JP2666237B2 - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

３族窒化物半導体発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてAlGaIn
N 系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
化合物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高
いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
【０００３】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のｐ層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のｎ層
とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のダブルヘテロｐ
ｎ接合型の発光ダイオードにおいて、ｐ層に対するコン
タクト層はマグネシウムが１０19／cm3 のオーダで添加
されたGaN が用いられている。このコンタクト層のキャ
リア濃度は７×１０17／cm3 で高濃度であり、ホールの
注入効率が高い。しかしながら、本発明者らは、このコ
ンタクト層は金属電極に対してショットキー障壁を形成
するため、このことが駆動電圧を低下できない原因とな
っいることを初めて明らかにした。
【０００５】従って、本発明の目的は、ホールの注入効
率を低下させることなく、且つ、金属電極に対して良好
なオーミック接触が得られるコンタクト層の構造を新た
に考案することで、発光素子の駆動電圧を低下すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) から成り、ｐ伝導型を示すｐ層、発光層、ｎ伝
導型を示すｎ層とがヘテロ接合し、ｐ層に接合するコン
タクト層を有する発光素子において、コンタクト層は、
マグネシウム(Mg)が１×１０ 20 〜１×１０ 21 ／cm 3 に添
加され金属電極に直接接合したｐ伝導型を示す第１層
と、マグネシウム(Mg)が１×１０ 19 〜５×１０ 20 ／cm 3
の範囲で第１層よりも低濃度に添加されｐ伝導型を示す
第２層との複層で構成したことである。
【０００７】請求項２に記載の発明は、コンタクト層を
GaN とし、金属電極をニッケル(Ni)、又は、ニッケッル
合金としたことである。 請求項３に記載の発明は、コン
タクト層をアルミニウム(Al)を含まない３族窒化物半導
体としたことである。
【０００８】請求項４に記載の発明は、ｐ層をアルミニ
ウム(Al)を必須元素とする３族窒化物半導体としたこと
である。 請求項５に記載の発明は、コンタクト層の第１
層のキャリア濃度を、コンタクト層の第２層のキャリア
濃度よりも低くしたことである。
【０００９】
【発明の作用及び効果】上記のように、コンタクト層
を、マグネシウム(Mg)が１×１０ 20 〜１×１０ 21 ／cm 3
に添加され金属電極に直接接合したｐ伝導型を示す第１
層と、マグネシウム(Mg)が１×１０ 19 〜５×１０ 20 ／cm
3 の範囲で第１層よりも低濃度に添加されｐ伝導型を示
す第２層との複層で構成したことにより、金属電極に対
してオーミック性を良好にするすることができた。この
結果、駆動電圧を４Ｖに低下させることができた。
【００１０】マグネシウム(Mg)が１×１０20〜１×１０
21／cm3 に添加されたｐ伝導型を示す層は、金属電極に
対してオーミック性を向上させることができるが、ホー
ル濃度が低下する。従って、その層の下層、即ち、コン
タクト層の第２層を、マグネシウム(Mg)が１×１０19〜
５×１０20／cm3 の範囲で金属電極に直接接合する層の
マグネシウム(Mg)濃度より低濃度に添加されｐ伝導型を
示す層とすることで、その層のホール濃度を大きくする
ことができるため、発光効率を低下させることがない。
【００１１】
【実施例】第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に500 ÅのAl
N のバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層
３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネウシム(Mg)、カド
ミウム(Cd)及びシリコンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1
N から成るｐ伝導型の発光層５、膜厚約1.0 μｍ、ホー
ル濃度5 ×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×1020/cm3の
マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る
ｐ層６１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、
マグネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープの
GaN から成る第２コンタクト層６２、膜厚約500 Å、ホ
ール濃度 2×1017/cm3、マグネシウム濃度2×1020/cm3
のマグネシウムドープのGaN から成る第１コンタクト層
６３が形成されている。そして、第１コンタクト層６３
に接続するニッケルで形成された電極７と高キャリア濃
度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形成された電極８が形
成されている。電極７と電極８とは、溝９により電気的
に絶縁分離されている。
【００１２】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はＮ2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)（以下「DMCd」と記す) と
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「CP2Mg 」と記す）である。
【００１３】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする単結晶のサファイア基板１をM0VPE 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 liter/分で反応室に流しながら温度1100
℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１４】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3の
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３
を形成した。
【００１５】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH
3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を
0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１６】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分とDMCd
を2 ×10-7モル／分とシランを10×10-9モル／分導入
し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)とカドミウム(C
d)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N か
ら成る発光層５を形成した。この状態で発光層５は、ま
だ、高抵抗である。この発光層５におけるマグネシウム
(Mg)の濃度は 1×1019/cm3、カドミウム(Cd)の濃度は5
×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3
である。
【００１７】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入
し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６１を形成した。
ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。
この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上
の絶縁体である。次に、温度を850 ℃に保持し、N2又は
H2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×
10-4モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル／分の割合
で導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの
GaN から成る第２コンタクト層６２を形成した。第２コ
ンタクト層６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3で
ある。この状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、
抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を85
0 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10lit
er／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4
×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約500 Åのマグネ
シウム(Mg)ドープのGaN から成る第１コンタクト層６３
を形成した。第１コンタクト層６３のマグネシウムの濃
度は 2×1020/cm3である。この状態では、第１コンタク
ト層６３は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体であ
る。
【００１８】次に、反射電子線回折装置を用いて、第１
コンタクト層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及
び発光層５に一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、加速電圧約10KV、試料電流1 μＡ、ビームの移動
速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10-5
Torrである。この電子線の照射により、第１コンタクト
層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及び発光層５
は、それぞれ、ホール濃度 2×1017/cm3， 5×1017/c
m3， 5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm，0.8 Ωcm
のｐ伝導型半導体となった。このようにして、図２に示
すような多層構造のウエハが得られた。
【００１９】以下に述べられる図３から図７は、ウエハ
上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この
素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行
われ、その後、各素子毎に切断される。
【００２０】図３に示すように、第１コンタクト層６３
の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を2000Åの厚
さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォトレジス
ト１２を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
第１コンタクト層６３上において、高キャリア濃度ｎ+
層４に至るように形成される孔１５に対応する電極形成
部位Ａとその電極形成部をｐ層６１の電極と絶縁分離す
る溝９を形成する部位Ｂのフォトレジストを除去した。
【００２１】次に、図４に示すように、フォトレジスト
１２によって覆われていないSiO2層１１をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、
フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われてい
ない部位のｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度
ｎ+ 層４の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.
44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエ
ッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程
で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しのため
の孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００２２】次に、図６に示すように、ｐ層６１上に残
っているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、
図７に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着に
より形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃
度ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成され
る。そして、図７に示すように、そのNi層１３の上にフ
ォトレジスト１４を塗布して、フォトリソグラフによ
り、そのフォトレジスト１４が高キャリア濃度ｎ+ 層４
及びｐ層６１に対する電極部が残るように、所定形状に
パターン形成した。
【００２３】次に、図７に示すようにそのフォトレジス
ト１４をマスクとして下層のNi層１３の露出部を硝酸系
エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のた
めの溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。
次に、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャ
リア濃度ｎ+ 層４の電極８、第１コンタクト層６３の電
極７が残された。その後、上記の如く処理されたウエハ
は、各素子毎に切断され、図１に示すｐｐｎ構造の窒化
ガリウム系発光素子を得た。
【００２４】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで駆動電圧４Ｖで、発光ピーク波長430nm 、発
光強度1cd であった。
【００２５】又、上記の発光層５におけるカドミウム(C
d)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１
×１０20の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
又、シリコン(Si)の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、
1/2 〜1/10の程度少ない方がより望ましい。
【００２６】上記の実施例では、発光層５のバンドギャ
ップが両側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの３つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。
【００２７】第２実施例 第１実施例の発光層５は、マグネシウム(Mg)とカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)とが添加されているが、第２実施
例の発光層５は、図８に示すように、マグネシウム(Mg)
と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されている。上記の
高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファ
イア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2を20 liter／
分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、
TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／
分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度 2×
1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N
から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００２８】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モ
ル／分、CP2Mg を2 ×10-4モル／分、シランを10×10-9
モル／分、DEZ を2 ×10-4モル／分で7 分導入し、膜厚
約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)とシリコン(Si)と亜鉛(Z
n)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る
発光層５を形成した。この発光層５におけるマグネシウ
ムの濃度は1 ×1019/cm3であり、亜鉛(Zn)の濃度は 2×
1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3で
ある。
【００２９】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル
／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モ
ル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚
約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るｐ層６１を形成した。ｐ層６１の
マグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、ｐ層６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体で
ある。
【００３０】さらに、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル／分の割合で
導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGa
N から成る第２コンタクト層６２を形成した。第２コン
タクト層６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3であ
る。この状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850
℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10liter
／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×
10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約500 Åのマグネシ
ウム(Mg)ドープのGaN から成る第１コンタクト層６３を
形成した。第１コンタクト層６３のマグネシウムの濃度
は 2×1020/cm3である。この状態では、第１コンタクト
層６３は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００３１】次に、反射電子線回折装置を用いて、第１
実施例と同様に、第１コンタクト層６３、第２コンタク
ト層６２、ｐ層６１及び発光層５に一様に電子線を照射
した。これにより、第１コンタクト層６３、第２コンタ
クト層６２、ｐ層６１及び発光層５をｐ伝導型化するこ
とができた。この発光ダイオード１０は駆動電流20mAで
駆動電圧４Ｖであり、発光ピーク波長は、430nm であ
り、発光強度は1000mcdである。
【００３２】第３実施例 第３実施例の発光ダイオードは、第２実施例の発光ダイ
オードと異なり、図９に示すように、ｐ伝導型の発光層
５にはマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同
時にドープされたGayIn1-yN 、ｐ層６１はマグネシウム
(Mg)のドープされたAlx1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+
層４はシリコン(Si)のドープされたAlx2Ga1-x2N で形成
した。そして、組成比x1,y,x2 は、発光層５のバンドギ
ャップが高キャリア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギ
ャップに対して小さくなるダブルヘテロ接合が形成され
るように設定される。尚、第１コンタクト層６２、第２
コンタクト層６３は第１実施例、第２実施例と同様であ
る。
【００３３】図１０において、発光ダイオード１０は、
サファイア基板１を有しており、そのサファイア基板１
上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成されている。そ
のバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0 μｍ、電子
濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャ
リア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウム、亜
鉛及シリコンドープのGa0.94In0.06N から成る発光層
５、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度 5×1017/cm3のマグネ
シウムドープのAl0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約
0.2 μｍ、ホール濃度 5×1017/cm3、マグネシウム濃度
1 ×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第２
コンタクト層６２、膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017
/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムド
ープのGaNから成る第１コンタクト層６３が形成されて
いる。そして、第１コンタクト層６３に接続するニッケ
ルで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続
するニッケルで形成された電極８が形成されている。電
極７と電極８とは、溝９により電気的に絶縁分離されて
いる。
【００３４】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。第１実施例と同様に、AlN の
バッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層４を形成した。
【００３５】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層
５、クラッド層、即ち、ｐ層６１、第２コンタクト層６
２、第１コンタクト層６３の組成比及び結晶成長条件の
実施例を記す。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成し
た後、続いて、サファイア基板１の温度を850 ℃に保持
し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TM
G を1.53×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、
CP2Mg を2 ×10-4モル／分、DMZ を2 ×10-7モル／分、
シランを10×10-9モル／分で導入し、膜厚約0.5 μｍの
マグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープのGa
0.94In0.06N の発光層５を形成した。この状態で発光層
５は、まだ、高抵抗である。
【００３６】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ
層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【００３７】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、
膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
る第２コンタクト層６２を形成した。第２コンタクト層
６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108
Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850 ℃に保持
し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TM
G を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル
／分の割合で導入し、膜厚約500 Åのマグネシウム(Mg)
ドープのGaN から成る第１コンタクト層６３を形成し
た。マグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。
【００３８】次に、反射電子線回折装置を用いて、発光
層５、ｐ層６１、第２コンタクト層６２及び第１コンタ
クト層６３に一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、第１実施例と同一である。この電子線の照射によ
り、ｐ層６１、第２コンタクト層６２及び第１コンタク
ト層６３は、それぞれ、ホール濃度5 ×1017/cm3，5×1
017/cm3,2×1017/cm3、抵抗率0.8 ，0.8, 2Ωcmのｐ伝
導型半導体となった。
【００３９】電極面積6 ×10-4cm2 の時、この発光素子
の駆動電圧は電流２０mA時４Ｖであり、接触抵抗は３０
〜４０Ωであった。又、電極面積1.6 ×10-3cm2 の時、
この発光素子の駆動電圧は電流２０mA時3.5 Ｖであり、
接触抵抗は１０〜１５Ωであった。
【００４０】尚、GaN の第１コンタクト層６３を形成す
る時に、Mg濃度を1 ×1019/cm3から2 ×1021/cm3まで変
化させて発光素子を形成した。図１１は、この時の電流
20mA時の素子の駆動電圧を示したものである。駆動電圧
は11.2V から4.0Vまで変化し、電極７と第１コンタクト
層６３との接触抵抗は250 Ω〜30Ωまで変化した。そし
て、Mgの濃度が 2×1020/cm3の時、駆動電圧は最低値4.
0 Ｖ、接触抵抗30Ωの最低値を示し、Mgの濃度が2 ×10
21/cm3の時、駆動電圧は5.0 Ｖ、接触抵抗70Ωと上昇し
た。このことから、駆動電圧を５Ｖ以下とするには、第
１コンタクト層６３のMg濃度を1 ×1020〜1 ×1021/cm3
の範囲とするのが望ましいのが分った。
【００４１】又、図１２は第２コンタクト層６２又はｐ
層６１を形成する時のMg濃度とその層におけるホール濃
度との関係を示したものである。 Mg 濃度を5 ×1019/c
m3まで増加させるとホール濃度は7 ×1017/cm3まで増加
して飽和する。その後、Mg濃度を増加させると、ホール
濃度は低下し、素子の発光効率が低下して好ましくな
い。従って、第２コンタクト層６２又はｐ層６１のMg濃
度を 1×1019〜 5×1020/cm3の範囲で第１コンタクト層
６３の Mg 濃度より低濃度とするのが望ましく、その電
極のホール濃度を大きくすることができるため、素子の
発光効率を低下させることがない。
【００４２】上記の実施例において、発光層５における
亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、１×１０
17〜１×１０20の範囲が発光強度を向上させる点で望ま
しいことが分かった。さらに好ましくは1 ×1018〜1 ×
1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと効果が少な
く、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。又、シリコ
ン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べて、10倍〜1/10が好ま
しく、さらに好ましくは1 〜1/10の間程度か、少ないほ
うがより望ましい。
【００４３】又、上記の実施例において、コンタクト層
として、高濃度にマグネシウム(Mg)を添加した第１コン
タクト層６３と、第１コンタクト層６３よりも低い濃度
にマグネシウム(Mg)を添加した第２コンタクト層６２と
の２層構造とした。しかし、ｐ層５のマグネシウム(Mg)
濃度よりも高いマグネシウム(Mg)濃度のコンタクト層を
１層だけ電極７、８の直下に設けても良い。又、コンタ
クト層としてGaN を用いたが、ｐ層５と同一組成比の混
晶を用いても良い。
【００４４】又、アクセプタ不純物は、ベリリウム(B
e)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水
銀(Hg)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭
素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛
(Pb)を用いることができる。
【００４５】さらに、ドナー不純物として、イオウ(S)
、セレン(Se)、テルル(Te)を用いることもできる。ｐ
型化は、電子線照射の他、熱アニーリング、N2プラズマ
ガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図６】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図８】第２実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
【図９】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
【図１０】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示
した構成図。
【図１１】第１コンタクト層におけるマグネシウム濃度
と素子の駆動電圧との関係を示した測定図。
【図１２】第２コンタクト層又はｐ層におけるマグネシ
ウム濃度とホール濃度との関係を示した測定図。
【符号の説明】
１０…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…高キャリア濃度ｎ+ 層 ５…発光層 ６…ｐ層 ６１…ｐ層 ６２…第２コンタクト層 ６３…第１コンタクト層 ７，８…電極 ９…溝
フロントページの続き (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 梅崎 潤一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小澤 隆弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平６−268259（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−151968（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
    Y=0,X=Y=0 を含む) から成り、ｐ伝導型を示すｐ層、発
    光層、ｎ伝導型を示すｎ層とがヘテロ接合し、前記ｐ層
    に接合するコンタクト層を有する発光素子において、 前記コンタクト層は、マグネシウム(Mg)が１×１０ 20 〜１×１０ 21 ／cm 3 に添
    加され金属電極に直接接合したｐ伝導型を示す第１層
    と、マグネシウム(Mg)が１×１０ 19 〜５×１０ 20 ／cm 3
    の範囲で前記第１層よりも低濃度に添加されｐ伝導型を
    示す第２層との複層で構成したことを特徴とする発光素
    子。
  2. 【請求項２】 前記コンタクト層はGaN であり、前記金
    属電極はニッケル(Ni)、又は、ニッケッル合金であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 【請求項３】 前記コンタクト層はアルミニウム(Al)を
    含まない３族窒化物半導体から成ることを特徴とする請
    求項１に記載の発光素子。
  4. 【請求項４】 前記ｐ層はアルミニウム(Al)を必須元素
    とする３族窒化物半導体から成ることを特徴とする請求
    項１乃至請求項３に記載の発光素子。
  5. 【請求項５】 前記コンタクト層の前記第１層のキャリ
    ア濃度は、前記コンタクト層の前記第２層のキャリア濃
    度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至請求項４の
    いずれか１項に記載の発光素子。
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