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公開番号2025098661
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2023214957
出願日2023-12-20
発明の名称紫外半導体発光素子及びその製造方法
出願人スタンレー電気株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10H 20/825 20250101AFI20250625BHJP()
要約【課題】高効率かつ高出力で、劣化が小さく優れた素子寿命を有する紫外半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】p型GaNコンタクト層16は、p型AlGaN層15上に成長された第1のp型GaN層16Aと、第1のp型GaN層上に成長された第2のp型GaN層16Bと、を有している。第1のp型GaN層及び第2のp型GaN層はマグネシウム(Mg)をpドーパントとして成長され、第1のp型GaN層の成長は、水素(H₂)及び窒素(N₂)をキャリアガスとして用いて行われ、キャリアガス中のN₂比率が50%以上であり、第2のp型GaN層の成長は、キャリアガスを水素(H₂)100%として用いて行われ、第1のp型GaN層は、第2のp型GaN層の成長におけるMg原料/Ga原料比の5倍以上のMg原料/Ga原料比となる条件によって成長される。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層、活性層、ｐ型ＡｌＧａＮ層及びｐ型ＧａＮコンタクト層を順次成長して紫外半導体発光素子を製造する方法であって、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層は、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上に成長された第１のｐ型ＧａＮ層と、前記第１のｐ型ＧａＮ層上に成長された第２のｐ型ＧａＮ層と、を有し、
前記第１のｐ型ＧａＮ層及び前記第２のｐ型ＧａＮ層はマグネシウム（Ｍｇ）をｐドーパントとして成長され、
前記第１のｐ型ＧａＮ層の成長は、水素（Ｈ
２
）及び窒素（Ｎ
２
）をキャリアガスとして用いて行われ、前記キャリアガス中のＮ
２
比率が５０％以上であり、
前記第２のｐ型ＧａＮ層の成長は、キャリアガスを水素（Ｈ
２
）１００％として用いて行われ、
前記第１のｐ型ＧａＮ層は、前記第２のｐ型ＧａＮ層の成長におけるＭｇ原料／Ｇａ原料比の５倍以上のＭｇ原料／Ｇａ原料比となる条件によって成長される、
紫外半導体発光素子の製造方法。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記第１のｐ型ＧａＮのＭｇ濃度は２．０Ｅ＋１９以上である、請求項１に記載の紫外半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２のｐ型ＧａＮ層上に、第３のｐ型ＧａＮ層を成長し、
前記第３のｐ型ＧａＮ層の成長は、水素（Ｈ
２
）及び窒素（Ｎ
２
）をキャリアガスとして用いて行われ、前記キャリアガス中のＮ
２
比率が５０％以上である、
請求項１又は２に記載の紫外半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層は、２００ｎｍ以上の層厚で成長される請求項１に記載の紫外半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
アズ－グロウン（ａｓ－ｇｒｏｗｎ）の前記第３のｐ型ＧａＮ層上に、ｐ電極を形成する工程をさらに有する、請求項３に記載の紫外半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
ＡｌＮ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮ層、活性層、ｐ型ＡｌＧａＮ層及びｐ型ＧａＮコンタクト層が順次成長された紫外半導体発光素子であって、
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層は、２００ｎｍ以上の層厚を有し、
アズ－グロウン（ａｓ－ｇｒｏｗｎ）の前記ｐ型ＧａＮコンタクト層上に形成されたｐ電極を有する紫外半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の貫通転位密度は１．０Ｅ＋９ｃｍ
－２
未満である請求項６に記載の紫外半導体発光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外半導体発光素子及びその製造方法、特に深紫外光を放出する窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、細菌やウイルスの不活化作用及び殺菌効果を有する光源として深紫外領域を発光波長帯域とするＡｌＧａＮ系の半導体発光素子が注目されている。しかしながら、ＡｌＧａＮ系紫外発光素子においては、さらなるコンタクト抵抗及び駆動電圧の低減が、発光素子の高出力化、長寿命化を図る上で重要である。
【０００３】
従来、ｐ電極のコンタクト抵抗が低減され、駆動電圧が低いIII族窒化物半導体発光素子について検討がなされてきた。例えば、特許文献１には、ｐ－ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度をクラッド層側から表面側に向かって、段階的に増加させる方法が開示されている。これは、ｐ－ＧａＮ層の初期成長の結晶性を高め、電極金属とのコンタクト抵抗を下げるためである。
【０００４】
また、特許文献２には、第１のｐ型ＧａＮ層及び第１のｐ型ＧａＮ層上の第２のｐ型ＧａＮ層を、キャリアガスとして少なくとも窒素ガスを供給して形成し、第１のｐ型ＧａＮ層を形成する際にはｐ型ドーパントガスを供給しないことが開示されている。
【０００５】
一般に、ｐ－ＧａＮコンタクト層の成長後には、ドーパントであるＭｇの活性化を高めるため、窒素（Ｎ
２
）ガス雰囲気下、高温（例えば、６００～８００℃）でアクティベーションが行われる（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、ＡｌＮ系半導体発光素子においては、電極との良好な接触状態を維持して駆動電圧の増加や電気的不良を抑制するため、ｐ型半導体層の層厚を厚くすることができない（例えば、１００ｎｍ以下）ことが開示されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許５４２３０２６号公報
特許６２２９６０９号公報
特開２０２１－９７１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
紫外発光素子を構成するＡｌＮ及びＧａＮはバンドギャップが非常に大きく、順方向電圧が高いことが知られている。加えて、ＡｌＮ系半導体層上のＧａＮ成長においては格子緩和が起こり、貫通転位が発生する。貫通転位が多いほど、その欠陥でキャリアがトラップされ、熱エネルギーなどの発光に寄与しない割合が多くなることで伝導性が悪くなるとともに順方向電圧が増加する。また、活性化のためのアクティベーションにより、電極形成時にアロイスパイクが生じやすくなり、素子劣化が進行しやすいという問題があった。
【０００９】
したがって、従来の紫外半導体発光素子においては、高効率かつ高出力のみならず高信頼性の素子を実現することが困難であった。特に、発光波長が短くなればなるほど、高い光出力を得るために大きな電流で駆動した場合、早期に素子の劣化が進行するという問題があった。すなわち、高出力特性と高信頼性（長寿命）を両立することは困難であった。
【００１０】
本発明は上記した課題に鑑みてなされたものであり、高効率かつ高出力で、劣化が小さく優れた素子寿命を有する紫外半導体発光素子及びその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】
（【００１１】以降は省略されています）

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