JP3271661B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、光センサ
ー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パ
ワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導
体（例えば、Ｉｎ_aＡｌ_bＧａ_1-a-bＮ、０≦ａ、０≦
ｂ、ａ＋ｂ≦１）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、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光源等の各種光源
で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的に、
サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、Ｓｉ
ドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量子井
戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）のＩｎＧａ
Ｎ、あるいはＩｎＧａＮを有する多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ：Multi-Quantum-Well）の活性層と、ＭｇドープＡ
ｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮ
よりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を有
しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの青
色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎｍ
の緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常に
優れた特性を示す。量子井戸構造を有する活性層は、そ
の構造の特性から、発光出力の向上が期待される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の素子をＬＥＤ素子として、照明用光源、直射日光の
当たる屋外ディスプレイ等に使用するためには発光出力
が十分満足できるものでない。このように量子井戸構造
の活性層は、発光出力の飛躍的な向上が考えられるが、
その予想される可能性を十分に発揮させ難い。更に、素
子の順方向電圧（Ｖｆ）を低くし、静電耐圧を良好にす
ることが、素子の汎用性を広げ、素子の信頼性を向上さ
せることにつながる。そこで、本発明の目的は、素子の
信頼性を向上させ、種々の応用製品への適用範囲の拡大
を可能とするため、発光出力のさらなる向上が可能とな
り、Ｖｆの低い静電耐圧の良好となる窒化物半導体素子
を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記構
成（１）〜（３）の構成により、本発明の目的を達成す
ることができる。 （１）ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体との間に、
活性層を有する窒化物半導体素子において、アンドープ
ＧａＮとアンドープＩｎ_pＧａ_1-pＮ（０＜ｐ≦０．５）
とが積層されてなる超格子構造のｎ型多層膜層を前記ｎ
型窒化物半導体に含み、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）
とＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ＜１）とが積層されてなる超
格子構造のｐ型多層膜層を前記ｐ型窒化物半導体に含
み、前記ｎ型多層膜層の層数と前記ｐ型多層膜層の層数
とは異なることを特徴とする窒化物半導体素子。 （２）前記ｐ型多層膜層を構成する窒化物半導体層の層
数が、前記ｎ型多層膜層を構成する窒化物半導体層の層
数より少ないことを特徴とする（１）記載の窒化物半導
体素子。 （３）前記ｐ型多層膜層が、変調ドープされていること
を特徴とする（１）又は（２）記載の窒化物半導体素
子。

【０００５】つまり、本発明は、上記の如く、活性層を
挟むようにｎ型とｐ型とで組成及び／又は層数が異なる
ｎ型多層膜層とｐ型多層膜層とを形成し、素子構造の活
性層付近の層構成を特定することにより、発光出力を向
上させ、Ｖｆを低くでき、静電耐圧の良好となる窒化物
半導体素子を提供することができる。

【０００６】量子井戸構造の活性層は、発光出力を向上
させる可能性を秘めているが、従来の素子では、量子井
戸構造の可能性を十分満足できる程度に発揮させること
が困難であった。

【０００７】これに対し、本発明者等は、量子井戸構造
の活性層の性能を十分発揮させるべく、種々検討した結
果、活性層に接して又は近接して互いに組成及び／又は
層数の異なるｎ型多層膜層とｐ型多層膜層とを形成する
ことにより、活性層の性能を良好に引き出して発光出力
の向上を達成すると共に、Ｖｆの低下、及び静電耐圧の
向上をも達成することができた。この理由は定かではな
いが、恐らく多層膜とすることにより結晶性が向上し、
活性層の結晶性やｐ電極を形成する層の結晶性を良好と
することに加え、更に、組成及び／又は層数が異なるこ
とによるｎ型多層膜層とｐ型多層膜層との結晶の性質の
相違が相乗的に作用して素子全体に好影響を及ぼし、素
子性能（発光出力、Ｖｆ、静電耐圧等）を向上させてい
るいるのではないかと考えられる。

【０００８】本発明において、多層膜層とは、少なくと
も組成の異なる２種類以上の単一の窒化物半導体層を少
なくとも２層以上積層させてなるものであり、隣接する
単一の窒化物半導体層同士で組成が異なるように、単一
の窒化物半導体層を複数層積層してなる。また、本発明
において、ｎ型多層膜層を構成する窒化物半導体の組成
と、ｐ型多層膜層を構成する窒化物半導体の組成とが異
なるとは、それぞれの多層膜層を構成する単一の窒化物
半導体層の組成が同一であってもよいが、単一の窒化物
半導体層を複数積層してなる多層膜層の全体の層構成
（全体の組成）が一致しないことを意味する。つまり、
ｎ型多層膜層とｐ型多層膜層とは、それらを構成する組
成が、部分一致を有していてもよいが、完全一致しない
ように窒化物半導体層の組成が調整される。本発明にお
いて、積層された層数が異なるとは、ｐ型又はｎ型のい
ずれか一方が、多層膜層を構成する窒化物半導体が少な
くとも１層以上多く積層されていればよい。

【０００９】更に、本発明は、ｐ型多層膜層を構成する
窒化物半導体層の層数が、ｎ型多層膜層を構成する窒化
物半導体層の層数より少ないと、発光出力、Ｖｆ、静電
耐圧の点で好ましい。本発明において、ｐ型多層膜層の
積層された層数が、ｎ型多層膜層の積層された層数より
少ないとは、ｐ型多層膜の層数がｎ型多層膜層の層数よ
り少なくとも１層以上少なければよい。

【００１０】更に本発明は、ｎ型多層膜層が、Ａｌ_zＧ
ａ_1-zＮ（０≦ｚ＜１）とＩｎ_pＧａ_{1 -p}Ｎ（０＜ｐ＜
１）とを含んでなり、ｐ型多層膜層が、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ
（０＜ｘ＜１）とＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ＜１）とを含
んでなることにより、より良好な発光出力、Ｖｆ及び静
電耐圧を得ることができ好ましい。また更に、本発明
は、ｐ型多層膜層及び／又はｎ型多層膜層が、変調ドー
プされていると、発光出力、Ｖｆ及び静電耐圧を向上さ
せる点で好ましい。本発明において、変調ドープとは、
多層膜層を形成する単一の窒化物半導体層において、隣
接する窒化物半導体層同士の不純物濃度が異なることを
いい、多層膜層を構成する隣接の一方の窒化物半導体層
がアンドープで、他方が不純物をドープされていてもよ
く、また、隣接する両方の窒化物半導体層に不純物がド
ープされている場合に、隣接する窒化物半導体同士で不
純物濃度が異なっていてもよい。

【００１１】また、本発明において、ｎ型多層膜層６と
ｐ型多層膜層８との組成が異なる場合、ｎ型多層膜層６
を構成する層数とｐ型多層膜層８を構成する層数とは、
同一でも異なってもよく、好ましくは層数が異なり、よ
り好ましくはｐ型多層膜層の層数がｎ型多層膜層の層数
より少ないことが、発光出力、Ｖｆ、静電耐圧の点で好
ましい。また、本発明において、ｎ型多層膜層とｐ型多
層膜層との層数が異なる場合、ｎ型多層膜層の組成とｐ
型多層膜層の組成とは、同一でも異なってもよく、好ま
しくは組成が異なることが、上記のような本発明の効果
を得るのに好ましい。また、本発明において、ｎ型多層
膜層とｐ型多層膜層との層数が異なる場合、ｎ型とｐ型
との層数の組み合わせは特に限定されず、ｐ型多層膜層
８とｎ型多層膜層６の層数が異なっていれば、いずれの
組み合わせでもよく、好ましくは、上記したように、ｐ
型多層膜層の層数がｎ型多層膜層の層数より少ないよう
にすることが、上記本発明の効果を得るのに好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、図１を用いて本発明のｎ
型多層膜層及びｐ型多層膜層を有する窒化物半導体につ
いてさらに詳細に説明する。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
す模式的断面図を示す。しかし、本発明はこれに限定さ
れない。図１には、サファイア基板１の上に、ＧａＮよ
りなるバッファ層２、アンドープＧａＮ層３、Ｓｉドー
プＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４、アンドープＧａ
Ｎ層５、ｎ型多層膜層６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮよりなる
多重量子井戸構造の活性層７、ｐ型多層膜層８、Ｍｇド
ープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層９が順に積層され
た構造を有する窒化物半導体素子が示されている。上記
ｎ型多層膜層６及びｐ型多層膜層８を構成するそれぞれ
の窒化物半導体の組成、及び又は層数がｎ型とｐ型とで
異なる。ここで、上記図１には、ｎ型窒化物半導体とし
てｎ型多層膜層を１層及びｐ型窒化物半導体としてｐ型
多層膜層を１層設けているが、ｎ型窒化物半導体及びｐ
型窒化物半導体にそれぞれ多層膜層を２層以上設けても
よい。例えば、上記アンドープＧａＮ層５を、基板側か
らアンドープの窒化物半導体からなる下層、ｎ型不純物
がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及び
アンドープの窒化物半導体からなる下層を順に積層して
なる多層膜層とすると、発光出力、Ｖｆ及び静電耐圧を
より良好とすることが好ましい。このようにｎ型窒化物
半導体に２種のｎ型多層膜層を有する場合、２種のｎ型
多層膜層のいずれかが、ｐ型多層膜層の層数より多けれ
ばよい。

【００１３】まず、多層膜層について説明する。本発明
において、ｎ型多層膜層６は、組成の異なる少なくとも
２種類以上の窒化物半導体から構成されていればよく、
好ましい組成としては、Ａｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ＜１）
［第１の窒化物半導体層］とＩｎ_pＧａ_1-pＮ（０＜ｐ＜
１）［第２の窒化物半導体層］との２種類の組成が挙げ
られる。第１の窒化物半導体層の好ましい組成として
は、上記第１の窒化物半導体層を示す化学式のｚ値が小
さいほど結晶性が良くなり、より好ましくはｚ値が０
［ゼロ］を示すＧａＮである。また、第２の窒化物半導
体層の好ましい組成としては、上記第２の窒化物半導体
層を示す化学式のｐ値が０．５以下のＩｎ_pＧａ_1-pＮ、
より好ましくはｐ値が０．１以下のＩｎ_pＧａ_1-pＮであ
る。本発明において、第１の窒化物半導体層と第２の窒
化物半導体層との好ましい組み合わせとしては、第１の
窒化物半導体層がＧａＮであり、第２の窒化物半導体層
がX値０．５以下のＩｎ_XＧａ_1-XＮである組み合わせが
挙げられる。

【００１４】また、上記のような組成からなるｎ型多層
膜層６は、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導
体層をそれぞれ少なくとも１層以上形成し、合計で２層
以上又は３層以上、好ましくはそれぞれ少なくとも２層
以上積層し、合計で４層以上積層し、好ましくはそれぞ
れ少なくとも７層以上積層し、合計で１４層以上積層す
る。第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層の積
層数の上限は特に限定されないが、例えば５００層以下
である。５００層を超えると、積層する時間がかかり過
ぎ操作が煩雑となったり、素子特性がやや低下する傾向
がある。

【００１５】ｎ型多層膜６を構成する単一の窒化物半導
体層の膜厚は、特に限定されないが、２種類以上の窒化
物半導体層の少なくとも１種類の単一の窒化物半導体層
の膜厚を、１００オングストローム以下、好ましくは７
０オングストローム以下、より好ましくは５０オングス
トローム以下とする。このようにｎ型多層膜層６を構成
する単一の窒化物半導体層の膜厚を薄くすることによ
り、多層膜層が超格子構造となって、多層膜層の結晶性
が良くなるので、出力が向上する傾向にある。

【００１６】ｎ型多層膜層６が第１の窒化物半導体層と
第２の窒化物半導体層とから構成される場合、少なくと
も一方の膜厚を、１００オングストローム以下、好まし
くは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オ
ングストローム以下とする。第１の窒化物半導体層及び
第２の窒化物半導体層の少なくとも一方が、１００オン
グストローム以下の薄膜層とすると、単一の窒化物半導
体層がそれぞれ弾性臨界膜厚以下となり結晶が良好とな
る。この結晶性が改善された窒化物半導体層上に更に弾
性臨界膜厚以下の窒化物半導体を成長させると、より結
晶性が良好となる。このことから第１及び第２の窒化物
半導体層の結晶性が積層されるに従って良くなり、結果
としてｎ型多層膜層６全体の結晶性が良くなる。このよ
うにｎ型多層膜層６の全体の結晶性が良好となることに
より、素子の発光出力が向上する。

【００１７】第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半
導体層の好ましい膜厚としては、両方とも１００オング
ストローム以下、好ましくは７０オングストローム以
下、最も好ましくは５０オングストローム以下である。
ｎ型多層膜層６を構成する第１及び第２の窒化物半導体
層の膜厚が両方とも１００オングストローム以下とする
と、単一の窒化物半導体層の膜厚が弾性臨界膜厚以下と
なり、厚膜で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒
化物半導体が成長できる。また、ｎ型多層膜層６の第１
及び第２の窒化物半導体層の両方の膜厚を７０オングス
トローム以下にすると、多層膜層が超格子構造となり結
晶性が良好となり、この結晶性の良い超格子構造の上に
活性層を成長させると、ｎ型多層膜層６がバッファ層の
ような作用をして、活性層を結晶性よく成長できる。

【００１８】ｎ型多層膜層６の総膜厚としては、特に限
定されないが、２５〜１００００オングストロームであ
り、好ましくは２５〜５０００オングストロームであ
り、より好ましくは２５〜１０００オングストロームで
ある。膜厚がこの範囲であると、結晶性が良く、素子の
出力が向上する。

【００１９】ｎ型多層膜層６は、形成される位置は特に
限定されず、活性層７に接して形成されても、活性層７
と離れて形成されてもよく、好ましくはｎ型多層膜層６
が活性層７に接して形成されていることが好ましい。ｎ
型多層膜層６が活性層７に接して形成されている場合、
活性層７の最初の層である井戸層又は障壁層と接するｎ
型多層膜層６を構成する窒化物半導体層としては、第１
の窒化物半導体層でも、第２の窒化物半導体層でも良
い。このようにｎ型多層膜層６を構成する第１の窒化物
半導体層と第２の窒化物半導体層との積層順序は、特に
限定されない。つまり、第１の窒化物半導体から積層を
始め、第１の窒化物半導体で終わっても、第１の窒化物
半導体から積層を始め、第２の窒化物半導体で終わって
も、第２の窒化物半導体から積層を始め、第１の窒化物
半導体で終わっても、また、第２の窒化物半導体から積
層を始め、第２の窒化物半導体で終わってもよい。図１
では、ｎ型多層膜層６は、活性層７に接して形成されて
いるが、上記したように、ｎ型多層膜層６が活性層７と
離れて形成されている場合、ｎ型多層膜層６と活性層７
との間に、他のｎ型窒化物半導体よりなる層が形成され
ていてもよい。

【００２０】本発明において、ｎ型多層膜層６を構成す
る単一の窒化物半導体層、例えば第１及び第２の窒化物
半導体層は、アンドープでも、ｎ型不純物がドープされ
ていてもよい。本発明において、アンドープとは、意図
的に不純物をドープしない状態を指し、例えば隣接する
窒化物半導体層から拡散により混入される不純物も本発
明ではアンドープという。なお、拡散により混入される
不純物は層内において不純物濃度に勾配がついているこ
とが多い。

【００２１】ｎ型多層膜層６を構成する単一の窒化物半
導体層が、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導
体層からなる場合、第１および第２の窒化物半導体層は
両方ともアンドープでも良いし、両方にｎ型不純物がド
ープされていても良いし、またいずれか一方に不純物が
ドープされていてもよい。第１の窒化物半導体層及び第
２の窒化物半導体層のいずれか一方にｎ型不純物をドー
プすること、又は、両方にｎ型不純物がドープされ隣接
する窒化物半導体層同士で濃度が異なることを、変調ド
ープと呼び、変調ドープすることにより、出力が向上し
やすい傾向にある。また、第１の窒化物半導体層および
第２の窒化物半導体層の両方にｎ型不純物がドープされ
ている場合は、隣接する単一の窒化物半導体層同士で不
純物濃度が異なっても同一でもよく、好ましくは異なる
ことが挙げられる。結晶性を良くするためには、アンド
ープが最も好ましく、次に隣接する一方がアンドープの
変調ドープ、その次に隣接する両方にドープする変調ド
ープの順である。また、第１の窒化物半導体層及び第２
の窒化物半導体層の両方にｎ型不純物がドープされてい
る場合、不純物濃度は、いずれの層の濃度が高くてもよ
い。ｎ型不純物をドープする場合の不純物濃度は、特に
限定されないが、５×１０ ²¹／cm³以下、好ましくは１
×１０²⁰／cm³以下、下限としては５×１０¹⁶／cm³に調
整する。５×１０²¹／cm³よりも多いと窒化物半導体層
の結晶性が悪くなって、逆に出力が低下する傾向にあ
る。これは変調ドープの場合も同様である。本発明にお
いて、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等の
IV族、VI族元素を好ましく選択し、さらに好ましくはＳ
ｉ、Ｓｎを用いる。

【００２２】次に、ｐ型多層膜層８について説明する。
本発明において、ｐ型多層膜層８は、組成の異なる少な
くとも２種類以上の窒化物半導体から構成されていれば
よく、好ましい組成としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ
＜１）［第３の窒化物半導体層］とＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０
≦ｙ＜１）［第４の窒化物半導体層］との２種類の組成
が挙げられる。第３の窒化物半導体層の好ましい組成と
しては、上記第３の窒化物半導体層を示す化学式のｘ値
が０．５以下のＡｌ_xＧａ_1-xＮである。ｘが０．５を超
えると結晶性が悪くなってクラックが入りやすい傾向に
ある。また、第４の窒化物半導体層の好ましい組成とし
ては、上記第４の窒化物半導体層を示す化学式のｙ値が
０［ゼロ］のＧａＮである。ｙ値がゼロであると全体的
に結晶性の良い多層膜層が成長でき易くなる傾向があ
る。本発明において、ｎ型多層膜層８を構成する窒化物
半導体の好ましい組み合わせとしては、第３の窒化物半
導体層がｘ値０．５以下のＡｌ_xＧａ_1-xＮであり、第４
の窒化物半導体層がＧａＮとの組み合わせが挙げられ
る。

【００２３】また、上記のような組成からなるｐ型多層
膜層８は、第３の窒化物半導体層及び第４の窒化物半導
体層をそれぞれ少なくとも１層以上形成し、合計で２層
以上又は３層以上、好ましくはそれぞれ少なくとも２層
以上積層し、合計で４層以上積層する。第３の窒化物半
導体層と第４の窒化物半導体層の積層の上限は特に限定
されないが、積層時間等の製造工程や素子特性などを考
慮すると、例えば１００層以下が挙げられる。

【００２４】ｐ型多層膜層８の総膜厚としては、特に限
定されないが、２５〜１００００オングストロームであ
り、好ましくは２５〜５０００オングストロームであ
り、より好ましくは２５〜１０００オングストロームで
ある。膜厚がこの範囲であると、結晶性が良く、素子の
出力が向上する。また本発明において、ｐ型多層膜層８
は、上記範囲の膜厚内で比較的膜厚を薄く形成される方
が、素子のＶｆ、閾値が低下しやすくなる傾向にある。

【００２５】ｐ型多層膜層８を構成する単一の窒化物半
導体層の膜厚は、特に限定されないが、２種類以上の窒
化物半導体層の少なくとも１種類の窒化物半導体層の単
一の窒化物半導体層の膜厚を、１００オングストローム
以下、好ましくは７０オングストローム以下、より好ま
しくは５０オングストローム以下とする。このようにｐ
型多層膜層８を構成する単一の窒化物半導体層の膜厚を
薄くすることにより、多層膜層が超格子構造となって、
多層膜層の結晶性が良くなるので、ｐ型不純物を添加し
た場合にキャリア濃度が大きく抵抗率の小さいｐ層が得
られ、素子のＶｆやしきい値等が低下し易い傾向があ
る。これによって、低消費電力で良好な発光出力を得る
ことができる。

【００２６】ｐ型多層膜層８が第３の窒化物半導体層と
第４の窒化物半導体層とから構成される場合、少なくと
も一方の膜厚を、１００オングストローム以下、好まし
くは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オ
ングストローム以下とする。第３の窒化物半導体層及び
第４の窒化物半導体層の少なくとも一方が、１００オン
グストローム以下の薄膜層とすると、単一の窒化物半導
体層がそれぞれ弾性臨界膜厚以下となり結晶が良好とな
る。この結晶性が改善された窒化物半導体層上に更に弾
性臨界膜厚以下の窒化物半導体を成長させると、より結
晶性が良好となる。このことから第３及び第４の窒化物
半導体層の結晶性が積層されるに従って良くなり、結果
として、ｐ型多層膜層８全体の結晶性が良くなる。この
ようにｐ型多層膜層８の全体の結晶性が良好となること
により、ｐ型不純物を添加した場合にキャリア濃度が大
きく抵抗率の小さいｐ型層が得られ、素子のＶｆやしき
い値等が低下し易い傾向にある。これによって、低消費
電力で良好な発光出力を得ることができる。

【００２７】第３の窒化物半導体層及び第４の窒化物半
導体層の好ましい膜厚は、両方とも１００オングストロ
ーム以下、好ましくは７０オングストローム以下、最も
好ましくは５０オングストローム以下である。ｐ型多層
膜層８を構成する第３及び第４の窒化物半導体層の膜厚
が両方とも１００オングストローム以下とすると、単一
の窒化物半導体層の膜厚が弾性臨界膜厚以下となり、厚
膜で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒化物半導
体が成長できる。また、ｐ型多層膜層８の第３及び第４
の窒化物半導体層の両方の膜厚を７０オングストローム
以下にすると、多層膜層が超格子構造となり結晶性が良
好となり、素子のＶｆやしきい値等が低下し易くなり、
発光出力を向上させるのに好ましい。

【００２８】ｐ型多層膜層８は、形成される位置は特に
限定されず、活性層７に接して形成されても、活性層７
と離れて形成されてもよく、好ましくはｐ型多層膜層８
が活性層７に接して形成されていることが好ましい。ｐ
型多層膜層８が活性層７に接して形成されていると発光
出力が向上し易くなり好ましい。ｐ型多層膜層８が活性
層７に接して形成されている場合、活性層７の最初の層
である井戸層又は障壁層と接するｐ型多層膜層８を構成
する窒化物半導体層としては、第３の窒化物半導体層で
も、第４の窒化物半導体層でも良い。このようにｐ型多
層膜層８を構成する第３の窒化物半導体層と第４の窒化
物半導体層との積層順序は、特に限定されない。つま
り、第３の窒化物半導体層から積層を始め、第３の窒化
物半導体層で終わっても、第３の窒化物半導体層から積
層を始め、第４の窒化物半導体層で終わっても、第４の
窒化物半導体層から積層を始め、第３の窒化物半導体層
で終わっても、また、第４の窒化物半導体層から積層を
始め、第４の窒化物半導体層で終わってもよい。図１で
は、ｐ型多層膜層８は、活性層７に接して形成されてい
るが、上記したように、ｐ型多層膜層８が活性層７と離
れて形成されている場合、ｐ型多層膜層８と活性層７と
の間に、他のｐ型窒化物半導体よりなる層が形成されて
いてもよい。

【００２９】また、本発明において、第３の窒化物半導
体層及び第４の窒化物半導体層は、両方ともアンドープ
でも、いずれか一方にｐ型不純物がドープされていても
よく、両方にｐ型不純物がドープされていてもよい。ｐ
型多層膜層８を構成する第３及び第４の窒化物半導体層
が、両方ともにアンドープである場合、ｐ型多層膜層８
の膜厚を０．１μｍ以下、好ましくは７００オングスト
ローム以下、さらに好ましくは５００オングストローム
以下にする。膜厚が０．１μｍよりも厚いと、活性層に
正孔が注入されにくくなって、発光出力が低下しやすい
傾向にある。また、膜厚が、０．１μｍを超えると、ア
ンドープ層の抵抗値が高くなる傾向にあるからである。
また、第３及び第４の窒化物半導体層のいずれか一方
に、ｐ型不純物がドープされる変調ドープをすると、発
光出力が向上しやすい傾向にある。また、変調ドープす
るとキャリア濃度の高いｐ層が得られ易くなり好まし
い。また、第３及び第４の窒化物半導体層の両方にｐ型
不純物をドープすると一方がアンドープの場合に比べ
て、更にキャリア濃度が高くなるのでＶｆが低下し好ま
しい。第３及び第４の窒化物半導体層の両方にｐ型不純
物をドープする場合、隣接する窒化物半導体層同士の不
純物濃度が同一でもよいが、異なること（変調ドー）が
好ましい。

【００３０】本発明において、ｐ型多層膜層８にｐ型不
純物をドープする場合、ｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ等のII族元素を好ましく選択し、
好ましくは、Ｍｇ、Ｂｅを用いる。ｐ型不純物をドープ
する場合、不純物濃度は１×１０²²／cm³以下、好まし
くは５×１０²⁰／cm³以下に調整する。１×１０²²／cm³
よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、発
光出力が低下する傾向にある。ｐ型不純物のドープ量の
下限は特に限定されないが、５×１０¹⁶／cm³以上であ
る。

【００３１】以下に、図１に示されるｎ型多層膜層６及
びｐ型多層膜層８以外の他の素子構造を形成する各層に
ついて説明するが、本発明はこれに限定されない。

【００３２】基板１としては、Ｃ面、Ｒ面又はＡ面を主
面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１
₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４
Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等
の半導体基板を用いることができる。

【００３３】バッファ層２としては、Ｇａ_dＡｌ_1-dＮ
（但しｄは０＜ｄ≦１の範囲である。）からなる窒化物
半導体であり、好ましくはＡｌの割合が小さい組成ほど
結晶性の改善が顕著となり、より好ましくはＧａＮから
なるバッファ層２が挙げられる。バッファ層２の膜厚
は、０．００２〜０．５μｍ、好ましくは０．０５〜
０．２μｍ、更に好ましくは０．０１〜０．０２μｍの
範囲に調整する。バッファ層２の膜厚が上記範囲である
と、窒化物半導体の結晶モフォロジーが良好となり、バ
ッファ層２上に成長させる窒化物半導体の結晶性が改善
される。バッファ層２の成長温度は、２００〜９００℃
であり、好ましくは４００〜８００℃の範囲に調整す
る。成長温度が上記範囲であると良好な多結晶となり、
この多結晶が種結晶としてバッファ層２上に成長させる
窒化物半導体の結晶性を良好にでき好ましい。また、こ
のような低温で成長させるバッファ層２は、基板の種
類、成長方法等によっては省略してもよい。

【００３４】アンドープＧａＮ層３としては、先に成長
させたバッファ層２よりも高温、例えば９００℃〜１１
００℃で成長させ、Ｉｎ_fＡｌ_gＧａ_1-f-gＮ（０≦ｆ、
０≦ｇ、ｆ＋ｇ≦１）で構成でき、その組成は特に問う
ものではないが、好ましくはＧａＮ、ｇ値が０．２以下
のＡｌ_gＧａ_1-gＮとすると結晶欠陥の少ない窒化物半導
体層が得られやすい。また膜厚は特に問うものではな
く、バッファ層よりも厚膜で成長させ、通常０．１μｍ
以上の膜厚で成長させる。

【００３５】ＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト
層４としては、アンドープＧａＮ層３と同様に、Ｉｎ_f
Ａｌ_gＧａ_1-f-gＮ（０≦ｆ、０≦ｇ、ｆ＋ｇ≦１）で構
成でき、その組成は特に問うものではないが、好ましく
はＧａＮ、ｇ値が０．２以下のＡｌ_gＧａ_1-gＮとすると
結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。膜厚
は特に問うものではないが、ｎ電極を形成する層である
ので１μｍ以上の膜厚で成長させることが望ましい。さ
らにｎ型不純物濃度は窒化物半導体の結晶性を悪くしな
い程度に高濃度にドープすることが望ましく、１×１０
¹⁸／cm³以上、５×１０²¹／cm³以下の範囲でドープする
ことが望ましい。

【００３６】アンドープＧａＮ層５としては、上記と同
様に、Ｉｎ_fＡｌ_gＧａ_1-f-gＮ（０≦ｆ、０≦ｇ、ｆ＋
ｇ≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮ、ｇ値が０．２以下のＡｌ_gＧａ
_1-gＮ、またはｆ値が０．１以下のＩｎ_fＧａ_1-fＮとす
ると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。
このアンドープＧａＮ層を成長させることにより、高濃
度で不純物をドープしたｎ型コンタクト層４の上に直接
次層を成長させるのと異なり、下地の結晶性が良くなる
ため、次に成長させるｎ型多層膜層６が成長し易くな
り、更にｎ型多層膜層上に活性層７を成長させると成長
しやすく結晶性が良好となり好ましい。このように、ア
ンドープの窒化物半導体層よりなるアンドープＧａＮ層
３の上に、高濃度でｎ型不純物をドープした窒化物半導
体よりなるｎ型コンタクト層４、次にアンドープの窒化
物半導体よりなるアンドープＧａＮ層５を積層し、更に
前記ｎ型多層膜層６を積層した構造とすると、ＬＥＤ素
子にした場合にＶｆが低下しやすい傾向にある。なおｎ
型多層膜層６をアンドープにする場合はアンドープＧａ
Ｎ層５を省略することができる。

【００３７】また、本発明において、上記アンドープＧ
ａＮ層５に変えて、以下のアンドープの下層５ａ、ｎ型
不純物ドープの中間層５ｂ、アンドープの上層５ｃから
なる多層膜層５ａ−ｃとしてもよい。多層膜層５ａ−ｃ
は、基板側から、アンドープの下層５ａ、ｎ型不純物ド
ープの中間層５ｂ、アンドープの上層５ｃの少なくとも
３層から構成されている。ｎ側第１多層膜層には上記下
層５ａ〜上層５ｃ以外のその他の層を有していてもよ
い。また多層膜層５ａ−ｃは、活性層と接していても、
活性層の間に他の層を有していてもよい。上記下層５ａ
〜上層５ｃを構成する窒化物半導体としては、Ｉｎ_gＡ
ｌ_hＧａ_{1- g-h}Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ＜１）で表される
種々の組成の窒化物半導体を用いることができ、好まし
くはＧａＮからなる組成のものが挙げられる。また多層
膜層５ａ−ｃの各層は組成が同一でも異なっていてもよ
い。

【００３８】多層膜層５ａ−ｃの膜厚は、特に限定され
ないが、１７５〜１２０００オングストロームであり、
好ましくは１０００〜１００００オングストロームであ
り、より好ましくは２０００〜６０００オングストロー
ムである。多層膜層５ａ−ｃの膜厚が上記範囲であると
Ｖｆの最適化と静電耐圧の向上の点で好ましい。上記範
囲の膜厚を有する第１多層膜層５の膜厚の調整は、下層
５ａ、中間層５ｂ、及び上層５ｃの各膜厚を適宜調整し
て、多層膜層５ａ−ｃの総膜厚を上記の範囲とすること
が好ましい。

【００３９】多層膜層５ａ−ｃを構成する下層５ａ、中
間層５ｂ及び上層５ｃの各膜厚は、特に限定されない
が、多層膜層５ａ−ｃ中で積層される位置により素子性
能の諸特性に与える影響が異なるため、各層の素子性能
に大きく関与する特性に特に注目し、いずれか２層の膜
厚を固定し、残りの１層の膜厚を段階的に変化させて、
特性の良好な範囲の膜厚を測定し、更に各層との調整に
より膜厚の範囲を特定している。多層膜層５ａ−ｃの各
層は、各々静電耐圧に直接影響を及ぼさない場合もある
が、各層を組み合わせて多層膜層５ａ−ｃとすることに
より、全体として種々の素子特性が良好であると共に、
特に発光出力及び静電耐圧が著しく良好となる。

【００４０】アンドープの下層５ａの膜厚は、１００〜
１００００オングストローム、好ましくは５００〜８０
００オングストローム、より好ましくは１０００〜５０
００オングストロームである。アンドープの下層５ａ
は、膜厚を徐々に厚くしていくと静電耐圧が上昇してい
くが、１００００オングストローム付近でＶｆが急上昇
し、一方膜厚を薄くしていくと、Ｖｆは低下していく
が、静電耐圧の低下が大きくなり、１００オングストロ
ーム未満では静電耐圧の低下に伴い歩留まりの低下が大
きくなる傾向が見られる。また、上層５ａは、ｎ型不純
物を含むｎ側コンタクト層４の結晶性の低下の影響を改
善していると考えられるので、結晶性の改善が良好とな
る程度の膜厚で成長されるのが好ましい。

【００４１】ｎ型不純物ドープの中間層５ｂの膜厚は、
５０〜１０００オングストローム、好ましくは１００〜
５００オングストローム、より好ましくは１５０〜４０
０オングストロームである。この不純物がドープされた
中間層５ｂは、キャリア濃度を十分とさせて発光出力に
比較的大きく作用する層であり、この層を形成させない
と著しく発光出力が低下する傾向がある。膜厚が１００
０オングストロームを超えると発光出力が商品となりに
くい程度まで大きく低下する傾向がある。一方、中間層
５ｂの膜厚が厚いと静電耐圧は良好であるが、膜厚が５
０オングストローム未満では静電耐圧の低下が大きくな
る傾向があり、商品として十分満足できない。

【００４２】アンドープの上層５ｃの膜厚は、２５〜１
０００オングストローム、好ましくは２５〜５００オン
グストローム、より好ましくは２５〜１５０オングスト
ロームである。このアンドープの上層５ｃは、第１多層
膜の中で活性層に接してあるいは最も接近して形成さ
れ、リーク電流の防止に大きく関与しているが、上層５
ｃの膜厚が２５オングストローム未満ではリーク電流が
増加する傾向がある。また、図４（ａ）及び（ｂ）に示
されるように、上層５ｃの膜厚が１０００オングストロ
ームを超えるとＶｆが上昇し静電耐圧も低下する傾向が
あり、商品として十分満足することができない。

【００４３】以上のように、下層５ａ〜上層５ｃの各膜
厚は、上記に示したように、各層の膜厚の変動により影
響されやすい素子特性に注目し、更に、下層５ａ、中間
層５ｂ及び上層５ｃを組み合わせた際に、諸素子特性す
べてがほぼ均一に良好となり、特に発光出力及び静電耐
圧が良好となるように、更に社内規格を満足できるよう
に種々検討し、上記範囲に各膜厚を規定することによ
り、良好な発光出力及び商品の信頼性の更なる向上を達
成することが可能な静電耐圧を得ることができる。ま
た、第１多層膜層５の各層の膜厚の組み合わせは、発光
波長の種類による活性層の組成の変化や、電極、ＬＥＤ
素子の形状など種々の条件により、最も良好な効果を得
るために適宜調整される。各層の膜厚の組み合わせに伴
う性能は、上記範囲の膜厚で適宜組み合わせることによ
り、従来のものに比べ良好な発光出力及び良好な静電耐
圧を得ることができる。

【００４４】上記多層膜層５ａ−ｃを構成する各層の組
成は、Ｉｎ_mＡｌ_nＧａ_1-m-nＮ（０≦ｍ＜１、０≦ｎ＜
１）で表される組成であればよく、各層の組成が同一で
も異なっていてもよく、好ましくはＩｎ及びＡｌの割合
が小さい組成であり、より好ましくはＧａＮからなる層
が好ましい。

【００４５】上記ｎ型不純物ドープの中間層５ｂのｎ型
不純物のドープ量は、特に限定されないが、３×１０¹⁸
／ｃｍ³以上、好ましくは５×１０¹⁸／ｃｍ³以上の濃度
で含有する。ｎ型不純物の上限としては、特に限定され
ないが、結晶性が悪くなりすぎない程度の限界としては
５×１０²¹／ｃｍ³以下が望ましい。第１の多層膜層の
中間層の不純物濃度が上記範囲であると、発光出力の向
上とＶｆの低下の点で好ましい。ｎ型不純物としてはＳ
ｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、第VIＢ
族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不純
物とする。

【００４６】また、上記多層膜層５ａ−ｃの界面におい
ては、それぞれの層及び素子の機能を害しない範囲で両
方の層を兼ねる。

【００４７】次に、活性層７としては、少なくともＩｎ
を含んでなる窒化物半導体、好ましくはＩｎ_jＧａ_1-jＮ
（０≦ｊ＜１）を含んでなる井戸層を有する単一量子井
戸構造、又は多重量子井戸構造のものが挙げられる。活
性層７の積層順は、井戸層から積層して井戸層で終わっ
てもよく、井戸層から積層して障壁層で終わってもよ
く、また、障壁層から積層して井戸層で終わっても良く
積層順は特に問わない。井戸層の膜厚としては１００オ
ングストローム以下、好ましくは７０オングストローム
以下、さらに好ましくは５０オングストローム以下に調
整する。１００オングストロームよりも厚いと、出力が
向上しにくい傾向にある。一方、障壁層の厚さは３００
オングストローム以下、好ましくは２５０オングストロ
ーム以下、最も好ましくは２００オングストローム以下
に調整する。

【００４８】次に、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コン
タクト層９としては、上記と同様にＩｎ_fＡｌ_gＧａ
_1-f-gＮ（０≦ｆ、０≦ｇ、ｆ＋ｇ≦１）で構成でき、
その組成は特に問うものではないが、好ましくはＧａＮ
とすると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやす
く、またｐ電極材料と好ましいオーミック接触が得られ
やすい。

【００４９】また、本発明において用いられるｐ電極及
びｎ電極は、特に限定されず、従来知られている用いう
ることのできる電極等を用いることができ、例えば実施
例に記載の電極が挙げられる。

【００５０】

【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし、本発明はこれに限定されない。

【００５１】［実施例１］図１を元に実施例１について
説明する。 （基板１）サファイア（Ｃ面）よりなる基板１をＭＯＶ
ＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板
の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニング
を行う。

【００５２】（バッファ層２）続いて、温度を５１０℃
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。なおこの低温で成長させる第１
のバッファ層２は基板の種類、成長方法等によっては省
略できる。

【００５３】（アンドープＧａＮ層３）バッファ層２成
長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇さ
せる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層３を１
μｍの膜厚で成長させる。

【００５４】（ｎ型コンタクト層４）続いて１０５０℃
で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０¹⁹／cm³ドー
プしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を３μｍの膜厚
で成長させる。

【００５５】（アンドープＧａＮ層５）次にシランガス
のみを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａＮ
層５を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５６】（ｎ型多層膜層６）次に、温度を８００℃
にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドー
プＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎよりなる第２の窒化物半導体層を
２５オングストローム成長させ、続いて温度を上昇さ
せ、その上にアンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半
導体層を２５オングストローム成長させる。そしてこれ
らの操作を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づ
つ積層した超格子構造よりなるｎ型多層膜を５００オン
グストロームの膜厚で成長させる。

【００５７】（活性層７）次に、アンドープＧａＮより
なる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ア
ンモニアを用いアンドープＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる井
戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そし
て障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層
を５層、井戸層４層交互に積層して、総膜厚１１２０オ
ングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を
成長させる。

【００５８】（ｐ型多層膜層８）次に、ＴＭＧ、ＴＭ
Ａ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０¹⁹／cm³ドープし
たｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる第３の窒化物半導体層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ
₂Ｍｇ、ＴＭＡを止めアンドープＧａＮよりなる第４の
窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順
で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層
８を２００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５９】（ｐ型コンタクト層９）続いて１０５０℃
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コン
タクト層８を７００オングストロームの膜厚で成長させ
る。

【００６０】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。

【００６１】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ型コンタクト層９の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させ
る。

【００６２】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極１０と、そのｐ電極１０の上
にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１１を
０．５μｍの膜厚で形成する。一方、エッチングにより
露出させたｎ型コンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含
むｎ電極１２を形成してＬＥＤ素子とした。

【００６３】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．５Ｖ
しかなく、従来の多重量子井戸構造のＬＥＤ素子に比較
して、Ｖｆで０．５Ｖ近く低下し、発光出力は２倍以上
に向上した。そのため、１０ｍＡで従来のＬＥＤ素子と
ほぼ同等の特性を有するＬＥＤが得られた。更に得られ
た素子は、静電耐圧が従来の素子に比べて約１．２倍以
上良好となる。

【００６４】なお、従来のＬＥＤ素子の構成は、ＧａＮ
よりなる第１のバッファ層の上に、アンドープＧａＮよ
りなる第２のバッファ層、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ
型コンタクト層、実施例１と同一の多重量子井戸構造よ
りなる活性層、単一のＭｇドープＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層、
ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層を順に積層
したものである。

【００６５】［実施例２］実施例１において、ｎ型多層
膜層６を成長する際に、第１の窒化物半導体層のみを、
Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮとして成長さ
る他は同様にして、ＬＥＤ素子を作製した。得られたＬ
ＥＤ素子は、実施例１とほぼ同等の良好な素子特性を有
している。

【００６６】［実施例３］実施例１において、ｎ型多層
膜層６を成長する際に、第２の窒化物半導体層をＳｉを
１×１０¹⁸／cm³ドープしたＩｎ_0.03Ｇａ_0.97層とし、
第１の窒化物半導体層を、Ｓｉを５×１０¹⁸／cm³ドー
プしたＧａＮとする他は同様にしてＬＥＤ素子を製造し
た。得られたＬＥＤ素子は、２０ｍＡにおいてＶｆは
３．４Ｖ、出力は従来のものに比較して、１．５倍以上
と優れた特性を示した。また静電耐圧は、実施例１と同
様に良好である。

【００６７】［実施例４］実施例１において、ｐ型多層
膜層８を成長する際に、第４の窒化物半導体層にＭｇを
１×１０¹⁹／cm³ドープしたｐ型ＧａＮ層を成長させる
他は同様にしてＬＥＤ素子を作製したところ、実施例１
とほぼ同等の特性を有するＬＥＤ素子が得られた。

【００６８】［実施例５］実施例１において、ｐ型多層
膜層８を成長する際に、アンドープＡｌ_0.1Ｇａ_{0 .9}Ｎよ
りなる第３の窒化物半導体層を２５オングストローム
と、アンドープＧａＮよりなる第４の窒化物半導体層を
２５オングストロームとでそれぞれ２層づつ交互に積層
して総膜厚１００オングストロームとする他は同様にし
てＬＥＤ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の
特性を有するＬＥＤ素子が得られた。

【００６９】［実施例６］実施例１において、アンドー
プＧａＮ層５に変えて多層膜総５ａ−ｃを、さらに、下
記各層を以下のように変更する他は同様にして、ＬＥＤ
素子を製造する。

【００７０】（ｎ側コンタクト層４）続いて１０５０℃
で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物
ガスにシランガスを用い、Ｓｉを６×１０¹⁸／cm³ドー
プしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層４を２．２５μ
ｍの膜厚で成長させる。

【００７１】（多層膜層５ａ−ｃ）次にシランガスのみ
を止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用
い、アンドープＧａＮからなる下層５ａを２０００オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しＳｉを６×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａ
Ｎからなる中間層５ｂを３００オングストロームの膜厚
で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度
にてアンドープＧａＮからなる上層５ｃを５０オングス
トロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚２３５
０オングストロームの第１多層膜層５を成長させる。

【００７２】（ｎ型多層膜層６）次に、同様の温度で、
アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を４０
オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩ
ｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を２０
オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰
り返し、第１＋第２の順で交互に１０層づつ積層させ、
最後にＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を４０オン
グストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ型
多層膜層６を６４０オングストロームの膜厚で成長させ
る。

【００７３】（ｐ型多層膜層８）次に、温度１０５０℃
でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０¹⁹
／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる第３の
窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ア
ンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用いＭｇを５×１０¹⁹／cm³ドー
プしたＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる第４の窒化物半導体
層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして
これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に５層
ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４０オング
ストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜より
なるｐ型多層膜層８を３６５オングストロームの膜厚で
成長させる。

【００７４】得られたＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同
様に良好な発光出力及びＶｆを示し、更に、ＬＥＤ素子
のｎ層及びｐ層の各電極より逆方向に徐々に電圧を加え
静電耐圧を測定したところ、実施例１に記載の従来の素
子に比べて１．５倍以上となり、実施例１より静電耐圧
は良好な結果が得られた。

【００７５】

【発明の効果】本発明は、素子の信頼性を向上させ、種
々の応用製品への適用範囲の拡大を可能とするため、発
光出力のさらなる向上が可能となり、Ｖｆの低い静電耐
圧の良好となる窒化物半導体素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるＬＥＤ素子の構造
を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板 ２・・・バッファ層 ３・・・アンドープＧａＮ層 ４・・・ＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層 ５・・・アンドープＧａＮ層 ６・・・ｎ型多層膜層 ７・・・活性層 ８・・・ｐ型多層膜層 ９・・・ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層 １０・・・全面電極 １１・・・ｐ電極 １２・・・ｎ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸居 宏充 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−23124（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−116234（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−83956（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−145004（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−229480（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体と
   の間に、活性層を有する窒化物半導体素子において、 アンドープＧａＮとアンドープＩｎ_pＧａ_1-pＮ（０＜ｐ
   ≦０．５）とが積層されてなる超格子構造のｎ型多層膜
   層を前記ｎ型窒化物半導体に含み、 Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）とＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０≦
   ｙ＜１）とが積層されてなる超格子構造のｐ型多層膜層
   を前記ｐ型窒化物半導体に含み、 前記ｎ型多層膜層の層数と前記ｐ型多層膜層の層数とは
   異なることを特徴とする窒化物半導体素子。
2. 【請求項２】 前記ｐ型多層膜層を構成する窒化物半導
   体層の層数が、ｎ型多層膜層を構成する窒化物半導体層
   の層数より少ないことを特徴とする請求項１記載の窒化
   物半導体素子。
3. 【請求項３】 前記ｐ型多層膜層が、変調ドープされて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導
   体素子。