JPH0897471A - 3族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

3族窒化物半導体発光素子

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JPH0897471A
JPH0897471A JP25289694A JP25289694A JPH0897471A JP H0897471 A JPH0897471 A JP H0897471A JP 25289694 A JP25289694 A JP 25289694A JP 25289694 A JP25289694 A JP 25289694A JP H0897471 A JPH0897471 A JP H0897471A
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慎也 浅見
Masayoshi Koike
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Junichi Umezaki
潤一 梅崎
Takahiro Ozawa
隆弘 小澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動電圧の低下 【構成】サファイア基板1上に、500 ÅのAlN のバッフ
ァ層2、膜厚約2.0 μm、電子濃度2 ×1018/cm3のSiド
ープGaN の高キャリア濃度n+ 層3、膜厚約2.0μm、
電子濃度 2×1018/cm3のSiドープの(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N の高キャリア濃度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、M
g、Zn及びSiドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1Nのp伝導型
の発光層5、膜厚約1.0 μm、ホール濃度2 ×1017/cm3
のMgドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N のp層61、膜厚
約0.2 μm、ホール濃度 5×1017/cm3、Mg濃度1 ×1020
/cm3のMgドープのGaN から成る第2コンタクト層62、
膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017/cm3、Mg濃度 2×10
20/cm3のMgドープのGaN から成る第1コンタクト層63
が形成されている。p層61と高キャリア濃度n+ 層4
とに、それぞれ、接続するニッケルで形成された電極7
と電極8とが形成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
【0002】
【従来技術】従来、青色の発光ダイオードとしてAlGaIn
N 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つである青色を発光色とするこ
と等から注目されている。
【0003】最近、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
きることが明らかになった。この結果、従来のn層と半
絶縁層(i層)とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN
のp層と、ZnドープのInGaNの発光層と、AlGaN のn層
とを用いたダブルヘテロpn接合を有する発光ダイオー
ドが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のダブルヘテロp
n接合型の発光ダイオードにおいて、p層に対するコン
タクト層はマグネシウムが1019/cm3 のオーダで添加
されたGaN が用いられている。このコンタクト層のキャ
リア濃度は7×1017/cm3 で高濃度であり、ホールの
注入効率が高い。しかしながら、本発明者らは、このコ
ンタクト層は金属電極に対してショットキー障壁を形成
するため、このことが駆動電圧を低下できない原因とな
っいることを初めて明らかにした。
【0005】従って、本発明の目的は、ホールの注入効
率を低下させることなく、且つ、金属電極に対して良好
なオーミック接触が得られるコンタクト層の構造を新た
に考案することで、発光素子の駆動電圧を低下すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0
を含む) で形成されたp伝導型を示すp層、n伝導型を
示すn層を有する発光素子において、p層に対するコン
タクト層であって金属電極に直接接合している層をp層
よりも高濃度にアクセプタ不純物をドーピングしたこと
を特徴とする。請求項2に記載の発明は、アクセプタ不
純物をマグネシウム(Mg)としたことである。
【0007】請求項3に記載の発明は、コンタクト層
を、マグネシウム(Mg)が1×1020〜1×1021/cm3
に添加されたp伝導型を示す層としたことである。請求
項4に記載の発明は、p層に対するコンタクト層であっ
て金属電極に直接接合している層をマグネシウム(Mg)が
1×1020〜1×1021/cm3 に添加されたp伝導型を
示す層としたことである。
【0008】請求項5に記載の発明は、コンタクト層
は、マグネシウム(Mg)が1×1020〜1×1021/cm3
に添加され金属電極に直接接合したp伝導型を示す第1
層と、マグネシウム(Mg)が1×1019〜5×1020/cm
3 の範囲で前記第1層よりも低濃度に添加されp伝導型
を示す第2層との複層で構成したことを特徴とする。請
求項6に記載の発明は、コンタクト層をマグネシウム(M
g)が1×1020〜1×1021/cm3 に添加され金属電極
に直接接合したp伝導型を示す層、コンタクト層に接合
するp層をマグネシウム(Mg)が1×1019〜5×1020
/cm3 の範囲でコンタクト層よりも低濃度に添加されp
伝導型を示す層で構成したことを特徴とする。請求項7
に記載の発明は、コンタクト層をGaN とし、金属電極を
ニッケル(Ni)、又は、ニッケッル合金としたことを特徴
とする。
【0009】
【発明の作用及び効果】上記のように、p層に対するコ
ンタクト層であって金属電極に直接接合している層をp
層よりも高濃度にアクセプタ不純物をドーピングしたこ
とにより、金属電極に対してオーミック性を良好にする
することができた。この結果、駆動電圧を4Vに低下さ
せることができた。
【0010】特に、アクセプタ不純物をマグネシウム(M
g)とした場合には、マグネシウム(Mg)濃度を1×1020
〜1×1021/cm3 とする場合が望ましい。マグネシウ
ム(Mg)が1×1020〜1×1021/cm3 に添加されたp
伝導型を示す層は、金属電極に対してオーミック性を向
上させることができるが、ホール濃度が低下する。従っ
て、その層の下層、即ち、コンタクト層の第2層又はp
層を、マグネシウム(Mg)が1×1019〜5×1020/cm
3 の範囲で金属電極に直接接合する層のマグネシウム(M
g)濃度より低濃度に添加されp伝導型を示す層とするこ
とで、その層のホール濃度を大きくすることができるた
め、発光効率を低下させることがない。
【0011】
【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上に500 ÅのAl
N 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2.0 μm、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度n+
3、膜厚約2.0 μm、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃
度n+ 層4、膜厚約0.5 μm、マグネウシム(Mg)、カド
ミウム(Cd)及びシリコンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1
N から成るp伝導型の発光層5、膜厚約1.0 μm、ホー
ル濃度5 ×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×1020/cm3
マグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る
p層61、膜厚約0.2 μm、ホール濃度5 ×1017/cm3
マグネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープの
GaN から成る第2コンタクト層62、膜厚約500 Å、ホ
ール濃度 2×1017/cm3、マグネシウム濃度2×1020/cm3
のマグネシウムドープのGaN から成る第1コンタクト層
63が形成されている。そして、第1コンタクト層63
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4に接続するニッケルで形成された電極8が形
成されている。電極7と電極8とは、溝9により電気的
に絶縁分離されている。
【0012】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、NH
3 とキャリアガスH2又はN2 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) とトリメチルイ
ンジウム(In(CH3)3)(以下「TMI 」と記す) と、ダイメ
チルカドミニウム(Cd(CH3)2)(以下「DMCd」と記す) と
シラン(SiH4)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。
【0013】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。
【0014】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2
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、膜厚約2.2 μm、電子濃度 2×1018/cm3
シリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度n+ 層3
を形成した。
【0015】以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発
光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の
発光層5(アクティブ層)及びクラッド層4、6の組成
比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア
濃度n+ 層3を形成した後、続いて、サファイア基板1
の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter/分、NH
3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル/分、TMA を
0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4モル/分、及
び、シランを導入し、膜厚約0.5 μm、濃度1 ×1018/c
m3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成
る高キャリア濃度n+ 層4を形成した。
【0016】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分とDMCd
を2 ×10-7モル/分とシランを10×10-9モル/分導入
し、膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)とカドミウム(C
d)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N か
ら成る発光層5を形成した。この状態で発光層5は、ま
だ、高抵抗である。この発光層5におけるマグネシウム
(Mg)の濃度は 1×1019/cm3、カドミウム(Cd)の濃度は5
×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3
である。
【0017】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入
し、膜厚約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al
0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るp層61を形成した。
p層61のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。
この状態では、p層61は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上
の絶縁体である。次に、温度を850 ℃に保持し、N2又は
H2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×
10-4モル/分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル/分の割合
で導入し、膜厚約0.2 μmのマグネシウム(Mg)ドープの
GaN から成る第2コンタクト層62を形成した。第2コ
ンタクト層62のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3
ある。この状態では、第2コンタクト層62は、まだ、
抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を85
0 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を 10lit
er/分、TMG を1.12×10-4モル/分、及び、CP2Mg を 4
×10-4モル/分の割合で導入し、膜厚約500 Å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63
を形成した。第1コンタクト層63のマグネシウムの濃
度は 2×1020/cm3である。この状態では、第1コンタク
ト層63は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体であ
る。
【0018】次に、反射電子線回折装置を用いて、第1
コンタクト層63、第2コンタクト層62、p層61及
び発光層5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、試料電流1 μA、ビームの移動
速度0.2mm/sec 、ビーム径60μmφ、真空度5.0 ×10-5
Torrである。この電子線の照射により、第1コンタクト
層63、第2コンタクト層62、p層61及び発光層5
は、それぞれ、ホール濃度 2×1017/cm3, 5×1017/c
m3, 5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm,0.8 Ωcm,0.8 Ωcm
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。
【0019】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。
【0020】図3に示すように、第1コンタクト層63
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、
第1コンタクト層63上において、高キャリア濃度n+
層4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p層61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。
【0021】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p層6とその下の発光層5、高キャリア濃度
+ 層4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4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。
【0022】次に、図6に示すように、p層61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4に電気的に接続されたNi層13が形成され
る。そして、図7に示すように、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4
及びp層61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。
【0023】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4の電極8、第1コンタクト層63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ppn構造の窒化
ガリウム系発光素子を得た。
【0024】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで駆動電圧4Vで、発光ピーク波長430nm 、発
光強度1cd であった。
【0025】又、上記の発光層5におけるカドミウム(C
d)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、1×1017〜1
×1020の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。
又、シリコン(Si)の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、
1/2 〜1/10の程度少ない方がより望ましい。
【0026】上記の実施例では、発光層5のバンドギャ
ップが両側に存在するp層6と高キャリア濃度n+ 層4
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。又、これらの3つの層のAl、G
a、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度n+ 層の格子
定数に一致するように選択されている。
【0027】第2実施例 第1実施例の発光層5は、マグネシウム(Mg)とカドミウ
ム(Cd)とシリコン(Si)とが添加されているが、第2実施
例の発光層5は、図8に示すように、マグネシウム(Mg)
と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されている。上記の
高キャリア濃度n+ 層3を形成した後、続いて、サファ
イア基板1の温度を800 ℃に保持し、N2を20 liter/
分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル/分、
TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4モル/
分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μm、濃度 2×
1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N
から成る高キャリア濃度n+ 層4を形成した。
【0028】続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.53×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.02×10-4
ル/分、CP2Mg を2 ×10-4モル/分、シランを10×10-9
モル/分、DEZ を2 ×10-4モル/分で7 分導入し、膜厚
約0.5 μmのマグネシウム(Mg)とシリコン(Si)と亜鉛(Z
n)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る
発光層5を形成した。この発光層5におけるマグネシウ
ムの濃度は1 ×1019/cm3であり、亜鉛(Zn)の濃度は 2×
1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3
ある。
【0029】続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 l
iter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10-4モル
/分、TMA を0.47×10-4モル/分、TMI を0.1 ×10-4
ル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、膜厚
約1.0 μmのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)
0.94In0.06N から成るp層61を形成した。p層61の
マグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態で
は、p層61は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体で
ある。
【0030】さらに、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル/分の割合で
導入し、膜厚約0.2 μmのマグネシウム(Mg)ドープのGa
N から成る第2コンタクト層62を形成した。第2コン
タクト層62のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3であ
る。この状態では、第2コンタクト層62は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850
℃に保持し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を10liter
/分、TMG を1.12×10-4モル/分、及び、CP2Mg を 4×
10-4モル/分の割合で導入し、膜厚約500 Å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63を
形成した。第1コンタクト層63のマグネシウムの濃度
は 2×1020/cm3である。この状態では、第1コンタクト
層63は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【0031】次に、反射電子線回折装置を用いて、第1
実施例と同様に、第1コンタクト層63、第2コンタク
ト層62、p層61及び発光層5に一様に電子線を照射
した。これにより、第1コンタクト層63、第2コンタ
クト層62、p層61及び発光層5をp伝導型化するこ
とができた。この発光ダイオード10は駆動電流20mAで
駆動電圧4Vであり、発光ピーク波長は、430nm であ
り、発光強度は1000mcdである。
【0032】第3実施例 第3実施例の発光ダイオードは、第2実施例の発光ダイ
オードと異なり、図9に示すように、p伝導型の発光層
5にはマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同
時にドープされたGayIn1-yN 、p層61はマグネシウム
(Mg)のドープされたAlx1Ga1-x1N 、高キャリア濃度n+
層4はシリコン(Si)のドープされたAlx2Ga1-x2N で形成
した。そして、組成比x1,y,x2 は、発光層5のバンドギ
ャップが高キャリア濃度n+ 層4、p層61のバンドギ
ャップに対して小さくなるダブルヘテロ接合が形成され
るように設定される。尚、第1コンタクト層62、第2
コンタクト層63は第1実施例、第2実施例と同様であ
る。
【0033】図10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
上に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4.0 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4、膜厚約0.5 μm、マグネシウム、亜
鉛及シリコンドープのGa0.94In0.06N から成る発光層
5、膜厚約0.5 μm、ホール濃度 5×1017/cm3のマグネ
シウムドープのAl0.1Ga0.9N から成るp層61、膜厚約
0.2 μm、ホール濃度 5×1017/cm3、マグネシウム濃度
1 ×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第2
コンタクト層62、膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017
/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムド
ープのGaNから成る第1コンタクト層63が形成されて
いる。そして、第1コンタクト層63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4に接続
するニッケルで形成された電極8が形成されている。電
極7と電極8とは、溝9により電気的に絶縁分離されて
いる。
【0034】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。第1実施例と同様に、AlN の
バッファ層2まで形成する。次に、サファイア基板1の
温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μm、電子濃度 2×
1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃
度n+ 層4を形成した。
【0035】以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心
として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層
5、クラッド層、即ち、p層61、第2コンタクト層6
2、第1コンタクト層63の組成比及び結晶成長条件の
実施例を記す。上記の高キャリア濃度n+ 層4を形成し
た後、続いて、サファイア基板1の温度を850 ℃に保持
し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TM
G を1.53×10-4モル/分、TMI を0.02×10-4モル/分、
CP2Mg を2 ×10-4モル/分、DMZ を2 ×10-7モル/分、
シランを10×10-9モル/分で導入し、膜厚約0.5 μmの
マグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープのGa
0.94In0.06N の発光層5を形成した。この状態で発光層
5は、まだ、高抵抗である。
【0036】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、TMA を0.47×10-4モル/分、及び、CP2Mg
を2×10-7モル/分で7 分導入し、膜厚約0.5 μmのマ
グネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るp
層61を形成した。p層61は未だこの状態で抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。p層61におけるマグネシ
ウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【0037】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TMG を1.12×10
-4モル/分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル/分導入し、
膜厚約0.5 μmのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成
る第2コンタクト層62を形成した。第2コンタクト層
62のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この
状態では、第2コンタクト層62は、まだ、抵抗率108
Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850 ℃に保持
し、N2又はH2を20 liter/分、NH3 を 10liter/分、TM
G を1.12×10-4モル/分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル
/分の割合で導入し、膜厚約500 Å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63を形成し
た。マグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。
【0038】次に、反射電子線回折装置を用いて、発光
層5、p層61、第2コンタクト層62及び第1コンタ
クト層63に一様に電子線を照射した。電子線の照射条
件は、第1実施例と同一である。この電子線の照射によ
り、p層61、第2コンタクト層62及び第1コンタク
ト層63は、それぞれ、ホール濃度5 ×1017/cm3,5×1
017/cm3,2×1017/cm3、抵抗率0.8 ,0.8, 2Ωcmのp伝
導型半導体となった。
【0039】電極面積6 ×10-4cm2 の時、この発光素子
の駆動電圧は電流20mA時4Vであり、接触抵抗は30
〜40Ωであった。又、電極面積1.6 ×10-3cm2 の時、
この発光素子の駆動電圧は電流20mA時3.5 Vであり、
接触抵抗は10〜15Ωであった。
【0040】尚、GaN の第1コンタクト層63を形成す
る時に、Mg濃度を1 ×1019/cm3から2 ×1021/cm3まで変
化させて発光素子を形成した。図11は、この時の電流
20mA時の素子の駆動電圧を示したものである。駆動電圧
は11.2V から4.0Vまで変化し、電極7と第1コンタクト
層63との接触抵抗は250 Ω〜30Ωまで変化した。そし
て、Mgの濃度が 2×1020/cm3の時、駆動電圧は最低値4.
0 V、接触抵抗30Ωの最低値を示し、Mgの濃度が2 ×10
21/cm3の時、駆動電圧は5.0 V、接触抵抗70Ωと上昇し
た。このことから、駆動電圧を5V以下とするには、第
1コンタクト層63のMg濃度を1 ×1020〜1 ×1021/cm3
の範囲とするのが望ましいのが分った。
【0041】又、図12は第2コンタクト層62又はp
層61を形成する時のMg濃度とその層におけるホール濃
度との関係を示したものである。 Mg 濃度を5 ×1019/c
m3まで増加させるとホール濃度は7 ×1017/cm3まで増加
して飽和する。その後、Mg濃度を増加させると、ホール
濃度は低下し、素子の発光効率が低下して好ましくな
い。従って、第2コンタクト層62又はp層61のMg濃
度を 1×1019〜 5×1020/cm3の範囲で第1コンタクト層
63の Mg 濃度より低濃度とするのが望ましく、その電
極のホール濃度を大きくすることができるため、素子の
発光効率を低下させることがない。
【0042】上記の実施例において、発光層5における
亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、1×10
17〜1×1020の範囲が発光強度を向上させる点で望ま
しいことが分かった。さらに好ましくは1 ×1018〜1 ×
1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと効果が少な
く、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。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。
【0043】又、上記の実施例において、コンタクト層
として、高濃度にマグネシウム(Mg)を添加した第1コン
タクト層63と、第1コンタクト層63よりも低い濃度
にマグネシウム(Mg)を添加した第2コンタクト層62と
の2層構造とした。しかし、p層5のマグネシウム(Mg)
濃度よりも高いマグネシウム(Mg)濃度のコンタクト層を
1層だけ電極7、8の直下に設けても良い。又、コンタ
クト層としてGaN を用いたが、p層5と同一組成比の混
晶を用いても良い。
【0044】又、アクセプタ不純物は、ベリリウム(B
e)、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。さらに、ドナー不純物には、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。
【0045】さらに、ドナー不純物として、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。
【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】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】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】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11】第1コンタクト層におけるマグネシウム濃度
と素子の駆動電圧との関係を示した測定図。
【図12】第2コンタクト層又はp層におけるマグネシ
ウム濃度とホール濃度との関係を示した測定図。
【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…高キャリア濃度n+ 層 5…発光層 6…p層 61…p層 62…第2コンタクト層 63…第1コンタクト層 7,8…電極 9…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 直樹 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 梅崎 潤一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小澤 隆弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,
    Y=0,X=Y=0 を含む) で形成されたp伝導型を示すp層、
    n伝導型を示すn層を有する発光素子において、 前記p層に対するコンタクト層であって金属電極に直接
    接合している層を前記p層よりも高濃度にアクセプタ不
    純物をドーピングしたことを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】 前記アクセプタ不純物はマグネシウム(M
    g)であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  3. 【請求項3】 前記コンタクト層は、マグネシウム(Mg)
    が1×1020〜1×1021/cm3 に添加されたp伝導型
    を示す層としたことを特徴とする請求項2に記載の発光
    素子。
  4. 【請求項4】 前記p層に対するコンタクト層であって
    金属電極に直接接合している層をマグネシウム(Mg)が1
    ×1020〜1×1021/cm3 に添加されたp伝導型を示
    す層としたことを特徴とする請求項1に記載の発光素
    子。
  5. 【請求項5】 前記コンタクト層は、マグネシウム(Mg)
    が1×1020〜1×1021/cm3 に添加され金属電極に
    直接接合したp伝導型を示す第1層と、マグネシウム(M
    g)が1×1019〜5×1020/cm3 の範囲で前記第1層
    よりも低濃度に添加されp伝導型を示す第2層との複層
    で構成したことを特徴とする請求項1に記載の発光素
    子。
  6. 【請求項6】 前記コンタクト層は、マグネシウム(Mg)
    が1×1020〜1×1021/cm3 に添加され金属電極に
    直接接合したp伝導型を示す層であり、前記コンタクト
    層に接合する前記p層は、マグネシウム(Mg)が1×10
    19〜5×1020/cm3 の範囲で前記コンタクト層よりも
    低濃度に添加されp伝導型を示す層で構成したことを特
    徴とする請求項1に記載の発光素子。
  7. 【請求項7】 前記コンタクト層はGaN であり、前記金
    属電極はニッケル(Ni)、又は、ニッケッル合金であるこ
    とを特徴とする請求項1乃至請求項6に記載の発光素
    子。
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