is 3×10 18 cm −3 . That is, in the samples of Examples 1 to 3, the concentration of O (oxygen) at the interface between the p++-GaN layer 15A and the n++-GaN layer 15B is at least 2×10 18 cm −3 or more and 3×10 18 cm −3 or less. is. Then, in the growth interrupting step, by setting the predetermined time period for interrupting the formation of the tunnel junction layer 15 to 3 minutes or more, the surface of the p++-GaN layer 15A is allowed to satisfactorily adsorb O 2 (oxygen) in the reactor. I found that it can be done. In addition, in the samples of Examples 1 to 3 (when the growth interruption time was 3 minutes or more), O (oxygen) was adsorbed and taken in the interface 15C between the p++-GaN layer 15A and the n++-GaN layer 15B. It was found that the concentrations of

次に、実施例１～３、及び比較例１の試料のそれぞれを用いて電流の注入が可能な素子の形成を行う。 Next, using each of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, an element capable of injecting current is formed.

先ず、表面からの平面視において、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。詳しくは、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて基板９上にメサ構造２０を形成する。より詳しくは、基板９上の最も表面に積層して結晶成長した第２ｎ－ＧａＮ層１６の表面に直径３５μｍの円形形状のフォトレジスト又は金属マスクを形成する（図示せず。）。フォトレジスト又は金属マスクが形成された直下はエッチングで除去されない。また、フォトレジスト又は金属マスクが形成されていない領域は、表面に第１ｎ－ＧａＮ層１１が露出するまでエッチングされる。露出した第１ｎ－ＧａＮ層１１には後述する第２電極２２を形成する。こうして、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。 First, a mesa structure 20 having a circular shape with a diameter of 35 μm is formed on the substrate 9 in plan view from the surface. Specifically, a mesa structure 20 is formed on the substrate 9 using photolithography and dry etching. More specifically, a circular photoresist or metal mask with a diameter of 35 μm is formed on the surface of the second n-GaN layer 16 deposited on the outermost surface of the substrate 9 and crystal-grown (not shown). Directly under the photoresist or metal mask is not removed by etching. Also, the regions where the photoresist or metal mask is not formed are etched until the first n-GaN layer 11 is exposed on the surface. A second electrode 22 to be described later is formed on the exposed first n-GaN layer 11 . Thus, a circular mesa structure 20 with a diameter of 35 μm is formed on the substrate 9 .

次に、メサ構造２０を形成した基板９をＯ2（酸素）雰囲気中にて、７２５℃で３０分間アニール処理を行い、埋め込まれたｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５ＡのＭｇを活性化させる。ここで、活性化とはｐ型不純物であるＭｇに結合しているＨ（水素）を離脱させてＭｇを活性化させ、Ｍｇが添加されたｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａの電気伝導性を向上させることである。こうして活性化することで、エッチングによって、側面が露出したｐ－ＡｌＧａＮ層１３、ｐ－ＧａＮ層１４及びトンネル接合層１５のｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａのそれぞれの側面からＭｇを不活性化させていたＨを離脱させる。 Next, the substrate 9 on which the mesa structure 20 is formed is annealed in an O 2 (oxygen) atmosphere at 725° C. for 30 minutes, and the buried p-AlGaN layer 13, p-GaN layer 14, and tunnel junction are removed. The Mg in the p++-GaN layer 15A of layer 15 is activated. Here, activation means that H (hydrogen) bonded to Mg, which is a p-type impurity, is released to activate Mg, and the Mg-doped p-AlGaN layer 13, p-GaN layer 14, and The purpose is to improve the electrical conductivity of the p++-GaN layer 15A of the tunnel junction layer 15. FIG. By activating in this way, Mg is deactivated from the side surfaces of the p-AlGaN layer 13, the p-GaN layer 14, and the p++-GaN layer 15A of the tunnel junction layer 15, the side surfaces of which are exposed by etching. let go.

次に、第１電極２１、及び第２電極２２を形成する。詳しくは、円形形状をなした第１電極２１をメサ構造２０の表面に形成する。また、円環状をなした第２電極２２をメサ構造２０の周囲を囲むように、第１ｎ－ＧａＮ層１１の露出した表面に形成する。第１電極２１、及び第２電極２２は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕである。また、第１電極２１、及び第２電極２２はそれぞれを一括して形成する。こうして、第１電極２１からトンネル接合層１５、及びＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を通過して第２電極２２に電流を流すことができる実施例１～３、及び比較例１の窒化物半導体発光素子を形成する。 Next, a first electrode 21 and a second electrode 22 are formed. Specifically, a circular first electrode 21 is formed on the surface of the mesa structure 20 . A ring-shaped second electrode 22 is formed on the exposed surface of the first n-GaN layer 11 so as to surround the mesa structure 20 . The first electrode 21 and the second electrode 22 are Ti/Al/Ti/Au. Also, the first electrode 21 and the second electrode 22 are collectively formed. In this way, current can flow from the first electrode 21 through the tunnel junction layer 15 and the GaInN/GaN five quantum well active layer 12 to the second electrode 22. The nitrides of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 A semiconductor light emitting device is formed.

次に、電流の注入が可能な素子に形成された実施例１～３、及び比較例１の試料について電流電圧特性を測定した結果を図３に示す。また、トンネル接合層１５の界面１５ＣにおけるＯ（酸素）の濃度のピークの大きさと、電流密度が１０ｋＡ／ｃｍ2における、結晶成長を中断する時間に対する駆動電圧の依存性とを図４に示す。
図４に示すように、成長中断時間が０分（比較例１）から３分（実施例１）にかけて、界面１５ＣにおけるＯ（酸素）の濃度が急激に高くなる。そして、成長中断時間が３分より長くなる（実施例１～３）と界面１５ＣにおけるＯ（酸素）の濃度はほぼ一定になる（○印を結ぶ曲線参照。）。
また、成長中断時間が０分（比較例１）の場合に比べて、成長中断時間が３分より長くなる（実施例１～３）と、トンネル接合層１５を含む駆動電圧は大きく低減（およそ１Ｖ）し、より小さな駆動電圧を実現できることがわかった（図３、及び図４における□印を結ぶ曲線参照。）。
すなわち、ＭＯＣＶＤ法を用いてアクセプタ（ｐ型不純物）であるＭｇを２×１０20ｃｍ-3以上含む層（ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ）を所定の厚み（２ｎｍ以上）で形成した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から基板９を取り出すことなく、意図的にトンネル接合層１５の形成を所定の時間中断する成長中断工程を実行する。そして、トンネル接合層１５の界面１５ＣにおけるＯ（酸素）濃度のピークの大きさを２×１０18ｃｍ-3以上にする。そして、ドナー（ｎ型不純物）であるＳｉを３×１０20ｃｍ-3以上含む層（ｎ＋＋ＧａＮ層１５Ｂ）を所定の厚み（１０ｎｍ以上）で形成する。これにより、バンドギャップが大きく、光吸収ロスが少なく、電気抵抗が小さい窒化物半導体のトンネル接合層１５を形成できることがわかった。 Next, FIG. 3 shows the results of measuring the current-voltage characteristics of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, which were formed as elements capable of injecting current. FIG. 4 shows the magnitude of the O (oxygen) concentration peak at the interface 15C of the tunnel junction layer 15 and the dependence of the drive voltage on the crystal growth interruption time at a current density of 10 kA/cm 2 .
As shown in FIG. 4, the concentration of O (oxygen) at the interface 15C abruptly increases from 0 minutes (comparative example 1) to 3 minutes (example 1) for the growth interruption time. When the growth interruption time is longer than 3 minutes (Examples 1 to 3), the concentration of O (oxygen) at the interface 15C becomes almost constant (see the curve connecting circles).
Further, when the growth interruption time is longer than 3 minutes (Examples 1 to 3), the driving voltage including the tunnel junction layer 15 is greatly reduced (approximately 1 V), and it was found that a smaller driving voltage can be realized (see the curve connecting squares in FIGS. 3 and 4).
That is, after forming a layer (p++-GaN layer 15A) containing 2×10 20 cm −3 or more of Mg, which is an acceptor (p-type impurity), with a predetermined thickness (2 nm or more) using the MOCVD method, the MOCVD apparatus A growth interruption step is performed to intentionally interrupt the formation of the tunnel junction layer 15 for a predetermined period of time without removing the substrate 9 from the reactor. Then, the magnitude of the O (oxygen) concentration peak at the interface 15C of the tunnel junction layer 15 is set to 2×10 18 cm −3 or more. Then, a layer (n++GaN layer 15B) containing 3×10 20 cm −3 or more of Si, which is a donor (n-type impurity), is formed with a predetermined thickness (10 nm or more). As a result, it was found that the tunnel junction layer 15 of a nitride semiconductor having a large bandgap, a small light absorption loss, and a small electric resistance can be formed.

このように、この窒化物半導体発光素子の製造方法はトンネル接合層１５を作製する際に、ｐ型トンネル接合層形成工程からｎ型トンネル接合層形成工程まで、ＭＯＣＶＤ法を実行する反応炉内に基板９を保持して実行する。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法は基板９を一度も大気に暴露すること（すなわち、成長の途中で基板９を反応炉から取り出すこと）がない。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法はトンネル接合層１５を形成する途中で反応炉から基板９を取り出す必要がない。
また、この窒化物半導体発光素子の製造方法のＯ（酸素）は原料ガスとして意図的に反応炉内に供給されたものではなく、素子を形成するために用いる原料に微量に含有されていたり外界から反応炉内に僅かにリークしたりすることによって反応炉内に少なからず存在するものである。通常、Ｏ（酸素）が半導体内に混入することは、半導体の特性の劣化を引き起こす可能性があるため極力抑制すべきものである。しかし、この窒化物半導体発光素子の製造方法は半導体内にＯ（酸素）が混入する現象を積極的に利用するものである。
また、この窒化物半導体発光素子の製造方法は、還元作用の高い元素であるＨ2を用いたＭＯＣＶＤ法であっても、成長中断工程を実行することによって、ｐ型トンネル接合層の表面にＯ（酸素）を吸着させて、トンネル接合層１５の界面１５ＣにＯ（酸素）を存在させることができる。つまり、この窒化物半導体発光素子の製造方法は基板９を一度も大気に暴露せず成長中断工程を実行し、トンネル接合層１５の界面１５ＣにＯ（酸素）を存在させることによってトンネル接合層１５の電気抵抗を小さくすることができる。 Thus, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, when fabricating the tunnel junction layer 15, the steps from the p-type tunnel junction layer formation step to the n-type tunnel junction layer formation step are carried out in a reaction furnace for executing the MOCVD method. Hold the substrate 9 and execute. In other words, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, the substrate 9 is never exposed to the atmosphere (that is, the substrate 9 is never removed from the reactor during growth). That is, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, it is not necessary to take out the substrate 9 from the reactor during the formation of the tunnel junction layer 15 .
In addition, O (oxygen) in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is not intentionally supplied as a raw material gas into the reaction furnace, but is contained in a small amount in the raw material used to form the device, or is contained in the external environment. It is present in the reactor in no small amount due to slight leakage from the reactor into the reactor. In general, mixing of O (oxygen) into a semiconductor may cause deterioration of semiconductor characteristics, and should be suppressed as much as possible. However, this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device positively utilizes the phenomenon that O (oxygen) is mixed into the semiconductor.
In addition, even if the method for manufacturing this nitride semiconductor light emitting device is the MOCVD method using H 2 , which is an element with a high reducing action, by executing the growth interruption step, O 2 is formed on the surface of the p-type tunnel junction layer. (oxygen) can be adsorbed, and O (oxygen) can be present at the interface 15</b>C of the tunnel junction layer 15 . In other words, in this method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, the growth interruption step is performed without exposing the substrate 9 to the atmosphere even once, and the tunnel junction layer 15 is formed by allowing O (oxygen) to exist at the interface 15C of the tunnel junction layer 15. can reduce the electrical resistance of

また、この窒化物半導体発光素子は、従来の窒化物半導体発光素子のように、トンネル接合層１５の界面１５Ｃに高い濃度のＯ（酸素）を存在させなくても、トンネル接合層１５の電気抵抗を良好に抑えることができる。このため、この窒化物半導体発光素子はＯ（酸素）を添加することによるトンネル接合層１５の結晶性への影響を抑えることができる。 In addition, unlike the conventional nitride semiconductor light emitting device, this nitride semiconductor light emitting device can reduce the electric resistance of the tunnel junction layer 15 without allowing a high concentration of O (oxygen) to exist at the interface 15C of the tunnel junction layer 15. can be well suppressed. Therefore, this nitride semiconductor light emitting device can suppress the influence of the addition of O (oxygen) on the crystallinity of the tunnel junction layer 15 .

したがって、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は良好に発光することができる窒化物半導体発光素子を容易に製造することができ、本発明の窒化物半導体発光素子は良好に発光することができる。 Therefore, the method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device of the present invention can easily manufacture a nitride semiconductor light-emitting device that can emit light well, and the nitride semiconductor light-emitting device of the present invention can emit light well. can.

また、この窒化物半導体発光素子の製造方法は成長中断工程における、トンネル接合層１５の形成を中断する時間は３分以上である。このため、この窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長条件を変更するための時間（３分以上）を十分に確保することによって、成長中断工程の前後の成長条件に全く異なるものを採用し易くなる。つまり、成長中断工程において、次の層（ｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂ）の結晶成長における最適な成長条件に確実に変更することができるため、ｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂのそれぞれにとって最適な成長条件を採用し易くなる。このため、この窒化物半導体発光素子の製造方法はｐ＋＋－ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋－ＧａＮ層１５Ｂのそれぞれの成長条件をさらに最適化することができるため、トンネル接合層１５の電気抵抗をより小さくすることができる。 Further, in this method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, the time for interrupting the formation of the tunnel junction layer 15 in the growth interrupting step is 3 minutes or more. Therefore, in this method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device, completely different growth conditions are adopted before and after the growth interruption step by securing a sufficient time (3 minutes or more) for changing the growth conditions. becomes easier. In other words, in the growth interruption step, it is possible to reliably change to the optimum growth conditions for the crystal growth of the next layer (n++-GaN layer 15B). It becomes easier to adopt the optimum growth conditions. Therefore, this method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device can further optimize the growth conditions of the p++-GaN layer 15A and the n++-GaN layer 15B, so that the electrical resistance of the tunnel junction layer 15 can be reduced. can do.

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１～３に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１～３では、トンネル接合層の裏面側は一般的な青色ＬＥＤ構造であるが、これに限らず、高電流密度領域における電圧降下が大きく改善されることから、端面レーザダイオードや、第１ｎ－ＧａＮ層の裏面側に、多層膜反射鏡を設けた面発光レーザ構造としても良い。
（２）実施例１～３では、ｐ型不純物としてＭｇを用いているが、これに限らず、ｐ型不純物である、Ｚｎ，Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ等であっても良い。
（３）実施例１～３では、ｎ型不純物としてＳｉを用いているが、これに限らず、ｎ型不純物である、Ｇｅ、Ｔｅ等であっても良い。
（４）実施例１～３では、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層を積層して形成しているが、これに限らず、ＧａＩｎＮ量子井戸活性層の表面にｐ－ＡｌＧａＮ層を積層して形成しなくても良い。
（５）実施例１～３では、サファイア基板を用いているが、これに限らず、窒化ガリウム基板やＡｌＮ基板等の他の基板を用いても良い。
（６）実施例１～３では、トンネル接合層のｐ＋＋－ＧａＮ層の厚みを２ｎｍとしているが、これに限らず、トンネル接合層のｐ＋＋－ＧａＮ層の厚みを２ｎｍより小さくしても良く、２ｎｍより大きくしても良い。
（７）実施例１～３では、トンネル接合層のｎ＋＋－ＧａＮ層の厚みを１０ｎｍ以上としているが、これに限らず、トンネル接合層のｎ＋＋－ＧａＮ層の厚みを１０ｎｍより小さくしても良い。
（８）実施例１～３では、トンネル接合層にＧａＮを用いているが、活性層の発光波長の長さに応じて、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮをトンネル接合層の材料として用いても良い。
（９）実施例１～３では、リークによって反応炉内に存在するＯ2（酸素）をトンネル接合層の界面に吸着しているが、原料ガスとしてＯ2やＮＯ等を反応炉内に供給しても良い。
（１０）実施例１～３では、結晶成長を中断する時間が３分以上であるが、ｐ＋＋－ＧａＮ層の表面によりＯ（酸素）が吸着しやすい条件、例えば、キャリアガスとして還元作用の高いＨ2を用いず、全てＮ2用いたり、ｐ＋＋－ＧａＮ層の結晶成長中よりＮＨ3の供給量を小さくしたり、成長温度よりも低い基板温度にしたりする等で結晶成長を中断する時間をより短くすることもできる。 The present invention is not limited to Examples 1 to 3 explained by the above description and drawings, and the following examples are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In Examples 1 to 3, the back side of the tunnel junction layer has a general blue LED structure. Alternatively, a surface-emitting laser structure may be employed in which a multilayer film reflector is provided on the back side of the first n-GaN layer.
(2) In Examples 1 to 3, Mg is used as the p-type impurity.
(3) Although Si is used as the n-type impurity in Examples 1 to 3, the n-type impurity such as Ge, Te, etc. may be used.
(4) In Examples 1 to 3, the p-AlGaN layer is laminated on the surface of the GaInN/GaN five quantum well active layer. It is not necessary to laminate AlGaN layers.
(5) Although the sapphire substrate is used in Examples 1 to 3, the substrate is not limited to this, and other substrates such as a gallium nitride substrate and an AlN substrate may be used.
(6) In Examples 1 to 3, the thickness of the p++-GaN layer of the tunnel junction layer is 2 nm, but the thickness of the p++-GaN layer of the tunnel junction layer may be smaller than 2 nm. It may be larger than 2 nm.
(7) In Examples 1 to 3, the thickness of the n++-GaN layer of the tunnel junction layer is set to 10 nm or more, but the thickness of the n++-GaN layer of the tunnel junction layer may be smaller than 10 nm. .
(8) In Examples 1 to 3, GaN is used for the tunnel junction layer, but GaInN or AlGaN may be used as the material for the tunnel junction layer depending on the length of the emission wavelength of the active layer.
(9) In Examples 1 to 3, O 2 (oxygen) present in the reactor is adsorbed on the interface of the tunnel junction layer due to leakage, but O 2 , NO, etc. are supplied into the reactor as source gases. You can
(10) In Examples 1 to 3, the crystal growth was interrupted for 3 minutes or more, but the conditions were such that O (oxygen) was easily adsorbed by the surface of the p++-GaN layer, for example, the carrier gas had a high reducing action. The time during which the crystal growth is interrupted, for example, by using N 2 instead of H 2 , reducing the amount of NH 3 supplied during the crystal growth of the p++-GaN layer, or setting the substrate temperature lower than the growth temperature. It can be shorter.

９…サファイア基板（基板）
１５…トンネル接合層
１５Ａ…ｐ＋＋－ＧａＮ層（ｐ型トンネル接合層）
１５Ｂ…ｎ＋＋－ＧａＮ層（ｎ型トンネル接合層）
１５Ｃ…界面 9... Sapphire substrate (substrate)
15... Tunnel junction layer 15A... p++-GaN layer (p-type tunnel junction layer)
15B...n++-GaN layer (n-type tunnel junction layer)
15C... interface

Claims (2)

有機金属気相成長法を用い、反応炉内で基板の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
ｐ型不純物を添加してｐ型トンネル接合層を形成するｐ型トンネル接合層形成工程と、
前記ｐ型トンネル接合層形成工程を実行後、前記ｐ型トンネル接合層の表面に前記反応炉内のＯ（酸素）を吸着させる成長中断工程と、
前記成長中断工程を実行後、Ｏ（酸素）を吸着した前記ｐ型トンネル接合層の表面にｎ型不純物を添加してｎ型トンネル接合層を形成するｎ型トンネル接合層形成工程と、
を備え、
前記ｐ型トンネル接合層形成工程から前記ｎ型トンネル接合層形成工程まで、前記反応炉内に前記基板を保持して実行し、
前記成長中断工程では、キャリアガスの種類を窒素に変更し、前記基板の温度を前記ｐ型トンネル接合層の成長温度よりも低い、前記ｎ型トンネル接合層の成長温度にすることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。 A method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device by forming a tunnel junction layer using a nitride semiconductor on the surface of a substrate in a reaction furnace using a metalorganic vapor phase epitaxy method,
a p-type tunnel junction layer forming step of adding a p-type impurity to form a p-type tunnel junction layer;
a growth interrupting step of adsorbing O (oxygen) in the reactor to the surface of the p-type tunnel junction layer after performing the p-type tunnel junction layer forming step;
an n-type tunnel junction layer forming step of forming an n-type tunnel junction layer by adding an n-type impurity to the surface of the p-type tunnel junction layer to which O (oxygen) is adsorbed after performing the growth interruption step;
with
holding the substrate in the reaction furnace from the p-type tunnel junction layer forming step to the n-type tunnel junction layer forming step;
In the growth interrupting step, the type of carrier gas is changed to nitrogen, and the temperature of the substrate is set to the growth temperature of the n-type tunnel junction layer, which is lower than the growth temperature of the p-type tunnel junction layer. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device. 前記成長中断工程における、前記トンネル接合層の形成を中断する時間は３分以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 2. The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 , wherein in said growth interrupting step, the time for interrupting the formation of said tunnel junction layer is 3 minutes or longer .
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