JP2005085932A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主要な半導体層の結晶性を劣化させずに、発光ダイオードの外部量子効率（光取り出し率）を効果的に向上させること。
【解決手段】ｐ型クラッド層６の上には、Ｍｇドープによるキャリア濃度５×１０¹⁹／ｃｍ³ のｐ型ＧａＮから成る膜厚約１２０ｎｍのｐ型コンタクト層７が形成されている。このｐ型コンタクト層７の上面には凹凸形状が故意に形成されている。このｐ型コンタクト層７は、基板１の温度を８７０℃に降温し、Ｎ₂ を１０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを１００μmol ／分、ＣＰ₂ Ｍｇを６０μmol ／分で供給して形成した。この結晶成長条件によれば、縦方向の成長速度が速くなり、表面が自然に凹凸形状に結晶成長する。このため、発光ダイオードの半導体結晶の結晶性を損なうことなく、容易に効率よく半導体層の最上層の表面に凹凸形状を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも最上層の半導体層の表面に凹凸を有する発光ダイオード及びその製造方法に関する。本発明は、発光ダイオードの高輝度化と生産性の向上に寄与するものである。

従来より、発光素子上面に凹凸を形成し、発光効率を向上させた半導体発光素子がある。例えば、下記の特許文献１に開示されている半導体発光素子や、或いは下記の特許文献２に開示されている半導体発光素子などである。

特許文献１に開示の半導体発光素子を図３に示す。この半導体発光素子Ａは、n-GaAs等の化合物半導体基板Ａ１、光反射層Ａ６、発光層Ａ２０、電流拡散層Ａ３、光散乱層Ａ１０、及び電極Ａ４、Ａ５から形成されている。更に発光層Ａ２０は、n-InAlP 層Ａ２１、InGaAlP 層Ａ２３、p-InAlP 層Ａ２２から構成されている。

この発明の特徴は、電流拡散層Ａ３上に例えばGaP 等からなる光散乱層Ａ１０が形成されていることである。光散乱層Ａ１０は、電流拡散層Ａ３と格子定数を異ならせて不完全成長させることで得られる。これにより、表面（空気との界面）での全反射がなくなり、その結果、電流拡散層Ａ３の光沢面から光取り出す場合よりも約２倍の効率で光を取り出せるとしている。

また、下記の特許文献２に開示されている半導体発光素子Ｂを図４に示す。これは、サファイア基板Ｂ５１上にn-GaN 層Ｂ５２、InGaN 発光層Ｂ５３、p-GaN 層Ｂ５４を積層し、そのp-GaN 層Ｂ５４上の一部に電極Ｂ５５を、n-GaN 層Ｂ５２の一部に電極Ｂ５６を形成した構造である。そしてp-GaN 層Ｂ５４の表面Ｂ５４ａを複数のシリンドリカル・レンズ状に加工したことが特徴である。p-GaN 層Ｂ５４の表面を従来のように平面とすると、InGaN 発光層Ｂ５３で発光した光は、出射条件（面法線を中心として臨界角約２１．９度以内の入射）を満たす光のみ外部に出射され、他の入射条件の光は全反射によって閉じこめられ減衰される。

この発明では、p-GaN 層Ｂ５４の表面Ｂ５４ａを複数のシリンドリカル・レンズ状に加工し、正味の出射条件を緩和している。即ち、これは、表面をシリンドリカル形状とすることで出射効率を向上させた例である。

また、下記の特許文献３には、結晶成長基板の結晶成長面に傾斜面（ステップ状の凹凸）を形成する物理的な処理により製造された加工基板（オフ基板）を用いた結晶成長によって半導体層の最上層の表面に凹凸を設ける方法が開示されている。
特開２０００−１９６１５２号公報 特開平５−１６７１０１号公報 特開平６−２９１３６８号公報 特開平１０−１６３５２５号公報

上記の特許文献１の様に、光取り出し面にシリンドリカル状の凹凸を形成することは、外部量子効率を確かに増大させるが、光取り出し面に薄く精度よく凹凸を形成することは、量産体制を取り得る現行の一般的な加工技術水準に照らして困難である。即ち、物理的な手段による凹凸形状の形成は従来の様に加工が困難であり、生産性が劣るという問題が生じる。

また、ＧａＮのような安定した材料では、従来よりＧａＰ層などに対して行われている表面処理（化学的エッチング）による上面のランダムな凹凸形成作用は望めない。

また、上記の特許文献３の中でも非鏡面を得るための「第二の方法」として紹介、解説されている様に、物理的或いは化学的な形状加工の工程（エッチング又は研磨）を導入した場合、「強制的に結晶に傷をつける」ため、この様な従来の方法は決して望ましい方法とは言い難い。即ち、半導体層の結晶性が劣化するので、「第二の方法では発光強度が低下する」。

また、特許文献２の様に、表面に凹凸を有する半導体層（光散乱層）を積層する場合には、元来全く必要無かった、少なくとも次の２つの工程が新たに必要となるので、生産性の面で劣ると言わざるを得ない。
（１）ｐ−ＧａＰなどから成る光散乱層の結晶成長工程
（２）その光散乱層の一部に電極形成用の窓を形成するエッチング工程
また、結晶成長基板が供する結晶成長面を研磨又はエッチング処理によって加工して、その結晶成長基板の結晶成長面の凹凸を維持又は拡大する結晶成長条件によって、半導体層の最上層の光取り出し面を非鏡面とする方法も考えられる。しかしながら、この様な方法を採用する場合、発光層等の半導体結晶の品質（結晶性）が十分には確保できなくなると言った問題が派生する。言い換えれば、基板の凹凸が解消または緩和される様な結晶成長条件で発光層などを積層しないと、主要な半導体層の結晶性が劣化してしまうので、その結果、適正な発光強度、発光効率、駆動電圧、静電耐圧、素子寿命、歩合、生産コストなどの実際の基本的な商用要件を満たす発光ダイオードを製造することが難しくなる。

特に、エッチング処理によって、基板の結晶成長面に凹凸形状を形成する場合、そのエッチング工程の導入による生産性の低下は避けられないことは言うまでもない。

また、特に上記の特許文献３の様な加工基板（オフ基板）を用いる場合、オフ基板のオフ角を所定角度θ₀ 以上にすると、上記の様な半導体層の結晶性の劣化の問題が表面化する。また、そのオフ角をこの所定角度θ₀ 以下にすると、半導体の最上層の表面の凹凸は殆どなくなり、光取り出し量の増加も殆ど観測できなくなる。この様な所定角度θ₀ の値は、選択される主面（結晶成長面）等にも依存するものの、概ね０．４°〜０．７°の範囲内にある。勿論、この範囲内にオフ基板のオフ角を設定しても、十分な光取り出し量の増加を期待することはできないし、また、その場合、十分に結晶性の良い半導体層を結晶成長させることも、勿論容易ではない。

その他にも、例えば上記の特許文献４に記載されている発光素子などが公知である。しかし、この様な発光素子を製造する場合、例えばＳｉＯ₂ 等の絶縁膜から成る光散乱層の形状設計や形状加工が簡単ではなく、例えば、絶縁膜（光散乱層）に係わるフォトリソグラフィー工程やウエットエッチング工程などの従来無かった工程を新規に導入しなければならず、生産性の面で問題が多い。

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、主要な半導体層の結晶性を劣化させずに、発光ダイオードの外部量子効率（光取り出し率）を効果的に向上させることである。

また、本発明の更なる目的は、外部量子効率の高い発光ダイオードの生産コストを抑制することである。

ただし、上記の個々の目的は、本発明の個々の手段の内の少なくとも何れか１つによって、個々に達成されれば十分なのであって、本願の個々の発明は、上記の全ての課題を同時に解決し得る手段が存在することを必ずしも保証するものではない。

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、本発明の第１の手段は、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される発光ダイオードの製造工程において、少なくともｐ型半導体層の一部の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いることである。

ただし、上記のキャリアガスは、複数の元素ガスが混合された混合気体であっても良い。また、若干の水素ガス（Ｈ₂ ）等が含まれることがあっても特段差し支えない。

また、ここで言う「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、２元、３元、又は４元の「Ａｌ_1-x-y Ｇａ_y Ｉｎ_x Ｎ；０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加された半導体もまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇である。

また、上記の III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等をもまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。

また、上記のｐ型の不純物（アクセプター）としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や、或いはカルシウム（Ｃａ）等の公知のｐ型不純物を添加することができる。

また、上記のｎ型の不純物（ドナー）としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等の公知のｎ型不純物を添加することができる。

また、これらの不純物（アクセプター又はドナー）は、同時に２元素以上を添加しても良いし、同時に両型（ｐ型とｎ型）を添加しても良い。

また、ｐ型半導体層の積層構造は、単層構造でも多層構造でも良い。即ち、上記のｐ型半導体層の積層構造としては、例えば、以下の様な構造のものなどが有用或いは可用である。
（構成例１）少なくとも、コンタクト層を単層構造とし、そのコンタクト層を上記の層Ａとしたｐ型半導体層の積層構成。
（構成例２）少なくとも、コンタクト層を複層構造とし、そのコンタクト層の最上層を上記の層Ａとした構成。
（構成例３）少なくとも、コンタクト層を複層構造とし、そのコンタクト層の中間の層又は最下層を上記の層Ａとした構成。
（構成例４）ＡｌＧａＮ層（クラッド層）から成る単層構造を上記のｐ型半導体層の積層構造としたもの。
（構成例５）ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に略周期的に積層した多層構造を上記のｐ型半導体層の積層構造としたもの。
（構成例６）ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に略周期的に積層した多層構造を上記のｐ型半導体層の積層構造としたもの。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の層Ａをｐ型コンタクト層とすることである。即ち、この構成は、上記の構成例１に相当するものである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、層Ａの結晶成長温度を８２０℃以上９１０℃以下とすることである。

また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段において、層Ａの結晶成長温度を８５０℃以上８９０℃以下とすることである。

また、本発明の第５の手段は、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される発光ダイオードにおいて、少なくともｐ型半導体層の一部の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いることにより、最上層の半導体層の表面に凹凸を設けることである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第５の手段において、上記の層Ａをｐ型コンタクト層とすることである。

以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。

即ち、本発明の第１の手段によれば、上記の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）が用いられるので、上記の層Ａの半導体結晶の縦方向の成長速度が速くなり、このため、層Ａの半導体結晶の表面が自然に凹凸形状に結晶成長する。この結晶成長条件によれば、発光ダイオードの半導体結晶の結晶性を損なうことなく、容易にしかも効率よく半導体層の最上層の表面に凹凸形状を形成することができる。

したがって、本発明によれば、結晶性が高い半導体層が得られ、しかも凹凸形状により光の取り出し量が向上する。また、本発明によれば、形状加工等によって半導体層が損傷されることも無いので、適正な発光強度、発光効率、駆動電圧、静電耐圧、素子寿命、歩合、生産コストなどの実際の基本的な商用要件を十分に満たす、外部量子効率の高い発光ダイオードを効率よく製造することが可能又は容易となる。

また、結晶成長により積層される各半導体層の中で上面を凹凸状にする必要があるのは最上層の半導体層だけであるが、最上層以外の半導体層の上面に凹凸形状を形成しても、それによって最上層の上面が凹凸形状となる場合も考えられる。

しかしながら、本発明の第２の手段によれば、その最上層の半導体層となるｐ型コンタクト層のみに対して必要な形状制御を施すことができる。したがって、本発明の第２の手段によれば、ｐ型コンタクト層以外の各半導体層の結晶成長条件や結晶成長工程を従来のものから変更する必要がない。

また、本発明の第３の手段によれば、上記の層Ａの半導体結晶の縦方向の成長速度が、より速くなるので、上記の効果をより確実に得ることができる。

また、本発明の第４の手段によれば、上記の第３の手段における成長温度の適正範囲を更により適切に設定することができる。この温度が低すぎると、縦方向の結晶成長速度が速くなり過ぎて、コンタクト層の結晶性が低下し、内部量子効率の低下等を招く恐れが出てくる。また、この温度が高いと縦方向の結晶成長速度が遅くなり、所望の凹凸形状を効果的に形成することができなくなる。即ち、上記の第４の手段は、これらの均衡を最適に確保する上で有効である。

また、本発明の第５の手段によれば、上記の第１の手段と同様の作用に基づいて、適正な発光強度、発光効率、駆動電圧、静電耐圧、素子寿命、歩合、生産コストなどの実際の基本的な商用要件を十分に満たす、外部量子効率の高い発光ダイオードを効率よく製造することが可能又は容易となる。

更に、本発明の第６の手段によれば、最上層の半導体層となるｐ型コンタクト層のみに対して必要な形状制御を施すことができるため、ｐ型コンタクト層以外の各半導体層の構成（或いは、結晶成長条件や結晶成長工程）を従来のものから変更する必要がない。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。

ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１は、サファイア基板１上に形成された III族窒化物系化合物半導体で形成された発光素子１０の模式的な断面構成図である。サファイア基板１の上には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約２５ｎｍのバッファ層２が設けられ、その上にはシリコン（Ｓｉ) ドープのＧａＮから成る膜厚約４.0μｍのｎ型コンタクト層３（ｎ型の高キャリア濃度層）が形成されている。

そして、ｎ型コンタクト層３の上に、ノンドープのＧａＮから成る膜厚１０．５ｎｍのｎ型クラッド層４（低キャリア濃度層）が形成されている。更に、その上には、膜厚約３５ÅのＩｎ_0.30Ｇａ_0.70Ｎから成る井戸層５１と膜厚約７ｎｍのＧａＮから成るバリア層５２とが交互に合計５層積層されたＭＱＷ構造の活性層５が形成されている。また、この活性層５の上には、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成る膜厚約５０ｎｍのｐ型クラッド層６が形成されている。更に、ｐ型クラッド層６の上にはＭｇドープのｐ型ＧａＮから成る膜厚約１２０ｎｍのｐ型コンタクト層７が形成されている。このｐ型コンタクト層７の上面には、Ｎ₂ をフローガスとして用いた低温成長によって、凹凸形状が故意に形成されている。

又、ｐ型コンタクト層７の上には金属蒸着による透光性の電極９が、ｎ型コンタクト層３上には電極８が形成されている。透光性の電極９は、ｐ型コンタクト層７に接合する膜厚約４０Åのコバルト( Ｃｏ) と、このＣｏに接合する膜厚約60Åの金( Ａｕ) とで構成されている。電極８は膜厚約２０0 Åのバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのアルミニウム( Ａｌ) 又はＡｌ合金で構成されている。

次に、この発光素子１０の製造方法について説明する。

上記発光素子１０は、有機金属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）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「ＴＭＧ」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「ＣＰ₂ Ｍｇ」と記す）である。

まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１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 を流速２リットル／分で約30分間反応室に流しながら温度１１００℃でサファイア基板１をベーキングした。

次に、温度を４０0 ℃まで低下させて、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＡを1.8 ×１０^-5 mol／分で供給してＡｌＮから成るバッファ層２を約２５ｎｍの膜厚に形成した。

次に、サファイア基板１の温度を１１５０℃に保持し、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.7 ×１０^-4 mol／分、Ｈ₂ ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを２×１０^-7 mol／分で供給し、膜厚約４.0μｍ、電子濃度２×１０¹⁸／ｃｍ³ 、Ｓｉ濃度4 ×１０¹⁸／ｃｍ³ のＧａＮから成るｎ型コンタクト層３を形成した。

その後、サファイア基板１の温度を１１５０℃に保持して、Ｈ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.7 ×１０^-4 mol／分で供給し、ノンドープのＧａＮから成る膜厚１０．５ｎｍのｎ型クラッド層４（低キャリア濃度層）を形成した。

そして、上記のｎ型クラッド層４を形成した後、合計５層から成る前記のＭＱＷ構造（図１）の活性層５を形成した。

即ち、まず最初に、サファイア基板１の温度を７３０℃まで低下させ、それと同時にＨ₂ からＮ₂ にキャリアガスを変更し、このキャリアガスとＮＨ₃ の供給量を維持しながら、ＴＭＧを３.1×１０^-6 mol／分、ＴＭＩを0.７×１０^-6 mol／分で供給することにより、膜厚約３５ÅのＩｎ_0.30Ｇａ_0.70Ｎから成る井戸層５１をｎ型クラッド層４の上に形成した。

次に、サファイア基板１の温度を８８５℃にまで昇温し、上記の井戸層５１上に、Ｎ₂ を２０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.２×１０^-5 mol／分で供給して、膜厚約７０ÅのＧａＮから成るバリア層５２を形成した。

以下、これを繰り返して、井戸層５１とバリア層５２とを交互に積層し、合計５層（井戸層５１、バリア層５２、井戸層５１、バリア層５２、最後の井戸層５１）から成る前記の活性層５を形成した。

その後、サファイア基板１の温度を９００℃に昇温し、Ｎ₂ を１０リットル／分、ＴＭＧを1.６×１０^-5 mol／分、ＴＭＡを６×１０^-6 mol／分、ＣＰ₂ Ｍｇを４×１０^-7 mol／分で供給して、膜厚約２０ｎｍ、濃度５×１０¹⁹／ｃｍ³ のマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成るｐ型クラッド層６を形成した。

最後に、サファイア基板１の温度を８７０℃に降温し、Ｎ₂ を１０リットル／分、ＮＨ₃ を１０リットル／分、ＴＭＧを１００μmol ／分、ＣＰ₂ Ｍｇを６０μmol ／分で供給して、膜厚約１２０ｎｍ、濃度５×１０¹⁹／ｃｍ³ のＭｇをドープしたｐ型ＧａＮから成るｐ型コンタクト層７を形成した。

以上に示した工程が、 III族窒化物系化合物半導体から成る各半導体層の結晶成長工程である。

以上の結晶成長工程の後、ｐ型コンタクト層７の上にエッチングマスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去して、エッチングマスクで覆われていない部分のｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、活性層５、ｎ型クラッド層４、及びｎ型コンタクト層３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ってエッチングして、ｎ型コンタクト層３の表面を露出させた。

次に、エッチングマスクを残した状態で、全面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型コンタクト層３の露出面上の所定領域に窓を形成し、１０^-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約２００Åのバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのＡｌを蒸着する。この後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する。

続いて、表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフによりｐ型コンタクト層７上の電極形成部分のフィトレジストを除去して窓を形成し、ｐ型コンタクト層７を露出させる。露出させたｐ型コンタクト層７の上に、１０^-4Ｐａオーダ以下の高真空に排気した後、Ｃｏを膜厚約４０Åに成膜し、このＣｏ上にＡｕを膜厚約６０Åに成膜する。次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したＣｏとＡｕとを除去し、ｐ型コンタクト層７に対する透光性の電極９を形成する。

この後、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３Paとし、その状態で雰囲気温度を約５５０℃にして、３分程度、加熱し、ｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６をｐ型低抵抗化すると共に、ｐ型コンタクト層７と電極９との合金化処理、ｎ型コンタクト層３と電極８との合金化処理を行った。このようにして、ｎ型コンタクト層３に対する電極８とｐ型コンタクト層７に対する電極９を形成した。

以上の様にして、半導体層側から光を取り出すフェイスアップ型の発光ダイオード（発光素子１０）を製造した。
（本実施例の効果）
ｐ型コンタクト層７の結晶成長条件だけを上記実施例の結晶成長条件から変更することにより、上記の実施例と比較可能なモデル実験を実施した。

図２は、その比較用モデル実験の各種の実施条件と実施結果（ＬＥＤの輝度）を開示する表である。ここに示す通り、本発明に基づく上記の実施例では、従来の製造方法で製造されたＬＥＤに対して、約１．６倍の高輝度の素子性能を達成することができた。

これらの実験結果から、発光素子（ＬＥＤ）の素子性能（輝度）を向上させるに当って、少なくともｐ型コンタクト層７の結晶成長条件に関しては、以下のことが結論できる。即ち、キャリアガスとしては、水素ガス（Ｈ₂ ）よりも窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いた方が良い。これにより、最上層の表面に凹凸形状を容易に形成でき、その結果、発光ダイオードの外部量子効率を効果的に向上させることができる。

また、窒素ガス（Ｎ₂ ）の他にも、希ガスや、希ガスと窒素ガスとの混合ガス等を用いても良い。
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

例えば、ｐ型クラッド層の結晶成長条件についても同様に、原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いたり、或いは、結晶成長温度を８２０℃以上９１０℃以下としたりする等しても良い。

即ち、これらの結晶成長条件で結晶成長させるべきｐ型半導体層は、特段ｐ型コンタクト層に限定されるものではない。つまり、この様な結晶成長条件で結晶成長させるｐ型半導体層は、ｐ型コンタクト層のみであっても良いし、ｐ型クラッド層のみであっても良いし、全てのｐ型半導体層であっても良い。

例えば、ｐ型クラッド層の上面が凹凸形状を持てば、ｐ型コンタクト層の結晶成長条件を従来通りに設定しても、ｐ型コンタクト層の上面にはある程度の凹凸形状が現れるが、この様な方法によっても、半導体層の最上層の上面に凹凸形状を形成することができ、よって、この様な方法によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。

或いは、ｐコンタクト層を複数の半導体層から形成し、その最上層以外の少なくとも１層の上面に、上記と同様の方法で凹凸形状を形成しても、全半導体層の最上層（ｐコンタクト層の最上層）の上面に凹凸形状を形成することができ、この様な方法によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。

また、ｐコンタクト層を備えない構成を採用する場合であっても、同様にして、ｐ型層の最上層の上面に凹凸形状を形成することができ、この様な構成によっても、前記の本発明の手段に基づく本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。例えば、ｐ型クラッド層をｎ層構造（ｎ≧２）とし、そのｎ層の最上層の上面に、上記と同様の方法で凹凸形状を形成しても良い。

言い換えれば、これらの構成は任意でよく、少なくともｐ型半導体層の一部の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いれば、本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。

また、活性層の劣化防止の観点から言えば、ｐ型クラッド層の結晶成長条件も、できるだけ低温又は短時間にとすると良い。これらの結晶成長条件は、勿論、個々に独立であったり個々に画一的であったりはしないが、例えばｐ型クラッド層を従来よりも低温（例：８２０℃以上９１０℃以下）で結晶成長させる等の、活性層に対する熱的ダメージを抑制する結晶成長条件（結晶成長温度や、或いは結晶成長時間）の設定によっても、発光素子の素子性能を向上させることができる場合がある。

また、上記の実施例では、バリア層５２の組成をＧａＮとしたが、バリア層５２には、井戸層５１よりもバンドギャップの広い「Ａｌ_(1-x1-y1) Ｇａ_y1Ｉｎ_x1Ｎ（０≦ｘ１＜１，０≦ｙ１≦１）」より成る２元、３元、又は４元の III族窒化物系化合物半導体を用いることができる。また、上記の実施例では、発光素子１０の活性層５をＭＱＷ構造（多重量子井戸構造）としたが、活性層５の構造はＳＱＷ構造（単一量子井戸構造）としてもよい。

本発明は、少なくとも最上層の半導体層の表面に凹凸を有する発光ダイオード及びその製造方法に関するものであり、発光ダイオードの高輝度化と生産性の向上に寄与する。また、本発明の構成又は方法に従えば、結晶性が高い半導体層が得られ、また、形状加工等によって半導体層が損傷されることも無いので、適正な発光強度、発光効率、駆動電圧、静電耐圧、素子寿命、歩合、生産コストなどの実際の基本的な商用要件を十分に満たす発光ダイオードを製造することが可能又は容易となる。

本発明の製造方法を用いて得られた発光素子の構成を示した模式図 本発明の実施条件と効果を開示する表 従来の上面を粗面にした発光素子の構成断面図 従来の上面に凹凸を設けた発光素子の鳥瞰図

符号の説明

１０ ： 発光素子
１ ： サファイア基板
２ ： バッファ層
３ ： ｎ型コンタクト層（ｎ型の高キャリア濃度層）
４ ： ｎ型クラッド層（ノンドープ低キャリア濃度層）
５ ： 活性層
５１： 井戸層
５２： バリア層
６ ： ｐ型クラッド層
７ ： ｐ型コンタクト層
８ ： 電極
９ ： 透光性電極

Claims (6)

1. III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される発光ダイオードの製造方法であって、
   少なくともｐ型半導体層の一部の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いる
   ことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
2. 前記層Ａは、ｐ型コンタクト層である
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
3. 前記層Ａの結晶成長温度を８２０℃以上９１０℃以下とする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオードの製造方法。
4. 前記層Ａの結晶成長温度を８５０℃以上８９０℃以下とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法。
5. III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によって生成される半導体層を複数積層することにより形成される発光ダイオードであって、
   少なくともｐ型半導体層の一部の層Ａの原料ガスを運ぶキャリアガスとして、希ガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｒｎ）又は窒素ガス（Ｎ₂ ）を用いることにより、
   最上層の半導体層の表面に凹凸を設けた
   ことを特徴とする発光ダイオード。
6. 前記層Ａは、ｐ型コンタクト層である
   ことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。

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