JP2004214337A

JP2004214337A - 窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JP2004214337A
Application number: JP2002380578A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujioka; 陽藤岡; Yoshikatsu Fukuda; 芳克福田; Makoto Okuda; 誠奥田
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】静電耐圧特性が優れた窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】それぞれ複数の窒化物半導体層からなるｐ側層とｎ側層の間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を有する窒化物半導体素子であって、ｐ側層はｐオーミック電極を形成する層としてｐ型コンタクト層を含み、該ｐ型コンタクト層の膜厚を５０００Å以上３００００Å以下に設定した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ディスプレイ、光通信や電子機器のバックライト、照明用光源に最適な紫外域光から赤色光を発光する発光ダイオード及びレーザダイオードなどに使用される窒化物半導体（例えばＡｌａＩｎｂＧａ（１−ａ−ｂ）Ｎ、０≦ａ、０≦ｂ、０≦ａ＋ｂ≦１）に係わり、特に静電耐圧特性が優れた窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は紫外から赤色の発光素子（ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード））を構成することができる半導体材料として注目されて、活発に研究開発が進められている。現在、この窒化物半導体を用いた素子として、高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤ等がフルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、イメージスキャナー、液晶のバックライト等の光源として実用化されているが、今後ますます幅広い用途に使用されることが期待される。これらのＬＥＤの多くは、サファイア基板上に一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）で表される材料からなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮよりなるＮ型コンタクト層と、ＩｎＧａＮを活性層とする単一又は多重量子井戸構造からなる活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層と、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層とが順に積層された構造を有している。
【０００３】
従来、窒化物半導体（窒化ガリウム系化合物半導体）発光素子のｐ型コンタクト層の膜厚は１００Åから３０００Å程度に抑えられてきた。この理由としてまず、ｐ型コンタクト層として用いることのできる高品質なＭｇドープＧａＮを厚く成膜するのが技術的に困難なことが挙げられる。Ｍｇが現在最も広くｐ型ドーパントとして用いられているが、活性化率が低いため、電極と良好なオーミックコンタクトを得るためには、Ｍｇを１×１０^１９ｃｍ^−３から１×１０^２１ｃｍ^−３程度の高い濃度でドープしなくてはならない。これが必然的に結晶性の劣化を招き、膜厚の増加とともに表面状態の荒れ等を招いてしまう。とくにＭｇの偏析による表面状態の荒れを招いてしまう。
【０００４】
さらにＭｇドープＧａＮを厚く成膜することができたとしても、成長直後の膜は不活性化されており高抵抗を示す。従ってｐ型化のためのアニールを要する。一般にアニール手法として、低エネルギー電子線照射、熱アニール、電磁波照射が提案されている。ｐ型化のメカニズムとして、最初水素で不活性化されていたＭｇ原子がこれらのアニールによって水素と解離し、活性化すると考えられている。いずれの方法も試料表面からの水素脱離の効果が支配的であるので、厚膜の場合には深さ方向に均一にＭｇを活性化させるのが難しい。
これらの理由によって、ｐ型コンタクト層の膜厚は素子特性に支障がない程度で薄く抑えられてきた。実際、ｐ型コンタクト層が薄くても発光強度や順方向電圧等には問題がない場合が多い。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２８６５０９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７７１３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、静電耐圧特性となると、特に順方向に静電気によってサージ電流が流れた場合、ｐ型コンタクト層が薄い場合にはサージ電流は容易にＰＮ接合部に形成される活性層に到達し、素子の破壊を招く。例えば、帯電防止処理された袋等から窒化物半導体素子を取り出す際、また電子機器に実装する際等、素子が破壊又は劣化する危険性がある。窒化物半導体発光素子の信頼性をより高めるためには、このような破壊又は劣化の危険性をなくすことが望まれる。
【０００７】
本願発明は上記問題点を解決するためになされたもので、静電耐圧特性が優れた窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、それぞれ複数の窒化物半導体層からなるｐ側層とｎ側層の間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を有する窒化物半導体素子であって、上記ｐ側層はｐオーミック電極を形成する層としてｐ型コンタクト層を含み、該ｐ型コンタクト層の膜厚が５０００Å以上３００００Å以下に設定されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、上記ｐ型コンタクト層はＭｇドープのＧａＮからなる層、又は第１層と第２層を交互に積層した多層膜（第１層と第２層でドープ量を変化させた変調ドープ層又は第１層と第２層でドープする不純物の種類を変えた変調ドープ層）であることが好ましい。
上記ｐ型コンタクト層を変調ドープ層とする場合、上記第１の層と上記第２の層の間で、ドープ量とドープする不純物の種類の両方を変えてもよい。
【００１０】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、上記ｐ型コンタクト層を変調ドープ層とする場合、上記第１の層をＭｇドープＧａＮにより構成し、上記第２の層をアンドープＧａＮにより構成することができるし、上記第１の層をＭｇドープＧａＮにより構成し、上記第２の層をＳｉドープＧａＮにより構成することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の窒化物半導体素子について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体素子（ＬＥＤ素子）の構造を示す模式的断面図であり、本実施の形態の窒化物半導体素子はサファイア基板１の上に、
（１）ＡｌＧａＮよりなるバッファ層２、
（２）アンドープＧａＮ層３、
（３）ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４、
（４）アンドープＧａＮ層５、
（５）ＳｉドープＧａＮ層６、
（６）アンドープＧａＮ層７、
（７）ＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子ｎ型層８、
（８）ＩｎＧａＮ層を井戸層としＧａＮ層を障壁層とする多重量子井戸構造の活性層９、
（９）ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０、
（１０）ＭｇドープＧａＮからなり、膜厚が５０００Å〜３００００Åの範囲に設定されたｐ型コンタクト層１１、
が順に積層された構造を有し、以下のようにｐ側及びｎ側の電極が形成されて構成されている。
尚、本実施の形態１では、アンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層４、アンドープＧａＮ層５、ＳｉドープＧａＮ層６、アンドープＧａＮ層７及びＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子ｎ型層８によりｎ側の層が構成され、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０及びｐ型コンタクト層１１によりｐ側の層が構成される。
【００１２】
ｎオーミック電極２１は、例えば、素子の隅部においてｐ型コンタクト層１１からアンドープＧａＮ層５までをエッチングにより除去して、ｎ型コンタクト層４の一部を露出させ、露出させたｎ型コンタクト層４上に形成する。
また、ｐ側の電極としては、ｐ型コンタクト層１１上のほぼ全面にｐオーミック電極２２を形成し、そのｐオーミック電極２２上の一部にｐパッド電極２３を形成している。
【００１３】
ここで、特に本実施の形態の窒化物半導体素子は、ｐ型コンタクト層１１を膜厚が５０００Å〜３００００Åの範囲に設定されたＭｇドープＧａＮ層により構成したことを特徴とし、これによりリーク電流を低減しかつ静電耐圧を向上させている。
このように、ｐ型コンタクト層１１の膜厚を５０００Å以上とするのは、静電耐圧を高くし、かつリーク電流を小さくするためであり、静電耐圧を高くするという点からは膜厚は厚いほど好ましい。
【００１４】
しかしながら、本実施の形態１のように、ｐ型コンタクト層をＭｇドープＧａＮからなる単一膜（後述の実施の形態２に示すような多層膜ではないものをいう。）である場合、膜厚が３μｍ、すなわち３００００Åを超えると直列抵抗の増大から駆動電圧（Ｖｆ）の増加を招いてしまう。
従って、本発明では、順方向電圧Ｖｆを著しく上昇させないように、ｐ型コンタクト層１１の膜厚は、実用的な最大の膜厚は３００００Å以下とすることが好ましく、より好ましくは、１００００Å以下に設定する。
【００１５】
従来技術の欄で説明したように、膜厚を５０００Å以上のｐ型コンタクト層１１を、結晶性良く成長させることは容易なものではない。
しかしながら、本実施の形態１では、ｐ型コンタクト層１１の成長温度を、活性層９への熱的ダメージを避けられる温度に設定し、かつ成長速度を約１．３μｍ／ｈ前後等、比較的早い所定の範囲内に設定することにより、先に成膜された活性層９（Ｉｎを含む活性層）に熱等によるダメージを与えないようにして、ｐ型コンタクト層１１を厚く成膜することを可能にした。
【００１６】
具体的には、ｐ型コンタクト層１１の成長温度は、好ましくは、活性層の成長温度以上で１０００℃以下に設定し、ｐ型コンタクト層１１の成長速度は、好ましくは、０．２μｍ／ｈ〜３．０μｍ／ｈの範囲、より好ましくは、１．０μｍ／ｈ〜２．０μｍ／ｈの範囲に設定する。
成長条件がこの範囲であると、活性層９へのダメージを抑えつつｐ型コンタクト層１１を静電耐圧を十分高くできる膜厚及び結晶性を有するように成長させることができる。また、比較的厚く成長させた場合でも、表面の平坦性を良好にできる。
さらに、本発明において、ｐ型コンタクト層１１は、水素雰囲気中で成長させることが好ましく、これによりよりいっそうｐ型コンタクト層１１表面の平坦性を良好にできる。
すなわち、本発明において、ｐ型コンタクト層１１を成長させる際には、（１）成長温度を、活性層の成長温度以上で１０００℃以下に設定し、（２）成長速度は、好ましくは、０．２μｍ／ｈ〜３．０μｍ／ｈの範囲、より好ましくは、１．０μｍ／ｈ〜２．０μｍ／ｈの範囲に設定し、（３）成長雰囲気を水素雰囲気とする。
このように成長条件を設定すると、活性層９へのダメージを抑えつつｐ型コンタクト層１１を静電耐圧を十分高くできる十分な膜厚及び良好な結晶性を有するように成長させることができ、しかもその表面を十分平坦にできる。
【００１７】
以上のように構成された実施の形態１の窒化物半導体素子は順方向電圧の上昇を抑えつつ、静電耐圧を高くでき、かつリーク電流を少なくできる。
また、本実施の形態１の窒化物半導体素子では、ｐ型コンタクト層１１の下に以下のような、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０を備えているので、より静電耐圧を向上させることができる。
【００１８】
（ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０）
本実施の形態１において、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０は、クラッド層として機能し、光の閉じこめ、および活性層への正孔が注入される層となる。
このｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０はｐ型とするために、ｐ型不純物、例えば、Ｍｇがドープされるが、ｐ−ＡｌＧａＮ層に対するＭｇのドープ量とｐ−ＩｎＧａＮ層に対するＭｇのドープ量は同一であっても異なっていても良いが、それぞれｐ型コンタクト層のＭｇドープＧａＮ層１１ａのＭｇのドープ量よりも少ない量に設定することが好ましく、これによりＶｆ（順方向電圧）をより低くできる。
また、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０のｐ−ＩｎＧａＮ層はＭｇドープのＧａＮ層で構成することもできる。
【００１９】
また、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）超格子ｐ型層１０において、ｐ−ＡｌＧａＮ層及びｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層の各膜厚は、１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、よりいっそう好ましくは１０〜４０Åの範囲に設定する。この場合、ｐ−ＡｌＧａＮ層の膜厚とｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層の膜厚は、同一であっても異なっていても良い。超格子ｐ型層１０は、ｐ−ＡｌＧａＮ層とｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層を交互に成長させて形成するが、例えば、ｐ−ＡｌＧａＮ層から積層してｐ−ＡｌＧａＮ層で終わってもよく、ｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層から始めてｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層で終わってもよい。しかしながら、ＩｎＧａＮ層は高温で熱分解しやすいので、ＩｎＧａＮ層の表面が長時間、高温雰囲気中に曝されないように、ｐ−ＡｌＧａＮ層で終わっていることが好ましい。
【００２０】
さらに、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）超格子ｐ型層１０の総膜厚は、発光出力を高くしかつＶｆを低くするために、２０００Å以下に設定することが好ましく、より好ましくは１０００Å以下、さらに好ましくは５００Å以下に設定する。
また、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）超格子ｐ型層１０の各膜厚は、ｐ型コンタクト層の各膜厚よりも薄くすることが好ましい。すなわち、多層膜のｐ型コンタクト層に隣接する層を超格子層とし、各膜厚をｐ型コンタクト層のｎ型層及びｐ型層のそれぞれの膜厚よりも薄くすることで、さらに静電耐圧の高い窒化物半導体素子を構成できる。
【００２１】
又、本実施の形態１では、より好ましい例として、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層１０を用いた形について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、少なくとも、ＡｌＧａＮを有していれば良く、ＡｌＧａＮ単一層でもよい。ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子とすることで、ＡｌＧａＮ単一層と比べて結晶性が良くなり、抵抗率がさらに低下しＶ_ｆが低下する傾向にある。
【００２２】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体発光素子は、実施の形態１の窒化物半導体発光素子において、ｐ型コンタクト層１１に換えて、第１層１１ａと第２層１１ｂが交互に形成されてなる変調ドープ構造のｐ型コンタクト層１１０を用いて構成した以外は実施の形態１の窒化物半導体発光素子と同様に構成される。
ここで、実施の形態２における変調ドープ構造のｐ型コンタクト層１１０は、第１層と第２層でドープ量を変化させた変調ドープ層、第１層と第２層でドープする不純物の種類を変化させた変調ドープ層、及び第１層と第２層でドープ量とドープする不純物の種類の両方を変化させた変調ドープ層等を含み、好ましくは、（１）ＭｇドープＧａＮからなる第１層とアンドープＧａＮからなる第２層とが交互に積層された変調ドープ層、（２）ＭｇドープＧａＮとＳｉドープＧａＮの変調ドープ層である。
【００２３】
このように、ｐ型コンタクト層に変調ドープ構造を用いる場合、ＭｇドープＧａＮ層：アンドープＧａＮ層またはＭｇドープＧａＮ層：ＳｉドープＧａＮ層の膜厚比は７：３前後が好ましい。アンドープ層またはＳｉドープ層の割合が大きいとＶｆの上昇を招き、小さすぎると低抵抗化の効果が顕著に現れないからである。
【００２４】
変調ドープ構造のｐ型コンタクト層１１をＭｇドープＧａＮ層とＳｉドープＧａＮ層とにより構成した場合の、ＭｇドープＧａＮ層１１ａとＳｉドープＧａＮ層１１ｂの膜厚比を変えた３種類のサンプルを作製して、逆方向の静電耐圧特性をそれぞれ評価した結果を図５に示す。
本検討において、ｐ型コンタクト層１１以外の層の構成は、後述の実施例１と同様にした。
また、各サンプルのｐ型コンタクト層１１におけるＭｇドープＧａＮ層１１ａとＳｉドープＧａＮ層１１ｂの膜厚の比は表１に示すようにした。
表１

また、本検討において、ＧａＮ層１１ａのＭｇドープ量は１×１０^２０ｃｍ^−３とし、ＧａＮ層１１ｂのＳｉドープ量は５×１０^１８ｃｍ^−３とした。
さらに、各サンプルは１つのＧａＮ層１１ａと１つのＧａＮ層１１ｂとを１周期として１０周期とした。
【００２５】
尚、図５のグラフの縦軸は基準サンプル（比較例）の静電破壊電圧により規格化した値で示している。この基準サンプルはｐ型コンタクト層をＭｇが１×１０^２０ｃｍ^−３ドープされたＧａＮからなる単層とした以外は実施例１と同様に構成されている。
図５のグラフに示すように、本実施例１のサンプル１〜３のいずれのサンプルについても、静電破壊電圧が比較例より向上していることが確認された。
また、これにより膜厚比を７：３とすることで、静電破壊電圧を最も高くできることが確認された。
本検討では、１０周期の変調ドープ構造のｐ型コンタクト層１１を用いたが、周期を５０以上としても同様の結果が得られる。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態２の窒化物半導体発光素子は、ｐ型コンタクト層１１０を変調ドープ構造とすることにより比較的厚く（５０００Å以上）形成した場合でも、ｐ型コンタクト層を単一膜とした実施の形態１に比較してより効果的に抵抗値の上昇を抑えることができ、順方向電圧を上昇させることなく、静電耐圧を向上させることが可能となる。
【００２７】
すなわち、ｐ型コンタクト層がＭｇドープＧａＮの単一膜である場合、膜厚が１μｍを超えると直列抵抗が徐々に増大することから駆動電圧（Ｖｆ）が増加し始める。そこで、ｐ型コンタクト層の低抵抗化に効果がある例えば、ＭｇドープＧａＮとアンドープＧａＮまたはＭｇドープＧａＮとＳｉドープＧａＮの変調ドープ構造とすることで、Ｖｆの増加を最小限に抑えることができる。このような変調ドープ構造で低抵抗にできる理由は、ＭｇドープＧａＮを厚く積層するとＭｇが表面に偏析する傾向があり、膜厚が１μｍを超えると結晶性の悪化を招き抵抗率が上昇するが、変調構造ではそれが抑制されるためと考えられる。
また、変調ドープ構造にすることでｐ型コンタクト層に内部電界が生じ、その電界によってＭｇの活性化エネルギーが低下していることも低抵抗化に寄与していると思われる。
【００２８】
尚、実施の形態２の窒化物半導体発光素子において、ｐ型コンタクト層１１０の膜厚は、上述したことから明らかなように、実施の形態１より厚くすることができるが、成膜時間等を考慮すると３００００Å以下とすることが好ましい。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明についてより具体的に説明する。
実施例１．
実施例１では、サファイアＣ面基板上に低温バッファ層を介し、ｎ型ＧａＮ層を成長後、発光層としてＩｎＧａＮとＧａＮからなる多重量子井戸構造を持つ青色又は緑色ＬＥＤを作製した。
また、実施例１においては、ｐ型コンタクト層１１をＭｇドープＧａＮの単一膜として、膜厚を１０００Åから８３３０Åまで変化させた種々のサンプルを作成した。このｐ型コンタクト層１１の成膜条件は、ＴＭＧ＝１６．２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ＝１９４．６ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／ＩＩＩ比＝１１０００、成長温度＝１０００℃、成長速度＝１．２２μｍ／ｈである。ここで、本明細書において、Ｖ／ＩＩＩ比とはＶ族原料であるアンモニアとＩＩＩ族原料であるＴＭＧ及びＣｐ２Ｍｇのモル比を指す。
実施例１の種々のサンプルを評価した結果、図２に示すように、膜厚が８３３０Å以下ではＶｆは膜厚に依存しない傾向が得られた。一方で静電破壊電圧は膜厚の増大とともに顕著に向上した。
【００３０】
尚、本実施例１において、各半導体層の膜厚は表２に示すように設定した。
表２

【００３１】
実施例２．
実施例２では、実施例１において、ｐ型コンタクト層を２７周期のＭｇドープＧａＮ層（４９４Å）とアンドープＧａＮ層（２１２Å）からなる変調ドープ構造とした。ｐ型コンタクト層全体の膜厚は約２μｍである。原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、アンモニアを用い、キャリアガスとして水素を用いた。成長条件はＴＭＧ＝１６．２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ＝１６２．１ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／ＩＩＩ比＝１１０００、成長温度＝１０００℃、成長速度＝１．１８μｍ／ｈである。ＭｇドープＧａＮ層とアンドープＧａＮ層の成長の切り替えはＣｐ２Ｍｇラインのバルブのオン、オフでおこなった。成長後、ｐ型ドーパントの活性化のため熱アニールをおこなった。
【００３２】
ｎ及びｐ側の電極の形成後、ＬＥＤ特性は以下のようであった。主波長＝４６４ｎｍ、２０ｍＡ駆動時の順方向電圧（Ｖｆ）＝３．５６Ｖ、出力（Ｐｏ．）＝８ｍＷ、静電破壊電圧＝１１９３Ｖ
なお、本明細書におけるＶｆ、Ｐｏの測定値は、順方向電流が２０ｍＡのときの値である。また、静電耐圧は２００ｐＦ、０Ωのマシンモデルで測定した。
【００３３】
また、比較例１としてｐ型コンタクト層を膜厚＝１２００Å、ＴＭＧ＝３．８９μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ＝３８．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／ＩＩＩ比＝４５８００、成長温度＝９１０℃、成長速度＝０．２９μｍ／ｈの条件で作製した場合の特性は主波長＝４６７ｎｍ、Ｖｆ＝３．５２Ｖ、Ｐｏ．＝８ｍＷ、静電破壊電圧＝２６８Ｖであった。この比較例１との比較により、実施例２のＬＥＤは静電破壊電圧の上昇が著しいことが分かる。また、ｐ型コンタクト層膜厚を２μｍと厚くしたにも関わらず、Ｖｆの上昇を抑止できているのは変調ドープ構造がｐ型コンタクト層を低抵抗化することができたことによるものである。
【００３４】
尚、実施例１において、ｐ型コンタクト層を膜厚約１．６７μｍのＭｇドープＧａＮの単一膜として上記実施例１と同様のＬＥＤを作製したところ、Ｖｆ＝３．７２Ｖであり変調ドープ構造の実施例２の場合より上昇していた。
【００３５】
実施例３
実施例３では、ｐ型コンタクト層１１０を以下のようにした以外は、実施例１及び２と同様にして発光ダイオードを作製した。
すなわち、ｐクラッド層成長後、まず、反応容器内を９８０℃に調整し、ＩＩＩ族キャリアガスとして水素を１．５ｌ／ｍｉｎ流した。ＴＭＧを１６．２μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇを１８６．２ｎｍｏｌ／ｍｉｎ基板表面に流した。このときのＶ／ＩＩＩ比は１１０００、Ｍｇ／Ｇａモル比は、１．１５×１０^−２である。この条件でＭｇドープＧａＮ層を７０Åの膜厚で成長させた。
【００３６】
次に、Ｃｐ２Ｍｇを止め、Ｓｉ源としてＳｉＨ４ガス２．８９ｎｍｏｌ／ｍｉｎを基板表面に流した。このときのＳｉ／Ｇａモル比は、１．８×１０^−４である。その他はＭｇドープＧａＮ層の成長条件と同じ条件でＳｉドープＧａＮ層を３０Åの膜厚で成長させた。
【００３７】
次に、ＳｉＨ４ガスを止め、Ｃｐ２Ｍｇ１８６．２ｎｍｏｌ／ｍｉｎを基板表面に流し、ＭｇドープＧａＮ層を７０Åの膜厚で成長させた。このときのＭｇ／Ｇａモル比は、１．１５×１０^−２である。
【００３８】
以上の反応工程を５０周期行った。１周期の膜厚は１００Åであり、５０周期成長させることにより、５０００Åの膜厚とした。
【００３９】
さらに、ＳｉＨ４ガスを止め、Ｃｐ２Ｍｇ１８６．２ｎｍｏｌ／ｍｉｎを基板表面に流し、ＭｇドープＧａＮ層を７０Åの膜厚で成長させ、ｐ型コンタクト層の最後の層とした。このときのＭｇ／Ｇａモル比は、１．１５×１０^−２である。
【００４０】
以上のようにして作製した実施例３のサンプルにおいてそれぞれ静電破壊電圧を評価した結果を図６に示す。図６のグラフに示すように、本実施例３のいずれのサンプルについても、静電破壊電圧がリファレンスより向上していることが確認された。ここでのリファレンスは、ｐ型コンタクト層を、膜厚が１２００Åになるように、９００から９１０℃で成長した以外は実施例３と同様にして作製した発光ダイオードである。また、発光出力については、リファレンスと同等であることが確認された。次にＶｆについて評価した。その結果を図７に示す。図７に示すように、Ｖｆについては、リファレンスより低下していることが確認された。
【００４１】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１及び２の構成によれば、静電耐圧を極めて高くでき、かつリーク電流を低くできる。
これに加えてさらに、本発明ではｐ型コンタクト層１１を厚くする（５０００Å以上とする）ことにより、光の取り出し効率を高くできるという効果もある。
すなわち、特に光の取り出し効率に関しては、素子全体の膜厚が大きいほど、横方向（水平方向）の光の取り出し効果を増大させることができる。従って、Ｎ型コンタクト層またはｐ型コンタクト層のいずれを厚膜化しても有効である。また、技術的にはｎ型コンタクト層を厚膜化するほうが容易である。
しかしながら、ｎ型コンタクト層の膜厚が厚くなると基板とＧａＮの熱膨張係数差に起因するウエハの反りが大きくなり、その上に積層する活性層を基板面内で均一に成膜するのが難しくなる。
これに対して、ｐ型コンタクト層を厚く形成する場合には、かかる問題はない。すなわち、活性層より先に成長させる下のｎ型コンタクト層が厚いと、成長時に活性層を基板面内で均一に成膜することが難しいが、ｐ型コンタクト層は活性層の後で成長させるので問題はない。
従って、ｐ型コンタクト層の厚膜化は光の取り出し効率向上にも有効であり、出力向上にも寄与する。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、静電耐圧の極めて高い発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明に係る実施例１の窒化物半導体発光素子において膜厚を変化させた場合の、膜厚に対する順方向電圧を示すグラフである。
【図３】実施例１の窒化物半導体発光素子において膜厚を変化させた場合の、膜厚に対する静電破壊電圧を示すグラフである。
【図４】本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体発光素子の断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体発光素子において、ｐ型コンタクト層を構成する第１の層と第２の層の膜厚比に対する静電破壊電圧を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施例３の窒化物半導体発光素子において、ｐ型コンタクト層の膜厚に対する静電破壊電圧を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例３の窒化物半導体発光素子において、ｐ型コンタクト層の膜厚に対する順方向電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
１…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…アンドープＧａＮ層、
６…ＳｉドープＧａＮ層、
７…アンドープＧａＮ層、
８…ＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子ｎ型層、
９…Ｉｎを含む活性層、
１０…ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ超格子ｐ型層、
１１，１１０…ｐ型コンタクト層、
１１ａ…第１の層、
１１ｂ…第２の層。

Claims

それぞれ複数の窒化物半導体層からなるｐ側層とｎ側層の間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を有する窒化物半導体素子であって、上記ｐ側層はｐオーミック電極を形成する層としてｐ型コンタクト層を含み、該ｐ型コンタクト層の膜厚が５０００Å以上３００００Å以下に設定されたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
上記ｐ型コンタクト層はＭｇドープＧａＮからなる請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
上記ｐ型コンタクト層は第１層と第２層を交互に積層した多層膜であって、第１層と第２層でドープ量を変化させた変調ドープ層又は第１層と第２層でドープする不純物の種類を変えた変調ドープ層である請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
上記第１の層と上記第２の層の間で、ドープ量とドープする不純物の種類の両方を変えた請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
上記第１の層はＭｇドープＧａＮからなり、上記第２の層はアンドープＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
上記第１の層はＭｇドープＧａＮからなり、上記第２の層はＳｉドープＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。