JP2000349337A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

窒化物半導体素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重量子井戸構造の活性層を用い、種々の応
用製品への適用範囲の拡大を可能とするため、発光出力
の高い窒化物半導体素子を提供することである。 【解決手段】 井戸層と障壁層との多重量子井戸からな
る活性層のｎ層側にｎ型不純物としてＳｉをドープし、
さらにそのドープする層を限定することで、ｎ層側から
のドナーの供給を補うことができ、発光出力の高い窒化
物半導体素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、光センサ
ー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パ
ワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導
体（例えば、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦
Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナ光源等の各種光源
で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的に、
サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、Ｓｉ
ドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、単一量子井
戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）のＩｎＧａ
Ｎ、あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantu
m-Well）の活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ
型クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタ
クト層とが順に積層された構造を有しており、２０ｍ
Ａ、発光波長４７０ｎｍの青色ＬＥＤで、活性層が単一
量子井戸構造の場合、２．５ｍＷ、外部量子効率５パー
セント、活性層が多重量子井戸構造の場合、５ｍＷ、外
部量子効率９．１パーセント、また発光波長５２０ｎｍ
の緑色ＬＥＤで、単一量子井戸構造の場合、２．２ｍ
Ｗ、外部量子効率４．３パーセント、多重量子井戸構造
の場合、３ｍＷ、外部量子効率６．３パーセントと非常
に優れた特性を示す。多重量子井戸構造は、複数のミニ
バンドからなる構造を有し、効率よく、小さな電流でも
発光が実現することから、単一量子井戸構造より発光出
力が高くなる等の素子特性の向上が期待される。
【０００３】また例えば、多重量子井戸構造の活性層を
用いたＬＥＤ素子として、特開平１０−１３５５１４号
公報には、発光効率および発光光度を良好とするため、
少なくともアンドープのＧａＮからなる障壁層とアンド
ープのＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる多重量子井
戸構造の発光層、さらに発光層の障壁層よりも広いバン
ドギャップを持つクラッド層を有する窒化物半導体素子
が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の素子をＬＥＤ素子として、照明用光源、直射日光の
当たる屋外ディスプレイ等に使用するためには発光出力
が十分満足できるものでない。このように多重量子井戸
構造の活性層は、発光出力の飛躍的な向上が考えられる
が、その予想される可能性を十分に発揮させ難い。これ
は従来の窒化物半導体素子はｎ型窒化物半導体からドナ
ーが、またｐ型窒化物半導体からアクセプタが活性層に
供給され、これらが再結合することで発光が起こる。し
かし、この発光は活性層中のｐ層側近くで起こるため、
ｐ層からアクセプタは十分に供給されるが、ｎ層からの
ドナーの供給は十分とはいえないことも理由の１つとい
える。
【０００５】そこで本発明の目的は、量子井戸構造の活
性層を用い、種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能
とするため、発光出力の高い窒化物半導体素子を提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（ａ）〜（ｇ）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。 （ａ）ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体との間に、
量子井戸からなりｎ型不純物を含む活性層を有する窒化
物半導体素子において、前記活性層に含まれるｎ型不純
物濃度はｎ層側の方がｐ層側よりも大きいことを特徴と
する窒化物半導体素子。
【０００７】（ｂ）ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導
体との間に、多重量子井戸からなりｎ型不純物を含む活
性層を有する窒化物半導体素子において、前記活性層は
層の総数をｉ層とした場合、次の（１）式を満たすｎ型
窒化物半導体に接する層から数えてｊ層までのいずれか
にｎ型不純物が含まれていることを特徴とする前記
（ａ）に記載の窒化物半導体素子。 ｊ＝ｉ／６＋２（但しｉ≧４、ｊは少数以下を切り捨てた整数）・・・（１）
【０００８】（ｃ）前記ｎ型不純物が含まれている位置
は、活性層中の井戸層であることを特徴とする前記
（ａ）乃至（ｂ）のいずれか１つに記載の窒化物半導体
素子。
【０００９】（ｄ）前記ｎ型不純物が含まれている位置
は活性層中の障壁層であることを特徴とする前記（ａ）
乃至（ｂ）のいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
【００１０】（ｅ）前記ｎ型不純物が含まれている位置
は活性層中の井戸層と障壁層の両方であることを特徴と
する前記（ａ）乃至（ｂ）のいずれか１つに記載の窒化
物半導体素子。
【００１１】（ｆ）前記ｎ型不純物はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ
の中の少なくとも１種であることを特徴とする前記
（ａ）乃至（ｅ）のいずれか１つに記載の窒化物半導体
素子。
【００１２】（ｇ）前記ｎ型不純物はＳｉであることを
特徴とする前記（ａ）乃至（ｅ）のいずれか１つに記載
の窒化物半導体素子。
【００１３】つまり、本発明は井戸層と障壁層との多重
量子井戸からなる活性層のｎ層側にｎ型不純物をドープ
する。このｎ型不純物により、活性層はｎ層からのドナ
ーの供給が補われ、発光出力の高い窒化物半導体素子が
得られる。我々は前記（１）式をみたす層までｎ型不純
物をドープすることで発光出力の高い窒化物半導体素子
を得ることが可能となった。このｎ型不純物が含まれる
層が（１）式の範囲を超えると、その層やその上に積層
する層の結晶性が悪くなり、発光出力も悪くなってしま
う。
【００１４】また、本発明においてｎ型不純物を含む層
とは、基本的にはｎ型不純物が意図的にドープされた層
であるが、例えば隣りあった層や別の層に含まれるｎ型
不純物が拡散することによって含まれた層や、原料また
は装置からのコンタミネーションにより不純物が混入し
た層もそれに含む。特に拡散により混入するｎ型不純物
は層内において不純物濃度に勾配がついている場合もあ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態であ
る窒化物半導体素子の構造を示す窒化物半導体素子の模
式的断面図である図１を用いて、本発明を詳細に説明す
る。
【００１６】図１は基板１上に、バッファ層２，アンド
ープのＧａＮ層３、ＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型コ
ンタクト層４、ｎ型第１の多層膜層５、ｎ型第２の多層
膜層６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮよりなる多重量子井戸構造
の活性層７、ｐ型多層膜層８、ＭｇドープＧａＮよりな
るｐ型コンタクト層９が順に積層された構造を有する窒
化物半導体素子が示されている。上記ｎ型多層膜層６及
びｐ型多層膜層８を構成するそれぞれの窒化物半導体の
組成、及び／または層数がｎ型とｐ型とで異なる。
【００１７】本発明において、活性層は、井戸層と障壁
層とを順次積層した多層膜構造の多重量子井戸構造であ
る。多重量子井戸構造の最小積層構造は、１つの障壁層
とこの障壁層の両側に設けられた（２つの）井戸層とか
らなる３層構造または１つの井戸層とその両側に設けら
れた（２つの）障壁層とからなる３層構造であり得る。
多重量子井戸構造において、両側の２つの最外層は、そ
れぞれ井戸層または障壁層により構成される。また、一
方の最外層が井戸層で他方の最外層が障壁層となるよう
に構成されてもよい。また、多重量子井戸構造は、ｐ層
側が障壁層で終わっても井戸層で終わっても良い。
【００１８】このような多重量子井戸構造の活性層にお
いて、井戸層及び障壁層は、両者をインジウムとガリウ
ムとを含む窒化物半導体（好ましくはＩｎＧａＮ）で形
成することができるが、井戸層をインジウムとガリウム
を含む窒化物半導体（好ましくは、ＩｎＧａＮ）やＧａ
Ｎで形成し、障壁層を例えばＡｌＮ、ＧａＮで形成する
こともできる。例えば、多重量子井戸構造よりなる活性
層の井戸層は少なくともＩｎを含む窒化物半導体、好ま
しくはＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）とする。一方、障
壁層は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大き
い窒化物半導体を選択し、好ましくはＩｎYＧａ1-YＮ
（０≦Ｙ＜１、Ｘ＞Ｙ）又はＡｌZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜
０．５）とする。ただし井戸層及び障壁層をＩｎＡｌＮ
とすることも可能である。
【００１９】活性層に含まれるｎ型不純物にはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶ
Ｉ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。
【００２０】本発明において活性層中のｎ型不純物濃度
はｎ層側の方がｐ層側よりも大きく、さらに好ましく
は、ｎ型窒化物半導体に接する層から数えて上記（１）
式をみたす層までｎ型不純物が含まれているものとす
る。「ｎ型不純物濃度がｎ層側の方がｐ層側よりも大き
い」とは例えば、活性層が井戸層と障壁層が交互に積層
された合計１１層からなる多重量子井戸であれば、ｎ層
側の６層にｎ型不純物が含まれ、ｐ層側の５層にはｎ型
不純物が含まれていない場合や、ｎ層側の６層のうち井
戸層のみにｎ型不純物が含まれている場合などをいい、
ｎ層側の方にｎ型不純物が多く含まれていればこの層数
や含まれる層が変わっても良い。
【００２１】本発明において、活性層の総膜厚は、特に
限定されないが、井戸層と障壁層の積層された層の合計
の膜厚であり、例えば具体的には５００〜５０００オン
グストロームであり、好ましくは１０００〜３０００オ
ングストロームである。活性層の総膜厚が上記範囲であ
ると発光出力及び活性層の結晶成長に要する時間の点で
好ましい。
【００２２】活性層の多重量子井戸構造を構成する障壁
層の単一膜厚は、７０〜５００オングストロームであ
り、好ましくは１００〜３００オングストロームであ
る。障壁層の単一膜厚が上記範囲であると、光電変換効
率が向上し、低Ｖf及び少リーク電流となり好ましい。
【００２３】また活性層の井戸層の単一膜厚は、１００
オングストローム以下、好ましくは７０オングストロー
ム以下、より好ましくは５０オングストローム以下であ
る。井戸層の単一膜厚の下限は、特に限定されないが、
１０オングストローム以上であることが好ましい。井戸
層の単一膜厚が上記範囲であると、発光出力の向上及び
発光スペクトル半値幅の減少の点で好ましい。
【００２４】活性層に含まれるｎ型不純物濃度はｎ型コ
ンタクト層にドープするＳｉドープ量以下、好ましくは
５×１０16／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3、さらに好まし
くは５×１０16／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3、最も好ま
しくは５×１０16／ｃｍ3〜２×１０18／ｃｍ3の範囲に
調整する。ｎ型不純物の濃度が、上記範囲であると、光
電変換効率を低下させず、Ｉ−Ｖ特性においてリーク電
流の増加が見られず、Ｖfを低下でき好ましい。
【００２５】また本発明において、活性層以外のデバイ
ス構造としては、特に限定されず、種々の層構造を用い
ることができる。デバイス構造の具体的な実施の形態と
しては、例えば後述の実施例に記載されているデバイス
構造が挙げられる。また、電極等も特に限定されず種々
のものを用いることができる。
【００２６】
【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし、本発明はこれに限定されない。 ［実施例１］図１を元に実施例１について説明する。
【００２７】（基板１）サファイア（Ｃ面）よりなる基
板１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流し
ながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板の
クリーニングを行う。この基板１としてはその他にＲ面
またはＡ面を主面とするサファイア基板、スピネル（Ｍ
ｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４
Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等
の半導体基板などでも良い。
【００２８】（バッファ層２）続いて、温度を５１０℃
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。なおこの低温で成長させる第１
のバッファ層２は基板の種類、成長方法等によっては省
略できる。また、このバッファ層はＡｌの割合の小さい
ＡｌＧａＮを用いることもできる。
【００２９】（第１のアンドープＧａＮ層３）バッファ
層２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで
上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスに
ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、第１のアンドープＧａ
Ｎ層３を１μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】（ｎ型コンタクト層４）続いて１０５０℃
で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０19／ｃｍ3ド
ープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの膜
厚で成長させる。
【００３１】（ｎ型第１多層膜層５）次にシランガスの
みを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用
い、アンドープＧａＮからなる下層５ａを３０００オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープし
たＧａＮからなる中間層５ｂを３００オングストローム
の膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、
同温度にてアンドープＧａＮからなる上層５ｃを５０オ
ングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚
２３５０オングストロームのｎ型第１多層膜層５を成長
させる。
【００３２】（ｎ型第２多層膜層６）次に、同様の温度
で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を
４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃に
して、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープ
Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を２
０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を
繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層さ
せ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０
オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなる
ｎ型第２多層膜層６を６４０オングストロームの膜厚で
成長させる。
【００３３】（活性層７）次にＴＭＧ、アンモニアを用
いアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オングス
トロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にし
て、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用いＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにアンドープのＧａＮよりなる障壁層
を２００オングストロームと、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ
3ドープしたＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸
＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で成長させ、アンドー
プからなる障壁層を１６層、最初の３層のみＳｉがドー
プされ、残りの１２層はアンドープからなる井戸層１５
層を交互に積層して、総数３１層、総膜厚３６５０オン
グストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成
長させる。
【００３４】（ｐ型多層膜層８）次に、温度１０５０℃
でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０19
／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第３
の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長
させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、
アンモニア、Ｃｐ 2Ｍｇを用いＭｇを５×１０19／ｃｍ3
ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第４の窒化物半
導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そ
してこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に
５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４０オ
ングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜
よりなるｐ型多層膜層８を３６５オングストロームの膜
厚で成長させる。
【００３５】（ｐ型コンタクト層９）続いて１０５０℃
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層８を７００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。
【００３６】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
【００３７】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ型コンタクト層９の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させ
る。
【００３８】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極１０と、エッチングにより露
出させたｎ型コンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含む
ｎ電極１１を形成してＬＥＤ素子とした。
【００３９】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．４Ｖ、
発光出力は６．５ｍＷであった。
【００４０】［実施例２］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧ
ａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて温度を８００℃にして、さらにＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いＳｉを５×
１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0 .3Ｇａ0.7Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さら
にアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オングス
トロームと、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの
膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・
・・＋障壁の順で成長させ、アンドープからなる障壁層
を１１層、最初の２層のみＳｉがドープされ、残りの８
層はアンドープからなる井戸層１０層を交互に積層し
て、総数２１層、総膜厚２５００オングストロームの多
重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
【００４１】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．４Ｖ、
発光出力は６．４ｍＷであった。
【００４２】［実施例３］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧ
ａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて温度を８００℃にして、さらにＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いＳｉを５×
１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0 .3Ｇａ0.7Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さら
にアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オングス
トロームと、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で成長さ
せ、アンドープからなる障壁層を６層、最初の１層のみ
Ｓｉがドープされ、残りの４層はアンドープからなる井
戸層５層を交互に積層して、総数１１層、総膜厚１３５
０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層
７を成長させる。
【００４３】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．４Ｖ、
発光出力は６．３ｍＷであった。
【００４４】［実施例４］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧ
ａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて温度を８００℃にして、さらにＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いＳｉを５×
１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0 .3Ｇａ0.7Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さら
にアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オングス
トロームと、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で成長さ
せ、アンドープからなる障壁層を３層、最初の１層のみ
Ｓｉがドープされ、残りの１層はアンドープからなる井
戸層２層を交互に積層して、総数５層、総膜厚６６０オ
ングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を
成長させる。
【００４５】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．４Ｖ、
発光出力は６．２ｍＷであった。
【００４６】［実施例５］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用いＳ
ｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁
層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いアンドープのＩｎ 0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸
層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに
Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障
壁層を２００オングストロームと、アンドープのＩｎ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの
膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・
・・＋障壁の順で成長させ、最初の３層のみＳｉがドー
プされ、残りの１３層はアンドープからなる障壁層を１
６層、アンドープからなる井戸層１５層を交互に積層し
て、総数３１層、総膜厚３６５０オングストロームの多
重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
【００４７】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．６Ｖ、
発光出力は６．２ｍＷであった。
【００４８】［実施例６］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用いＳ
ｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁
層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニア、シランガスを用いＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドー
プしたＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングス
トロームの膜厚で成長させる。さらにＳｉを５×１０17
／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁層を２００オン
グストロームとＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩ
ｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストローム
の膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・
・・・＋障壁の順で成長させ、最初の３層のみＳｉがド
ープされ、残りの１３層はアンドープからなる障壁層を
１６層、最初の３層のみＳｉがドープされ、残りの１２
層はアンドープからなる井戸層を１５層交互に積層し
て、総数３１層、総膜厚３６５０オングストロームの多
重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
【００４９】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．６Ｖ、
発光出力は６．４ｍＷであった。
【００５０】［実施例７］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用いＳ
ｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁
層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニア、シランガスを用い、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3ド
ープしたＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オング
ストロームの膜厚で成長させる。さらにＳｉを５×１０
17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁層を２００オ
ングストロームとＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープした
Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸
・・・・＋障壁の順で成長させ、最初の２層のみＳｉド
ープがドープされ、残りの９層はアンドープからなる障
壁層を１１層、最初の２層のみＳｉドープがドープさ
れ、残りの８層はアンドープからなる井戸層を１０層交
互に積層して、総数２１層、総膜厚３６５０オングスト
ロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させ
る。
【００５１】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．６Ｖ、
発光出力は６．２ｍＷであった。
【００５２】［実施例８］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用いＳ
ｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁
層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニア、シランガスを用い、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3ド
ープしたＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オング
ストロームの膜厚で成長させる。さらにアンドープのＧ
ａＮよりなる障壁層を２００オングストロームとアンド
ープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁
＋井戸・・・・＋障壁の順で成長させ、最初の１層のみ
Ｓｉドープがドープされ、残りの９層はアンドープから
なる障壁層を１１層、最初の１層のみＳｉドープがドー
プされ、残りの８層はアンドープからなる井戸層を１０
層交互に積層して、総数２１層、総膜厚３６５０オング
ストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長
させる。
【００５３】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．６Ｖ、
発光出力は６．０ｍＷであった。
【００５４】［実施例９］実施例１において、活性層７
を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製し
た。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用いＳ
ｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁
層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
温度を８００℃にして、さらにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いアンドープのＩｎ 0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸
層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに
アンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オングスト
ロームを成長させ、単一量子井戸構造からなる活性層７
を成長させる。
【００５５】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．４Ｖ、
発光出力は５．６ｍＷであった。
【００５６】［実施例１０］実施例１において、ｎ型コ
ンタクト層４までは同様に作製する。 （第２のアンドープＧａＮ層５）次にシランガスのみを
止め、１０５０℃で同様にして第２のアンドープＧａＮ
層５を１５００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５７】（ｎ型多層膜層６）次に、温度を８００℃
にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドー
プＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなる第２の窒化物半導体層を
２０オングストローム成長させ、続いて温度を上昇さ
せ、その上にアンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半
導体層を４０オングストローム成長させる。そしてこれ
らの操作を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づ
つ積層し、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層
を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よ
りなるｎ型多層膜層６を６４０オングストロームの膜厚
で成長させる。
【００５８】活性層７以下は実施例１と同様にしてＬＥ
Ｄ素子を作製した。このようにｎ型コンタクト層と活性
層との間に、上記ｎ側第１多層膜層５とｎ側第２多層膜
層６を設けることで、さらに良好な静電耐圧を得ること
ができる。
【００５９】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．６Ｖ、
発光出力は６．５ｍＷであった。
【００６０】［実施例１０］実施例１において、第２の
アンドープＧａＮ層５、ｎ型多層膜層６を省略した他は
同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
【００６１】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、Ｖfは３．８Ｖ、
発光出力は６．２ｍＷであった。
【００６２】［実施例１１］実施例１においてｐ型多層
膜層８と、ｐ型コンタクト層９との間に次の層を形成す
る。 （ｐ型アンドープＡｌＧａＮ層）ｐ型多層膜形成後、ア
ンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を２０００オングスト
ロームの膜厚で形成する。この層はｐ型多層膜層８から
のＭｇの拡散により、ｐ型不純物を含むようになりｐ型
を示す。
【００６３】このＬＥＤ素子は実施例１と同様の、順方
向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示
し、Ｖfは３．４Ｖ、発光出力は６．５ｍＷであった。
【００６４】［実施例１２］実施例３において、活性層
７を以下のようにした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製
した。 （活性層７）ＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧ
ａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で
成長させ、続いて温度を８００℃にして、さらにＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いＳｉを５×
１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0 .35Ｇａ0.65Ｎよりなる
井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さ
らにアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２００オング
ストロームと、アンドープのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎよりな
る井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。
そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で成
長させ、アンドープからなる障壁層を６層、最初の１層
のみＳｉがドープされ、残りの４層はアンドープからな
る井戸層５層を交互に積層して、総数１１層、総膜厚１
３５０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活
性層７を成長させる。
【００６５】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、５００ｎｍの青緑色発光を示し、Ｖfは３．８
Ｖ、発光出力は５．２ｍＷであった。
【００６６】
【発明の効果】本発明は井戸層と障壁層との多重量子井
戸からなる活性層のｎ層側にｎ型不純物としてＳｉをド
ープし、またそのドープする層を限定することで、ｎ層
からのドナーの供給を補うことができ、発光出力の高い
窒化物半導体素子を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態であるＬＥＤ素子
の構造を示す模式断面図である。
【符号の簡単な説明】
１・・・サファイア基板 ２・・・バッファ層 ３・・・アンドープＧａＮ層 ４・・・ｎ型コンタクト層 ５・・・ｎ型第１多層膜層 ６・・・ｎ型第２多層膜層 ７・・・活性層 ８・・・ｐ型多層膜層 ９・・・ｐ型コンタクト層 １０・・・ｐ電極 １１・・・ｎ電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体との
    間に、量子井戸からなりｎ型不純物を含む活性層を有す
    る窒化物半導体素子において、前記活性層に含まれるｎ
    型不純物濃度はｎ層側の方がｐ層側よりも大きいことを
    特徴とする窒化物半導体素子。
  2. 【請求項２】ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体との
    間に、多重量子井戸からなりｎ型不純物を含む活性層を
    有する窒化物半導体素子において、前記活性層は層の総
    数をｉ層とした場合、次の（１）式を満たすｎ型窒化物
    半導体に接する層から数えてｊ層までのいずれかにｎ型
    不純物が含まれていることを特徴とする請求項１に記載
    の窒化物半導体素子。 ｊ＝ｉ／６＋２（但しｉ≧４、ｊは少数以下を切り捨てた整数）・・・（１）
  3. 【請求項３】前記ｎ型不純物が含まれている位置は、活
    性層中の井戸層であることを特徴とする請求項１乃至請
    求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
  4. 【請求項４】前記ｎ型不純物が含まれている位置は活性
    層中の障壁層であることを特徴とする請求項１乃至請求
    項２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
  5. 【請求項５】前記ｎ型不純物が含まれている位置は活性
    層中の井戸層と障壁層の両方であることを特徴とする請
    求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の窒化物半導
    体素子。
  6. 【請求項６】前記ｎ型不純物はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎの中の
    少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請
    求項５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
  7. 【請求項７】前記ｎ型不純物はＳｉであることを特徴と
    する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の窒化
    物半導体素子。
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