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公開番号2025112182
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-31
出願番号2024006336
出願日2024-01-18
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
主分類H10H 20/825 20250101AFI20250724BHJP()
要約【課題】深紫外領域においても透明度が高く、優れたオーミックコンタクトを有し、高効率かつ高出力など優れた素子特性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】AlGaN系半導体層からなり、AlN基板上に、n型半導体層、活性層、p型半導体層及びp電極が順次形成された紫外半導体発光素子であって、p型半導体層は、ドナーおよびアクセプタがコドーピングされ、p電極と接触する表面領域に表面コンタクト層を有し、発光波長が300nm以下である。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
ＡｌＧａＮ系半導体層からなり、ＡｌＮ基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層及びｐ電極が順次形成された紫外半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層は、ドナーおよびアクセプタがコドーピングされ、前記ｐ電極と接触する表面領域に表面コンタクト層を有し、
前記紫外半導体発光素子の発光波長が３００ｎｍ以下である、紫外半導体発光素子。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記活性層及びｐ型半導体層間に設けられた電子ブロック層を有し、
前記ｐ型半導体層はｐ－ＡｌＧａＮ層であって、前記電子ブロック層からから離れるに従いＡｌ組成が減少する組成傾斜層であり、前記電子ブロック層に接する側のＡｌ組成が０．８～１．０であり、反対側のＡｌ組成が０．５～０．８５である、請求項１に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層が前記ｐ電極と接触する前記表面コンタクト層における単位層厚（１ｎｍ）あたりのアクセプタ量が８×１０
１９
ｃｍ
－３
/ｎｍ以上である、請求項１に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項４】
前記表面コンタクト層の少なくとも表層１ｎｍにおけるドナー濃度が１×１０
１７
～１×１０
２０
ｃｍ
－３
である請求項１に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型半導体層における前記ドナーおよび前記アクセプタは、それぞれシリコン（Ｓｉ）及びマグネシウム（Ｍｇ）である請求項１に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｎ型半導体層、前記活性層及び前記ｐ型半導体層は、前記ＡｌＮ基板に、疑似格子整合しており、その緩和率が２０％以内である、請求項１に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項７】
前記表面コンタクト層における前記マグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、前記ｐ型半導体層の他の部分の１．５倍以上である請求項２ないし６のいずれか一項に記載の紫外半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の紫外半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｐ型半導体層は、成長温度を低減成長温度まで徐々に低減させて成長され、かつ、Ｍｇ濃度を前記ｐ型半導体層の他の部分の１．５倍以上に増大されて成長される成長温度低減領域を表面側に有し、
前記成長温度低減領域の層厚は２０ｎｍ以下であり、
前記低減成長温度は前記ｐ型半導体層の前記成長温度よりも－２０℃ないし－６０℃の範囲内の低成長温度である製造方法。

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 1,700 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、さらなる発光素子の高出力化が求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、紫外域で透明度の高いＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮをｐ型コンタクト層として用いた半導体発光素子が開示されている。また、特許文献２には、ｐ型コンタクト層を超格子構造とし、超格子構造のＡｌ組成を適正化した深紫外発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－０６４９５５号公報
特許６８４９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を組成傾斜層とすることによりＡｌが一定の場合よりも接触抵抗を下げることが教示されているが（例えば、特許文献１）、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においては、オーミック特性、比抵抗などの導電性においてさらなる改善の余地がある。
【０００６】
本発明は上記した課題に鑑みてなされたものであり、深紫外領域においても透明度が高く、優れたオーミック特性のｐコンタクト層を有し、高効率かつ高出力など優れた素子特性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】
【０００７】
本発明の１実施態様による紫外半導体発光素子は、
ＡｌＧａＮ系半導体層からなり、ＡｌＮ基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層及びｐ電極が順次形成された紫外半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層は、ドナーおよびアクセプタがコドーピングされ、前記ｐ電極と接触する表面領域に表面コンタクト層を有し、
前記紫外半導体発光素子の発光波長が３００ｎｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の１実施態様による紫外ＬＥＤの構造を模式的に示す断面図である。
紫外ＬＥＤのバンドダイアグラムを模式的に示す図である。
紫外ＬＥＤの半導体層構造を示す図である。
ショットキー障壁高さ評価用のサンプルの断面を模式的に示す図である。
ｐ型Ａｌ
Ｙ２
Ｇａ
１－Ｙ２
Ｎ層におけるＡｌ組成、成長温度ＴＧ、Ｍｇ濃度及びＳｉ濃度のプロファイルを示す図である。
Ｓｉコドープ層厚に対する規格化ショットキー障壁高さを示す図である。
ｐ型Ａｌ
Ｙ２
Ｇａ
１－Ｙ２
Ｎ層の表面層における単位層厚あたりのＭｇ量（ｃｍ
－2
）とショットキー障壁（Ｖ）との関係を示す図である。
バリアＶｂの定義を示す図である。
ｐ型Ａｌ
Ｙ２
Ｇａ
１－Ｙ２
Ｎ層の改変例１のＭｇ－Ｓｉコドープのプロファイルを示す図である。
ｐ型Ａｌ
Ｙ２
Ｇａ
１－Ｙ２
Ｎ層の改変例２のＭｇ－Ｓｉコドープのプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【００１０】
［紫外半導体発光素子の構造］
図１は、本発明の１実施態様による紫外半導体発光素子１０の構造を模式的に示す断面図である。紫外半導体発光素子１０は、紫外発光ダイオードであり（以下、紫外ＬＥＤ１０と称する）、基板１１上に、順次、ｎ型ＡｌＧａＮ層１２、活性層１３、ＡｌＧａＮ層１４、ｐ型コンタクト層であるｐ型ＡｌＧａＮ層１５がエピタキシャル成長によって積層されて形成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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