JP2000058916A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率の向上と動作電圧の低減を実現し得
る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 基板と、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなるｎ型コンタクト層および活性層とを備え、前記ｎ
型コンタクト層と前記基板との間と、前記活性層と前記
ｎ型コンタクト層との間とのいずれか一方またはその両
方に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体積層
構造を備えており、前記半導体積層構造は、アンドープ
のＧａＮからなる第一のｎ型層と、前記第一のｎ型層に
接して形成され、かつｎ型不純物がドープされたＡｌ_x
Ｇａ_1-xＮ（但し、０≦ｘ≦１）からなる第二のｎ型層
と、を少なくとも含む構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオード、レ
ーザダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して多用されるようになっており、青色や緑色の発光ダ
イオードの分野での実用化や青紫色のレーザダイオード
の分野での展開が進んでいる。特に、発光ダイオードの
分野においては、従来用いられていたＳｉＣからなる青
色の発光素子よりも数十倍から約１００倍の発光効率の
向上が達成されており、高効率の発光が必要とされてい
た屋外用のディスプレイ装置にも好適に用いることがで
きるため、多くの注目を集めている。

【０００３】発光ダイオードやレーザダイオードに用い
られるものを含め、可視光で発光可能な窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子は、基本的には、ＩｎＧａＮから
なる活性層を、活性層よりもバンドギャップの大きなＧ
ａＮやＡｌＧａＮ等からなるｐ型およびｎ型のクラッド
層で挟んだダブルヘテロ構造を含むものが主流である。
ｐ型クラッド層には、これに接してＧａＮからなるｐ型
コンタクト層が接合形成され、ｎ型クラッド層には、こ
れに接してＧａＮからなるｎ型コンタクト層が接合形成
される。これらの積層構造は、サファイアやＳｉＣ等か
らなる基板上に、有機金属気相成長法や分子線エピタキ
シー法等の結晶成長方法により成長形成される窒化ガリ
ウム系化合物半導体の薄膜をもって作製されるのが近来
では主流である。

【０００４】最近実用化されている青色や緑色等の発光
ダイオードに用いられる窒化ガリウム系化合物半導体も
上記の積層構造を基本的に有しており、基板にはサファ
イアが用いられ、基板上にｎ型コンタクト層、ｎ型クラ
ッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を
順次積層させた構成とされている。（以下、活性層に対
し、ｎ型コンタクト層およびｎ型クラッド層が形成され
た側をｎ側、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層が
形成された側をｐ側ということがある。）さらに、ｐ型
コンタクト層にはその表面にｐ側電極が形成され、ｎ型
コンタクト層には、ｐ型コンタクト層の側から積層方向
と逆の方向にｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、活性
層およびｎ型コンタクト層の一部を除去して露出させた
表面にｎ側電極が形成されている。そして、ｐ側電極と
ｎ側電極とに電圧を印加させて、活性層に対してｐ型コ
ンタクト層の側から正孔を、ｎ型コンタクト層の側から
電子を注入させるようになっている。活性層において
は、注入された正孔と電子の再結合により、基本的には
活性層のバンドギャップエネルギーに対応する発光が得
られる。

【０００５】ところで、基板に絶縁性のサファイアを用
いた場合に代表されるように、ｐ側電極とｎ側電極を基
板の同一面側に設ける構成とした発光素子においては、
電圧を印加した際に、ｎ側電極からｎ型コンタクト層に
注入された電子が、ｎ型コンタクト層やｎ型クラッド層
の中で積層方向とほぼ垂直な方向、すなわち面方向に移
動する過程を含むこととなる。

【０００６】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体の場
合、他の３−５族化合物半導体に比して抵抗率が高いた
め電流が流れにくく、電子が移動しにくいという特徴が
ある。したがって、電極からｎ型コンタクト層へ注入さ
れた電子は、ｎ型コンタクト層から活性層へかけて抵抗
が小さくなるように移動することとなり、活性層の下で
電極に近い領域に集中する傾向にある。このため、活性
層においては、ｎ型コンタクト層に近い領域に発光が集
中してしまい、活性層から面内均一な発光が得られにく
いという問題があった。

【０００７】そこで、この問題を解決するために、ｎ型
コンタクト層と活性層との間に、ｎ型コンタクト層より
も電子濃度の高い層を形成し、この層において電子を面
内均一に広げて活性層へ面内均一に電子を注入し得る構
造が提案された。このような構造は、例えば特開平８−
２３１２４号公報に示されている。

【０００８】図８は、前記公報において開示された従来
の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造を示す断
面図を示している。図８において、基板４１の上に、バ
ッファ層４２を介してｎ型コンタクト層４３が形成され
ている。ｎ型コンタクト層４３の上には、ｎ型コンタク
ト層４３よりも電子濃度の高いｎ型高濃度層４０３が形
成されている。そして、ｎ型高濃度層４０３の上には、
ｎ型クラッド層４４、活性層４５、ｐ型クラッド層４
６、ｐ型コンタクト層４７が形成されている。ｐ型コン
タクト層４７の表面にはｐ側電極４９が形成され、ｐ型
コンタクト層４７、ｐ型クラッド層４６、活性層４５、
ｎ型クラッド層４４、およびｎ型高濃度層４０３の一部
を積層方向と反対の方向に除去して露出されたｎ型コン
タクト層４３の表面には、ｎ側電極４８が形成されてい
る。このように、ｎ型コンタクト層４３とｎ型クラッド
層４４の間に、ｎ型コンタクト層４３よりも電子濃度の
高いｎ型高濃度層４０３を設けることで、ｎ側電極４８
からｎ型コンタクト層４３に注入された電子が、ｎ型高
濃度層４０３の中で均一に広がりやすくなるため、活性
層４５から均一な面発光が得られるとされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記構造による改善を
含め、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において
は、発光出力を高め、動作電圧の低減を図るための種々
の改善が行われた結果、従来のＳｉＣからなる青色の発
光素子に比して、約１００倍の発光効率の向上が達成さ
れ、実用化されるに至った。しかしながら、屋外用の大
型ディスプレイ装置や各種光源等、多くの応用分野での
展開が進むにつれ、視認性の向上や消費電力の低減を図
るために、さらなる発光効率の向上および動作電圧の低
減が望まれるようになってきた。

【００１０】本発明において解決すべき課題は、さらな
る発光効率の向上と動作電圧の低減を実現し得る窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子の構造を提供することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子において、特に基板と活性
層の間に設けるｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体から
なる半導体積層構造について鋭意研究を行った。その結
果、活性層と基板との間に、電子を注入するための電極
を形成するｎ型コンタクト層における電子の移動度より
も高い移動度を有する半導体積層構造を設けることによ
り、発光効率の向上と動作電圧の低減が図れることを見
いだした。

【００１２】すなわち、本発明は、基板と、窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなるｎ型コンタクト層および活性
層と、を少なくとも有する窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子であって、前記ｎ型コンタクト層と前記基板と
の間と、前記活性層と前記ｎ型コンタクト層との間との
いずれか一方またはその両方に、窒化ガリウム系化合物
半導体からなる半導体積層構造を備えており、前記半導
体積層構造の中における電子の面方向の移動度が、前記
ｎ型コンタクト層の中における電子の面方向の移動度よ
りも高いことを特徴とするものである。そして、前記半
導体積層構造は、アンドープのＧａＮからなる第一のｎ
型層と、前記第一のｎ型層に接して形成され、かつｎ型
不純物がドープされたＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０≦ｘ≦
１）からなる第二のｎ型層と、を少なくとも含むことを
特徴とする（以下、本明細書において、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ
または同様に添字を伴った表現により示される窒化ガリ
ウム系化合物半導体を単にＡｌＧａＮということがあ
る。）。

【００１３】また、本発明においては、前記半導体積層
構造は、アンドープのＧａＮからなる第一のｎ型層とｎ
型不純物がドープされた第二のｎ型層とからなる対が２
以上積層された多層構造を含むこととすることもでき
る。

【００１４】このような構成によれば、ｎ側電極からｎ
型コンタクト層へ注入された電子がｎ側の層構造の中で
容易に移動しやすくなり、ｎ側の層構造の面内の全体に
広がりやすくなるため、活性層への電子の注入の均一性
を改善させることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、基板
と、窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型コンタク
ト層および活性層と、を少なくとも有する窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子であって、前記ｎ型コンタクト
層と前記基板との間と、前記活性層と前記ｎ型コンタク
ト層との間とのいずれか一方またはその両方に、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる半導体積層構造を備えて
おり、前記半導体積層構造の中における電子の面方向の
移動度が、前記ｎ型コンタクト層の中における電子の面
方向の移動度よりも高いことを特徴とするものであり、
ｎ型コンタクト層における面方向の移動度よりも高い電
子の移動度を有する半導体積層構造をｎ側の層構造の中
に設けることにより、ｎ側の層構造の中における電子の
広がりを向上させることができるという作用を有する。
ここで、ｎ型コンタクト層とは、発光素子へ電気的に接
続されて電子を注入するためのｎ側電極が形成された層
を意味する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、基板と、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなるｎ型コンタクト層および
活性層と、を少なくとも有する窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子であって、前記ｎ型コンタクト層と前記基
板との間と、前記活性層と前記ｎ型コンタクト層との間
とのいずれか一方またはその両方に、窒化ガリウム系化
合物半導体からなる半導体積層構造を備えており、前記
半導体積層構造は、アンドープのＧａＮからなる第一の
ｎ型層と、前記第一のｎ型層に接して形成され、かつｎ
型不純物がドープされたＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０≦ｘ
≦１）からなる第二のｎ型層と、を少なくとも含むこと
を特徴とするものであり、アンドープのＧａＮからなる
第一のｎ型層とｎ型不純物がドープされたＡｌＧａＮか
らなる第二のｎ型層との接合により、これらの半導体積
層構造の中で電子が移動しやすくなるという作用を有す
る。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記半導体積層構造は、アンドープの
ＧａＮからなる第一のｎ型層とｎ型不純物がドープされ
た第二のｎ型層とからなる対が２以上積層された多層構
造を含むことを特徴とするものであり、第一のｎ型層と
第二のｎ型層との接合を多層化することにより、これら
の半導体積層構造の中で電子がより一層移動しやすくな
るという作用を有する。

【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項２または
３に記載の発明において、前記半導体積層構造は、前記
第二のｎ型層に接して形成されたアンドープのＧａＮか
らなる第三のｎ型層をさらに含むことを特徴とする、第
二のｎ型層に接してさらにアンドープのＧａＮからなる
第三のｎ型層と形成することにより、これらの半導体積
層構造の中で電子がより一層移動しやすくなるという作
用を有する。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項２から４
のいずれかに記載の発明において、前記第二のｎ型層
は、電子濃度が４×１０¹⁸／ｃｍ³以上１×１０²⁰／ｃ
ｍ³以下の範囲となるように調整されていることを特徴
とするものであり、第二のｎ型層における電子濃度を特
定することで、第二のｎ型層と前記第一のｎ型層または
／および第三のｎ型層との接合により形成される半導体
積層構造の中で電子が移動しやすくなるとともに、半導
体積層構造の結晶性を良好に保持することができるとい
う作用を有する。

【００２０】請求項６に記載の発明は、請求項２から５
のいずれかに記載の発明において、前記第二のｎ型層
は、膜厚を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に調整されてい
ることを特徴とするものであり、第二のｎ型層の膜厚を
特定することで、第一のｎ型層への電子の供給量を適当
に確保することができるという作用を有する。

【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項２から６
のいずれかに記載の発明において、前記第二のｎ型層
は、膜厚を１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に調整されている
ことを特徴とするものであり、第一のｎ型層の膜厚を特
定することで、半導体積層構造の中での電子の移動のし
やすさを確保するとともに、半導体積層構造の直列抵抗
が過度に増大するのを防止することができるという作用
を有する。

【００２２】請求項８に記載の発明は、請求項１から４
のいずれかに記載の発明において、前記第二のｎ型層
は、前記第一のｎ型層または／および前記第三のｎ型層
と接する側に、アンドープのＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０
≦ｘ≦１）からなる不純物拡散防止領域を層状に備えて
いることを特徴とするものであり、前記第二のｎ型層か
らｎ型不純物が前記第一のｎ型層へ拡散して第一のｎ型
層における電子の移動度が低下するのを防止することが
できるという作用を有する。

【００２３】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明において、前記不純物拡散防止領域の層厚は、１
ｎｍ〜１０ｎｍの範囲に調整されていること特徴とする
ものであり、不純物拡散防止領域の層厚を特定の範囲に
調整することで、ｎ型不純物の第一のｎ型層への拡散を
適切に防止するとともに、第二のｎ型層における直列抵
抗の増大を防止することができるという作用を有する。

【００２４】以下に、本発明の実施の形態の具体例を、
図１から図７を参照しながら説明する。これらの図にお
いて、同一要素および同一部材は、同一符号で示されて
いる。

【００２５】（実施の形態１）図１に、本発明の第一の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示す。

【００２６】図１において、基板１の上に、バッファ層
２を介して、ｎ型コンタクト層３ａと、半導体積層構造
３００と、ｎ型コンタクト層３ｂと、ｎ型クラッド層４
と、活性層５と、ｐ型コンタクト層６と、ｐ型コンタク
ト層７と、が順次積層されている。ｐ型コンタクト層７
の表面上にはｐ側電極９が形成されており、ｐ型コンタ
クト層９の表面側から、ｐ型コンタクト層７とｐ型クラ
ッド層６と活性層５とｎ型クラッド層４の一部をエッチ
ングにより除去して露出されたｎ型コンタクト層３ｂの
表面上には、ｎ側電極８が形成されている。

【００２７】基板１には、サファイア、ＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ）等を使用することができ
る。

【００２８】バッファ層２には、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ
ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等を用いることができ、例えば、９
００℃以下の温度で、数ｎｍから数十ｎｍの厚さで形成
されたものを好ましく用いることができる。ここで、バ
ッファ層２は、基板１とその上に形成される窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなる積層構造との間の格子不整合
を緩和する作用を有するものであるため、ＧａＮのよう
に、その上に形成される窒化ガリウム系化合物半導体と
の格子定数が近い基板を用いる場合には、成長方法や成
長条件にもよるが、バッファ層２の形成を省略すること
も可能である。

【００２９】ｎ型コンタクト層３ａおよびｎ型コンタク
ト層３ｂは、窒化ガリウム系化合物半導体で形成され、
特にＧａＮやＡｌＧａＮで形成されることが好ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体は、ｎ型不純物をドープし
ないアンドープの状態でもｎ型導電型を示す傾向がある
が、特にｎ側電極８を設けるためのｎ型コンタクト層と
して用いる場合には、ＳｉやＧｅ等のｎ型不純物をドー
プしたＧａＮを用いると、電子濃度の高いｎ型層が得ら
れ、ｎ側電極８との接触抵抗を小さくすることが可能で
ある。

【００３０】ｎ型コンタクト層３ｂの表面上に形成され
るｎ側電極８には、ｎ型コンタクト層３ｂとのオーミッ
ク性の良いＡｌ、Ｔｉ、Ａｕ等の金属を単層、複層また
は合金の状態で用いることができる。

【００３１】ｎ型クラッド層４は、窒化ガリウム系化合
物半導体で形成され、ＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がドー
プされたＡｌ_aＧａ_1-aＮ（但し、０≦ａ≦１）で形成さ
れることが好ましいが、発光ダイオードに用いる発光素
子の場合には、ｎ型クラッド層４の形成を省略すること
も可能である。

【００３２】ｎ型クラッド層４の上に形成される活性層
５は、ｎ型クラッド層４のバンドギャップよりも小さい
バンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体で
形成される。特に、インジウムを含む窒化ガリウム系化
合物半導体、すなわちＩｎ_pＡｌ_qＧａ_1-p-qＮ（但し、
０＜ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０＜ｐ＋ｑ≦０）で形成さ
れ、その中でもＩｎ_rＧａ_1-rＮ（但し、０＜ｒ＜１）で
形成されることが好ましい。（以下、本明細書におい
て、Ｉｎ_rＧａ_1-rＮまたは同様に添字を伴った表現によ
り示される窒化ガリウム系化合物半導体を単にＩｎＧａ
Ｎということがある。）活性層５は、ｎ型不純物とｐ型
不純物を同時に、またはそれらのいずれか一方のみをド
ープすることにより所望の発光波長を得る構成とするこ
ともできるが、膜厚を約１０ｎｍ以下と薄くした層を用
いて量子井戸構造とした構成とすることにより、色純度
が良くかつ発光効率の高い活性層５とすることが発光効
率の向上の点で特に好ましい。活性層５を量子井戸構造
とする場合、ＩｎＧａＮからなる井戸層を、井戸層より
もバンドギャップの大きな障壁層で挟んだ単一量子井戸
構造としても良く、この場合には、障壁層を活性層の両
側に形成されるｐ型およびｎ型クラッド層で兼用するこ
とが可能である。また、井戸層と障壁層とを交互に積層
させた多重量子井戸構造としても良い。

【００３３】活性層５の上には、ｐ型クラッド層６が形
成されている。ｐ型クラッド層６は、活性層５のバンド
ギャップよりも大きいバンドギャップを有する窒化ガリ
ウム系化合物半導体で形成され、特にＭｇ等のｐ型不純
物がドープされたＡｌ_bＧａ_{1 -b}Ｎ（但し、０≦ｂ≦１）
で形成されることが好ましい。通常、ｐ型クラッド層６
は、結晶性良く形成させるために、活性層５の成長に適
した温度よりも高い成長温度で形成されることが多く、
このため、活性層５の成長後、ｐ型クラッド層６の成長
温度にまで昇温させる間において、活性層５を構成する
インジウムや窒素等の構成元素の解離等により活性層５
の結晶性の劣化が生じることがある。そこで、ｐ型クラ
ッド層６の活性層５に接する側の一部を、活性層５を成
長後に昇温させながら連続して成長形成し、ｐ型クラッ
ド層６の成長温度において、引き続いて残りのｐ型クラ
ッド層６を成長させると、活性層５の結晶性の劣化を効
果的に防止することが可能となる。このとき、昇温させ
ながら成長させるｐ型クラッド層６の一部は、Ａｌ_cＧ
ａ_1-cＮ（但し、０≦ｃ＜１、ｃ＜ｂ）、特にＧａＮで
形成されることが好ましい。活性層５に接して形成され
クラッド層としての作用を十分達成することができると
同時に、活性層５の構成元素の解離等による結晶性の劣
化を防止する効果を高めることができるからである。

【００３４】ｐ型クラッド層６の上には、ｐ型コンタク
ト層７が形成されている。ｐ型コンタクト層７は、ｐ型
不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体で形成
される。特に、ｐ型コンタクト層７の表面上に形成され
るｐ側電極９との接触抵抗を低減させるために、Ｍｇ等
のｐ型不純物をドープしたＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０≦ｄ≦
０）で形成することが好ましい。

【００３５】ここで、半導体積層構造３００は、活性層
５と基板１との間のｎ側の積層構造の中に形成されてお
り、特に本実施の形態においては、ｎ側電極８が表面に
形成されたｎ型コンタクト層３ａと基板１との間に形成
された構成とされている。

【００３６】図２は、本発明の第一の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の概略を示
す断面図であり、ｎ型コンタクト層３ａから活性層５ま
での層構造を示している。本実施の形態においては、半
導体積層構造３００は、ｎ型コンタクト層３ａと基板１
との間に形成されている。

【００３７】半導体積層構造３００は、アンドープのＧ
ａＮからなる第一のｎ型層３１と、第一のｎ型層３２に
接して形成され、かつｎ型不純物がドープされたＡｌＧ
ａＮからなる第二のｎ型層とを含む構成とされている。
本発明においては、第一のｎ型層３１はアンドープのＧ
ａＮからなり、第二のｎ型層はＳｉやＧｅ等のｎ型不純
物をドープしたＡｌＧａＮからなることを必須とする。

【００３８】アンドープのＧａＮからなる第一のｎ型層
３１とｎ型不純物をドープしたＡｌＧａＮと積層させた
半導体積層構造３００をｎ側の層構造の中に形成するこ
とで、半導体積層構造３００の中で電子が移動しやすく
なる理由については明らかではないが、以下のように推
測することができる。

【００３９】すなわち、ｎ型不純物をドープした窒化ガ
リウム系化合物半導体においては、他の３−５族化合物
半導体と同様に、ｎ型層中での電子の移動度は、電子を
生じてイオン化したｎ型不純物による散乱により大きく
影響されることが多いと考えられる。

【００４０】ここで、本発明のように、ｎ型不純物をド
ープしないでアンドープとしたＧａＮからなる第一のｎ
型層３１とｎ型不純物をドープしたＡｌＧａＮからなる
第二のｎ型層３２とを接合させて形成した構成として半
導体積層構造３００を形成すると、ｎ型不純物をドープ
した第二のｎ型層３２においてｎ型不純物のイオン化に
よって生じた電子が、第二のｎ型層３２よりもバンドギ
ャップの小さい第一のｎ型層３１の中にも蓄積されて存
在するようになると考えられる。アンドープのＧａＮに
おいては、電子の移動度に影響を及ぼすイオン化した不
純物の数がｎ型不純物をドープしたｎ型層に比べ非常に
少ないため、通常、電子の移動度はｎ型不純物をドープ
したｎ型層に比べ非常に高くなる。

【００４１】したがって、もともとアンドープで形成さ
れ、電子濃度の低い第一のｎ型層３１に、これに接合し
て形成され、かつｎ型不純物がドープされ電子濃度の高
い第二のｎ型層３２から電子が供給されて、移動度が高
められた電子の数が非常に多くなるため、結局、全体と
してこの半導体積層構造３００中で電子が移動しやすく
なるものと考えられる。

【００４２】これらの作用により、ｎ側電極８からｎ型
コンタクト層３ｂに注入された電子は、ｎ側電極８の直
下のｎ型コンタクト層３ｂを介して半導体積層構造３０
０に供給され、電子の移動度が高められた第一のｎ型層
３１とｎ型不純物がドープされた第二のｎ型層３２との
積層構造の中で、層構造の面内の全体に均一に広げら
れ、半導体積層構造３００からｎ型コンタクト層３ｂお
よびｎ型クラッド層４を介して、活性層５へ注入され
る。この結果、活性層５から面内均一な発光が得られ、
発光効率が向上するとともに、半導体積層構造３００を
含むｎ側の層構造の中で電子が移動しやすくなることに
よりｎ側の層構造における直列抵抗が低減されて、動作
電圧を低減することが可能となる。

【００４３】ここで、ｐ側からｐ型層の一部をエッチン
グにより除去させて露出されたｎ型コンタクト層にｎ側
電極を形成する構成とする場合、ｎ側電極から注入され
た後活性層へ注入されるまでの電子の流れは、ｎ側電極
の近傍の狭い領域に集中する傾向にあり、電子はｎ側電
極の直下から、比較的抵抗の高いｎ型コンタクト層の中
を面内で積層方向と垂直な方向に進み、エッチングで除
去されていない活性層の下部に到達する。このためｎ型
コンタクト層における面方向における直列抵抗が高くな
る傾向にあった。また、ｎ側電極から注入された電子が
面方向に移動する際の直列抵抗を低減することも困難な
傾向にあった。

【００４４】これに対し、本実施の形態のように、半導
体積層構造３００をｎ型コンタクト層３ｂの下方、すな
わち、ｎ型コンタクト層３ｂと基板１との間に形成する
ことにより、ｎ側電極８から注入された電子がこの半導
体積層構造３００の中で層構造の面内の全体に広がりや
すくなることで、面方向における直列抵抗を低減できる
ことができる。この場合、ｐ側からのエッチングの深さ
を適宜調整して、ｎ側電極８が形成されるｎ型コンタク
ト層３ａの表面と半導体層構造３００との距離を０．０
１μｍ〜０．３μｍの範囲になるようにすると、ｎ側電
極８から半導体層構造３００への電子の供給がされやす
くなるので上述の効果を奏しやすくなる。

【００４５】本実施の形態においては、半導体積層構造
３００を、ｎ型コンタクト層３ａと接する側から順に、
第一のｎ型層３１と第二のｎ型層３２とを２回繰り返し
て積層させた構成としたが、この繰り返しの回数は、第
一のｎ型層３１および第二のｎ型層３２の膜厚にもよる
が、１回以上３００回以下の範囲とすることが好まし
い。繰り返しの回数を多くして多層化するする場合には
膜厚を適宜薄くして、層構造に欠陥やクラックが発生す
るのを防止することが、製造歩留まりを高くできるとい
う点で好ましい。

【００４６】また、本実施の形態においては、基板１に
近い側から第二のｎ型層３２と第一のｎ型層３１との対
を２回積層させており、この積層の繰り返しの最初の層
は、ｎ型不純物をドープした第二のｎ型層３２とされて
いるが、さらに第二のｎ型層３２に接してアンドープの
ＧａＮからなる第三のｎ型層を形成する、すなわち、基
板１に近い側の第二のｎ型層３２とｎ型コンタクト層３
ａとに接して第三のｎ型層を形成する構成としても良
い。積層の最初の第二のｎ型層３２で生じた電子が、こ
れに接して形成された第三のｎ型層にも存在するように
なり、上述と同様の効果により、この半導体積層構造の
中で電子がさらに移動しやすくなるからである。

【００４７】なお、本実施の形態においては、ｎ型コン
タクト層３ａをｎ型コンタクト層３ｂと同じ窒化ガリウ
ム系化合物半導体、すなわちＳｉをドープして電子濃度
を高めたＧａＮとすることが好ましいとしたが、ｎ型コ
ンタクト層３ａにｎ側電極８が接することがない構成と
する場合には、ｎ型コンタクト層３ａをアンドープのＧ
ａＮやＡｌＧａＮで形成し、その上に形成する窒化ガリ
ウム系化合物半導体の積層構造の下地層として用いるこ
とも可能である。

【００４８】（実施の形態２）図３は、本発明の第二の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示しており、図１と同一の符号
は、同一の部材を示している。

【００４９】図３において、基板１の上に、バッファ層
２を介して、ｎ型コンタクト層３ａと、半導体積層構造
３００と、ｎ型コンタクト層３ｂと、ｎ型クラッド層４
と、活性層５と、ｐ型クラッド層６と、ｐ型コンタクト
層７と、が実施の形態１における図１に示す窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子と同様に順次積層されてい
る。ｐ型コンタクト層７の表面上にはｐ側電極９が、ｎ
型コンタクト層３ａの露出された表面上にはｎ側電極８
が形成されている。

【００５０】図３に示す基板１、バッファ層２、ｎ型コ
ンタクト層３ａ、半導体積層構造３００、ｎ型コンタク
ト層３ｂ、ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド
層６、ｐ型コンタクト層７、ｐ側電極９およびｎ側電極
８の構成については、上記実施の形態１における図１に
関して説明したものと同様であるが、本実施の形態の窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子が、上記実施の形態
１のものと異なるのは、半導体積層構造３００が、ｎ側
電極８が形成されたｎ型コンタクト層３ａと活性層５と
の間に形成されている点である。

【００５１】図４は、本発明の第二の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図であり、ｎ型コンタクト層３ａから活性層５ま
での層構造を示している。上述したように、半導体積層
構造３００は、ｎ型コンタクト層３ａと活性層５との間
に形成されている。

【００５２】半導体積層構造３００は、ｎ型コンタクト
層３ａに近い側から、アンドープのＧａＮからなる第一
のｎ型層３１と、第一のｎ型層３２に接して形成され、
かつｎ型不純物がドープされたＡｌＧａＮからなる第二
のｎ型層とを含む構成とされている。本発明において、
第一のｎ型層３１はアンドープのＧａＮからなり、第二
のｎ型層はＳｉやＧｅ等のｎ型不純物をドープしたＡｌ
ＧａＮからなることを必須とすることは、実施の形態１
の構成と同様である。

【００５３】本実施の形態においても、アンドープのＧ
ａＮからなる第一のｎ型層３１とｎ型不純物をドープし
たＡｌＧａＮと積層させた半導体積層構造３００をｎ側
の層構造の中に形成することで、半導体積層構造３００
の中で電子が移動しやすくなる理由については、上記実
施の形態１において説明した推測とほぼ同様の理由によ
るものと考えられる。

【００５４】したがって、本実施の形態においては、ｎ
側電極８からｎ型コンタクト層３ａに注入された電子
は、ｎ型コンタクト層３ａの上に形成された半導体積層
構造３００に供給され、電子の移動度が高められた第一
のｎ型層３１とｎ型不純物がドープされた第二のｎ型層
３２との積層構造の中で、層構造の面内の全体に均一に
広げられ、半導体積層構造３００からｎ型コンタクト層
３ｂおよびｎ型クラッド層４を介して、活性層５へ注入
される。この結果、活性層５から面内均一な発光が得ら
れ、発光効率が向上するとともに、半導体積層構造３０
０を含むｎ型層の中で電子が移動しやすくなることによ
りｎ型層における直接抵抗が低減されて、動作電圧を低
減することが可能となる。

【００５５】なお、第一のｎ型層３１と第二のｎ型層３
２の積層の繰り返しの回数、膜厚に関しては、実施の形
態１の構成と同様とすることができる。

【００５６】また、本実施の形態においても、第一のｎ
型層３１と第二のｎ型層３２の積層の繰り返しの最後の
層、すなわち、ｎ型コンタクト層３ｂに接する側の層
は、ｎ型不純物をドープした第二のｎ型層３２とされて
いるが、さらに第二のｎ型層３２に接してアンドープの
ＧａＮからなる第三のｎ型層を形成しても良い。

【００５７】さらにまた、本実施の形態においても上記
実施の形態１における図１と同様に、ｎ型コンタクト層
３ａをｎ型コンタクト層３ｂと同じ窒化ガリウム系化合
物半導体、すなわちＳｉをドープして電子濃度を高めた
ＧａＮとすることとしたが、ｎ型コンタクト層３ｂにｎ
側電極８が接することがない構成とする場合には、ｎ型
コンタクト層３ｂの形成を省略することも可能である。

【００５８】（実施の形態３）図５は、本発明の第三の
実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構造を示す断面図を示しており、図１と同一の符号
は、同一の部材を示している。

【００５９】図５において、基板１の上に、バッファ層
２を介して、ｎ型コンタクト層３ａと、半導体積層構造
３００と、ｎ型コンタクト層３ｂと、半導体積層構造３
０１と、ｎ型コンタクト層３ｃと、ｎ型クラッド層４
と、活性層５と、ｐ型クラッド層６と、ｐ型コンタクト
層７と、が順次積層されている。ｐ型コンタクト層７の
表面上にはｐ側電極９が、ｎ型コンタクト層３ｂの露出
された表面上にはｎ側電極８が形成されている。ここ
で、ｎ型コンタクト層３ｂの上に形成される半導体積層
構造３０１は、上記実施の形態２においてｎ型コンタク
ト層３ｂの下に形成される半導体積層構造３００と同様
の構成とされる。

【００６０】図５に示す基板１、バッファ層２、ｎ型コ
ンタクト層３ａ、半導体積層構造３００および３０１、
ｎ型コンタクト層３ｂ、ｎ型クラッド層４、活性層５、
ｐ型クラッド層６、ｐ型コンタクト層７、ｐ側電極９お
よびｎ側電極８の構成については、上記実施の形態１ま
たは実施の形態２における図１または図２に関して説明
したものと同様であるが、本実施の形態の窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子が、上記実施の形態１または実
施の形態２のものと異なるのは、半導体積層構造３００
および３０１が、ｎ側電極８が形成されたｎ型コンタク
ト層３ｂと基板１との間およびｎ型コンタクト層３ｂと
活性層５との間にそれぞれ形成されている点である。

【００６１】図６は、本発明の第三の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図であり、ｎ型コンタクト層３ａから活性層５ま
での層構造を示している。上述したように、半導体積層
構造３００および３０１は、それぞれｎ型コンタクト層
３ｂと基板１の間およびｎ型コンタクト層３ｂと活性層
５との間に形成されている。

【００６２】半導体積層構造３００および３０１はいず
れも、ｎ型コンタクト層３ｂに近い側から、アンドープ
のＧａＮからなる第一のｎ型層３１と、第一のｎ型層３
２に接して形成され、かつｎ型不純物がドープされたＡ
ｌＧａＮからなる第二のｎ型層とを含む構成とされてい
る。本発明においても、第一のｎ型層３１はアンドープ
のＧａＮからなり、第二のｎ型層はＳｉやＧｅ等のｎ型
不純物をドープしたＡｌＧａＮからなることを必須とす
ることは、上記実施の形態１の構成と同様である。

【００６３】本実施の形態においても、アンドープのＧ
ａＮからなる第一のｎ型層３１とｎ型不純物をドープし
たＡｌＧａＮと積層させた半導体積層構造３００および
３０１をｎ側の層構造の中に形成することで、半導体積
層構造３００および３０１の中で電子が移動しやすくな
る理由については、上記実施の形態１において説明した
推測とほぼ同様の理由によるものと思われる。

【００６４】したがって、本実施の形態においては、ｎ
側電極８からｎ型コンタクト層３ｂに注入された電子の
うち、ｎ型コンタクト層３ｂを介して下方へ向かう電子
は、ｎ型コンタクト層３ｂの下に形成された半導体積層
構造３００に供給され、層構造の面内の全体に均一に広
げられ、半導体積層構造３００からｎ型コンタクト層３
ｂを介して、半導体積層構造３０１へ注入され、ｎ型コ
ンタクト層３ｂを介して上方へ向かい半導体積層構造３
０１へ注入された電子とともに、この半導体積層構造３
０１でさらに面内全体に広げられ、ｎ型コンタクト層３
ｃおよびｎ型クラッド層４を介して活性層５へ注入され
ることとなる。この結果、活性層５から面内均一な発光
が得られ、発光効率が向上するとともに、半導体積層構
造３００および３０１を含むｎ型層の中で電子が移動し
やすくなることによりｎ側の層構造における直列抵抗が
低減されて、動作電圧を低減することが可能となる。

【００６５】なお、第一のｎ型層３１と第二のｎ型層３
２の積層の繰り返しの回数、膜厚に関しては、実施の形
態１の構成と同様とすることができる。

【００６６】また、本実施の形態においても、ｎ型コン
タクト層３ｂに近い側からの第一のｎ型層３１と第二の
ｎ型層３２の積層の繰り返しにおける最後の層は、ｎ型
不純物をドープした第二のｎ型層３２とされているが、
さらに第二のｎ型層３２に接してアンドープのＧａＮか
らなる第三のｎ型層を形成しても良い。

【００６７】さらにまた、本実施の形態において、ｎ型
コンタクト層３ａおよびｎ型コンタクト層３ｃは、ｎ型
コンタクト層３ｂと同じ窒化ガリウム系化合物半導体、
すなわちＳｉをドープして電子濃度を高めたＧａＮとす
ることとしたが、ｎ型コンタクト層３ａにｎ側電極８が
接することがない構成とする場合には、上記実施の形態
１で説明したように、ｎ型コンタクト層３ａをアンドー
プのＧａＮやＡｌＧａＮで形成し、その上に形成する窒
化ガリウム系化合物半導体の積層構造の下地層として用
いることも可能であり、ｎ型コンタクト層３ｃにｎ側電
極８が接することがない構成とする場合には、上記実施
の形態２で説明したように、ｎ型コンタクト層３ｃの形
成を省略することも可能である。

【００６８】なお、上記実施の形態１ないし３において
は、ｎ側電極８を形成するｎ型コンタクト層の表面は、
層の面方向とほぼ平行となるような構成とされている
が、ｎ型コンタクト層の表面が、例えば、上記実施の形
態３において、ｎ型コンタクト層３ｃからｎ型コンタク
ト層３ａにかけて傾斜する面となるように、ｐ側からの
ｐ型層のエッチングによる除去を行い、露出したｎ型コ
ンタクト層３ｃからｎ型コンタクト層３ａにかけてｎ側
電極８を形成すると、ｎ型コンタクト層３ｃ、半導体積
層構造３０１、ｎ型コンタクト層３ｂ、半導体積層構造
３００およびｎ型コンタクト層３ａにｎ側電極８から直
接電子が注入されることとなり、これらｎ側の層構造の
中での電子の広がりやすさをさらに高めることが可能と
なる。

【００６９】本発明者らの知見によれば、半導体積層構
造３００および３０１を構成する第二のｎ型層３２は、
電子濃度が４×１０¹⁸／ｃｍ³以上１×１０²⁰／ｃｍ³以
下の範囲となるように調整されていることが望ましいこ
とがわかった。電子濃度が４×１０¹⁸／ｃｍ³よりも小
さいと、半導体積層構造３００および３０１の中での十
分な電子の広がりが得られにくくなる傾向にある。これ
は、第二のｎ型層３２に接して形成される第一のｎ型層
３１に蓄積される電子の量が小さくなるからであると考
えられる。一方、１×１０²⁰／ｃｍ³よりも大きくなる
と、第二のｎ型層３２の結晶性が悪くなる傾向にあり、
この上に形成される積層構造の結晶性も悪くなる傾向に
ある。

【００７０】さらに、第二のｎ型層３２は、膜厚を１０
ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に調整されていることが好まし
い。第二のｎ型層３２の膜厚が１０ｎｍよりも小さくな
ると、第一のｎ型層３１に供給することができる電子の
量が減少するからである。一方、第一のｎ型層３１への
電子の供給に寄与する第二のｎ型層３２の膜厚は、通
常、１００ｎｍまでと考えられるので、１００ｎｍより
も厚くなると、第一のｎ型層３１への電子の供給に寄与
しない部分が増大することとなるので好ましくない。

【００７１】さらに、第一のｎ型層３１は、膜厚を１ｎ
ｍ〜１００ｎｍの範囲に調整されていることが好まし
い。第一のｎ型層３１の膜厚が１ｎｍよりも小さくなる
と、半導体積層構造３００および３０１の中での十分な
電子の広がりが得られにくくなる傾向にある。これは、
第二のｎ型層３２から供給される電子を蓄積することが
困難になるためであると考えられる。一方、第二のｎ型
層３２から供給される電子は、第一のｎ型層３１におい
て第二のｎ型層３２と接する近傍に集中して存在すると
考えられるため、第一のｎ型層３１の膜厚をむやみに厚
くしても電子の広がりやすさには寄与しないと考えられ
る。本発明者らの知見によれば、１００ｎｍよりも厚く
なると、電子の移動度が高まって層構造の中で電子が広
がりやすくなることによるｎ側の層構造における面内の
直列抵抗の低減の効果よりも、電子が第一のｎ型層３１
を垂直に横切って移動する際の直列抵抗の増大のほうが
大きくなる傾向にある。

【００７２】（実施の形態４）本実施の形態における窒
化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造は、上記実施
の形態１において示した図１のものとほぼ同様である。
本実施の形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が
上記実施の形態のものと異なる点は、半導体積層構造３
００において、ｎ型不純物をドープした第二のｎ型層３
２が、第一のｎ型層３１と接する側に、ｎ型不純物をド
ープしないでアンドープとした不純物拡散防止領域を層
状に備えている点である。以下、図７を用いて本実施の
形態を説明する。

【００７３】図７は、本発明の第四の実施の形態に係る
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一部の構造を示
す断面図を示しており、図１と同一の符号は、同一の部
材を示している。

【００７４】図７において、ｎ型不純物がドープされた
Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる第二のｎ型層３２の片側または
両側にアンドープのＧａＮからなる第一のｎ型層３１が
形成されているとともに、第二のｎ型層３２において、
第一のｎ型層３１と接する側の一部に、アンドープのＡ
ｌ_xＧａ_1-xＮからなる不純物拡散防止領域３４が設けら
れている。

【００７５】ここで、ｎ型不純物をドープした第二のｎ
型層３２においてｎ型不純物のイオン化によって生じた
電子が、第二のｎ型層３２に接して形成された第一のｎ
型層３１の中にも蓄積されて存在するようになり、電子
の移動度に影響を及ぼすイオン化した不純物の数が非常
に少ない第一のｎ型層３１においては、電子の移動度は
ｎ型不純物をドープしたｎ型層に比べ非常に高くなるこ
とは、上記実施の形態１において説明したとおりであ
る。

【００７６】したがって、第一のｎ型層３１における電
子の移動度を高く保持するためには、第二のｎ型層３２
にドープされたｎ型不純物が第一のｎ型層３１に拡散等
により混入するのを防止することが重要となる。

【００７７】そこで、図７に示すように、ｎ型不純物が
ドープされた第二のｎ型層３２において、第一のｎ型層
３１と接する側の一部に、ｎ型不純物をドープしない不
純物拡散防止領域３４を設けると、第一のｎ型層３１へ
のｎ型不純物の混入による移動度の低下が防止され、第
一のｎ型層３１における電子の移動度を高く保持するこ
とができるようになる。この構成は、第二のｎ型層３２
にｎ型不純物を高濃度にドープする場合に特に有用であ
る。

【００７８】不純物拡散防止領域３４の層厚は、１ｎｍ
〜５ｎｍの範囲に調整されていることが好ましい。１ｎ
ｍよりも薄いと、第一のｎ型層３１へのｎ型不純物の混
入を防止する効果が低減するからであり、５ｎｍよりも
厚いと、第二のｎ型層３２から第一のｎ型層３１への電
子の供給が困難となる傾向にあるからである。

【００７９】なお、本実施の形態の構成は、上記実施の
形態１ないし３おける半導体積層構造３００および３０
１にも適用することが可能である。

【００８０】

【実施例】以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子の製造方法の具体例について図面を参照しなが
ら説明する。以下の実施例は、主として有機金属気相成
長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を
示すものであるが、成長方法はこれに限定されるもので
はなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタ
キシー法等を用いることも可能である。

【００８１】（実施例１）本実施例においては、図１に
示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。

【００８２】まず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基
板１の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガス
を流しながら基板を加熱することにより、基板１の表面
に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くための
クリーニングを行った。

【００８３】次に、基板１の表面温度を６００℃にまで
降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスと、アンモ
ニアと、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含むＴＭ
Ａ用のキャリアガスを流しながら、ＡｌＮからなるバッ
ファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させた。

【００８４】次に、ＴＭＡのキャリアガスのみを止めて
１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして窒
素ガスと水素ガスを流しながら、新たにトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を含むＴＭＧ用のキャリアガスと、Ｓｉ
源であるＳｉＨ４（モノシラン）ガスと、を流しながら
成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型コン
タクト層３ａを１．５μｍの厚さで成長させた。

【００８５】ｎ型コンタクト層３ａを成長形成後、引き
続き基板温度を１０５０℃に保持して、半導体積層構造
３００を成長させた。半導体積層構造３００の形成にお
いては、まず、主キャリアガスとして窒素ガスと水素ガ
スを流しながら、新たにＴＭＧ用のキャリアガスと、Ｔ
ＭＡ用のキャリアガスと、ＳｉＨ４ガスと、を流しなが
ら成長させて、ＳｉをドープしたＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎから
なる第二のｎ型層３２を３０ｎｍの厚さで成長させた。
この第二のｎ型層３２の電子濃度は約６×１０ ¹⁸／ｃｍ
³であった。次に、同一の基板温度において、新たにＴ
ＭＧ用のキャリアガスを流しながら成長させて、アンド
ープのＧａＮからなる第一のｎ型層３１を２０ｎｍの厚
さで成長させた。そして、この後、同様にして第二のｎ
型層３２と第一のｎ型層３１を繰り返し積層させた。こ
のようにして、第二のｎ型層３２と第一のｎ型層３１と
からなる対が２回積層された半導体積層構造３００を形
成させた。

【００８６】半導体積層構造３００を形成した後、ＴＭ
Ａ用のキャリアガスを止め、引き続き基板温度を１０５
０℃に保持して、新たにＴＭＧ用のキャリアガスと、Ｓ
ｉＨ４ガスと、を流しながら成長させて、Ｓｉをドープ
したＧａＮからなるｎ型コンタクト層３ｂを０．５μｍ
の厚さで成長させた。

【００８７】ｎ型コンタクト層３ｂを成長後、ＴＭＧ用
のキャリアガスを止め、引き続き基板温度を１０５０℃
に保持して、新たにＴＭＧ用のキャリアガスと、ＴＭＡ
用のキャリアガスと、ＳｉＨ４ガスと、を流しながら成
長させて、ＳｉをドープしたＡｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからな
るｎ型クラッド層４を０．０５μｍの厚さで成長させ
た。

【００８８】ｎ型クラッド層４を成長後、ＴＭＧ用のキ
ャリアガスとＴＭＡ用のキャリアガスとＳｉＨ４ガスと
を止め、基板温度を７５０℃にまで降下させ、７５０℃
において、主キャリアガスとして窒素ガスを流し、新た
にＴＭＧ用のキャリアガスと、ＴＭＩ用のキャリアガス
と、を流しながらアンドープのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎからな
る単一量子井戸構造の活性層５を５ｎｍの厚さで成長さ
せた。

【００８９】活性層５を成長後、ＴＭＩ用のキャリアガ
スを止め、ＴＭＧ用のキャリアガスを流しながら基板温
度を１０５０℃に向けて昇温させながら、引き続きアン
ドープのＧａＮを４ｎｍの厚さで成長させ、基板温度が
１０５０℃に達したら、新たに主キャリアガスとしての
窒素ガスと水素ガスと、ＴＭＡ用のキャリアガスと、Ｍ
ｇ源であるＣｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスと、を流しなが
ら成長させて、ＭｇをドープさせたＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
を０．１μｍの厚さで成長させた。この後、ＴＭＧ用の
キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとを止め、基板
温度を１０５０℃に保持し、ＭｇをドープさせたＡｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎからアンドープで形成したＧａＮにＭｇ
を拡散させた。このようにして、ＭｇをドープさせたＧ
ａＮとＭｇをドープさせたＡｌＧａＮとからなるｐ型ク
ラッド層６を約０．１μｍの厚さで形成させた。

【００９０】ｐ型クラッド層６を形成後、基板温度を１
０５０℃に保持し、新たにＴＭＧ用のキャリアガスと、
Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスと、を流しながら成長させ
て、ＭｇをドープさせたＧａＮからなるｐ型コンタクト
層７を０．１μｍの厚さで成長させた。

【００９１】ｐ型コンタクト層７を成長後、ＴＭＧ用の
キャリアガスとＣｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスとを止め、
主キャリアガスとアンモニアをそのまま流しながら室温
程度にまで冷却させて、ウェハーを反応管から取り出し
た。

【００９２】次に、ｐ型コンタクト層７の表面上にＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ₂膜を堆積させた後、フォトリソグラ
フィにより所定の形状にパターンニングしてエッチング
用のマスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチ
ング法により、ｐ型コンタクト層７とｐ型クラッド層６
と活性層５とｎ型クラッド層４の一部を約０．５５μｍ
の深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、ｎ
型コンタクト層３ｂの表面を露出させた。そして、フォ
トリソグラフィーと蒸着法により露出させたｎ型コンタ
クト層３ｂの表面上にＡｌからなるｎ側電極８を蒸着形
成させた。さらに、同様にしてｐ型コンタクト層７の表
面上にＮｉとＡｕとからなるｐ側電極９を蒸着形成させ
た。

【００９３】この後、サファイアの基板１の裏面を研磨
して１００μｍ程度にまで薄くし、スクライブによりチ
ップ状に分離した。このようにして、図１に示す窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子が得られた。

【００９４】このチップを電極形成面側を上向きにして
ステムの接着した後、チップのｎ側電極とｐ側電極をそ
れぞれステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モ
ールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオ
ードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク
発光波長４８０ｎｍの青色で発光した。このときの発光
出力は１２１０μＷであり、順方向動作電圧は３．４Ｖ
であった。

【００９５】（実施例２）本実施例においては、ｎ型コ
ンタクト層３ａを１．９５μｍ、ｎ型コンタクト層３ｂ
を０．０５μｍの厚さで形成し、半導体積層構造３００
における第一のｎ型層３１と第二のｎ型層３２の積層の
順序を逆にして形成した以外は上記実施例１と同様にし
て、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を
作製した。さらに、この後、上記実施例１と同様にして
発光ダイオードを作製し、２０ｍＡの順方向電流で駆動
したところ、ピーク波長４８０ｎｍの青色で発光した。
このときの発光出力は１１８０μＷであり、順方向動作
電圧は３．５Ｖであった。

【００９６】（実施例３）本実施例において、ｎ型コン
タクト層３ａを１．５０μｍ、ｎ型コンタクト層３ｂを
０．３５μｍ、ｎ型コンタクト層３ｃを０．０５の厚さ
で形成し、半導体積層構造３００を上記実施例１と同じ
条件で、半導体積層構造３０１を上記実施例２の半導体
積層構造３００と同じ条件で、かつ、それぞれｎ型コン
タクト層３ａとｎコンタクト層３ｂの間およびｎ型コン
タクト層３ｂとｎ型コンタクト層３ｃの間に形成した以
外は上記実施例１と同様にして、図５に示す窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子を作製した。さらに、この
後、上記実施例１と同様にして発光ダイオードを作製
し、２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク波
長４８０ｎｍの青色で発光した。このときの発光出力は
１２９０μＷであり、順方向動作電圧は３．３Ｖであっ
た。

【００９７】（比較例）比較のために、図８に示す窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。

【００９８】具体的には、ｎ型コンタクト層４３を上記
実施例１のｎ型コンタクト層３ａと同じ条件で、２．０
μｍの厚さで形成し、ｎ型高濃度層４０３を、ｎ型コン
タクト層４３よりも高い電子濃度となるようにＳｉをド
ープしたＧａＮで形成し、ｎ型クラッド層４４を、上記
実施例１のｎ型クラッド層４と同じ条件で形成した。そ
して、バッファ層４２、活性層４５、ｐ型クラッド層４
６、ｐ型コンタクト層４７、ｎ側電極４８およびｐ側電
極４９の形成を、上記実施例１におけるバッファ層２、
活性層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型コンタクト層７、ｎ
側電極８およびｐ側電極９の形成と同じ条件で行った。
このようにして得られた窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子を用いて、上記実施例１と同様にして発光ダイオ
ードを作製し、２０ｍＡの順方向電流で駆動したとこ
ろ、ピーク発光波長４８０ｎｍの青色で発光したが、こ
のときの発光出力は１０２０μＷと低下する傾向が見ら
れ、順方向動作電圧は３．７Ｖと、上記実施例の発光ダ
イオードよりも高かった。

【００９９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の構
造による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に比べて
さらなる発光効率の向上と動作電圧の低減を実現し得る
ため、発光ダイオードに用いる場合においては、視認性
の向上や消費電力の低減が望まれる屋外用のディスプレ
イ装置や各種光源等にも好適に適用することが可能とな
るという有利な効果が得られる。また、レーザダイオー
ドに用いる場合においても、活性層への電子の注入の効
率が向上するため、発光効率を高め、動作電圧を低減す
ることができるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【図２】本発明の第一の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図

【図３】本発明の第二の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【図４】本発明の第二の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図

【図５】本発明の第三の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の構造を示す断面図

【図６】本発明の第三の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図

【図７】本発明の第四の実施の形態に係る窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子の一部の構造を示す断面図

【図８】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ バッファ層 ３ａ，３ｂ，３ｃ ｎ型コンタクト層 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層 ７ ｐ型コンタクト層 ８ ｎ側電極 ９ ｐ側電極 ３１ 第一のｎ型層 ３２ 第二のｎ型層 ３３ 第三のｎ型層 ３４ 不純物拡散防止領域 ３００，３０１ 半導体積層構造

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 CA34 CA40 CA58 CA91 CA99 CB36 5F073 AA51 AA52 AA61 AA89 CA02 CA07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、窒化ガリウム系化合物半導体から
   なるｎ型コンタクト層および活性層と、を少なくとも有
   する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前
   記ｎ型コンタクト層と前記基板との間と、前記活性層と
   前記ｎ型コンタクト層との間とのいずれか一方またはそ
   の両方に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体
   積層構造を備えており、前記半導体積層構造の中におけ
   る電子の面方向の移動度が、前記ｎ型コンタクト層の中
   における電子の面方向の移動度よりも高いことを特徴と
   する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
2. 【請求項２】基板と、窒化ガリウム系化合物半導体から
   なるｎ型コンタクト層および活性層と、を少なくとも有
   する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前
   記ｎ型コンタクト層と前記基板との間と、前記活性層と
   前記ｎ型コンタクト層との間とのいずれか一方またはそ
   の両方に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体
   積層構造を備えており、前記半導体積層構造は、アンド
   ープのＧａＮからなる第一のｎ型層と、前記第一のｎ型
   層に接して形成され、かつｎ型不純物がドープされたＡ
   ｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０≦ｘ≦１）からなる第二のｎ型
   層と、を少なくとも含むことを特徴とする窒化ガリウム
   系化合物半導体発光素子。
3. 【請求項３】前記半導体積層構造は、アンドープのＧａ
   Ｎからなる第一のｎ型層とｎ型不純物がドープされた第
   二のｎ型層とからなる対が２以上積層された多層構造を
   含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム系
   化合物半導体発光素子。
4. 【請求項４】前記半導体積層構造は、前記第二のｎ型層
   に接して形成されたアンドープのＧａＮからなる第三の
   ｎ型層をさらに含むことを特徴とする請求項２または３
   記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
5. 【請求項５】前記第二のｎ型層は、電子濃度が４×１０
   ¹⁸／ｃｍ³以上１×１０²⁰／ｃｍ³以下の範囲となるよう
   に調整されていることを特徴とする請求項２から４のい
   ずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
6. 【請求項６】前記第二のｎ型層は、膜厚を１０ｎｍ〜１
   ００ｎｍの範囲に調整されていることを特徴とする請求
   項２から５のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半
   導体発光素子。
7. 【請求項７】前記第一のｎ型層は、膜厚を１ｎｍ〜１０
   ０ｎｍの範囲に調整されていることを特徴とする請求項
   ２から６のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導
   体発光素子。
8. 【請求項８】前記第二のｎ型層は、前記第一のｎ型層ま
   たは／および前記第三のｎ型層と接する側に、アンドー
   プのＡｌ_xＧａ_1-xＮ（但し、０≦ｘ≦１）からなる不純
   物拡散防止領域を層状に備えていることを特徴とする請
   求項２から７のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物
   半導体発光素子。
9. 【請求項９】前記不純物拡散防止領域の厚さは、１ｎｍ
   〜５ｎｍの範囲に調整されていること特徴とする請求項
   ９に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。