(57)【要約】【課題】ｐ型半導体層におけるＭｇの活性化率を高くできる製造方法を提供する。【解決手段】ｐ側窒化物層成長工程が、原料ガスの流量を成長させる窒化物層のＡｌ混晶比が２０％以上、３０％以下の第１混晶比となるように設定しＭｇ原料ガスを第１流量として第１窒化物層を成長させる工程と、原料ガスの流量を、成長させる窒化物層のＡｌ混晶比が６％以上、１０％以下の第２混晶比となるように設定しＭｇ原料ガスを第１流量よりも少ない第２流量として第２窒化物層を成長させる工程と、原料ガスの流量を成長させる窒化物層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比となるように設定しＭｇ原料ガスを停止して、第３窒化物層を成長させる工程と、原料ガスの流量を、成長させる窒化物層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比よりも小さい第３混晶比となるように設定しＭｇ原料ガスを第１流量よりも多い第３流量として第４窒化物層を成長させる工程と、を含む。【選択図】図２
2020194837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ側窒化物半導体層を成長させるｎ側窒化物半導体層成長工程と、前記ｎ側窒化物半導体層上に活性層を成長させる活性層成長工程と、前記活性層上にｐ側窒化物半導体層を成長させるｐ側窒化物半導体層成長工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｐ側窒化物半導体層成長工程は、
Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用い、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス及びＮ原料ガスの各流量を、成長させる窒化物半導体層のＧａ及びＮの合計量に対するＡｌの含有量の比であるＡｌ混晶比が２０％以上、３０％以下の第１混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを第１流量として、前記活性層上にｐ側第１窒化物半導体層を成長させる第１工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が６％以上、１０％以下の第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを前記第１流量よりも少ない第２流量として、前記ｐ側第１窒化物半導体層上にｐ側第２窒化物半導体層を成長させる第２工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを停止して、前記ｐ側第２窒化物半導体層上にｐ側第３窒化物半導体層を成長させる第３工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比よりも小さい第３混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを前記第１流量よりも多い第３流量として、前記ｐ側第３窒化物半導体層上にｐ側第４窒化物半導体層を成長させる第４工程と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２流量を、前記第１流量の１／５以下にする請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第３流量を、前記第１流量の２倍以上にする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記ｐ側第２窒化物半導体層の厚さを、前記ｐ側第１ｐ側第１窒化物半導体層の厚さよりも厚く成長させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記ｐ側第１窒化物半導体層を、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の厚さに成長させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記ｐ側第２窒化物半導体層を、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の厚さに成長させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程において、前記ｐ側第３窒化物半導体層を、４０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下の厚さに成長させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第４工程において、前記ｐ側第４窒化物半導体層を、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以下の厚さに成長させる請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記活性層の発する光のピーク波長は、３５０ｎｍ以上、４１０ｎｍ以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体を用いた紫外から緑色の広範囲の光を発光することができる発光素子が開発され、広く用いられている。この窒化物半導体を用いた発光素子（窒化物半導体発光素子）は、ｐ型半導体層におけるｐ型不純物であるＭｇの活性化率が低いことが原因で動作電圧を十分低くできないことが課題となっている。本課題を解決するために、特許文献１には、発光層の上に設けられるｐ型半導体層をＭｇを含む複数の層により構成し、各層のＭｇ濃度を適宜調整することによりＭｇの活性化率を高くすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】２０１２−１１９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、ｐ型半導体層におけるＭｇの活性化率を十分高くすることは困難であるという課題がある。特に、ｐ型半導体層におけるＡｌの混晶比が高くなるとＭｇの活性化率がより低くなる傾向がある。
【０００５】
そこで、本開示は、ｐ型半導体層におけるＭｇの活性化率を高くすることができ、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る一実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
ｎ側窒化物半導体層を成長させるｎ側窒化物半導体層成長工程と、前記ｎ側窒化物半導体層上に活性層を成長させる活性層成長工程と、前記活性層上にｐ側窒化物半導体層を成長させるｐ側窒化物半導体層成長工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｐ側窒化物半導体層成長工程は、
Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用い、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス及びＮ原料ガスの各流量を、成長させる窒化物半導体層のＧａ及びＮの合計量に対するＡｌの含有量の比であるＡｌ混晶比が２０％以上、３０％以下の第１混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを第１流量として、前記活性層上にｐ側第１窒化物半導体層を成長させる第１工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が６％以上、１０％以下の第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを前記第１流量よりも少ない第２流量として、前記ｐ側第１窒化物半導体層上にｐ側第２窒化物半導体層を成長させる第２工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを停止して、前記ｐ側第２窒化物半導体層上にｐ側第３窒化物半導体層を成長させる第３工程と、
前記第１工程の原料ガスを用い、成長させる窒化物半導体層のＡｌ混晶比が前記第２混晶比よりも小さい第３混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを前記第１流量よりも多い第３流量として、前記ｐ側第３窒化物半導体層上にｐ側第４窒化物半導体層を成長させる第４工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように構成された本開示に係る一実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、ｐ型半導体層におけるＭｇの活性化率を高くでき、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示に係る実施形態の製造方法により作製された窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法の工程の流れを示す工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００１０】
上述したように、窒化物半導体発光素子は、ｐ型半導体層におけるＭｇの活性化率が低く動作電圧を十分低くできないという課題があり、その課題はとりわけｐ型半導体層におけるＡｌの混晶比が高い場合に顕著になる。このＭｇの活性化率が低いことを補うために、Ｍｇを多くドープするとｐ側窒化物半導体層の光透過率が減少して発光効率が低下するという別の問題が生じる。そこで、本発明者らは、光透過率の減少を抑えつつｐ型クラッド層周辺におけるＭｇの活性化を促すために、ｐ側窒化物半導体層の層構成を鋭意検討した。
【００１１】
その結果、活性層の上に形成されるｐ側窒化物半導体層において、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層の間に、Ｍｇをドープすることなく成長させたノンドープのＡｌＧａＮ層を設けることにより、光透過率の減少を抑えながらｐ型クラッド層におけるＭｇの活性化率を高くできることが確認された。
【００１２】
さらに検討を進めた結果、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層の間に設けたノンドープ層をさらに、Ｍｇ原料ガスをｐクラッド層を成長する際よりも減少させて成長した小ドープ層と、Ｍｇ原料ガスを停止して成長したノンドープ層とに分けて形成することにより、ｐ側窒化物半導体層におけるＭｇの活性化率をより高くできることが確認された。尚、この小ドープ層を設けた場合であってもｐ側窒化物半導体層の光透過率の減少は抑えられていた。
ここで、ノンドープ層とは、上述したように、ｐ型又はｎ型不純物の不純物をドープすることなく形成した層であり、例えば、有機金属気相成長法で当該層を成長させる場合には、不純物の原料ガスを止めて成長した層のことをいう。
【００１３】
本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、発明者らが独自に見いだした上記事項に基づいて完成されたものである。
以下、本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１４】
図１は、実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法により作製された窒化物半導体発光素子の模式的な断面図である。図１の窒化物半導体発光素子は、例えば、サファイアからなる成長基板１０と、成長基板１０上に、成長基板１０側から順次成長された、バッファ層１０ａと、ｎ側窒化物半導体層２と、活性層３と、ｐ側窒化物半導体層４とを含む。
そして、ｐ側窒化物半導体層４はさらに、活性層３側から、例えば、ｐ型クラッド層であるｐ側第１窒化物半導体層４１と、Ｍｇ原料ガスの流量をｐ側第１窒化物半導体層４１の成長時より減少させて成長させたｐ側第２窒化物半導体層４２と、Ｍｇ原料ガスを停止して成長させたｐ側第３窒化物半導体層４３と、ｐ側第１窒化物半導体層４１の成長時よりＭｇ原料ガスの流量を多くして成長させたｐ側第４窒化物半導体層４４とを含む。
【００１５】
また、ｐ側第１窒化物半導体層４１は、Ａｌの混晶比が２０％以上、３０％以下の範囲の第１混晶比になるように成長された層であり、ｐ側第２窒化物半導体層４２は、Ａｌの混晶比が６％以上、１０％以下の範囲の第２混晶比になるように成長された層であり、ｐ側第３窒化物半導体層４３は、Ａｌの混晶比が第２混晶比となるように成長された層であり、ｐ側第４窒化物半導体層４４は、Ａｌの混晶比が第２混晶比よりも小さい第３混晶比となるように成長された層である。
【００１６】
ｐ側第１窒化物半導体層４１は他のｐ側窒化物半導体層に比べてＡｌの混晶比が高く、ｐ型不純物であるＭｇが活性化しにくい傾向にある。そのため、ｐ側第１窒化物半導体層４１による活性層３への正孔の供給が不十分になるおそれがある。実施形態の窒化物半導体発光素子では、ｐ側第１窒化物半導体層４１とｐ側第３窒化物半導体層４３との間にＡｌの混晶比がｐ側第１窒化物半導体層４１よりも低いｐ側第２窒化物半導体層４２を形成している。そして、Ａｌの混晶比が低くＭｇが活性化しやすいｐ側第２窒化物半導体層４２に対してＭｇを小ドープすることで、活性層３に隣り合って形成されたｐクラッド層周辺におけるＭｇの活性化を促進させることできる。その結果、ｐ側窒化物半導体層４から活性層３への正孔の供給が効率よく行われ、動作電圧を低くすることができる。
【００１７】
さらに、Ｍｇを小ドープしたｐ側第２窒化物半導体層４２によりＭｇの活性化を促進できるので、ｐ側第１窒化物半導体層４１にドープするＭｇの量を比較的少なくして所望のｐ型導電性を実現できる。これにより、ｐ側第１窒化物半導体層４１へのＭｇのドープ量を抑えることが可能になり、ｐ側第１窒化物半導体層４１から活性層３へのＭｇの拡散を減少させることができる。その結果、活性層３の結晶性を良好にでき、発光素子の発光効率及び信頼性を向上させることができる。
【００１８】
以上のように構成された図１の窒化物半導体発光素子は、ｐ側窒化物半導体層４がｐ側第１窒化物半導体層４１とｐ側第２窒化物半導体層４２とｐ側第３窒化物半導体層４３とｐ側第４窒化物半導体層４４とを含んでいる。そのため、ｐ側窒化物半導体層４の光透過率の減少を抑えつつ、ｐ側窒化物半導体層４におけるＭｇの活性化率を高くできる。これにより、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を提供することができる。
以下、本開示に係る実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１９】
実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、図２に示すように、成長基板準備工程Ｓ１と、ｎ側窒化物半導体層２を成長させるｎ側窒化物半導体層成長工程Ｓ２と、ｎ側窒化物半導体層２上に活性層３を成長させる活性層成長工程Ｓ３と、活性層３上にｐ側窒化物半導体層４を成長させるｐ側窒化物半導体層成長工程Ｓ４と、を含む。
さらに、図１に示す窒化物半導体発光素子を作製する場合には、ｎ側電極５１を形成するためのｎ側電極形成領域露出工程Ｓ５と、ｎ側電極５１及びｐ側電極５２を形成する電極形成工程Ｓ６と、成長基板１０上に一括して作製した複数の発光素子をそれぞれ個々の発光素子に分離する個片化工程Ｓ７を含む。
また、ｐ側窒化物半導体層成長工程Ｓ４は、ｐ側第１窒化物半導体層を成長させる第１工程Ｓ４１と、ｐ側第２窒化物半導体層を成長させる第２工程Ｓ４２と、ｐ側第３窒化物半導体層を成長させる第３工程Ｓ４３と、ｐ側第４窒化物半導体層を成長させる第４工程Ｓ４４と、を含む。
以下、各工程について具体的に説明する。
尚、以下の説明において、窒化物半導体層の成長方法として例示する有機金属気相成長法で使用することができる原料ガスは次のようなものである。
Ｇａ原料ガス：ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）
Ｎ原料ガス：Ｎ２
Ｉｎ原料ガス：ＴＭＩ（トリメチルインジウム）
Ａｌ原料ガス：ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）
Ｓｉ原料ガス：ＳｉＨ４（モノシラン）
Ｍｇ原料ガス：Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
【００２０】
１．成長基板準備工程Ｓ１
成長基板準備工程Ｓ１では、成長基板１０として、例えば、サファイア基板を準備する。サファイア基板は、可視光及び紫外光に対して透光性を有し、基板側から光を出射する窒化物半導体発光素子の基板としても適している。成長基板１０として、例えば、ｃ面を上面とするサファイア基板を準備し、好ましくはｃ面からａ軸方向やｍ軸方向に０．１°以上２°以下の範囲で傾いた面を上面とするサファイア基板を準備する。
成長基板準備工程Ｓ１は、成長基板１０の上面にバッファ層１０ａを形成する工程を含む。バッファ層１０ａは、例えば、成長基板１０の上面に成長されたＧａＮ層やＡｌＧａＮ層含む。バッファ層１０ａを成長基板１０の上面に成長させることにより、窒化物半導体層とサファイアとの格子不整合を緩和することができる。
バッファ層１０ａを形成する工程は、さらに格子定数の小さい第１層と、第１層より格子定数の大きい第２層とを交互に積層する超格子層を形成することを含んでいてもよい。この超格子層は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層と窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層とを交互に成長させることにより形成する。
【００２１】
２．ｎ側窒化物半導体層成長工程Ｓ２
ｎ側窒化物半導体層成長工程Ｓ２では、例えば、有機金属気相成長法により、バッファ層１０ａ上に、ｎ側窒化物半導体層２を成長させる。ｎ側窒化物半導体層２は、１又は２以上の組成の異なる層を成長させることにより形成してもよい。ｎ側窒化物半導体層２は、活性層３に向かって組成が連続的又は段階的に変化する組成傾斜層を含んでいてもよい。これにより、ｎ側窒化物半導体層２自体の結晶性及び後に成長させる活性層３の結晶性を良好にできる。
例えば、紫外光を発する窒化物半導体発光素子では、組成傾斜層は、例えば、ｎ型不純物を含む窒化アルミニウムガリウム層において、アルミニウムの混晶比を活性層３に向かって順次又は徐々に減少するように成長させることにより形成する。なお、組成傾斜層を含む場合には、その組成傾斜層のアルミニウム混晶比は、組成傾斜層により活性層から発せられる光が吸収されにくいようにその最小値は設定される。尚、ｎ側窒化物半導体層２は、成長基板１０側にノンドープの組成傾斜層をさらに含み、活性層３側に上述したｎ型不純物を含む組成傾斜層を含むように形成してもよい。
【００２２】
３．活性層成長工程Ｓ３
活性層成長工程Ｓ３では、例えば、有機金属気相成長法により、ｎ側窒化物半導体層２上に活性層３を成長させる。活性層３は、例えば、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有し、障壁層と井戸層を交互に成長させることにより形成する。
井戸層及び障壁層は、例えば、一般式ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦０．１、０．４≦ｂ≦１．０、ａ＋ｂ≦１．０）で表されるＩＩＩ族窒化物により構成することができ、Ｉｎ混晶比、Ａｌ混晶比、Ｇａ混晶比は、所望の発光波長を考慮して成長時のＩｎ原料ガス、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガスを適宜調整することにより成長させる。活性層３の発する光のピーク波長を、３５０ｎｍ以上、４１０ｎｍ以下とする場合には、例えば、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦０．０９）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体により井戸層を形成する。ピーク波長が３５０ｎｍ以上、４１０ｎｍ以下程度の光を発する活性層３を用いる場合、ｐ側第１窒化物半導体層４１による電子をブロックする機能をより効果的に得るためにＡｌの混晶比を比較的高くする必要がある。本実施形態の製造方法によれば、Ａｌの混晶比が比較的高いｐ側第１窒化物半導体層４１を用いる場合であっても、ｐ側窒化物半導体層４におけるＭｇの活性化を促すことができる。そのため、本実施形態の製造方法は、ピーク波長が３５０ｎｍ以上、４１０ｎｍ以下程度の光を発する活性層３を用いる場合において、より効果的である。活性層３の発する光のピーク波長は、例えば、３６５ｎｍ、４０５ｎｍとすることができる。
【００２３】
４．ｐ側窒化物半導体層成長工程Ｓ４
ｐ側窒化物半導体層成長工程Ｓ４は、ｐ側窒化物半導体層４を成長させる工程であり、第１工程Ｓ４１、第２工程Ｓ４２、第３工程Ｓ４３及び第４工程Ｓ４４を含む。
【００２４】
４−１．第１工程Ｓ４１
第１工程Ｓ４１は、活性層上にｐ側第１窒化物半導体層４１を成長させる工程であり、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用いてｐ側第１窒化物半導体層４１を成長させる。第１工程Ｓ４１において、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスの各流量を、成長させるｐ側第１窒化物半導体層４１のＡｌの混晶比が２０％以上、３０％以下の第１混晶比となるように調整する。ここで、Ａｌの混晶比とは、ＡｌＧａＮ中のガリウム及びアルミニウムの合計量に対するアルミニウムの含有量の比である。また、第１工程Ｓ４１におけるＭｇ原料ガスの流量（第１流量）は、ｐ側第１窒化物半導体層４１のｐ型クラッド層としての機能を考慮して適宜調整する。ｐ側第１窒化物半導体層４１のＭｇの不純物濃度は、例えば、１×１０１９以上１×１０２０以下の範囲、好ましくは１．５×１０１９以上３．５×１０１９以下の範囲内でｐ側第２窒化物半導体層４２〜ｐ側第４窒化物半導体層４４のＭｇ濃度との関係も考慮して設定する。また、ｐ側第１窒化物半導体層４１は、例えば、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲、好ましくは、２０ｎｍ以上、２５ｎｍ以下の範囲の厚さに成長させる。
【００２５】
４−２．第２工程Ｓ４２
第２工程Ｓ４２は、ｐ側第１窒化物半導体層４１上にｐ側第２窒化物半導体層４２を成長させる工程であり、第１工程Ｓ４１と同様、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用いてｐ側第２窒化物半導体層４２を成長させる。第２工程Ｓ４２において、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスの各流量は、成長させるｐ側第２窒化物半導体層４２のＡｌの混晶比（第２混晶比）が６％以上、１０％以下の第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを前記第１流量よりも少ない第２流量としてｐ側第２窒化物半導体層４２を成長させる。
第２工程Ｓ４２において、Ｍｇ原料ガスの第２流量は、好ましくは、第１流量の１／５以下、より好ましくは、第１流量の１／８以下にする。
また、第２工程において、ｐ側第２窒化物半導体層４２は、ｐ側第１ｐ側第１窒化物半導体層４１と同等程度の厚さに成長させることが好ましく、より好ましくは、ｐ側第１ｐ側第１窒化物半導体層４１よりも厚く成長させる。また、第２工程Ｓ４２において、前記ｐ側第２窒化物半導体層４２は、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の厚さに成長させることが好ましい。ｐ型不純物としてＭｇをドープすることによる結晶性や光透過率の低下を考慮して、ｐ側第２窒化物半導体層４２の厚さは、ｐ側第３窒化物半導体層４３の厚さよりも薄くすることが好ましい。
【００２６】
４−３．第３工程Ｓ４３
第３工程Ｓ４３は、ｐ側第２窒化物半導体層４２上にｐ側第３窒化物半導体層４３を成長させる工程であり、第１工程Ｓ４１及び第２工程Ｓ４２と同様、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用いてｐ側第３窒化物半導体層４３を成長させる。第３工程Ｓ４３において、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスの各流量は、第２工程Ｓ４２と同様、成長させるｐ側第３窒化物半導体層４３のＡｌの混晶比が第２混晶比となるように設定し、Ｍｇ原料ガスを停止してｐ側第３窒化物半導体層４３を成長させる。すなわち、第３工程Ｓ４３において成長させるｐ側第３窒化物半導体層４３は、ｐ側第２窒化物半導体層４２と同じ組成のノンドープ層である。また、第３工程Ｓ４２において、ｐ側第３窒化物半導体層４３は、４０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下の厚さに成長させることが好ましい。
【００２７】
４−４．第４工程Ｓ４４
第４工程Ｓ４４は、ｐ側第３窒化物半導体層４３上にｐ側第４窒化物半導体層４４を成長させる工程であり、第１工程Ｓ４１及び第２工程Ｓ４２と同様、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスを含む原料ガスを用いてｐ側第４窒化物半導体層４４を成長させる。第４工程Ｓ４４において、Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、Ｎ原料ガス及びＭｇ原料ガスの各流量は、Ａｌの混晶比が第２混晶比よりも小さい第３混晶比になるように設定し、Ｍｇ原料ガスは第１流量よりも多い第３流量としてｐ側第４窒化物半導体層４４を成長させる。以上のように成長させるｐ側第４窒化物半導体層４４は、ｐ側第１窒化物半導体層４１、ｐ側第２窒化物半導体層４２及びｐ側第３窒化物半導体層４３のいずれの層よりもＡｌの混晶比が小さくかつＭｇの濃度が高くなる。
また、第４工程Ｓ４４において、第３流量は、第１流量の１．５倍以上にすることが好ましく、より好ましくは、第１流量の２倍以上にする。第４工程Ｓ４４において、ｐ側第４窒化物半導体層４４は、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以下の厚さに成長させることが好ましい。
【００２８】
５．ｎ側電極形成領域露出工程Ｓ５
ｎ側電極形成領域露出工程Ｓ５では、ｎ電極５１を形成する領域を露出させるために、ｐ側窒化物半導体層４及び活性層３の一部を除去してｎ側電極形成領域を露出させる。
具体的には、ｐ側窒化物半導体層４上の一部にマスクを形成し、ドライエッチングによりマスクされていないｐ側窒化物半導体層４及び活性層３の一部を除去してｎ側窒化物半導体層２を露出させる。この工程により露出されたｎ側窒化物半導体層２の領域がｎ側電極形成領域に相当する。
【００２９】
６．電極形成工程Ｓ６
電極形成工程Ｓ６では、ｎ電極５１とｐ電極５２とを形成する。
ｎ電極５１は、例えば、露出させたｎ側電極形成領域に開口部を有しその他の半導体層の表面（ｐ側窒化物半導体層４の上面及び側面、活性層３の側面）を覆うマスクを形成し、そのマスクの開口部を介してｎ電極５１を形成した後、マスクを除去することで形成することができる。
ｎ電極５１は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。
ｎ電極５１は、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｔｉなどの金属、又はこれらの金属を積層した多層構造を用いることができる。
ｐ電極５２は、例えば、ｐ側第４窒化物半導体層４４上の一部に開口部を有し、その他の半導体層の表面及びｎ電極５１を覆うマスクを形成し、そのマスクの開口部を介してｐ電極５２を形成した後、マスクを除去することで形成することができる。
ｐ電極５２は、スパッタリング法により形成することができる。
ｐ電極５２は、例えば、Ａｇ、Ａｌなどの金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。
【００３０】
７．個片化工程Ｓ７
個片化工程Ｓ７では、成長基板１０上に一括して作製した複数の発光素子をそれぞれ個々の発光素子に分離する。
【００３１】
以上のような工程を経て作製された窒化物半導体発光素子は、ｐ側窒化物半導体層４がｐ側第１窒化物半導体層４１とｐ側第２窒化物半導体層４２とｐ側第３窒化物半導体層４３とｐ側第４窒化物半導体層４４とを含んでいる。そのため、ｐ側窒化物半導体層４の光透過率の減少を抑えつつ、ｐ側窒化物半導体層４におけるＭｇの活性化率を高くできる。したがって、本実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、動作電圧の低い窒化物半導体発光素子を作製することができる。
【実施例】
【００３２】
実施例１．
実施例１の発光素子を以下のようにして作製した。
まず、ｃ面を上面とするサファイア基板１０を準備し、その上面に、ノンドープのＧａＮからなるバッファ層１１を形成した。
次に、バッファ層１１の上に、ノンドープのＧａＮ層と、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層とを有するｎ側窒化物半導体層２を形成した。
次に、ｎ側窒化物半導体層２の上に、Ａｌの混晶比が０．０９５のＡｌ０．０９５Ｇａ０．９０５Ｎからなる障壁層と、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、を交互に５ペア積層した多重量子井戸構造を有する活性層１４を形成した。
【００３３】
活性層３を形成した後、Ａｌの混晶比が０．２５のＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなるｐ側第１窒化物半導体層４１を２２．５ｎｍの厚さに成長させた。実施例１のｐ側第１窒化物半導体層４１を成長させる際の、Ｍｇの原料ガスであるＣｐ２Ｍｇの流量は、４８ｓｃｃｍとした。
次に、Ａｌの混晶比が０．０８５のＡｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎからなるｐ側第２窒化物半導体層４２を５０ｎｍの厚さに成長させた。実施例１のｐ側第２窒化物半導体層４１を成長させる際の、Ｍｇの原料ガスであるＣｐ２Ｍｇの流量は、６ｓｃｃｍとした。
次に、Ａｌの混晶比が０．０８５のＡｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎからなるｐ側第３窒化物半導体層４３を５５ｎｍの厚さに成長させた。実施例１のｐ側第３窒化物半導体層４１は、Ｍｇの原料ガスであるＣｐ２Ｍｇの供給を停止して成長させた。
次に、Ａｌの混晶比が０．０６５のＡｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎからなるｐ側第４窒化物半導体層４４を１２ｎｍの厚さに成長させた。実施例１のｐ側第４窒化物半導体層４４を成長させる際の、Ｍｇの原料ガスであるＣｐ２Ｍｇの流量は、１０１ｓｃｃｍとした。
【００３４】
次に、ｐ側窒化物半導体層４及び活性層３の一部を除去してｎ側電極形成領域を露出させてその露出させたｎ側電極形成領域に接するｎ電極５１を形成し、ｐ側第４窒化物半導体層４４上にｐ電極５２を形成した。
以上のよう実施例１の発光素子を作製した。
【００３５】
参考例１．
実施例１の発光素子において、ｐ側第２窒化物半導体層４２を形成することなく、Ｍｇの原料ガスであるＣｐ２Ｍｇの供給を停止して成長させたｐ側第３窒化物半導体層を１０５ｎｍの厚さに成長させた以外は、実施例１の発光素子と同様にして参考例１の発光素子を作製した。
【００３６】
以上のようにして作製した実施例１の発光素子と参考例１の発光素子についてそれぞれ１００ｍＡの電流を流したときの順方向電圧Ｖｆと発光強度とを評価した。
その結果、実施例１の発光素子の順方向電圧Ｖｆは３．７２５Ｖであるのに対して、参考例１の発光素子の順方向電圧Ｖｆは３．７５５Ｖであった。また、実施例１の発光素子１の発光強度は４９ｍＶであるのに対して、参考例１の発光素子の発光強度は４８ｍＶであった。
【００３７】
以上のように、ｐ側第２窒化物半導体層４２を含む実施例１の発光素子は、参考例１の発光素子に比較して、同じ１００ｍＡの電流を流したときの順方向電圧Ｖｆを低くできかつ発光強度を高くすることができることが確認された。
【符号の説明】
【００３８】
１０  成長基板
１０ａ  バッファ層
２  ｎ側窒化物半導体層
３  活性層
４  ｐ側窒化物半導体層
４１  ｐ側第１窒化物半導体層
４２  ｐ側第２窒化物半導体層
４３  ｐ側第３窒化物半導体層
４４  ｐ側第４窒化物半導体層
５１  ｎ電極
５２  ｐ電極
【図１】
2020194837.tif 000003
【図２】
2020194837.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月18日(2019.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
以上のようにして作製した実施例１の発光素子と参考例１の発光素子についてそれぞれ１００ｍＡの電流を流したときの順方向電圧Ｖｆと発光強度とを評価した。
その結果、実施例１の発光素子の順方向電圧Ｖｆは３．７２５Ｖであるのに対して、参考例１の発光素子の順方向電圧Ｖｆは３．７５５Ｖであった。また、実施例１の発光素子１の発光強度は４９ｍＷであるのに対して、参考例１の発光素子の発光強度は４８ｍＷであった。