JP3233139B2 - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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及びその製造方法に関する。

【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近来多用されるようにな
った。そして、特に、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、たとえば光透過性のサファイアやＳｉＣ及びＧａ
Ｎ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、「ＴＭＡ」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（Ｓ
ｉＨ₄）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（Ｃｐ₂Ｍｇ）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。

【０００４】そして、基板上への窒化物半導体薄膜結晶
の成長形成の後に、ｎ型層の表面及びｐ型層の表面のそ
れぞれにｎ側電極及びｐ側電極をたとえば金属蒸着法に
よって形成し、ダイシング工程で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。

【０００５】窒化物半導体は、従来ではｐ型伝導が得ら
れ難くかったが、近年になって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。すなわち、
ｐ型不純物をドープした窒化物半導体を成長した後、電
子線照射法やアニール法により、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、更に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
せて、窒化物半導体をｐ型化できる。特に、アニール法
は、設備的に簡便であるほか、窒化物半導体のｐ型化の
ための所要時間も短く、しかも窒化物半導体の深さ方向
にも均一にｐ型化できるので、実用的な製造方法とされ
ている。

【０００６】しかしながら、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やすく、特に表面
付近に不純物が多く存在することになる。また、ｐ型不
純物と水素の結合を切って水素を薄膜結晶の中から追い
出すことになるが、この水素の完全な追い出しは不可能
であり、窒化物半導体の表面付近に水素が偏在するよう
になることは避けられない。このように表面付近に水素
や酸素及び炭素等が偏在するｐ型窒化物半導体に電極を
形成すると、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。

【０００７】この問題を解決するため、たとえば特開平
１０−１３５５７５号公報には、ｐ型不純物をドープし
た窒化物半導体の有機金属気相成長中に、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、成長後に何らの処理もぜすにｐ型伝導を得る方法が
提案されている。また、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．Ｖｏｌ．７２Ｎｏ．１４ｐ．１７４８（１９９８）
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。なお、この報告によれば、水素濃度が３．７％
以下では水素による不活性化が生じているとされてい
る。

【０００８】

【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
半導体を成長させると、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
結晶性が劣化しやすい。したがって、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てしま
う。その結果、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にくく、素子の発光
特性に悪影響を及ぼすという問題がある。

【０００９】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
化物発光素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ型層と発光
層とｐ型層とを順に有し、ｐ型層を少なくとも２つのｐ
型の層を含む積層体とし、発光層に接する側の第１のｐ
型の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の
比率が、第１のｐ型の層よりも発光層から遠い側に積層
された第２のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対
する水素元素の比率より小さい窒化物半導体発光素子で
あって、第１のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に
対する水素元素の比率が０．５以下であり、第２のｐ型
の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比
率が１以下である構成とした。

【００１１】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。

【００１２】

【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型層とを順に有し、前記ｐ型層を少なくと
も２つのｐ型の層を含む積層体とし、前記発光層に接す
る側の第１のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対
する水素元素の比率が、前記第１のｐ型の層よりも前記
発光層から遠い側に積層された第２のｐ型の層内に存在
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
窒化物半導体発光素子であって、前記第１のｐ型の層内
に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比率が
０．５以下であり、前記第２のｐ型の層内に存在するｐ
型不純物元素に対する水素元素の比率が１以下であるこ
とを特徴とする窒化物半導体発光素子であり、第１のｐ
型の層においてｐ型不純物の活性化率を高くすることが
でき、第２のｐ型の層において第１のｐ型の層よりも結
晶性を高めることができるという作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、ｎ型層と発光層
とｐ型層とを順に有し、前記ｐ型層を少なくとも２つの
ｐ型の層を含む積層体とし、少なくとも前記ｐ型層が有
機金属気相成長法により成長され、前記発光層に接する
側の第１のｐ型の層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、前記第１のｐ型の層よりも前記
発光層から遠い側に設けられる第２のｐ型の層を成長す
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
い窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記第１
のｐ型の層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０〜２０％であり、前記第２のｐ型の層を
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
０〜５０％であることを特徴とする窒化物半導体発光素
子の製造方法であり、第１のｐ型の層においてｐ型不純
物の活性化率を高く保つことができ、第２のｐ型の層に
おいて第１のｐ型の層で劣化した結晶性を回復すること
ができるという作用を有する。

【００１４】以下に、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施の形態に係る窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図であ
る。

【００１６】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型の層としてのｐ型クラッド
層６と、第２のｐ型の層としての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。また、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。

【００１７】基板１には、サファイアやＧａＮ及びＳｉ
Ｃ等を使用することができる。

【００１８】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１０ｎｍ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。なお、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。

【００１９】ｎ型コンタクト層３は、窒化物半導体で形
成されたもので、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を用いることでと、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。

【００２０】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。

【００２１】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-qＮ（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、この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よく、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よ
い。

【００２２】第１のｐ型の層である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たものであり、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
晶性良く成長させるために、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い。このた
め、発光層５の成長後にｐ型クラッド層６の成長に適し
た温度まで昇温させる間に、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
性の劣化を生じることがある。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させて形成し、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_xＡ
ｌ_yＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦
ｘ＋ｙ＜１、ｘ＜ｙ）、特にＧａＮで形成されることが
好ましい。これは、発光層５に接して形成されてクラッ
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。なお、
ｐ型クラッド層６にドープするｐ型不純物としては、Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｃｄなどが使用できるが、これらの中
でも容易にｐ型伝導が得られやす取り扱いも簡単なＭｇ
を使用することが好ましい。

【００２３】第２のｐ型の層である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
たものである。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Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（但し、
０≦ｃ≦１）で形成することが好ましい。なお、ｐ型コ
ンタクト層７にドープする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
得られやすく取り扱いも容易なＭｇを使用することが好
ましい。

【００２４】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
の水素濃度が、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より小さくなるよう
に成長させる。このような操作により、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が、
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
素元素の比率より小さくなるように調整することが必要
である。

【００２５】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％〜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０％〜５％の範囲にすることにより、気相成長
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型不純物がアク
セプターとして活性化されやすい。

【００２６】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％〜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、気相成長膜
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以下に抑えて、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、気相成長膜の膜成長時
の表面での原子のマイグレーションを促進し、気相成長
膜の結晶性を高めることができる。

【００２７】このようなｐ型クラッド層６及びｐ型コン
タクト層７の成長形成では、これらの２層からなるｐ型
層において、ｐ型不純物の活性化率を高めることができ
ると同時に、高い正孔濃度を維持できる。特に、ｐ型ク
ラッド層６では、ｐ型不純物の活性化率をより高くする
ことができるので、このｐ型クラッド層６に接している
発光層５への正孔の注入効率が高くなり、更に発光層５
からｐ型クラッド層６への電子の漏れ出しを抑制すると
いう作用が高まり、発光効率を向上し得る。

【００２８】また、ｐ型クラッド層６の成長時に水素濃
度を小さくすると、結晶性は低下する傾向にあるとされ
ている。これに対し、ｐ型クラッド層６の成長時に低下
した結晶性は、その上に積層したｐ型コンタクト層７に
おいて回復させることができる。したがって、ｐ型コン
タクト層７の表面上に形成する電極すなわち光透過性電
極８及びｐ側電極９との間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、信頼性
を高めることができるという効果がある。

【００２９】なお、以上のようにして基板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については、
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。しかし、もしアニールする場合は、
酸素や炭素による汚染を防ぐために、清浄な雰囲気でか
つ短時間でこのアニールを行う必要がある。

【００３０】

【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２を参照しながら説明する。

【００３１】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
及び水素を５リットル／分で流しながら基板を１０分間
加熱して、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。

【００３２】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／分及びＴＭＧを４
０μｍｏｌ／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。

【００３３】次に、ＴＭＧの供給を止めて基板１の温度
を１０５０℃まで昇温させた後、キャリアガスとして窒
素を１３リットル／分及び水素を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８０μ
ｍｏｌ／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。

【００３４】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１の温度を７５０℃にまで降
下させ、この温度に維持して、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５μｍｏ
ｌ／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。

【００３５】発光層５の成長後、ＴＭＩの供給を止め、
ＴＭＧを流しながら基板１の温度を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１の温度が１０５
０℃に達したら、キャリアガスとして窒素を１７．２リ
ットル／分及び水素を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４０μｍｏ
ｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏｌ／分、Ｃｐ₂Ｍｇを０．１
μｍｏｌ／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４％であった。このようにして
成長したｐ型クラッド層５は、Ｍｇ濃度が１×１０²⁰／
ｃｍ³、水素濃度が４×１０¹⁹／ｃｍ³であった。

【００３６】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を１３リットル／分及
び水素を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、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０．３μｍ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型コンタクト層７は、Ｍｇ濃度が１×１０²⁰／ｃ
ｍ³、水素濃度が８×１０¹⁹／ｃｍ³であった。

【００３７】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１の温度を
室温程度にまで冷却させて、基板１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。

【００３８】なお、以上の方法においては、有機金属化
合物であるＴＭＧと，ＴＭＩ，ＴＭＡ，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。

【００３９】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（Ｎ
ｉ）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。

【００４０】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。

【００４１】次に、形成された絶縁膜のマスクを用い
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．
６μｍの深さで除去し、ｎ型コンタクト層３の表面を露
出させた。

【００４２】上記の工程の後、一旦、絶縁膜のマスクを
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Ａ
ｕ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ＳｉＯ₂からなる絶縁性膜（図示せず）を形成した。

【００４３】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２．０ｍＷであり、順方向動作電圧は
３．５Ｖであった。

【００４４】（比較例１）比較のために、上記実施の形
態において、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を１５．２リットル／分及び水素を
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Ｇ
ａＮからなるｐ型コンタクト層７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型クラッド層６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型コンタクト
層７は、Ｍｇ濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³、水素濃度が４
×１０¹⁹／ｃｍ³であった。これ以外は上記実施の形態
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１．０ｍＷで
あり、順方向動作電圧は４．０Ｖであった。

【００４５】実施の形態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２８０
秒であったのに対して、比較例１の場合は半値幅が３６
０秒と大きくなっており、結晶性が低下していた。

【００４６】（比較例２）さらに比較のために、上記実
施の形態において、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と同じく、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１×
１０²⁰／ｃｍ³、水素濃度が８×１０¹⁹／ｃｍ³であっ
た。これ以外は上記実施の形態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０．８ｍＷであり、順方向動作電圧は
４．２Ｖであった。

【００４７】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が２７０秒
であった。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、ｎ型層と発光層とｐ型
層とを順に有し、ｐ型層を少なくとも２つのｐ型の層を
含む積層体とし、発光層に接する側の第１のｐ型の層内
に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比率が、
第１のｐ型の層よりも発光層から遠い側に積層された第
２のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素
元素の比率より小さい窒化物半導体発光素子であって、
第１のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水
素元素の比率が０．５以下であり、第２のｐ型の層内に
存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比率が１以
下である構成としたことで結晶性を回復することができ
る。したがって、窒化物半導体発光素子において、発光
出力を向上し得ると同時に動作電圧を低減できるほか、
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
子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【図２】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合
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 ３ ｎ型コンタクト層 ４ ｎ型クラッド層 ５ 発光層 ６ ｐ型クラッド層（第１のｐ型の層） ７ ｐ型コンタクト層（第２のｐ型の層） ８ 光透過性電極 ９ ｐ側電極 １０ ｎ側電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｎ型層と発光層とｐ型層とを順に有し、前
   記ｐ型層を少なくとも２つのｐ型の層を含む積層体と
   し、前記発光層に接する側の第１のｐ型の層内に存在す
   るｐ型不純物元素に対する水素元素の比率が、前記第１
   のｐ型の層よりも前記発光層から遠い側に積層された第
   ２のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素
   元素の比率より小さい窒化物半導体発光素子であって、
   前記第１のｐ型の層内に存在するｐ型不純物元素に対す
   る水素元素の比率が０．５以下であり、前記第２のｐ型
   の層内に存在するｐ型不純物元素に対する水素元素の比
   率が１以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素
   子。
2. 【請求項２】ｎ型層と発光層とｐ型層とを順に有し、前
   記ｐ型層を少なくとも２つのｐ型の層を含む積層体と
   し、少なくとも前記ｐ型層が有機金属気相成長法により
   成長され、前記発光層に接する側の第１のｐ型の層を成
   長する際に反応管内に供給する全ガス中の水素濃度が、
   前記第１のｐ型の層よりも前記発光層から遠い側に設け
   られる第２のｐ型の層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い窒化物半導体発光素子
   の製造方法であって、前記第１のｐ型の層を成長する際
   に反応管内に供給する全ガス中の水素濃度が０〜２０％
   であり、前記第２のｐ型の層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０〜５０％であることを
   特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。