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公開番号2024143415
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056078
出願日2023-03-30
発明の名称窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法
出願人旭化成株式会社,国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人
主分類H01S 5/042 20060101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】窒化物半導体素子において、クラッド層の劣化抑制とキャリアの注入効率向上を両立する。
【解決手段】窒化物半導体素子は、Alを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、第1導電型の窒化物半導体を含む第1導電型クラッド層と、第1導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第2導電型のAlを含む窒化物半導体で形成された第2導電型クラッド層と、を有している。第2導電型クラッド層は、第2導電型クラッド層に含まれる炭素または酸素の濃度プロファイルが少なくとも1か所で窒化物半導体基板から遠ざかるにつれて不連続に減少する領域を有している。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
を備え、
前記半導体積層部は、
第１導電型の窒化物半導体を含む第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
前記発光層上に配置され、第２導電型のＡｌを含む窒化物半導体で形成された第２導電型クラッド層と、
を有し、
前記第２導電型クラッド層は、前記第２導電型クラッド層に含まれる炭素または酸素の濃度プロファイルが少なくとも１か所で前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれて不連続に減少する領域を有する
窒化物半導体素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記濃度プロファイルが不連続に減少する領域は、前記第２導電型クラッド層の前記窒化物半導体基板側から５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下の領域に存在する
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第２導電型クラッド層のうち前記濃度プロファイルが不連続に減少する領域は、Ａｌ
ｄ
Ｇａ
（１－ｄ）
Ｎ（０．８０≦ｄ≦１．０）で形成されている
請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第２導電型クラッド層の前記濃度プロファイルが不連続に減少する領域よりも前記窒化物半導体基板側の領域における前記炭素の濃度は、１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下である
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第２導電型クラッド層は、前記濃度プロファイルが不連続に減少する領域よりも前記窒化物半導体基板側の領域における前記酸素の濃度は、１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下である
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板である
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１導電型クラッド層は、Ａｌ
ａ
Ｇａ
（１－ａ）
Ｎ（０．６５＜ａ≦０．９）で形成されている
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記第１導電型クラッド層の厚さは、２５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である、
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、
前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、
を備える、
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を備え、
前記第２導電型クラッド層は、Ａｌ
ｄ
Ｇａ
（１－ｄ）
Ｎ（０．１≦ｄ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｄが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が５００ｎｍ以下である
請求項１に記載の窒化物半導体素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ライトエミッティングダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）等を形成するための材料として窒化物半導体が用いられている。窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点で、ＬＥＤおよびＬＤのための材料として適している。このような窒化物半導体が用いられたレーザダイオードの一例として、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｚｈａｎｇｅｔａｔ．，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ１２、１２４００３（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレーザダイオード等の窒化物半導体素子は、キャリア（電子又は正孔）の注入効率を向上させることはできるものの、クラッド層の劣化抑制が十分でなかった。
本開示の目的は、クラッド層の劣化抑制とキャリアの注入効率向上を両立可能な窒化物半導体素子及び窒化物半導体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】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体素子は、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、第１導電型の窒化物半導体を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第２導電型のＡｌを含む窒化物半導体で形成された第２導電型クラッド層と、を有している。第２導電型クラッド層は、第２導電型クラッド層に含まれる炭素または酸素の濃度プロファイルが少なくとも１か所で前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれて不連続に減少する領域を有している。
【０００６】
また、本開示の他の態様に係る窒化物半導体素子の製造方法は、Ａｌを含む窒化物半導体基板上に、第１導電型の窒化物半導体を含む第１導電型クラッド層を形成し、第１導電型クラッド層上に、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体により発光層を形成し、ウエハ温度が９００℃以上１０００℃以下であり、リアクタ圧力が１５ｍｂａｒ以上３５０ｍｂａｒ以下の条件で、第２導電型の窒化物半導体を含む第２導電型クラッド層の一部を形成し、ウエハ温度が１０３０℃以上１１００℃以下であり、リアクタ圧力が１５ｍｂａｒ以上３５０ｍｂａｒ以下の条件で第２導電型クラッド層の残りの一部を形成して、窒化物半導体基板上に半導体積層部を形成する。
なお、上述した発明の概要は、本開示にかかる発明の特徴の全てを列挙したものではない。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、クラッド層の劣化抑制とキャリアの注入効率向上を両立可能な窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子におけるＡｌ組成比の一構成例を示すグラフである。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の第２導電型クラッド層上面の構造を示すＡＦＭ写真である。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の第２導電型クラッド層上面の構造を示すＳＥＭ写真である。
従来の窒化物半導体素子の第２導電型クラッド層上面の構造を示すＡＦＭ写真である。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の一構成例を示す平面模式図である。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の一構成例を示す断面模式図である。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の一構成例を示す断面模式図である。
本開示の実施形態に係る窒化物半導体素子の一構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態を通じて本開示に係る窒化物半導体素子を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
また、以下の説明では、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
【００１０】
１．第１の実施形態
本開示の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子について説明する。本実施形態に係る窒化物半導体素子は、例えばレーザダイオードである。
以下、窒化物半導体素子がレーザダイオードである場合について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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