JP2000286447A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型コンタクト層を改良し、高光度の半導体
発光素子を提供する。 【解決手段】 膜厚約２３０ÅのＭＱＷ活性層１６０の
上には、膜厚約１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０
７、及びＭｇドープのｐ型Alx Ga1-x N(ｘ=0.12)から成
る膜厚約２００Åのｐ型クラッド層１０８が形成され、
更に、Ｍｇドープのｐ型Aly Ga1-y N(ｙ=0.05)から成る
膜厚約６００Åのｐ型コンタクト層１０９が形成されて
いる。これらの組成比ｘ，ｙは、式「0.０３≦0.３ｘ≦
ｙ≦0.５ｘ≦0.０８」を満たす様に構成され、ｐ型コン
タクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に従来よりも
近いものとなった。よって、この２層間での結晶の格子
定数の差が小さくなり、ｐ型コンタクト層が良質に成長
する様になった。また、この２層間での熱膨張係数の差
が比較的小さくなり、発光素子内に残留する応力が小さ
くなった。これらの作用により、本発光素子１００の発
光光度が向上した。
発光素子を提供する。 【解決手段】 膜厚約２３０ÅのＭＱＷ活性層１６０の
上には、膜厚約１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０
７、及びＭｇドープのｐ型Alx Ga1-x N(ｘ=0.12)から成
る膜厚約２００Åのｐ型クラッド層１０８が形成され、
更に、Ｍｇドープのｐ型Aly Ga1-y N(ｙ=0.05)から成る
膜厚約６００Åのｐ型コンタクト層１０９が形成されて
いる。これらの組成比ｘ，ｙは、式「0.０３≦0.３ｘ≦
ｙ≦0.５ｘ≦0.０８」を満たす様に構成され、ｐ型コン
タクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に従来よりも
近いものとなった。よって、この２層間での結晶の格子
定数の差が小さくなり、ｐ型コンタクト層が良質に成長
する様になった。また、この２層間での熱膨張係数の差
が比較的小さくなり、発光素子内に残留する応力が小さ
くなった。これらの作用により、本発光素子１００の発
光光度が向上した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光出力が高光度
の III族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。
の III族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に III族窒化物系化合物半導体か
ら成る層が積層された発光素子には、ダブルヘテロ構造
の緑色乃至は青色発光のものが有り、例えば、ｐ型クラ
ッド層がＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）より形成され
ているものが一般に知られている。従来、これらの発光
素子では、通常ｐ型コンタクト層は、窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）より形成されていた。
ら成る層が積層された発光素子には、ダブルヘテロ構造
の緑色乃至は青色発光のものが有り、例えば、ｐ型クラ
ッド層がＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）より形成され
ているものが一般に知られている。従来、これらの発光
素子では、通常ｐ型コンタクト層は、窒化ガリウム（Ｇ
ａＮ）より形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０
＜ｘ＜１）より形成されているｐ型クラッド層の上に、
窒化ガリウム（ＧａＮ）より成るｐ型コンタクト層を成
長させる場合、上記の組成比ｘの値が大きくなるにつれ
て、層の熱膨張係数及び結晶の格子定数がそれぞれｐ型
クラッド層とｐ型コンタクト層との間で大きく異なって
くる。
＜ｘ＜１）より形成されているｐ型クラッド層の上に、
窒化ガリウム（ＧａＮ）より成るｐ型コンタクト層を成
長させる場合、上記の組成比ｘの値が大きくなるにつれ
て、層の熱膨張係数及び結晶の格子定数がそれぞれｐ型
クラッド層とｐ型コンタクト層との間で大きく異なって
くる。
【０００４】この２層間で、結晶の格子定数の差が大き
くなると、ｐ型コンタクト層が良質には成長しなくな
り、発光光度の低下を招く。また、この２層間で、熱膨
張係数の差が大きくなると、高温下での結晶成長後常温
（室温）まで降温される際に、エピウエハ内に熱膨張係
数差に伴う歪みが生じ、これによってエピウエハ内に応
力が残留して、発光光度の低下を招く。
くなると、ｐ型コンタクト層が良質には成長しなくな
り、発光光度の低下を招く。また、この２層間で、熱膨
張係数の差が大きくなると、高温下での結晶成長後常温
（室温）まで降温される際に、エピウエハ内に熱膨張係
数差に伴う歪みが生じ、これによってエピウエハ内に応
力が残留して、発光光度の低下を招く。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、上記の２層間における
熱膨張係数及び格子定数の差により生じる不具合を解消
することにより、高光度の発光素子を提供することであ
る。
されたものであり、その目的は、上記の２層間における
熱膨張係数及び格子定数の差により生じる不具合を解消
することにより、高光度の発光素子を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、 III族窒化物系化合物半導体から成る層が基板上に
積層され、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）より成るｐ
型クラッド層を有する半導体発光素子において、ｐ型ク
ラッド層よりもアルミニウム(Al)組成比の低い、Ａｌ y
Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜ｘ）より成るｐ型コンタクト層を
備えることである。
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、 III族窒化物系化合物半導体から成る層が基板上に
積層され、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）より成るｐ
型クラッド層を有する半導体発光素子において、ｐ型ク
ラッド層よりもアルミニウム(Al)組成比の低い、Ａｌ y
Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜ｘ）より成るｐ型コンタクト層を
備えることである。
【０００７】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、ｐ型コンタクト層をＡｌyＧａ1-y Ｎ（ 0.2ｘ
≦ｙ≦ 0.7ｘ）より形成することである。ｐ型コンタク
ト層のアルミニウム(Al)組成比ｙの値は、より望ましく
は、「 0.4ｘ≦ｙ≦ 0.5ｘ」程度が良い。
おいて、ｐ型コンタクト層をＡｌyＧａ1-y Ｎ（ 0.2ｘ
≦ｙ≦ 0.7ｘ）より形成することである。ｐ型コンタク
ト層のアルミニウム(Al)組成比ｙの値は、より望ましく
は、「 0.4ｘ≦ｙ≦ 0.5ｘ」程度が良い。
【０００８】また、第３の手段は、上記の第１の手段に
おいて、ｐ型コンタクト層をＡｌyＧａ1-y Ｎ（ 0.02
≦ｙ≦ 0.12 ）より形成することである。ｐ型コンタク
ト層のアルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、より望ま
しくは、「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。
おいて、ｐ型コンタクト層をＡｌyＧａ1-y Ｎ（ 0.02
≦ｙ≦ 0.12 ）より形成することである。ｐ型コンタク
ト層のアルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、より望ま
しくは、「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。
【０００９】また、第４の手段は、上記の第１乃至第３
の何れか１つの手段において、ｐ型コンタクト層の膜厚
を２００Å以上、１０００Å以下にすることである。更
により望ましくは、ｐ型コンタクト層の膜厚は、５００
Å以上、８００Å以下が良い。以上の手段により、前記
の課題を解決することができる。
の何れか１つの手段において、ｐ型コンタクト層の膜厚
を２００Å以上、１０００Å以下にすることである。更
により望ましくは、ｐ型コンタクト層の膜厚は、５００
Å以上、８００Å以下が良い。以上の手段により、前記
の課題を解決することができる。
【００１０】尚、本発明における III族窒化物系化合物
半導体とは、一般式としてAlx GayIn1-x-y N （０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるもので
あるが、更に III族元素としてボロン（Ｂ）、タリウム
（Ｔｌ）を含んでも良く、また、窒素（Ｎ）の一部をリ
ン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマ
ス（Ｂｉ）で置き換えても良い。従って、 III族窒化物
系化合物半導体発光素子におけるバッファ層、バリア
層、井戸層、クラッド層、コンタクト層、中間層、キャ
ップ層などの各層は、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ
等の、任意の混晶比の４元、３元、２元系のAlx Ga y In
1-x-y N （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
より形成しても良い。
半導体とは、一般式としてAlx GayIn1-x-y N （０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるもので
あるが、更に III族元素としてボロン（Ｂ）、タリウム
（Ｔｌ）を含んでも良く、また、窒素（Ｎ）の一部をリ
ン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマ
ス（Ｂｉ）で置き換えても良い。従って、 III族窒化物
系化合物半導体発光素子におけるバッファ層、バリア
層、井戸層、クラッド層、コンタクト層、中間層、キャ
ップ層などの各層は、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ
等の、任意の混晶比の４元、３元、２元系のAlx Ga y In
1-x-y N （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
より形成しても良い。
【００１１】また、バッファ層には、上記のIII族窒化
物系化合物半導体の他にも、窒化チタン(TiN) 、窒化ハ
フニウム(HfN) 等の金属窒化物や、酸化亜鉛(ZnO) 、酸
化マグネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等の金属酸
化物を用いてもよい。また、ｐ型不純物としては、マグ
ネシウム(Mg)の他、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等のII族
元素を用いることができる。
物系化合物半導体の他にも、窒化チタン(TiN) 、窒化ハ
フニウム(HfN) 等の金属窒化物や、酸化亜鉛(ZnO) 、酸
化マグネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等の金属酸
化物を用いてもよい。また、ｐ型不純物としては、マグ
ネシウム(Mg)の他、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等のII族
元素を用いることができる。
【００１２】また、ｎ型半導体層は、上記のIII族窒化
物系化合物半導体に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)
等のIV族元素、又は、VI族元素をドープすることにより
形成しても良い。また、結晶成長の基板には、サファイ
ヤの他に、炭化珪素(SiC）、酸化亜鉛(ZnO) 、酸化マグ
ネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等を使用しても良
い。
物系化合物半導体に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)
等のIV族元素、又は、VI族元素をドープすることにより
形成しても良い。また、結晶成長の基板には、サファイ
ヤの他に、炭化珪素(SiC）、酸化亜鉛(ZnO) 、酸化マグ
ネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等を使用しても良
い。
【００１３】
【作用及び発明の効果】本発明の手段によれば、ｐ型コ
ンタクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に近いもの
となるため、この２層間での結晶の格子定数の差が小さ
くなり、ｐ型コンタクト層が良質に成長する様になる。
このため、発光素子の発光光度が向上する。また、本発
明の手段によれば、同様に、この２層間での熱膨張係数
の差が小さくなり、これによってエピウエハ内に残留す
る応力も小さくなるため、発光光度が向上する。
ンタクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に近いもの
となるため、この２層間での結晶の格子定数の差が小さ
くなり、ｐ型コンタクト層が良質に成長する様になる。
このため、発光素子の発光光度が向上する。また、本発
明の手段によれば、同様に、この２層間での熱膨張係数
の差が小さくなり、これによってエピウエハ内に残留す
る応力も小さくなるため、発光光度が向上する。
【００１４】Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）より成る
ｐ型クラッド層の上に、このｐ型クラッド層よりもアル
ミニウム(Al)組成比の低い、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ
＜ｘ）より成るｐ型コンタクト層を成長させる際のアル
ミニウム(Al)組成比ｙの値は、「 0.2ｘ≦ｙ≦ 0.7ｘ」
程度が望ましく、更により望ましくは、「 0.4ｘ≦ｙ≦
0.5ｘ」程度が良い。このｐ型コンタクト層の組成比ｙ
の値が大き過ぎると、正電極とｐ型コンタクト層の間の
コンタクト抵抗が上昇し、発光素子の駆動電圧を上昇さ
せる結果となり、望ましくない。また、この組成比ｙの
値が小さ過ぎると、ｐ型コンタクト層の組成が、ｐ型ク
ラッド層の組成に近いものにならなくなり、上記の本発
明の作用・効果が得難くなる。
ｐ型クラッド層の上に、このｐ型クラッド層よりもアル
ミニウム(Al)組成比の低い、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ
＜ｘ）より成るｐ型コンタクト層を成長させる際のアル
ミニウム(Al)組成比ｙの値は、「 0.2ｘ≦ｙ≦ 0.7ｘ」
程度が望ましく、更により望ましくは、「 0.4ｘ≦ｙ≦
0.5ｘ」程度が良い。このｐ型コンタクト層の組成比ｙ
の値が大き過ぎると、正電極とｐ型コンタクト層の間の
コンタクト抵抗が上昇し、発光素子の駆動電圧を上昇さ
せる結果となり、望ましくない。また、この組成比ｙの
値が小さ過ぎると、ｐ型コンタクト層の組成が、ｐ型ク
ラッド層の組成に近いものにならなくなり、上記の本発
明の作用・効果が得難くなる。
【００１５】また、同様の理由により、ｐ型コンタクト
層のアルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、「 0.02 ≦
ｙ≦ 0.12 」程度が望ましく、更により望ましくは、
「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。より詳しくは、 I
II族窒化物系化合物半導体発光素子は、特に、この組成
比ｙの絶対値が、０．０５の辺りにおいて最も高い発光
光度を示す。
層のアルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、「 0.02 ≦
ｙ≦ 0.12 」程度が望ましく、更により望ましくは、
「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。より詳しくは、 I
II族窒化物系化合物半導体発光素子は、特に、この組成
比ｙの絶対値が、０．０５の辺りにおいて最も高い発光
光度を示す。
【００１６】また、後で詳しく述べるが、図２に示す様
に発光素子の発光出力とｐ型コンタクト層の膜厚との間
には、強い相関が有るため、ｐ型コンタクト層の膜厚
は、２００Å以上、１０００Å以下が望ましい。更によ
り望ましくは、ｐ型コンタクト層の膜厚は、５００Å以
上、８００Å以下が良い。このｐ型コンタクト層の膜厚
の範囲において、上記の発光素子の発光出力は、大きな
値を示す。また、本発明によるIII族窒化物系化合物半
導体発光素子は、特に、このｐ型コンタクト層の膜厚
が、６００Åの辺りにおいて最も高い発光光度を示す。
に発光素子の発光出力とｐ型コンタクト層の膜厚との間
には、強い相関が有るため、ｐ型コンタクト層の膜厚
は、２００Å以上、１０００Å以下が望ましい。更によ
り望ましくは、ｐ型コンタクト層の膜厚は、５００Å以
上、８００Å以下が良い。このｐ型コンタクト層の膜厚
の範囲において、上記の発光素子の発光出力は、大きな
値を示す。また、本発明によるIII族窒化物系化合物半
導体発光素子は、特に、このｐ型コンタクト層の膜厚
が、６００Åの辺りにおいて最も高い発光光度を示す。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。 （第１実施例）図１に、本発明によるワイヤー・ボンデ
ィング型の半導体発光素子１００の断面図を示す。サフ
ァイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN) から
成る膜厚約２００Åのバッファ層１０２が設けられ、そ
の上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約4.0 μ
ｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１０３が形成されている。
基づいて説明する。 （第１実施例）図１に、本発明によるワイヤー・ボンデ
ィング型の半導体発光素子１００の断面図を示す。サフ
ァイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN) から
成る膜厚約２００Åのバッファ層１０２が設けられ、そ
の上にシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚約4.0 μ
ｍの高キャリア濃度ｎ+ 層１０３が形成されている。
【００１８】この高キャリア濃度ｎ+ 層１０３の上に
は、ノンドープのIn0.03Ga0.97N から成る膜厚約２００
０Åの中間層１０４が形成されている。
は、ノンドープのIn0.03Ga0.97N から成る膜厚約２００
０Åの中間層１０４が形成されている。
【００１９】そして、中間層１０４の上には、膜厚約１
５０ÅのGaN から成るｎ型クラッド層１０５が積層さ
れ、更に、膜厚約30ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸層１
６１と、膜厚約70ÅのGaN から成るバリア層１６２とが
交互に積層された多重量子井戸(MQW) 構造のＭＱＷ活性
層１６０が形成されている。即ち、３層の井戸層１６１
と２層のバリア層１６２とが交互に積層されることによ
り、合計５層で２周期、膜厚約２３０ÅのＭＱＷ構造が
構成されている。
５０ÅのGaN から成るｎ型クラッド層１０５が積層さ
れ、更に、膜厚約30ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸層１
６１と、膜厚約70ÅのGaN から成るバリア層１６２とが
交互に積層された多重量子井戸(MQW) 構造のＭＱＷ活性
層１６０が形成されている。即ち、３層の井戸層１６１
と２層のバリア層１６２とが交互に積層されることによ
り、合計５層で２周期、膜厚約２３０ÅのＭＱＷ構造が
構成されている。
【００２０】このＭＱＷ活性層１６０の上には、膜厚約
１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０７、及びｐ型Al
0.12Ga0.88N から成る膜厚約２００Åのｐ型クラッド層
１０８が形成されている。さらに、ｐ型クラッド層１０
８の上にはｐ型Al0.05Ga0.95N から成る膜厚約６００Å
のｐ型コンタクト層１０９が形成されている。
１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０７、及びｐ型Al
0.12Ga0.88N から成る膜厚約２００Åのｐ型クラッド層
１０８が形成されている。さらに、ｐ型クラッド層１０
８の上にはｐ型Al0.05Ga0.95N から成る膜厚約６００Å
のｐ型コンタクト層１０９が形成されている。
【００２１】又、ｐ型コンタクト層１０９の上には金属
蒸着による透光性薄膜正電極１１０が、ｎ+ 層１０３上
には負電極１４０が形成されている。透光性薄膜正電極
１１０は、ｐ型コンタクト層１０９に接合する膜厚約15
Åのコバルト(Co)より成る薄膜正電極第１層１１１と、
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る薄膜正電極第
２層１１２とで構成されている。
蒸着による透光性薄膜正電極１１０が、ｎ+ 層１０３上
には負電極１４０が形成されている。透光性薄膜正電極
１１０は、ｐ型コンタクト層１０９に接合する膜厚約15
Åのコバルト(Co)より成る薄膜正電極第１層１１１と、
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)より成る薄膜正電極第
２層１１２とで構成されている。
【００２２】厚膜正電極１２０は、膜厚約１７５Åのバ
ナジウム（Ｖ）より成る厚膜正電極第１層１２１と、膜
厚約１５０００Åの金（Ａｕ）より成る厚膜正電極第２
層１２２と、膜厚約１００Åのアルミニウム（Ａｌ）よ
り成る厚膜正電極第３層１２３とを透光性薄膜正電極１
１０の上から順次積層させることにより構成されてい
る。多層構造の負電極１４０は、膜厚約１７５Åのバナ
ジウム(V) 層１４１と、膜厚約１．８μｍのアルミニウ
ム(Al)層１４２とを高キャリア濃度ｎ+ 層１０３の一部
露出された部分の上から順次積層させることにより構成
されている。また、最上部には、ＳｉＯ2 膜より成る保
護膜１３０が形成されており、また、サファイヤ基板１
０１の底面に当たる反対側の最下部には、膜厚約５００
０Åのアルミニウム（Ａｌ）より成る反射金属層１５０
が、金属蒸着により成膜されている。
ナジウム（Ｖ）より成る厚膜正電極第１層１２１と、膜
厚約１５０００Åの金（Ａｕ）より成る厚膜正電極第２
層１２２と、膜厚約１００Åのアルミニウム（Ａｌ）よ
り成る厚膜正電極第３層１２３とを透光性薄膜正電極１
１０の上から順次積層させることにより構成されてい
る。多層構造の負電極１４０は、膜厚約１７５Åのバナ
ジウム(V) 層１４１と、膜厚約１．８μｍのアルミニウ
ム(Al)層１４２とを高キャリア濃度ｎ+ 層１０３の一部
露出された部分の上から順次積層させることにより構成
されている。また、最上部には、ＳｉＯ2 膜より成る保
護膜１３０が形成されており、また、サファイヤ基板１
０１の底面に当たる反対側の最下部には、膜厚約５００
０Åのアルミニウム（Ａｌ）より成る反射金属層１５０
が、金属蒸着により成膜されている。
【００２３】次に、この発光素子１００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。まず、有機洗浄により洗浄したａ面を主
面とした単結晶のサファイア基板１０１をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度１１５０℃で基板１０１を
ベーキングした。次に、基板１０１の温度を４００℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層１０２を約２００Åの膜厚に形成した。
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ法）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。まず、有機洗浄により洗浄したａ面を主
面とした単結晶のサファイア基板１０１をMOVPE 装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧で
H2を反応室に流しながら温度１１５０℃で基板１０１を
ベーキングした。次に、基板１０１の温度を４００℃ま
で低下させて、H2、NH3 及びTMA を供給してAlN のバッ
ファ層１０２を約２００Åの膜厚に形成した。
【００２４】次に、基板１０１の温度を１１５０℃にま
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１０３を形成し
た。次に、基板１１の温度を８５０℃にし、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚約２０００ÅのIn
0.03Ga0.97N から成る中間層１０４を形成した。
で上げ、H2、NH3 、TMG 及びシランを供給し、膜厚約4.
0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン（Ｓｉ）ドー
プのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１０３を形成し
た。次に、基板１１の温度を８５０℃にし、N2又はH2、
NH3 、TMG 及びTMI を供給して、膜厚約２０００ÅのIn
0.03Ga0.97N から成る中間層１０４を形成した。
【００２５】上記の中間層１０４を形成した後、基板１
０１の温度は８５０℃のままにし、N2又はH2、NH3 及び
TMG を供給して、膜厚約１５０ÅのGaN から成るｎ型ク
ラッド層１０５を形成した。その後、N2又はH2、NH3 、
TMG 及びTMI を供給して、膜厚約30ÅのGa0.8In0.2N か
ら成る井戸層１６１を形成した。次に、N2又はH2、N
H3 、TMG を供給して、膜厚約70ÅのGaN から成るバリ
ア層１６２を形成した。次に、井戸層１６１とバリア層
１６２と井戸層１６１とを各々上記と同一条件で形成す
ることにより、計２周期、膜厚約２３０ÅのＭＱＷ活性
層１６０を形成した。更に、N2又はH2、NH3 、TMG を供
給して、膜厚約１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０
７を形成した。
０１の温度は８５０℃のままにし、N2又はH2、NH3 及び
TMG を供給して、膜厚約１５０ÅのGaN から成るｎ型ク
ラッド層１０５を形成した。その後、N2又はH2、NH3 、
TMG 及びTMI を供給して、膜厚約30ÅのGa0.8In0.2N か
ら成る井戸層１６１を形成した。次に、N2又はH2、N
H3 、TMG を供給して、膜厚約70ÅのGaN から成るバリ
ア層１６２を形成した。次に、井戸層１６１とバリア層
１６２と井戸層１６１とを各々上記と同一条件で形成す
ることにより、計２周期、膜厚約２３０ÅのＭＱＷ活性
層１６０を形成した。更に、N2又はH2、NH3 、TMG を供
給して、膜厚約１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０
７を形成した。
【００２６】次に、基板１１の温度を1150℃に保持し、
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜
厚約２００Å、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.12Ga 0.88N から成るｐ型クラッド層１０８を形成し
た。次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、N2又は
H2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜厚約６
００Å、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.05Ga
0.95N から成るｐ型コンタクト層１０９を形成した。
N2又はH2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜
厚約２００Å、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al
0.12Ga 0.88N から成るｐ型クラッド層１０８を形成し
た。次に、基板１１の温度を1100℃に保持し、N2又は
H2、NH3 、TMG 、TMA 及びCP 2Mg を供給して、膜厚約６
００Å、マグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.05Ga
0.95N から成るｐ型コンタクト層１０９を形成した。
【００２７】次に、ｐ型コンタクト層１０９の上にエッ
チングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、
マスクで覆われていない部分のｐ型コンタクト層１０
９、ｐ型クラッド層１０８、ＭＱＷ活性層１６０、中間
層１０４、高キャリア濃度ｎ+層１０３の一部を塩素を
含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッチン
グして、ｎ+ 層１０３の表面を露出させた。次に、以下
の手順で、ｎ+ 層１０３に接合する負電極１４０と、ｐ
型コンタクト層１０９に接合する透光性薄膜正電極１１
０とを形成した。
チングマスクを形成し、所定領域のマスクを除去して、
マスクで覆われていない部分のｐ型コンタクト層１０
９、ｐ型クラッド層１０８、ＭＱＷ活性層１６０、中間
層１０４、高キャリア濃度ｎ+層１０３の一部を塩素を
含むガスによる反応性イオンエッチングによりエッチン
グして、ｎ+ 層１０３の表面を露出させた。次に、以下
の手順で、ｎ+ 層１０３に接合する負電極１４０と、ｐ
型コンタクト層１０９に接合する透光性薄膜正電極１１
０とを形成した。
【００２８】(1) 蒸着装置にて、10-4Ｐａオーダ以下の
高真空に排気した後、表面に一様に膜厚約15ÅのCoを成
膜し、このCoより形成された薄膜正電極第１層１１１の
上に膜厚約60ÅのAuより成る薄膜正電極第２層１１２を
成膜する。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐ型コンタクト層１０９の
上に積層する、透光性薄膜正電極１１０の形成部分以外
のフォトレジストを除去する。
高真空に排気した後、表面に一様に膜厚約15ÅのCoを成
膜し、このCoより形成された薄膜正電極第１層１１１の
上に膜厚約60ÅのAuより成る薄膜正電極第２層１１２を
成膜する。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐ型コンタクト層１０９の
上に積層する、透光性薄膜正電極１１０の形成部分以外
のフォトレジストを除去する。
【００２９】(3) 次に、エッチングにより露出している
Co、Auを除去した後、フォトレジストを除去し、ｐ型コ
ンタクト層１０９上に透光性薄膜正電極１１０を形成す
る。 (4) 次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィによりｎ+ 層１０３の露出面上の所定領域に窓を形成
して、10-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚
約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、膜厚約１．８
μｍのアルミニウム(Al)層１４２とを順次蒸着した。次
に、フォトレジストを除去する。これによりｎ+ 層１０
３の露出面上に負電極１４０が形成される。 (5) その後、ｐ型コンタクト層１０９と透光性薄膜正電
極１１０とのコンタクト抵抗を低減させるための熱処理
を行った。即ち、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2
ガスを供給して圧力１０Ｐａとし、その状態で雰囲気温
度を約 570℃にして、約4 分程度加熱した。
Co、Auを除去した後、フォトレジストを除去し、ｐ型コ
ンタクト層１０９上に透光性薄膜正電極１１０を形成す
る。 (4) 次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィによりｎ+ 層１０３の露出面上の所定領域に窓を形成
して、10-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚
約１７５Åのバナジウム(V) 層１４１と、膜厚約１．８
μｍのアルミニウム(Al)層１４２とを順次蒸着した。次
に、フォトレジストを除去する。これによりｎ+ 層１０
３の露出面上に負電極１４０が形成される。 (5) その後、ｐ型コンタクト層１０９と透光性薄膜正電
極１１０とのコンタクト抵抗を低減させるための熱処理
を行った。即ち、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2
ガスを供給して圧力１０Ｐａとし、その状態で雰囲気温
度を約 570℃にして、約4 分程度加熱した。
【００３０】上記の工程により形成された透光性薄膜正
電極１１０上に、更に、厚膜正電極１２０を形成するた
めに、フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極１
２０の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その
後、膜厚約１７５Åのバナジウム（Ｖ）層１２１と、膜
厚約１５０００Åの金（Ａｕ）層１２２と、膜厚約１０
０Åのアルミニウム（Ａｌ）層１２３とを透光性薄膜正
電極１１０の上に順次蒸着により成膜させ、(4) の工程
と同様にリフトオフ法により厚膜正電極１２０を形成す
る。その後、エレクトロンビーム蒸着により、上部に露
出している最上層に一様にＳｉＯ2 より成る保護膜１３
０を形成し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフ
ィー工程を経て、厚膜正電極１２０および負電極１４０
に外部露出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそれぞ
れ一つづつウエットエッチングにより形成する。
電極１１０上に、更に、厚膜正電極１２０を形成するた
めに、フォトレジストを一様に塗布して、厚膜正電極１
２０の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。その
後、膜厚約１７５Åのバナジウム（Ｖ）層１２１と、膜
厚約１５０００Åの金（Ａｕ）層１２２と、膜厚約１０
０Åのアルミニウム（Ａｌ）層１２３とを透光性薄膜正
電極１１０の上に順次蒸着により成膜させ、(4) の工程
と同様にリフトオフ法により厚膜正電極１２０を形成す
る。その後、エレクトロンビーム蒸着により、上部に露
出している最上層に一様にＳｉＯ2 より成る保護膜１３
０を形成し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフ
ィー工程を経て、厚膜正電極１２０および負電極１４０
に外部露出部分ができるようにほぼ同面積の窓をそれぞ
れ一つづつウエットエッチングにより形成する。
【００３１】このようにして、発光素子１００を形成し
た。なお、本発光素子１００における、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１）より成るｐ型クラッド層１０８、及
び、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜ｘ）より成るｐ型コン
タクト層１０９については、次式（１），（２）が成り
立っている。
た。なお、本発光素子１００における、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１）より成るｐ型クラッド層１０８、及
び、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜ｘ）より成るｐ型コン
タクト層１０９については、次式（１），（２）が成り
立っている。
【数１】 ｙ／ｘ＝0.０５／0.１２＝０．４１７ …（１）
【数２】 ０．２ｘ≦ｙ≦０．７ｘ …（２）
【００３２】上記のように発光素子１００を形成するこ
とにより、ｐ型コンタクト層の組成が、ｐ型クラッド層
の組成に比較的近いものとなったため、この２層間での
結晶の格子定数の差が小さくなり、ｐ型コンタクト層が
良質に成長する様になった。このため、発光素子の発光
光度が向上した。また、本発光素子１００の発光光度が
従来よりも向上した他の理由としては、この２層間での
熱膨張係数の差が比較的小さくなったことにより、発光
素子内に残留する応力が小さくなったことも挙げられ
る。
とにより、ｐ型コンタクト層の組成が、ｐ型クラッド層
の組成に比較的近いものとなったため、この２層間での
結晶の格子定数の差が小さくなり、ｐ型コンタクト層が
良質に成長する様になった。このため、発光素子の発光
光度が向上した。また、本発光素子１００の発光光度が
従来よりも向上した他の理由としては、この２層間での
熱膨張係数の差が比較的小さくなったことにより、発光
素子内に残留する応力が小さくなったことも挙げられ
る。
【００３３】尚、本第１実施例においては、Ａｌx Ｇａ
1-x Ｎ（ｘ＝０．１２）より成るｐ型クラッド層１０８
の上に、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（ｙ＝０．０５＜ｘ）より成
るｐ型コンタクト層１０９を成長させたが、このｐ型コ
ンタクト層１０９のアルミニウム(Al)組成比ｙの値は、
「 0.2ｘ≦ｙ≦ 0.7ｘ」程度であればよい。より望まし
くは、「 0.4ｘ≦ｙ≦ 0.5ｘ」程度が良い。このｐ型コ
ンタクト層の組成比ｙの値が大き過ぎると、正電極とｐ
型コンタクト層との間のコンタクト抵抗が上昇し、発光
素子の駆動電圧を上昇させる結果となり、望ましくな
い。また、この組成比ｙの値が小さ過ぎると、ｐ型コン
タクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に近いものに
ならなくなり、上記の作用・効果が得難くなる。
1-x Ｎ（ｘ＝０．１２）より成るｐ型クラッド層１０８
の上に、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（ｙ＝０．０５＜ｘ）より成
るｐ型コンタクト層１０９を成長させたが、このｐ型コ
ンタクト層１０９のアルミニウム(Al)組成比ｙの値は、
「 0.2ｘ≦ｙ≦ 0.7ｘ」程度であればよい。より望まし
くは、「 0.4ｘ≦ｙ≦ 0.5ｘ」程度が良い。このｐ型コ
ンタクト層の組成比ｙの値が大き過ぎると、正電極とｐ
型コンタクト層との間のコンタクト抵抗が上昇し、発光
素子の駆動電圧を上昇させる結果となり、望ましくな
い。また、この組成比ｙの値が小さ過ぎると、ｐ型コン
タクト層の組成が、ｐ型クラッド層の組成に近いものに
ならなくなり、上記の作用・効果が得難くなる。
【００３４】上記の第１実施例の発光素子１００が、高
い発光光度を示すのは、これらの条件が十分に満たされ
ているためである。また、ｐ型コンタクト層１０９のア
ルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、上記と同様の理由
により、「 0.02 ≦ｙ≦ 0.12 」程度であれば良く、よ
り望ましくは、「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。
い発光光度を示すのは、これらの条件が十分に満たされ
ているためである。また、ｐ型コンタクト層１０９のア
ルミニウム(Al)組成比ｙの絶対値は、上記と同様の理由
により、「 0.02 ≦ｙ≦ 0.12 」程度であれば良く、よ
り望ましくは、「 0.03 ≦ｙ≦ 0.08 」程度が良い。
【００３５】図２は、本発明による発光素子１００の発
光出力とｐ型コンタクト層１０９の膜厚との間の相関を
示すグラフである。この様に、発光素子の発光出力とｐ
型コンタクト層の膜厚との間には、強い相関が有るた
め、ｐ型コンタクト層の膜厚は、２００Å以上、１００
０Å以下が望ましい。更により望ましくは、ｐ型コンタ
クト層の膜厚は、５００Å以上、８００Å以下が良い。
このｐ型コンタクト層の膜厚の範囲において、上記の発
光素子の発光出力は、大きな値を示す。
光出力とｐ型コンタクト層１０９の膜厚との間の相関を
示すグラフである。この様に、発光素子の発光出力とｐ
型コンタクト層の膜厚との間には、強い相関が有るた
め、ｐ型コンタクト層の膜厚は、２００Å以上、１００
０Å以下が望ましい。更により望ましくは、ｐ型コンタ
クト層の膜厚は、５００Å以上、８００Å以下が良い。
このｐ型コンタクト層の膜厚の範囲において、上記の発
光素子の発光出力は、大きな値を示す。
【００３６】これらの III族窒化物系化合物半導体発光
素子においては、一般に、ｐ型コンタクト層の膜厚が薄
過ぎると、ｐ型コンタクト層の、ドーパントによりアク
セプターを供給するｐ型低抵抗窒化ガリウム膜としての
元来の機能が不十分となり、発光出力が小さくなる。或
いは、ｐ型コンタクト層１０９形成時又はその後のアニ
ーリング等の熱処理時に、ｐ型コンタクト層１０９とｐ
型クラッド層１０８との間で固溶が起こり、ｐ型クラッ
ド層１０８中のアルミニウム(Al)が、ｐ型コンタクト層
１０９内に溶け出す場合が生じ得る。このため、ｐ型コ
ンタクト層１０９の膜厚が薄過ぎると、ｐ型コンタクト
層１０９のアルミニウム(Al)組成比ｙの値を所望の範囲
内に収めておくことができなくなると共に、上記の発光
素子の発光出力のバラツキが大きくなる。
素子においては、一般に、ｐ型コンタクト層の膜厚が薄
過ぎると、ｐ型コンタクト層の、ドーパントによりアク
セプターを供給するｐ型低抵抗窒化ガリウム膜としての
元来の機能が不十分となり、発光出力が小さくなる。或
いは、ｐ型コンタクト層１０９形成時又はその後のアニ
ーリング等の熱処理時に、ｐ型コンタクト層１０９とｐ
型クラッド層１０８との間で固溶が起こり、ｐ型クラッ
ド層１０８中のアルミニウム(Al)が、ｐ型コンタクト層
１０９内に溶け出す場合が生じ得る。このため、ｐ型コ
ンタクト層１０９の膜厚が薄過ぎると、ｐ型コンタクト
層１０９のアルミニウム(Al)組成比ｙの値を所望の範囲
内に収めておくことができなくなると共に、上記の発光
素子の発光出力のバラツキが大きくなる。
【００３７】また、ｐ型コンタクト層１０９の膜厚が厚
過ぎると、ｐ型コンタクト層１０９とｐ型クラッド層１
０８とでは熱膨張係数が異なるため、ｐ型クラッド層１
０８以下の層に強い応力が掛かるようになる。或いは、
ｐ型コンタクト層１０９の膜厚が厚過ぎると、結晶の格
子定数の差異による格子不整合のための転位がｐ型コン
タクト層１０９内に発生し易くなり、ｐ型コンタクト層
１０９が、望ましい良質な結晶構造に形成され難くな
る。
過ぎると、ｐ型コンタクト層１０９とｐ型クラッド層１
０８とでは熱膨張係数が異なるため、ｐ型クラッド層１
０８以下の層に強い応力が掛かるようになる。或いは、
ｐ型コンタクト層１０９の膜厚が厚過ぎると、結晶の格
子定数の差異による格子不整合のための転位がｐ型コン
タクト層１０９内に発生し易くなり、ｐ型コンタクト層
１０９が、望ましい良質な結晶構造に形成され難くな
る。
【００３８】これらの作用により、ｐ型コンタクト層１
０９の膜厚が厚過ぎると、発光光度が低下したり、個々
の発光素子により発光光度の強さにバラツキが生じたり
して、品質上望ましくない。上記の第１実施例の発光素
子１００が、高い発光光度を示すのは、図２からも判る
ように、ｐ型コンタクト層１０９の膜厚（６００Å）
が、上記の要件を十分に満たしているためである。
０９の膜厚が厚過ぎると、発光光度が低下したり、個々
の発光素子により発光光度の強さにバラツキが生じたり
して、品質上望ましくない。上記の第１実施例の発光素
子１００が、高い発光光度を示すのは、図２からも判る
ように、ｐ型コンタクト層１０９の膜厚（６００Å）
が、上記の要件を十分に満たしているためである。
【００３９】（第２実施例）図３に、本発明によるフリ
ップチップ型の半導体発光素子２００の模式的断面図を
示す。サファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム
(AlN)から成る膜厚約200Åのバッファ層１０２が設けら
れ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約
4.0μmの高キャリア濃度ｎ+層１０３が形成されてい
る。そして、ｎ+層１０３の上には、ノンドープのIn
0.03Ga0.97N から成る膜厚約１８００Åの中間層１０４
が形成されている。
ップチップ型の半導体発光素子２００の模式的断面図を
示す。サファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム
(AlN)から成る膜厚約200Åのバッファ層１０２が設けら
れ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約
4.0μmの高キャリア濃度ｎ+層１０３が形成されてい
る。そして、ｎ+層１０３の上には、ノンドープのIn
0.03Ga0.97N から成る膜厚約１８００Åの中間層１０４
が形成されている。
【００４０】更に、中間層１０４の上には、ｎ型クラッ
ド層１０５、及びGaN層とGa0.8In0. 2N層からなるＭＱＷ
活性層１６０が、第１実施例の発光素子１００と同様に
形成されている。ＭＱＷ活性層１６０の上には、膜厚約
１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０７、及びマグネ
シウム(Mg)ドープのAl0.12Ga0.88Nから成る膜厚約２０
０Åのｐ型クラッド層１０８が形成されている。さら
に、ｐ型クラッド層１０８の上にはＭｇドープのＡｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎから成る膜厚約６００Åのｐ型コンタク
ト層１０９が形成されている。
ド層１０５、及びGaN層とGa0.8In0. 2N層からなるＭＱＷ
活性層１６０が、第１実施例の発光素子１００と同様に
形成されている。ＭＱＷ活性層１６０の上には、膜厚約
１４０ÅのGaN から成るキャップ層１０７、及びマグネ
シウム(Mg)ドープのAl0.12Ga0.88Nから成る膜厚約２０
０Åのｐ型クラッド層１０８が形成されている。さら
に、ｐ型クラッド層１０８の上にはＭｇドープのＡｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎから成る膜厚約６００Åのｐ型コンタク
ト層１０９が形成されている。
【００４１】また、ｐ型コンタクト層１０９の上には金
属蒸着による多重厚膜電極２２０が、更に、ｎ+層１０
３上には負電極２４０が形成されている。多重厚膜電極
２２０は、ｐ型コンタクト層１０９に接合する第１金属
層２２１、第１金属層２２１の上部に形成される第２金
属層２２２、更に第２金属層２２２の上部に形成される
第３金属層２２３の３層構造である。
属蒸着による多重厚膜電極２２０が、更に、ｎ+層１０
３上には負電極２４０が形成されている。多重厚膜電極
２２０は、ｐ型コンタクト層１０９に接合する第１金属
層２２１、第１金属層２２１の上部に形成される第２金
属層２２２、更に第２金属層２２２の上部に形成される
第３金属層２２３の３層構造である。
【００４２】第１金属層２２１は、ｐ型コンタクト層１
０９に接合する膜厚約0.3μmのロジウム(Rh)又は白金(P
t)より成る金属層である。また、第２金属層２２２は、
膜厚約1.2μmの金(Au)より成る金属層である。また、第
３金属層２２３は、膜厚約30Åのチタン(Ti)より成る金
属層である。
０９に接合する膜厚約0.3μmのロジウム(Rh)又は白金(P
t)より成る金属層である。また、第２金属層２２２は、
膜厚約1.2μmの金(Au)より成る金属層である。また、第
３金属層２２３は、膜厚約30Åのチタン(Ti)より成る金
属層である。
【００４３】２層構造の負電極２４０は、膜厚約175Å
のバナジウム(V)層２４１と、膜厚約1.8μmのアルミニ
ウム(Al)層２４２とを高キャリア濃度ｎ+層１０３の一
部露出された部分の上から順次積層させることにより構
成されている。
のバナジウム(V)層２４１と、膜厚約1.8μmのアルミニ
ウム(Al)層２４２とを高キャリア濃度ｎ+層１０３の一
部露出された部分の上から順次積層させることにより構
成されている。
【００４４】このように形成された多重厚膜正電極２２
０と負電極２４０との間にはSiO2膜より成る保護膜２３
０が形成されている。保護層２３０は、負電極２４０を
形成するために露出したｎ+層１０３から、エッチング
されて露出した、ＭＱＷ活性層１６０の側面、ｐ型クラ
ッド層１０８の側面、及びｐ型コンタクト層１０９の側
面及び上面の一部、第１金属層２２１、第２金属層２２
２の側面、第３金属層２２３の上面の一部を覆ってい
る。SiO2膜より成る保護膜２３０の第３金属層２２３を
覆う部分の厚さは0.5μmである。
０と負電極２４０との間にはSiO2膜より成る保護膜２３
０が形成されている。保護層２３０は、負電極２４０を
形成するために露出したｎ+層１０３から、エッチング
されて露出した、ＭＱＷ活性層１６０の側面、ｐ型クラ
ッド層１０８の側面、及びｐ型コンタクト層１０９の側
面及び上面の一部、第１金属層２２１、第２金属層２２
２の側面、第３金属層２２３の上面の一部を覆ってい
る。SiO2膜より成る保護膜２３０の第３金属層２２３を
覆う部分の厚さは0.5μmである。
【００４５】上記のように、フリップチップ型の半導体
発光素子２００においては、多重厚膜正電極２２０に、
ロジウム(Rh)又は白金(Pt)より成る第１金属層、金(Au)
より成る第２金属層、及び、チタン(Ti)より成る第３金
属層の３層より成る３層構造を採用した。この様に、半
導体発光素子２００を構成しても、前記の発光素子１０
０と同様に、従来よりも高光度の半導体発光素子を実現
することができた。
発光素子２００においては、多重厚膜正電極２２０に、
ロジウム(Rh)又は白金(Pt)より成る第１金属層、金(Au)
より成る第２金属層、及び、チタン(Ti)より成る第３金
属層の３層より成る３層構造を採用した。この様に、半
導体発光素子２００を構成しても、前記の発光素子１０
０と同様に、従来よりも高光度の半導体発光素子を実現
することができた。
【００４６】また、上記の発光素子１００、２００等の
主波長が５１０ｎｍから５３０ｎｍの緑色発光の III族
窒化物系化合物半導体発光素子では、ｐ型クラッド層１
０８の膜厚は、１００Åから５００Åの範囲で比較的高
い光度を示すことが、実験の結果より判っている。ｐ型
クラッド層１０８の膜厚は、より望ましくは、１８０Å
から３６０Åの範囲が最適であり、この範囲において最
も高い発光出力が得られる。
主波長が５１０ｎｍから５３０ｎｍの緑色発光の III族
窒化物系化合物半導体発光素子では、ｐ型クラッド層１
０８の膜厚は、１００Åから５００Åの範囲で比較的高
い光度を示すことが、実験の結果より判っている。ｐ型
クラッド層１０８の膜厚は、より望ましくは、１８０Å
から３６０Åの範囲が最適であり、この範囲において最
も高い発光出力が得られる。
【００４７】更に、主波長が４６０ｎｍから４７５ｎｍ
の青色発光の本発明による III族窒化物系化合物半導体
発光素子では、ｐ型クラッド層１０８の膜厚は、７０Å
から３９０Åの範囲で比較的高い光度を示すことが、実
験の結果より判っている。ｐ型クラッド層１０８の膜厚
は、より望ましくは、９０Åから３００Åの範囲が最適
であり、この範囲において最も高い発光出力が得られ
る。
の青色発光の本発明による III族窒化物系化合物半導体
発光素子では、ｐ型クラッド層１０８の膜厚は、７０Å
から３９０Åの範囲で比較的高い光度を示すことが、実
験の結果より判っている。ｐ型クラッド層１０８の膜厚
は、より望ましくは、９０Åから３００Åの範囲が最適
であり、この範囲において最も高い発光出力が得られ
る。
【００４８】また、Alx Ga1-x N より成るｐ型クラッド
層１０８のアルミニウム(Al)組成比ｘは、0.10〜0.14が
望ましい。更により望ましくは、組成比ｘは、0.12〜0.
13程度が良い。0.10よりも小さいと、キャリヤを活性層
に閉じ込めておくことが難しくなるため発光出力が低く
なり、0.14よりも大きいと、結晶の格子定数の違いによ
り活性層に及ぼす応力が大きくなるため発光出力が低く
なる。
層１０８のアルミニウム(Al)組成比ｘは、0.10〜0.14が
望ましい。更により望ましくは、組成比ｘは、0.12〜0.
13程度が良い。0.10よりも小さいと、キャリヤを活性層
に閉じ込めておくことが難しくなるため発光出力が低く
なり、0.14よりも大きいと、結晶の格子定数の違いによ
り活性層に及ぼす応力が大きくなるため発光出力が低く
なる。
【００４９】なお、上記の実施例では、発光素子１００
及び発光素子２００のＭＱＷ活性層１６０の周期は２周
期としたが、この周期数は特に限定されるものではな
い。即ち、本発明は、任意の周期数又は構造の活性層を
持つ III族窒化物系化合物半導体発光素子に対しても適
用することができる。従って、例えば、活性層１６０の
構造は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造としてもよい。
及び発光素子２００のＭＱＷ活性層１６０の周期は２周
期としたが、この周期数は特に限定されるものではな
い。即ち、本発明は、任意の周期数又は構造の活性層を
持つ III族窒化物系化合物半導体発光素子に対しても適
用することができる。従って、例えば、活性層１６０の
構造は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造としてもよい。
【００５０】また、本発明の発光素子を形成するIII族
窒化物系化合物半導体層はバッファ層、中間層、キャッ
プ層をも含め、任意の混晶比の４元、３元、２元系のAl
xGayIn1-x-yN（0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1）として
も良い。
窒化物系化合物半導体層はバッファ層、中間層、キャッ
プ層をも含め、任意の混晶比の４元、３元、２元系のAl
xGayIn1-x-yN（0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1）として
も良い。
【００５１】また、バッファ層には、上記のIII族窒化
物系化合物半導体の他にも、窒化チタン(TiN) 、窒化ハ
フニウム(HfN) 等の金属窒化物や、酸化亜鉛(ZnO) 、酸
化マグネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等の金属酸
化物を用いてもよい。
物系化合物半導体の他にも、窒化チタン(TiN) 、窒化ハ
フニウム(HfN) 等の金属窒化物や、酸化亜鉛(ZnO) 、酸
化マグネシウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等の金属酸
化物を用いてもよい。
【００５２】また、ｐ型不純物としては、マグネシウム
(Mg)の他、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等のII族元素を用
いることができる。また、これらがドープされたｐ型半
導体層をより低抵抗にするためには、更に、電子線照射
やアニーリングなどの活性化処理を行っても良い。
(Mg)の他、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等のII族元素を用
いることができる。また、これらがドープされたｐ型半
導体層をより低抵抗にするためには、更に、電子線照射
やアニーリングなどの活性化処理を行っても良い。
【００５３】また、上記の実施例では、高キャリア濃度
ｎ+ 層１０３は、シリコン(Si)ドープの窒化ガリウム(G
aN）より形成したが、これらのｎ型半導体層は、上記の
III族窒化物系化合物半導体に、シリコン(Si)、ゲルマ
ニウム(Ge)等のIV族元素、又は、VI族元素をドープする
ことにより形成しても良い。
ｎ+ 層１０３は、シリコン(Si)ドープの窒化ガリウム(G
aN）より形成したが、これらのｎ型半導体層は、上記の
III族窒化物系化合物半導体に、シリコン(Si)、ゲルマ
ニウム(Ge)等のIV族元素、又は、VI族元素をドープする
ことにより形成しても良い。
【００５４】また、結晶成長の基板には、サファイヤの
他に、炭化珪素(SiC）、酸化亜鉛(ZnO) 、酸化マグネシ
ウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等を使用しても良い。
又、本発明は発光素子のみならず受光素子にも利用する
ことができる。
他に、炭化珪素(SiC）、酸化亜鉛(ZnO) 、酸化マグネシ
ウム(MgO) 、酸化マンガン(MnO) 等を使用しても良い。
又、本発明は発光素子のみならず受光素子にも利用する
ことができる。
【図１】本発明によるワイヤーボンディング型の III族
窒化物系化合物半導体発光素子１００の模式的断面図。
窒化物系化合物半導体発光素子１００の模式的断面図。
【図２】本発明による発光素子の発光出力とｐ型コンタ
クト層の膜厚との間の相関を示すグラフ。
クト層の膜厚との間の相関を示すグラフ。
【図３】本発明によるフリップチップ型の III族窒化物
系化合物半導体発光素子２００の模式的断面図。
系化合物半導体発光素子２００の模式的断面図。
１０１ … サファイヤ基板 １０２ … バッファ層 １０３ … 高キャリア濃度ｎ+ 層 １０４ … 中間層 １０５ … ｎ型クラッド層 １６０ … ＭＱＷ活性層 １０７ … キャップ層 １０８ … ｐ型クラッド層 １０９ … ｐ型コンタクト層 １１０ … 透光性薄膜正電極 １１１ … 薄膜正電極第１層 １１２ … 薄膜正電極第２層 １２０，２２０ … 厚膜正電極 １２１，２２１ … 厚膜正電極第１層 １２２，２２２ … 厚膜正電極第２層 １２３，２２３ … 厚膜正電極第３層 １３０，２３０ … 保護膜 １４０，２４０ … 多層構造の負電極 １５０ … 反射金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢崎 勝久 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA05 CA22 CA34 CA40 CA57 CA65 CA74 CA82 CA92 CB15 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 CB10 DA05 DA25 EA07 EA24
Claims (4)
- 【請求項１】 III族窒化物系化合物半導体から成る層
が基板上に積層され、ｐ型のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ
＜１）より成るｐ型クラッド層を有する半導体発光素子
において、 前記ｐ型クラッド層よりもアルミニウム(Al)組成比の低
い、ｐ型のＡｌy Ｇａ 1-y Ｎ（０＜ｙ＜ｘ）より成るｐ
型コンタクト層を有することを特徴とする III族窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型コンタクト層は、 Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（ 0.2ｘ≦ｙ≦ 0.7ｘ）より成ること
を特徴とする請求項１に記載の III族窒化物系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型コンタクト層は、 Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ（ 0.02 ≦ｙ≦ 0.12 ）より成ること
を特徴とする請求項１に記載の III族窒化物系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項４】 前記ｐ型コンタクト層の膜厚は、 ２００Å以上、１０００Å以下であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の III族窒
化物系化合物半導体発光素子。
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