JP3772707B2 - ３族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３族窒化物半導体を用いた半導体素子の製造方法に関する。特に、発光輝度を向上させた発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、青色や短波長領域の発光素子の材料としてAlGaInN 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つである青色及び緑色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】
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。この結果、AlGaN のｐ伝導型のクラッド層と、ZnとSiドープのInGaN の発光層と、GaN のｎ層とを用いたダブルヘテロ構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。この発光ダイオードはサファイア基板の上にバッファ層、シリコンを高濃度に添加したｎ⁺ 形GaN 層、シリコンを添加したｎ形GaN 層からなるクラッド層、InGaN から成る発光層、ｐ形AlGaN のクラッド層、ｐ形GaN の第１コンタクト層、ｐ⁺ 形GaN の第２コンタクト層を形成したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構造の発光ダイオードは、発光強度が未だ小さいという問題があった。そこで、本発明者らはこの発光素子の結晶性について研究を重ねた結果、次のことが新しく分かった。バッファ層の上にシリコンを高濃度に添加したｎ⁺ 形GaN 層を形成して、その上に順次、上の層を形成している。この結果、ｎ⁺ 形GaN 層が不純物を多量に含んでいる結果、結晶性が良くなく、従って、その上に形成される各層の結晶性も良くないということが判明した。そこで、バッファ層を除いて、基板上に最初に形成される層をなるべる不純物濃度の低い層とすれば、以後、その上に形成される各層の結晶性が良くなり、発光輝度、発光効率が向上することが判明した。
【０００５】
従って、本発明は、上記の知見に基づいて成されたものであり、本発明の目的は、発光素子の各層の結晶性を向上することで、発光輝度及び発光効率を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に形成された３族窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子の製造方法において、基板の上にバッファ層を形成し、バッファ層の上に濃度４× 10 ¹⁸ /cm ³ 以下で不純物を不純物を添加した第１低不純物濃度層を形成し、その第１低不純物濃度層の上に濃度 1 × 10 ¹⁷ 〜 1 × 10 ²⁰ /cm ³ で不純物を添加した高不純物濃度層を形成し、高不純物濃度層と発光層との間に、濃度２× 10 ¹⁶ 〜２× 10 ¹⁹ ／ cm ³ で不純物を添加した第２低不純物濃度層を形成し、高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成することを特徴とする。
【０００８】
上記の構成において、高不純物濃度層と発光層との間に、低濃度に不純物を添加した第２低不純物濃度層を形成する。即ち、発光層を成長させる基礎となる層の不純物濃度を低くしたのでその層の結晶性が良く、従って、その上に成長される発光層の結晶性も良くなる。
上記の構成において、第１低不純物濃度層のキャリア濃度は２×10¹⁸/cm³以下が望ましい。この時、その上に形成される各層の結晶性が改善される。又、低不純物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μm が望ましい。100 Åより薄いとその上に形成される各層の結晶性の改善の効果が低く、2 μm 以上となると、クラックを発生させずにその上に成長できる各層の厚さが制限されるために望ましくない。
【０００９】
上記の構成において、高不純物濃度層のキャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³であることが望ましい。この層にコンタクト電極が形成される。よって、この層は抵抗率が小さい程望ましいが、キャリア濃度を1 ×10¹⁹/cm³以上とすると、結晶性が悪くなり、その上に形成される層の結晶性が低下するので望ましくない。キャリア濃度が1 ×10¹⁶/cm³以下となると、適正な層の厚さで抵抗を低下させることができないので望ましくない。又、その高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm であることが望ましい。0.5 μm より薄いとエッチングによりその層を露出して、その層にコンタクト電極を形成するのが困難となり望ましくない。又、10μm より厚いとその上に形成される各層をクラックを発生させずに成長させることが困難となるので望ましくない。
【００１０】
さらに、上記構成において、第１低不純物濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸/cm³以下とした。不純物濃度は４×10¹⁸/cm³を越えると、その上に形成される各層の結晶性が低下するので望ましくない。又、基板に近い方に形成される層はｎ伝導形のｎ層でもｐ伝導形のｐ層でも良いが、ｐ形活性化の点から言えば、基板に近い方をｎ層とする方が製造が容易である。基板に近い方の層をｎ層とした場合には、上記のキャリア濃度は電子濃度を意味し、上記の不純物はドナー不純物を意味する。又、基板に近い方の層をｐ層とした場合には、上記のキャリア濃度はホール濃度を意味し、上記の不純物はアクセプタ不純物を意味する。上記のキャリア濃度、不純物濃度、層の厚さの数値範囲は、ｎ層でもｐ層でも共に、それぞれ、望ましい範囲である。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上述したように、発光層の成長の基礎となる層を不純物無添加を含む不純物濃度が低い層としたので、その層の結晶性が向上する。従って、その第１低不純物濃度層の上に形成される各層の結晶性が向上し、特に、発光層の結晶性が良くなる結果、発光輝度、発光効率が向上した。又、その第１低不純物濃度層の上に不純物濃度が高い層を形成し、その層にコンタクト電極を設けたために、キャリアはその第１不純物濃度層を通過することがないために、抵抗による電圧低下、抵抗損が抑制され、発光効率が向上した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定されるものではない。
図１は本願実施例の発光素子100 全体図を示す。発光素子100 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0.05μｍのAlN バッファ層２が形成されている。
【００１３】
そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約0.6 μm のシリコン濃度2 ×10¹⁸/cm³、電子濃度1 ×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成るｎ層（第１低不純物濃度層）３１、膜厚約4.0 μｍ、シリコン濃度4 ×10¹⁸/cm³、電子濃度2 ×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ⁺ 層（高不純物濃度層）３、膜厚約0.5 μｍのシリコン濃度1 ×10¹⁸/cm³、電子濃度5 ×10¹⁷/cm³のシリコン(Si)ドープのGaN から成るｎ層（第２低不純物濃度層）４、膜厚約100 ｎｍ，亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープがそれぞれ、 5×10¹⁸/cm³にドープされたIn_0.20Ga_0.80N から成る発光層５，膜厚約10ｎｍ，ホール濃度 2×10¹⁷/cm³, マグネシウム（Mg) 濃度 5×10¹⁹/cm³ドープのAl_0.08Ga_0.92N から成るｐ伝導型のクラッド層７１、膜厚約35ｎｍ，ホール濃度 3×10¹⁷/cm³のマグネシウム（Mg) 濃度 5×10¹⁹/cm³ドープのGaN から成る第１コンタクト層７２、膜厚約5 ｎｍ，ホール濃度 6×10¹⁷/cm³のマグネシウム（Mg) 濃度 1×10²⁰/cm³ドープのGaN から成るｐ⁺ 伝導形の第２コンタクト層７３が形成されている。そして、第２コンタクト層７３の上面全体にNi/Au の２重層からなる透明電極９が形成されその透明電極９の隅の部分にNi/Au の２重層からなるボンディングのためのパッド１０が形成されている。又、ｎ⁺ 層３上にはAlから成る電極８が形成されている。
【００１４】
次に、この構造の半導体素子の製造方法について説明する。
上記発光素子100 は、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造された。
用いられたガスは、アンモニア(NH₃) 、キャリアガス（H₂）、トリメチルガリウム(Ga(CH₃)₃)（以下「TMG 」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH₃)₃)（以下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH₃)₃)（以下「TMI 」と記す) 、シラン(SiH₄)とジエチル亜鉛(Zn(C₂H₅)₂)(以下「DEZ 」と記す) 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。
【００１５】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、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/分で約30分間反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。
【００１６】
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／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２を約0.05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1100°C に保持し、H₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.12 ×10^-4モル／分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを20×10^-9モル／分で36分導入し、膜厚約0.6 μｍ、電子濃度 1×10¹⁸/cm³、シリコン濃度 2×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成るｎ層３１を形成した。
【００１７】
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ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを20×10^-8モル／分で40分導入し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 1×10¹⁸/cm³、シリコン濃度 4×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ⁺ 層３を形成した。
【００１８】
上記の高キャリア濃度ｎ⁺ 層３を形成した後、続いて温度を1100°C に保持し、H₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.12 ×10^-4モル／分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10^-9モル／分で30分導入し、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5×10¹⁷/cm³、シリコン濃度 1×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成るｎ層４を形成した。
【００１９】
続いて、温度を800 ℃に保持し、N₂又はH₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を0.2 ×10^-4モル／分、TMI を1.6 ×10^-4モル／分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10^-8mol/分で、DEZ を 2×10^-4モル/ 分で、30分間供給して厚さ100nm のシリコンと亜鉛が、それぞれ、 5×10¹⁸/cm³にドープさたIn_0.20Ga_0.80N から成る発光層５を形成した。
【００２０】
続いて、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／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^-5モル／分で0.6 分間導入し、膜厚約10ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのAl_0.08Ga_0.92N から成るクラッド層７１を形成した。クラッド層７１のマグネシウム濃度は 5×10¹⁹/cm³である。この状態では、クラッド層７１は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。
【００２１】
次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を1.12×10^-4モル／分、及び、CP₂Mg を 2×10^-5モル／分で40秒間導入し、膜厚約35ｎｍ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７２を形成した。第１コンタクト層７２のマグネシウム濃度は 5×10¹⁹/cm³である。この状態では、第１コンタクト層７２は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。
【００２２】
次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を1.12×10^-4モル／分、及び、CP₂Mg を 4×10^-5モル／分で18秒間導入し、膜厚約5 ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成るｐ⁺ の第２コンタクト層７３を形成した。第２コンタクト層７３のマグネシウム濃度は 1×10²⁰/cm³である。この状態では、第２コンタクト層７３は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。
【００２３】
次に、電子線照射装置を用いて、第２コンタクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７１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、資料電流１μＡ、ビームの移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10^-5Torrである。この電子線の照射により、第２コンタクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７１は、それぞれ、ホール濃度 6×10¹⁷/cm³,3×10¹⁷/cm³,2×10¹⁷/cm³、抵抗率 2Ωcm, 1 Ωcm,0.7Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにして多層構造のウエハが得られた。
【００２４】
次に、図２に示すように、第２コンタクト層７３の上に、真空蒸着によりTi（チタン）層１１１を厚さ1000Åに形成し、その上にNi（ニッケル）層１１２を厚さ１μm に形成する。そして、Ni層１１２の上にフォトレジスト１２を塗布し、フォトリソグラフにより、図２に示すように、第２コンタクト層７３上において、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に対する電極形成部位Ａ^' のフォトレジスト１２を除去した。次に、図３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Ti層１１１とNi層１１２とを酸でウエットエッチングして除去した。
【００２５】
次に、Ti層１１１とNi層１１２によって覆われていない部位の第２コンタクト層７３、第１コンタクト層７２、クラッド層７１、発光層５、ｎ層４を、BCl₃ガスでドライエッチングした後、続いて、Arでドライエッチングした。この工程で、図４に示すように、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３に対する電極取出しのための孔Ａが形成された。その後、マスクとしてのフォトレジスト１２、Ti層１１１及びNi層１１２を除去した。
【００２６】
次に、一様にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィー工程により、透明電極９を形成する部分に窓を開けた。この後、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォトレジストを除去して、即ち、リフトオフ法により、第２コンタクト層７３の上に透明電極９を形成した。そして、その透明電極９の一部にNi/Au の２層を蒸着してパッド１０を形成した。一方、ｎ⁺ 層３に対しては、同様な工程により、アルミニウムを蒸着して電極８を形成した。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得た。この発光素子は駆動電流20ｍＡで発光ピーク波長430 ｎｍ、発光強度1500mCd であった。従来構造のＬＥＤに比べて発光強度は３倍になった。
【００２７】
尚、GaN のｎ層３１を設けて上記構成の発光素子を形成した場合の最上層の第２コンタクト層７３の表面モホロジィを顕微鏡で観察した。その表面顕微鏡写真を図５に示す。又、従来の発光素子のように、ｎ層３１を設けずに、バッファ層２の上に直接、ｎ⁺ 層３を形成して、発光素子を形成した場合の最上層の第２コンタクト層７３の表面モホロジィを顕微鏡で観察した。その表面顕微鏡写真を図６に示す。いずれも２００倍の顕微鏡写真である。
【００２８】
この写真から分かるように、ｎ層３１を設けてその上に各層を積層させた方が結晶性が良くなっていることが理解される。
【００２９】
上記実施例において、ｎ層４を高キャリア濃度ｎ⁺ 層３と発光層５との間に形成しているが、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の不純物キャリア濃度が比較的低い場合には、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の上に直接、発光層５を成長させても良い。
上記実施例において、ｎ層３１には、シリコンを2 ×10¹⁸/cm³に添加して電子濃度を1 ×10¹⁸/cm³としているが、無添加であっても良い。シリコン濃度が2 ×10¹⁸/cm³、電子濃度が1 ×10¹⁸/cm³よりも小さい時には、その上に成長する各層の結晶性が良好となることが確認されている。
【００３０】
さらに、ｎ層３１の厚さは0.6 μm としているが、ｎ層３１はその上に順次成長する各層の結晶性を改善するために存在するために、100 Å〜2 μm 範囲で結晶性の改善の効果があることが確認されている。
上記実施例において、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３のキャリア濃度は2 ×10¹⁸/cm³、シリコン濃度を4 ×10¹⁸/cm³としたが、キャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³、シリコン濃度は1 ×10¹⁷〜1 ×10²⁰/cm³の範囲で、その上に成長する層の結晶性を改善でき、且つ、抵抗を小さくすることができる。又、高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の厚さを4.0 μm としたが、キャリア濃度と同一の観点からその高キャリア濃度ｎ⁺ 層３の厚さは0.5 〜10μm の範囲が最適である。
【００３１】
ｎ層４は、シリコン濃度1 ×10¹⁸/cm³、電子濃度5 ×10¹⁷/cm³としたが、シリコン濃度２×10¹⁶〜２×10¹⁹／cm³ 電子濃度 1×10¹⁶〜 1×10¹⁹／cm³ が適切な範囲である。又、厚さは、0.5 μｍとしたが、 0.5〜 2μｍが望ましい。膜厚が 0.5μｍ以下となると発光強度が低下し、 2μｍ以上となると直列抵抗が高くなり過ぎ、電流を流すと発熱するので望ましくない。
【００３２】
上記実施例において、コンタクト層は２層構造としたが１層構造でも良い。
発光層５には、In_0.20Ga_0.80N を用いたが２元、３元、４元のInGaAlN の３族窒化物半導体であれば構成元素の組成比は任意のものが使用できる。又、クラッド層７１、第１コンタクト層７２、第２コンタクト層７３に関しては、発光層５よりもバンドギャップの広い半導体が要求される。こられの層も２元、３元、４元の３族窒化物半導体を用いることができる。又、ｎ層３１、ｎ⁺ 層３、ｎ層４も同様に、一般式InGaAlN で任意組成比の２元、３元、４元の３族窒化物半導体を用いることができる。
【００３３】
又、発光層５のシリコン濃度及び亜鉛濃度は、それぞれ、1 ×10¹⁷〜1 ×10²⁰/cm³が望ましい。１×１０¹⁷／cm³ 以下であると、発光中心不足により発光効率が低下し、１×１０²⁰／cm³ 以上となると、結晶性が悪くなり、又、オージェ効果が発生するので望ましくない。さらに好ましくは1 ×10¹⁸〜1 ×10¹⁹／cm³ の範囲が良い。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。
【００３４】
上記の実施例では、発光層５は単層で構成したが、一般式Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N(0≦x1≦1 _, 0 ≦y1≦1,0 ≦x1+y1 ＜1)の井戸層と一般式Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N(0≦x2≦1 _, 0 ≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)のバリア層とから成る単一又は多重量子井戸構造に構成しても良い。その場合に、井戸層又はバリア層にドナー不純物とアクセプタ不純物を同時に添加しても良いし、井戸層にドナー不純物又はアクセプタ不純物を添加し、バリア層に、逆に、アクセプタ不純物又はドナー不純物を添加しても良い。又、本発明は発光ダイオードの他、レーザダイオードにも用いることができる。
【００３５】
アクセプタ不純物は、２族元素のベリリウム(Be)、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。２族元素をアクセプタ不純物とした場合には、ドナー不純物として、４族元素である炭素(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。又、４族元素をアクセプタ不純物とした場合には、ドナー不純物として、６族元素のイオウ(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。
【００３６】
尚、本明細書において、以下の素子発明も認識されている。
（１）基板上に形成された３族窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子において、
前記ｎ層、前記ｐ層のうち前記基板に近い方に形成される層を、前記基板に近い方から、不純物無添加を含む低濃度に不純物を添加した第１低不純物濃度層と、その第１低不純物濃度層の上に形成され、高濃度に不純物を添加した高不純物濃度層とを有する構成とし、前記高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成したことを特徴とする発光素子。
（２）前記高不純物濃度層と前記発光層との間には、低濃度に不純物を添加した第２低不純物濃度層が形成されていることを特徴とする（１）に記載の発光素子。
（３）前記第１低不純物濃度層のキャリア濃度は２×10¹⁸/cm³以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。
（４）前記第１低不純物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μm であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。
（５）前記高不純物濃度層のキャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。
（６）前記高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。
（７）前記第１低不純物濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸/cm³以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。
（８）前記基板に近い方に形成される層はｎ伝導形を示すｎ層であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の発光素子。
【００３７】
これらは、基板上に形成された３族窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子において、ｎ層、ｐ層のうち基板に近い方に形成される層を、基板に近い方から、不純物無添加を含む低濃度に不純物を添加した第１低不純物濃度層と、その第１低不純物濃度層の上に形成され、高濃度に不純物を添加した高不純物濃度層とを有する構成とし、高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成したことを特徴とする。
【００３８】
上記構成において、高不純物濃度層と発光層との間には、低濃度に不純物を添加した第２低不純物濃度層が形成されていても良い。発光層を成長させる基礎となる層の不純物濃度を低くしたのでその層の結晶性が良く、従って、その上に成長される発光層の結晶性も良くなる。
【００３９】
上記の構成において、第１低不純物濃度層のキャリア濃度は２×10¹⁸/cm³以下が望ましい。この時、その上に形成される各層の結晶性が改善される。又、低不純物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μm が望ましい。100 Åより薄いとその上に形成される各層の結晶性の改善の効果が低く、2 μm 以上となると、クラックを発生させずにその上に成長できる各層の厚さが制限されるために望ましくない。
【００４０】
上記の構成において、高不純物濃度層のキャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³であることが望ましい。この層にコンタクト電極が形成される。よって、この層は抵抗率が小さい程望ましいが、キャリア濃度を1 ×10¹⁹/cm³以上とすると、結晶性が悪くなり、その上に形成される層の結晶性が低下するので望ましくない。キャリア濃度が1 ×10¹⁶/cm³以下となると、適正な層の厚さで抵抗を低下させることができないので望ましくない。又、その高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm であることが望ましい。0.5 μm より薄いとエッチングによりその層を露出して、その層にコンタクト電極を形成するのが困難となり望ましくない。又、10μm より厚いとその上に形成される各層をクラックを発生させずに成長させることが困難となるので望ましくない。
【００４１】
さらに、上記構成において、第１低不純物濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸/cm³以下であることが望ましい。不純物濃度は４×10¹⁸/cm³を越えると、その上に形成される各層の結晶性が低下するので望ましくない。又、基板に近い方に形成される層はｎ伝導形のｎ層でもｐ伝導形のｐ層でも良いが、ｐ形活性化の点から言えば、基板に近い方をｎ層とする方が製造が容易である。基板に近い方の層をｎ層とした場合には、上記のキャリア濃度は電子濃度を意味し、上記の不純物はドナー不純物を意味する。又、基板に近い方の層をｐ層とした場合には、上記のキャリア濃度はホール濃度を意味し、上記の不純物はアクセプタ不純物を意味する。上記のキャリア濃度、不純物濃度、層の厚さの数値範囲は、ｎ層でもｐ層でも共に、それぞれ、望ましい範囲である。
【００４２】
上述したように、発光層の成長の基礎となる層を不純物無添加を含む不純物濃度が低い層としたので、その層の結晶性が向上する。従って、その第１低不純物濃度層の上に形成される各層の結晶性が向上し、特に、発光層の結晶性が良くなる結果、発光輝度、発光効率が向上した。又、その第１低不純物濃度層の上に不純物濃度が高い層を形成し、その層にコンタクト電極を設けたために、キャリアはその第１不純物濃度層を通過することがないために、抵抗による電圧低下、抵抗損が抑制され、発光効率が向上した。
【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】上記発光ダイオードにおいて第１低不純物濃度層（ｎ層）を形成した場合の最上層の表面状態を観測した顕微鏡写真。
【図６】発光ダイオードにおいて第１低不純物濃度層（ｎ層）を形成しない場合の最上層の表面状態を観測した顕微鏡写真。
【符号の説明】
100 …半導体素子
１…サファイア基板
２…バッファ層
３１…ｎ層（第１低不純物層）
３…高キャリア濃度ｎ⁺ 層（高不純物層）
４…ｎ層（第２低不純物層）
５…発光層
６…キャップ層
７１…クラッド層
７２…第１コンタクト層
７３…第２コンタクト層
８…電極
９…透明電極
１０…パッド

Claims (6)

1. 基板上に形成された３族窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子の製造方法において、
   前記基板の上にバッファ層を形成し、
   前記バッファ層の上に濃度４× 10 ¹⁸ /cm ³ 以下で不純物を添加した第１低不純物濃度層を形成し、
   その第１低不純物濃度層の上に濃度 1 × 10 ¹⁷ 〜 1 × 10 ²⁰ /cm ³ で不純物を添加した高不純物濃度層を形成し、
   前記高不純物濃度層と前記発光層との間に、濃度２× 10 ¹⁶ 〜２× 10 ¹⁹ ／ cm ³ で不純物を添加した第２低不純物濃度層を形成し、
   前記高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記第１低不純物濃度層のキャリア濃度を２×10¹⁸/cm³以下とすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
3. 前記第１低不純物濃度層の厚さを、100Å〜2μmとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子の製造方法。
4. 前記高不純物濃度層のキャリア濃度を1×10¹⁶〜1×10¹⁹/cm³とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
5. 前記高不純物濃度層の厚さを0.5〜10μmとする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の製造方法。
6. 前記基板に近い方に形成される層をｎ伝導形を示すｎ層とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。

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