(57)【要約】【課題】ＥＳＤ耐圧を向上させること。【解決手段】本発明は、窒化物半導体層からなる井戸層２１を形成する工程と、井戸層２１上に窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いてバリア層２３を形成する工程と、を含むＭＱＷ活性層２４を形成する工程を有する発光素子の製造方法である。本発明によれば、ＭＱＷ活性層２４内のバリア層２３を窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて成長するため、ＥＳＤ耐圧を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層からなる井戸層を形成する工程と、前記井戸層上に窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いてバリア層を形成する工程と、を含むＭＱＷ活性層を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記井戸層を形成する際のキャリアガスは窒素であり、前記バリア層を形成する工程は、窒素からなるキャリアガスを用いて第１バリア層を形成する工程と、前記第１バリア層上に、窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて第２バリア層を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記バリア層を形成する工程は、トリメチルガリウムおよびアンモニアからなる成長ガスを用い、成長温度が８２０〜８４０℃および成長圧力が２９０〜３１０ｔｏｒｒの条件で実行されることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記バリア層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮおよびサファイアのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記活性層の形成はＭＯＣＶＤ法を用いることを特徴とする請求項１記載の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、発光素子の製造方法に関し、特に窒化物半導体層を有する発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子として窒化物半導体層を有するＬＥＤが用いられている。このようなＬＥＤには、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：多重量子井戸）構造を有する活性層が用いられている。ＭＱW活性層を形成する際は、特許文献１に記載されているように窒素をキャリアガスとして用いる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１００４７４号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会技術研究報告  Vol.105 No.326 pp.81-84.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体層を有するＬＥＤにおいては、静電気放電（ＥＳＤ：ｅｌｅｃｔｒｏ  ｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）耐圧が低いという課題がある。ＭＱＷ活性層を形成する際は、特許文献１に記載されているように窒素をキャリアガスとして用いる。非特許文献１には、ＭＱＷ活性層のうちＧａＮバリア層の成長において水素を１％添加したキャリアガスを用いる方法が開示されている。
【０００５】
本発明は、ＥＳＤ耐圧を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、窒化物半導体層からなる井戸層を形成する工程と、前記井戸層上に窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いてバリア層を形成する工程と、を含むＭＱＷ活性層を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。本発明によれば、ＭＱＷ活性層内のバリア層を窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて成長するため、ＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
【０００７】
上記構成において、前記井戸層を形成する際のキャリアガスは窒素であり、前記バリア層を形成する工程は、窒素からなるキャリアガスを用いて第１バリア層を形成する工程と、前記第１バリア層上に、窒素および全キャリアガス流量に対して２％以上の割合の水素を含有するキャリアガスを用いて第２バリア層を形成する工程と、を含む構成とすることができる。この構成によれば、水素を含有したキャリアガスにより井戸層が削れることを抑制することができる
【０００８】
上記構成において、前記バリア層を形成する工程は、トリメチルガリウムおよびアンモニアからなる成長ガスを用い、成長温度が８２０〜８４０℃および成長圧力が２９０〜３１０ｔｏｒｒの条件で実行される構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記バリア層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなる構成とすることができる。また、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ，ＧａＮおよびサファイアのいずれかである構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記ＭＱＷ活性層の形成はＭＯＣＶＤ法を用いる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＥＳＤ耐圧を向上させることがきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
特許文献１のように、従来、ＭＱＷ活性層を成長する際は窒素ガスをキャリアガスとして用いることが知られている。発明者は、ＭＱＷ活性層のうちバリア層を成長する際にキャリアガスに所定の流量の水素を添加することによりＥＳＤ耐圧が向上することを見出した。以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１および図２を用い、実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。図１を参照に、（０００１）を主面とするサファイア基板１０上にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長 ）法を用い、ＡｌＮバッファ層１２、ＳｉドープＧａＮバッファ層１４、アンドープＧａＮバッファ層１６、ｎ型ＧａＮ中間層１８、ｎ型ＧａＮコンタクト層２０、ｎ型ＧａＮ層２２、ＭＱＷ活性層２４、ｐ型ＧａＮ層２６を順次成長する。
【００１３】
各層の成長条件は以下である。
ＡｌＮバッファ層１２の成長条件
膜厚：５８０ｎｍ
ドープ濃度：アンドープ
原料ガス：ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＮＨ３
キャリアガス：水素
圧力：５０Ｔｏｒｒ
成長温度：１０４０℃（成長１）、１１４０℃（成長２）
成長途中で成長１から成長２に成長温度を変えている。
【００１４】
ＳｉドープＧａＮバッファ層１４の成長条件
膜厚：６０ｎｍ
Ｓｉドープ濃度：１．５×１０１９ｃｍ−３
原料ガス：ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３、ＳｉＨ４
キャリアガス：水素
圧力：２００Ｔｏｒｒ
成長温度：１０４０℃
【００１５】
アンドープＧａＮバッファ層１６の成長条件
膜厚：１３３０ｎｍ
ドープ濃度：アンドープ
原料ガス：ＴＭＧ、ＮＨ３
キャリアガス：水素
圧力：２００Ｔｏｒｒ
成長温度：１０４０℃
【００１６】
ｎ型ＧａＮ中間層１８の成長条件
膜厚：１３８０ｎｍ
Ｓｉドープ濃度：１．５×１０１９ｃｍ−３
原料ガス：ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４
キャリアガス：水素
圧力：１００Ｔｏｒｒ
成長温度：１０４０℃
【００１７】
ｎ型ＩｎＧａＮＩｎコンタクト層２０の成長条件
膜厚：５００ｎｍ
原料ガス：ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ３、ＳｉＨ４
Ｓｉドープ濃度：１．５×１０１９ｃｍ−３
キャリアガス：水素
圧力：２００Ｔｏｒｒ
成長温度：１１８０℃
【００１８】
ｎ型ＧａＮ層２２の成長条件
膜厚：１７０ｎｍ
Ｓｉドープ濃度：１．５×１０１９ｃｍ−３
原料ガス：ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４
キャリアガス：水素
圧力：１００Ｔｏｒｒ
成長温度：１０４０℃
【００１９】
ＭＱＷ活性層２４の成長条件
膜厚：６５ｎｍ
層数：井戸層５層、バリア層７層
井戸層：Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ
膜厚：２．２ｎｍ
ドープ濃度：アンドープ
原料ガス：ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ、ＮＨ３
キャリアガス：窒素
圧力：３００Ｔｏｒｒ
成長温度：７２０℃
バリア層：ＧａＮ
膜厚：９．５ｎｍ
ドープ濃度：５×１０１７ｃｍ−３
原料ガス：ＴＥＧ、ＮＨ３
キャリアガス：水素１ＳＬＭと窒素１２ＳＬＭとの混合ガス：ただし、バリア層の初期成長時（第１バリア層の成長時）においては、窒素キャリアガスのみでバリア層を成長する。
圧力：３００Ｔｏｒｒ
成長温度：８３０℃
【００２０】
ｐ型ＧａＮ層２６の成長条件
膜厚：２００ｎｍ
Ｍｇドープ濃度：４×１０１９ｃｍ−３
原料ガス：ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）
キャリアガス：水素
圧力：２００Ｔｏｒｒ
成長温度：９７５℃
【００２１】
図２を参照に、ｎ型電極３０を形成する領域を選択的に、ｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層２０までドライエッチングする。エッチングされなかった部分にはメサ形状の半導体構造が残り、この部分が発光部となる。蒸着法を用いｐ型ＧａＮ層２６上の一部にｐ型ＧａＮ層２６に電気的に接続するようにＮｉＡｕからなるｐ型電極２８を形成する。大気中で５００℃のアニールを行い、ｐ型ＧａＮ層２６との合金を形成する。溝の底面の一部に、蒸着法を用いｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層２０に電気的に接続するように、下からＴａ／Ａｌ／Ｐｔからなるｎ型電極３０を形成する。大気中で５００℃のアニールを行い、ｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層２０との合金を形成する。以上により図２の構造が完成する。この後、公知の方法により酸化シリコンからなる保護膜（不図示）やｐ型電極２８およびｎ型電極３０に接続する電極パッド（不図示）が形成される。
【００２２】
スクライブ法を用い、基板１０の裏面からウェハを分割し、例えば約３５０μｍ×３５０μｍのチップに分割する。その後、パッケージに実装する。以上により、実施例１に係るＬＥＤが完成する。なお、ｐ型電極２８およびｎ型電極３０はＩＴＯ（酸化インジウム錫）等を用いることもできる。
【００２３】
図３は、ｎ型ＧａＮ層２２、活性層２４およびｐ型ＧａＮ層２６のキャリアガス中の水素濃度（窒素および全キャリアガス流量に対する水素の割合）および成長する層のＩｎ組成比を時間に対し示した図である。なお、活性層２４中のＧａＮバリア層２３およびＩｎＧａＮ井戸層２１の層数を省略して図示している。図３のように、ｎ型ＧａＮ層２２、ｐ型クラッド層活性層２４を成長する際は、水素をキャリアガスとして用いる。一方、井戸層２１を成長する際は窒素をキャリアガスとして用いている。これは、水素をキャリアガスとすると、井戸層２１を成長する際にＩｎＧａＮの井戸層２１が水素により削れてしまうためである。ＧａＮバリア層２３は第１バリア層２３ａと第２バリア層２３ｂとを有している。
【００２４】
第１バリア層２３ａは、膜厚が１．５ｎｍであり、井戸層２１上に形成され、キャリアガスは井戸層２１を形成する際のキャリアガスと同じ窒素である。第１バリア層２３ａの膜厚は１．５ｎｍ以上が好ましい。これは、第２バリア層２３ｂ成長中にキャリアガスとして添付した水素の影響により、第１バリア層２３ａが消失してしまうことを抑制するためである。これにより、第２バリア層２３ｂの成長中に第１バリア層２３ａ下の井戸層２１が露出することを抑制できる。
【００２５】
第２バリア層２３ｂは、膜厚が８ｎｍであり、第１バリア層２３ａ上に形成され、キャリアガスは窒素に加え水素濃度ｘの水素が含まれている。第２バリア層２３ｂを形成する場合には、キャリアガスとして供給される窒素に対して水素流量を徐々に増加させてもよい。例えば、全キャリアガスの総流量に対する水素流量の割合を最終的に２％とする場合、水素流量の割合を、０．５％、１．０％、１．５％および２．０％の順にステップ的に増加させることができる。
【００２６】
表１は、試作した試料１から試料３の第２バリア層２３ｂを形成する際のキャリアガスの水素濃度ｘを示した表である。試料１は比較例であり、キャリアガスは水素濃度が０％、窒素が１００％である。
【表１】
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【００２７】
試料１から試料３に係るＬＥＤについて、逆方向のＥＳＤ耐圧を評価した。ＥＳＤ印加は、１．５ｋΩの抵抗、１００ｐＦの容量を付加したヒューマンボディモデルを用い、５回印加した後ＬＥＤが破壊されているかを判定した。すなわち、逆方向電圧の印加（５回実施）の前後におけるＬＥＤの破壊を判定して、ＬＥＤが破壊されていない場合は、その逆方向電圧を上昇させる。ＬＥＤが破壊されている場合は、その電圧をＥＳＤ耐圧とした。なお、ＬＥＤの破壊の判定は、ＬＥＤの発光の確認および順方向通電時の電圧値の変動で行った。各試料のＥＳＤ耐圧を表１に示す。
【００２８】
図４は、第２バリア層２３ｂを成長する際のキャリアガスの水素濃度に対するＥＳＤ耐圧を示した図である。ここで、水素濃度２％とは、窒素および全キャリアガスの全流量に対する水素の流量が２％であることを示す。
【００２９】
図４より、キャリアガス中の水素濃度は２％以上が好ましく、その場合には、ＥＳＤ耐圧が高くなる。このとき、ＬＥＤのＥＳＤ耐圧として実用レベルの２０００Ｖ以上を得ることができる。これは、第２バリア層２３ｂの結晶性が改善するためと考えられる。また、水素濃度のより好ましい範囲は８％以上である。このように、井戸層２１の成長は水素を含まないキャリアガス（例えば窒素のような不揮発性ガス）を用い井戸層の削れを抑制する。一方、バリア層２３の成長は水素を２％以上含むキャリアガスを用い、ＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
【００３０】
実施例１では、バリア層２３の形成する際の成長ガスがＴＥＧ、アンモニア（ＮＨ３）、成長温度が８３０℃、成長圧力が３００ｔｏｒｒを例に説明した。ＥＳＤ耐圧を向上させるためには、成長ガスがＴＥＧおよびＮＨ３、成長温度が８２０〜８４０℃、成長圧力が２９０〜３１０ｔｏｒｒであることが好ましい。
【００３１】
活性層２４は発光する層として機能すれば、ＧａＮおよびＩｎＧａＮ以外の窒化物半導体層であってもよい。特に、ＧａＮバリア層２３は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることが好ましい。
【００３２】
第１バリア層２３ａは有さなくともよいが、井戸層２１上に直接第２バリア層２３ｂを形成すると、第２バリア層２３ｂを成長する際の水素により、井戸層２１が削れることがある。このため、井戸層２１を形成する際のキャリアガスは窒素であり、第１バリア層２３ａは、井戸層２１を形成する際に用いるキャリアガスと同じ窒素キャリアガスを用い形成し、第２バリア層２３ｂは、水素濃度が２％以上であるキャリアガスを用い形成することが好ましい。
【００３３】
実施例１において、サファイア基板１０を用いる例を説明したが、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板およびＧａＮ基板のいずれかを用いてもよい。また、ｎ型ＧａＮ層２２、ｐ型ＧａＮ層２６は、活性層２４より屈折率が大きければ、ＧａＮ以外の窒化物半導体層であってもよい。
【００３４】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は実施例１に係るＬＥＤの製造方法を示す断面図である。
【図２】図２は実施例１に係るＬＥＤの断面図である。
【図３】図３は、実施例１のキャリアガス中の水素濃度を示す図である。
【図４】図４は、各資料のＥＳＤ耐圧を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０          基板
１２          ＡｌＮバッファ層
１４          ＳｉドープＧａＮバッファ層
１６          アンドープＧａＮバッファ層
１８          ｎ型ＧａＮ中間層
２０          ｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層
２１          井戸層
２２          ｎ型ＧａＮ層
２３          バリア層
２３ａ        第１バリア層
２３ｂ        第２バリア層
２４          活性層
２６          ｐ型ＧａＮ層
２８          ｐ型電極
３０          ｎ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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