JP3700713B2 - 窒素−３族元素化合物半導体素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は青色発光の窒素−３族元素化合物半導体素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、青色の発光ダイオードとしてGaN 系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGaN 系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、GaN においても、Mgをドープして電子線を照射することによりｐ型のGaN が得られることが明らかとなった。この結果、従来のｎ層と半絶縁層（ｉ層）との接合に換えてｐｎ接合を有するGaN 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】
しかし、上記のｐｎ接合を有する発光ダイオードであっても、発光輝度は未だ十分ではなく、また、寿命に関しても十分なものが得られていない。
そこで、本発明の目的は、窒素−３族元素化合物半導体(Al_xGa_YIn_1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) 素子の結晶性の向上、駆動電圧の低下及び素子寿命を長期化することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の特徴は、窒素−３族元素化合物半導体から成る素子において、ｐ型の層に接する正電極と、ｎ型の層に接する負電極とを有し、負電極は、正電極が接するｐ型の層とは絶縁分離されたｐ型の層の表面まで連続的に形成されており、正電極と負電極の一部とが略同一平面上に形成されていることを特徴とする。
関連する発明の特徴は、負電極が形成されたｎ型の窒素−３族元素化合物半導体から成る高キャリア濃度ｎ ⁺ 層と、正電極が形成された高キャリア濃度ｐ ⁺ 層と、高キャリア濃度ｎ ⁺ 層よりも低い電子濃度を有する窒素−３族元素化合物半導体から成る低キャリア濃度ｎ層と、高キャリア濃度ｐ ⁺ 層よりもホール濃度の低いｐ型の窒素−３族元素化合物半導体から成る低キャリア濃度ｐ 層とを有することを特徴とする。
更には、高キャリア濃度ｎ ⁺ 層はシリコン (Si) が添加され、低キャリア濃度ｎ層は高キャリア濃度ｎ ⁺ 層よりもｐ型層側に形成され、不純物が添加されておらず電子濃度が１× 10 ¹⁴ 以上であり、低キャリア濃度ｐ層及び項キャリア濃度ｐ ⁺ 層はマグネシウム (Mg) の添加されていることを特徴とする。
さらに他の特徴は、高キャリア濃度ｐ ⁺ 層は、ホール濃度が１× 10 ¹⁶ /cm ³ 以上である第１高キャリア濃度ｐ ⁺ 層と、当該第１高キャリア濃度ｐ ⁺ 層よりもホール濃度の高い第２高キャリア濃度ｐ ⁺ 層とから成ることを特徴とする。
【０００６】
【発明の作用及び効果】
本発明は、電気的に絶縁分離されている複数のｐ伝導型層を有し、ｎ型の層に接する負電極が、正電極が接するｐ型の層とは絶縁分離されたｐ型の層の表面まで連続的に形成されており、正電極と負電極の一部とが略同一平面上に形成されている。よって、正電極の形成された当該ｐ伝導型層に電流が集中する素子となる。これにより駆動電圧を低下させ、素子寿命を長期化することができた。また、シリコン(Si)が添加されたｎ型の窒素−３族元素化合物半導体からなる高キャリア濃度ｎ⁺ 層と、高キャリア濃度ｎ⁺ 層よりもｐ型層側に形成された不純物無添加のｎ型の窒素−３族元素化合物半導体からなる電子濃度が１×10¹⁴以上の低キャリア濃度ｎ層との構成、又は、ｎ型の窒素−３族元素化合物半導体から成り、ｐ型層から遠ざかる方向に電子濃度がステップ増加する複層で形成されるとの構成により、結晶性が向上し、発光素子においては発光輝度が向上すると共により純粋な青色を得ることができた。さらに、電子の注入効率が向上し、駆動電圧が低下すると共に発光素子においては発光輝度が向上した。又、これらの構成により、発光輝度は10 mcdであり、この発光輝度は従来のｐｎ接合GaN 発光ダイオードの発光輝度に比べて、2 倍に向上した。又、発光寿命は10⁴ 時間であり、従来のｐｎ接合GaN 発光ダイオードの発光寿命の1.5 倍である。
【０００７】
【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2.2 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３、膜厚約 1.5μｍ、電子濃度1 ×10¹⁶/cm³のノンドープGaN から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁶/cm³のMgドープGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 2×10¹⁷/cm³の高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２が形成されている。そして、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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３に接続するニッケルで形成された電極８とが形成されている。電極８と電極７とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
【０００８】
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、NH₃ とキャリアガスH₂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) とシラン(SiH₄)とビス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。
【０００９】
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。
【００１０】
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、H₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.7×10^-4モル／分、H₂で0.86ppm まで希釈したシラン(SiH₄)を 200 ml/分の割合で30分間供給し、膜厚約 2.2μｍ、電子濃度 2×10¹⁸/cm³のGaN から成る高キャリア濃度ｎ⁺ 層３を形成した。
【００１１】
続いて、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を1.7 ×10^-4モル／分の割合で20分間供給し、膜厚約1.5 μｍ、電子濃度 1×10¹⁶/ cm³ のGaN から成る低キャリア濃度ｎ層４を形成した。
【００１２】
次に、サファイア基板１を1150℃にして、Ｈ₂ を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.7×10^-4モル／分、CP₂Mg を 8×10^-8モル／分の割合で 7分間供給して、膜厚0.5 μｍのGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１を形成した。この状態では、低キャリア濃度ｐ層５１は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。
【００１３】
次に、サファイア基板１を1150℃にして、Ｈ₂ を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.7×10^-4モル／分、CP₂Mg を 3×10^-7モル／分の割合で 3分間供給して、膜厚0.2 μｍのGaN から成る高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２を形成した。この状態では、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。
【００１４】
次に、反射電子線回析装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２及び低キャリア濃度ｐ層５１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10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度2.1 ×10^-5Torrである。この電子線の照射により、低キャリア濃度ｐ層５１は、ホール濃度1 ×10¹⁶/cm³、抵抗率40Ωcmのｐ伝導型半導体となり、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２は、ホール濃度 2×10¹⁷/cm³、抵抗率 2Ωcm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。
【００１５】
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。
【００１６】
図３に示すように、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２上において、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３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高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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。
【００１７】
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高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２とその下の低キャリア濃度ｐ層５１、低キャリア濃度ｎ層４、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm² 、BCl₃ガスを10ml／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３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。
【００１８】
次に、図６に示すように、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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３に電気的に接続されたNi層１３が形成される。そして、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３及び高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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。
【００１９】
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３の電極８、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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ｐｎ構造の窒化ガリウム系発光素子を得た。
【００２０】
このようにして製造された発光ダイオード１０の発光強度を測定したところ10 mcdであり、この発光輝度は、従来のｐｎ接合のGaN 発光ダイオードの発光輝度に比べて 2倍であった。又、発光寿命は、10⁴ 時間であり、従来のｐｎ接合のGaN 発光ダイオードの発光寿命に比べて1.5 倍であった。
【００２１】
尚、上記実施例で用いたマグネシウムMgのドーピングガスは、上述のガスの他、メチルビスシクロペンタジエニルマグネシウムMg(C₆H₇)₂ を用いても良い。
【００２２】
上記低キャリア濃度ｎ層４の電子濃度は1 ×10¹⁴〜 1×10¹⁶／cm³ で膜厚は 0.5〜 2μｍが望ましい。電子濃度が 1×10¹⁶／cm³ 以上となると発光強度が低下するので望ましくなく、 1×10¹⁴／cm³ 以下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱するので望ましくない。又、膜厚が 2μｍ以上となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱するので望ましくなく、膜厚が 0.5μｍ以下となると発光強度が低下するので望ましくない。
【００２３】
更に、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の電子濃度は 1×10¹⁶〜 1×10¹⁹／cm³ で膜厚は 2〜10μｍが望ましい。電子濃度が 1×10¹⁹／cm³ 以上となると結晶性が悪化するので望ましくなく、 1×10¹⁶／cm³ 以下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱するので望ましくない。又、膜厚が10μｍ以上となると基板が湾曲するので望ましくなく、膜厚が 2μｍ以下となると発光素子の直列抵抗が高くなりすぎ電流を流すと発熱するので望ましくない。
【００２４】
又、上記低キャリア濃度ｐ層５１のホール濃度は1 ×10¹⁴〜 1×10¹⁶／cm³ で膜厚は0.2 〜1 μｍが望ましい。ホール濃度が 1×10¹⁶／cm³ 以上となると、低キャリア濃度ｎ層４とのマッチングが悪くなり発光効率が低下するので望ましくなく、 1×10¹⁴／cm³ 以下となると、直列抵抗が高くなり過ぎるので望ましくない。又、膜厚が 1μｍ以上となると、直列抵抗が高くなるので望ましくなく、膜厚が0.2 μｍ以下となると、発光輝度が低下するので望ましくない。
【００２５】
更に、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２のホール濃度は 1×10¹⁶〜 2×10¹⁹／cm³ で、膜厚は0.2 〜0.5 μｍが望ましい。ホール濃度が 2×10¹⁹／cm³ 以上のｐ⁺ 層はできない。1 ×10¹⁶／cm³ 以下となると、直列抵抗が高くなるので望ましくない。又、膜厚が0.5 μｍ以上となると、直列抵抗が高くなるので望ましくなく、膜厚が0.1 μｍ以下となると、ホールの注入効率が減少するので望ましくない。
【００２６】
第２実施例
図８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2.2 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３、膜厚約 1.5μｍ、電子濃度1 ×10¹⁵/cm³のノンドープGaN から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁵/cm³のMgドープGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁶/cm³の第１高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁷/cm³の第２高キャリア濃度ｐ⁺ 層５３が形成されている。そして、第２高キャリア濃度ｐ⁺ 層５３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３に接続するニッケルで形成された電極８とが形成されている。電極８と電極７とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。このように、本実施例の発光ダイオード１０は、ｐ層をホール濃度が３段階にステップ変化する３層で形成したことを特徴としている。その製造方法は第１実施例と同様である。
【００２７】
このように、ｎ層をｐｎ接合面から遠ざかる方向に電子濃度がステップ増加する複層で形成し、ｐ層をｐｎ接合面から遠ざかる方向にホール濃度がステップ増加する複層で形成したので、ホール濃度の最も高いｐ型の層と電子濃度の最も高いｎ型の層との間に電圧を印加することで、電子及びホールが各層で効率良く加速され、ｐｎ接合面を通って反対の伝導型の層に効率良く注入される。この結果、発光輝度が向上した。
【００２８】
第３実施例
図９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2.2 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３、膜厚約 1.5μｍ、電子濃度 1×10¹⁶/cm³のノンドープGaN から成る低キャリア濃度ｎ層４が形成されている。更に、低キャリア濃度ｎ層４の上には、順に、膜厚約0.5 μｍ、Mg濃度 5×10¹⁹/cm³のMgドープGaN から成る低不純物濃度ｉ層６１、膜厚約0.2 μｍ、Mg濃度 2×10²⁰/cm³の高不純物濃度ｉ⁺ 層６２が形成されている。
【００２９】
そして、その低不純物濃度ｉ層６１及び高不純物濃度ｉ⁺ 層６２の所定領域には、それぞれ、電子線照射によりｐ伝導型化したホール濃度1 ×10¹⁶/cm³の低キャリア濃度ｐ層５０１、ホール濃度 2×10¹⁷/cm³の高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２が形成されている。
【００３０】
又、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２の上面からは、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２、低不純物濃度ｉ層６１、低キャリア濃度ｎ層４を貫通して高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に至る孔１５が形成されている。その孔１５を通って高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に接合されたニッケルで形成された電極８１が高不純物濃度ｉ⁺ 層６２上に形成されている。又、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２の上面には、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２に対するニッケルで形成された電極７１が形成されている。高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に対する電極８１は、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２及び低キャリア濃度ｐ層５０１に対して高不純物濃度ｉ⁺ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１により絶縁分離されている。
【００３１】
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。
製造工程を示す図１０から図１６は、ウエハにおける１素子のみに関する断面図であり、実際には図に示す素子が繰り返し形成されたウエハに関して次の製造処理が行われる。そして、最後に、ウエハが切断されて各発光素子が形成される。
【００３２】
第１実施例と同様にして、図１０に示すウエハを製造する。次に、図１１に示すように、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２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、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２において高キャリア濃度ｎ⁺ 層３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のフォトレジストを除去した。
【００３３】
次に、図１２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１３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高不純物濃度ｉ⁺ 層６２とその下の低不純物濃度ｉ層６１と低キャリア濃度ｎ層４と高キャリア濃度ｎ⁺ 層３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３に対する電極取出しのための孔１５が形成された。次に、図１４に示すように、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２上に残っているSiO₂層１１をフッ化水素酸で除去した。
【００３４】
次に、図１５に示すように、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１の所定領域にのみ、反射電子線回析装置を用いて電子線を照射して、それぞれｐ伝導型を示すホール濃度 2×10¹⁷/cm³の高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２、ホール濃度1 ×10¹⁶/cm³の低キャリア濃度ｐ層５０１が形成された。
【００３５】
電子線の照射条件は、加速電圧10KV、試料電流 1μA 、ビームの移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度2.1 ×10^-5Torrである。この時、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２及び低キャリア濃度ｐ層５０１以外の部分、即ち、電子線の照射されなかった部分は、絶縁体の高不純物濃度ｉ⁺ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１のままである。従って、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２及び低キャリア濃度ｐ層５０１は、縦方向に対しては、低キャリア濃度ｎ層４に導通するが、横方向には、周囲に対して、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２及び低不純物濃度ｉ層６１により電気的に絶縁分離されている。
【００３６】
次に、図１６に示すように、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２と、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２と、高不純物濃度ｉ⁺ 層６２の上面と孔１５を通って高キャリア濃度ｎ⁺ 層３とに、Ni層２０が蒸着により形成された。そして、そのNi層２０の上にフォトレジスト２１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２１が高キャリア濃度ｎ⁺ 層３及び高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２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。次に、そのフォトレジスト２１をマスクとして下層のNi層２０の露出部を硝酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト２１をアセトンで除去した。このようにして、図９に示すように、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の電極８１、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５０２の電極７１を形成した。その後、上述のように形成されたウエハが各素子毎に切断された。
【００３７】
このようにして製造された発光ダイオード１０の発光強度を測定したところ、第１実施例と同様に、10mcd であり、発光寿命は10⁴ 時間であった。
【００３８】
第４実施例
図１７に示すように発光ダイオード１０を構成することもできる。即ち、バッファ層２の上に、順に、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 2×10¹⁷/cm³の第２高キャリア濃度ｐ⁺ 層５３、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁶/cm³の第１高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度1 ×10¹⁵/cm³のMgドープGaN から成る低キャリア濃度ｐ層５１が形成されている。そして、低キャリア濃度ｐ層５１上に、順に、膜厚約 1.5μｍ、電子濃度1 ×10¹⁵/cm³のノンドープGaN から成る低キャリア濃度ｎ層４、膜厚約2.2 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３が形成されている。
【００３９】
そして、第２高キャリア濃度ｐ⁺ 層５３に接続するニッケルで形成された電極７２と高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に接続するニッケルで形成された電極８２とが形成されている。電極８２と電極７２とは、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３、低キャリア濃度ｎ層４、低キャリア濃度ｐ層５１及び第１高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２に形成された溝９１により電気的に絶縁分離されている。
【００４０】
このように、本実施例は、第２実施例と異なり、ｐ層とｎ層との基板１に対する堆積順序を逆にしたものである。製造は第２実施例と同様に行うことができる。
【００４１】
第５実施例
図１に示す構造の第１実施例の発光ダイオード１０において、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３、低キャリア濃度ｎ層４、低キャリア濃度ｐ層５１、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２を、それぞれ、Al_0.2Ga_0.5In_0.3Nとした。高キャリア濃度ｎ⁺ 層３は、シリコンを添加して電子濃度2 ×10¹⁸/cm³に形成し、低キャリア濃度ｎ層４は不純物無添加で電子濃度1 ×10¹⁶/cm³に形成した。低キャリア濃度ｐ層５１はマグネシウム(Mg)を添加して電子線を照射して正孔濃度1 ×10¹⁶/cm³に形成し、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２は同じくマグネシウム(Mg)を添加して電子線を照射して正孔濃度 2×10¹⁷/cm³に形成した。そして、高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２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３に接続するニッケルで形成された電極８とを形成した。
【００４２】
次に、この構造の発光ダイオード１０も第１実施例の発光ダイオードと同様に製造することができる。トリメチルインジウム(In(CH₃)₃)がTMG 、TMA 、シラン、CP₂Mg ガスに加えて使用された。生成温度、ガス流量は第１実施例と同じである。トリメチルインジウムを 1.7×10^-4モル／分で供給することを除いて他のガスの流量は第１実施例と同一である。
【００４３】
次に、第１実施例と同様に、反射電子線回析装置を用いて、上記の高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２及び低キャリア濃度ｐ層５１に一様に電子線を照射してｐ伝導型半導体を得ることができた。
【００４４】
次に、第１実施例と同様に、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３及び高キャリア濃度ｐ⁺ 層５２に対するニッケルで形成された電極７、８を形成した。
【００４５】
このようにして製造された発光ダイオード１０の発光強度を測定したところ10 mcdであり、この発光輝度は、従来のｐｎ接合のGaN 発光ダイオードの発光輝度に比べて 2倍であった。又、発光寿命は、10⁴ 時間であり、従来のｐｎ接合のGaN 発光ダイオードの発光寿命に比べて1.5 倍であった。
【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】本発明の具体的な第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】本発明の具体的な第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】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】本発明の具体的な第４実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【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…低キャリア濃度ｎ層
５１，５０１…低キャリア濃度ｐ層
５２…高キャリア濃度ｐ⁺ 層（第１高キャリア濃度ｐ⁺ 層）
５０２…高キャリア濃度ｐ⁺ 層
５３…第２高キャリア濃度ｐ⁺ 層
６１…低不純物濃度ｉ層
６２…高不純物濃度ｉ⁺ 層
７，８，７１，７２，８１，８２…電極
９，９１…溝

Claims (4)

1. 窒素−３族元素化合物半導体から成る素子において、
   ｐ型の層に接する正電極と、
   ｎ型の層に接する負電極とを有し、
   前記負電極は、前記正電極が接するｐ型の層とは絶縁分離されたｐ型の層の表面まで連続的に形成されており、
   前記正電極と前記負電極の一部とが略同一平面上に形成されていることを特徴とする窒素−３族元素化合物半導体素子。
2. 前記負電極が形成されたｎ型の窒素−３族元素化合物半導体から成る高キャリア濃度ｎ ⁺ 層と、
   前記正電極が形成された高キャリア濃度ｐ ⁺ 層と、
   前記高キャリア濃度ｎ ⁺ 層よりも低い電子濃度を有する窒素−３族元素化合物半導体から成る低キャリア濃度ｎ層と、
   前記高キャリア濃度ｐ ⁺ 層よりもホール濃度の低いｐ型の窒素−３族元素化合物半導体から成る低キャリア濃度ｐ 層と
   を有する請求項１に記載の窒素−３族元素化合物半導体素子。
3. 前記高キャリア濃度ｎ ⁺ 層はシリコン (Si) が添加され、
   前記低キャリア濃度ｎ層は前記高キャリア濃度ｎ ⁺ 層よりもｐ型層側に形成され、不純物が添加されておらず電子濃度が１× 10 ¹⁴ 以上であり、
   前記低キャリア濃度ｐ層及び前記項キャリア濃度ｐ ⁺ 層はマグネシウム (Mg) の添加されていることを特徴とする請求項２に記載の窒素−３族元素化合物半導体素子。
4. 前記高キャリア濃度ｐ ⁺ 層は、ホール濃度が１× 10 ¹⁶ /cm ³ 以上である第１高キャリア濃度ｐ ⁺ 層と、当該第１高キャリア濃度ｐ ⁺ 層よりもホール濃度の高い第２高キャリア濃度ｐ ⁺ 層とから成ることを特徴とする請求項３に記載の窒素−３族元素化合物半導体素子。

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