JPH11145511A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐ型層における電流の広がりを改善すること
によって、透光性電極の面積を小さくして発光効率を向
上させることができる窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子を提供する。 【解決手段】 基板１上に窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜からなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と発
光層４とｐ型層２０とを有する発光素子において、ｐ型
層２０は抵抗率の高い第一の層７と、第一の層７よりも
抵抗率の低い第二の層６を少なくとも含む構成とし、ｐ
型層２０に抵抗率の低い層を含ませることによって電流
の層方向への流れを促し、電流の拡散の改善を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード等
の光デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子に係り、特にｐ型層の全体への電流の注入を改
善して発光効率を高く維持できるようにした窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡ
ｌＧａＩｎＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は、緑色
や青色等の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注目されており、特に青色・緑色
発光ダイオードやレーザダイオード等の光デバイス分野
での展開が進んでいる。

【０００３】この窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
光デバイスの製造においては、窒化ガリウム系化合物半
導体と格子整合する基板がないことから、専らサファイ
アが結晶成長用の基板として用いられている。このサフ
ァイアのような絶縁性の基板を用いる場合では、他のＧ
ａＡｓやＩｎＰ等の導電性を有する半導体基板を用いた
発光素子とは異なり、基板側から電極を取り出すことが
できないので、半導体層に設けるｐ側及びｎ側の電極は
半導体層を積層させた基板の一面側に形成されることに
なる。

【０００４】一般に、窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子は、有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法に
より、基板表面にｎ型層及びｐ型層とを積層させた後、
ｐ型層の一部の領域をエッチングにより除去してｎ型層
を露出させ、この露出した部分の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側電極を接合形成
させたものとして得ることができる。

【０００５】このような半導体発光素子においては、ｎ
型層及びｐ型層との積層を、ｎ型のクラッド層と活性層
とｐ型のクラッド層とからなるダブルヘテロ構造とする
ことで、発光出力の向上が可能であることは、既に広く
知られている。また、ｐ型不純物としてマグネシウム
（Ｍｇ）がドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッ
ド層とし、この層の上に電極が形成されるべき層として
Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層を備えた構
造とすれば、電極との良好なオーミック性が得られ、素
子の順方向電圧を低下させ、発光効率を向上させること
ができる。このような構造の半導体発光素子は、例えば
特開平６−２６８２５９号公報に開示されている。

【０００６】ところで、窒化ガリウム系化合物半導体の
ｐ型層はｎ型層に比べると、一般に電気的抵抗が高いた
め、電流が流れにくい。このため、ｐ型層の表面にｐ側
電極としてワイヤボンディング用のパッド電極を蒸着法
等により形成すると、パッド電極から注入された電流は
ｐ型層の層方向へは広がらず、このパッド電極を形成し
た領域の下側にかけてしか電流が流れない傾向がある。
したがって、発光部における発光はパッド電極の下側の
領域に限られ、ｐ型層側へ向かう光はこのパッド電極に
遮られてしまい、発光効率が低下してしまう。

【０００７】これに対し、例えば特開平６−３１４８２
２号公報にて開示されているように、パッド電極部分だ
けでなくｐ型層の全体に電流を注入しやすくするため、
ｐ型層の上面に導電性の薄膜を形成し、これを電極とす
ることが有効とされている。

【０００８】そして、導電性薄膜による電極を透光性と
してｐ型層のほぼ全面に形成し、透光性電極とすれば、
ｐ型層の上面を発光部からの発光観測面とする構成が可
能である。透光性電極としては、ｐ型層とのオーミック
接触が得られるＡｕ及びＮｉが好ましく用いられる。

【０００９】図３は上述した従来の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り、近来では
主流とされているものの典型的なものである。

【００１０】図３において、サファイアを用いた基板１
上に、バッファ層２と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層３と、ＩｎＧａＮからなる発光層４と、Ｍｇドープ
ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５と、ＭｇドープＧ
ａＮからなるｐ型コンタクト層７とが順に形成されてい
る。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３にはｎ側電極
１０が設けられ、ｐ型コンタクト層７の上面にはそのほ
ぼ全面にＡｕとＮｉからなる透光性電極８が形成されて
いる。さらに、透光性電極８の上面にはボンディング用
のｐ側パッド電極９が形成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】透光性電極８として
は、上記のように好ましくはＮｉ及びＡｕが用いられ、
Ｎｉの場合は１〜５ｎｍの膜厚及びＡｕでは５〜２０ｎ
ｍの膜厚として形成されるのが一般的である。すなわ
ち、ＮｉやＡｕ等の金属を極めて薄い膜として形成し透
光性を得ようとしたものであるが、発光層４からの発光
に対して、光の透過率は１００％とはならない。例え
ば、青色の波長の発光に対しては、透過率は４０％〜７
０％程度である。したがって、上述の従来構造のように
ｐ型層のほぼ全面に透光性電極を形成すると、発光層か
らの光が透光性電極を通過するときに光量が減衰して発
光効率が低下してしまう。

【００１２】一方、透過率を上げるために透光性電極８
を薄く形成すると、この透光性電極８の厚みばらつき等
により、ｐ型コンタクト層７との密着性やオーミック性
が悪くなり、ｐ型層に均一に電流を注入することができ
なくなる傾向がある。このため、透光性電極８を極端に
薄くすることは好ましくなく、結果的に前記の範囲の透
過率を有することを避けられない傾向にある。

【００１３】このように、ｐ型層の上面に形成する透光
性電極８は、電流注入をｐ型層全体に行うという観点か
らは、できるだけその面積を大きくすることが好ましい
ものの、透光性電極の透過率を上げることは上述のよう
に制限されているため、透光性電極による光の減衰を引
き起こし、発光効率を十分高く維持することができな
い。

【００１４】本発明において解決すべき課題は、ｐ型層
における電流の広がりを改善することによって、透光性
電極の面積を小さくし発光効率を向上させることができ
る構造の発光素子が得られるようにすることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、基板上に窒化ガリウム系化合
物半導体薄膜からなるｎ型層と発光層とｐ型層とを有す
る発光素子であって、ｐ型層は抵抗率の高い第一の層
と、この第一の層よりも抵抗率の低い第二の層とを少な
くとも含むことを特徴とする。

【００１６】この構成により、ｐ型層における電流の広
がりが改善される結果、ｐ型層の上面に形成する透光性
電極の面積を小さくすることができる。したがって、光
が透光性電極を通過する割合を小さくし、ｐ型層から直
接取り出される光の割合を大きくして発光効率を高く維
持することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜からなるｎ型層と発光層とｐ
型層とを有する発光素子であって、ｐ型層は抵抗率の高
い第一の層と、この第一の層よりも抵抗率の低い第二の
層とを少なくとも含むものであり、ｐ型層が抵抗率の低
い第二の層を含むので、この第二の層で電流が層方向に
流れやすくなり電流広がりが改善されるという作用を有
する。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、ｐ型層は第二の層よりも抵抗率の高い第三の層を含
み、第二の層は第一の層と第三の層の間に形成されてい
ることを特徴とするものであり、ｐ型層が抵抗率の高い
二つの層の間に抵抗率の低い層を含むので、この層で電
流が層方向に流れやすくなり電流の広がりが改善される
という作用を有する。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、第二の層は、第一の層よりも
ｐ型不純物が低濃度にドープされていることを特徴とす
るものであり、第一の層がコンタクト層の場合、金属電
極とのオーミック性を確保するためにｐ型不純物を高濃
度にドープすることで高抵抗となるので、第二の層にｐ
型不純物を第一の層よりも低濃度にドープすることで抵
抗率を下げることができる。このため、この第二の層で
電流が層方向に流れやすくなり電流広がりが改善される
という作用を有する。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
に記載の発明において、第二の層は、少なくともインジ
ウムを含むことを特徴とするものであり、インジウムを
含むことによりｐ型不純物をドープして簡便に抵抗率を
下げることが可能となるため、この層で電流が層方向に
流れやすくなり電流広がりが改善されるという作用を有
する。

【００２１】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
に記載の発明において、第二の層の抵抗率は、１〜１０
Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とするものであり、例
えば、抵抗率が１０〜１００Ω・ｃｍと高い層を含むｐ
型層に、抵抗率が一桁以上も低い層を設けることで、こ
の層で電流が層方向に流れやすくなり電流広がりが改善
されるという作用を有する。

【００２２】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。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、サファイアを利用し
た絶縁性の基板１の表面に、ＡｌＮからなるバッファ層
２と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３と、アンド
ープＩｎＧａＮからなる発光層４と、ｐ型ＡｌＧａＮか
らなるｐ型クラッド層５と、ｐ型ＧａＮからなるｐ型中
間層６と、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層７と
が、従来周知の有機金属気相成長法によって形成されて
いる。ｐ型コンタクト層７の上面には透光性電極８を蒸
着法により接合するとともに、この透光性電極８の上部
にｐ側パッド電極９を同じく蒸着法により形成してい
る。そして、ｐ型コンタクト層７、ｐ型中間層６及びｐ
型クラッド層５の一部をエッチングにより除去して露出
した部分のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の表面
にｎ側電極１０を同様に蒸着法により接合形成してい
る。

【００２３】ここで、ｐ型コンタクト層７上のほぼ全面
に透光性電極８を形成し、ｐ型層２０の全体への電流注
入を促し、これによって発光層４からの全面発光を得る
ことは従来技術の項で述べた通りである。そして、発光
層４からの光のうち透光性電極８を介して取り出される
光は、透光性電極８を通過する際に光量が減衰して発光
効率が低く抑えられているというのが従来の構造であっ
た。

【００２４】これに対し、本発明においては、図１に示
すように、ｐ型層２０はｐ型コンタクト層７とｐ型クラ
ッド層５との間にｐ型中間層６を有する。ｐ型中間層６
は、ｐ型不純物としてＭｇがドープされており、そのド
ーピング量を制御することにより、ｐ型中間層６の抵抗
率はｐ型コンタクト層７の抵抗率よりも低くなるように
形成されている。すなわち、本実施の形態では、ｐ型層
２０の第一の層としてｐ型コンタクト層７を形成し第二
の層としてｐ型中間層６を形成している。

【００２５】このように、ｐ型コンタクト層７やｐ型ク
ラッド層５よりも抵抗率の低いｐ型中間層６を形成する
ことにより、ｐ型コンタクト層７から注入された電流
は、ｐ型中間層６において層方向に電流が広がりやすく
なり、ｐ型層２０における電流広がりが改善される。こ
のため、透光性電極８の形成面積を小さくしても、発光
層４全体への効果的な電流注入が損なわれることがな
い。したがって、発光層４からの光のうち透光性電極８
を通過して減衰する光の割合を小さくして、ｐ型コンタ
クト層７から直接取り出される光の割合を大きくするこ
とができ、発光効率を向上させることができる。

【００２６】ｐ型コンタクト層７はＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ等を用いて形成することができるが、特
にオーミック性の良いＩｎＧａＮやＧａＮ等を用いるこ
とが好ましい。ＩｎＧａＮはＩｎを含まないＡｌＧａＮ
やＧａＮに比較して、ｐ型不純物をドープすることによ
り低抵抗となりやすいが、オーミック性を良好なものに
するためにＩｎＮ組成を大きくした場合、例えば、膜厚
を０．１μｍと厚くして形成すると結晶性が悪くなり、
逆にオーミック性や表面平坦性が悪くなる傾向がある。
このため、膜厚を厚くしたときにオーミック性とこの層
における十分な電流広がりを両立させて得ることは困難
である。また、ＧａＮはｐ型不純物を高濃度にドープす
ることにより、透光性電極８とのオーミック性が良くな
り、発光素子の駆動電圧を下げることが可能であるが、
この高濃度のドーピングによりｐ型コンタクト層７は抵
抗率が高くなる傾向にある。ＧａＮの結晶性にもよる
が、好ましいオーミック性が得られるｐ型コンタクト層
７のＭｇ濃度は８×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³の範囲
であり、このときのｐ型コンタクト層７の抵抗率は、お
およそ１０〜１００Ω・ｃｍの範囲である。このため、
オーミック性を優先してＭｇ濃度を調整すると、ｐ型層
２０での十分な電流広がりが得られるほど低い抵抗率が
得られない。

【００２７】また、ｐ型クラッド層５はＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を用いて形成することができる
が、クラッド層としてはバンドギャップを大きくするた
めに、Ａｌを含むＡｌＧａＮやＡｌＩｎＧａＮ等が一般
に用いられる。Ａｌを含む層はＭｇをドープしてもＡｌ
を含まない層に比較して抵抗率を十分低くすることがで
きない。例えば、Ａｌ_0.14ＧａＮ_0.86Ｎの場合、５×１
０¹⁹〜２×１０²⁰／ｃｍ³であり、このとき抵抗率はほ
ぼ２０〜１５０Ω・ｃｍの範囲である。

【００２８】一方、ｐ型中間層６はｐ型不純物のドーピ
ング量を調整することにより、ｐ型コンタクト層７やｐ
型クラッド層５よりも抵抗率を下げることができる。ｐ
型中間層６の好ましいＭｇ濃度の範囲は、結晶性にもよ
るが、例えば、ｐ型中間層６としてＧａＮを用いる場
合、Ｍｇ濃度を５×１０¹⁸〜８×１０¹⁹／ｃｍ³の範囲
として抵抗率を約１．５Ω・ｃｍとすることができる。

【００２９】ｐ型中間層６の抵抗率は１〜１０Ω・ｃｍ
の範囲とすることが望ましい。ｐ型中間層６の抵抗率が
ｐ型コンタクト層と同程度まで高くなると、電流広がり
の効果が小さくなる傾向にある。Ａｌを含む層はＡｌを
含まない層に比べ、抵抗率が高くなる傾向にあるので、
ＡｌＧａＮを用いる場合は、そのＭｇ濃度と抵抗率の関
係から、ｐ型コンタクト層７やｐ型クラッド層５よりも
抵抗率が小さくなるように、Ｍｇ濃度を適宜調整するこ
とが望ましい。

【００３０】ところで、抵抗率は、その値が小さいほど
電流が流れやすいことを示すので、電流の流れやすさの
指標として用いられる。ＡｌＧａＮやＡｌＩｎＧａＮ等
のＡｌを含む層は、ｐ型不純物をドープしてもＧａＮよ
りも抵抗率が高くなる傾向にあり、その混晶組成によっ
てもｐ型不純物ドープ量と抵抗率の関係が異なる。例え
ば、ＧａＮの場合、Ｍｇ濃度を２×１０¹⁹／ｃｍ³程度
まで増加させていくと抵抗率は約１．５Ω・ｃｍまで低
下するが、その後、Ｍｇ濃度を増加させると抵抗率は増
大する。一方、Ａｌを含むＡｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎの場合、
Ｍｇ濃度を１×１０²⁰／ｃｍ³まで増加させると抵抗率
は約６Ω・ｃｍまで低下するが、その後、Ｍｇ濃度を増
加させると、ＧａＮの場合と同様に抵抗率は増大する。
また、同じＭｇ濃度の場合でもＡｌを含むと、Ａｌを含
まない場合よりも抵抗率が高くなる。

【００３１】このように、ＧａＮやＡｌＧａＮ等のｐ型
層はＭｇ濃度や混晶組成により抵抗率が大きく変化す
る。つまり、層における電流の流れやすさが大きく変化
する。

【００３２】一方、抵抗率が高くなると、ホール効果測
定によりキャリア濃度を安定して測定することが困難に
なる傾向がある。そこで、本発明においては、Ｍｇ濃度
やキャリア濃度でなく、電流の流れやすさの指標であ
り、測定を比較的安定かつ簡便に行うことができる抵抗
率によって発光素子を特徴づけている。

【００３３】ｐ型中間層６はＩｎを含む層とすることも
できる。例えば、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎを用いて形成する
と、ｐ型不純物をドープすることによりＧａＮやＡｌＧ
ａＮに比べて比較的容易に抵抗率を下げることができ
る。これはＩｎを含むとＧａＮやＡｌＧａＮに比べてバ
ンドギャップが小さくなり、層に取り込まれたｐ型不純
物に対して得られるキャリア濃度の割合が増大するため
と考えられる。例えば、Ｍｇ濃度が２×１０¹⁹／ｃｍ³
のとき、ＧａＮの抵抗率が１．５Ω・ｃｍであったのに
対し、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎの抵抗率は１Ω・ｃｍであっ
た。

【００３４】なお、ｐ型クラッド層５を形成しない場合
は、ｐ型中間層６をクラッド層として用いることもでき
る。また、ｐ型中間層６の混晶組成やＭｇ濃度の範囲は
以上の数値範囲に限定されるものではなく、本発明の技
術思想に基づくものであれば、種々の変容が可能である
ことは無論である。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の半導体発光素子をその具体的
な製造方法に基づいて説明する。以下の実施例は、有機
金属気相成長法による窒化ガリウム系化合物半導体の成
長方法を示すものである。

【００３６】（実施例１）本実施例を図１を参照しなが
ら説明する。

【００３７】まず、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の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガス
を流しながら基板を加熱することにより、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くための
クリーニングを行う。

【００３８】次に、基板１の表面温度を６００℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リッ
トル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルア
ルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用
のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮか
ら成るバッファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させる。

【００３９】次に、ＴＭＡのキャリアガスのみを止めて
１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、
窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リット
ル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム（以
下、「ＴＭＧ」と記す）のキャリアガスを４ｃｃ／分、
Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ₄ （モノシラン）ガス
を１０ｃｃ／分で流して６０分間成長させて、Ｓｉをド
ープしたＧａＮからなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導
体層３を２μｍの厚さで成長させる。

【００４０】ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の成
長形成後、ＴＭＧ用のキャリアガスとＳｉＨ₄ガスを止
め、基板表面温度を７５０℃まで下降させ、新たに主キ
ャリアガスとして窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ
用のキャリアガスを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム
（以下、「ＴＭＩ」と記す）用のキャリアガスを２００
ｃｃ／分で流しながら３０秒間成長させて、アンドープ
のＩｎＧａＮからなる発光層４を３ｎｍの厚さで成長さ
せる。

【００４１】発光層４を成膜後、ＴＭＩ用のキャリアガ
スとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板表面温度を１
０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル
／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＡ
用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリ
アガスを５０ｃｃ／分で流しながら４分間成長させて、
ＭｇをドープしたＡｌ _0.14Ｇａ_0.86Ｎからなるｐ型クラ
ッド層５を０．１μｍの厚さで成長させる。このｐ型ク
ラッド層５の抵抗率は３８Ω・ｃｍであった。

【００４２】引き続き、ＴＭＡ用のキャリアガスのみを
止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒
素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９８リットル
／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ₂
Ｍｇ用のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら６分
間成長させて、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型中
間層６を０．２μｍの厚さで成長させる。このｐ型中間
層６の抵抗率は１．４Ω・ｃｍであった。

【００４３】さらに引き続き、１０５０℃にて、新たに
主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素
ガスを０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガ
スを４ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスを１００
ｃｃ／分で流しながら３分間成長させて、Ｍｇをドープ
したＧａＮからなるｐ型コンタクト層７を０．１μｍの
厚さで成長させる。このｐ型コンタクト層７の抵抗率
は、３０Ω・ｃｍであった。

【００４４】成長後、原料ガスであるＴＭＧガスとＣｐ
₂Ｍｇガスとアンモニアを止めて、窒素ガスと水素ガス
をそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウ
ェハーを反応管から取り出す。

【００４５】このようにして形成したｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体層３と発光層４とｐ型層２０とからなる
量子井戸構造を含むｐ−ｎ接合に対して、フォトリソグ
ラフィと反応性イオンエッチング法を用いてｐ型層２０
及び発光層４の一部をエッチングして、ｎ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体薄膜３の一部を露出させた。そして、
露出させたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３にオー
ミック電極であるｎ側電極１０をフォトリソグラフィと
蒸着法を用いて接合形成した。一方、ｐ型コンタクト層
７上には、ｐ型コンタクト層７の表面積の約８０％を占
める面積のＮｉとＡｕとからなる透光性電極８をフォト
リソグラフィと蒸着法を用いて接合形成した。Ｎｉの膜
厚は３ｎｍ、Ａｕの膜厚は７ｎｍとした。さらに、透光
性電極８の上に、Ａｕからなるｐ側パッド電極９をフォ
トリソグラフィと蒸着法を用いて接合形成した。この結
果、ｐ型コンタクト層７の表面積に対する透光性電極８
の占める面積の割合を約７０％とした。この透光性電極
の透過率は約６０％であった。

【００４６】この後、サファイアの基板１の裏面を研磨
して１００μｍ程度まで薄くし、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を上向きにし
てステムに接着した後、チップのｎ側電極１０およびｐ
側パッド電極９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、順方向電圧は３．６Ｖ、発光出力は９００
μＷであり、波長４３０ｎｍの青紫色発光を呈した。ま
た、樹脂モールドしていない段階で、チップの発光状態
を顕微鏡で観察したところ、ｐ側パッド電極９を形成し
た領域を除くｐ型コンタクト層７のほぼ全面で発光して
いるのが認められた。

【００４７】（実施例２）ｐ型コンタクト層７上に、ｐ
型コンタクト層７の表面積の約７０％を占める面積の透
光性電極８を形成し、その上にｐ側パッド電極９を形成
した結果、ｐ型コンタクト層７に対する透光性電極８の
占める面積の割合を約４０％とする以外は、実施例１と
同様にして、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、順方
向電圧は３．６Ｖ、発光出力は１０８０μＷであり、波
長４３０ｎｍの青紫色発光を呈した。

【００４８】本実施例においては、透光性電極８の面積
を実施例１と比較して小さく形成したにもかかわらず、
発光出力は増大した。これはｐ型層２０で電流が十分広
がり、透光性電極８を通過する光の割合が減少し、ｐ型
コンタクト層７から直接取り出される割合が増大したた
めであると思われる。

【００４９】ここで、ｐ型中間層６を形成しない以外
は、実施例２と同様にして発光ダイオードを比較例とし
て作製した。この作製した発光ダイオードを２０ｍＡの
順方向電流で駆動したところ、順方向電圧、波長及びス
ペクトル半値幅はほぼ同程度であったのに対し、発光出
力は７２０μＷと、実施例２の発光ダイオードと比較し
て顕著な差が認められた。

【００５０】（実施例３）ＧａＮの代わりにＡｌ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎを用いてｐ型中間層６を形成した以外は、実施
例２と同様にして発光ダイオードを作製した。具体的に
は、ｐ型中間層６は、１０５０℃にて、新たに主キャリ
アガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを
０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４
ｃｃ／分、ＴＭＡ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ
₂Ｍｇ用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で流しながら８
分間成長させて、０．２μｍの厚さで成長させた。この
層の抵抗率は９Ω・ｃｍであった。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、順方向電圧
は３．８Ｖ、発光出力は９８０μＷであり、波長４３０
ｎｍの青紫色発光を呈した。

【００５１】（実施例４）ＡｌＧａＮの代わりに（Ａｌ
_0.05Ｇａ_0.95）_0.98Ｉｎ_0.02Ｎを用いてｐ型中間層６を
形成した以外は、実施例３と同様にして発光ダイオード
を作製した。具体的には、ｐ型中間層６は、１０５０℃
にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リット
ル／分、水素ガスを０．９０リットル／分と、ＴＭＡ用
のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＧ用のキャリアガス
を４ｃｃ／分、ＴＭＩ用のキャリアガスを１０ｃｃ／
分、Ｃｐ２Ｍｇ用のキャリアガスを７０ｃｃ／分で流し
ながら８分間成長させて、０．２μｍの厚さで成長させ
た。実施例３のＡｌＧａＮからなるｐ型中間層６と比較
して、Ｉｎを含ませることにより、この層の抵抗率を４
Ω・ｃｍと小さくすることができた。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、順方向電
圧は３．７Ｖ、発光出力は１０３０μＷであり、波長４
３０ｎｍの青紫色発光を呈した。

【００５２】（実施例５）ＭｇをドープしたＧａＮから
なるｐ型中間層６に代えて、ｐ型クラッド層５と接する
側からＭｇをドープした厚さ０．０５μｍのＩｎ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎと厚さ０．１０μｍのＧａＮの二層構造からな
るｐ型中間層６を成長させる以外は、実施例２と同様に
して発光ダイオードを作製した。

【００５３】図２に、本発明の他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
を示す。本実施例においては、ｐ型中間層６をＩｎＧａ
Ｎ層６１とＧａＮ層６２とからなる二層構造としたとこ
ろに特徴があり、ＩｎＧａＮ層６１が請求項２における
第二の層に相当し、ＧａＮ層６２が第三の層に相当す
る。すなわち、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ
型クラッド層５と接する側にＩｎＧａＮ層６１を形成
し、ＩｎＧａＮ層６１の上にＧａＮ層６２を形成するこ
とにより、Ｉｎを含むＩｎＧａＮ層６１がｐ型クラッド
層５とＧａＮ層６２とのバッファ層２として作用し、Ｇ
ａＮ層６２の結晶性が良くなるため、さらにこの層の抵
抗率を下げることができるものと考えられる。

【００５４】ｐ型中間層６は、具体的には、ｐ型クラッ
ド層５を成長させた後、８５０℃にて、新たに主キャリ
アガスとして窒素ガスを１０リットル／分と、ＴＭＩ用
のキャリアガスを１２ｃｃ／分、ＴＭＧ用のキャリアガ
スを４ｃｃ／分、Ｃｐ２Ｍｇ用のキャリアガスを２０ｃ
ｃ／分で流しながら１．５分間成長させて、Ｉｎ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎ層６１を０．０５μｍの厚さで形成した。この
層の抵抗率は１Ω・ｃｍであった。引き続いて、ＴＭＩ
用のキャリアガスを止め、１０５０℃にて、新たに主キ
ャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガス
を０．９８リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを
４ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスを２０ｃｃ／
分で流しながら３分間成長させて、ＭｇをドープしたＧ
ａＮからなるｐ型中間層６を０．１μｍの厚さで成長さ
せる。この層の抵抗率は１．２Ω・ｃｍであった。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、順方向電圧は３．５Ｖ、発光出力は１１００μＷで
あり、波長４３０ｎｍの青紫色発光を呈した。

【００５５】（実施例６）ＡｌＧａＮからなるｐ型クラ
ッド層６を成長させた後、ＭｇをドープしたＧａＮ６２
からなるｐ型中間層６を０．３μｍの厚さで成長させ、
さらにこの後、ＭｇをドープしたＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎか
らなるｐ型コンタクト層７を０．０５μｍの厚さで成長
させる以外は、実施例２と同様にして発光ダイオードを
作製した。具体的には、ｐ型中間層６は、１０５０℃に
て、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル
／分、水素ガスを０．９８リットル／分と、ＴＭＧ用の
キャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガ
スを２０ｃｃ／分で流しながら９分間成長させて、０．
３μｍの厚さで成長させる。この層の抵抗率は１．４Ω
・ｃｍであった。また、ｐ型コンタクト層７は、８５０
℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを１０リ
ットル／分と、ＴＭＩ用のキャリアガスを１２ｃｃ／
分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ
用のキャリアガスを３０ｃｃ／分で流しながら１．５分
間成長させて、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層６１を０．０５μ
ｍの厚さで形成した。この層の抵抗率は１．２Ω・ｃｍ
であった。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、順方向電圧は３．５Ｖ、発光出力は
１０８０μＷであり、波長４３０ｎｍの青紫色発光を呈
した。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜からなるｎ型層と発光層とｐ型層と
を有する発光素子において、ｐ型層を抵抗率に差がある
二層または三層の構造としたことにより、ｐ型層におけ
る電流の広がりが改善されるので、ｐ型層の上面に形成
する透光性電極の面積を小さくすることができ、光が透
光性電極を通過する割合を小さくしｐ型層から直接取り
出される光の割合を大きくして発光効率を高く維持する
ことができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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

【図２】本発明の他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

【図３】従来の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型窒化ガリウム系化合物半導体層 ４ 発光層 ５ ｐ型クラッド層 ６ ｐ型中間層（第二の層） ７ ｐ型コンタクト層（第一の層） ８ 透光性電極 ９ ｐ側パッド電極 １０ ｎ側電極 ２０ ｐ型層 ６１ ＩｎＧａＮ層（第二の層） ６２ ＧａＮ（第三の層）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体薄膜からなる
   ｎ型層と発光層とｐ型層とを有する半導体発光素子であ
   って、ｐ型層は抵抗率の高い第一の層と、この第一の層
   よりも抵抗率の低い第二の層とを少なくとも含むことを
   特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
2. 【請求項２】ｐ型層は第二の層よりも抵抗率の高い第三
   の層を含み、第二の層は第一の層と第三の層の間に形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリ
   ウム系化合物半導体発光素子。
3. 【請求項３】第二の層は、第一の層よりもｐ型不純物が
   低濃度にドープされていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
4. 【請求項４】第二の層は、少なくともインジウムを含む
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒
   化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. 【請求項５】第二の層の抵抗率は、１〜１０Ω・ｃｍの
   範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれか
   に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。