JPWO2014002959A1 - ｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法 - Google Patents
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Abstract
順方向電圧の低減されたｍ面窒化物系ＬＥＤを得ることのできる、ｍ面窒化物系ＬＥＤの新規な製造方法を提供すること。ｍ面窒化物系ＬＥＤの製造方法は、（i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、（ii）前記活性層の上に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップと、（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップと、（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、を有する。
Description
本発明は、窒化物半導体で形成された発光構造を有する窒化物系発光ダイオード（窒化物系ＬＥＤ）に関する。窒化物半導体は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体などとも呼ばれ、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎなどの一般式で表される化合物半導体であり、六方晶系に属する結晶構造を取ることが知られている。典型的な窒化物系ＬＥＤはダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を備え、その活性層はＩｎＧａＮ井戸層と（Ｉｎ）ＧａＮ障壁層とが交互積層された多層膜構造を有する多重量子井戸層である。
量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）が誘起されないように、非極性基板であるｍ面ＧａＮ基板（１０°程度までのオフ角が付与されることがある）を用いてｎ型層、活性層およびｐ型層を六方晶のｍ軸方向に積層してダブルヘテロｐｎ接合構造を形成した、ｍ面窒化物系ＬＥＤの研究開発が行われている（非特許文献１）。
発光効率を改善するために、活性層の上に形成するｐ型窒化物半導体層の成長温度を９００℃未満とすることで、活性層が受ける熱ダメージの低減を図ることを要旨とする、ｍ面窒化物系ＬＥＤの製造方法が提案されている（特許文献３）。
ｃ面サファイア基板を用いた窒化物系ＬＥＤの実用化の過程では、順方向電圧を低減する目的のために、コンタクト層（その表面にオーミック電極が形成される窒化物半導体層）を含むｐ型層の結晶組成、添加する不純物の種類および濃度、層厚などの最適化が検討されている（特許文献１）。
窒化物半導体に添加したＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）などのｐ型不純物を活性化させるためのポストアニール処理（ウェハをエピタキシャル成長炉から取出した後、ＲＴＡ装置などを用いて行うアニール処理）を省略して、窒化物系ＬＥＤの製造を効率化する試みが以前より行われている。この目的に関連して、窒化物系ＬＥＤのｐ型層（エピタキシャル成長工程の最後に形成される）の成長完了直後から基板温度を４００℃以下まで降下させる間の基板温度や成長炉内雰囲気の制御に関する様々な考案がなされている（特許文献２）。
Mathew C. Schmidt et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 7, 2007, pp. L126-L128
ＬＥＤを用いた照明装置や表示装置の消費電力を低減するうえで、ＬＥＤの順方向電圧（＝動作電圧）を低くすることは重要である。近い将来において白熱電球や蛍光ランプの殆どがＬＥＤ照明に置き換えられることが予想されるが、そうなった場合に、ひとつひとつのＬＥＤの順方向電圧のたった０．１Ｖの違いが社会全体の電力消費量に与える影響は小さくない。
また、特にＧａＮ基板上に発光構造を形成した窒化物系ＬＥＤでは、結晶欠陥が少なく耐熱性が高いことから、ひとつのＬＥＤチップに大きな電流を印加する使い方が可能となる。ＬＥＤに印加される電流が大きくなる程、その順方向電圧の僅かな違いで発熱量が大きく変化することから、順方向電圧の低下はより重要な課題となる。発熱量が低減されればＬＥＤの冷却に必要なヒートシンクの容量を小さくすることができるので、当該ＬＥＤを用いた装置の設計の自由度が高くなる。
また、特にＧａＮ基板上に発光構造を形成した窒化物系ＬＥＤでは、結晶欠陥が少なく耐熱性が高いことから、ひとつのＬＥＤチップに大きな電流を印加する使い方が可能となる。ＬＥＤに印加される電流が大きくなる程、その順方向電圧の僅かな違いで発熱量が大きく変化することから、順方向電圧の低下はより重要な課題となる。発熱量が低減されればＬＥＤの冷却に必要なヒートシンクの容量を小さくすることができるので、当該ＬＥＤを用いた装置の設計の自由度が高くなる。
しかし、これまでのところ、順方向電圧の低減を目的としたｐ型層の最適化は、主としてｃ面窒化物系ＬＥＤにおいて検討されているに過ぎない。ｍ面窒化物系ＬＥＤにおける同種の検討は未だ十分にはなされていない。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、順方向電圧の低減されたｍ面窒化系ＬＥＤを得ることのできる、ｍ面窒化物系ＬＥＤの新規な製造方法を提供することを主たる目的とする。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、順方向電圧の低減されたｍ面窒化系ＬＥＤを得ることのできる、ｍ面窒化物系ＬＥＤの新規な製造方法を提供することを主たる目的とする。
本発明の実施形態には、次に掲げるｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法が含まれる。
（１）（i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、（ii）前記活性層の上に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップと、（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップと、（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、を有するｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法。
（２）前記コンタクト層の厚さを２０ｎｍ以下とする、前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記ＡｌＧａＮ層を形成する前に、前記活性層の上に前記ＡｌＧａＮ層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体からなる厚さ５０ｎｍ以下の電子ブロック層を形成するステップを有する、前記（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）前記ＡｌＧａＮ層がＡｌｘＧａ１−ｘＮ（0.01≦ｘ≦0.05）からなる、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記活性層が井戸層および障壁層を含み、前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーが該井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きい、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記電極が導電性酸化物を含む、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記導電性酸化物がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を含む、前記（６）に記載の製造方法。
（８）前記活性層がＩｎＧａＮ井戸層および障壁層を含み、該ＩｎＧａＮ井戸層の厚さが６〜１２ｎｍである、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
（９）前記コンタクト層の成長速度を２〜３ｎｍ／ｍｉｎとする、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。
（１０）前記コンタクト層を成長させるときのＮＨ３／ＴＭＧ比が４００００〜５００００である、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の製造方法。
（１１）前記（ii）および（iii）のステップを同一のＭＯＶＰＥ成長炉内において行うとともに、前記（ii）のステップの終了から前記（iii）のステップの開始までの間に前記ＡｌＧａＮ層を該ＭＯＶＰＥ成長炉から取り出さない、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の製造方法。
（１２）前記（iii）のステップの終了から前記（iv）のステップの開始まで間に前記ＡｌＧａＮ層および前記コンタクト層のポストアニール処理を行わない、前記（１１）に記載の製造方法。
（１）（i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、（ii）前記活性層の上に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップと、（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップと、（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、を有するｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法。
（２）前記コンタクト層の厚さを２０ｎｍ以下とする、前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記ＡｌＧａＮ層を形成する前に、前記活性層の上に前記ＡｌＧａＮ層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体からなる厚さ５０ｎｍ以下の電子ブロック層を形成するステップを有する、前記（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）前記ＡｌＧａＮ層がＡｌｘＧａ１−ｘＮ（0.01≦ｘ≦0.05）からなる、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記活性層が井戸層および障壁層を含み、前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーが該井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きい、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記電極が導電性酸化物を含む、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記導電性酸化物がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を含む、前記（６）に記載の製造方法。
（８）前記活性層がＩｎＧａＮ井戸層および障壁層を含み、該ＩｎＧａＮ井戸層の厚さが６〜１２ｎｍである、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
（９）前記コンタクト層の成長速度を２〜３ｎｍ／ｍｉｎとする、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。
（１０）前記コンタクト層を成長させるときのＮＨ３／ＴＭＧ比が４００００〜５００００である、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の製造方法。
（１１）前記（ii）および（iii）のステップを同一のＭＯＶＰＥ成長炉内において行うとともに、前記（ii）のステップの終了から前記（iii）のステップの開始までの間に前記ＡｌＧａＮ層を該ＭＯＶＰＥ成長炉から取り出さない、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の製造方法。
（１２）前記（iii）のステップの終了から前記（iv）のステップの開始まで間に前記ＡｌＧａＮ層および前記コンタクト層のポストアニール処理を行わない、前記（１１）に記載の製造方法。
前記（１）にいう、その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内である窒化物半導体層とは、その表面が平坦面である場合には、該平坦面がｍ面との間でなす角度が１０度以内である窒化物半導体層のことである。１０度以内のオフ角付きｍ面ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層においては、通常、その厚さ方向とｍ軸とがなす角度は１０度以内となる。
本発明の実施形態に係る上記の製造方法を用いることにより、順方向電圧の低減されたｍ面窒化物系発光ダイオードを得ることができる。
本明細書において、ＩｎＧａＮはＩｎＮとＧａＮの混晶を、ＡｌＧａＮはＡｌＮとＧａＮの混晶を、また、ＩｎＡｌＧａＮはＩｎＮとＡｌＮとＧａＮの混晶を、それぞれ意味するものとする。
本明細書において、オフ角付きのｍ面ＧａＮ基板に言及する場合がある。図１１を用いて説明すると、ｍ面ＧａＮ基板のオフ角とは、当該基板の成長主面（エピタキシャル成長に用いる主面）の法線ベクトルと［１０−１０］とがなす角度φである。また、ｍ面ＧａＮ基板の＋ｃ方向へのオフ角φｃとは、成長主面の法線ベクトルのａ面（［１１−２０］と直交する面）に対する射影と、［１０−１０］とがなす角度φｃである。該射影が［０００１］成分（＋ｃ成分）を有しているときφｃの符号は正であり、反対に、該射影が［０００−１］成分（−ｃ成分）を有しているときφｃの符号は負である。
本明細書において、オフ角付きのｍ面ＧａＮ基板に言及する場合がある。図１１を用いて説明すると、ｍ面ＧａＮ基板のオフ角とは、当該基板の成長主面（エピタキシャル成長に用いる主面）の法線ベクトルと［１０−１０］とがなす角度φである。また、ｍ面ＧａＮ基板の＋ｃ方向へのオフ角φｃとは、成長主面の法線ベクトルのａ面（［１１−２０］と直交する面）に対する射影と、［１０−１０］とがなす角度φｃである。該射影が［０００１］成分（＋ｃ成分）を有しているときφｃの符号は正であり、反対に、該射影が［０００−１］成分（−ｃ成分）を有しているときφｃの符号は負である。
本発明の好適な実施形態に係るｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法は、次の４つのステップを含む：
（i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上方に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップ；
（ii）前記活性層の上方に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップ；
（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップ；および
（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップ。
（i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上方に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップ；
（ii）前記活性層の上方に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップ；
（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップ；および
（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップ。
この製造方法により得られるｍ面窒化物系発光ダイオードの構造の一例を図１２に示す。図１２は断面図であり、ｍ面窒化物系発光ダイオード１００は、ｍ面ＧａＮ基板１１０上に成長した複数の窒化物半導体層からなる積層構造を有している。該積層構造は、ｍ面ＧａＮ基板１１０側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１２０、活性層１３０、ＡｌＧａＮ電子ブロック層１４０、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５０、ＩｎＧａＮコンタクト層１６０を含んでいる。
ｍ面ＧａＮ基板はジャスト基板であってもよいし、オフ角が付与されたものであってもよい。オフ角は通常１０度以内、好ましくは６度以内である。窒化物半導体層１２０〜１６０のそれぞれの厚さ方向が、各層を構成するＧａＮ系半導体結晶のｍ軸との間でなす角度は、ｍ面ＧａＮ基板１１０のオフ角に等しい。
ｍ面ＧａＮ基板はジャスト基板であってもよいし、オフ角が付与されたものであってもよい。オフ角は通常１０度以内、好ましくは６度以内である。窒化物半導体層１２０〜１６０のそれぞれの厚さ方向が、各層を構成するＧａＮ系半導体結晶のｍ軸との間でなす角度は、ｍ面ＧａＮ基板１１０のオフ角に等しい。
ｎ型ＧａＮコンタクト層１２０は、Ｓｉ、Ｇｅのようなｎ型不純物でドープされている。その厚さは例えば１〜６μｍ、好ましくは２〜４μｍであり、ｎ型不純物濃度は例えば２×１０１８〜２×１０１９ｃｍ−３、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下である。ｎ型ＧａＮコンタクト層１２０の一部露出した表面にはｎ電極Ｅ１１０が形成されている。
活性層１３０は、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなる単層であってもよいが、好ましくは、障壁層と井戸層とが交互に積層された構造を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層である。井戸層は好ましくはＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのような、Ｉｎを含む窒化物半導体で形成される。井戸層の厚さは例えば２〜１５ｎｍ、好ましくは６〜１２ｎｍ、特に好ましくは８〜１０ｎｍである。障壁層は井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体で形成され、その厚さは例えば２〜３０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍである。
活性層１３０は、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなる単層であってもよいが、好ましくは、障壁層と井戸層とが交互に積層された構造を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層である。井戸層は好ましくはＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのような、Ｉｎを含む窒化物半導体で形成される。井戸層の厚さは例えば２〜１５ｎｍ、好ましくは６〜１２ｎｍ、特に好ましくは８〜１０ｎｍである。障壁層は井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体で形成され、その厚さは例えば２〜３０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍである。
ＡｌＧａＮ電子ブロック層１４０は、活性層１３０とｐ型ＡｌＧａＮ層１５０のいずれに対してもより大きなバンドギャップエネルギーを有するＡｌｙＧａ１−ｙＮ（好ましくは０．０８≦ｙ≦０.２）で形成される。膜厚は例えば１０〜２００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。ＡｌＧａＮ電子ブロック層１４０はＭｇ、Ｚｎのようなｐ型不純物でドープすることができ、その濃度は例えば１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３とされる。ＡｌＧａＮ電子ブロック層１４０を省略して、活性層１３０の直上にｐ型ＡｌＧａＮ層１５０を設けることが可能である。
ｐ型ＡｌＧａＮ層１５０はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（好ましくは０．０１≦ｘ≦０．０５）で形成され、Ｍｇ、Ｚｎのようなｐ型不純物でドープされる。ｐ型不純物の濃度は例えば１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３である。膜厚は例えば４０〜２００ｎｍとされる。
ＩｎＧａＮコンタクト層１６０の膜厚は例えば１〜２０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下である。この層を構成するＩｎＧａＮの組成は、好ましくは、そのバンドギャップエネルギーが活性層１３０のバンドギャップエネルギー（活性層がＭＱＷの場合には、井戸層のバンドギャップエネルギー）よりも大きくなるように定められる。
ＩｎＧａＮコンタクト層１６０の膜厚は例えば１〜２０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下である。この層を構成するＩｎＧａＮの組成は、好ましくは、そのバンドギャップエネルギーが活性層１３０のバンドギャップエネルギー（活性層がＭＱＷの場合には、井戸層のバンドギャップエネルギー）よりも大きくなるように定められる。
同じＭＯＣＶＤ炉内でｐ型ＡｌＧａＮ層１５０に続けてＩｎＧａＮコンタクト層１６０を成長させる場合、炉内に外部からｐ型不純物原料を供給しなくても、ＩｎＧａＮコンタクト層１６０がｐ型不純物でドープされる可能性がある。なぜなら、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムのようなｐ型不純物原料は炉内に残留し易いからである。
ＩｎＧａＮコンタクト層１６０の上面には、オーミック電極として、ＩＴＯのような導電性酸化物からなる透光性電極Ｅ１２０が形成されており、その透光性電極Ｅ１２０上の一部にはメタル製のｐ電極Ｅ１３０が形成されている。
ＩｎＧａＮコンタクト層１６０の上面には、オーミック電極として、ＩＴＯのような導電性酸化物からなる透光性電極Ｅ１２０が形成されており、その透光性電極Ｅ１２０上の一部にはメタル製のｐ電極Ｅ１３０が形成されている。
窒化物系発光ダイオード１００において、ｍ面ＧａＮ基板１１０とｎ型ＧａＮコンタクト層１２０とが隣接していることは必須ではなく、任意の組成、膜厚、層構成を備えた窒化物半導体層をこれらの間に介在させることができる。ｎ型ＧａＮコンタクト層１２０と活性層１３０との間、および、活性層１３０とｐ型ＡｌＧａＮ層１５０との間についても同様である。
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。ただし、これらの実験で用いられた方法やサンプルの構造によって、本発明は何らの限定を受けるものではない。
＜実験１−１＞
図１は、実験１−１で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤを上面側から見たところを示しており、図１（ａ）は模式図、図１（ｂ）は光学顕微鏡像である。
このｍ面窒化物系ＬＥＤが備えるエピタキシャル層構造を模式的に示したものが図２である。
図２に示すように、このｍ面窒化物系ＬＥＤは、ｍ面ＧａＮ基板１上に、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８（ｐ型コンタクト層）を、該基板１側からこの順に含むエピタキシャル層構造を有している。
図１は、実験１−１で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤを上面側から見たところを示しており、図１（ａ）は模式図、図１（ｂ）は光学顕微鏡像である。
このｍ面窒化物系ＬＥＤが備えるエピタキシャル層構造を模式的に示したものが図２である。
図２に示すように、このｍ面窒化物系ＬＥＤは、ｍ面ＧａＮ基板１上に、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８（ｐ型コンタクト層）を、該基板１側からこの順に含むエピタキシャル層構造を有している。
かかるエピタキシャル層構造を備えるｍ面窒化物系ＬＥＤを、次の手順に従い作製した。
（エピタキシャル成長）
まず、縦×横×厚さが８ｍｍ×２０ｍｍ×３３０μｍのｍ面ＧａＮ基板を準備した。この基板はキャリア濃度が６．８×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角は−０．２１°であった。
上記準備したｍ面ＧａＮ基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８を順次エピタキシャル成長させた。
（エピタキシャル成長）
まず、縦×横×厚さが８ｍｍ×２０ｍｍ×３３０μｍのｍ面ＧａＮ基板を準備した。この基板はキャリア濃度が６．８×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角は−０．２１°であった。
上記準備したｍ面ＧａＮ基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８を順次エピタキシャル成長させた。
アンドープＧａＮ層２は原料にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニアを用いて、０．０１μｍの厚さに成長させた。
ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約７×１０１８ｃｍ−３、かつ、２．０μｍの厚さに成長させた。
アンドープＧａＮ中間層４は、原料にＴＭＧ、アンモニアを用いて１８０ｎｍの厚さに成長させた。
ＧａＮ：Ｓｉ中間層５は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約５×１０１８ｃｍ−３、かつ、２０ｎｍの厚さに成長させた。
ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約７×１０１８ｃｍ−３、かつ、２．０μｍの厚さに成長させた。
アンドープＧａＮ中間層４は、原料にＴＭＧ、アンモニアを用いて１８０ｎｍの厚さに成長させた。
ＧａＮ：Ｓｉ中間層５は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約５×１０１８ｃｍ−３、かつ、２０ｎｍの厚さに成長させた。
多重量子井戸活性層６は、原料にＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いて、最下層および最上層が障壁層となるように、４層のＩｎＧａＮ障壁層と、３層のＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させることにより形成した。
井戸層厚は３．６ｎｍ、障壁層厚は１８ｎｍとした。多重量子井戸活性層６には不純物を添加しなかった。
井戸層厚は３．６ｎｍ、障壁層厚は１８ｎｍとした。多重量子井戸活性層６には不純物を添加しなかった。
第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７は、原料にＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、１６０ｎｍの厚さに成長させた。ＴＭＧとＴＭＡの流量は、結晶組成がＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎとなるように調節した。
第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８は、原料にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、４０ｎｍの厚さに成長させた。ＴＭＧとＴＭＡの流量は、結晶組成がＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎとなるように調節した。
第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８は、原料にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、４０ｎｍの厚さに成長させた。ＴＭＧとＴＭＡの流量は、結晶組成がＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎとなるように調節した。
第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長時、成長炉内へのアンモニア供給レートは１０ＳＬＭ、基板温度は１０７０℃とした。この第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長が完了したら、直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を０．０５ＳＬＭに減らした。更に、基板温度が９７０℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止し、その後は基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内には窒素ガスのみを供給した。
下記表１に、各層を成長させた際のキャリアガス、基板温度、ＮＨ３／ＴＭＧ比、III族原料の供給レート、成長時間をまとめて示す。なお、ＮＨ３／ＴＭＧ比は成長炉内に供給するＮＨ３（アンモニア）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）のモル比を意味している。
（ｐ側電極の形成）
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面（第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の表面）に、透光性オーミック電極として厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後、ＩＴＯ膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ＩＴＯ膜に接する側からＴｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面（第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の表面）に、透光性オーミック電極として厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後、ＩＴＯ膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ＩＴＯ膜に接する側からＴｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
（ｎ側電極の形成）
エピタキシャル層の表面側からＲＩＥ加工を行うことにより部分的に露出させたＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３の表面に、メタル製のｎ側電極を形成した。このｎ側電極は、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層に接する側からＡｌ（厚さ５００ｎｍ）、Ｔｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。ｎ側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
ｎ側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面（メタル製の電極表面を除く）を、ＳｉＯ２からなる絶縁保護膜で被覆した。
最後に、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、３５０μｍ角のｍ面窒化物系ＬＥＤチップを得た。
エピタキシャル層の表面側からＲＩＥ加工を行うことにより部分的に露出させたＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３の表面に、メタル製のｎ側電極を形成した。このｎ側電極は、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層に接する側からＡｌ（厚さ５００ｎｍ）、Ｔｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。ｎ側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
ｎ側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面（メタル製の電極表面を除く）を、ＳｉＯ２からなる絶縁保護膜で被覆した。
最後に、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、３５０μｍ角のｍ面窒化物系ＬＥＤチップを得た。
（評価）
上記手順により得たｍ面窒化物系ＬＥＤチップに順方向電流２０ｍＡを印加したときの順方向電圧（Ｖｆ）を測定したところ３．６Ｖであった。測定に際して、ＬＥＤチップへの電流供給は、ｐ側およびｎ側のメタル製電極のそれぞれに接続したＡｕワイヤを通して行った。
上記手順により得たｍ面窒化物系ＬＥＤチップに順方向電流２０ｍＡを印加したときの順方向電圧（Ｖｆ）を測定したところ３．６Ｖであった。測定に際して、ＬＥＤチップへの電流供給は、ｐ側およびｎ側のメタル製電極のそれぞれに接続したＡｕワイヤを通して行った。
＜実験１−２＞
実験１−２で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤが備えるエピタキシャル層構造を、図３に模式的に示す。実験１−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと異なるのは、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の上に、更にＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させたことである。
実験１−２では、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長が完了したら直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を０．０５ＳＬＭに減らし、更に、基板温度が９７０℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。ここまでは実験１−１と同様であるが、異なるのはその後である。
実験１−２で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤが備えるエピタキシャル層構造を、図３に模式的に示す。実験１−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと異なるのは、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の上に、更にＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させたことである。
実験１−２では、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長が完了したら直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を０．０５ＳＬＭに減らし、更に、基板温度が９７０℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。ここまでは実験１−１と同様であるが、異なるのはその後である。
実験１−２では、基板温度が８２０℃まで下がった時点で基板加熱を再開し、原料にＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ＭｇでドープされたＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させた。
ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長条件は表２に示す通りである（表２には、他の実験におけるＩｎＧａＮコンタクト層９の成長条件も併せて示している）。この成長条件は多重量子井戸活性層６に含まれる障壁層の成長条件と略同じであり、従って、ＩｎＧａＮコンタクト層９の厚さは、凡そ、該障壁層の厚さに〔（ＩｎＧａＮコンタクト層の成長時間）／（障壁層の成長時間）〕を乗じた値となる。実験１−２の場合には５ｎｍである。
ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長条件は表２に示す通りである（表２には、他の実験におけるＩｎＧａＮコンタクト層９の成長条件も併せて示している）。この成長条件は多重量子井戸活性層６に含まれる障壁層の成長条件と略同じであり、従って、ＩｎＧａＮコンタクト層９の厚さは、凡そ、該障壁層の厚さに〔（ＩｎＧａＮコンタクト層の成長時間）／（障壁層の成長時間）〕を乗じた値となる。実験１−２の場合には５ｎｍである。
ＩｎＧａＮコンタクト層成長時のＮＨ３／ＴＭＧ比として４４０００という値を採用した理由は次の通りである。
まず、ＮＨ３／ＴＭＧ比は、低くし過ぎると成長中のＩｎＧａＮ結晶表面からのＩｎの再蒸発量が多くなる結果、得られるＩｎＧａＮコンタクト層とオーミック電極との接触抵抗が大きくなると予測される。これを防ぐために、ＮＨ３／ＴＭＧ比は最低でも１００００とすべきであり、好ましくは２５０００以上、特に３５０００以上である。
一方、ＮＨ３供給レートを高くし過ぎると成長炉内のガス流が不安定となり結晶成長の制御が難しくなることから、ＮＨ３の供給レートを上げてＮＨ３／ＴＭＧ比を高くすることには限界がある。この限界を超えてＮＨ３／ＴＭＧ比を高くするには、ＴＭＧの供給レートを低減すればよいのであるが、ここで注意すべきは、ＴＭＧ供給レートの低減には結晶成長速度の低下が伴うことである。とりわけｍ面上では、成長速度の低下に伴い、雰囲気中から結晶中に取り込まれる酸素の量が多くなる傾向が強い。ｐ層においては、結晶中に取り込まれた酸素はｐ型キャリア濃度を低下させる働きをするので、高いキャリア濃度が必要なｐ型コンタクト層の成長において、このような酸素の取り込みは有害である。また、ＩｎとＧａを含む窒化物半導体結晶では、成長速度が低くなるに従い、Ｇａが優先的に結晶中に取り込まれるようになり、Ｉｎが取り込まれ難くなるという問題もある。これらの問題を避けるために、ＩｎとＧａを含む窒化物系半導体結晶の成長速度は２〜３ｎｍ／ｍｉｎとすることが望ましい。
一般的なＭＯＶＰＥ装置の場合には、上記結晶成長速度を確保しつつ、成長炉内のガス流を不安定化させない範囲でＮＨ３供給レートを高くすることにより達成できるＮＨ３／ＴＭＧ比は４００００〜５００００となる。
まず、ＮＨ３／ＴＭＧ比は、低くし過ぎると成長中のＩｎＧａＮ結晶表面からのＩｎの再蒸発量が多くなる結果、得られるＩｎＧａＮコンタクト層とオーミック電極との接触抵抗が大きくなると予測される。これを防ぐために、ＮＨ３／ＴＭＧ比は最低でも１００００とすべきであり、好ましくは２５０００以上、特に３５０００以上である。
一方、ＮＨ３供給レートを高くし過ぎると成長炉内のガス流が不安定となり結晶成長の制御が難しくなることから、ＮＨ３の供給レートを上げてＮＨ３／ＴＭＧ比を高くすることには限界がある。この限界を超えてＮＨ３／ＴＭＧ比を高くするには、ＴＭＧの供給レートを低減すればよいのであるが、ここで注意すべきは、ＴＭＧ供給レートの低減には結晶成長速度の低下が伴うことである。とりわけｍ面上では、成長速度の低下に伴い、雰囲気中から結晶中に取り込まれる酸素の量が多くなる傾向が強い。ｐ層においては、結晶中に取り込まれた酸素はｐ型キャリア濃度を低下させる働きをするので、高いキャリア濃度が必要なｐ型コンタクト層の成長において、このような酸素の取り込みは有害である。また、ＩｎとＧａを含む窒化物半導体結晶では、成長速度が低くなるに従い、Ｇａが優先的に結晶中に取り込まれるようになり、Ｉｎが取り込まれ難くなるという問題もある。これらの問題を避けるために、ＩｎとＧａを含む窒化物系半導体結晶の成長速度は２〜３ｎｍ／ｍｉｎとすることが望ましい。
一般的なＭＯＶＰＥ装置の場合には、上記結晶成長速度を確保しつつ、成長炉内のガス流を不安定化させない範囲でＮＨ３供給レートを高くすることにより達成できるＮＨ３／ＴＭＧ比は４００００〜５００００となる。
ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後は、直ちに基板加熱とアンモニアの供給を停止し、成長炉内に窒素ガスのみを供給しながら基板温度を５００℃以下まで低下させた。
実験１−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと共通するエピタキシャル層については、実験１−１と同じ条件で成長させた（成長時間も同じとした）。
電極等の構造も、ｐ側電極をＩｎＧａＮコンタクト層９の表面に形成したことを除き、実験１−１と同じとした。
得られた窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧を実験１−１と同様にして測定したところ、３．５Ｖであった。
実験１−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと共通するエピタキシャル層については、実験１−１と同じ条件で成長させた（成長時間も同じとした）。
電極等の構造も、ｐ側電極をＩｎＧａＮコンタクト層９の表面に形成したことを除き、実験１−１と同じとした。
得られた窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧を実験１−１と同様にして測定したところ、３．５Ｖであった。
＜実験１−３＞
次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長完了直後からＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させるまでの間、成長炉内にアンモニアを流量１４ＳＬＭで供給し続けた。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量５ＳＬＭで供給した。
この実験１−３で得られた窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長完了直後からＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させるまでの間、成長炉内にアンモニアを流量１４ＳＬＭで供給し続けた。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量５ＳＬＭで供給した。
この実験１−３で得られた窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
＜実験２−１＞
キャリア濃度が１．６×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．２３°のｍ面ＧａＮ基板１を用いたこと以外は、実験１−２と同様にしてｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
この実験２−１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．５Ｖであった。
キャリア濃度が１．６×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．２３°のｍ面ＧａＮ基板１を用いたこと以外は、実験１−２と同様にしてｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
この実験２−１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．５Ｖであった。
＜実験２−２＞
次の点を除き実験２−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタンクト層９の成長時間を、実験２−１の２倍の２５０秒とした（１０ｎｍに相当）。
この実験２−２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
また、実験２−２のｍ面窒化物系ＬＥＤチップの光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、９８％であった。
次の点を除き実験２−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタンクト層９の成長時間を、実験２−１の２倍の２５０秒とした（１０ｎｍに相当）。
この実験２−２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
また、実験２−２のｍ面窒化物系ＬＥＤチップの光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、９８％であった。
＜実験２−３＞
次の点を除き実験２−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタンクト層９の成長時間を、実験２−１の４倍の５００秒とした（２０ｎｍに相当）。
この実験２−３で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
また、実験２−３のｍ面窒化物系ＬＥＤチップの光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、８７％であった。
次の点を除き実験２−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタンクト層９の成長時間を、実験２−１の４倍の５００秒とした（２０ｎｍに相当）。
この実験２−３で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
また、実験２−３のｍ面窒化物系ＬＥＤチップの光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、８７％であった。
＜実験３−１＞
次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が２．２×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が０．０１°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・多重量子井戸活性層６の井戸層数を６とした。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７の成長温度を９６０℃、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長温度を１０００℃とした。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長時間を２５秒とした（厚さ１ｎｍに相当）。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量９ＳＬＭで供給した。
・チップサイズを５００μｍ×５００μｍとし、それに伴い電極のパターンを変更した。
図４は、実験３−１で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤを上面側から見たところを示しており、図４（ａ）は模式図、図４（ｂ）は光学顕微鏡像である。
この実験３−１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が２．２×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が０．０１°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・多重量子井戸活性層６の井戸層数を６とした。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７の成長温度を９６０℃、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長温度を１０００℃とした。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長時間を２５秒とした（厚さ１ｎｍに相当）。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに基板加熱を停止するとともに、基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内にアンモニアを流量９ＳＬＭで供給した。
・チップサイズを５００μｍ×５００μｍとし、それに伴い電極のパターンを変更した。
図４は、実験３−１で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤを上面側から見たところを示しており、図４（ａ）は模式図、図４（ｂ）は光学顕微鏡像である。
この実験３−１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
＜実験３−２＞
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させる際に、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉内に供給しなかった。
この実験３−２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させる際に、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉内に供給しなかった。
この実験３−２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
＜実験３−３＞
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させる際の、成長炉内へのＴＭＩ供給レートを実験例３−１の４倍の４６．８μｍｏｌ／ｍｉｎに増やした。
この実験３−３で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させる際の、成長炉内へのＴＭＩ供給レートを実験例３−１の４倍の４６．８μｍｏｌ／ｍｉｎに増やした。
この実験３−３で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．４Ｖであった。
＜実験３−４＞
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７の成長温度を９９０℃、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長温度を１０３０℃とした。
この実験３−４で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．５Ｖであった。
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７の成長温度を９９０℃、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長温度を１０３０℃とした。
この実験３−４で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．５Ｖであった。
＜実験３−５＞
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８に代えて、ＩｎＡｌＧａＮ：Ｍｇ層を同じ成長温度で同じ厚さに成長させた。
このＩｎＡｌＧａＮ：Ｍｇ層は、Ｈ２とＮ２の混合ガスをキャリアガスに用い、基板温度９９７℃で成長させた。成長中のＮＨ３／ＴＭＧ比は５４００、III族原料の供給レートは８２．３μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＧ）、２．４６μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＡ）および４６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＩ）とし、成長時間は５．５７分とした。
この実験３−５で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．３Ｖと低かったが、その光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、僅か１２％であった。
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８に代えて、ＩｎＡｌＧａＮ：Ｍｇ層を同じ成長温度で同じ厚さに成長させた。
このＩｎＡｌＧａＮ：Ｍｇ層は、Ｈ２とＮ２の混合ガスをキャリアガスに用い、基板温度９９７℃で成長させた。成長中のＮＨ３／ＴＭＧ比は５４００、III族原料の供給レートは８２．３μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＧ）、２．４６μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＡ）および４６．９μｍｏｌ／ｍｉｎ（ＴＭＩ）とし、成長時間は５．５７分とした。
この実験３−５で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は３．３Ｖと低かったが、その光出力（２０ｍＡ印加時）を実験２−１のそれと比較すると、僅か１２％であった。
＜実験３−６＞
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が２．２×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．０５°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・実験３−１ではＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させたタイミングに、本実験３−６では成長炉内にＴＭＩ、ＴＭＧおよびＣｐ２Ｍｇを供給しなかった（アンモニアおよびキャリアガスは実験３−１と同様に供給した）。
この実験３−６で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．２Ｖであった。
次の点を除き実験３−１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が２．２×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．０５°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・実験３−１ではＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させたタイミングに、本実験３−６では成長炉内にＴＭＩ、ＴＭＧおよびＣｐ２Ｍｇを供給しなかった（アンモニアおよびキャリアガスは実験３−１と同様に供給した）。
この実験３−６で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．２Ｖであった。
＜考察＞
上記の各実験で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧を表３にまとめて示す。
上記の各実験で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧を表３にまとめて示す。
上記の実験から次のことが判明した。
・実験１−１の結果と実験１−２〜１−３の結果との比較、ならびに、実験３−６の結果と実験３−１〜３−４の結果との比較から、ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層上にＩｎＧａＮからなるｐ型コンタクト層を設けることは、ｍ面窒化物系ＬＥＤの順方向電圧の低減に有用であると考えられる。
・特に、実験３−６の結果と実験３−１〜３−４の結果との比較から、厚さ１ｎｍ程度のＩｎＧａＮコンタクト層が順方向電圧の低減に寄与し得ることが判る。
・実験２−１〜２−３の結果は、ｍ面窒化物系ＬＥＤの光出力が、厚過ぎるＩｎＧａＮコンタクト層により悪影響を受けることを示唆している。
・実験１−１の結果と実験１−２〜１−３の結果との比較、ならびに、実験３−６の結果と実験３−１〜３−４の結果との比較から、ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層上にＩｎＧａＮからなるｐ型コンタクト層を設けることは、ｍ面窒化物系ＬＥＤの順方向電圧の低減に有用であると考えられる。
・特に、実験３−６の結果と実験３−１〜３−４の結果との比較から、厚さ１ｎｍ程度のＩｎＧａＮコンタクト層が順方向電圧の低減に寄与し得ることが判る。
・実験２−１〜２−３の結果は、ｍ面窒化物系ＬＥＤの光出力が、厚過ぎるＩｎＧａＮコンタクト層により悪影響を受けることを示唆している。
＜参考実験１＞
参考実験１および次に記す参考実験２では、ＩｎＧａＮコンタクト層の成長後に、基板温度を一定温度に保持するステップを追加した。
参考実験１では、次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が６．８×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．０８°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに成長炉内へのアンモニア供給を停止するとともに、基板温度を８２０℃に保ったまま窒素ガスを流量５ＳＬＭで成長炉内に供給しながら１０分間保持した。保持後は、基板加熱を停止して、成長炉内に窒素ガスのみを供給しながら基板温度を５００℃以下となるまで低下させた。
この参考実験１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．０Ｖであった。
参考実験１および次に記す参考実験２では、ＩｎＧａＮコンタクト層の成長後に、基板温度を一定温度に保持するステップを追加した。
参考実験１では、次の点を除き実験１−２と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・キャリア濃度が６．８×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が−０．０８°のｍ面ＧａＮ基板１を用いた。
・ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長完了後、直ちに成長炉内へのアンモニア供給を停止するとともに、基板温度を８２０℃に保ったまま窒素ガスを流量５ＳＬＭで成長炉内に供給しながら１０分間保持した。保持後は、基板加熱を停止して、成長炉内に窒素ガスのみを供給しながら基板温度を５００℃以下となるまで低下させた。
この参考実験１で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．０Ｖであった。
＜参考実験２＞
次の点を除き上記参考実験１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長完了後も、ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長開始まで成長炉内にＣｐ２Ｍｇを１．２μｍｏｌ／ｍｉｎで供給し続けた。
この参考実験２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．３Ｖであった。
これら参考実験１および２の結果から、ＩｎＧａＮコンタクト層の形成後は速やかに基板温度を下げることが、順方向電圧を低減するうえで好ましいと考えられる。
次の点を除き上記参考実験１と同様にして、ｍ面窒化物系ＬＥＤチップの作製と、その順方向電圧の測定を行った。
・第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８の成長完了後も、ＩｎＧａＮコンタクト層９の成長開始まで成長炉内にＣｐ２Ｍｇを１．２μｍｏｌ／ｍｉｎで供給し続けた。
この参考実験２で得られたｍ面窒化物系ＬＥＤチップの順方向電圧は４．３Ｖであった。
これら参考実験１および２の結果から、ＩｎＧａＮコンタクト層の形成後は速やかに基板温度を下げることが、順方向電圧を低減するうえで好ましいと考えられる。
＜実験４＞
実験４では、コンタクト層を構成する窒化物半導体結晶の組成が異なる３種類のｍ面窒化物系ＬＥＤを試作し、その順方向電圧と光出力を測定した。
作製したｍ面窒化物系ＬＥＤのエピタキシャル層構造は図５に示す通りであり、ｍ面ＧａＮ基板１１上に、アンドープＧａＮ層１２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層１３、アンドープＧａＮ中間層１４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層１５、多重量子井戸活性層１６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１８、コンタクト層１９を、該基板１１側からこの順に有している。
実験４では、コンタクト層を構成する窒化物半導体結晶の組成が異なる３種類のｍ面窒化物系ＬＥＤを試作し、その順方向電圧と光出力を測定した。
作製したｍ面窒化物系ＬＥＤのエピタキシャル層構造は図５に示す通りであり、ｍ面ＧａＮ基板１１上に、アンドープＧａＮ層１２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層１３、アンドープＧａＮ中間層１４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層１５、多重量子井戸活性層１６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１８、コンタクト層１９を、該基板１１側からこの順に有している。
ｍ面ＧａＮ基板１１には、キャリア濃度が２．０〜２．５×１０１７ｃｍ−３で、＋ｃ方向へのオフ角が０．０°のものを用いた。アンドープＧａＮ層１２から第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１８までの各層は、実験１−１の場合と同様に、表１に示す条件にて成長させた。
第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１８の成長が完了した後は、直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を０．０５ＳＬＭに減らし、更に、基板温度が９７０℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。次いで、基板温度が８２０℃まで下がった時点で基板加熱を再開するとともに、III族原料、アンモニアおよびＣｐ２Ｍｇを供給して、Ｍｇでドープしたコンタクト層１９を成長させた。
第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１８の成長が完了した後は、直ちに基板の加熱を停止するとともに、成長炉内に供給するアンモニアの流量を０．０５ＳＬＭに減らし、更に、基板温度が９７０℃まで低下したところでアンモニアの供給を停止した。次いで、基板温度が８２０℃まで下がった時点で基板加熱を再開するとともに、III族原料、アンモニアおよびＣｐ２Ｍｇを供給して、Ｍｇでドープしたコンタクト層１９を成長させた。
コンタクト層１９の成長条件として下記表４に示す３つの条件を用いることにより、ＩｎＧａＮコンタクト層を有するＬＥＤ４−１、ＧａＮコンタクト層を有するＬＥＤ４−２、およびＩｎＡｌＧａＮコンタクト層を有するＬＥＤ４−３を作製した。
コンタクト層１９の成長完了後は、直ちに基板加熱とアンモニアの供給を停止し、成長炉内に窒素ガスのみを供給しながら基板温度を５００℃以下まで低下させた。
エピタキシャル成長工程の後は、実験１−１と同様の手順によりｐ側電極、ｎ側電極および絶縁保護膜の形成と、ダイシングを行った。チップサイズは、実験３−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと同じく５００μｍ×５００μｍとし、電極パターンも実験３−１で用いたパターンを採用した。
エピタキシャル成長工程の後は、実験１−１と同様の手順によりｐ側電極、ｎ側電極および絶縁保護膜の形成と、ダイシングを行った。チップサイズは、実験３−１で試作したｍ面窒化物系ＬＥＤと同じく５００μｍ×５００μｍとし、電極パターンも実験３−１で用いたパターンを採用した。
ＬＥＤ４−１〜４−３に電流６０ｍＡを印加した時の発光ピーク波長は、それぞれ、４０２ｎｍ、３９８ｎｍ、３９９ｎｍであった。ＬＥＤ４−１〜４−３について順方向電圧および光出力を測定した結果を下記表５に示す。
ＩｎＧａＮ層は、バンドギャップエネルギーが小さく、吸収層となる可能性がある。そのため、ＩｎＧａＮ層はｍ面窒化物系ＬＥＤの光出力に影響を与えることが懸念された。しかしながら、コンタクト層としてＧａＮ層を有するＬＥＤ４−２よりも、コンタクト層としてＩｎＧａＮ層を有するＬＥＤ４−１のほうが光出力が高かった。
＜実験５＞
前述の実験３−１と同じ成長条件を用いてエピタキシャル層構造を形成したチップサイズ５００μｍ×５００μｍのｍ面窒化物系ＬＥＤチップ（ＬＥＤ５−１）と、該ＬＥＤ５−１の構造の一部を変更した２種類のｍ面窒化物系ＬＥＤチップ（ＬＥＤ５−２および５−３）について、順方向電圧と光出力の比較を行った。
ＬＥＤ５−２は、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７をより薄く形成したことを除き、ＬＥＤ５−１と同様の構造となるように作製したものである。
ＬＥＤ５−３は、＋ｃ方向のオフ角が−５°であるｍ面ＧａＮ基板１を用いたこと、ならびに、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７をより薄く、かつ、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８をより厚く形成したことを除き、サンプル５−１と同様の構造となるように作製したものである。
前述の実験３−１と同じ成長条件を用いてエピタキシャル層構造を形成したチップサイズ５００μｍ×５００μｍのｍ面窒化物系ＬＥＤチップ（ＬＥＤ５−１）と、該ＬＥＤ５−１の構造の一部を変更した２種類のｍ面窒化物系ＬＥＤチップ（ＬＥＤ５−２および５−３）について、順方向電圧と光出力の比較を行った。
ＬＥＤ５−２は、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７をより薄く形成したことを除き、ＬＥＤ５−１と同様の構造となるように作製したものである。
ＬＥＤ５−３は、＋ｃ方向のオフ角が−５°であるｍ面ＧａＮ基板１を用いたこと、ならびに、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７をより薄く、かつ、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８をより厚く形成したことを除き、サンプル５−１と同様の構造となるように作製したものである。
ＬＥＤ５−１〜５−３のそれぞれについて順方向電圧および光出力を測定した結果を下記表６に示す。
＜ＳＩＭＳ分析＞
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）によって、２つのエピタキシャルウェハの表面近傍におけるＡｌ、ＩｎおよびＭｇの深さ方向の濃度分布を調べた。ひとつは、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層の上にＩｎＧａＮコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハであり、前述の実験３−１で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。もうひとつは、エピタキシャル層構造の最上層が第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層であるエピタキシャルウェハであり、前述の実験１−１で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。
図６はその結果であり、各元素について、実線はＩｎＧａＮコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、破線はＩｎＧａＮコンタクト層を設けなかったエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、それぞれ示している。
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）によって、２つのエピタキシャルウェハの表面近傍におけるＡｌ、ＩｎおよびＭｇの深さ方向の濃度分布を調べた。ひとつは、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層の上にＩｎＧａＮコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハであり、前述の実験３−１で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。もうひとつは、エピタキシャル層構造の最上層が第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層であるエピタキシャルウェハであり、前述の実験１−１で作製したエピタキシャルウェハと同じ構造を有するものである。
図６はその結果であり、各元素について、実線はＩｎＧａＮコンタクト層を設けたエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、破線はＩｎＧａＮコンタクト層を設けなかったエピタキシャルウェハにおける濃度分布を、それぞれ示している。
＜実験６＞
図３に示すエピタキシャル層構造を備えるｍ面窒化物系ＬＥＤを、次の手順に従い作製し、評価した。
（エピタキシャル成長）
まず、縦×横×厚さが８ｍｍ×２０ｍｍ×３３０μｍのｍ面ＧａＮ基板を準備した。この基板のキャリア濃度は２．２×１０１７ｃｍ−３であった。
上記準備したｍ面ＧａＮ基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８、ＩｎＧａＮコンタクト層９を順次エピタキシャル成長させた。
図３に示すエピタキシャル層構造を備えるｍ面窒化物系ＬＥＤを、次の手順に従い作製し、評価した。
（エピタキシャル成長）
まず、縦×横×厚さが８ｍｍ×２０ｍｍ×３３０μｍのｍ面ＧａＮ基板を準備した。この基板のキャリア濃度は２．２×１０１７ｃｍ−３であった。
上記準備したｍ面ＧａＮ基板の、ポリッシング仕上げされた表面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープＧａＮ層２、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３、アンドープＧａＮ中間層４、ＧａＮ：Ｓｉ中間層５、多重量子井戸活性層６、第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７、第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８、ＩｎＧａＮコンタクト層９を順次エピタキシャル成長させた。
アンドープＧａＮ層２は原料にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニアを用いて、０．０１μｍの厚さに成長させた。ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約７×１０１８ｃｍ−３、かつ、２．０μｍの厚さに成長させた。アンドープＧａＮ中間層４は、原料にＴＭＧ、アンモニアを用いて１８０ｎｍの厚さに成長させた。ＧａＮ：Ｓｉ中間層５は、原料にＴＭＧ、アンモニア、シランを用いて、Ｓｉ濃度約５×１０１８ｃｍ−３、かつ、２０ｎｍの厚さに成長させた。
多重量子井戸活性層６は、原料にＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用いて、最下層および最上層が障壁層となるように、７層のＩｎＧａＮ障壁層と、６層のＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させることにより形成した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３．６ｎｍ（ＬＥＤ６−１）、６．４ｎｍ（ＬＥＤ６−２）、９．３ｎｍ（ＬＥＤ６−３）または１２．４ｎｍ（ＬＥＤ６−４）とした。ＩｎＧａＮ障壁層の厚さは１８ｎｍで固定した。多重量子井戸活性層６には不純物を添加しなかった。
第１のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層７は、原料にＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、１６０ｎｍの厚さに成長させた。第２のＡｌＧａＮ：Ｍｇ層８は、原料にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いて、４０ｎｍの厚さに成長させた。ＩｎＧａＮコンタクト層９は、原料にＴＭＧ、アンモニア、ＴＭＩを用いて成長させた。
下記表７に、各層を成長させた際のキャリアガス、基板温度、ＮＨ３／ＴＭＧ比、Ｖ族原料の供給レート、成長時間をまとめて示す。なお、ＮＨ３／ＴＭＧ比は基板に供給するＮＨ３（アンモニア）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）のモル比を意味している。
ＩｎＧａＮコンタクト層９を成長させた後は、基板の加熱を停止し、基板温度が５００℃に下がるまで成長炉内にＮＨ３ガスを流量９ＳＬＭで供給し続けた。
（ｐ側電極の形成）
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面（ＩｎＧａＮコンタクト層の表面）に、透光性オーミック電極として厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後のＩＴＯ膜の面積は１チップあたり１７７６００μｍ２である。パターニング後、ＩＴＯ膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ＩＴＯ膜に接する側からＴｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
上記手順により得たエピタキシャルウェハの表面（ＩｎＧａＮコンタクト層の表面）に、透光性オーミック電極として厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィおよびエッチングの技法を用いて所定形状にパターニングした。パターニング後のＩＴＯ膜の面積は１チップあたり１７７６００μｍ２である。パターニング後、ＩＴＯ膜の一部上にメタル電極を形成した。メタル電極は、ＩＴＯ膜に接する側からＴｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。メタル電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
（ｎ側電極の形成）
エピタキシャル層の表面側からＲＩＥ加工を行うことにより部分的に露出させたＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３の表面に、メタル製のｎ側電極を形成した。このｎ側電極は、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層に接する側からＡｌ（厚さ５００ｎｍ）、Ｔｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。ｎ側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
ｎ側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面（メタル製の電極表面を除く）を、ＳｉＯ２からなる絶縁保護膜で被覆した。
エピタキシャル層の表面側からＲＩＥ加工を行うことにより部分的に露出させたＧａＮ：Ｓｉコンタクト層３の表面に、メタル製のｎ側電極を形成した。このｎ側電極は、ＧａＮ：Ｓｉコンタクト層に接する側からＡｌ（厚さ５００ｎｍ）、Ｔｉ−Ｗ（厚さ１０８ｎｍ）、Ａｕ（厚さ１０８ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ８９ｎｍ）、Ａｕ（厚さ８９ｎｍ）をこの順に含む積層膜とした。ｎ側電極のパターニングは通常のリフトオフ法により行った。
ｎ側電極の形成後、エピタキシャル層を形成した側のウェハ表面（メタル製の電極表面を除く）を、ＳｉＯ２からなる絶縁保護膜で被覆した。
（ｍ面ＧａＮ基板の裏面加工）
ｍ面ＧａＮ基板１の裏面に、ＳｉＯ２からなる円形のエッチングマスクを三角格子の格子位置に配置したマスクパターンを形成し、該マスクパターン上からＲＩＥ加工を行うことによって、該裏面を凹凸面にした。ＲＩＥ加工の深さは６．４μｍとした。加工後のｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図７に示す。
該加工後、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、５１０μｍ角のｍ面窒化物系ＬＥＤチップを得た。
ｍ面ＧａＮ基板１の裏面に、ＳｉＯ２からなる円形のエッチングマスクを三角格子の格子位置に配置したマスクパターンを形成し、該マスクパターン上からＲＩＥ加工を行うことによって、該裏面を凹凸面にした。ＲＩＥ加工の深さは６．４μｍとした。加工後のｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図７に示す。
該加工後、ダイヤモンドスクライバを用いてウェハを分断することにより、５１０μｍ角のｍ面窒化物系ＬＥＤチップを得た。
（評価）
上記手順により得たｍ面窒化物系ＬＥＤチップを、シリコーン系ダイアタッチ材を用いて白色アルミナ板上に接着固定し、パルス電流（パルス幅：１ｍｓｅｃ、デューティ比：１／１００）を印加したときの発光ピーク波長および光出力を測定した。ＬＥＤチップへの電流供給は、ｐ側およびｎ側のメタル製電極のそれぞれに接続したＡｕワイヤを通して行った。
測定結果を下記表８に示す。
上記手順により得たｍ面窒化物系ＬＥＤチップを、シリコーン系ダイアタッチ材を用いて白色アルミナ板上に接着固定し、パルス電流（パルス幅：１ｍｓｅｃ、デューティ比：１／１００）を印加したときの発光ピーク波長および光出力を測定した。ＬＥＤチップへの電流供給は、ｐ側およびｎ側のメタル製電極のそれぞれに接続したＡｕワイヤを通して行った。
測定結果を下記表８に示す。
本実験６で作製したｍ面窒化物系ＬＥＤチップでは、印加電流をオーミック電極（ＩＴＯ膜）の面積で除した値を活性層における平均電流密度と仮定すると、印加電流２０ｍＡ、６０ｍＡ、１００ｍＡ、２００ｍＡ、２４０ｍＡ、３５０ｍＡのときの該平均電流密度は、それぞれ１１Ａ／ｃｍ２、３４Ａ／ｃｍ２、５６Ａ／ｃｍ２、１１３Ａ／ｃｍ２、１３５Ａ／ｃｍ２、１９７Ａ／ｃｍ２である。
表８に示す４種類のｍ面窒化物系ＬＥＤの中で最も出力の高かったＬＥＤ６−３の発光スペクトル（印加電流：６０ｍＡ）とＩ−Ｌ曲線を図８、図９にそれぞれ示す。また、このＬＥＤ６−３の外部量子効率の電流密度依存性を図１０に示す。図１０のグラフの横軸は、ＬＥＤチップに印加した電流をオーミック電極（ＩＴＯ膜）の面積で除すことにより計算した、活性層における平均電流密度（Ａ／ｃｍ２）である。
ＬＥＤ６−３の順方向電圧（Ｖｆ）は下記表９に示す通りであった。
ＬＥＤ６−３の順方向電圧（Ｖｆ）は下記表９に示す通りであった。
１００ ｍ面窒化物系発光ダイオード
１１０ ｍ面ＧａＮ基板
１２０ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１３０ 活性層
１４０ ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１５０ ｐ型ＡｌＧａＮ層
１６０ ＩｎＧａＮコンタクト層
Ｅ１１０ ｎ電極
Ｅ１２０ 透光性電極
Ｅ１３０ ｐ電極
１１０ ｍ面ＧａＮ基板
１２０ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１３０ 活性層
１４０ ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１５０ ｐ型ＡｌＧａＮ層
１６０ ＩｎＧａＮコンタクト層
Ｅ１１０ ｎ電極
Ｅ１２０ 透光性電極
Ｅ１３０ ｐ電極
Claims (12)
- （i）その厚さ方向と六方晶のｍ軸とがなす角度が１０度以内であるｎ型窒化物半導体層の上に、窒化物半導体からなる活性層を形成するステップと、
（ii）前記活性層の上に、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
（iii）前記ＡｌＧａＮ層の表面に、ＩｎＧａＮからなるコンタクト層を形成するステップと、
（iv）前記コンタクト層の表面に電極を形成するステップと、
を有するｍ面窒化物系発光ダイオードの製造方法。 - 前記コンタクト層の厚さを２０ｎｍ以下とする、請求項１に記載の製造方法。
- 前記ＡｌＧａＮ層を形成する前に、前記活性層の上に前記ＡｌＧａＮ層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する窒化物半導体からなる厚さ５０ｎｍ以下の電子ブロック層を形成するステップを有する、請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記ＡｌＧａＮ層がＡｌｘＧａ１−ｘＮ（0.01≦ｘ≦0.05）からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記活性層が井戸層および障壁層を含み、前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーが該井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記電極が導電性酸化物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記導電性酸化物がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を含む、請求項６に記載の製造方法。
- 前記活性層がＩｎＧａＮ井戸層および障壁層を含み、該ＩｎＧａＮ井戸層の厚さが６〜１２ｎｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記コンタクト層の成長速度を２〜３ｎｍ／ｍｉｎとする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記コンタクト層を成長させるときのＮＨ３／ＴＭＧ比が４００００〜５００００である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記（ii）および（iii）のステップを同一のＭＯＶＰＥ成長炉内において行うとともに、前記（ii）のステップの終了から前記（iii）のステップの開始までの間に前記ＡｌＧａＮ層を該ＭＯＶＰＥ成長炉から取り出さない、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記（iii）のステップの終了から前記（iv）のステップの開始まで間に前記ＡｌＧａＮ層および前記コンタクト層のポストアニール処理を行わない、請求項１１に記載の製造方法。
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