JP2001119064A

JP2001119064A - 窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JP2001119064A
Application number: JP29331199A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kamei; 英徳亀井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率が高く、動作電圧が低い窒化物半導
体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】窒化物半導体発光素子のｐ型層におい
て、ｐ型コンタクト層７の成長時の水素濃度を小さくし
て、ｐ型不純物の活性化率を高め、ｐ型クラッド層６の
成長時の水素濃度を大きくして、結晶性を高く保つこと
で、ｐ型層における電気的特性と結晶性の調和を総合的
に図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードや半
導体レーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化
物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】３族元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を含
み、５族元素としてＮ等を含むＡｌＧａＩｎＮで表され
る窒化物半導体は、可視光発光デバイスや高温動作電子
デバイス用の半導体材料として多用されるようになって
おり、青色や緑色の発光ダイオードの分野での実用化や
青紫色のレーザダイオードの分野での展開が進んでい
る。

【０００３】この窒化物半導体を用いた発光素子の製造
においては、有機金属気相成長法によって窒化物半導体
薄膜結晶を成長させるのが近来では主流である。この方
法は、サファイアやＳｉＣ、ＧａＮ等からなる基板を設
置した反応管内に３族元素の原料ガスとして有機金属化
合物ガス（トリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と略
称する。）、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭ
Ａ」と略称する。）、トリメチルインジウム（以下、
「ＴＭＩ」と略称する。）等）と、５族元素の原料ガス
としてアンモニアやヒドラジン等を供給し、基板温度を
およそ７００℃〜１１００℃の高温で保持して、基板上
にｎ型層と発光層とｐ型層とを成長させてこれらを積層
形成するというものである。ｎ型層の成長時にはｎ型不
純物原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄）やゲルマン
（ＧｅＨ₄）等を、ｐ型層の成長時にはｐ型不純物原料
ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂
Ｍｇ）やジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ₃）₂）等を３族元素
の原料ガスと同時に流しながら成長させる。そして、こ
の成長形成の後、ｎ型層の表面およびｐ型層の表面のそ
れぞれにｎ側電極およびｐ側電極を形成し、チップ状に
分離することによって、発光素子を得ることができる。

【０００４】窒化物半導体は、従来ｐ型伝導が得られ難
くかったが、近年、電子線照射法やアニール法により、
ｐ型伝導の制御が可能となった。これらの方法によれ
ば、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体を成長した
後、電子線照射やアニールにより、ｐ型不純物と結合し
てｐ型不純物を不活性化している水素とｐ型不純物との
結合を切り、窒化物半導体中から水素を放出すること
で、ｐ型不純物を活性化してアクセプターとして機能さ
せることにより、窒化物半導体をｐ型化できる。特にア
ニール法は、設備的に簡便であり、所要時間も短く、窒
化物半導体の深さ方向にも均一にｐ型化でき、実用的な
製造方法とされている。

【０００５】しかし、このアニール法においては、熱処
理の際に窒化物半導体の表面から酸素や炭素等の不純物
が窒化物半導体膜中に侵入し易く、特に表面付近に多く
存在することになる。又、ｐ型不純物と水素の結合を切
って水素を膜中から追い出す際に完全に追い出すことが
できず、表面付近に水素が偏在することになる。このよ
うに表面付近に水素、酸素、炭素等が存在するｐ型窒化
物半導体に電極を形成した場合、良好なオーミック特性
を有する電極が形成できないという問題があった。

【０００６】この問題を解決する方法として、特開平１
０−１３５５７５に開示されているように、ｐ型不純物
をドープした窒化物半導体の気相成長中に、反応管の雰
囲気ガスにキャリアガスとして含まれる水素の量を低減
することによって、ｐ型不純物と水素の結合の形成を抑
制し、ａｓ−ｇｒｏｗｎでｐ型伝導を得る方法が提案さ
れている。また、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．
Ｖｏｌ．７２Ｎｏ．１４ｐ．１７４８（１９９
８）には同一研究グループによる詳細な実験結果が示さ
れており、水素濃度が２．４％以下で良好なｐ型が得ら
れている（水素濃度が３．７％以では水素による不活性
化が生じている。）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにキャリアガス中の水素濃度が小さい条件で窒化物
半導体を成長すると、半導体結晶表面での原子のマイグ
レーションが抑制され、水素濃度が高い場合に比べて結
晶性が劣化し易い。従って、キャリアガス中の水素濃度
が小さい条件で一律にｐ型層全体を形成すると、特にｐ
型層の上層部において結晶性が低下し、ｐ型層の最表面
に形成するｐ側電極との間で良好なオーミック接触が得
られ難く、素子の発光特性に悪影響を及ぼすという問題
がある。

【０００８】本発明において解決すべき課題は、ｐ型層
におけるｐ型電気特性と結晶性の調和を総合的に図り、
発光特性に優れ、良好なオーミック接触が実現できる窒
化物半導体発光素子を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ｐ型層の
構成について鋭意検討を行った。その結果、ｐ型層を少
なくとも二つの層で形成し、ｐ側電極に接する側に設け
られた第１のｐ型層を水素濃度の小さい雰囲気ガス中で
形成し、第１のｐ型層よりもｐ側電極から遠い側に設け
られた第２のｐ型層を第１のｐ型層よりも水素濃度の大
きい雰囲気ガス中で形成することにより、第２のｐ型層
では結晶性を高く保つことができ、第１のｐ型層ではｐ
型不純物の活性化率を高く保つことができることを見出
した。

【００１０】このような構成によれば、ｐ型層における
ｐ型電気特性と結晶性を両立した発光素子の実現が可能
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、ｎ型層
と、発光層と、ｐ型層とが順に積層された積層構造と、
前記ｐ型層に接して形成されたｐ側電極と、を備えた窒
化物半導体発光素子において、前記ｐ型層が、前記ｐ側
電極に接する側に設けられた第１のｐ型層と、前記第１
のｐ型層よりも前記ｐ側電極から遠い側に設けられた第
２のｐ型層との少なくとも二つのｐ型層からなり、前記
第１のｐ型層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素
元素の比率が、前記第２のｐ型層内に存在するｐ型不純
物元素に対する水素元素の比率より小さいことを特徴と
する窒化物半導体発光素子であり、第１のｐ型層におい
て第２のｐ型層よりもｐ型不純物の活性化率を高くする
ことができ、ｐ型層とｐ側電極のオーミック接触抵抗を
低減することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記ｐ型層が有
機金属気相成長法により形成され、前記第１のｐ型層を
形成する際に反応管内に供給する全ガス中の水素濃度
を、前記第２のｐ型層を形成する際に反応管内に供給す
る全ガス中の水素濃度より小さくすることにより形成し
たことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光
素子であり、第１のｐ型層の下地層となる第２のｐ型層
の結晶性を高く保つことができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記第１のｐ型
層の厚さが５ｎｍ以上、且つ１００ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導
体発光素子であり、第１のｐ型層における結晶性の低下
を最小限に抑えることができる。

【００１４】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施の形態に係る窒化物
半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【００１６】本実施の形態においては、第１のｐ型層は
ｐ型クラッド層６、第２のｐ型層はｐ型コンタクト層７
に対応する。

【００１７】図１において、基板１の上に、バッファ層
２を介して、ｎ型コンタクト層３と、ｎ型クラッド層４
と、発光層５と、第１のｐ型層としてｐ型クラッド層６
と、第２のｐ型層としてｐ型コンタクト層７と、が順次
積層されている。ｐ型コンタクト層７のほぼ全面に光透
過性電極８が形成され、光透過性電極８の上にワイヤボ
ンディングのためのｐ側電極９が形成されている。ｐ型
コンタクト層７の一部の表面からｎ型コンタクト層３に
達する深さでエッチングされ露出されたｎ型コンタクト
層３の表面にはｎ側電極１０が形成されている。

【００１８】基板１には、サファイア、ＧａＮ、ＳｉＣ
等を使用することができる。

【００１９】バッファ層２には、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ
ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を用いることができ、例えば、９
００℃以下の温度で、数ｎｍから数十ｎｍの厚さで形成
されたものを好ましく用いることができる。ここで、バ
ッファ層２は、基板１とその上に形成される窒化物半導
体からなる積層構造との間の格子不整合を緩和する作用
を有するものであるため、ＧａＮのように、その上に形
成される窒化物半導体との格子定数が近い基板を用いる
場合は、成長方法や成長条件にもよるが、バッファ層２
の形成を省略することも可能である。

【００２０】ｎ型コンタクト層３は、窒化物半導体で形
成され、特にＧａＮやＡｌＧａＮで形成されることが好
ましい。窒化物半導体は、ｎ型不純物がドープされてい
ないアンドープの状態でもｎ型導電型を示す傾向にある
が、特にｎ側電極１０を設けるためのｎ型コンタクト層
として用いる場合には、ＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がド
ープされたＧａＮを用いると、電子濃度が高いｎ型層が
得られ、ｎ側電極１０との接触抵抗を小さくすることが
可能である。

【００２１】ｎ型クラッド層４は、窒化物半導体で形成
され、ＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がドープされたＡｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（但し、０≦ａ≦１）で形成されることが好
ましいが、発光ダイオードの場合には、ｎ型クラッド層
４の形成を省略することも可能である。

【００２２】発光層５は、ｎ型クラッド層４のバンドギ
ャップより小さいバンドギャップを有する窒化物半導体
で形成される。特に、インジウムを含む窒化物半導体、
すなわちＩｎ_pＡｌ_qＧａ_1-p-pＮ（但し、０＜ｐ≦１、
０≦ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦１）で形成され、その中でも
Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（但し、０＜ｂ＜１）で形成されること
が好ましい（以下、本明細書において、Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ
または同様に添字を伴った表現により示される窒化物半
導体を単にＩｎＧａＮということがある。）。発光層５
は、ｎ型不純物とｐ型不純物を同時に、またはそれらの
いずれか一方のみをドープすることにより所望の発光波
長を得る構成とすることもできるが、膜厚を約１０ｎｍ
以下と薄くした層を用いて量子井戸構造とした構成とす
ることにより、色純度が良くかつ発光効率の高い発光層
５とすることが特に好ましい。発光層５を量子井戸構造
とする場合、ＩｎＧａＮからなる井戸層を、井戸層より
もバンドギャップの大きな障壁層で挟んだ単一量子井戸
構造としても良く、この場合には、障壁層を発光層の両
側に形成されるｐ型およびｎ型クラッド層で兼用するこ
とが可能である。また、井戸層と障壁層戸を交互に積層
させた多重量子井戸構造としても良い。

【００２３】ｐ型クラッド層６は、発光層５のバンドギ
ャップよりも大きいバンドギャップを有する窒化物半導
体で形成され、特にＭｇ等のｐ型不純物がドープされた
Ｉｎ _uＡｌ_vＧａ_1-u-vＮ（但し、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜
１、０≦ｕ＋ｖ＜１）で形成されることが好ましい。通
常、ｐ型クラッド層６は、結晶性良く形成させるため
に、発光層５の成長に適した温度よりも高い成長温度で
形成されることが多く、このため、発光層５の成長後、
ｐ型クラッド層６の成長に適した温度にまで昇温させる
間において、発光層５を構成するインジウムや窒素等の
構成元素の解離等により発光層５の結晶性の劣化が生じ
ることがある。そこで、ｐ型クラッド層６の発光層５に
接する側の一部を、発光層５を成長後に昇温させながら
連続して成長形成し、ｐ型クラッド層６の成長温度にお
いて、引き続いて残りのｐ型クラッド層６を成長させる
と、発光層５の結晶性の劣化を効果的に防止することが
可能となる。このとき、昇温させながら成長させるｐ型
クラッド層６の一部は、Ｉｎ _xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（但
し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１、ｖ＜
ｙ）、特にＧａＮで形成されることが好ましい。発光層
５に接して形成され、クラッド層としての作用を十分達
成することができると同時に、発光層５の構成元素の解
離等による結晶性の劣化を防止する効果を高めることが
できるからである。

【００２４】ｐ型コンタクト層７は、ｐ型不純物がドー
プされた窒化物半導体で形成される。特に、ｐ型コンタ
クト層７の表面上に形成されるｐ側電極９との接触抵抗
を低減させるために、ｐ型クラッド層６よりもバンドギ
ャップが小さく、Ｍｇ等のｐ型不純物がドープされたＩ
ｎ_cＧａ_1-cＮ（但し、０≦ｃ≦１）で形成することが好
ましい。

【００２５】ｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、
Ｃｄ等が使用できるが、容易にｐ型伝導が得られ易く、
取り扱いも容易なＭｇを使用することが好ましい。

【００２６】ここで、ｐ型クラッド層６とｐ型コンタク
ト層７は、有機金属気相成長法による成長時に、ｐ型コ
ンタクト層７を成長する際に反応管内に供給する全ガス
中の水素濃度が、ｐ型クラッド層６を成長する際に反応
管内に供給する全ガス中の水素濃度より小さくなるよう
に成長することにより、ｐ型コンタクト層７におけるｐ
型不純物元素に対する水素元素の比率が、ｐ型クラッド
層６におけるｐ型不純物元素に対する水素元素の比率よ
り小さくなるように調整されている。

【００２７】ｐ型クラッド層６の成長時の反応管内の雰
囲気ガス中の水素濃度は、０〜５０％の範囲とすること
ができ、より好ましくは、１０〜２０％である。水素濃
度をこの範囲にすることにより、膜中におけるｐ型不純
物元素に対する水素元素の比率を概略１以下に抑え、ｐ
型不純物がアクセプターとして活性化されやすくできる
と同時に、膜成長時の表面での原子のマイグレーション
を促進し、膜の結晶性を高めることができる。これによ
り、良好なｐ型伝導性を維持しながら、ｐ型コンタクト
層７の下地層として良好な結晶性を提供することができ
る。

【００２８】一方、ｐ型コンタクト層７の成長時の反応
管内の雰囲気ガス中の水素濃度は、０〜２０％の範囲と
することができるが、より好ましくは、０〜５％であ
る。水素濃度をこの範囲にすることにより、膜中におけ
るｐ型不純物元素に対する水素元素の比率を概略０．５
以下に抑えることができ、ｐ型クラッド層６に比較して
ｐ型不純物がアクセプターとしてさらに活性化されやす
くなる。これにより、ｐ型コンタクト層７の表面上に形
成するｐ側電極９とのオーミック接触抵抗を小さく抑え
ることができ、素子の動作電圧を低減し、発光出力を高
めるとともに、信頼性を高めることができるという効果
がある。

【００２９】ｐ型コンタクト層７は、その膜厚を５ｎｍ
以上、且つ１００ｎｍ以下とすることが好ましい。膜厚
が５ｎｍ以下では、ｐ型コンタクト層７としての機能を
果たさなくなり、ｐ側電極９とのオーミック接触抵抗が
増大する。一方、膜厚が１００ｎｍ以上では、成長時の
反応管内の雰囲気ガス中の水素濃度が小さいため、膜の
結晶性が低下する傾向となり、同じくｐ側電極９とのオ
ーミック接触抵抗が増大する。

【００３０】上記のように基板１の上に成長形成された
窒化物半導体からなる積層構造は、成長後にｐ型不純物
の活性化のためのアニール等を別途に行う必要はない
が、もしアニールを行う場合は、酸素や炭素による汚染
を防ぐために、清浄な雰囲気で、かつ短時間に行う必要
がある。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の窒化物半導体発光素子の製造
方法の具体例について図面を参照しながら説明する。

【００３２】（実施例１）図２は本発明の実施例１に係
る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【００３３】本発明の第１の実施例である窒化物半導体
発光素子の製造方法について図２を参照しながら説明す
る。

【００３４】先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基
板１の温度を１０００℃に保ち、窒素を５リットル／
分、水素を５リットル／分、で流しながら基板を１０分
間加熱することにより、基板１の表面に付着している有
機物等の汚れや水分を取り除いた。

【００３５】次に、基板１の温度を５５０℃にまで降下
させ、キャリアガスとして窒素を１６リットル／分で流
しながら、アンモニアを４リットル／分、ＴＭＧを４０
μｍｏｌ／分、で供給して、ＧａＮからなるバッファ層
２を２５ｎｍの厚さで成長させた。

【００３６】次に、ＴＭＧの供給を止めて１０５０℃ま
で昇温させた後、キャリアガスとして窒素と水素を各々
１３リットル／分と３リットル／分で流しながら、アン
モニアを４リットル／分、ＴＭＧを８０μｍｏｌ／分、
１０ｐｐｍ希釈のＳｉＨ₄を１０ｃｃ／分、で供給し
て、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型コンタクト層
３を２μｍの厚さで成長させた。このようにして成長し
たｎ型コンタクト層３の電子濃度は、１．５×１０¹⁸／
ｃｍ³であった。

【００３７】ｎ型コンタクト層３を成長後、ＴＭＧとＳ
ｉＨ₄の供給を止め、基板温度を７５０℃にまで降下さ
せ、７５０℃において、キャリアガスとして窒素を１４
リットル／分で流しながら、アンモニアを６リットル／
分、ＴＭＧを４μｍｏｌ／分、ＴＭＩを５μｍｏｌ／
分、で供給して、アンドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからな
る単一量子井戸構造の発光層５を２ｎｍの厚さで成長さ
せた。

【００３８】発光層５を成長後、ＴＭＩの供給を止め、
ＴＭＧを流しながら基板温度を１０５０℃に向けて昇温
させながら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）
を４ｎｍの厚さで成長させ、基板温度が１０５０℃に達
したら、キャリアガスとして窒素と水素を各々１５リッ
トル／分と３リットル／分で流しながら、アンモニアを
２リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを
３μｍｏｌ／分、Ｃｐ ₂Ｍｇを０．１μｍｏｌ／分、で
供給して、ＭｇをドープさせたＡｌ_0.05Ｇａ_0.9 ₅Ｎから
なるｐ型クラッド層６を０．２μｍの厚さで成長させ
た。このとき、反応管内における雰囲気ガス中の水素の
濃度は１５％であった。このようにして成長したｐ型ク
ラッド層６は、Ｍｇ濃度が約１×１０²⁰／ｃｍ³、水素
濃度が約８×１０¹⁹／ｃｍ³であった。

【００３９】ｐ型クラッド層６を成長後、ＴＭＡの供給
を止め、キャリアガスとして窒素と水素を各々１５．２
リットル／分と０．８リットル／分で流しながら、アン
モニアを４リットル／分、ＴＭＧを８０μｍｏｌ／分、
Ｃｐ₂Ｍｇを０．２μｍｏｌ／分、で供給して、Ｍｇを
ドープさせたＧａＮからなるｐ型コンタクト層７を５０
ｎｍの厚さで成長させた。このとき、反応管内における
雰囲気ガス中の水素の濃度は４％であった。このように
して成長したｐ型コンタクト層７は、Ｍｇ濃度が約１×
１０²⁰／ｃｍ³、水素濃度が約４×１０¹⁹／ｃｍ³であっ
た。

【００４０】ｐ型コンタクト層７を成長後、ＴＭＧとＣ
ｐ₂Ｍｇの供給を止め、窒素を１６リットル／分、アン
モニアを４リットル／分、で流しながら、基板の温度を
室温程度にまで冷却させて、基板の上に窒化物半導体が
積層されたウェハーを反応管から取り出した。

【００４１】尚、有機金属化合物であるＴＭＧと、ＴＭ
Ｉと、ＴＭＡと、Ｃｐ₂Ｍｇはすべて水素キャリアガス
によって気化することで、反応管に供給した。

【００４２】このようにして形成した窒化ガリウム系化
合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを
施すことなく、その表面上に、蒸着法により、ニッケル
（Ｎｉ）と金（Ａｕ）をそれぞれ５ｎｍの厚さで全面に
積層した後、フォトリソグラフィ法とウェットエッチン
グ法により、光透過性電極８を形成した。

【００４３】この後、光透過性電極８と露出したｐ型コ
ンタクト層７の上にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂からなる絶
縁膜（図示せず）を０．５μｍの厚さで堆積させ、フォ
トリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により、
光透過性電極８を覆うと同時にｐ型コンタクト層７の表
面の一部を露出させる絶縁膜からなるマスクを形成し
た。

【００４４】次に、上記のマスクを用いて、塩素系ガス
を用いた反応性イオンエッチング法により、露出させた
ｐ型コンタクト層７の表面側から、ｐ型コンタクト層７
とｐ型クラッド層６と発光層５を約０．３μｍの深さで
除去して、ｎ型コンタクト層３の表面を露出させた。

【００４５】上記の工程の後、一旦、絶縁膜をウェット
エッチング法により除去して、蒸着法およびフォトリソ
グラフィ法により、光透過性電極８の表面上の一部と、
露出させたｎ型コンタクト層３の表面の一部とに、０．
１μｍ厚のチタン（Ｔｉ）と０．５μｍ厚のＡｕを積層
して、それぞれｐ側電極９とｎ側電極１０とした。その
後、プラズマＣＶＤ法とフォトリソグラフィ法により、
光透過性電極８の表面を被覆する０．２μｍ厚のＳｉＯ
₂からなる絶縁性膜（図示せず）を形成した。

【００４６】この後、サファイアの基板１の裏面を研磨
して１００μｍ程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離した。このチップを電極形成面側を上向き
にしてステムに接着した後、チップのｐ側電極９とｎ側
電極１０をそれぞれステム上の電極にワイヤで結線し、
その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。こ
の発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したと
ころ、ピーク波長４７０ｎｍの青色で発光した。このと
きの発光出力は１．８ｍＷであり、順方向動作電圧は
３．５Ｖであった。

【００４７】（比較例１）比較のために、上記実施例１
において、ｐ型クラッド層６を成長する際に、キャリア
ガスとして窒素と水素を各々１７．２リットル／分と
０．８リットル／分で流しながら、アンモニアを２リッ
トル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍ
ｏｌ／分、Ｃｐ₂Ｍｇを０．１μｍｏｌ／分、で供給し
て、ＭｇをドープさせたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ
型クラッド層６を０．２μｍの厚さで成長させた。この
とき、反応管内における雰囲気ガス中の水素の濃度は、
ｐ型コンタクト層７の成長時と同じく、４％であった。
このようにして成長したｐ型クラッド層６は、Ｍｇ濃度
が約１×１０²⁰／ｃｍ³、水素濃度が約４×１０¹⁹／ｃ
ｍ³であった。これ以外は上記実施例１と同様の手順で
発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを２０
ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク波長４７０
ｎｍで発光し、発光出力は１．１ｍＷであり、順方向動
作電圧は３．９Ｖであった。

【００４８】実施例１における窒化物半導体の積層構造
におけるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅が約２６０
秒であったのに対して、比較例１の場合は半値幅が約３
３０秒と大きくなっており、結晶性が低下していた。

【００４９】（比較例２）さらに比較のために、上記実
施例１において、ｐ型コンタクト層７を成長する際に、
キャリアガスとして窒素と水素を各々１３リットル／分
と３リットル／分で流しながら、アンモニアを４リット
ル／分、ＴＭＧを８０μｍｏｌ／分、Ｃｐ ₂Ｍｇを０．
２μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープさせたＧａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層７を５０ｎｍの厚さで成長
させた。このとき、反応管内における雰囲気ガス中の水
素の濃度は、ｐ型クラッド層６と同じく、１５％であっ
た。このようにして成長したｐ型コンタクト層７は、Ｍ
ｇ濃度が約１×１０²⁰／ｃｍ ³、水素濃度が約８×１０
¹⁹／ｃｍ³であった。これ以外は上記実施例１と同様の
手順で発光ダイオードを作製した。この発光ダイオード
を２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク波長
４７０ｎｍで発光し、発光出力は０．９ｍＷであり、順
方向動作電圧は４．２Ｖであった。

【００５０】比較例２における窒化物半導体の積層構造
におけるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅は約２５０
秒であった。

【００５１】（実施例２）図３は本発明の実施例２に係
る窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【００５２】本発明の実施例２である窒化物半導体発光
素子の製造方法について図３を参照しながら説明する。

【００５３】実施例２においては、上記実施例１におい
て、ｐ型クラッド層６を、ＭｇをドープさせたＡｌ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎからなる第１のｐ型クラッド層６１と、Ｍｇ
をドープさせたＧａＮからなる第２のｐ型クラッド層６
２と、の複層とした以外は、上記実施例１と同様の手順
で発光ダイオードを作製した。

【００５４】具体的には、上記実施例１と同様の手順で
発光層５までを成長後、ＴＭＩの供給を止め、ＴＭＧを
流しながら基板温度を１０５０℃に向けて昇温させなが
ら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）を４ｎｍ
の厚さで成長させ、基板温度が１０５０℃に達したら、
キャリアガスとして窒素と水素を各々１５リットル／分
と３リットル／分で流しながら、アンモニアを２リット
ル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏ
ｌ／分、Ｃｐ₂Ｍｇを０．１μｍｏｌ／分、で供給し
て、ＭｇをドープさせたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる第
１のｐ型クラッド層６１を０．１μｍの厚さで成長させ
た。このとき、反応管内における雰囲気ガス中の水素の
濃度は１５％であった。このようにして成長した第１の
ｐ型クラッド層６１は、Ｍｇ濃度が約１×１０²⁰／ｃｍ
³、水素濃度が約８×１０¹⁹／ｃｍ³であった。

【００５５】次に、ＴＭＡの供給を止め、キャリアガス
として窒素と水素を各々１３リットル／分と３リットル
／分で流しながら、アンモニアを４リットル／分、ＴＭ
Ｇを８０μｍｏｌ／分、Ｃｐ₂Ｍｇを０．２μｍｏｌ／
分、で供給して、ＭｇをドープさせたＧａＮからなる第
２のｐ型クラッド層６２を０．１μｍの厚さで成長させ
た。このとき、反応管内における雰囲気ガス中の水素の
濃度は１５％であった。このようにして成長した第２の
ｐ型クラッド層６２は、Ｍｇ濃度が約１×１０ ²⁰／ｃｍ
³、水素濃度が約８×１０¹⁹／ｃｍ³であった。

【００５６】このようにして、第１のｐ型クラッド層６
１と第２のｐ型クラッド層６２の複層からなるｐ型クラ
ッド層６を形成した以外は、上記実施例１と同様の手順
で発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを２
０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク波長４７
０ｎｍの青色で発光した。このときの発光出力は１．８
ｍＷであり、順方向動作電圧は３．４Ｖであった。

【００５７】実施例２における窒化物半導体の積層構造
におけるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅は約２６０
秒であった。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ｐ側電極
に接する側に設けられた第１のｐ型層の成長時の水素濃
度を小さくすることで、第１のｐ型層のｐ型不純物の活
性化率を高め、第１のｐ型層よりｐ側電極から遠い側に
設けられた第２のｐ型層の成長時の水素濃度を第１のｐ
型層に比して大きくすることで、第１のｐ型層の下地層
となる第２のｐ型層の結晶性を高く保つことにより、窒
化物半導体発光素子において、発光出力を向上し、動作
電圧を低減することができるという優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体発光
素子の構造を示す断面図

【図２】本発明の実施例１に係る窒化物半導体発光素子
の構造を示す断面図

【図３】本発明の実施例２に係る窒化物半導体発光素子
の構造を示す断面図

【符号の説明】

１基板２バッファ層３ｎ型コンタクト層４ｎ型クラッド層５発光層６、６１、６２ｐ型クラッド層７ｐ型コンタクト層８光透過性電極９ｐ側電極１０ｎ側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型層と、発光層と、ｐ型層とが順に積層
された積層構造と、前記ｐ型層に接して形成されたｐ側
電極と、を備えた窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型層が、前記ｐ側電極に接する側に設けられた第
１のｐ型層と、前記第１のｐ型層よりも前記ｐ側電極か
ら遠い側に設けられた第２のｐ型層との少なくとも二つ
のｐ型層からなり、前記第１のｐ型層内に存在するｐ型
不純物元素に対する水素元素の比率が、前記第２のｐ型
層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比率
より小さいことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】前記ｐ型層が有機金属気相成長法により形
成され、前記第１のｐ型層を形成する際に反応管内に供
給する全ガス中の水素濃度を、前記第２のｐ型層を形成
する際に反応管内に供給する全ガス中の水素濃度より小
さくすることにより形成したことを特徴とする請求項１
に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】前記第１のｐ型層の厚さが５ｎｍ以上、且
つ１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１叉は
請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。