JP4699738B2

JP4699738B2 - ｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法

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Inventors: 道哉小田原; 明笠原; 隆宇田川
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Publication date: 2011-06-15
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Description

本発明は、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層とｐ型リン化硼素層とから成る整流性に優れるｐｎ接合構造を有する発光特性に優れるヘテロ構造化合物半導体発光素子に関する。

従来、組成式Ａｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_ＺＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で表記されるIII族窒化物半導体は、例えば、短波長可視光を出射するIII族窒化物半導体発光素子を構成するために利用されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）にあって、ｐ型及びｎ型クラッド（ｃｌａｄ）層を構成するために利用されている（上記の非特許文献１参照）。発光ダイオード或いはレーザダイオード（英略称：ＬＤ）等の半導体発光素子は、発光を効率的にもたらすために、発光部はｐｎ接合型２重ヘテロ接合（ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏ：略称ＤＨ）構造とするのがもっぱらである（上記の非特許文献１参照）。ＤＨ構造発光部とは、発光層と、それに両側で接合するｐ型及びｎ型クラッド層とからなる接合構造の部位である。

ｐｎ接合型ＤＨ構造のIII族窒化物半導体発光素子に於いて、発光層は窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＹＩｎ_ＺＮ：０≦Ｙ、Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）や窒化リン化ガリウム（組成式ＧａＮ_１−ＱＰ_Ｑ：０≦Ｑ≦１）等のIII−Ｖ族化合物半導体材料から一般に構成されている。発光層を挟時するためのｐ型クラッド層は従来、一般にＡｌ_ＸＧａ_ＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、障壁層として好適な低い抵抗のｐ型III族窒化物半導体層を得るには、（ａ）同層の形成時にマグネシウム（元素記号：Ｍｇ）等の第II族元素の添加（ドーピング）操作（例えば、特許文献２参照）、及び（ｂ）層内から水素原子を逸脱させるための熱処理（例えば、特許文献３参照）が必要とされている。

一方で、リン化硼素（化学式：ＢＰ）では、不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）でも低抵抗のｐ型導電層が得られている（例えば、非特許文献２参照）。これを利用して、最近では、リン化硼素からｐ型クラッド層を構成して、ｐｎ接合型ＤＨ構造のIII族窒化物半導体発光素子を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
赤崎勇編著、「III−Ｖ族化合物半導体」、１９９４年５月２０日、初版、（株）培風館発行、１３章。ティ−．ウダガワ（Ｔ．Ｕｄａｇａｗａ）他、第５回窒化物半導体国際会議テクニカルダイジェスト（Technical Digest of 5th. Int. Conf. Nitride Semiconductors）,431頁日本特許第２７１３０９４号日本特許第２７７８４０５号日本特許第２５４０７９１号米国特許ＵＳ６，０６９，０２１号

しかし、ｎ型III族窒化物半導体層上には、ｐ型リン化硼素の連続膜を安定して成長させることができない。ピット（ｐｉｔ；孔）が多量に存在するため、連続性に欠けるリン化硼素層は、その不連続性のために電流の円滑な通流が阻害され、抵抗の高い層となってしまう。従って、この様な不連続なリン化硼素層をクラッド層として使用したところで、例えば、素子駆動電流を平面的に拡散できずに、発光面積の小さなIII族窒化物半導体発光素子がもたらされるのみである。

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために成されたもので、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層上に、連続性に優れるｐ型リン化硼素層を安定して成長させるための積層構造を提示するものである。また、その積層構造を利用して形成したｐ型リン化硼素層を備えたｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子を提供するものである。

本発明は、以下の各項からなる。
（１）結晶基板上に、ｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体から成る下部クラッド層と、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ _ＸＩｎ _１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）からなる発光層と、ｐ型のリン化硼素（ＢＰ）から成る上部クラッド層とを備え，上記発光層を挟時している上記の下部及び上部クラッド層にｎ型並びにｐ型電極とを設けるｐｎ接合型ヘテロ構造の化合物半導体発光素子の形成方法に於いて、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ _ＸＩｎ _１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）からなる発光層を成長させた後、発光層上に中間層をなすｎ型のリン化硼素層を、その硼素源とリン源をＰ／Ｂの元素比を１５０〜２０００とし、成長速度を毎分３〜３００ｎｍとして気相成長させ、次いで中間層上に上部クラッド層をなすｐ型のリン化硼素を、その硼素源に対するリン源の比率（Ｐ／Ｂ比率）を前記の中間層を成長させる際の硼素源に対するリン源の比率（Ｐ／Ｂ比率）よりも低くして気相成長させることを特徴とするｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

（２）下部クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）である上記（１）に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
（３）ｎ型中間層が、発光層の最表層を成す、面方位を（０００１）とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層の表面上に設けた、面方位を（１１１）とするリン化硼素層から構成されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

（４）ｎ型中間層が、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層のａ軸に、＜１１０＞方向を平行とする、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）でｎ型の（１１１）−リン化硼素層から構成されていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

（５）ｎ型中間層が、キャリア濃度を、その上に設ける上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層のキャリア濃度以下とし、且つ、層厚を２ｎｍ以上で６０ｎｍ以下とする、アンドープでｎ型の（１１１）−リン化硼素層から構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
（６）上部クラッド層を気相成長させる際の原料の硼素源に対するリン源の比率が５〜１５０である上記（１）〜（５）のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

（７）上面を（０００１）−面とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から成る発光層を成長させた後、発光層上に７００℃以上で９５０℃以下の温度で、ｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
（８）上面を（０００１）−面とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から成る発光層を成長させた後、発光層上に、（０００１）−Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）層のａ軸に＜１１０＞方向を平行とする、アンドープでｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

（９）成長温度を、７００℃以上で、上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層の成長温度以下として、上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層のキャリア濃度以下とするｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかまたは上記（８）に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。

本発明に依れば、ｐ型のリン化硼素層を、ｎ型の含硼素III−Ｖ族化合物、例えばリン化硼素層を介在させて形成することとしたので、連続性が有り、且つ低抵抗のｐ型クラッド層を構成するに好適なｐ型リン化硼素層を形成でき、従って、素子駆動電流を発光領域に拡散でき、発光面積の広い高出力のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体ＬＥＤを提供できる。

本発明の化合物半導体発光素子は結晶基板の表面に形成されたｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる下部クラッド層と、下部クラッド層の表面上に形成されたｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる発光層と、発光層の表面上に形成されたｐ型のリン化硼素（化学式ＢＰ）からなる上部クラッド層を備えた発光素子において、上記発光層と上部クラッド層の間にｎ型の含硼素III−Ｖ族化合物、例えばｎ型のリン化硼素からなる中間層を設けたことが特徴である。
本発明で用いられる結晶基板としてはサファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３）、六方晶の（０００１）−炭化珪素、六方晶の（０００１）−酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが好適である。
ｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる下部クラッド層は一般式Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で表されるもので、例えばＧａＮなどである。
ｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体からなる発光層は一般式Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＮ_１−ＱＭ_Ｑ（Ｍは窒素とは別のＶ族元素を表し、０≦Ｑ＜１である）で表されるもので、例えばＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１，Ｙ＋Ｚ＝１）やＧａＮ_１−_ＱＰ_Ｑ（０≦Ｑ＜１）などである。
上部クラッド層のｐ型のリン化硼素（化学式ＢＰ）は非特許文献２に記載の方法、即ち有機硼素化合物を硼素源とし、水素化物をリン源とする有機金属熱分解化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により得ることができる。

本発明の中間層は、特にｎ型III−Ｖ族化合物半導体層とｐ型リン化硼素層との中間に、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層の上面と、ｐ型リン化硼素層の下面の双方に接触させて設ける。中間層は、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層上に、平滑で連続性のあるｐ型リン化硼素層を形成するために設けるものである。連続性のあるｐ型リン化硼素層を成長させるために、中間層は、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層の上面を充分に被覆でき、且つｐ型リン化硼素層との密着性に優れる材料から構成する必要がある。この観点からして、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体材料との「濡れ」性（斎藤幸夫著、「結晶成長」（２００２年１１月２０日、（株）裳華房発行、第１版、３１〜３４頁参照）に優れる硼素を含むIII−Ｖ族化合物半導体材料（含硼素III−Ｖ族化合物半導体）は中間層を構成するに好適である。また、含硼素III−Ｖ族化合物半導体は、同じく硼素を構成元素として含むｐ型リン化硼素層を成長させるに際し、その成長を促し、連続膜を与える下地層にできるため好都合である。

含硼素III−Ｖ族化合物半導体として、リン化硼素・アルミニウム（組成式Ｂ_αＡｌ_１−αＰ：０＜α≦１）、リン化硼素・ガリウム（組成式Ｂ_αＧａ_１−αＰ：０＜α≦１）、リン化硼素・インジウム（組成式Ｂ_αＩｎ_１−αＰ：０＜α≦１）を例示できる。また、砒素（元素記号：Ａｓ）を構成元素とする砒化硼素・アルミニウム（組成式Ｂ_αＡｌ_１−αＡｓ：０＜α≦１）、砒化硼素・ガリウム（組成式Ｂ_αＧａ_１−αＡｓ：０＜α≦１）、砒化硼素・インジウム（組成式Ｂ_αＩｎ_１−αＡｓ：０＜α≦１）を例示できる。これらの含硼素III−Ｖ族化合物半導体の中で、リン化硼素（ＢＰ）は、ｐ型リン化硼素層との格子整合をなすため、中間層を構成する材料として特に、好適である。
以下含硼素III−Ｖ族化合物として主にリン化硼素を例にとり説明する。

中間層を構成するためのリン化硼素層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法に依り形成できる。また、分子線エピタキシャル法に依り形成できる（Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）。中間層を成長させる温度は、発光層を成す例えばｎ型III族窒化物半導体層の熱的な変性を抑制するため、比較的に低温とするのが望ましい。特に、中間層上にｐ型のリン化硼素層を形成するための温度以下とすると、発光層の熱的な変性を抑制するのに効果を奏する。また、中間層の成長温度は、中間層を島（ｉｓｌａｎｄ）状ではなく、連続層で安定して得るため７００℃以上とするのが好適である。例えばＭＯＣＶＤ法に依り、８００℃で窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）を成長させた後、同じく８００℃でリン化硼素から成る中間層を形成する。発光層とするｎ型III族窒化物半導体層を成長させたのと同一の気相成長設備を利用すれば、簡便に中間層を形成できる。

III族原料に対するＶ族原料の比率、所謂、Ｖ／III比率を高比率として成長させたIII−Ｖ族化合物半導体層、特にリン化硼素層は、連続性に優れているため、中間層を構成するのに好適に使用できる。III族及びＶ族原料とは、リン化硼素の場合はリン化硼素層の気相成長時に使用する硼素（Ｂ）源及びリン（Ｐ）源である。Ｖ／III比率とは、気相成長反応系に供給する硼素源中の硼素に対するリン源中のリンの元素比率である。このＶ／III比率を１５０以上とし２０００以下とした場合、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層上には、特に、連続性に優れるリン化硼素層を形成できる。Ｖ／III比率が１５０未満では、硼素の供給量に対してリンの供給量が不足するため、リン化硼素の連続膜を安定して得るに至らない。逆に、Ｖ／III比率が２０００を超えた高比率とすると、リン（Ｐ）が関与した析出物が発生し、中間層に好適な平坦なリン化硼素層を安定して得るに至らない。

上記の好適なＶ／III比率（第１のＶ／III比率とする）の範囲で気相成長させたリン化硼素層は連続層であり、また、硼素源に対するリン源の供給量が適度であるため、ｎ型の伝導層となる。中間層として適するｎ型リン化硼素層のキャリア濃度は、その上のｐ型リン化硼素層のキャリア濃度以下である。また、ｐ型リン化硼素層から発光層への電流の流通に支障を来さない様に、高抵抗ではなく、少なくともキャリア濃度を１×１０^１７ｃｍ^−３以上とする導電層であるのが好ましい。ｎ型のリン化硼素層は、不純物を故意に添加しないアンドープ状態でも形成でき、それを気相成長させる際のＶ／III比率や成長温度を変化させれば、キャリア濃度を調整できる。上記のリン化硼素層を気相成長させるに好適な温度及びＶ／III比率の範囲内に於いて、成長温度を高温とする程、キャリア濃度を高められる。また、Ｖ／III比率を高くする程、高キャリア濃度のリン化硼素層が得られる。

更に、リン化硼素層の成長速度を毎分３ｎｍ以上で毎分３００ｎｍ以下の好適な範囲に設定すると、（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層にあって、そのａ軸に、＜１１０＞方向を平行とする、立方晶閃亜鉛鉱結晶型でｎ型の（１１１）−リン化硼素を形成できる。ウルツ鉱結晶型のＧａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）のａ軸は、０．３１９ｎｍ以上で０．３５３ｎｍ以下の範囲にある（寺本巌著、「半導体デバイス概論」、１９９５年３月３０日、（株）培風館発行、初版、２８頁参照）。一方、リン化硼素（ＢＰ）の｛１１０｝格子面の間隔は、０．３２０ｎｍである。このため、（０００１）−Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）のａ軸に、＜１１０＞方向を平行として配向した（１１１）−リン化硼素層は、ａ軸と｛１１０｝格子面との間隔の略一致から、特に、（０００１）−Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）層との密着性に優れるものとなる。従って、この様な密着性に優れるリン化硼素層から中間層を好適に構成できる。因みに、面方位を（０００１）面とするＧａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）層は、例えば、面方位を（０００１）とするサファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３）、六方晶の（０００１）−炭化珪素（ＳｉＣ）並びに（０００１）−酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の、六方晶の（０００１）結晶を基板とすれば成長できる。
本発明における中間層はリン化硼素が好ましいが、前記した硼素の一部をアルミニウムやインジウムで置換したものや、リンを砒素で置換したものも使用可能である。

ｎ型の中間層上にはｐ型のリン化硼素層を設ける。ｐ型リン化硼素層は、格子整合の関係にあるｎ型リン化硼素層から成る中間層を下地層として成長させるため、Ｖ／III比率５以上とすれば、連続的なリン化硼素層を形成できる。一方で、ｐ型の伝導層を成長させるために、Ｖ／III比率（第２のＶ／III比率）は、ｎ型リン化硼素層を気相成長させる場合の第１のＶ／III比率以下とする。好ましくはＶ／III比率は５〜１５０である。ｐ型リン化硼素層は、発光層へ正孔を注入するために設ける機能層である。ｐ型リン化硼素層を、ｎ型中間層を介在させて設ける積層構成にあって、ｎ型中間層の層厚が過度に厚いと、ｎ型中間層の内部の電子との結合に因り、正孔を効率的に発光層に注入するに不都合となる。従って、ｎ型中間層の層厚は６０ｎｍ以下とするのが適する。逆に、極端に薄い中間層では、ｎ型III族窒化物半導体層の上面を被覆するに不充分である。このためｎ型III族窒化物半導体層上に、低いＶ／III比率で、連続性のあるリン化硼素層を安定して形成できない。従って、ｎ型中間層の層厚は２ｎｍ以上とするのが適する。

ｎ型のリン化硼素層等から構成された中間層は、ｎ型III族窒化物半導体層にｐ型のリン化硼素層を設けるに際し、ｎ型III族窒化物半導体層の上面を充分に被覆して、連続性に優れるｐ型リン化硼素層を安定してもたらす作用を有する。

ｎ型リン化硼素層を介在させて設けたｐ型リン化硼素層を利用して、III族窒化物半導体ＬＥＤを構成する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。図１に本実施例に記載のＬＥＤ１００の平面模式図を示す。図２には、図１に示す破線Ａ−Ａ’に沿ったＬＥＤ１００の断面構造を模式的に示す。

（０００１）−サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３単結晶）基板１０１上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（キャリア濃度＝７×１０^１８ｃｍ^−３，層厚＝３．１μｍ）からなる下部クラッド層１０２、ｎ型窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎ）層（キャリア濃度＝８×１０^１７ｃｍ^−３、層厚＝０．０８μｍ）からなる発光層１０３を順次、積層させた。一般的なＸ線回折法に依り、Ｇａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎ層の上面の面方位は（０００１）であると認められた。上記のＧａＮ層及びＧａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎ層は、トリメチルガリウム（（ＣＨ_３）_３Ｇａ）／アンモニア（ＮＨ_３）／水素（Ｈ_２）反応系常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ法で成長させた。下部クラッド層を成すＧａＮ層は１１００℃で成長させた。発光層１０３を成すＧａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎ層は８５０℃で成長させた。

（０００１）−Ｇａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎから成る発光層１０３を気相成長させた後、発光層１０３の（０００１）面上に、８５０℃でｎ型のリン化硼素（ＢＰ）層を中間層１０４として形成した。中間層１０４を成すＢＰ層は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ_３）をリン源とする（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ／ＰＨ_３／水素（Ｈ_２）反応系常圧（略大気圧）ＭＯＣＶＤ法で成長させた。中間層１０４をなすリン化硼素層は、硼素源に対するリン源の供給比率（Ｖ／III比率＝ＰＨ_３／（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ供給濃度比率）を４３０として成長させた。このため、アンドープのリン化硼素層はキャリア濃度を６×１０^１８ｃｍ^−３とするｎ型の導電層となった。中間層１０４をなすｎ型リン化硼素層の層厚は、０．０２μｍとした。

次に、上記の（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｂ／ＰＨ_３／Ｈ_２反応系常圧ＭＯＣＶＤ法を利用して、中間層１０４上に、アンドープのリン化硼素層を上部クラッド層１０５として堆積した。ｐ型リン化硼素層は１０２５℃で成長させた。また、気相成長させる際のＶ／III比率は２０に設定した。このリン化硼素層は、中間層１０４を成すリン化硼素層の場合よりも、高温で且つ低いＶ／III比率で成長させたため、ｐ型で、キャリア濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３とする低抵抗の導電層となった。上部クラッド層１０５の層厚は、１．１μｍとした。

公知のフォトリソグラフィー技術を利用して、上部クラッド層１０５を成すｐ型リン化硼素層にパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）を施した。次に、塩素ガス（Ｃｌ_２）を用いた一般的なプラズマエッチング手段に依り、ｐ型ＢＰ上部クラッド層１０５、ｎ型ＢＰ中間層１０４、及びｎ型Ｇａ_０．９２Ｉｎ_０．０８Ｎ発光層１０３の一部の領域を図１及び図２に示す如く除去した。プラズマエッチングにより露出させたｎ型ＧａＮ下部クラッド層１０２の表面には、公知の真空蒸着手段に依り、ランタン・アルミニウム合金層１０６ａ及びアルミニウム層１０６ｂを連続的に被着させて、ｎ型オーミック電極１０６を形成した。一方、ｐ型ＢＰ層から成る上部クラッド層１０５の表面の端部には、電子ビーム蒸着法でニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）を順次、被着させｐ型オーミック電極１０７を形成した。両方のオーミック電極１０６，１０７について、アロイング処理は施さなかった。

ｎ型及びｐ型オーミック電極１０６，１０７間に、２０ｍＡの順方向電流を通流したところ、ＬＥＤ１００から中心波長を４３０ｎｍとする青色光が放射された。また、順方向電圧は３．４Ｖであり、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は８．３Ｖであった。本実施例のＬＥＤ１００では、ｎ型リン化硼素から成る中間層１０４を配置した上に、ｐ型のリン化硼素層から成る上部クラッド層１０５を配置する構成としたので、連続性に優れ、且つ低抵抗のｐ型層を形成できた。このため、順方向電流を、発光領域の略全面に拡散でき、従って、チップ（ｃｈｉｐ）状態で発光出力を８ミリワット（ｍＷ）とする高出力の青色ＬＥＤがもたらされた。

発光面積の広い高出力の化合物半導体ＬＥＤとして利用される。

実施例に記載のＬＥＤ１００平面模式図である。図１に記載のＬＥＤ１００の、波線Ａ−Ａ‘に沿った断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１００ＬＥＤ
１０１基板
１０２下部クラッド層
１０３発光層
１０４中間層
１０５上部クラッド層
１０６ｎ型オーミック電極
１０７ｐ型オーミック電極

Claims

結晶基板上に、ｎ型のIII−Ｖ族化合物半導体から成る下部クラッド層と、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ _ＸＩｎ _１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）からなる発光層と、ｐ型のリン化硼素（ＢＰ）から成る上部クラッド層とを備え，上記発光層を挟時している上記の下部及び上部クラッド層にｎ型並びにｐ型電極とを設けるｐｎ接合型ヘテロ構造の化合物半導体発光素子の形成方法に於いて、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ _ＸＩｎ _１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）からなる発光層を成長させた後、発光層上に中間層をなすｎ型のリン化硼素層を、その硼素源とリン源をＰ／Ｂの元素比を１５０〜２０００とし、成長速度を毎分３〜３００ｎｍとして気相成長させ、次いで中間層上に上部クラッド層をなすｐ型のリン化硼素を、その硼素源に対するリン源の比率（Ｐ／Ｂ比率）を前記の中間層を成長させる際の硼素源に対するリン源の比率（Ｐ／Ｂ比率）よりも低くして気相成長させることを特徴とするｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
下部クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）である請求項１に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
ｎ型中間層が、発光層の最表層を成す、面方位を（０００１）とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層の表面上に設けた、面方位を（１１１）とするｎ型のリン化硼素から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
ｎ型中間層が、ｎ型の（０００１）−窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）層のａ軸に、＜１１０＞方向を平行とする、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）でｎ型の（１１１）−リン化硼素から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
ｎ型中間層が、キャリア濃度を、その上に設ける上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層のキャリア濃度以下とし、且つ、層厚を２ｎｍ以上で６０ｎｍ以下とする、アンドープでｎ型の（１１１）−リン化硼素から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
上部クラッド層を気相成長させる際の原料の硼素源に対するリン源の比率が５〜１５０である請求項１〜５のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
上面を（０００１）−面とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から成る発光層を成長させた後、発光層上に７００℃以上で９５０℃以下の温度で、ｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
上面を（０００１）−面とするｎ型の窒化ガリウム・インジウム（組成式Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ：０≦Ｘ≦１）から成る発光層を成長させた後、発光層上に、（０００１）−Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）層のａ軸に＜１１０＞方向を平行とする、アンドープでｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。
成長温度を、７００℃以上で、上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層の成長温度以下として、上部クラッド層を構成するｐ型のリン化硼素層のキャリア濃度以下とするｎ型の（１１１）−リン化硼素層から成る中間層を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかまたは請求項８に記載のｐｎ接合型ヘテロ構造化合物半導体発光素子の形成方法。