WO2020122137A1 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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WO2020122137A1
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light emitting
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康弘 渡邉
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Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a group III nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same that achieve both high light emission output and excellent reliability.
  • Group III nitride semiconductors composed of compounds of group III elements such as Al, Ga, In and N are wide bandgap semiconductors having a direct transition band structure, and are used for sterilization, water purification, medical treatment, illumination, high density optical recording. It is a material that is expected to have a wide range of application fields such as.
  • a light-emitting device using a group III nitride semiconductor in the light-emitting layer can cover from the deep ultraviolet light to the visible light region by adjusting the content ratio of the group III element, and is practically used for various light sources. Is being promoted.
  • a deep ultraviolet light emitting device that emits deep ultraviolet light is generally manufactured as follows. That is, a buffer layer is formed on a substrate such as sapphire or AlN single crystal, and an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor are sequentially formed. Next, an n-side electrode electrically connected to the n-type semiconductor layer and a p-side electrode electrically connected to the p-type semiconductor layer are formed.
  • a p-type GaN contact layer that easily increases the hole concentration.
  • the p-type GaN contact layer absorbs light having a wavelength of 360 nm or less due to its band gap.
  • Patent Document 1 discloses a group III nitride semiconductor device in which a GaN layer having a film thickness of 0.01 ⁇ m or more and 0.3 ⁇ m or less is provided on an AlGaInN layer having a relatively high Al composition ratio.
  • the growth mode of the GaN layer is grown in a state close to an FM (Frank-van-der-Merwe) mode (pseudo FM mode), so that the surface of the GaN layer is smoothed immediately after crystal growth.
  • the surface can be made smooth even when the GaN layer formed on the AlGaInN layer having a high Al composition ratio is thinned.
  • the film thickness of the p-type GaN contact layer can be reduced, so that light absorption by the layer can be suppressed and the light extraction efficiency of the group III nitride semiconductor device can be improved. Expected to be possible.
  • a sample of the group III nitride semiconductor light-emitting device having an emission area of 0.057 mm 2 was energized at 20 mA to measure the initial light emission output, then energized at 100 mA for 3 seconds, and then measured again at 20 mA.
  • the sample in which the output decrease of more than half of the initial light emission output is confirmed has caused death.
  • the above-mentioned 20 mA is a current value within a range where linearity is maintained
  • the above-mentioned 100 mA is the light emitting device.
  • an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light emitting device that achieves both high light emission output and excellent reliability, and a method for manufacturing the same.
  • the present inventors diligently studied how to solve the above problems.
  • the p-type GaN layer is formed to be as thin as 50 nm or less, defects are introduced and surface flatness deteriorates due to the large relaxation of compressive strain.
  • the p-type GaN layer is grown in the FM mode, if the AlGaN layer (AlInGaN layer in the case of containing In) that is directly under the p-type GaN layer has irregularities or dislocations, the growth proceeds in the direction of embedding it. It is speculated that the relaxation of the compressive strain is likely to proceed and defects are likely to be introduced.
  • the present inventor considered that the light emitting elements die when they are in the electrode formation region. Therefore, it was found that by using an AlGaN layer having an Al composition ratio x of 0.03 or more and 0.25 or less as the p-type contact layer, it is possible to prevent death of the light emitting element and achieve both high light emission output and excellent reliability. Then, the present invention has been completed. That is, the gist of the present invention is as follows.
  • a Group III nitride semiconductor light-emitting device which comprises an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, a p-type AlGaN electron blocking layer, a p-type contact layer, and a p-side reflective electrode on a substrate in this order.
  • the emission center wavelength of the light emitted from the light emitting layer is 250 nm or more and 330 nm or less
  • the Al composition ratio of the p-type AlGaN electron block layer is 0.40 or more and 0.80 or less
  • the p-type contact layer has a film thickness of 10 nm or more and 50 nm or less
  • the p-type contact layer has a p-type AlGaN contact layer having an Al composition ratio of 0.03 or more and 0.25 or less.
  • Group III nitride semiconductor light emitting device is
  • a step of forming an n-type semiconductor layer on the substrate Forming a light emitting layer on the n-type semiconductor layer; Forming a p-type AlGaN electron blocking layer on the light emitting layer; Forming a p-type contact layer on the p-type AlGaN electron blocking layer; And a step of forming a p-side reflective electrode on the p-type contact layer, the method including the steps of:
  • the emission center wavelength from the light emitting layer is 250 nm or more and 330 nm or less,
  • the Al composition ratio of the p-type AlGaN electron block layer is 0.40 or more and 0.80 or less,
  • the thickness of the p-type contact layer is 10 nm or more and 50 nm or less,
  • a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device wherein the p-type contact layer is a p-type AlGaN contact layer having an Al composition ratio of 0.03 or more and 0.25 or less.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view illustrating one aspect of the p-type contact layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a method for manufacturing a Group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • 3 is an AFM image of the surface of the p-type contact layer of Example 1.
  • 3 is an AFM image of the surface of the p-type contact layer of Example 2.
  • 6 is an AFM image of the surface of the p-type contact layer of Example 3.
  • 5 is an AFM image of the surface of the p-type contact layer of Comparative Example 1.
  • AlGaN the composition ratio of the group III element (total of Al and Ga) and N is 1:1 and the group III element is The ratio of Al and Ga means any arbitrary compound.
  • AlGaN may include 5% or less of In with respect to the total of Al and Ga as Group III elements, even if there is no description about In which is a Group III element.
  • the Al composition ratio is x and the In composition ratio is y (0 ⁇ y ⁇ 0.05), and Al x In y Ga 1 ⁇ x ⁇ y N.
  • AlN When simply expressed as “AlN” or “GaN”, it means that Ga and Al are not included, respectively, but unless otherwise specified, simply expressed as “AlGaN” means either AlN or GaN. It does not exclude that.
  • the value of the Al composition ratio can be measured by photoluminescence measurement, X-ray diffraction measurement, or the like.
  • a layer that electrically functions as p-type is referred to as a p-type layer
  • a layer that electrically functions as n-type is referred to as an n-type layer.
  • a specific impurity such as Mg or Si is not intentionally added and does not electrically function as p-type or n-type, it is referred to as “i-type” or “undoped”.
  • the undoped layer may contain impurities that are unavoidable during the manufacturing process. Specifically, when the carrier density is low (for example, less than 4 ⁇ 10 16 /cm 3 ), it is referred to as “undoped” in the present specification.
  • the value of the impurity concentration of Mg, Si, etc. is based on SIMS analysis.
  • the total film thickness of each layer formed by epitaxial growth can be measured using an optical interference type film thickness meter.
  • the film thickness of each layer can be calculated by observing the cross section of the growth layer with a transmission electron microscope when the composition of each adjacent layer is sufficiently different (for example, when the Al composition ratio is different by 0.01 or more). Further, regarding the boundary and the film thickness of the layers having the same Al composition ratio or almost the same (for example, the Al composition ratio is less than 0.01) among the adjacent layers but different impurity concentrations, the boundary between the two Also, the film thickness of each layer shall be measured by TEM-EDS. The impurity concentrations of both can be measured by SIMS analysis. In addition, when the film thickness of each layer is thin like a superlattice structure, the film thickness can be measured using TEM-EDS.
  • a group III nitride semiconductor light emitting device 100 includes an n-type semiconductor layer 30, a light emitting layer 40, a p-type AlGaN electron block layer 60, and a p-type contact on a substrate 10.
  • the layer 70 and the p-side reflective electrode 80 are sequentially provided.
  • the emission center wavelength of light emitted from the light emitting layer 40 is 250 nm or more and 330 nm or less
  • the Al composition ratio of the p-type AlGaN electron block layer 60 is 0.40 or more and 0.80 or less
  • the film of the p-type contact layer 70 is The thickness is 10 nm or more and 50 nm or less
  • the p-type contact layer 70 has a p-type AlGaN contact layer 71 having an Al composition ratio of 0.03 or more and 0.25 or less.
  • a buffer layer 20 is provided between the substrate 10 and the n-type semiconductor layer 30, an exposed surface is provided on the n-type semiconductor layer 30, and an n-side electrode 90 is provided on the exposed surface.
  • a sapphire substrate can be used as the substrate 10 of the group III nitride semiconductor light emitting device 100.
  • An AlN template substrate having an AlN layer epitaxially grown on the surface of the sapphire substrate may be used.
  • any sapphire substrate can be used, and the presence or absence of the off angle is arbitrary. When the off angle is provided, the crystal axis orientation in the tilt direction is either the m-axis direction or the a-axis direction. But it's okay.
  • the main surface of the sapphire substrate can be a surface in which the C surface is inclined at an off angle ⁇ of 0.5 degrees.
  • the crystallinity of the AlN layer on the surface of the sapphire substrate is excellent. It is also preferable that an undoped AlGaN layer is provided on the surface of the AlN template substrate. Alternatively, an AlN single crystal substrate may be used as the substrate 10.
  • the n-type semiconductor layer 30 is provided on the substrate 10 via the buffer layer 20 if necessary.
  • the n-type semiconductor layer 30 may be directly provided on the substrate 10.
  • AlGaN doped with an n-type dopant can be used.
  • a group III element such as In may be introduced at a composition ratio within 5% to obtain AlGaInN or the like.
  • Specific examples of the n-type dopant include silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), sulfur (S), oxygen (O), titanium (Ti), zirconium (Zr), and the like.
  • the dopant concentration of the n-type dopant is not particularly limited as long as the n-type semiconductor layer 30 can function as an n-type, and is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 to 1.0 ⁇ 10 20. It may be atoms/cm 3 .
  • the band gap of the n-type semiconductor layer 30 is wider than the band gap of the light emitting layer 40 (the well layer 41 in the case of a quantum well structure), and it is preferable that the n type semiconductor layer 30 is transparent to the emitted deep ultraviolet light.
  • the n-type semiconductor layer 30 may have a single-layer structure or a structure having a plurality of layers, as well as a composition-graded layer in which the composition ratio of Group III elements is compositionally graded in the crystal growth direction, or a superlattice structure.
  • the n-type semiconductor layer 30 can not only form a contact portion with the n-side electrode 90 but also have a function of enhancing crystallinity from the substrate to the light emitting layer.
  • the light emitting layer 40 is provided on the n-type semiconductor layer 30, and emits deep ultraviolet light having an emission center wavelength of 250 nm or more and 330 nm or less.
  • the light emitting layer 40 may be made of AlGaN, and the Al composition ratio thereof may be appropriately set so as to obtain a desired emission center wavelength, and may be set in the range of 0.17 to 0.70, for example.
  • the light emitting layer 40 may have a single-layer structure with a constant Al composition ratio, or a multiple quantum well (MQW: Multiple Quantum Well) in which a well layer 41 and a barrier layer 42 made of AlGaN having different Al composition ratios are repeatedly formed. It is also preferable to construct the structure.
  • a group III element such as In may be introduced at a composition ratio within 5% to form an AlGaInN material or the like, but a ternary system using only Al and Ga as the group III element It is more preferable to use the AlGaN material.
  • the Al composition ratio b of the barrier layer 42 is made higher than the Al composition ratio w of the well layer 41 (that is, b>w).
  • the Al composition ratio b of the barrier layer 42 can be set to 0.30 to 0.95, for example.
  • the center emission wavelength can be substantially adjusted by the Al composition ratio w of the well layer 41. For example, when the Al composition ratio w of the well layer 41 in the light emitting layer 40 is 0.17 to 0.68, the light is emitted from the light emitting layer 40.
  • the center wavelength of the emitted light is 250 to 330 nm.
  • the number of repetitions of the well layer 41 and the barrier layer 42 is not particularly limited and can be set to 1 to 10 times, for example. It is preferable that both ends (that is, the first and last) of the light emitting layer 40 in the film thickness direction be barrier layers, and when the number of repetitions of the well layer 41 and the barrier layer 42 is n, in this case, “n. Layer and barrier layer”. Further, the film thickness of the well layer 41 can be 0.5 nm to 5 nm, and the film thickness of the barrier layer 42 can be 3 nm to 30 nm.
  • the conductivity type of the barrier layer 42 is preferably n-type. This is because the electron concentration is increased and there is an effect of compensating for crystal defects in the well layer 41.
  • the light emitting layer 40 may have a general multiple quantum well (MQW) structure in which the barrier layer 42 and the well layer 41 are repeatedly formed and sandwiched between the barrier layers 42, and if necessary, p The final barrier layer 42 on the type AlGaN electron block layer 60 side may be removed.
  • MQW multiple quantum well
  • the p-type AlGaN electron blocking layer 60 is provided on the light emitting layer 40.
  • the p-type AlGaN electron block layer 60 is used as a layer for blocking electrons and injecting the electrons into the light emitting layer 40 (the well layer 41 in the case of the MQW structure) to improve the electron injection efficiency.
  • p-type AlGaN electron block layer p-type Al z Ga 1-z N (0.40 ⁇ z ⁇ 0.80) having an Al composition ratio of 0.40 or more and 0.80 or less is used. Can be used.
  • a quaternary AlGaInN material into which a group III element such as In is introduced at a composition ratio of 5% or less may be used, but a ternary system AlGaN using only Al and Ga as the group III element is used.
  • the material is more preferable.
  • the Al composition ratio is in this range, a relatively large number of dislocations are formed in the p-type AlGaN electron block layer 60. Therefore, in such a case, it is effective to use the p-type contact layer 70 according to the present invention.
  • the Al composition ratio is 0.60 or more and 0.70 or less, dislocations are particularly likely to be formed.
  • the thickness of the p-type AlGaN electron block layer 60 is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 80 nm, for example. When the film thickness of the p-type AlGaN electron block layer 60 is in this range, a high light emission output can be reliably obtained.
  • the film thickness of the p-type AlGaN electron block layer 60 is preferably larger than the film thickness of the barrier layer 42.
  • Examples of the p-type dopant with which the p-type AlGaN electron blocking layer 60 is doped include magnesium (Mg), zinc (Zn), calcium (Ca), beryllium (Be), and manganese (Mn). It is common to use Mg.
  • the dopant concentration of the p-type AlGaN electron blocking layer 60 is not particularly limited as long as it is a dopant concentration that can function as a p-type layer, and is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 to 5.0 ⁇ 10 21 atoms. /Cm 3 can be used.
  • the p-type contact layer 70 is directly provided on the p-type AlGaN electron block layer 60.
  • the p-type contact layer 70 is a layer for reducing the contact resistance between the p-side reflective electrode 80 provided on the outermost surface thereof and the p-type AlGaN electron block layer 60.
  • the film thickness of the p-type contact layer 70 is 10 nm or more and 50 nm or less.
  • the p-type contact layer 70 has a p-type AlGaN layer 71 having an Al composition ratio x of 0.03 or more and 0.25 or less.
  • the p-type AlGaN contact layer 71 is formed immediately above the p-type AlGaN electron block layer 60, and the Al composition ratio x of the composition formula Al x Ga 1-x N is 0.03 ⁇ x ⁇ 0.25. be able to. It has been confirmed by experiments by the present inventors that the p-type contact layer 70 has the p-type AlGaN layer 71 directly above the p-type AlGaN electron blocking layer 60, thereby preventing death of the group III nitride semiconductor light emitting device 100.
  • a p-type AlGaN contact layer 71 (Al x Ga 1-x N, 0.03 ⁇ x ⁇ 0.25) was formed. It is considered that this is because the generation of dislocations formed in the initial stage of growth can be suppressed while suppressing the adverse effect of the deterioration of surface flatness.
  • the p-type contact layer 70 has the above-mentioned p-type AlGaN contact layer 71 directly above the p-type AlGaN electron block layer 60.
  • the p-type contact layer 70 may be composed of only the p-type AlGaN contact layer 71 (see FIG. 1), while the p-type contact layer 70 includes the p-type AlGaN contact layer 71 and the p-side reflective electrode 80. You may have a p-type GaN contact layer between them (refer FIG. 2).
  • the film thickness of the p-type AlGaN contact layer 71 can be 10 nm or more and 50 nm or less, and the p-type contact layer 70 as a whole may have the film thickness of 10 nm or more and 50 nm or less.
  • the film thickness of the p-type AlGaN contact layer 71 is 10 nm or more and 25 nm or less.
  • the thickness of the p-type contact layer 70 is 15 nm or more in order to more surely suppress the death to zero.
  • the p-type contact layer 70 has a Mg concentration of 3 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 on the side opposite to the p-type AlGaN electron block layer 60 (in other words, the side in contact with the p-side reflective electrode 80). It is preferable to have the above-mentioned high-concentration region, and it is more preferable that the Mg concentration in this high-concentration region is 5 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 or more. By increasing the hole concentration of the p-type contact layer 70, the forward voltage Vf of the group III nitride semiconductor light emitting device 100 can be lowered.
  • the upper limit of the Mg concentration in the high concentration region can be set to 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 in the present embodiment.
  • the Mg concentration in the region of the p-type contact layer 70 on the p-type AlGaN electron block layer 60 side can be set in a general range, and is usually 5 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more and 3 ⁇ 10 20 atoms/cm 3. It is less than 3 .
  • the Mg concentration in the p-type contact layer is an average concentration in each region measured by SIMS.
  • the film thickness in the high concentration region is usually 15 nm or less.
  • the p-side reflective electrode 80 can be provided directly on the p-type contact layer 70 (on the outermost surface).
  • a metal having a high reflectance for example, 60% or more
  • the metal having such a reflectance include rhodium (Rh), platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), and these.
  • An alloy containing at least one of them can be given.
  • the p-side reflective electrode 80 contains rhodium (Rh) in the form of a simple substance or an alloy. Further, the film thickness, shape and size of the p-side reflective electrode 80 can be appropriately selected according to the shape and size of the group III nitride semiconductor light emitting device 100. It can be 45 nm.
  • the III-nitride semiconductor light emitting device 100 according to the present embodiment described above can achieve both high light emission output and excellent reliability.
  • ⁇ Buffer layer> As shown in FIG. 1, it is also preferable to provide a buffer layer 20 between the substrate 10 and the n-type semiconductor layer 30 for alleviating the lattice mismatch between the two.
  • An undoped group III nitride semiconductor layer can be used as the buffer layer 20, and for example, undoped AlN can be used.
  • the buffer layer 20 may have a superlattice structure.
  • a buffer layer selected from one or more of an AlGaN layer, a composition gradient layer, and a superlattice layer may be further provided between the buffer layer 20 and the n-type semiconductor layer 30.
  • the n-side electrode 90 that can be provided on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 30 can be, for example, a metal composite film having a Ti-containing film and an Al-containing film formed on the Ti-containing film.
  • the film thickness, shape and size of the n-side electrode 90 can be appropriately selected according to the shape and size of the light emitting element.
  • the n-side electrode 90 is not limited to being formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 30 as shown in FIG. 1, but may be electrically connected to the n-type semiconductor layer.
  • ⁇ P-type guide layer> Although not shown in FIG. 1, AlGaN or AlN having a higher Al composition ratio than the Al composition ratio of the p-type AlGaN electron block layer 60 is formed between the light emitting layer 40 and the p-type AlGaN electron block layer 60.
  • a p-type guide layer may be provided. By providing the guide layer, injection of holes into the light emitting layer 40 can be promoted.
  • an n-type guide layer may be provided between the light emitting layer 40 and the n-type semiconductor layer 30. It is preferable to use AlGaN for the n-type guide layer, and the Al composition ratio thereof is preferably not less than the Al composition ratio of the n-type semiconductor layer 30 and not more than the Al composition ratio b of the barrier layer 42.
  • the film thickness can be 3 nm to 30 nm.
  • the n-type guide layer is preferably doped with an n-type dopant (impurity) similarly to the n-type semiconductor layer 30, but the amount of the dopant is preferably lower than that of the n-type layer.
  • the p-side reflective electrode 80 is formed of a reflective electrode material to reflect deep ultraviolet light, so that the substrate side or the substrate horizontal direction is the main light extraction direction.
  • the group III nitride semiconductor light emitting device 100 can be formed in a so-called flip chip type.
  • One embodiment of the method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device 100 is a process of forming an n-type semiconductor layer 30 on a substrate 10 (see step A), and a light emitting layer on the n-type semiconductor layer 30. 40, a step of forming a p-type AlGaN electron blocking layer 60 on the light emitting layer 40 (see step B), and a step of forming a p-type contact layer 70 on the p-type AlGaN electron blocking layer 60 (step).
  • the emission center wavelength of the light emitted from the light emitting layer 40 is 250 nm or more and 330 nm or less
  • the Al composition ratio of the p-type AlGaN electron block layer 60 is 0.40 or more and 0.80 or less.
  • the film thickness of the p-type contact layer 70 is 10 nm or more and 50 nm or less.
  • the p-type AlGaN contact layer 71 having an Al composition ratio of 0.03 or more and 0.25 or less is formed.
  • each layer can be formed by a known epitaxial growth technique such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, molecular beam epitaxy (MBE) method, and sputtering method. ..
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • sputtering method ..
  • the growth temperature, growth pressure, and growth time for epitaxial growth depended on the Al composition ratio and film thickness of each layer. It can be a general condition.
  • a carrier gas for epitaxial growth hydrogen gas, nitrogen gas, a mixed gas of the two, or the like may be used and supplied into the chamber.
  • a source gas for growing each of the layers TMA (trimethylaluminum), TMG (trimethylgallium), or the like can be used as a group III element source gas, and NH 3 gas can be used as a group V element gas.
  • V/III ratio Molar ratio of group V element to group III element calculated based on the growth gas flow rate of group V element gas such as NH 3 gas and group III element gas such as TMA gas
  • group V element gas such as NH 3 gas and group III element gas such as TMA gas
  • the general conditions may be applied.
  • the gas of the dopant source for the p-type dopant, cyclopentadiene magnesium gas (CP 2 Mg) or the like as the Mg source, and for the n-type dopant, for example, the monosilane gas (SiH 4 ) or the Zn source as the Si source.
  • Zinc chloride gas (ZnCl 2 ) or the like may be appropriately selected and supplied into the chamber at a predetermined flow rate.
  • the p-type AlGaN contact layer 71 is formed on the p-type AlGaN electron block layer 60.
  • the film thickness range of the p-type contact layer 70, the Al composition ratio of the p-type AlGaN contact layer 71, and the p-type GaN contact layer 72 may be formed. This is as described above. Further, the p-type contact layer 70 may also be crystal-grown by epitaxial growth by the MOCVD method or the like similarly to the p-type AlGaN electron block layer 60 and the like.
  • the growth conditions are not particularly limited, it is preferable to adjust the gas flow rate, the V/III ratio, and the growth temperature so that the growth rate in the thickness direction is 0.03 to 0.50 ⁇ m/h. It is more preferably from 03 to 0.19 ⁇ m/h, and most preferably the growth rate in the thickness direction is from 0.10 to 0.15 ⁇ m/h. It is preferable to use H 2 as the carrier gas.
  • the Mg/III group element gas ratio may be adjusted appropriately.
  • Step D of FIG. 2 a part of the light emitting layer 40, the p-type AlGaN electron blocking layer 60, and the p-type contact layer 70 is removed by etching or the like, and the n-side on the exposed n-type semiconductor layer 30.
  • the electrode 90 may be formed.
  • the p-side reflective electrode 80 and the n-side electrode 90 can be formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. It is also preferable to form the buffer layer 20 on the surface 10A of the substrate 10.
  • Example 1 wavelength 280 nm
  • a sapphire substrate (diameter: 2 inches, film thickness: 430 ⁇ m, plane orientation: (0001), m-axis off angle ⁇ : 0.5 degree) was prepared.
  • the growth temperature of the AlN layer was 1300° C.
  • the growth pressure in the chamber was 10 Torr
  • the growth gas flow rates of the ammonia gas and the TMA gas were set so that the V/III ratio was 163.
  • the flow rate of the group V element gas (NH 3 ) is 200 sccm, and the flow rate of the group III element gas (TMA) is 53 sccm.
  • the film thickness of the AlN layer a total of 25 films were dispersed at equal intervals including the center of the wafer surface by using an optical interference film thickness measuring device (Nanospec M6100A; manufactured by Nanometrics). The thickness was measured.
  • the above AlN template substrate is introduced into a heat treatment furnace, and after reducing the pressure to 10 Pa, nitrogen gas is purged to atmospheric pressure to create a nitrogen gas atmosphere in the furnace, and then the temperature in the furnace is raised to form an AlN template substrate.
  • heat treatment was performed. At that time, the heating temperature was 1650° C. and the heating time was 4 hours.
  • an undoped AlGaN layer having a film thickness of 200 nm was formed by MOCVD as an undoped AlGaN layer with a composition gradient from the Al composition ratio of 0.85 to 0.65 in the crystal growth direction.
  • an n-type semiconductor layer an n-type layer made of Al 0.65 Ga 0.35 N and having a film thickness of 2 ⁇ m doped with Si was formed.
  • the Si concentration of the n-type layer was 1.0 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 .
  • the n-type layer, Al 0.65 Ga 0.35 an N to form an n-type guide layer having a film thickness of 20nm was Si-doped, further 4nm as a barrier layer of Al 0.65 Ga 0.35 N Formed.
  • two well layers made of Al 0.45 Ga 0.55 N and having a film thickness of 3 nm and barrier layers made of Al 0.65 Ga 0.35 N and having a film thickness of 4 nm were alternately formed in two layers, respectively .
  • a well layer having a thickness of 3 nm and made of 45 Ga 0.55 N was formed. That is, the number of well layers and the number of barrier layers N are both 3, the Al composition ratio b of the barrier layers is 0.65, and the Al composition ratio w of the well layers is 0.45. Note that Si was doped in forming the barrier layer.
  • an undoped AlN guide layer was formed on the third well layer using nitrogen gas as a carrier gas.
  • the film thickness of the AlN guide layer was 1 nm.
  • the nitrogen of the carrier gas is stopped and the hydrogen is supplied while the ammonia gas is continuously supplied, and the carrier gas is changed to hydrogen.
  • Gas and TMG gas were supplied again to form an electron blocking layer of Al 0.68 Ga 0.32 N and having a Mg-doped layer thickness of 40 nm.
  • a Mg-doped p-type Al 0.08 Ga 0.92 N contact layer (hereinafter abbreviated as “p-type contact layer” in Examples) having a thickness of 20 nm was formed.
  • p-type contact layer A Mg-doped p-type Al 0.08 Ga 0.92 N contact layer (hereinafter abbreviated as “p-type contact layer” in Examples) having a thickness of 20 nm was formed.
  • the Mg concentration of the p-type contact layer was 1.2 ⁇ 10 20 atom/cm 3 on average.
  • the growth rate in the thickness direction when forming the p-type contact layer was 0.12 ⁇ m/h.
  • a mask is formed on the p-type contact layer and mesa etching is performed by dry etching to expose a part of the n-type semiconductor layer, and a p-side electrode made of Ni/Au is formed on the p-type contact layer.
  • An n-side electrode made of Ti/Al was formed on the exposed n-type layer.
  • the film thickness of Ni is 50 ⁇ and the film thickness of Au is 1500 ⁇ .
  • the film thickness of Ti is 200 ⁇ and the film thickness of Al is 1500 ⁇ .
  • contact annealing (RTA) was performed at 550° C. to form each electrode.
  • Table 1 shows the configuration of each layer of the group III nitride semiconductor light emitting device according to Example 1 produced as described above.
  • Example 2 was repeated in the same manner as in Example 1 except that the film thickness and Al composition ratio of the p-type contact layer in Example 1 were changed as shown in Table 2. Such a group III nitride semiconductor light emitting device was produced.
  • Example 3 a p-type Al 0.08 Ga 0.92 N contact layer having a thickness of 20 nm was formed on the p-type Al 0.68 Ga 0.32 N electron block layer, and then a thickness of 20 nm was used. A p-type GaN contact layer was formed.
  • Example 8 to 11 and Comparative Examples 4 to 7 were obtained. Such a group III nitride semiconductor light emitting device was produced.
  • Example 6 Examples 12 to 13, Comparative Example 2, Conventional Example 2: Wavelength 310 nm
  • the Al composition ratio w: 0.45 of the well layer was changed to 0.30
  • the Al composition ratio of the undoped layer was 0.55
  • the Al composition ratio of the n-type semiconductor layer was 0.45.
  • Table 2 shows the film thickness and the Al composition ratio x of the p-type contact layer while changing the Al composition ratio of the n-guide layer and the barrier layer to 0.55 and the Al composition ratio of the p-type electron block layer to 0.58.
  • a Group III nitride semiconductor light emitting device according to Example 6, Comparative Example 2, and Conventional Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was changed.
  • Example 12 and 13 were performed in the same manner as in Example 6 except that the film thickness of the p-type contact layer and the Al composition ratio in Example 6 were changed as shown in Table 2. A light emitting device was produced.
  • Example 7 Example 14, Comparative Example 3, Conventional Example 3: Wavelength 265 nm
  • the Al composition ratio of the well layer w: 0.45 was changed to 0.58
  • the Al composition ratio of the barrier layer was changed to 0.76
  • the film thickness and Al composition of the p-type contact layer were changed.
  • Group III nitride semiconductor light emitting devices according to Example 7, Comparative Example 3, and Conventional Example 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio x was changed as shown in Table 2.
  • the Group III nitride semiconductor light-emitting device according to Example 14 was performed in the same manner as in Example 7, except that the film thickness and Al composition ratio of the p-type contact layer in Example 7 were changed as shown in Table 2. Was produced.
  • Table 2 shows the results of the average value of the initial luminescence output and the incidence of death from death.
  • the emission center wavelength of each sample was measured by an optical fiber spectroscope. The emission center wavelength is also shown in Table 2.
  • the Al composition ratio of the p-type contact layer is within the range of 0.03 to 0.25. Further, it is understood that when the film thickness is in the range of 10 to 50 nm, it is possible to obtain a light emitting element having a larger light emission output than the conventional one without causing death. And it turns out that the result is the same also in Example 6, 12, 13 of wavelength 310nm, and Example 7, 14 of wavelength 265nm.
  • substrate 20 buffer layer 30 n-type semiconductor layer 40 light emitting layer 41 well layer 42 barrier layer 60 p-type AlGaN electron block layer 70 p-type contact layer 71 p-type AlGaN contact layer 72 p-type GaN layer 80 p-side reflective electrode 90 n-side Electrode 100 Group III nitride semiconductor light emitting device

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Abstract

高い発光出力及び優れた信頼性を両立したIII族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供する。　本発明に従うIII族窒化物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ型コンタクト層及びｐ側反射電極を順次備え、前記発光層からの発光の発光中心波長が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、前記ｐ型コンタクト層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、かつ、該ｐ型コンタクト層は、Ａｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を有する。

Description

ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
　本発明は、III族窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に、高い発光出力及び優れた信頼性を両立したIII族窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
　Ａｌ，Ｇａ，ＩｎなどのIII族元素とＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、直接遷移型バンド構造をもつワイドバンドギャップ半導体であり、殺菌、浄水、医療、照明、高密度光記録などの幅広い応用分野が期待される材料である。特に、発光層にIII族窒化物半導体を用いた発光素子は、III族元素の含有比率を調整することで深紫外光から可視光領域までをカバーすることができ、種々の光源への実用化が進められている。
　III族窒化物半導体を用いた深紫外光発光素子の発光効率は一般的には極めて低く、高出力化の実現は困難と言われてきた。しかしながら、小型かつ高出力な深紫外発光素子を実現するために、内部量子効率の向上のほか高い光取出効率や低抵抗特性などを実現するための試みが種々行われてきている。
　深紫外光を発光する深紫外発光素子は、一般的には以下のとおりにして作製される。すなわち、サファイアやＡｌＮ単結晶等の基板上に、バッファ層を形成し、III族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次形成する。次いで、ｎ型半導体層と電気的に接続するｎ側電極、ｐ型半導体層と電気的に接続するｐ側電極をそれぞれ形成する。ここで、ｐ型半導体層のｐ側電極側には、オーミック接触を取るため、ホール濃度を高めやすいｐ型ＧａＮコンタクト層を形成することがこれまで一般的であった。しかしながら、ｐ型ＧａＮコンタクト層はそのバンドギャップのために、波長３６０ｎｍ以下の光を吸収してしまう。
　特許文献１では、比較的高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＩｎＮ層上に、膜厚が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下のＧａＮ層を設けたIII族窒化物半導体素子が開示されている。特許文献１では、ＧａＮ層の成長モードをＦＭ（Frank-van der Merwe）モードに近い状態（擬似ＦＭモード）として成長させることで、ＧａＮ層の結晶成長直後からその表面を平滑としている。その結果、Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されたＧａＮ層の膜厚を薄くした場合においても、表面を平滑とすることができる。
特開２０１０－２３２３６４号公報
　特許文献１の技術により、ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚を薄くすることができため、当該層による光吸収を抑制することができ、III族窒化物半導体素子の光取り出し効率を向上することができると期待される。
　本発明者の実験によると、ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚を50nm以下と極めて薄くした場合、従来技術に比べて発光出力の高いIII族窒化物半導体素子を得ることは可能であった。しかしながら、こうして作製したIII族窒化物半導体発光素子のサンプルの一部には、初期の発光出力から半減するほどに発光出力が突然劣化する現象の発生が確認された。このように発光出力が突然劣化する現象を、本明細書において「頓死」と称することとする。具体的には、発光面積を0.057mm2とするIII族窒化物半導体発光素子のサンプルを20mAで通電して初期の発光出力を測定し、次いで100mAで3秒間通電した後、再度20mAで測定したときに、初期の発光出力に対して半減以上の出力低下が確認されたサンプルは頓死が発生したものとする。ここで、III族窒化物半導体発光素子の発光面積に対して順方向電流に対する発光出力をプロットしたときに、上記20ｍAは直線性が保たれる範囲の電流値であり、上記100ｍAは発光素子が発熱して出力の直線性が失われる範囲の電流値である。このように発光出力が突然劣化する素子は信頼性が不十分であり、信頼性が不十分な素子が製品に混入することは、製品の品質管理上許容できない。
　そこで、本発明は、高い発光出力及び優れた信頼性を両立したIII族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。ｐ型ＧａＮ層を５０ｎｍ以下と極めて薄く形成する場合では、大きな圧縮歪の緩和によって欠陥が導入されると共に表面平坦性も悪化する。ＦＭモードでｐ型ＧａＮ層を成長させると、ｐ型ＧａＮ層の直下層となるＡｌＧａＮ層（Ｉｎを含む場合はＡｌＩｎＧａＮ層）に凹凸又は転位があれば、それを埋め込む方向へ成長が進むものの、圧縮歪の緩和が進みやすく欠陥が導入されやすいと推察される。そのため、埋め込むことのできなかったｐ型ＧａＮ層の直下層での凹凸又は転位はもちろん、ｐ型ＧａＮ層が一見、平坦化していても、新たな転位が発生している場合もある。実験事実を考慮すると、それらが電極形成領域にある場合に、発光素子が頓死すると本発明者は考えた。そこで、ｐ型コンタクト層として０．０３以上０．２５以下のＡｌ組成比ｘを有するＡｌＧａＮ層を用いることにより、発光素子の頓死を防止して高い発光出力及び優れた信頼性を両立できることを知見し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）基板上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ型コンタクト層及びｐ側反射電極を順次備えるIII族窒化物半導体発光素子であって、
　前記発光層からの発光の発光中心波長が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、
　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、
　前記ｐ型コンタクト層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、かつ、該ｐ型コンタクト層は、Ａｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を有することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
（２）前記ｐ型コンタクト層は、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のみからなる、上記（１）に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（３）前記ｐ型コンタクト層は、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記ｐ側反射電極との間にｐ型ＧａＮコンタクト層を有する、上記（１）に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（４）前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下である、上記（１）～（３）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（５）基板上に、ｎ型半導体層を形成する工程と、
　前記ｎ型半導体層上に発光層を形成する工程と、
　前記発光層上にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層を形成する工程と、
　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、
　前記ｐ型コンタクト層上にｐ側反射電極を形成する工程と、を含むIII族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
　前記発光層からの発光中心波長は２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、
　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、
　前記ｐ型コンタクト層の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
　前記ｐ型コンタクト層はＡｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を形成することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
　本発明によれば、高い発光出力及び優れた信頼性を両立したIII族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
本発明によるIII族窒化物半導体発光素子の一実施形態を説明する模式断面図である。 本発明によるIII族窒化物半導体発光素子のｐ型コンタクト層の一態様を説明する拡大模式断面図である。 本発明によるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法の一実施形態を説明する模式断面図である。 実施例１のｐ型コンタクト層表面のＡＦＭ像である。 実施例２のｐ型コンタクト層表面のＡＦＭ像である。 実施例３のｐ型コンタクト層表面のＡＦＭ像である。 比較例１のｐ型コンタクト層表面のＡＦＭ像である。
　本発明に従う実施形態の説明に先立ち、以下の点について予め説明する。まず、本明細書においてＡｌ組成比を明示せずに単に「ＡｌＧａＮ」と表記する場合は、III族元素（Ａｌ，Ｇａの合計）とＮとの組成比が１：１であり、III族元素ＡｌとＧａとの比率は不定の任意の化合物を意味するものとする。また「ＡｌＧａＮ」は、III族元素であるＩｎについての表記がなくとも、III族元素としてのＡｌとＧａの合計に対して５％以内のＩｎを含んでいてもよいこととし、Inを含めて記載した組成式は、Al組成比をｘとしIn組成比をｙ（0≦ｙ≦0.05）としてAlxInyGa1－x－yNとする。単に「ＡｌＮ」又は「ＧａＮ」と表記する場合は、それぞれＧａ及びＡｌは含まれないことを意味するが、明示がない限り、単に「ＡｌＧａＮ」と表記することによって、ＡｌＮ又はＧａＮのいずれかであることを排除するものではない。なお、Ａｌ組成比の値は、フォトルミネッセンス測定及びＸ線回折測定などによって測定することができる。
　また、本明細書において、電気的にｐ型として機能する層をｐ型層と称し、電気的にｎ型として機能する層をｎ型層と称する。一方、ＭｇやＳｉ等の特定の不純物を意図的には添加しておらず、電気的にｐ型又はｎ型として機能しない場合、「ｉ型」又は「アンドープ」と言う。アンドープの層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよく、具体的には、キャリア密度が小さい（例えば４×１０１６／ｃｍ３未満）場合、本明細書において「アンドープ」と称する。また、ＭｇやＳｉ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析によるものとする。
　また、エピタキシャル成長により形成される各層の膜厚全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の膜厚のそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、隣接する層のうち、Ａｌ組成比が同一であるか、又は、ほぼ等しい（例えばＡｌ組成比が０．０１未満）ものの、不純物濃度の異なる層の境界及び膜厚については、両者の境界ならびに各層の膜厚は、ＴＥＭ－ＥＤＳに基づく測定によるものとする。そして、両者の不純物濃度は、ＳＩＭＳ分析により測定できる。また、超格子構造のように各層の膜厚が薄い場合にはＴＥＭ－ＥＤＳを用いて膜厚を測定することができる。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、基板及び各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
（III族窒化物半導体発光素子）
　本発明の一実施形態に従うIII族窒化物半導体発光素子１００は、図１に示すように、基板１０上に、ｎ型半導体層３０、発光層４０、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０、ｐ型コンタクト層７０及びｐ側反射電極８０を順次備える。そして、発光層４０からの発光の発光中心波長が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、ｐ型コンタクト層７０の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、かつ、ｐ型コンタクト層７０はＡｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１を有する。
　なお、図１に示すように、基板１０とｎ型半導体層３０との間にバッファ層２０を設け、ｎ型半導体層３０に露出面が設けられ、該露出面にｎ側電極９０を設けることなどは、III族窒化物半導体発光素子１００の好ましい態様である。以下、各構成の詳細を順次説明する。
＜基板＞
　III族窒化物半導体発光素子１００の基板１０として、サファイア基板を用いることができる。サファイア基板の表面にエピタキシャル成長させたＡｌＮ層が設けられたＡｌＮテンプレート基板を用いてもよい。サファイア基板としては、任意のサファイア基板を用いることができ、オフ角の有無は任意であり、オフ角が設けられている場合の傾斜方向の結晶軸方位は、ｍ軸方向またはａ軸方向のいずれでもよい。例えば、サファイア基板の主面を、Ｃ面が０．５度のオフ角θで傾斜した面とすることができる。ＡｌＮテンプレート基板を用いる場合、サファイア基板表面のＡｌＮ層の結晶性が優れていることが好ましい。また、ＡｌＮテンプレート基板の表面に、アンドープのＡｌＧａＮ層が設けられていることも好ましい。また、基板１０としてＡｌＮ単結晶基板を用いてもよい。
＜ｎ型半導体層＞
　ｎ型半導体層３０は必要によりバッファ層２０を介して基板１０上に設けられる。ｎ型半導体層３０を基板１０上に直接設けてもよい。ｎ型半導体層３０には、ｎ型のドーパントがドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。必要に応じて、Ｉｎ等のIII族元素を５％以内の組成比で導入し、ＡｌＧａＩｎＮ等としてもよい。ｎ型ドーパントの具体例として、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），錫（Ｓｎ），硫黄（Ｓ），酸素（Ｏ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ）等を挙げることができる。ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、ｎ型半導体層３０がｎ型として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。また、ｎ型半導体層３０のバンドギャップは、発光層４０（量子井戸構造とする場合は井戸層４１）のバンドギャップよりも広く、発光する深紫外光に対し透過性を有することが好ましい。また、ｎ型半導体層３０を単層構造や複数層からなる構造の他、III族元素の組成比を結晶成長方向に組成傾斜させた組成傾斜層や超格子構造を含む構成することもできる。ｎ型半導体層３０は、ｎ側電極９０とのコンタクト部を形成するだけでなく、基板から発光層に至るまでに結晶性を高める機能を兼ねることもできる。
＜発光層＞
　発光層４０はｎ型半導体層３０上に設けられ、発光中心波長が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の深紫外光を放射する。発光層４０は、ＡｌＧａＮとすることができ、そのＡｌ組成比は所望の発光中心波長が得られるよう適宜設定すればよく、例えば０．１７～０．７０の範囲内とすることができる。
　発光層４０はＡｌ組成比が一定の単層構造であってもよいし、Ａｌ組成比の異なるＡｌＧａＮからなる井戸層４１と障壁層４２とを繰り返し形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造で構成することも好ましい。いずれの場合も、必要に応じて、Ｉｎ等のIII族元素を５％以内の組成比で導入し、ＡｌＧａＩｎＮ材料等としてもよいが、III族元素としてはＡｌおよびＧａのみを用いた三元系のＡｌＧａＮ材料とすることがより好ましい。
　多重量子井戸構造を用いる場合、障壁層４２のＡｌ組成比ｂを、井戸層４１のＡｌ組成比ｗよりも高く（すなわち、ｂ＞ｗ）する。Ａｌ組成比ｂについては、ｂ＞ｗの条件の下、障壁層４２のＡｌ組成比ｂを例えば０．３０～０．９５とすることができる。井戸層４１のＡｌ組成比ｗによって中心発行波長を概ね調整することができ、例えば、発光層４０における井戸層４１のＡｌ組成比ｗを０．１７～０．６８とすると、発光層４０から放射される光の中心波長が２５０～３３０ｎｍとなる。
　また、井戸層４１及び障壁層４２の繰り返し回数は特に制限されず、例えば１～１０回とすることができる。発光層４０の膜厚方向の両端側（すなわち最初と最後）を障壁層とすることが好ましく、井戸層４１及び障壁層４２の繰り返し回数をｎとすると、この場合は「ｎ．５組の井戸層及び障壁層」と表記することとする。また、井戸層４１の膜厚を０．５ｎｍ～５ｎｍ、障壁層４２の膜厚を３ｎｍ～３０ｎｍとすることができる。
　なお、障壁層４２の導電型をｎ型とすることが好ましい。電子濃度が増え、井戸層４１内の結晶欠陥を補償する効果があるためである。なお、発光層４０は、障壁層４２および井戸層４１を繰り返し形成し、障壁層４２で挟み込んだ一般的な多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とすることができ、必要に応じてｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０側の最後の障壁層４２を取り除いた構造としてもよい。
＜ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層＞
　ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０は発光層４０上に設けられる。ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０は電子を堰止めし、電子を発光層４０（ＭＱＷ構造の場合には井戸層４１）内に注入して、電子の注入効率を高めるための層として用いられる。本発明においては、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層として、そのＡｌ組成比を０．４０以上０．８０以下とするｐ型のＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．４０≦ｚ≦０．８０）を用いることができる。必要に応じて、Ｉｎ等のIII族元素を５％以内の組成比で導入した四元系のＡｌＧａＩｎＮ材料等としてもよいが、III族元素としてはＡｌおよびＧａのみを用いた三元系のＡｌＧａＮ材料とすることがより好ましい。Ａｌ組成比がこの範囲であるとｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０に転位が比較的多く形成されるため、このような場合に本発明によるｐ型コンタクト層７０を用いることが有効となる。Ａｌ組成比が０．６０以上０．７０以下の場合に特に転位が形成されやすい。
　ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の膜厚は特に制限されないが、例えば１０ｎｍ～８０ｎｍとすることが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の膜厚がこの範囲であれば、高い発光出力を確実に得ることができる。なお、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の膜厚は、障壁層４２の膜厚よりも厚いことが好ましい。また、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０にドープするｐ型ドーパントとしては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ），カルシウム（Ｃａ），ベリリウム（Ｂｅ），マンガン（Ｍｎ）等を例示することができ、Ｍｇを用いることが一般的である。ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０のドーパント濃度は、ｐ型層として機能することのできるドーパント濃度であれば特に限定されず、例えば１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５．０×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。
＜ｐ型コンタクト層＞
　ｐ型コンタクト層７０はｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０上に直接設けられる。ｐ型コンタクト層７０は、その最表面上に設けられるｐ側反射電極８０と、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０との間の接触抵抗を低減するための層である。本発明においては、ｐ型コンタクト層７０の膜厚を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。そして、ｐ型コンタクト層７０はＡｌ組成比ｘを０．０３以上０．２５以下とするｐ型ＡｌＧａＮ層７１を有する。そして、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１はｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の直上に接して形成され、組成式ＡｌｘＧａ１－ｘＮのＡｌ組成比ｘが０．０３≦ｘ≦０．２５を用いることができる。ｐ型コンタクト層７０がｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の直上にｐ型ＡｌＧａＮ層７１を有することにより、III族窒化物半導体発光素子１００の頓死を防止できることが本発明者の実験によって確認された。ｐ型ＧａＮ層をｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の直上に形成することに代えて、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１（ＡｌｘＧａ１－ｘＮ、０．０３≦ｘ≦０．２５）を形成した方が、表面平坦性の悪化の悪影響を押さえつつ、成長初期に形成される転位の発生を抑えられるからだと考えられる。
　本発明効果を得るためにはｐ型コンタクト層７０がｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の直上に上述のｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１を有すれば十分である。ｐ型コンタクト層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１のみから構成されてもよいし（図１参照）、他方、ｐ型コンタクト層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１とｐ側反射電極８０との間にｐ型ＧａＮコンタクト層を有してもよい（図２参照）。いずれの場合も、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができ、ｐ型コンタクト層７０の全体としての膜厚が上述の１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよい。なお、本発明効果を得つつ、III族窒化物半導体発光素子１００の発光出力を増大するために、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１の膜厚を１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることがより好ましい。また、頓死をより確実にゼロに抑えるにはｐ型コンタクト層７０の厚さを１５ｎｍ以上とすることがさらに好ましい。
　なお、図示しないものの、ｐ型コンタクト層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０と反対側（換言すれば、ｐ側反射電極８０と接する側）において、Ｍｇ濃度が３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の高濃度領域を有することが好ましく、この高濃度領域におけるＭｇ濃度が５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。ｐ型コンタクト層７０のホール濃度を高めて、III族窒化物半導体発光素子１００の順方向電圧Ｖｆを低下することができる。なお、上限の限定を意図しないが、工業的生産性を考慮すれば、本実施形態においては高濃度領域におけるＭｇ濃度の上限を１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることができる。この場合、ｐ型コンタクト層７０におけるｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０側の領域のＭｇ濃度は一般的な範囲とすることができ、通常５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。なお、ｐ型コンタクト層におけるＭｇ濃度は、ＳＩＭＳ測定による各領域での平均濃度である。ｐ型コンタクト層７０の結晶性を保つため、高濃度領域の膜厚は、通常１５ｎｍ以下である。
＜ｐ側電極＞
　ｐ側反射電極８０を、ｐ型コンタクト層７０の直上（最表面上）に設けることができる。ｐ側反射電極８０は、発光層４０から放射される紫外光に対して高い反射率（例えば６０％以上）を有する金属を用いることが好ましい。このような反射率を有する金属として、例えば、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、及びこれらのいずれかを少なくとも含有する合金を挙げるができる。これらの金属又は合金は、深紫外光への反射率が高く、また、ｐ型コンタクト層７０と、ｐ側反射電極８０とで比較的良好なオーミック接触を取ることもできるため好ましい。なお、反射率の観点では、これらの中でも、ｐ側反射電極８０がロジウム（Ｒｈ）を単体又は合金の形態で含むことが好ましい。また、ｐ側反射電極８０の膜厚、形状及びサイズは、III族窒化物半導体発光素子１００の形状及びサイズに応じて適宜選択することができ、例えばｐ側反射電極８０の膜厚を３０～４５ｎｍとすることができる。
　以上説明した本実施形態に従うIII族窒化物半導体発光素子１００は、高い発光出力及び優れた信頼性を両立することができる。
　以下、本実施形態に適用可能な具体的態様について述べるが、本実施形態は以下の態様に限定されない。
＜バッファ層＞
　図１に示すように、基板１０と、ｎ型半導体層３０との間に、両者の格子不整合を緩和するためのバッファ層２０を設けることも好ましい。バッファ層２０としてアンドープのIII族窒化物半導体層を用いることができ、例えばアンドープのＡｌＮを用いることができる。バッファ層２０を超格子構造としてもよい。バッファ層２０とｎ型半導体層３０の間には、ＡｌＧａＮ層、組成傾斜層および超格子層の1つ以上から選ばれるバッファ層がさらに設けられてもよい。
＜ｎ側電極＞
　ｎ型半導体層３０の露出面上に設けられ得るｎ側電極９０は、例えばＴｉ含有膜及びこのＴｉ含有膜上に形成されたＡｌ含有膜を有する金属複合膜とすることができる。ｎ側電極９０の膜厚、形状及びサイズは、発光素子の形状及びサイズに応じて適宜選択することができる。ｎ側電極９０は、図１に示すような、ｎ型半導体層３０の露出面上への形成に限定されず、ｎ型半導体層と電気的に接続していればよい。
＜ｐ型ガイド層＞
　なお、図１には図示しないが、発光層４０と、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０との間に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０のＡｌ組成比よりもＡｌ組成比の高いＡｌＧａＮ又はＡｌＮからなるｐ型のガイド層を設けてもよい。ガイド層を設けることで、発光層４０への正孔の注入を促進することができる。
＜ｎ型ガイド層＞
　さらに、図１には図示しないものの、発光層４０とｎ型半導体層３０との間に、ｎ型ガイド層を設けてもよい。ｎ型ガイド層はＡｌＧａＮを用いることが好ましく、そのＡｌ組成比は、前記のｎ型半導体層３０のＡｌ組成比以上、かつ、障壁層４２のＡｌ組成比ｂ以下とすることが好ましい。その膜厚は３ｎｍ～３０ｎｍとすることができる。また、ｎ型ガイド層には、ｎ型半導体層３０と同様にｎ型のドーパント（不純物）がドープされことが好ましいが、そのドーパント量はｎ型層よりも低いことが好ましい。
　なお、本実施形態に従うIII族窒化物半導体発光素子１００は、ｐ側反射電極８０を反射電極材料により形成して深紫外光を反射させることで、基板側又は基板水平方向を主な光取り出し方向とすることができる。また、III族窒化物半導体発光素子１００を、いわゆるフリップチップ型と呼ばれる形態とすることができる。
（III族窒化物半導体発光素子の製造方法）
　次に、上述したIII族窒化物半導体発光素子１００の製造方法の一実施形態を、図３を参照して説明する。本発明に従うIII族窒化物半導体発光素子１００の製造方法の一実施形態は、基板１０上に（ステップＡ参照）、ｎ型半導体層３０を形成する工程と、ｎ型半導体層３０上に発光層４０を形成する工程と、発光層４０上にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０を形成する工程（ステップＢ参照）と、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０上にｐ型コンタクト層７０を形成する工程（ステップＣ参照）と、ｐ型コンタクト層７０上にｐ側反射電極８０を形成する工程（ステップＤ参照）、とを含む。ここで、本製造方法の一実施形態では、発光層４０からの発光の発光中心波長は２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、ｐ型コンタクト層７０の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、ｐ型コンタクト層７０はＡｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１を形成する。
　以下、本実施形態の好適な実施形態に従うフローチャートを示す図３を参照して、具体的な態様と共に各工程の詳細を順次説明するが、III族窒化物半導体発光素子１００の各構成に関して重複する説明については省略する。
　まず、図３のステップＡ，Ｂに示すように、基板１０上にｎ型半導体層３０、発光層４０及びｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０を順次形成する。これらの各工程では、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、スパッタ法などの公知のエピタキシャル成長技術により各層を形成することができる。
　ｎ型半導体層３０、発光層４０、及びｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０の各層の形成にあたり、エピタキシャル成長させるための成長温度、成長圧力、成長時間については、各層のＡｌ組成比及び膜厚に応じた一般的な条件とすることができる。エピタキシャル成長させるためのキャリアガスとしては、水素ガスもしくは窒素ガス、又は両者の混合ガスなどを用いてチャンバ内に供給すればよい。さらに、上記各層を成長させる原料ガスとして、III族元素の原料ガスとしてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）などを用いることができ、V族元素ガスとしてＮＨ３ガスを用いることができる。ＮＨ３ガスなどのV族元素ガスと、ＴＭＡガスなどのIII族元素ガスの成長ガス流量を元に計算されるIII族元素に対するV族元素のモル比（以降、V/III比と記載する）についても、一般的な条件とすればよい。さらにドーパント源のガスとしては、ｐ型ドーパントについては、Ｍｇ源としてシクロペンタジニエルマグネシウムガス（ＣＰ２Ｍｇ）などを、ｎ型ドーパントについては、Ｓｉ源として例えばモノシランガス（ＳｉＨ４）、Ｚｎ源としての塩化亜鉛ガス（ＺｎＣｌ２）などを適宜選択し、所定の流量でチャンバ内に供給すればよい。
　次に、図３のステップＣに示すｐ型コンタクト層形成工程では、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０上にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１を形成する。ｐ型コンタクト層７０の膜厚範囲及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層７１のＡｌ組成比の条件、並びにｐ型ＧａＮコンタクト層７２（図３には図示せず。図２を参照）を形成してもよいことについては既述のとおりである。また、ｐ型コンタクト層７０も、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０等と同様にＭＯＣＶＤ法などによるエピタキシャル成長によって結晶成長すればよい。そして、成長条件は特に制限されないものの、ガス流量とV／III比、成長温度を調整することにより、厚さ方向の成長速度を０．０３～０．５０μｍ／ｈとすることが好ましく、０．０３～０．１９μｍ／ｈがより好ましく、厚さ方向の成長速度を０．１０～０．１５μｍ／ｈとすることが最も好ましい。なお、キャリアガスはＨ２を用いることが好ましい。
　なお、ｐ型コンタクト層７０のＭｇ濃度を高濃度とするためには、Ｍｇ／III族元素ガス比率を適宜調整すればよい。
　また、図２のステップＤに示すように、発光層４０、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層６０及びｐ型コンタクト層７０の一部をエッチング等により除去し、露出したｎ型半導体層３０上にｎ側電極９０を形成してもよい。なお、ｐ側反射電極８０及びｎ側電極９０は、スパッタ法や真空蒸着法などにより成膜することができる。また、バッファ層２０を基板１０の表面１０Ａ上に形成することも好ましい。
　以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１：波長２８０ｎｍ）
　サファイア基板（直径２インチ、膜厚：４３０μｍ、面方位：（０００１）、ｍ軸方向オフ角θ：０．５度）を用意した。次いで、ＭＯＣＶＤ法により、上記サファイア基板上に中心膜厚０．６０μｍ（平均膜厚０．６１μｍ）のＡｌＮ層を成長させ、ＡｌＮテンプレート基板とした。その際、ＡｌＮ層の成長温度は１３００℃、チャンバ内の成長圧力は１０Ｔｏｒｒであり、V/III比が１６３となるようにアンモニアガスとＴＭＡガスの成長ガス流量を設定した。V族元素ガス（ＮＨ３）の流量は２００ｓｃｃｍ、III族元素ガス（ＴＭＡ）の流量は５３ｓｃｃｍである。なお、ＡｌＮ層の膜厚については、光干渉式膜厚測定機（ナノスペックM6100A；ナノメトリックス社製）を用いて、ウェーハ面内の中心を含む、等間隔に分散させた計２５箇所の膜厚を測定した。
　次いで、上記ＡｌＮテンプレート基板を熱処理炉に導入し、１０Ｐａまで減圧後に窒素ガスを常圧までパージすることにより炉内を窒素ガス雰囲気とした後に、炉内の温度を昇温してＡｌＮテンプレート基板に対して熱処理を施した。その際、加熱温度は１６５０℃、加熱時間は４時間とした。
　続いて、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープのＡｌＧａＮ層として、Ａｌ組成比０．８５から０．６５まで結晶成長方向に組成傾斜させた膜厚２００ｎｍのアンドープＡｌＧａＮ層を形成した。次に、ｎ型半導体層として、Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎからなり、Ｓｉドープした膜厚２μｍのｎ型層を形成した。なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型層のＳｉ濃度は１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
　続いて、ｎ型層上に、Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５ＮからなりＳｉドープした膜厚２０ｎｍのｎ型ガイド層を形成し、さらに障壁層として４ｎｍのＡｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎを形成した。次いで、Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎからなる膜厚３ｎｍの井戸層および膜厚４ｎｍのＡｌ０．６５Ｇａ０．３５Ｎからなる障壁層を交互に２層ずつ形成し、さらにＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎからなる膜厚３ｎｍの井戸層を形成した。すなわち、井戸層の層数および障壁層の層数Ｎは共に３であり、障壁層のＡｌ組成比ｂは０．６５であり、井戸層のＡｌ組成比ｗは０．４５である。なお、障壁層の形成においてはＳｉをドープした。
　その後、３層目の井戸層上に、窒素ガスをキャリアガスとし、アンドープのＡｌＮガイド層を形成した。ＡｌＮガイド層の膜厚は１ｎｍとした。次に、ＴＭＡガスの供給を停止しつつ、アンモニアガスを供給し続けたままキャリアガスの窒素を止めて水素を供給し、キャリアガスを水素に変更した後に、III族元素の原料ガスであるＴＭＡガスおよびＴＭＧガスを再び供給して、Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎからなり、Ｍｇドープした層さ４０ｎｍの電子ブロック層を形成した。
　続いて、電子ブロック層の成長を止め、キャリアガスを窒素ガスに切り替え、ｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎコンタクト層の設定条件へガス流量を変化させた後、キャリアガスを水素に切り替え、Ｍｇドープした膜厚２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎコンタクト層（以下、実施例において「ｐ型コンタクト層」と略記する。）を形成した。ＳＩＭＳ分析の結果、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は平均で１．２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。なお、ｐ型コンタクト層を形成するときの厚さ方向の成長速度を０．１２μｍ／ｈとした。
　その後、ｐ型コンタクト層の上にマスクを形成してドライエッチングによるメサエッチングを行い、ｎ型半導体層の一部を露出させ、ｐ型コンタクト層上にＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極を形成し、露出したｎ型層上にはＴｉ／Ａｌからなるｎ側電極を形成した。なお、ｐ側電極のうち、Ｎｉの膜厚は５０Åであり、Ａｕの膜厚は１５００Åである。また、ｎ側電極のうち、Ｔｉの膜厚は２００Åであり、Ａｌの膜厚は１５００Åである。最後に５５０℃でコンタクトアニール（ＲＴＡ）を行って、各電極を形成した。
　以上のとおりにして作製した実施例１に係るIII族窒化物半導体発光素子の、各層の構成を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２～５、実施例８～１１、比較例１、従来例１、比較例４～７：波長２８０ｎｍ）
　実施例１におけるｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比を表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２～５，比較例１、従来例１に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。なお、実施例３においては、ｐ型Ａｌ０．６８Ｇａ０．３２Ｎ電子ブロック層上に膜厚２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎコンタクト層を形成し、次いで膜厚２０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を形成した。さらに、実施例１におけるｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比を表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例８～１１、比較例４～７に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
（実施例６、実施例１２～１３、比較例２、従来例２：波長３１０ｎｍ）
　実施例１における井戸層のＡｌ組成比ｗ：０．４５のＡｌ組成比を０．３０に変え、さらにアンドープ層のＡｌ組成比を０．５５、ｎ型半導体層のＡｌ組成比を０．４５、ｎガイド層及び障壁層のＡｌ組成比を０．５５、ｐ型電子ブロック層のＡｌ組成比を０．５８に変えつつ、ｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比ｘを表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例６、比較例２、従来例２に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。さらに、実施例６におけるｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比を表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例６と同様にして、実施例１２および１３に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
（実施例７、実施例１４、比較例３、従来例３：波長２６５ｎｍ）
　実施例１における井戸層のＡｌ組成比ｗ：０．４５のＡｌ組成比を０．５８に変え、さらに障壁層のＡｌ組成比を０．７６に変え、ｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比ｘを表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例７、比較例３、従来例３に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。さらに、実施例７におけるｐ型コンタクト層の膜厚及びＡｌ組成比を表２に記載のとおりに変えた以外は、実施例７と同様にして、実施例１４に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（評価１：各層の膜厚とＡｌ組成の測定）
　実施例１～７、８～１４、比較例１～３、４～７、従来例１～３のそれぞれに対し、エピタキシャル成長により形成される各層の膜厚は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定した。また、障壁層や電子ブロック層を含め各層の膜厚が数ｎｍ～数十ｎｍと薄い層は、透過型電子顕微鏡による各層の断面観察でのＴＥＭ－ＥＤＳを用いて各層膜厚とＡｌ組成比を測定した。なお、各層の膜厚の測定位置はウェーハ中央部である。
（評価２：信頼性評価）
　実施例１～７、８～１４、比較例１～３、４～７、従来例１～３から得られた発光素子（測定個数２４個）に対して、定電流電圧電源を用いて電流２０ｍＡにて通電し、発光出力を測り、次いで１００ｍＡで３秒間通電した後、再び２０ｍＡで通電して発光出力を測り、初期の発光出力に対する発光出力の変化を測定した。このとき、通電により発光する面積は0.057mm2であった。１００ｍＡで３秒間通電した後の発光出力が初期の発光出力の半分以下にまで下がったもの、すなわち頓死が発生する発光素子の個数を確認した。実施例１～７及び従来例１～３では電流１００ｍＡでの通電後も大きな変化はなかったが、比較例１～３では、電流１００ｍＡでの通電後に、ウェーハ内で不点灯、あるいは初期の発光出力から半減以下の出力となる発光素子が確認された（すなわち、頓死の発生が確認された）。こうした不点灯や、初期の発光出力の半分以下への発光出力の急減がなかったものの比率を、頓死発生率として表２に示す。なお、発光出力Ｐｏの測定にあたっては積分球を用いた。初期の発光出力の平均値と頓死の発生率の結果を表２に示す。なお、光ファイバ分光器によって各サンプルの発光中心波長を測定した。発光中心波長についても表２に示す。
（評価３：表面粗さＲａの測定）
　代表例として、実施例１～５、比較例１のｐ型コンタクト層の最表面について、原子間力顕微鏡（AFM: Atomic Force Microscope）によりＡＦＭ像を取得しつつ、表面粗さの指標としてＲａ（平均粗さ；ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１に準拠）を測定した。なお、測定箇所はウェーハ中央部である。Ｒａの測定値を表２に示す。なお、実施例１～５、比較例１については、基板観察によるピットの有無も併せて示す。さらに、実施例１～３、比較例１によるＡＦＭ像を図４Ａ～図４Ｄにそれぞれ示す。
（評価結果の考察）
　本発明条件に従う実施例１～７では、同波長で比較した場合に、信頼性を確保したまま、従来例１～３のそれぞれよりも発光出力を増大させることができた。比較例１，２ではｐ型コンタクト層を薄くしたために発光層からの光吸収を抑制できる結果、発光出力を増大させることはできたものの、頓死の発生が確認された。比較例３では、初期通電から頓死が多発し、発光出力を測定することすらできなかった。
　図４Ａ～図４Ｄに示したＡＦＭ像並びに実施例１～５及び比較例１の表面粗さＲａの値からすれば、表面粗さが十分に小さくても頓死が発生することが確認される。実施例１，２，４及び比較例１でピットが観察されたことからすると、電子ブロック層の凹凸又は転位を埋め込むことと同時に圧縮歪の緩和に伴う結晶欠陥の増加を抑制することが頓死防止のためには重要であると考えることができる。
　また、波長２８０nmの実施例１～５、８～１１と比較例１、４～７、従来例１とを比較すると、ｐ型コンタクト層のAl組成比は０．０３～０．２５の範囲内であり、かつ、膜厚が１０～５０ｎｍの範囲内であることで、頓死を発生させずに、従来よりも発光出力の大きな発光素子を得ることができることが分かる。そしてその結果は、波長３１０ｎｍの実施例６、１２、１３や波長２６５ｎｍの実施例７、１４においても同様の結果がみられることが分かる。
　以上の結果から、本発明条件を満足するｐ型コンタクト層を形成することにより、高い発光出力を得ることができるとともに、信頼性を両立できることが確認できた。
　本発明によれば、高い発光出力及び優れた信頼性を両立したIII族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
１０　　基板
２０　　バッファ層
３０　　ｎ型半導体層
４０　　発光層
４１　　井戸層
４２　　障壁層
６０　　ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
７０　　ｐ型コンタクト層
７１　　ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層
７２　　ｐ型ＧａＮ層
８０　　ｐ側反射電極
９０　　ｎ側電極
１００　III族窒化物半導体発光素子

Claims (5)

  1. 　基板上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ型コンタクト層及びｐ側反射電極を順次備えるIII族窒化物半導体発光素子であって、
    　前記発光層からの発光の発光中心波長が２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、
    　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、
    　前記ｐ型コンタクト層の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、かつ、該ｐ型コンタクト層は、Ａｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を有することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記ｐ型コンタクト層は、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のみからなる、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記ｐ型コンタクト層は、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記ｐ側反射電極との間にｐ型ＧａＮコンタクト層を有する、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  5. 　基板上に、ｎ型半導体層を形成する工程と、
    　前記ｎ型半導体層上に発光層を形成する工程と、
    　前記発光層上にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層を形成する工程と、
    　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、
    　前記ｐ型コンタクト層上にｐ側反射電極を形成する工程と、を含むIII族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
    　前記発光層からの発光中心波長は２５０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であり、
    　前記ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層のＡｌ組成比は０．４０以上０．８０以下であり、
    　前記ｐ型コンタクト層の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
    　前記ｐ型コンタクト層はＡｌ組成比が０．０３以上０．２５以下であるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を有すること特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
     
     
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