(57)【要約】【課題】本発明は、漏れ電流の発生を防止する電流遮断部を形成することによって、発光効率を向上させる窒化物半導体発光素子などを提供する。【解決手段】本発明の窒化物半導体発光素子は、基板とｎ型窒化物層との間に形成された電流遮断部と、前記ｎ型窒化物層の上部面に形成された活性層と、前記活性層の上部面に形成されたｐ型窒化物層とを含み、前記電流遮断部は、ＡｌｘＧａ（１―ｘ）Ｎ層で、前記Ａｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有することを特徴とする。【選択図】図３
2014522126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とｎ型窒化物層との間に形成された電流遮断部；
前記ｎ型窒化物層上に形成された活性層；及び
前記活性層上に形成されたｐ型窒化物層；を含み、
前記電流遮断部は絶縁物質を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板は、凹凸構造が形成された上部面を有す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。
【請求項３】
前記基板とｎ型窒化物層との間にバッファー層をさらに含み、
前記電流遮断部は、前記バッファー層の上部面、前記バッファー層の下部面及び前記バッファー層の内部のうち少なくともいずれか一つに形成され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。
【請求項４】
前記電流遮断部は、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｒの電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した酸化物層、前記電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した窒化物層、及びＡｌ含有窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流遮断部はＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０．１≦ｘ≦０．４）で形成され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。
【請求項６】
前記電流遮断部は、０．０２μｍないし０．５μｍの厚さで形成されることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記電流遮断部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ層で、前記Ａｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有す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。
【請求項８】
前記電流遮断部は、
第１の電流遮断層；
前記第１の電流遮断層の上部面に形成された第２の電流遮断層；及び
前記第２の電流遮断層の上部面に形成された第３の電流遮断層；
を含む少なくとも３層の積層構造で形成され、
前記第１の電流遮断層は、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層で、前記第２の電流遮断層は、ｐ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層で、前記第３の電流遮断層は、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層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。
【請求項９】
前記第１の電流遮断層と第３の電流遮断層は、前記第２の電流遮断層のｐ型ドーパントの濃度より高い濃度のｎ型ドーパントを含有したことを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記Ａｌ含量は、前記電流遮断部のアルミニウム及びガリウムの全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％であることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１の電流遮断層ないし第３の電流遮断層のそれぞれは、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ層で、前記Ａｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の囲を有することを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
基板とｎ型窒化物層との間に電流遮断部を形成する段階；
前記ｎ型窒化物層上に活性層を形成する段階；及び
前記活性層上にｐ型窒化物層を形成する段階；を含むみ、
前記電流遮断部を形成する段階では、
前記電流遮断部は、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｒの電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した酸化物層、前記電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した窒化物層、及びＡｌ含有窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含んで形成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。
【請求項１３】
基板とｎ型窒化物層との間に電流遮断部を形成する段階；
前記ｎ型窒化物層上に活性層を形成する段階；及び
前記活性層上にｐ型窒化物層を形成する段階；を含み、
前記電流遮断部を形成する段階は、
ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第１の電流遮断層と、前記第１の電流遮断層の上部面に形成され、ｐ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第２の電流遮断層と、前記第２の電流遮断層の上部面に形成され、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第３の電流遮断層と、を含む少なくとも３層の積層構造で形成するし、
前記第１の電流遮断層、第２の電流遮断層及び第３の電流遮断層のそれぞれにおいて、アルミニウムの含量がアルミニウム及びガリウムの全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％になるようにアルミニウムの含量を調節し、
前記第１の電流遮断層と第３の電流遮断層は、ＡｌＧａＮ層にｎ型ドーパントを注入するイオン注入方法を用いてｎ―ＡｌＧａＮ層に形成し、
前記第２の電流遮断層は、ＡｌＧａＮ層にｐ型ドーパントを注入するイオン注入方法を用いてｐ―ＡｌＧａＮ層に形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、漏れ電流を遮断できる窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な窒化物半導体発光素子を概略的に示した図である。
【０００３】
窒化物半導体発光素子は、図１に示したように、サファイア基板１０上にバッファー層１１、ｎ型窒化物層１２、多重量子井戸構造の活性層１５及びｐ型窒化物層１４が順次積層された構造を含む。ｐ型窒化物層１４の上部面にはｐ側電極１５が形成され、ｎ型窒化物半導体層１２の露出した面にはｎ側電極１６が形成される。
【０００４】
窒化物半導体発光素子は、活性層１３に電子と正孔を注入し、これら電子と正孔が再結合されながら発光するようになる。
【０００５】
このような活性層１３の発光効率を向上させるために、光抽出効率、すなわち、内部量子効率と外部量子効率を改善する二つの側面で研究が活発に進められている。
【０００６】
一般に、内部量子効率と関連する改善方案は、特許文献１に開示されたように、主に活性層から発生する光効率を高めることに主眼点があった。
【０００７】
一方、窒化物半導体発光素子の面積が大きくなるにつれて、面積全体にわたって電流拡散が均一に行われ難い。その結果、窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層とバッファー層との間に漏れ電流が増加するようになる。このような漏れ電流の増加によって活性層で低い電流密度を示すようになり、内部量子効率が低下するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】大韓民国公開特許公報第１０―２０１０―００３７４３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一つの目的は、漏れ電流を防止し、発光効率を向上させた窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記の窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明の窒化物半導体発光素子は、基板とｎ型窒化物層との間に形成された電流遮断部；前記ｎ型窒化物層の上部面に形成された活性層；及び前記活性層の上部面に形成されたｐ型窒化物層；を含み、前記電流遮断部は絶縁物質を含有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の窒化物半導体発光素子において、前記電流遮断部は、酸化物層、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｒの電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した酸化物層、前記電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した窒化物層、及びＡｌ含有窒化物層のうち一つ以上の層を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の窒化物半導体発光素子において、前記電流遮断部は、Ａｌ含有窒化物層、例えば、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ層で、前記ｘが０．１ないし０．４のアルミニウム含量を有し、０．０２μｍないし０．５μｍの厚さ範囲を有することを特徴とする。
【００１４】
より望ましくは、本発明の窒化物半導体発光素子において、前記電流遮断部は、前記アルミニウム含量（ｘ）と電流遮断部の厚さ（Ｔ）との積（ｘＴ）が０．０１ないし０．０６である。
【００１５】
本発明の窒化物半導体発光素子において、前記電流遮断部は、前記基板方向に形成された第１の電流遮断層；前記第１の電流遮断層の上部面に形成された第２の電流遮断層；及び前記第２の電流遮断層の上部面に形成された第３の電流遮断層；を含む少なくとも３層の積層構造で形成され、前記第１の電流遮断層はｎ型ドーパントを含有したｎ―ＡｌＧａＮ層で、前記第２の電流遮断層はｐ型ドーパントを含有したｐ―ＡｌＧａＮ層で、前記第３の電流遮断層はｎ型ドーパントを含有したｎ―ＡｌＧａＮ層であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板上に電流遮断部を形成する段階；前記電流遮断部上にｎ型窒化物層を形成する段階；前記ｎ型窒化物層上に活性層を形成する段階；及び前記活性層上にｐ型窒化物層を形成する段階；を含み、前記電流遮断部は絶縁物質を含有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記電流遮断部を形成する段階は、前記基板とｎ型窒化物層との間にバッファー層を形成する段階をさらに含み、前記電流遮断部は、前記バッファー層の上部面、前記バッファー層の下部面及び前記バッファー層の内部のうち少なくともいずれか一つに形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の窒化物半導体発光素子及びその製造方法によると、電流遮断の機能を行う電流遮断部を用いて、電流がバッファー層と基板に漏れず活性層のみに流れるようにすることによって、発光効率を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の窒化物半導体発光素子の基本構造を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る窒化物半導体発光素子を説明するための断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。ここで、本発明の実施形態は多様な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されることはない。
【００２１】
図２に示したように、本発明の一実施例に係る窒化物半導体発光素子は、基板１００、バッファー層１１０、電流遮断部１２０、ｎ型窒化物層１３０、活性層１４０、ｐ型窒化物層１５０、透明電極層１６０、ｐ側電極１７１及びｎ側電極１７２を含む。
【００２２】
基板１００としては、ＧａＮ基板、又は上部面に凹凸構造が形成されたサファイア基板を使用することができる。
【００２３】
バッファー層１１０は、選択的に基板１００の上部面を覆うように備えられる層であって、基板１００と電流遮断部１２０との間の格子不整合を解消するためにＡｌＮ又はＧａＮで形成することができる。ここで、基板１００として上部面に凹凸構造が形成されたサファイア基板を使用する場合、バッファー層１１０は、凹凸構造が形成された基板１００の上部面を埋め込んで覆う形態に形成することもできる。
【００２４】
電流遮断部１２０は、バッファー層１１０とｎ型窒化物層１３０との間に形成され、電流がバッファー層１１０と基板１００に漏れず活性層１４０に限定して流れるように電流を遮断する機能を行うことができる。ここで、電流遮断部１２０は、バッファー層１１０の上部面、下部面及び内部のうちいずれか一つに形成することもできる。
【００２５】
電流遮断部１２０は、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物を少なくとも一つ含有した酸化物又は窒化物からなる層、又はＡｌ含有窒化物層を含んで形成することができる。ここで、電流遮断部１２０は、具体的に、ＳｉＯ２などの酸化物層、ＳｉＮ層、アンドープのＧａＮ（ｕｎｄｏｐｅ―ＧａＮ）層及びＩｎＧａＮなどの窒化物、又はこのような酸化物又は窒化物にＴｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物が含有された層、ＡｌＧａＮ層を含んで形成することもできる。
【００２６】
電流遮断部１２０の厚さは、層の材質に応じて決定され、例えば、ＡｌＧａＮｊからなる層である場合は、０．０２μｍないし０．５μｍの厚さ範囲を有することができる。ここで、電流遮断部１２０の厚さがこの範囲を逸脱して０．０２μｍ未満である場合は、電流遮断を行うことができなく、０．５μｍを超える場合は、ｎ型窒化物層１３０との格子不整合が発生し、変形（ｓｔｒａｉｎ）欠陥を発生させる。
【００２７】
ｎ型窒化物層１３０は、電流遮断部１２０の上部面に備えられる層であって、例えば、ＳｉをドーピングしたＡｌＧａＮからなる第１の層、及びアンドープのＧａＮからなる第２の層が交互に備えられた積層構造で形成することができる。もちろん、ｎ型窒化物層１３０は、単一の窒化物層に成長させることも可能であるが、第１の層と第２の層が交互に備えられた積層構造で形成し、クラックがなく、且つ結晶性の良いキャリア制限層として作用することができる。
【００２８】
活性層１４０は、ｎ型窒化物層１３０とｐ型窒化物層１５０との間で単一量子井戸構造又は量子井戸層と量子障壁層が交互に多数積層された多重量子井戸構造からなる層に備えることができる。ここで、活性層１４０は、多重量子井戸構造からなり、量子障壁層は、例えば、Ａｌが含まれたＡｌＧａＩｎＮの４元系窒化物層で、量子井戸層は、例えば、ＩｎＧａＮからなり得る。このような構造の活性層１４０は、発生する応力と変形による自発的な分極を抑制することができる。
【００２９】
ｐ型窒化物層１５０は、例えば、Ｍｇをｐ型ドーパントでドーピングしたｐ型ＡｌＧａＮの第１の層と、Ｍｇをドーピングしたｐ型ＧａＮからなる第２の層とを交互に備えた積層構造で形成することができる。また、ｐ型窒化物層１５０は、ｎ型窒化物層１３０と同様に、キャリア制限層として作用することができる。
【００３０】
透明電極層１６０は、ｐ型窒化物層１５０の上部面に透明伝導性酸化物からなり、その材質は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｇａなどの元素を含み、例えば、ＩＴＯ、ＣＩＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｉｎ２Ｏ３のうちいずれか一つで形成することができる。
【００３１】
このような本発明の一実施例に係る窒化物半導体発光素子は、バッファー層１１０とｎ型窒化物層１３０との間に電流遮断部１２０を備えており、電流遮断部１２０の絶縁機能により、電流がバッファー層１１０と基板１００に漏れず活性層１４０に限定して流れるようになる。
【００３２】
ここで、電流遮断部１２０がバッファー層１１０とｎ型窒化物層１３０との間に備えられるが、これに限定されることはなく、電流遮断部１２０は、基板１００とバッファー層１１０との間に形成したり、又はバッファー層１１０の内部に形成することもできる。
【００３３】
このような電流遮断部１２０の効率を検証するために、例えば、１２００μｍ×６００μｍサイズのチップにおいて、２μｍ厚のバッファー層１１０と４μｍ厚のｎ型窒化物層１３０との間に電流遮断部１２０が所定の厚さとＡｌＧａＮ層で形成される場合を適用する。ここで、電流遮断部１２０のＡｌ含量は、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％、すなわち、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎにおいて、前記ｘが０．１ないし０．４の範囲を有することが望ましい。
【００３４】
具体的に、他の各層の条件は同一にし、表１に記載したＡｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）条件のＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎで電流遮断部１２０をそれぞれ形成した後、１μＡの電流を印加して測定された電圧が２．１Ｖ以上に検出される割合（％）、すなわち、１μＡＶｆ収率を示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１を参照すると、１μＡＶｆ収率は、Ａｌ含量（ｘ）と厚さ（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲で向上し、その結果、低電流収率が高くなることが分かる。
【００３７】
このような特性は、電流遮断部１２０が電流遮断の機能を行い、電流がバッファー層１１０と基板１００に漏れず活性層１４０のみに流れるようにした結果であると見なすことができる。
【００３８】
以下では、本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子について図３を参照して説明する。ここで、窒化物半導体発光素子の関連する公知構成又は機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断された場合、それについての詳細な説明は省略する。
【００３９】
本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子は、図３に示したように、基板２００、バッファー層２１０、少なくとも３層の積層構造で形成された電流遮断部２２０、ｎ型窒化物層２３０、活性層２４０、ｐ型窒化物層２５０、透明電極層２６０、ｐ側電極２７１及びｎ側電極２７２を含む。
【００４０】
電流遮断部２２０は、バッファー層２１０の上部面に順次形成された第１の電流遮断層２２１、第２の電流遮断層２２２、及び第３の電流遮断層２２３を含んで構成することができる。
【００４１】
電流遮断部２２０の電流遮断層２２１、２２２、２２３のそれぞれは、酸化物層、窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物を少なくとも一つ含有した酸化物又は窒化物からなる層、及びＡｌＧａＮ層より選ばれたいずれか一つの層に形成することができる。
【００４２】
例えば、各電流遮断層２２１、２２２、２２３のそれぞれは、前記各層より選ばれるいずれか一つの層に形成され、第１の電流遮断層２２１はＳｉＯ２の酸化物層、第２の電流遮断層２２２はアンドープＧａＮの窒化物層、第３の電流遮断層２２３はＡｌＧａＮ層に形成することもできる。
【００４３】
ここで、第１の電流遮断層２２１ないし第３の電流遮断層２２３は、それぞれＡｌ含量をアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％の範囲で差別的に含有し、ｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを有する窒化物層として、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層／ｐ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層／ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層のｎｐｎ多層構造で形成することもできる。
【００４４】
もちろん、第１の電流遮断層２２１ないし第３の電流遮断層２２３のそれぞれは、望ましくは、Ａｌ含量（ｘ）と厚さ（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有するように形成することができる。
【００４５】
このとき、第１の電流遮断層２２１と第３の電流遮断層２２３のｎ型ドーパントは、第２の電流遮断層２２２のｐ型ドーパントの濃度より高い濃度で含有される。
【００４６】
このような本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子は、第１の電流遮断層２２１から第３の電流遮断層２２３までｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを含有したｎｐｎ窒化物積層構造を適用する。
【００４７】
したがって、本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子は、ｎｐｎ構造を有する電流遮断部２２０において上下の高濃度ｎ型ドーパントを含有したｎ―ＡｌＧａＮ層の影響により、ｐ型ドーパントを含有したｐ―ＡｌＧａＮ層の接合領域が空欠領域に形成されることによって電流が遮断され、その結果、バッファー層２１０と基板２００に漏れる電流を完全に遮断することができる。
【００４８】
以下では、具体的に、本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法について図４ないし図８を参照して説明する。ここで、本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１の電流遮断層２２１から第３の電流遮断層２２３までｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントを含有したｎｐｎ窒化物積層構造の電流遮断部２２０を適用して説明する。
【００４９】
本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子を製造するために、図４に示したように、基板２００の上部面にバッファー層２１０と第１の電流遮断層２２１を順次形成する。ここで、基板２００としては、ＧａＮ基板又は上部面に凹凸構造が形成されたサファイア基板を使用することができる。
【００５０】
もちろん、基板２００の上部面にバッファー層２１０と第１の電流遮断層２２１を順次形成する前に、基板２００としてサファイア基板を使用し、基板２００の上部面に凹凸構造を形成することができる。
【００５１】
バッファー層２１０は、基板１１０と第１の電流遮断層２２１との間の格子不整合を解消するために、ＡｌＮ又はＧａＮなどの材質を用いて基板２００の上部面に選択的に形成することができる。ここで、基板２００として上部面に凹凸構造が形成されたサファイア基板を使用する場合、バッファー層２１０は、凹凸構造が形成された基板２００の上部面を埋め込んで覆う形態で形成することもできる。
【００５２】
バッファー層２１０を形成した後、第１の電流遮断層２２１がバッファー層２１０の上部面に形成される。第１の電流遮断層２２１は、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物を少なくとも一つ含有した酸化物又は窒化物からなる層、及びＡｌ含有窒化物層より選ばれたいずれか一つの層に形成することができる。ここで、Ａｌ含有窒化物層はＡｌＧａＮ層であり得る。
【００５３】
具体的に、第１の電流遮断層２２１は、ＡＬＥ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＡＰＣＶＤ（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｕｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）より選ばれたいずれか一つの気相エピタキシ成長方法でｎ―ＡｌＧａＮ層に形成することができる。もちろん、第１の電流遮断層２２１は、気相エピタキシ成長方法でＡｌＧａＮ層を形成した後、イオン注入方法でｎ型ドーパントを注入したｎ―ＡｌＧａＮ層に形成することができる。
【００５４】
このとき、第１の電流遮断層２２１は、ｎ―ＡｌＧａＮ層で形成し、Ａｌ含量は、アルミニウムとガリウムの全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％、すなわち、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０．１≦ｘ≦０．４）の範囲内で調節して形成することができる。望ましくは、第１の電流遮断層２２１は、Ａｌ含量（ｘ）と厚さ（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有するように形成することができる。
【００５５】
第１の電流遮断層２２１が形成された後、図５に示したように、ｐ―ＡｌＧａＮ層の第２の電流遮断層２２２が第１の電流遮断層２２１の上部面に形成される。第２の電流遮断層２２２は、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物を少なくとも一つ含有した酸化物又は窒化物からなる層、及びＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０．１≦ｘ≦０．４）層より選ばれたいずれか一つの層に形成することができる。
【００５６】
ここで、第２の電流遮断層２２２は、望ましくは、第１の電流遮断層２２１と同様に、ＡＬＥ、ＡＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤより選ばれたいずれか一つの気相エピタキシ成長方法でＡｌ含量と層厚との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有するｐ―ＡｌＧａＮ層に形成することができる。
【００５７】
第２の電流遮断層２２２が形成された後、図６に示したように、ｎ―ＡｌＧａＮ層の第３の電流遮断層２２３が第２の電流遮断層２２２の上部面に形成される。第３の電流遮断層２２３は、第１の電流遮断層２２１と同一に、酸化物層、アンドープ窒化物層、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒなどの電流遮断用不純物を少なくとも一つ含有した酸化物又は窒化物からなる層、及びＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０．１≦ｘ≦０．４）層より選ばれたいずれか一つの層に形成することができる。
【００５８】
ここで、第３の電流遮断層２２３は、第１の電流遮断層２２１の形成方法と同一に、気相エピタキシ成長方法でＡｌ含量と層厚との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有するｎ―ＡｌＧａＮ層に形成することができる。
【００５９】
このように第１の電流遮断層２２１ないし第３の電流遮断層２２３からなる電流遮断部２２０を形成した後、図７に示したように、ｎ型窒化物層２３０が第３の電流遮断層２２３の上部面に形成される。ここで、電流遮断部２２０がバッファー層２１０の上部面に形成されるが、電流遮断部２２０は、バッファー層２１０の上部面、下部面及び内部のうちいずれか一つに形成することもできる。
【００６０】
ｎ型窒化物層２３０の形成方法は、例えば、ＮＨ３、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、及びＳｉなどのｎ型ドーパントを含むシランガスを供給し、ｎ―ＧａＮ層をｎ型窒化物層２３０に成長させる。
【００６１】
ｎ型窒化物層２３０が形成された後、ｎ型窒化物層２３０の上部面に活性層２４０を成長させる。活性層２４０は、単一量子井戸構造又は量子井戸層と量子障壁層が交互に多数積層された多重量子井戸構造で形成することができ、本発明の他の実施例に係る活性層２４０は、量子井戸層と量子障壁層が交互に多数積層された多重量子井戸構造を適用する。
【００６２】
例えば、活性層２４０の量子障壁層は、例えば、Ａｌが含まれたＡｌＧａＩｎＮの４元系窒化物層で、量子井戸層は、例えば、ＩｎＧａＮで多数積層された多重量子井戸構造からなり、応力と変形による自発的な分極を抑制するように形成される。
【００６３】
このように活性層２４０を形成した後、一般的な窒化物半導体発光素子と同一に、活性層２４０の上部面方向にｐ型窒化物層２５０と透明電極層２６０を順次形成する。
【００６４】
透明電極層２６０まで形成された後、図８に示したように、透明電極層２６０の一領域からｎ型窒化物層２３０の一部まで露光エッチング（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｅｔｃｈｉｎｇ）してクリーニングし、ｎ型窒化物層２３０の一部領域を露出させることができる。
【００６５】
このようにｎ型窒化物層２３０の一部領域を露出させた後、透明電極層２６０の上部面と露出したｎ型窒化物層２３０の一部領域のそれぞれにｐ側電極２７１とｎ側電極２７２を形成する。
【００６６】
このような本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１の電流遮断層２２１から第３の電流遮断層２２３までｎ型ドーパントが含有されたＡｌＧａＮ層／ｐ型ドーパントが含有されたＡｌＧａＮ層／ｎ型ドーパントが含有されたＡｌＧａＮ層のｎｐｎ窒化物積層構造の電流遮断部２２０を形成する方法を説明するが、電流遮断部２２０は、これに限定されるものではなく、３層以上の積層構造で形成することもできる。
【００６７】
したがって、本発明の他の実施例に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、３層以上の積層構造を有する電流遮断部２２０を用いて電流がバッファー層２１０と基板２００に漏れることをさらに防止できる窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【００６８】
本発明の技術思想は、前記望ましい実施例によって具体的に記述されたが、上述した各実施例は、その説明のためのものであって、その制限のためのものではないことに注意しなければならない。
【００６９】
また、本発明の技術分野で通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施が可能であることを理解できるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月17日(2014.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とｎ型窒化物層との間に形成された電流遮断部；
前記ｎ型窒化物層上に形成された活性層；及び
前記活性層上に形成されたｐ型窒化物層；を含み、
前記電流遮断部は絶縁物質を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板は、凹凸構造が形成された上部面を有す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。
【請求項３】
前記基板とｎ型窒化物層との間にバッファー層をさらに含み、
前記電流遮断部は、前記バッファー層の上部面、前記バッファー層の下部面及び前記バッファー層の内部のうち少なくともいずれか一つに形成され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。
【請求項４】
前記電流遮断部は、酸化物層、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｒの電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した酸化物層、及び前記電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流遮断部はＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０．１≦ｘ≦０．４）で形成され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。
【請求項６】
前記電流遮断部は、０．０２μｍないし０．５μｍの厚さで形成されることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記電流遮断部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ層（０．１≦ｘ≦０．４）で、前記Ａｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の範囲を有す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。
【請求項８】
前記電流遮断部は、
第１の電流遮断層；
前記第１の電流遮断層の上部面に形成された第２の電流遮断層；及び
前記第２の電流遮断層の上部面に形成された第３の電流遮断層；
を含む少なくとも３層の積層構造で形成され、
前記第１の電流遮断層は、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層で、前記第２の電流遮断層は、ｐ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層で、前記第３の電流遮断層は、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮ層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。
【請求項９】
前記第１の電流遮断層と第３の電流遮断層は、前記第２の電流遮断層のｐ型ドーパントの濃度より高い濃度のｎ型ドーパントを含有したことを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記Ａｌ含量は、前記電流遮断部のアルミニウム及びガリウムの全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％であることを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１の電流遮断層ないし第３の電流遮断層のそれぞれは、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ層（０．１≦ｘ≦０．４）で、前記Ａｌ含量（ｘ）と層厚（μｍ）との積が０．０１ないし０．０６の囲を有することを特徴とする、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
基板とｎ型窒化物層との間に絶縁物質を含む電流遮断部を形成する段階；
前記ｎ型窒化物層上に活性層を形成する段階；及び
前記活性層上にｐ型窒化物層を形成する段階；を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
基板とｎ型窒化物層との間に電流遮断部を形成する段階；
前記ｎ型窒化物層上に活性層を形成する段階；及び
前記活性層上にｐ型窒化物層を形成する段階；を含み、
前記電流遮断部を形成する段階は、
ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第１の電流遮断層と、前記第１の電流遮断層の上部面に形成され、ｐ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第２の電流遮断層と、前記第２の電流遮断層の上部面に形成され、ｎ型ドーパントを含有したＡｌＧａＮで形成される第３の電流遮断層と、を含む少なくとも３層の積層構造で形成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。
【請求項１４】
前記電流遮断部は、アンドープ窒化物層、及びＡｌ含有窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記電流遮断部を形成する段階では、酸化物層、Ｔｉ、Ｆｅ及びＣｒの電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した酸化物層、及び前記電流遮断用不純物のうち少なくとも一つを含有した窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含んで形成することを特徴とする、請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記電流遮断部を形成する段階では、アンドープ窒化物層、及びＡｌ含有窒化物層より選ばれた少なくとも一つ以上の層を含んで形成することを特徴とする、請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の電流遮断層、第２の電流遮断層及び第３の電流遮断層のそれぞれにおいて、アルミニウムの含量がアルミニウム及びガリウムの全体の原子数の１０ａｔｏｍ％ないし４０ａｔｏｍ％になるようにアルミニウムの含量を調節することを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の電流遮断層と第３の電流遮断層は、ＡｌＧａＮ層にｎ型ドーパントを注入するイオン注入方法を用いてｎ―ＡｌＧａＮ層に形成し、
前記第２の電流遮断層は、ＡｌＧａＮ層にｐ型ドーパントを注入するイオン注入方法を用いてｐ―ＡｌＧａＮ層に形成することを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
窒化物半導体発光素子は、図１に示したように、サファイア基板１０上にバッファー層１１、ｎ型窒化物層１２、多重量子井戸構造の活性層１３及びｐ型窒化物層１４が順次積層された構造を含む。ｐ型窒化物層１４の上部面にはｐ側電極１５が形成され、ｎ型窒化物半導体層１２の露出した面にはｎ側電極１６が形成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
バッファー層２１０は、基板２００と第１の電流遮断層２２１との間の格子不整合を解消するために、ＡｌＮ又はＧａＮなどの材質を用いて基板２００の上部面に選択的に形成することができる。ここで、基板２００として上部面に凹凸構造が形成されたサファイア基板を使用する場合、バッファー層２１０は、凹凸構造が形成された基板２００の上部面を埋め込んで覆う形態で形成することもできる。
【国際調査報告】
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2014522126.tif 000013
2014522126.tif 000014
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