JP2015167177A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】III 族窒化物半導体からなる発光素子のコンタクト抵抗を低減すること。【解決手段】ｐクラッド層１４上に、ＭｇドープのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層１５ａを形成する。キャリアガスには水素を用いる。成長温度は８５０℃以上１０５０℃以下とし、厚さが１０〜３００ｎｍとなるように形成する。Ｍｇ濃度は１?１０19／ｃｍ3以上１?１０20／ｃｍ3以下とする。次に、キャリアガスとして水素に替えて窒素を供給し、ＭｇドープのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層１５ｂを温度６００℃以上〜８００℃以下で２分子層以上１００Å以下の厚さに形成する。また、Ｍｇ濃度は２?１０20／ｃｍ3以上１?１０21／ｃｍ3以下とする。【選択図】図３
Description
本発明は、ｐコンタクト層の形成方法に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
III 族窒化物半導体からなる発光素子において、ｐコンタクト層と電極とのコンタクト抵抗を低減するために、ｐコンタクト層を発光層側から第１ｐコンタクト層、第２ｐコンタクト層の順に積層した２層構造とすることが特許文献１〜４に記載されている。
たとえば特許文献１〜３では、第１、２ｐコンタクト層ともにＭｇドープのＧａＮを用い、第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度を第１ｐコンタクト層よりも高くした発光素子が記載されている。このように、電極と接する第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度を第１ｐコンタクト層よりも高くすることで、コンタクト抵抗の低減を図り、第１ｐコンタクト層のＭｇ濃度を第２ｐコンタクト層よりも低くすることでキャリア濃度の増大を図っている。
特許文献１では、第１ｐコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０20／ｃｍ3 、第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度を２×１０20／ｃｍ3 とすることが記載されている。また、特許文献１には第１、２ｐコンタクト層の形成時のキャリアガスとして、水素または窒素を用いることが記載されている。また、第１、２ｐコンタクト層ともに８５０℃で形成することが記載されている。
また、特許文献２には、第１ｐコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3 、第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０20〜１×１０22／ｃｍ3 とした発光素子が示されている。また、第１ｐコンタクト層形成時のキャリアガスには窒素と水素の混合ガスを用い、第２ｐコンタクト層形成時のキャリアガスには水素を用いることが記載されている。また、第１ｐコンタクト層の成長温度は９００〜１０５０℃、第２ｐコンタクト層の成長温度は８００〜１０５０℃とすることが記載されている。
また、特許文献３には、第１、２ｐコンタクト層ともに成長温度を８００〜９００℃とすることが記載されている。
また、特許文献４では、第１ｐコンタクト層としてＭｇドープＧａＮ、第２ｐコンタクト層としてＭｇドープＩｎＧａＮを用いた発光素子が示されている。また、第２ｐコンタクト層形成時のキャリアガスには窒素を用いることが記載されている。ＩｎＧａＮはＧａＮよりも仕事関数が小さく、電極材料に近い仕事関数となるため、電極と接する第２ｐコンタクト層をＩｎＧａＮとすることでコンタクト抵抗を低減することができる。
しかし、特許文献１〜４に示された従来の２層構造のｐコンタクト層形成方法では、コンタクト抵抗の低減が十分とは言えず、さらにコンタクト抵抗を低減することが求められていた。また、第２ｐコンタクト層としてＩｎＧａＮを用いると、コンタクト抵抗を低減できる代わりに光出力が低下する問題があり、第２ｐコンタクト層としてＧａＮを用いることが望まれていた。
そこで本発明の目的は、III 族窒化物半導体発光素子のｐコンタクト層として、ＭｇドープのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層と、第１ｐコンタクト層よりも高濃度にＭｇドープされたＧａＮからなる第２ｐコンタクト層の積層を用いる場合に、コンタクト抵抗を低減することである。
本発明は、ＭｇドープのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層と、第１ｐコンタクト層上に形成され、第１ｐコンタクト層よりも高濃度にＭｇドープされたＧａＮからなる第２ｐコンタクト層と、を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、キャリアガスとして水素を用いたＭＯＣＶＤ法によって、温度８５０℃以上１０５０℃以下で第１ｐコンタクト層を形成する第１工程と、第１工程後に、キャリアガスとして窒素を用いたＭＯＣＶＤ法によって、温度６００以上８００℃以下で第１ｐコンタクト層上に第２ｐコンタクト層を形成する第２工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第１工程において、「キャリアガスとして水素を用いた」とは、キャリアガスの主成分を水素とすることを意味する。キャリアガスは水素と窒素の混合ガスを用いてもよいが、その場合においては水素が９０ｍｏｌ％以上、望ましくは９５ｍｏｌ％以上含まれたキャリアガスとする。ただし、水素と窒素の混合ガスよりも水素のみをキャリアガスとして用いる方が望ましい。
第２工程において、「キャリアガスとして窒素を用いた」とは、キャリアガスの主成分を窒素とすることを意味する。キャリアガスは水素と窒素の混合ガスを用いてもよいが、その場合においては窒素が９０％ｍｏｌ以上、望ましくは９５ｍｏｌ％以上含まれたキャリアガスとする。ただし、水素と窒素の混合ガスよりも窒素のみをキャリアガスとして用いる方が望ましい。
第１工程後、第２工程前に、アンモニア雰囲気中で第２ｐコンタクト層の成長温度まで冷却する工程を有していてもよい。アンモニア雰囲気中で冷却することで、冷却中における第１ｐコンタクト層からの窒素の離脱を抑制することができる。
第２ｐコンタクト層は２分子層以上１００Å以下の厚さに形成することが望ましい。コンタクト抵抗をより低減することができる。なお、１分子層はＧａＮのｃ軸格子定数の１／２であり、２分子層は５．１８５Åである。より望ましくは２分子層以上５０Å以下、さらに望ましくは２分子層以上３０Å以下である。
第２ｐコンタクト層は、第１ｐコンタクト層よりも遅い成長速度で形成することが望ましい。第２ｐコンタクト層の厚さ制御がより容易となる。
第１ｐコンタクト層のＭｇ濃度は、１×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下とし、第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度は、２×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下とすることが望ましい。コンタクト抵抗をより低減することができる。第１ｐコンタクト層のより望ましいＭｇ濃度は５×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下であり、さらに望ましくは８×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下である。第２ｐコンタクト層のより望ましいＭｇ濃度は５×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下であり、さらに望ましくは８×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下である。
本発明では、第２ｐコンタクト層を窒素雰囲気で形成しているため、第２ｐコンタクト層の高温水素雰囲気による劣化を防止することができる。その結果、コンタクト抵抗を低減することができる。
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
［素子構造］
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体からなる発光素子の構成を示した図である。図１のように、実施例１の発光素子は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に位置するｎコンタクト層１１と、ｎコンタクト層１１上に位置するｎクラッド層１２と、ｎクラッド層１２上に位置する発光層１３と、発光層１３上に位置するｐクラッド層１４と、ｐクラッド層１４上に位置するｐコンタクト層１５と、ｐコンタクト層１５上の一部領域に位置する透明電極１６と、ｐ電極１７と、ｎ電極１８と、によって構成されたフェイスアップ型の素子である。
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体からなる発光素子の構成を示した図である。図１のように、実施例１の発光素子は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に位置するｎコンタクト層１１と、ｎコンタクト層１１上に位置するｎクラッド層１２と、ｎクラッド層１２上に位置する発光層１３と、発光層１３上に位置するｐクラッド層１４と、ｐクラッド層１４上に位置するｐコンタクト層１５と、ｐコンタクト層１５上の一部領域に位置する透明電極１６と、ｐ電極１７と、ｎ電極１８と、によって構成されたフェイスアップ型の素子である。
サファイア基板１０は、その主面上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるための成長基板である。主面は、たとえばａ面やｃ面である。サファイア基板１０の表面には光取り出し率を向上させるためにドット状、ストライプ状などの凹凸加工が施されていてもよい。サファイア基板１０以外にも、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉなどの材料の基板を用いてもよい。
ｎコンタクト層１１は、サファイア基板１０の凹凸加工側の表面上にＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介して位置している。ｎコンタクト層１１は、たとえばＳｉ濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎコンタクト層１１はＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。
ｎクラッド層１２は、ｎコンタクト層１１上に位置している。ｎクラッド層１２は、ＩｎＧａＮとｎ−ＧａＮを交互に繰り返し積層した超格子構造の層である。ｎコンタクト層１１とｎクラッド層１２との間に、素子の静電耐圧を高めるためのＥＳＤ層を設けてもよい。ＥＳＤ層は、たとえばｎコンタクト層１１側から順にノンドープＧａＮとｎ−ＧａＮを積層した層である。
発光層１３は、ＩｎＧａＮからなる井戸層、保護層、ＡｌＧａＮからなる障壁層がこの順に積層された構造を単位として、その単位構造が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し回数は３〜１０回であり、ｎクラッド層１２と接する層およびｐクラッド層１４と接する層は障壁層とする。保護層としては、ＧａＮまたはバンドギャップが障壁層以下のＡｌＧａＮを用いる。
ｐクラッド層１４は、発光層１３上に位置している。ｐクラッド層１４は、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮが交互に繰り返し積層された超格子構造の層である。繰り返し回数は３〜５０回である。ｐ−ＩｎＧａＮのＩｎ組成比は５〜１２％であり、厚さは２ｎｍである。また、ｐ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比は２５〜４０％であり、厚さは２．５ｎｍである。
ｐコンタクト層１５は、ｐクラッド層１４上に位置している。ｐコンタクト層１５は、ｐクラッド層１４側から順に、第１ｐコンタクト層１５ａ、第２ｐコンタクト層１５ｂの２層が積層された構造である。
第１ｐコンタクト層１５ａは、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下のｐ−ＧａＮである。Ｍｇ濃度をこのような範囲とすることで、結晶性を低下させることなく高いキャリア濃度が得られる。また、第１ｐコンタクト層１５ａの厚さは、１０〜３００ｎｍである。
第１ｐコンタクト層１５ａのより望ましいＭｇ濃度は５×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下であり、さらに望ましくは８×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下である。また、第１ｐコンタクト層１５ａのより望ましい厚さは３０〜２００ｎｍであり、さらに望ましくは５０〜１００ｎｍである。
第２ｐコンタクト層１５ｂは、Ｍｇ濃度が２×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下のｐ−ＧａＮであり、上に透明電極１６が接して位置する。また、第２ｐコンタクト層１５ｂの厚さは、２分子層以上１００Å以下である。１分子層はＧａＮのｃ軸の格子定数の１／２であり、２分子層は５．１８５Åである。第２ｐコンタクト層１５ｂのＭｇ濃度を第１ｐコンタクト層１５ａのＭｇ濃度よりも高くすることで、第２ｐコンタクト層１５ｂの結晶性は第１ｐコンタクト層１５ａよりも劣化してしまう。しかし、上記のように第２ｐコンタクト層１５ｂは十分に薄いため、結晶性の劣化した領域も十分に狭く、第２ｐコンタクト層１５ｂと透明電極１６のコンタクト抵抗を低減することができる。
第２ｐコンタクト層１５ｂのより望ましいＭｇ濃度は、５×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下であり、さらに望ましくは８×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下である。また、第２ｐコンタクト層１５ｂのより望ましい厚さは、２分子層以上５０Å以下であり、さらに望ましくは２分子層以上３０Å以下である。
透明電極１６は、第２ｐコンタクト層１５ｂ表面に接して位置する。透明電極１６の材料は、ＩＴＯ（スズドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＺｎＯ、などの透明導電性酸化物、ＺｒＮ、ＴｉＮなどの透明導電性窒化物、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素系材料を用いることができる。
ｐ電極１７は透明電極１６上に位置している。ｎ電極１８は、溝の底面に露出したｎコンタクト層１１上に位置している。溝は、半導体層（ｎコンタクト層１１からｐコンタクト層１５までの積層体）の一部を除去して設けられたものであり、第２ｐコンタクト層１５ｂ表面からｎコンタクト層１１に達する深さである。ｐ電極１７、ｎ電極１８は、ワイヤと接続するパッド部と、パッド部に連続して線状に伸びる配線状部とを有している。
［発光素子の製造工程］
次に、実施例１の発光素子の製造工程について図２、３を参照に説明する。なお、III 族窒化物半導体の結晶成長には常圧ＭＯＣＶＤ法を用いる。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ3 ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ；Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ；Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ；Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーピングガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ；Ｍｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）、窒素（Ｎ2 ）である。もちろん、原料ガスとしてこれら以外にも従来ＭＯＣＶＤ法によるIII 族窒化物半導体の結晶成長に用いられている材料を使用することができる。
次に、実施例１の発光素子の製造工程について図２、３を参照に説明する。なお、III 族窒化物半導体の結晶成長には常圧ＭＯＣＶＤ法を用いる。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ3 ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ；Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ；Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ；Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーピングガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ；Ｍｇ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）、窒素（Ｎ2 ）である。もちろん、原料ガスとしてこれら以外にも従来ＭＯＣＶＤ法によるIII 族窒化物半導体の結晶成長に用いられている材料を使用することができる。
まず、サファイア基板１０を用意し、水素雰囲気で加熱してサファイア基板１０表面のクリーニングを行う。
次に、サファイア基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法によって、４００℃でＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を形成する。ＡｌＮの他にＧａＮやＡｌＧａＮを用いてもよい。続いて、キャリアガスを水素として、ＭＯＣＶＤ法によりバッファ層上に成長温度１１００℃でｎコンタクト層１１を形成する（図２（ａ）参照）。
次に、ｎコンタクト層１１上に、キャリアガスとして水素を用いてＭＯＣＶＤ法によりｎクラッド層１２を形成する（図２（ｂ）参照）。ｎクラッド層１２は、厚さ２．５ｎｍのＩｎＧａＮと厚さ２．５ｎｍのｎ−ＧａＮを交互に繰り返し積層して形成する。繰り返し回数は１０〜２０回である。また、成長温度は８３０℃である。ＩｎＧａＮを形成する際には、キャリアガスとして窒素あるいは窒素と水素の混合ガスを用いてもよい。窒素を用いると、井戸層へのダメージが抑制されるためＩｎＧａＮの結晶品質を向上させることができる。
次に、ｎクラッド層１２上にＭＯＣＶＤ法により発光層１３を形成する（図２（ｃ）参照）。発光層１３は、ＩｎＧａＮからなる井戸層、ＧａＮまたはバンドギャップが障壁層以下のＡｌＧａＮからなる保護層、ＡｌＧａＮからなる障壁層を順に繰り返し積層して形成する。ただし、ｎクラッド層１２と接する層と、最上層は障壁層となるようにする。また、繰り返し回数は３〜１０回とする。井戸層の形成は成長温度を７００〜８００℃とし、キャリアガスとして窒素あるいは窒素と水素の混合ガスを用いる。保護層の成長温度は井戸層と同温とする。障壁層の成長温度は８５０〜９５０℃とする。また、保護層と障壁層のキャリアガスは水素とする。井戸層と障壁層との間に保護層を形成することにより、障壁層形成のための昇温時に井戸層がダメージを受けるのを抑制することができる。
次に、発光層１３上にＭＯＣＶＤ法によりｐクラッド層１４を形成する（図２（ｄ）参照）。ｐクラッド層１４は、ＭｇドープのＩｎＧａＮとＭｇドープのｐ−ＡｌＧａＮを繰り返し積層して形成する。繰り返し回数は３〜５０回である。キャリアガスには水素を用い、成長温度は８５０℃とする。ただし、ＭｇドープのＩｎＧａＮを形成する際はキャリアガスとして窒素あるいは窒素と水素の混合ガスを用いてもよい。
次に、ｐクラッド層１４上に、ＭＯＣＶＤ法によりＭｇドープのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層１５ａを形成する。ここで、キャリアガスには水素を用い、水素雰囲気中で第１ｐコンタクト層１５ａを結晶成長させる（図３（ａ）参照）。成長温度は８５０℃以上１０５０℃以下とし、厚さが１０〜３００ｎｍとなるように形成する。また、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下となるようＣｐ2 Ｍｇの供給量を調整する。キャリアガスとして水素を用いるため、第１ｐコンタクト層１５ａを結晶性良く成長させることができる。
第１ｐコンタクト層１５ａの成長温度は、９５０℃以上１０５０℃以下とすることがより望ましい。さらに望ましくは１０００℃以上１０５０℃以下とすることである。
また、第１ｐコンタクト層１５ａ形成時のキャリアガスは水素と窒素の混合ガスであってもよいが、混合ガスを用いる場合には窒素の割合は９０ｍｏｌ％以上、望ましくは９５ｍｏｌ％以上とする。ただし、混合ガスよりも窒素のみをキャリアガスとすることが望ましい。
次に、ＴＭＧ、Ｃｐ2 Ｍｇおよびキャリアガスである水素の供給を停止して第１ｐコンタクト層１５ａの形成を終了後、温度を第２ｐコンタクト層１５ｂの成長温度まで低下させる。この間、アンモニアは供給を停止せず、供給し続ける。つまり、第１ｐコンタクト層１５ａは降温中はアンモニア雰囲気に置かれている（図３（ｂ）参照）。これは、降温中に第１ｐコンタクト層１５ａから窒素が離脱してしまわないようにするためである。窒素の離脱が抑制される結果、第１ｐコンタクト層１５ａの結晶性を損なわず、発光効率の向上を図ることができる。
次に、キャリアガスとして水素に替えて窒素を供給し、ＴＭＧとＣｐ2 Ｍｇの供給を再開して、ＭＯＣＶＤ法によりＭｇドープのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層１５ｂを温度６００℃以上〜８００℃以下で２分子層以上１００Å以下の厚さに形成する（図３（ｃ）参照）。また、Ｍｇ濃度は２×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下となるようにＣｐ2 Ｍｇの供給量を調整する。
このように、実施例１では第２ｐコンタクト層１５ｂの形成時におけるキャリアガスとして、従来の水素に替えて窒素を用いている。キャリアガスとして水素を用いると、第２ｐコンタクト層１５ｂが降温の水素雰囲気に晒されることとなり、第２ｐコンタクト層１５ｂが劣化してしまう。そのため、第２ｐコンタクト層１５ｂと透明電極１６とのコンタクト抵抗が増大してしまう。一方、実施例１のようにキャリアガスとして窒素を用い、成長温度を６００〜８００℃とすれば、第２ｐコンタクト層１５ｂが高温の水素雰囲気に晒されることがなくなり、第２ｐコンタクト層１５ｂの劣化を抑制することができる。その結果、第２ｐコンタクト層１５ｂと透明電極１６とのコンタクト抵抗を低減することができる。
なお、第２ｐコンタクト層１５ｂの成長温度は、６５０℃以上７５０℃以下とすることがより望ましい。さらに望ましくは６８０℃以上７３０℃以下とすることである。
また、第２ｐコンタクト層１５ｂ形成時のＴＭＧの供給量は、第１ｐコンタクト層１５ａの形成時よりも少なくするのがよい。ＴＭＧ供給量を抑えて第２ｐコンタクト層１５ｂの成長速度を第１ｐコンタクト層１５ａの成長速度よりも遅くすることで、第２ｐコンタクト層１５ｂの厚さ制御が容易となり、第２ｐコンタクト層１５ｂの結晶性を向上させることができる。第２ｐコンタクト層１５ｂの成長速度は、第１ｐコンタクト層１５ａの成長速度の０．０３倍以上０．１倍以下とすることがより望ましい。さらに望ましくは０．０５倍以上０．０７倍以下とすることである。また、第２ｐコンタクト層１５ｂの成長速度は１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎとすることが望ましい。
また、第２ｐコンタクト層１５ｂ形成時のキャリアガスは水素と窒素の混合ガスであってもよいが、混合ガスを用いる場合には窒素の割合は９０ｍｏｌ％以上、望ましくは９５ｍｏｌ％以上とする。ただし、混合ガスよりも窒素のみをキャリアガスとすることが望ましい。
次に、第２ｐコンタクト層１５ｂ上の一部領域（次工程の溝を形成しない領域）に、スパッタもしくは蒸着によって透明電極１６を形成する（図４（ａ）参照）。
次に、透明電極１６の形成されていないｐコンタクト層１５ｂ表面をドライエッチングし、ｎコンタクト層１１に達する深さの溝１９を形成する（図４（ｂ）参照）。なお、先に溝１９を形成してから後に透明電極１６を形成してもよい。
次に、透明電極１６上に蒸着によってｐ電極１７を形成し、溝１９の底面に露出したｎコンタクト層１１上に蒸着によってｎ電極１８を形成する。ｐ電極１７とｎ電極１８はどちらを先に形成してもよく、同一材料とする場合には同時に形成してもよい。その後、窒素雰囲気中でアニールすることによりＭｇを活性化し、ｐクラッド層１４、ｐコンタクト層１５をｐ型化する。ｐ型化処理はｐ電極１７、ｎ電極１８の形成前に行ってもよい。また、透明電極１６としてＩＴＯなどを用い、その結晶化のためのアニールを行う場合には、その透明電極１６のアニールとｐ型化のアニールを同一処理としてもよい。以上によって図１に示す実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。
この実施例１の発光素子の製造方法によると、第２ｐコンタクト層１５ｂの形成時において、キャリアガスとして従来の水素に替えて窒素を用い、成長温度を６００℃以上８００℃以下としているため、第２ｐコンタクト層１５ｂは水素雰囲気中ではなく窒素雰囲気中で成長する。第２ｐコンタクト層１５ｂは従来のように高温の水素雰囲気に晒されないため、第２ｐコンタクト層１５ｂの劣化が抑制される。その結果、第２ｐコンタクト層１５ｂと透明電極１６とのコンタクト抵抗を低減することができる。
［実験例１］
図５は、実施例１の発光素子の順電圧Ｖｆと、比較例１の発光素子の順電圧Ｖｆとを比較した図である。ここでＶｆは順電流Ｉｆ＝２０ｍＡでの値である。実施例１の発光素子においては透明電極としてＩＴＯを用い、第２ｐコンタクト層１５ｂの成長温度を７１０℃、厚さを２０Åとした。比較例１の発光素子は、実施例１の発光素子の製造工程において第２ｐコンタクト層１５ｂ形成時のキャリアガスを窒素ではなく従来の水素としたものであり、他の製造工程は実施例１と同様である。
図５は、実施例１の発光素子の順電圧Ｖｆと、比較例１の発光素子の順電圧Ｖｆとを比較した図である。ここでＶｆは順電流Ｉｆ＝２０ｍＡでの値である。実施例１の発光素子においては透明電極としてＩＴＯを用い、第２ｐコンタクト層１５ｂの成長温度を７１０℃、厚さを２０Åとした。比較例１の発光素子は、実施例１の発光素子の製造工程において第２ｐコンタクト層１５ｂ形成時のキャリアガスを窒素ではなく従来の水素としたものであり、他の製造工程は実施例１と同様である。
図５のように、実施例１の発光素子は、比較例１の発光素子に比べてＶｆがおよそ１．１％下がっていた。この結果から、第２ｐコンタクト層１５ｂの形成時にキャリアガスとして従来の水素に替えて窒素を用いたことにより、コンタクト抵抗が低減されたものと考えられる。
なお、本発明は、第２ｐコンタクト層１５ｂの劣化を抑制することによりコンタクト抵抗の低減を図るものであることから、第２ｐコンタクト層１５ｂに接触する電極の材料の種類を問わない。実施例１のような透明電極１６以外の材料であってもよい。たとえば、金属材料からなるｐ電極が第２ｐコンタクト層１５ｂに接触している場合にも、第２ｐコンタクト層１５ｂとｐ電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
また、本発明は実施例１に示したフェイスアップ型の構造のIII 族窒化物半導体発光素子に限るものではなく、ｐコンタクト層を有した任意の構成のIII 族窒化物半導体発光素子に対して適用することができる。たとえば、フリップチップ型の発光素子や、成長基板として導電性の材料のものを用いたり、基板をリフトオフするなどして縦方向に導通をとる構造とした発光素子などにも本発明は適用することができる。
本発明のIII 族窒化物半導体からなる発光素子は、照明装置や表示装置などの光源として利用することができる。
１０：サファイア基板
１１：ｎコンタクト層
１２：ｎクラッド層
１３：発光層
１４：ｐクラッド層
１５：ｐコンタクト層
１５ａ：第１ｐコンタクト層
１５ｂ：第２ｐコンタクト層
１６：透明電極
１７：ｐ電極
１８：ｎ電極
１１：ｎコンタクト層
１２：ｎクラッド層
１３：発光層
１４：ｐクラッド層
１５：ｐコンタクト層
１５ａ：第１ｐコンタクト層
１５ｂ：第２ｐコンタクト層
１６：透明電極
１７：ｐ電極
１８：ｎ電極
Claims (5)
- ＭｇドープのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層と、前記第１ｐコンタクト層上に形成され、前記第１ｐコンタクト層よりも高濃度にＭｇドープされたＧａＮからなる第２ｐコンタクト層と、を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
キャリアガスとして水素を用いたＭＯＣＶＤ法によって、温度８５０℃以上１０５０℃以下で前記第１ｐコンタクト層を形成する第１工程と、
前記第１工程後に、キャリアガスとして窒素を用いたＭＯＣＶＤ法によって、温度６００℃以上８００℃以下で前記第１ｐコンタクト層上に前記第２ｐコンタクト層を形成する第２工程と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２ｐコンタクト層は２分子層以上１００Å以下の厚さに形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第２ｐコンタクト層は、前記第１ｐコンタクト層よりも遅い成長速度で形成する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第１ｐコンタクト層のＭｇ濃度は、１×１０19／ｃｍ3 以上１×１０20／ｃｍ3 以下であり、
前記第２ｐコンタクト層のＭｇ濃度は、２×１０20／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下であることを特徴とする請求項ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１工程後、前記第２工程前に、アンモニア雰囲気中で前記第２ｐコンタクト層の成長温度まで冷却する工程を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
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