JPH11307812A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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- JPH11307812A JPH11307812A JP11654698A JP11654698A JPH11307812A JP H11307812 A JPH11307812 A JP H11307812A JP 11654698 A JP11654698 A JP 11654698A JP 11654698 A JP11654698 A JP 11654698A JP H11307812 A JPH11307812 A JP H11307812A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 主としてＬＥＤ、ＬＤ等の窒化物半導体素子
の出力を向上させると共に、Ｖｆ及びしきい値を低下さ
せて素子の信頼性を向上させる。 【解決手段】 基板１と活性層６との間に、基板側から
順にアンドープの第１の窒化物半導体層３と、カーボ
ン、又はカーボンとｎ型不純物とが含有されたｎ導電型
の第２の窒化物半導体層４とを有し、前記第２の窒化物
半導体層４にｎ電極１１が形成されている。第１の窒化
物半導体層３はアンドープであるので結晶性の良い下地
層となり、第２の窒化物半導体層４を結晶性良く成長で
き、素子特性を向上させることができる。
の出力を向上させると共に、Ｖｆ及びしきい値を低下さ
せて素子の信頼性を向上させる。 【解決手段】 基板１と活性層６との間に、基板側から
順にアンドープの第１の窒化物半導体層３と、カーボ
ン、又はカーボンとｎ型不純物とが含有されたｎ導電型
の第２の窒化物半導体層４とを有し、前記第２の窒化物
半導体層４にｎ電極１１が形成されている。第１の窒化
物半導体層３はアンドープであるので結晶性の良い下地
層となり、第２の窒化物半導体層４を結晶性良く成長で
き、素子特性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなり、
発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の発光素
子に用いられる窒化物半導体発光素子に関し、特に出力
の向上した、順方向電圧又はしきい値の低下した窒化物
半導体発光素子に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなり、
発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の発光素
子に用いられる窒化物半導体発光素子に関し、特に出力
の向上した、順方向電圧又はしきい値の低下した窒化物
半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は高輝度純緑色発光ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層と、Ｍｇドープ
ＡｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａ
Ｎよりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を
有しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの
青色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎ
ｍの緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常
に優れた特性を示す。
Ｄ、青色ＬＥＤとして、既にフルカラーＬＥＤディスプ
レイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光
源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本的
に、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、
ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量
子井戸構造のＩｎＧａＮよりなる活性層と、Ｍｇドープ
ＡｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａ
Ｎよりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を
有しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの
青色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎ
ｍの緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常
に優れた特性を示す。
【０００３】また、特開平１０−４２１０号公報には、
発光素子の各層の結晶性を向上させて発光輝度及び発光
効率を向上させるために、ｎ層の基板に近い側から順
に、不純物添加量の低い低濃度不純物層、この上に高濃
度不純物層を形成することが記載されている。この技術
では、低濃度不純物層とすることで結晶性の向上が達成
され、この層の上に積層成長される高濃度不純物層、特
に発光層の結晶性が向上し、これによって、発光輝度及
び発光効率が向上することが記載されている。
発光素子の各層の結晶性を向上させて発光輝度及び発光
効率を向上させるために、ｎ層の基板に近い側から順
に、不純物添加量の低い低濃度不純物層、この上に高濃
度不純物層を形成することが記載されている。この技術
では、低濃度不純物層とすることで結晶性の向上が達成
され、この層の上に積層成長される高濃度不純物層、特
に発光層の結晶性が向上し、これによって、発光輝度及
び発光効率が向上することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
既にＬＥＤとして交通信号灯等に実用化されている窒化
物半導体は、前記の如く実用化されてはいるが、ＬＥＤ
を例えば照明用光源、直射日光の当たる屋外ディスプレ
イ等に用いるためには十分満足のいく出力ではなく、さ
らなる出力の向上が求められている。更に、前記ＬＥＤ
素子は２０ｍＡにおいてＶｆが３．６Ｖ近くあり、この
ような素子の発熱量を少なくして信頼性をより向上させ
るためにＶｆをさらに下げることが望まれる。
既にＬＥＤとして交通信号灯等に実用化されている窒化
物半導体は、前記の如く実用化されてはいるが、ＬＥＤ
を例えば照明用光源、直射日光の当たる屋外ディスプレ
イ等に用いるためには十分満足のいく出力ではなく、さ
らなる出力の向上が求められている。更に、前記ＬＥＤ
素子は２０ｍＡにおいてＶｆが３．６Ｖ近くあり、この
ような素子の発熱量を少なくして信頼性をより向上させ
るためにＶｆをさらに下げることが望まれる。
【０００５】また更に、上記特開平１０−４２１０号公
報の技術では、抵抗率を低くするためｎ電極を形成する
層のｎ型不純物濃度を高くしているので、低濃度不純物
層上に高濃度不純物層を形成しても結晶性を十分満足い
く程度に良好にすることができない。そればかりか、発
光素子の信頼性を向上させるためにＶｆやしきい値をさ
らに低下させることが望まれるが、ｎ電極との抵抗率を
十分低下させることが困難であり、Ｖｆやしきい値を十
分に低下させることができない。また、抵抗率の低下を
目的とし不純物の添加量を増加させると、窒化物半導体
層の結晶性が低下し、発光効率などの低下が生じ易くな
るといった問題が生じる。
報の技術では、抵抗率を低くするためｎ電極を形成する
層のｎ型不純物濃度を高くしているので、低濃度不純物
層上に高濃度不純物層を形成しても結晶性を十分満足い
く程度に良好にすることができない。そればかりか、発
光素子の信頼性を向上させるためにＶｆやしきい値をさ
らに低下させることが望まれるが、ｎ電極との抵抗率を
十分低下させることが困難であり、Ｖｆやしきい値を十
分に低下させることができない。また、抵抗率の低下を
目的とし不純物の添加量を増加させると、窒化物半導体
層の結晶性が低下し、発光効率などの低下が生じ易くな
るといった問題が生じる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、主としてＬＥ
Ｄ、ＬＤ等の窒化物半導体発光素子の出力を向上させる
と共に、Ｖｆやしきい値を低下させて素子の信頼性を更
に向上させることにある。
Ｄ、ＬＤ等の窒化物半導体発光素子の出力を向上させる
と共に、Ｖｆやしきい値を低下させて素子の信頼性を更
に向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（１）〜（９）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。 （１） 基板と活性層との間に、基板側から順にアンド
ープの第１の窒化物半導体層と、カーボン、又はカーボ
ンとｎ型不純物とが含有されたｎ導電型の第２の窒化物
半導体層とを少なくとも有し、更に前記第２の窒化物半
導体層にｎ電極が形成されてなることを特徴とする窒化
物半導体発光素子。 （２） 前記窒化物半導体発光素子において、第２の窒
化物半導体層の上に、アンドープの第３の窒化物半導体
層を形成してなることを特徴とする前記（１）に記載の
窒化物半導体発光素子。 （３） 前記カーボンが、２×１０17／ｃｍ3以上含有
されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記
載の窒化物半導体発光素子。 （４） 前記ｎ型不純物が、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎのいず
れか一種以上であることを特徴とする前記（１）〜
（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （５） 前記第２の窒化物半導体層の抵抗率が１×１０
-5Ω・ｃｍ〜０．２Ω・ｃｍであることを特徴とする前
記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体
発光素子。 （６） 前記第２の窒化物半導体層に、ｎ型不純物とし
てＳｉが含有されていることを特徴とする前記（１）〜
（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （７） 前記カーボンとＳｉとが含有されてなる第２の
窒化物半導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・ｃｍ未満であ
ることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項
に記載の窒化物半導体発光素子。 （８） 前記基板と前記ｎ導電型の窒化物半導体層との
間に、ｎ導電型の窒化物半導体層よりも低温で成長され
るバッファ層を有することを特徴とする前記（１）〜
（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （９） 前記第３の窒化物半導体層の膜厚が、０．５μ
ｍ以下であることを特徴とする前記（２）〜（８）のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
（１）〜（９）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。 （１） 基板と活性層との間に、基板側から順にアンド
ープの第１の窒化物半導体層と、カーボン、又はカーボ
ンとｎ型不純物とが含有されたｎ導電型の第２の窒化物
半導体層とを少なくとも有し、更に前記第２の窒化物半
導体層にｎ電極が形成されてなることを特徴とする窒化
物半導体発光素子。 （２） 前記窒化物半導体発光素子において、第２の窒
化物半導体層の上に、アンドープの第３の窒化物半導体
層を形成してなることを特徴とする前記（１）に記載の
窒化物半導体発光素子。 （３） 前記カーボンが、２×１０17／ｃｍ3以上含有
されていることを特徴とする前記（１）又は（２）に記
載の窒化物半導体発光素子。 （４） 前記ｎ型不純物が、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎのいず
れか一種以上であることを特徴とする前記（１）〜
（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （５） 前記第２の窒化物半導体層の抵抗率が１×１０
-5Ω・ｃｍ〜０．２Ω・ｃｍであることを特徴とする前
記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体
発光素子。 （６） 前記第２の窒化物半導体層に、ｎ型不純物とし
てＳｉが含有されていることを特徴とする前記（１）〜
（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （７） 前記カーボンとＳｉとが含有されてなる第２の
窒化物半導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・ｃｍ未満であ
ることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項
に記載の窒化物半導体発光素子。 （８） 前記基板と前記ｎ導電型の窒化物半導体層との
間に、ｎ導電型の窒化物半導体層よりも低温で成長され
るバッファ層を有することを特徴とする前記（１）〜
（７）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 （９） 前記第３の窒化物半導体層の膜厚が、０．５μ
ｍ以下であることを特徴とする前記（２）〜（８）のい
ずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【０００８】つまり、本発明は、アンドープの結晶性の
良い第１の窒化物半導体層の上に、ｎ電極の形成される
第２の窒化物半導体層を形成する際に、カーボン又はカ
ーボンとｎ型不純物を含有させることにより、カーボン
やｎ型不純物を含有しているにも関わらず、第２の窒化
物半導体層の結晶性を損なうことなく、抵抗率の低い第
２の窒化物半導体層を形成することができる。このよう
な本発明の構成により、結晶性の良好な抵抗率の低い第
２の窒化物半導体層を形成でき、これによって本発明の
目的を達成することができる。
良い第１の窒化物半導体層の上に、ｎ電極の形成される
第２の窒化物半導体層を形成する際に、カーボン又はカ
ーボンとｎ型不純物を含有させることにより、カーボン
やｎ型不純物を含有しているにも関わらず、第２の窒化
物半導体層の結晶性を損なうことなく、抵抗率の低い第
２の窒化物半導体層を形成することができる。このよう
な本発明の構成により、結晶性の良好な抵抗率の低い第
２の窒化物半導体層を形成でき、これによって本発明の
目的を達成することができる。
【０００９】従来技術において、ｎ型層の抵抗率を低下
させるために、ｎ型不純物を添加して抵抗率を調整して
いたが、所望の抵抗率にするためにはかなりの量のｎ型
不純物を含有させなければならなく、このため、窒化物
半導体の結晶性が含有される不純物濃度に比例して低下
する傾向がみられる。結晶性の低下は、素子の諸特性に
悪影響を及ぼし易い。
させるために、ｎ型不純物を添加して抵抗率を調整して
いたが、所望の抵抗率にするためにはかなりの量のｎ型
不純物を含有させなければならなく、このため、窒化物
半導体の結晶性が含有される不純物濃度に比例して低下
する傾向がみられる。結晶性の低下は、素子の諸特性に
悪影響を及ぼし易い。
【００１０】また、従来、素子を構成する窒化物半導体
層にカーボンが含有されていること、又はカーボンの濃
度が特定されている技術として、例えば以下の公報が挙
げられる。まず、特開平５−２４３１５３号公報には、
窒化物半導体薄膜の成長時に、炭素含有化合物の分圧を
調整することにより、窒化物半導体薄膜中の炭素濃度を
低くして炭素による素子性能への悪影響を防止し、素子
の特性を向上させることが記載されている。次に、特開
平８−３１６１４１号公報には、ｎ型ドーパントを特定
の炭化水素化合物を用いてドーピングし、半導体層内の
炭素濃度を８×１０ 16ｃｍ-3以下にし、炭素汚染の抑制
ができ、電子移動度の向上など電気的特性が向上するこ
とが記載されている。また、特開平９−９２８８３号公
報には、ｎ層の十分なドナー性準位の濃度の低下と、ｎ
層の電極特性を良好なオーム性とするために、ｎ層の電
極形成面では炭素濃度を低く、基板に近い部分では高く
分布させる層構成を達成するために、抵抗加熱体の構成
を改良し、抵抗加熱体の劣化に伴う炭素濃度の増加を防
止することが記載されている。しかし、これら公報に
は、炭素濃度を低下させることによって素子の特性を向
上させる、又はｎ電極を形成する層表面の炭素濃度を低
下させてオーミック接触を向上させることが記載されて
いるが、炭素濃度を意図的に高めて素子の特性を向上さ
せることを示唆する記載はない。更に上記の公報に示さ
れているような理由で窒化物半導体層に混入する炭素
は、窒化物半導体層の結晶性を向上させる作用を示さ
ず、かえって炭素により結晶性が低下することを示唆し
ている。
層にカーボンが含有されていること、又はカーボンの濃
度が特定されている技術として、例えば以下の公報が挙
げられる。まず、特開平５−２４３１５３号公報には、
窒化物半導体薄膜の成長時に、炭素含有化合物の分圧を
調整することにより、窒化物半導体薄膜中の炭素濃度を
低くして炭素による素子性能への悪影響を防止し、素子
の特性を向上させることが記載されている。次に、特開
平８−３１６１４１号公報には、ｎ型ドーパントを特定
の炭化水素化合物を用いてドーピングし、半導体層内の
炭素濃度を８×１０ 16ｃｍ-3以下にし、炭素汚染の抑制
ができ、電子移動度の向上など電気的特性が向上するこ
とが記載されている。また、特開平９−９２８８３号公
報には、ｎ層の十分なドナー性準位の濃度の低下と、ｎ
層の電極特性を良好なオーム性とするために、ｎ層の電
極形成面では炭素濃度を低く、基板に近い部分では高く
分布させる層構成を達成するために、抵抗加熱体の構成
を改良し、抵抗加熱体の劣化に伴う炭素濃度の増加を防
止することが記載されている。しかし、これら公報に
は、炭素濃度を低下させることによって素子の特性を向
上させる、又はｎ電極を形成する層表面の炭素濃度を低
下させてオーミック接触を向上させることが記載されて
いるが、炭素濃度を意図的に高めて素子の特性を向上さ
せることを示唆する記載はない。更に上記の公報に示さ
れているような理由で窒化物半導体層に混入する炭素
は、窒化物半導体層の結晶性を向上させる作用を示さ
ず、かえって炭素により結晶性が低下することを示唆し
ている。
【００１１】これに対して、本発明は、第２の窒化物半
導体層の抵抗率を低下させるために、意図的に炭素（カ
ーボン）を添加することにより、ｎ電極との好ましいオ
ーミック接触が得られる程度に抵抗率を低下させること
ができ、しかも、炭素を添加することでｎ型不純物の添
加量が従来と同程度の量であっても従来よりも結晶性が
向上し、またｎ型不純物を添加しなくとも抵抗率が低下
できるため、第２の窒化物半導体層の結晶性を劣化させ
ずに抵抗率を低下させることができる。更にアンドープ
の第１の窒化物半導体層を形成した上に第２の窒化物半
導体層を形成するので、第２の窒化物半導体層の結晶性
が良好となり易くなる。更にまた、第２の窒化物半導体
層上に形成される素子を構成するその他の層、例えば活
性層など、の結晶性も向上する。このように抵抗率の低
い結晶性の良好な第２の窒化物半導体層を形成すること
ができることにより、発光効率や出力の向上、Ｖｆ及び
しきい値の低下を可能にすることができる。更に、本発
明において、第２の窒化物半導体層上に、第３の窒化物
半導体層を形成することにより、より好ましい結果が得
られる。
導体層の抵抗率を低下させるために、意図的に炭素（カ
ーボン）を添加することにより、ｎ電極との好ましいオ
ーミック接触が得られる程度に抵抗率を低下させること
ができ、しかも、炭素を添加することでｎ型不純物の添
加量が従来と同程度の量であっても従来よりも結晶性が
向上し、またｎ型不純物を添加しなくとも抵抗率が低下
できるため、第２の窒化物半導体層の結晶性を劣化させ
ずに抵抗率を低下させることができる。更にアンドープ
の第１の窒化物半導体層を形成した上に第２の窒化物半
導体層を形成するので、第２の窒化物半導体層の結晶性
が良好となり易くなる。更にまた、第２の窒化物半導体
層上に形成される素子を構成するその他の層、例えば活
性層など、の結晶性も向上する。このように抵抗率の低
い結晶性の良好な第２の窒化物半導体層を形成すること
ができることにより、発光効率や出力の向上、Ｖｆ及び
しきい値の低下を可能にすることができる。更に、本発
明において、第２の窒化物半導体層上に、第３の窒化物
半導体層を形成することにより、より好ましい結果が得
られる。
【００１２】本発明において、アンドープの窒化物半導
体層とは意図的に不純物をドープしない窒化物半導体層
を指し、例えば原料に含まれる不純物、反応装置内のコ
ンタミネーション、意図的に不純物をドープした他の層
からの意図しない拡散により不純物が混入した層及び微
量なドーピングにより実質的にアンドープとみなせる層
（例えば抵抗率３×１０-1Ω・cm以上）も本発明ではア
ンドープと定義する。本発明において、カーボンやｎ型
不純物が窒化物半導体層に含有されていることを、添
加、又はドープなどと示す場合がある。
体層とは意図的に不純物をドープしない窒化物半導体層
を指し、例えば原料に含まれる不純物、反応装置内のコ
ンタミネーション、意図的に不純物をドープした他の層
からの意図しない拡散により不純物が混入した層及び微
量なドーピングにより実質的にアンドープとみなせる層
（例えば抵抗率３×１０-1Ω・cm以上）も本発明ではア
ンドープと定義する。本発明において、カーボンやｎ型
不純物が窒化物半導体層に含有されていることを、添
加、又はドープなどと示す場合がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体発光素子
（単に、発光素子と言う場合がある。）は、基板と活性
層との間に、基板側から順に、アンドープの第１の窒化
物半導体層と、カーボン又はカーボンとｎ型不純物とが
ドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層を少なく
とも形成し、第２の窒化物半導体層にｎ電極が形成され
ている。本発明は、上記の如く、カーボンをドープする
ことにより、ｎ型不純物の添加量が従来と同程度であっ
ても結晶性が向上、更にｎ型不純物の添加量を少なくし
ても抵抗率が十分に低下するので、第２の窒化物半導体
層の結晶性が良好となる。更にカーボンがドープされて
いる第２の窒化物半導体層にｎ電極を形成することによ
ってオーミック接触が向上する。更に抵抗率が低下する
ことにより、Ｖｆ及びしきい値が低下し、信頼性の向上
した発光素子を得ることができる。更にまた、第２の窒
化物半導体層を低抵抗率としても結晶性が良好であるの
で、ｎ型層上に積層成長させる窒化物半導体層（例えば
活性層、発光層、ｐ導電型の窒化物半導体層等）の結晶
性も向上し、出力や発光効率の向上が可能となる。本発
明において、第１及び第２の窒化物半導体層の他に、基
板と活性層との間に１層以上のｎ導電型窒化物半導体層
（ｎ型層）及び／またはアンドープ層を形成してもよ
い。
（単に、発光素子と言う場合がある。）は、基板と活性
層との間に、基板側から順に、アンドープの第１の窒化
物半導体層と、カーボン又はカーボンとｎ型不純物とが
ドープされたｎ導電型の第２の窒化物半導体層を少なく
とも形成し、第２の窒化物半導体層にｎ電極が形成され
ている。本発明は、上記の如く、カーボンをドープする
ことにより、ｎ型不純物の添加量が従来と同程度であっ
ても結晶性が向上、更にｎ型不純物の添加量を少なくし
ても抵抗率が十分に低下するので、第２の窒化物半導体
層の結晶性が良好となる。更にカーボンがドープされて
いる第２の窒化物半導体層にｎ電極を形成することによ
ってオーミック接触が向上する。更に抵抗率が低下する
ことにより、Ｖｆ及びしきい値が低下し、信頼性の向上
した発光素子を得ることができる。更にまた、第２の窒
化物半導体層を低抵抗率としても結晶性が良好であるの
で、ｎ型層上に積層成長させる窒化物半導体層（例えば
活性層、発光層、ｐ導電型の窒化物半導体層等）の結晶
性も向上し、出力や発光効率の向上が可能となる。本発
明において、第１及び第２の窒化物半導体層の他に、基
板と活性層との間に１層以上のｎ導電型窒化物半導体層
（ｎ型層）及び／またはアンドープ層を形成してもよ
い。
【００１４】本発明において、基板と活性層の間に形成
される第１及び第２の窒化物半導体層以外の層として好
ましくはアンドープの層が挙げられる。アンドープの層
としては、活性層を形成する前に、第２の窒化物半導体
層上に、アンドープの第３の窒化物半導体層を形成する
ことが好ましい。第３の窒化物半導体層はアンドープで
あるので、第２の窒化物半導体層上に直接、活性層を形
成するより、第３の窒化物半導体層を形成した後に活性
層を形成した方が、活性層の結晶性が良好となり好まし
い。
される第１及び第２の窒化物半導体層以外の層として好
ましくはアンドープの層が挙げられる。アンドープの層
としては、活性層を形成する前に、第２の窒化物半導体
層上に、アンドープの第３の窒化物半導体層を形成する
ことが好ましい。第３の窒化物半導体層はアンドープで
あるので、第２の窒化物半導体層上に直接、活性層を形
成するより、第３の窒化物半導体層を形成した後に活性
層を形成した方が、活性層の結晶性が良好となり好まし
い。
【００１５】以下に第１〜第３の窒化物半導体層につい
て更に詳細に説明する。第１〜第３の窒化物半導体層
は、層を構成する組成により成長温度を適宜調整して成
長させるが、例えば９００℃より高く１２００℃以下で
成長させ、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮ、Ｙ値が０．２以下のＡｌYＧａ
1-YＮ、またはＸ値が０．１以下のＩｎXＧａ1-XＮとす
ると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。
ＩｎＧａＮを成長させると、その上にＡｌを含む窒化物
半導体を成長させる場合に、Ａｌを含む窒化物半導体層
にクラックが入るのを防止することができる。また、第
３の窒化物半導体層が、ＩｎＧａＮの組成から構成され
る場合、８００℃〜１１００℃で成長させることが好ま
しい。なお第２の窒化物半導体層を単一の窒化物半導体
で成長させる場合、第１の窒化物半導体層と、第２の窒
化物半導体層と、第３の窒化物半導体層とは同一組成の
窒化物半導体を成長させることが望ましい。
て更に詳細に説明する。第１〜第３の窒化物半導体層
は、層を構成する組成により成長温度を適宜調整して成
長させるが、例えば９００℃より高く１２００℃以下で
成長させ、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではない
が、好ましくはＧａＮ、Ｙ値が０．２以下のＡｌYＧａ
1-YＮ、またはＸ値が０．１以下のＩｎXＧａ1-XＮとす
ると結晶欠陥の少ない窒化物半導体層が得られやすい。
ＩｎＧａＮを成長させると、その上にＡｌを含む窒化物
半導体を成長させる場合に、Ａｌを含む窒化物半導体層
にクラックが入るのを防止することができる。また、第
３の窒化物半導体層が、ＩｎＧａＮの組成から構成され
る場合、８００℃〜１１００℃で成長させることが好ま
しい。なお第２の窒化物半導体層を単一の窒化物半導体
で成長させる場合、第１の窒化物半導体層と、第２の窒
化物半導体層と、第３の窒化物半導体層とは同一組成の
窒化物半導体を成長させることが望ましい。
【００１６】本発明において、第１の窒化物半導体層
は、アンドープとすると、第１の窒化物半導体層上に成
長されるカーボンがドープされている第２の窒化物半導
体層の結晶性をより良好にすることができ好ましい。仮
に、この第１の窒化物半導体層に意図的にｎ型不純物を
ドープすると、結晶性が悪化し、第２の窒化物半導体層
を結晶性よく成長させることが難しくなる。また、第１
の窒化物半導体層の膜厚は、特に問うものではなく、例
えば基板上にバッファ層を形成した場合にはバッファ層
よりも厚膜で成長させ、具体的には、０．１μｍ以上２
０μｍ以下の膜厚で成長させる。膜厚がこの範囲である
と良好な結晶性を得る点で好ましい。またこの第１の窒
化物半導体層はアンドープの層であるため、抵抗率は
０．１Ω・cmよりも大きい。
は、アンドープとすると、第１の窒化物半導体層上に成
長されるカーボンがドープされている第２の窒化物半導
体層の結晶性をより良好にすることができ好ましい。仮
に、この第１の窒化物半導体層に意図的にｎ型不純物を
ドープすると、結晶性が悪化し、第２の窒化物半導体層
を結晶性よく成長させることが難しくなる。また、第１
の窒化物半導体層の膜厚は、特に問うものではなく、例
えば基板上にバッファ層を形成した場合にはバッファ層
よりも厚膜で成長させ、具体的には、０．１μｍ以上２
０μｍ以下の膜厚で成長させる。膜厚がこの範囲である
と良好な結晶性を得る点で好ましい。またこの第１の窒
化物半導体層はアンドープの層であるため、抵抗率は
０．１Ω・cmよりも大きい。
【００１７】また、本発明において、第１の窒化物半導
体層を成長させる前に、基板上に低温でバッファ層を成
長させ、この上に第１の窒化物半導体層を成長させるこ
とが好ましい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、
ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層
は、２００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚１０オン
グストローム〜０．５μｍで成長される。このバッファ
層は窒化物半導体と異なる基板と窒化物半導体との格子
不整合を緩和するために形成され、結晶欠陥の発生を防
止するのに好ましい。また、バッファ層として例えばＺ
ｎＯ等の窒化物半導体と異なる半導体よりなる層をバッ
ファ層としてもよい。ここで、上記第１の窒化物半導体
層は、バッファ層よりも高温で成長させる層であるため
アンドープでもバッファ層とは区別される。
体層を成長させる前に、基板上に低温でバッファ層を成
長させ、この上に第１の窒化物半導体層を成長させるこ
とが好ましい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、
ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層
は、２００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚１０オン
グストローム〜０．５μｍで成長される。このバッファ
層は窒化物半導体と異なる基板と窒化物半導体との格子
不整合を緩和するために形成され、結晶欠陥の発生を防
止するのに好ましい。また、バッファ層として例えばＺ
ｎＯ等の窒化物半導体と異なる半導体よりなる層をバッ
ファ層としてもよい。ここで、上記第１の窒化物半導体
層は、バッファ層よりも高温で成長させる層であるため
アンドープでもバッファ層とは区別される。
【００１８】本発明において、第２の窒化物半導体層
は、カーボン、又はカーボンとｎ型不純物をドープし、
抵抗率が低くキャリア濃度が高い、ｎ電極を形成するた
めのコンタクト層となる。またこの第２の窒化物半導体
層は、単層で形成される他に、互いにバンドギャップエ
ネルギーが異なる２種類の窒化物半導体層が積層されて
なるか、若しくは同一組成の窒化物半導体層が積層され
てなる超格子構造としても良い。超格子層にすると第２
の窒化物半導体層の移動度が大きくなって抵抗率がさら
に低下するため、特に発光効率の高い素子が実現でき
る。超格子構造とする場合には超格子を構成する窒化物
半導体層の膜厚は１００オングストローム以下、さらに
好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは
５０オングストローム以下に調整する。さらに超格子構
造の場合、超格子を構成する窒化物半導体層にＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ等を変調ドープしても良い。変調ドープとは、
超格子層を構成する窒化物半導体層の互いに不純物濃度
が異なることを指し、この場合、一方の層は不純物をド
ープしない状態、つまりアンドープでもよい。好ましく
は第２の窒化物半導体層を互いにバンドギャップエネル
ギーの異なる層を積層した超格子構造として、いずれか
一方の窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープするこ
とが望ましく、もう一方の窒化物半導体層をアンドープ
とすることが好ましい。なお変調ドープする場合には、
不純物濃度差は１桁以上とすることが望ましい。上記の
ように第２の窒化物半導体層が超格子の場合、カーボン
とｎ型不純物の添加は、まずカーボンを超格子の各層に
均一にドープしｎ型不純物のみ変調ドープする、又は、
カーボンとｎ型不純物とを同様に変調ドープする。
は、カーボン、又はカーボンとｎ型不純物をドープし、
抵抗率が低くキャリア濃度が高い、ｎ電極を形成するた
めのコンタクト層となる。またこの第２の窒化物半導体
層は、単層で形成される他に、互いにバンドギャップエ
ネルギーが異なる２種類の窒化物半導体層が積層されて
なるか、若しくは同一組成の窒化物半導体層が積層され
てなる超格子構造としても良い。超格子層にすると第２
の窒化物半導体層の移動度が大きくなって抵抗率がさら
に低下するため、特に発光効率の高い素子が実現でき
る。超格子構造とする場合には超格子を構成する窒化物
半導体層の膜厚は１００オングストローム以下、さらに
好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは
５０オングストローム以下に調整する。さらに超格子構
造の場合、超格子を構成する窒化物半導体層にＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ等を変調ドープしても良い。変調ドープとは、
超格子層を構成する窒化物半導体層の互いに不純物濃度
が異なることを指し、この場合、一方の層は不純物をド
ープしない状態、つまりアンドープでもよい。好ましく
は第２の窒化物半導体層を互いにバンドギャップエネル
ギーの異なる層を積層した超格子構造として、いずれか
一方の窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープするこ
とが望ましく、もう一方の窒化物半導体層をアンドープ
とすることが好ましい。なお変調ドープする場合には、
不純物濃度差は１桁以上とすることが望ましい。上記の
ように第２の窒化物半導体層が超格子の場合、カーボン
とｎ型不純物の添加は、まずカーボンを超格子の各層に
均一にドープしｎ型不純物のみ変調ドープする、又は、
カーボンとｎ型不純物とを同様に変調ドープする。
【００１９】本発明において、第２の窒化物半導体層に
添加されるｎ型不純物としては、ｎ型不純物となるもの
であれば特に限定されないが、好ましくは第４族元素、
より好ましくはＳｉ、Ｇｅ及びＳｎの１種以上を用いる
ことができ、更に好ましくはＳｉである。第２の窒化物
半導体層にｎ型不純物を添加する場合のｎ型不純物のド
ープ量（濃度）は、２×１０18ｃｍ-3〜８×１０18ｃｍ
-3、好ましくは３×１０18ｃｍ-3〜７×１０18ｃｍ-3、
より好ましくは４×１０18ｃｍ-3〜６．５×１０18ｃｍ
-3である。この範囲であると良好な結晶性と低い抵抗率
を得る点で好ましい。
添加されるｎ型不純物としては、ｎ型不純物となるもの
であれば特に限定されないが、好ましくは第４族元素、
より好ましくはＳｉ、Ｇｅ及びＳｎの１種以上を用いる
ことができ、更に好ましくはＳｉである。第２の窒化物
半導体層にｎ型不純物を添加する場合のｎ型不純物のド
ープ量（濃度）は、２×１０18ｃｍ-3〜８×１０18ｃｍ
-3、好ましくは３×１０18ｃｍ-3〜７×１０18ｃｍ-3、
より好ましくは４×１０18ｃｍ-3〜６．５×１０18ｃｍ
-3である。この範囲であると良好な結晶性と低い抵抗率
を得る点で好ましい。
【００２０】本発明において、第２の窒化物半導体層中
のカーボンのドープ量（濃度）は、２×１０17／ｃｍ3
〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは２×１０17／ｃｍ3〜
１×１０19／ｃｍ3、より好ましくは２×１０17／ｃｍ3
〜１×１０18／ｃｍ3である。カーボンのドープ量がこ
の範囲であると第２の窒化物半導体層の結晶性を損なう
ことなく抵抗率を十分に低下させることができる。カー
ボンのドープ量を上記範囲に調整する方法としては、特
に限定されないが、ＧａＮなどよりなる第２の窒化物半
導体を成長させる際に、例えば反応ガスに炭素を含む原
料を用い、炭素含有の反応ガスの割合を多くして窒化物
半導体の成長を行う方法などが挙げられる。具体例とし
ては、まずカーボンのみを第２の窒化物半導体層に添加
する場合は、例えばアンモニア（ＮＨ3）を炭素を含む
化合物、例えばジメチルアミン、等に変更する、または
アンモニアとジメチルアミンを同時に供給することなど
が挙げられる。またカーボンに加えてｎ型不純物を第２
の窒化物半導体層に添加する場合は、ｎ型不純物の供給
源となるガスに炭素を含む化合物を用いて行うことが挙
げられる。以上のようにカーボンをドープする方法は、
いくつかの方法があるが、これらの方法を組み合わせて
もよい。
のカーボンのドープ量（濃度）は、２×１０17／ｃｍ3
〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは２×１０17／ｃｍ3〜
１×１０19／ｃｍ3、より好ましくは２×１０17／ｃｍ3
〜１×１０18／ｃｍ3である。カーボンのドープ量がこ
の範囲であると第２の窒化物半導体層の結晶性を損なう
ことなく抵抗率を十分に低下させることができる。カー
ボンのドープ量を上記範囲に調整する方法としては、特
に限定されないが、ＧａＮなどよりなる第２の窒化物半
導体を成長させる際に、例えば反応ガスに炭素を含む原
料を用い、炭素含有の反応ガスの割合を多くして窒化物
半導体の成長を行う方法などが挙げられる。具体例とし
ては、まずカーボンのみを第２の窒化物半導体層に添加
する場合は、例えばアンモニア（ＮＨ3）を炭素を含む
化合物、例えばジメチルアミン、等に変更する、または
アンモニアとジメチルアミンを同時に供給することなど
が挙げられる。またカーボンに加えてｎ型不純物を第２
の窒化物半導体層に添加する場合は、ｎ型不純物の供給
源となるガスに炭素を含む化合物を用いて行うことが挙
げられる。以上のようにカーボンをドープする方法は、
いくつかの方法があるが、これらの方法を組み合わせて
もよい。
【００２１】第２の窒化物半導体層の抵抗率は、ｎ電極
材料と好ましいオーミック接触を得るためにできるだけ
小さくすることが望ましく、カーボン、又はカーボンと
ｎ型不純物により調整され、具体的に抵抗率は、１×１
０-5Ω・ｃｍ〜０．２Ω・ｃｍであり、好ましくは７×
１０-2Ω・ｃｍ以下、より好ましくは２×１０-2Ω・ｃ
ｍ以下である。抵抗率がこの範囲であると、ｎ電極材料
との好ましいオーミック接触が得られると共に、Ｖｆを
低下させることができ好ましい。また、本発明のｎ型層
の結晶性は、カーボンを添加したことによりｎ型不純物
の添加量を少なくしても抵抗率を十分に低下させること
ができ結晶性が良好となり、従来の窒化物半導体層に比
べ、素子の信頼性が向上する。
材料と好ましいオーミック接触を得るためにできるだけ
小さくすることが望ましく、カーボン、又はカーボンと
ｎ型不純物により調整され、具体的に抵抗率は、１×１
０-5Ω・ｃｍ〜０．２Ω・ｃｍであり、好ましくは７×
１０-2Ω・ｃｍ以下、より好ましくは２×１０-2Ω・ｃ
ｍ以下である。抵抗率がこの範囲であると、ｎ電極材料
との好ましいオーミック接触が得られると共に、Ｖｆを
低下させることができ好ましい。また、本発明のｎ型層
の結晶性は、カーボンを添加したことによりｎ型不純物
の添加量を少なくしても抵抗率を十分に低下させること
ができ結晶性が良好となり、従来の窒化物半導体層に比
べ、素子の信頼性が向上する。
【００２２】また、本発明において、第２の窒化物半導
体層に、ｎ型不純物としてＳｉを用い、Ｓｉとカーボン
とをドープして第２の窒化物半導体層の抵抗率を調整す
る場合、抵抗率は、８×１０-3Ω・ｃｍ未満、好ましく
は６×１０-3Ω・ｃｍ以下、より好ましくは４×１０-3
Ω・ｃｍ以下であり、下限値は特に限定されないが１×
１０-5Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。ｎ型不純物
がＳｉである場合の抵抗率が、上記範囲であると良好な
オーミック接触、Ｖｆ及びしきい値の低下が可能となり
好ましい。第２の窒化物半導体層にカーボンとＳｉがド
ープされている場合、抵抗率が８×１０-3Ω・cm以上に
なると、Ｖｆがあまり低下しなくなる傾向にある。第２
の窒化物半導体層を単層で形成する場合、下限値は１×
１０-3Ω・cm以上、一方、第２の窒化物半導体層を超格
子層で構成する場合には１×１０-5Ω・cm以上に調整す
ることが望ましい。なお超格子層とは膜厚１００オング
ストローム以下、さらに好ましくは７０オングストロー
ム、最も好ましくは５０オングストローム以下の窒化物
半導体層を積層した多層膜構造を指す。下限値よりも低
抵抗にすると、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等の不純物量が多くな
りすぎて、窒化物半導体の結晶性が悪くなる傾向にあ
る。なお、第２の窒化物半導体層のキャリア濃度は、３
×１０18／ｃｍ3よりも大きくなる傾向がある。第２の
窒化物半導体層の膜厚は、特に問うものではないが、ｎ
電極を形成する層であるので１μｍ以上２０μｍ以下の
膜厚で成長させることが望ましい。
体層に、ｎ型不純物としてＳｉを用い、Ｓｉとカーボン
とをドープして第２の窒化物半導体層の抵抗率を調整す
る場合、抵抗率は、８×１０-3Ω・ｃｍ未満、好ましく
は６×１０-3Ω・ｃｍ以下、より好ましくは４×１０-3
Ω・ｃｍ以下であり、下限値は特に限定されないが１×
１０-5Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。ｎ型不純物
がＳｉである場合の抵抗率が、上記範囲であると良好な
オーミック接触、Ｖｆ及びしきい値の低下が可能となり
好ましい。第２の窒化物半導体層にカーボンとＳｉがド
ープされている場合、抵抗率が８×１０-3Ω・cm以上に
なると、Ｖｆがあまり低下しなくなる傾向にある。第２
の窒化物半導体層を単層で形成する場合、下限値は１×
１０-3Ω・cm以上、一方、第２の窒化物半導体層を超格
子層で構成する場合には１×１０-5Ω・cm以上に調整す
ることが望ましい。なお超格子層とは膜厚１００オング
ストローム以下、さらに好ましくは７０オングストロー
ム、最も好ましくは５０オングストローム以下の窒化物
半導体層を積層した多層膜構造を指す。下限値よりも低
抵抗にすると、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等の不純物量が多くな
りすぎて、窒化物半導体の結晶性が悪くなる傾向にあ
る。なお、第２の窒化物半導体層のキャリア濃度は、３
×１０18／ｃｍ3よりも大きくなる傾向がある。第２の
窒化物半導体層の膜厚は、特に問うものではないが、ｎ
電極を形成する層であるので１μｍ以上２０μｍ以下の
膜厚で成長させることが望ましい。
【００２３】本発明において、第２の窒化物半導体層上
に活性層を形成する前に、形成される第３の窒化物半導
体層は、アンドープであるので結晶性の良い層となる。
この結晶性の良い第３の窒化物半導体層を介在させて活
性層を成長させると、第３の窒化物半導体層がバッファ
層のように作用し第３の窒化物半導体層上に成長される
活性層等の結晶性が向上する。第３の窒化物半導体層を
形成せずに、第２の窒化物半導体層の上に、直接、活性
層やクラッド層等を成長させると、第２の窒化物半導体
層がカーボン又はカーボンとｎ型不純物がドープされて
いるので、アンドープの層に比べてやや結晶性が劣るた
め、第２の窒化物半導体層の上に、直接、成長された活
性層やクラッド層等の結晶性が、アンドープの第３の窒
化物半導体層上に成長された場合よりやや低下する傾向
がある。更にまた、抵抗率の比較的高いアンドープの第
３の窒化物半導体層を、活性層と第２の窒化物半導体層
との間に介在させることにより、素子のリーク電流を防
止し、逆方向の耐圧を高くすることができる。第３の窒
化物半導体層の膜厚は、特に限定されないが、具体的に
は、１０オングストローム以上０．５μｍ以下、好まし
くは５０オングストローム以上０．２μｍ以下、より好
ましくは１００オングストローム以上０．１５μｍ以下
に調整する。第３の窒化物半導体層はアンドープの層で
あり、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上と高いため、この第
３の窒化物半導体層を０．５μｍより厚膜に成長させる
と、第２の窒化物半導体層の抵抗率を低く調整しても、
Ｖｆが低下しにくい傾向が生じる。また膜厚が１０オン
グストローム以上であると、第３の窒化物半導体層を形
成しやすくなり好ましい。
に活性層を形成する前に、形成される第３の窒化物半導
体層は、アンドープであるので結晶性の良い層となる。
この結晶性の良い第３の窒化物半導体層を介在させて活
性層を成長させると、第３の窒化物半導体層がバッファ
層のように作用し第３の窒化物半導体層上に成長される
活性層等の結晶性が向上する。第３の窒化物半導体層を
形成せずに、第２の窒化物半導体層の上に、直接、活性
層やクラッド層等を成長させると、第２の窒化物半導体
層がカーボン又はカーボンとｎ型不純物がドープされて
いるので、アンドープの層に比べてやや結晶性が劣るた
め、第２の窒化物半導体層の上に、直接、成長された活
性層やクラッド層等の結晶性が、アンドープの第３の窒
化物半導体層上に成長された場合よりやや低下する傾向
がある。更にまた、抵抗率の比較的高いアンドープの第
３の窒化物半導体層を、活性層と第２の窒化物半導体層
との間に介在させることにより、素子のリーク電流を防
止し、逆方向の耐圧を高くすることができる。第３の窒
化物半導体層の膜厚は、特に限定されないが、具体的に
は、１０オングストローム以上０．５μｍ以下、好まし
くは５０オングストローム以上０．２μｍ以下、より好
ましくは１００オングストローム以上０．１５μｍ以下
に調整する。第３の窒化物半導体層はアンドープの層で
あり、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上と高いため、この第
３の窒化物半導体層を０．５μｍより厚膜に成長させる
と、第２の窒化物半導体層の抵抗率を低く調整しても、
Ｖｆが低下しにくい傾向が生じる。また膜厚が１０オン
グストローム以上であると、第３の窒化物半導体層を形
成しやすくなり好ましい。
【００２４】また、本発明の窒化物半導体発光素子は、
基板と活性層との間に形成される第１及び第２の窒化物
半導体層の抵抗率、また第３の窒化物半導体層が形成さ
れる場合は第１〜第３の窒化物半導体層のそれぞれの抵
抗率の関係を用いて層構成を示すと、基板側から順に、
抵抗率が大きい第１の窒化物半導体層と、カーボン又は
カーボンとｎ型不純物がドープされて抵抗率が第１の窒
化物半導体層よりも小さい第２の窒化物半導体層と、第
２の窒化物半導体層よりも抵抗率が大きい第３の窒化物
半導体層とを有し、前記第２の窒化物半導体層にｎ電極
が形成されてなる。第１〜第３の窒化物半導体層の抵抗
率は、前記した通りである。
基板と活性層との間に形成される第１及び第２の窒化物
半導体層の抵抗率、また第３の窒化物半導体層が形成さ
れる場合は第１〜第３の窒化物半導体層のそれぞれの抵
抗率の関係を用いて層構成を示すと、基板側から順に、
抵抗率が大きい第１の窒化物半導体層と、カーボン又は
カーボンとｎ型不純物がドープされて抵抗率が第１の窒
化物半導体層よりも小さい第２の窒化物半導体層と、第
２の窒化物半導体層よりも抵抗率が大きい第３の窒化物
半導体層とを有し、前記第２の窒化物半導体層にｎ電極
が形成されてなる。第１〜第３の窒化物半導体層の抵抗
率は、前記した通りである。
【００２５】本発明において、素子構造を構成する第１
〜第３の窒化物半導体層以外のその他の層としては、特
に限定されず、いずれの層構成、素子の形状及び電極等
を用いてもよい。例えば、本発明において好ましい活性
層としては、Ｉｎを含むアンドープの窒化物半導体、好
ましくはＩｎＧａＮよりなる井戸層を有する単一量子井
戸構造、又は多重量子井戸構造とすることが望ましい。
〜第３の窒化物半導体層以外のその他の層としては、特
に限定されず、いずれの層構成、素子の形状及び電極等
を用いてもよい。例えば、本発明において好ましい活性
層としては、Ｉｎを含むアンドープの窒化物半導体、好
ましくはＩｎＧａＮよりなる井戸層を有する単一量子井
戸構造、又は多重量子井戸構造とすることが望ましい。
【００２６】
【実施例】［実施例１］図１は本発明の一実施例に係る
ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下こ
の図を元に、本発明の素子の製造方法について述べる。
ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下こ
の図を元に、本発明の素子の製造方法について述べる。
【００２７】サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水
素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇さ
せ、基板のクリーニングを行う。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることがで
きる。
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水
素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇さ
せ、基板のクリーニングを行う。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることがで
きる。
【００２８】（バッファ層２）続いて、温度を５１０℃
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。
まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上に
ＧａＮよりなるバッファ層２を約２００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。
【００２９】（第１の窒化物半導体層３）バッファ層２
を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上
昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴ
ＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりな
る第１の窒化物半導体層３を１．５μｍの膜厚で成長さ
せる。
を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上
昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴ
ＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりな
る第１の窒化物半導体層３を１．５μｍの膜厚で成長さ
せる。
【００３０】（第２の窒化物半導体層４）続いて１０５
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、更にジメチルアミンを用
いて、Ｓｉを４×１０18／ｃｍ3ドープした更にカーボ
ンを含有するＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層３を
３μｍの膜厚で成長させる。なお、素子構造にしない別
のサファイア基板を用い、同様にして第２の窒化物半導
体層まで成長させたウェーハを用意し、この第２の窒化
物半導体層の抵抗率を測定すると５×１０-3Ω・ｃｍで
あった。更に第２の窒化物半導体層の炭素濃度を二次イ
オン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いて測定すると、３×
１０17／ｃｍ 3であり、かなりの濃度で炭素がドープさ
れていた。また、結晶性を評価するために、Ｘ線回折装
置を用いてロッキングカーブの半値幅（Ｆ．Ｗ．Ｈ．
Ｍ）を測定したところ、４ｍｉｎであり、結晶性が良好
であった。第２の窒化物半導体層と同様に、第１の窒化
物半導体層の炭素濃度を測定すると、７×１０16／ｃｍ
3であり、この値はバックグラウンドの値とほぼ同一の
値であるので、第１の窒化物半導体層にはほとんど炭素
がドープされていなかった。
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、更にジメチルアミンを用
いて、Ｓｉを４×１０18／ｃｍ3ドープした更にカーボ
ンを含有するＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層３を
３μｍの膜厚で成長させる。なお、素子構造にしない別
のサファイア基板を用い、同様にして第２の窒化物半導
体層まで成長させたウェーハを用意し、この第２の窒化
物半導体層の抵抗率を測定すると５×１０-3Ω・ｃｍで
あった。更に第２の窒化物半導体層の炭素濃度を二次イ
オン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いて測定すると、３×
１０17／ｃｍ 3であり、かなりの濃度で炭素がドープさ
れていた。また、結晶性を評価するために、Ｘ線回折装
置を用いてロッキングカーブの半値幅（Ｆ．Ｗ．Ｈ．
Ｍ）を測定したところ、４ｍｉｎであり、結晶性が良好
であった。第２の窒化物半導体層と同様に、第１の窒化
物半導体層の炭素濃度を測定すると、７×１０16／ｃｍ
3であり、この値はバックグラウンドの値とほぼ同一の
値であるので、第１の窒化物半導体層にはほとんど炭素
がドープされていなかった。
【００３１】（第３の窒化物半導体層５）次に、第２の
窒化物半導体層を形成後に、シランガスとジメチルアミ
ンを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａＮよ
りなる第３の窒化物半導体層５を０．１５μｍの膜厚で
成長させる。
窒化物半導体層を形成後に、シランガスとジメチルアミ
ンを止め、１０５０℃で同様にしてアンドープＧａＮよ
りなる第３の窒化物半導体層５を０．１５μｍの膜厚で
成長させる。
【００３２】（活性層６）次に、温度を８００℃にし
て、キャリアガスを窒素に切り替え、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いアンドー
プＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を３０オングストロームの膜厚
で成長させて単一量子井戸構造を有する活性層６を成長
させる。
て、キャリアガスを窒素に切り替え、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いアンドー
プＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を３０オングストロームの膜厚
で成長させて単一量子井戸構造を有する活性層６を成長
させる。
【００３３】（ｐ側クラッド層７）次に、温度を１０５
０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを
１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側クラッド層７を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y
＜１）を成長させることが望ましく、結晶性の良い層を
成長させるためにはY値が０．３以下のＡｌYＧａ1-YＮ
層を０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが望まし
い。
０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを
１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎより
なるｐ側クラッド層７を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y
＜１）を成長させることが望ましく、結晶性の良い層を
成長させるためにはY値が０．３以下のＡｌYＧａ1-YＮ
層を０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが望まし
い。
【００３４】（ｐ側コンタクト層８）続いて１０５０℃
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コン
タクト層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層８もＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮとすると結晶欠陥の少ない窒化
物半導体層が得られやすく、またｐ電極材料と好ましい
オーミック接触が得られやすい。
で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１
×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コン
タクト層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層８もＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではな
いが、好ましくはＧａＮとすると結晶欠陥の少ない窒化
物半導体層が得られやすく、またｐ電極材料と好ましい
オーミック接触が得られやすい。
【００３５】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
【００３６】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ側コンタクト層８の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すように第２の窒化物半導体層４の表面を露出
させる。
取り出し、最上層のｐ側コンタクト層８の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すように第２の窒化物半導体層４の表面を露出
させる。
【００３７】エッチング後、最上層にあるｐ側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極９と、そのｐ電極９の上にボ
ンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１０を０．５
μｍの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第２の窒化物半導体層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ
電極１１を形成する。最後にｐ電極９の表面を保護する
ためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜１２を図１に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して３５
０μｍ角のＬＥＤ素子とする。
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極９と、そのｐ電極９の上にボ
ンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１０を０．５
μｍの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第２の窒化物半導体層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ
電極１１を形成する。最後にｐ電極９の表面を保護する
ためにＳｉＯ2よりなる絶縁膜１２を図１に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して３５
０μｍ角のＬＥＤ素子とする。
【００３８】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、サファイア基板上
にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮより
なるｎ側コンタクト層と、単一量子井戸構造のＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ
側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタ
クト層とが順に積層された従来の青色発光ＬＥＤに比較
して、２０ｍＡにおけるＶｆで０．１〜０．２Ｖ、出力
で５％〜１０％向上させることができた。
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、サファイア基板上
にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮより
なるｎ側コンタクト層と、単一量子井戸構造のＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ
側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタ
クト層とが順に積層された従来の青色発光ＬＥＤに比較
して、２０ｍＡにおけるＶｆで０．１〜０．２Ｖ、出力
で５％〜１０％向上させることができた。
【００３９】［実施例２］実施例１において、第３の窒
化物半導体層を形成せずに活性層を形成する他は同様に
してＬＥＤ素子を作製する。得られたＬＥＤは、実施例
に比べやや性能が劣るものの、ほぼ実施例１と同様に良
好であった。
化物半導体層を形成せずに活性層を形成する他は同様に
してＬＥＤ素子を作製する。得られたＬＥＤは、実施例
に比べやや性能が劣るものの、ほぼ実施例１と同様に良
好であった。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、アンドープの第１の窒化物半
導体層を成長させた上に、カーボン又はカーボンとｎ型
不純物とがドープされた第２の窒化物半導体層を成長さ
せると、結晶性よく厚膜でしかも抵抗率の低い層として
成長させることができ、この結晶性の良好な抵抗率の低
い第２の窒化物半導体層にｎ電極を形成すると、発光効
率や出力の向上、Ｖｆやしきい値の低下が可能となる窒
化物半導体発光素子を提供することができる。更に、第
２の窒化物半導体層上に、アンドープの第３の窒化物半
導体を成長させると、第３の窒化物半導体層の上に成長
させる窒化物半導体層のための結晶性の良い下地層とな
り、第２の窒化物半導体層の抵抗率をより低下できて、
キャリア濃度が上がるために、非常に効率の良い窒化物
半導体発光素子を実現することができる。このように本
発明によれば、Ｖｆ、しきい値の低い発光素子が実現で
きるため、素子の発熱量も少なくなり、信頼性が向上し
た素子を提供することができる。
導体層を成長させた上に、カーボン又はカーボンとｎ型
不純物とがドープされた第２の窒化物半導体層を成長さ
せると、結晶性よく厚膜でしかも抵抗率の低い層として
成長させることができ、この結晶性の良好な抵抗率の低
い第２の窒化物半導体層にｎ電極を形成すると、発光効
率や出力の向上、Ｖｆやしきい値の低下が可能となる窒
化物半導体発光素子を提供することができる。更に、第
２の窒化物半導体層上に、アンドープの第３の窒化物半
導体を成長させると、第３の窒化物半導体層の上に成長
させる窒化物半導体層のための結晶性の良い下地層とな
り、第２の窒化物半導体層の抵抗率をより低下できて、
キャリア濃度が上がるために、非常に効率の良い窒化物
半導体発光素子を実現することができる。このように本
発明によれば、Ｖｆ、しきい値の低い発光素子が実現で
きるため、素子の発熱量も少なくなり、信頼性が向上し
た素子を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るＬＥＤ素子の構造を示
す模式断面図である。
す模式断面図である。
１・・・基板 ２・・・バッファ層 ３・・・第１の窒化物半導体層 ４・・・第２の窒化物半導体層 ５・・・第３の窒化物半導体層 ６・・・活性層 ７・・・ｐ側クラッド層 ８・・・ｐ側コンタクト層 ９・・・ｐ電極 １０・・・ｐパッド電極 １１・・・ｎ電極
Claims (9)
- 【請求項１】 基板と活性層との間に、基板側から順に
アンドープの第１の窒化物半導体層と、カーボン、又は
カーボンとｎ型不純物とを含有するｎ導電型の第２の窒
化物半導体層とを少なくとも有し、更に前記第２の窒化
物半導体層にｎ電極が形成されてなることを特徴とする
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記窒化物半導体発光素子において、第
２の窒化物半導体層の上に、アンドープの第３の窒化物
半導体層を形成してなることを特徴とする請求項１に記
載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記カーボンが、２×１０17／ｃｍ3以
上含有されていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記ｎ型不純物が、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ
のいずれか一種以上であることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記第２の窒化物半導体層の抵抗率が１
×１０-5Ω・ｃｍ〜０．２Ω・ｃｍであることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項６】 前記第２の窒化物半導体層に、ｎ型不純
物としてＳｉが含有されていることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記カーボンとＳｉが含有されてなる第
２の窒化物半導体層の抵抗率が８×１０-3Ω・ｃｍ未満
であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記基板と前記ｎ導電型の窒化物半導体
層との間に、ｎ導電型の窒化物半導体層よりも低温で成
長されるバッファ層を有することを特徴とする請求項１
〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記第３の窒化物半導体層の膜厚が、
０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２〜８の
いずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11654698A JP3897448B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11654698A JP3897448B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307812A true JPH11307812A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3897448B2 JP3897448B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=14689801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11654698A Expired - Fee Related JP3897448B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3897448B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7319471B2 (en) * | 2001-12-20 | 2008-01-15 | Sony Corporation | Image display apparatus and manufacturing method thereof |
| JP2009123718A (ja) * | 2007-01-16 | 2009-06-04 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体素子及びその製造方法、ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| CN103094442A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-08 | 马鞍山圆融光电科技有限公司 | 一种氮化物发光二极管及其制备方法 |
| JP2014522125A (ja) * | 2011-08-08 | 2014-08-28 | イルジン エルイーディー カンパニー リミテッド | 電流拡散効果に優れる窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-27 JP JP11654698A patent/JP3897448B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7319471B2 (en) * | 2001-12-20 | 2008-01-15 | Sony Corporation | Image display apparatus and manufacturing method thereof |
| US8648888B2 (en) | 2001-12-20 | 2014-02-11 | Sony Corporation | Image display device and method of manufacturing the same |
| JP2009123718A (ja) * | 2007-01-16 | 2009-06-04 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体素子及びその製造方法、ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ |
| JP2014522125A (ja) * | 2011-08-08 | 2014-08-28 | イルジン エルイーディー カンパニー リミテッド | 電流拡散効果に優れる窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| CN103094442A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-08 | 马鞍山圆融光电科技有限公司 | 一种氮化物发光二极管及其制备方法 |
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| JP3897448B2 (ja) | 2007-03-22 |
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