JP4277789B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Description

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。

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。

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ＧａＮ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（ＳｉＨ4）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。

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。

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。

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。

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．Ｌｅｔｔ．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。
特開平１０―１３５５７５号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７２Ｎｏ．１４ｐ．１７４８（１９９８）

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。

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。

本発明者は、窒化物半導体発光素子におけるｐ型層の構成について鋭意検討を行った。その結果、ｐ型層を少なくとも二つの層で形成し、発光層に接する側に設けられた第１のｐ型の層を水素濃度の小さい雰囲気ガス中で成長させ、第１のｐ型層よりも発光層から遠い側に設ける第２のｐ型の層を第１のｐ型の層よりも水素濃度の大きい雰囲気ガス中で成長させることにより、第１のｐ型の層ではｐ型不純物の活性化率が高いので正孔濃度を高く保つことができ、第２のｐ型の層では第１のｐ型の層で劣化した結晶性を回復できることを見出した。

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。

本発明によれば、発光層に接する側の第１のｐ型の層の成長時の水素濃度を小さくすることでｐ型不純物の活性化率を高め、発光層から遠い側に設けられる第２のｐ型の層の成長時の水素濃度を第１のｐ型の層に比して大きくする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発光素子を提供することができる。

本願第１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た窒化物半導体発光素子であって、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。

本願第２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た窒化物半導体発光素子の製造方法であって、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。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

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。

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。

基板１には、サファイアやＧａＮ及びＳｉＣ等を使用することができる。

バッファ層２には、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を用いることができ、例えば、９００℃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。

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。

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ＡｌaＧａ1-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。

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。

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ＩｎuＡｌvＧａ1-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、ＩｎxＡｌyＧａ1-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、Ｍｇ，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。

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ＩｎcＧａ1-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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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４０μｍｏｌ／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。

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８０μｍｏｌ／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。

ｎ型コンタクト層３を成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4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５μｍｏｌ／分で供給して、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ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。

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１０５０℃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４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏｌ／分、Ｃｐ2Ｍｇを０．１μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープさせたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ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。

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／ｃｍ3、水素濃度が８×１０19／ｃｍ3であった。

ｐ型コンタクト層７を成長後、ＴＭＧとＣｐ2Ｍｇ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。

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。

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（Ｎｉ）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。

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。

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。

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Ａｕ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。

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。

（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ＧａＮ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。

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３６０秒と大きくなっており、結晶性が低下していた。

（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３μｍｏｌ／分、Ｃｐ2Ｍｇを０．１μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープさせたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ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。

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。

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 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 (11)

1. ｎ型層と発光層とｐ型層とを順に有し、
   前記ｐ型層は第１のｐ型の層および第２のｐ型の層を有し、
   前記第２のｐ型の層よりも前記発光層に近い側に形成された第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形成された第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く、
   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以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記第１のｐ型の層は前記発光層に接し、
   前記第２のｐ型の層は前記第１のｐ型の層に接していることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記第１のｐ型の層はｐ型クラッド層であり、
   前記第２のｐ型の層はｐ型コンタクト層であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記ｐ型クラッド層は、ＩｎＡｌＧａＮからなり、前記ｐ型コンタクト層は、ＩｎＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記ｐ型クラッド層は、ＩｎＡｌＧａＮ からなり、前記ｐ型コンタクト層は、ＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＮからなり、前記ｐ型コンタクト層は、ＩｎＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＮからなり、前記ｐ型コンタクト層は、ＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記ｐ型クラッド層は、ＧａＮからなり、前記ｐ型コンタクト層は、ＩｎＧａＮからなる請求項３記載の窒化物半導体発光素子。
9. 前記ｐ型クラッド層において、層内の発光層側の一部は、ＧａＮで形成されている請求項３から請求項７のいずれか１項記載の窒化物半導体発光素子。
10. ｎ型層と発光層とｐ型層とを順に有し、
    前記ｐ型層は第１のｐ型の層および第２のｐ型の層を有し、
    少なくとも前記第１のｐ型の層および前記第２のｐ型の層が有機金属気相成長法により成長され、
    前記第２のｐ型の層よりも前記発光層に近い側に形成される第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形成される第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く、
    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％であることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
11. 前記第１のｐ型の層は前記発光層に接し、
    前記第２のｐ型の層は前記第１のｐ型の層に接していることを特徴とする請求項１０記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

Images