JP2001203385A

JP2001203385A - 窒化物半導体発光ダイオード

Info

Publication number: JP2001203385A
Application number: JP2000010346A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Morita; 大介森田
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-27
Anticipated expiration: 2020-01-17
Also published as: JP3614070B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好なオーミック接触が得られると共に、自
己吸収を抑制して発光出力の向上が可能な発光ピーク波
長が３７０ｎｍ以下の窒化物半導体発光ダイオードを提
供することである。【解決手段】活性層が発光ピーク波長が３７０ｎｍ以
下の窒化物半導体層からなり、ｐ型コンタクト層が、ｐ
電極と接する側にｐ型不純物を高濃度で含有するＡｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（０≦ａ＜０．０５）を含んでなる第１のｐ
型コンタクト層と、第１のｐ型コンタクト層の活性層側
に第１のｐ型コンタクト層と接してｐ型不純物を第１の
ｐ型コンタクト層より低濃度で含有しＡｌ組成比が第１
のｐ型コンタクト層より高いＡｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜
０．１）を含んでなる第２のｐ型コンタクト層とから形
成されてなり、さらにｎ電極と接するｎ型コンタクト層
が、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜０．１）を含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、光
センサーなどの発光素子、受光素子に使用される窒化物
半導体素子（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）に関し、特に、発光ピーク波長が３７０ｎｍ
以下の紫外領域に発光する窒化物半導体発光ダイオード
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外ＬＥＤが実用可能となってい
る。例えば、応用物理、第６８巻、第２号（１９９
９）、ｐ１５２〜ｐ１５５には、サファイア基板上に、
ＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚：４
μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、アンドープＩｎＧ
ａＮの活性層（Ｉｎ組成はほとんどゼロ）、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層（膜厚：０．
１２μｍ）が積層されてなる窒化物半導体素子が記載さ
れている。そして、この紫外ＬＥＤは、一定条件下で、
発光ピークが３７１ｎｍの場合には発光出力が５ｍＷで
あるのに対して、発光波長をこれより短波長にしたとき
にはｎ型及びｐ型コンタクト層がＧａＮであるために自
己吸収がおこり、発光出力が急激に低くなることが記載
されている。更に、この発光出力の低下を防止し、発振
波長の短波長化を可能とするためには、ｎ型及びｐ型コ
ンタクト層を、ＡｌＧａＮとすることで自己吸収を防止
できることが示唆されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に、
自己吸収を十分に防止できる程度にＡｌ組成比の高いＡ
ｌＧａＮでコンタクト層を成長させると、電極との良好
なオーミック接触が得られ難くなる。この原因は、恐ら
く、ＡｌＧａＮが物性的にドーパントの不活性化を引き
起こしたり、フェルミ準位の変動で電極となる金属との
仕事関数の差に変動が生じたりするために、電極との良
好なオーミック接触が得られ難くなるのではないかと考
えられる。このようなオーミック接触の低下は、ｐ型コ
ンタクト層で大きい。また、上記のように、Ａｌ組成を
含ませることでドーパントの不活性化が生じオーミック
接触が得られ難くなる点を改善するために、コンタクト
層に不純物を多くドープすると、不純物の量にほぼ比例
して不純物準位が形成されるために、返って自己吸収が
大きくなり、結晶性の低下などで発光出力が低下する場
合がある。

【０００４】またさらに、コンタクト層をＧａＮとして
膜厚を薄くすることで、相対的に自己吸収を低下させる
ことも考えられるが、例えばｐ型コンタクト層の膜厚を
薄くすると、素子特性が十分でなくなり、さらに、ｎ型
コンタクト層の膜厚を薄くすると、ｎ型コンタクト層を
露出させる際に操作が煩雑となると共に露出させること
が困難となる。

【０００５】このように、従来技術における発光ピーク
波長が３７０ｎｍ以下の発光ダイオードでは、コンタク
ト層で自己吸収が生じて発光出力が低下してしまうが、
ＧａＮによる自己吸収を防止するために、単にコンタク
ト層をＡｌＧａＮとして成長させるとオーミック接触の
低下が生じ、さらにオーミック接触を得るために不純物
のドープ量を増加させると不純物準位の形成や結晶欠陥
の増加によって自己吸収が生じてしまう。従って、自己
吸収の防止と共にオーミック接触を良好にすることが望
まれる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、良好なオーミッ
ク接触が得られると共に、自己吸収を抑制して発光出力
の向上が可能な発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下の窒化
物半導体発光ダイオードを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（１）〜（６）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。（１）基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、活
性層、及びｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半導体素
子において、前記活性層が、発光ピーク波長が３７０ｎ
ｍ以下の窒化物半導体層からなり、前記ｐ型窒化物半導
体層として、ｐ電極と接するｐ型コンタクト層が、ｐ電
極と接する側に、ｐ型不純物を高濃度で含有するＡｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（０≦ａ＜０．０５）を含んでなる第１のｐ
型コンタクト層と、前記第１のｐ型コンタクト層の活性
層側に第１のｐ型コンタクト層と接して、ｐ型不純物を
第１のｐ型コンタクト層より低濃度で含有し、さらにＡ
ｌ組成比が第１のｐ型コンタクト層より高いＡｌ_bＧａ
_1-bＮ（０＜ｂ＜０．１）を含んでなる第２のｐ型コン
タクト層とから形成されてなり、さらに、前記ｎ型窒化
物半導体層として、ｎ電極と接するｎ型コンタクト層
が、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜０．１）を含んでなるこ
とを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。（２）前記ｐ電極と接する第１のｐ型コンタクト層
が、ｐ型不純物を１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³含有
してなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半
導体発光ダイオード。（３）前記第２のｐ型コンタクト層が、ｐ型不純物を
１×１０²⁰／ｃｍ³以下含有してなることを特徴とする
前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオ
ード。（４）前記ｐ型コンタクト層における第１のｐ型コン
タクト層の膜厚が、１００〜５００オングストロームで
あり、さらに第２のｐ型コンタクト層の膜厚が、４００
〜２０００オングストロームであることを特徴とする前
記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。（５）前記ｎ型コンタクト層が、ｎ型不純物を１×１
０¹⁷〜１×１０¹⁹／ｃｍ³含有してなることを特徴とす
る前記（４）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。（６）前記活性層とｎ型コンタクト層との間に、Ａｌ
_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ＜０．３）を含んでなる第１の窒化
物半導体層を有し、更に、前記活性層とｐ型コンタクト
層との間に、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ＜０．４）を含ん
でなる第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする
前記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。

【０００８】つまり、本発明は、ｎ型コンタクト層を特
定のＡｌ組成比からなるＡｌＧａＮとし、さらに、ｐ型
コンタクト層を、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の小
さい第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低く
Ａｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とから形成
し、ｐ型不純物濃度の高い第１のコンタクト層をｐ電極
と接する側に形成してなることにより、良好なオーミッ
ク接触が得られると共に自己吸収を抑制でき、発光出力
の良好な発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下の窒化物半導
体発光ダイオードを得ることができる。ここで、本発明
においては、ｐ型コンタクト層におけるｐ型不純物濃度
の高い又は低い、及びＡｌ組成比の高い又は低いとは、
ｐ型コンタクト層を構成する第１のｐ型コンタクト層と
第２のｐ型コンタクト層での相対的な関係を示す。

【０００９】本発明者は、前記したように単に自己吸収
の防止のためにＡｌ組成を含ませると、不純物の不活性
化等によってオーミック接触の低下を引き起こすと言っ
た点に付いて種々検討した結果、ｎ型コンタクト層を特
定のＡｌ組成比のＡｌＧａＮとし、さらにｐ型コンタク
ト層をオーミック接触を得るための層と素子特性を維持
するため膜厚を確保ずるための層との２層構造とするこ
とを考えた。そして、本発明者は、上記のようにｐ型不
純濃度が高くＡｌ組成比の低いｐ電極と接する第１のｐ
型コンタクト層と、不純物濃度の低いＡｌ組成比の高い
第２のｐ型コンタクト層とでｐ型コンタクト層を形成
し、さらに特定のＡｌ組成比からなるｎ型コンタクト層
と組み合わせることで、オーミック接触が良好で、且つ
自己吸収の防止が可能となり、発光出力の良好な窒化物
半導体発光ダイオードを得ることを達成した。

【００１０】さらに、本発明において、第１のｐ型コン
タクト層が、ｐ型不純物を１×１０ ¹⁹〜１×１０²²／ｃ
ｍ³、好ましくは５×１０²⁰〜５×１０²¹／ｃｍ³含有し
てなると、良好なオーミック接触を得る点で好ましい。
またさらに、本発明において、第２のｐ型コンタクト層
が、ｐ型不純物を１×１０²⁰／ｃｍ³以下、好ましくは
５×１０¹⁸〜５×１０¹⁹／ｃｍ³含有してなると、素子
特性を維持するためにｐ型コンタクト層の膜厚を厚くし
ても、自己吸収を防止できる点で好ましい。

【００１１】またさらに本発明において、ｐ型コンタク
ト層における第１のｐ型コンタクト層の膜厚が、１００
〜５００オングストローム、好ましくは１５０〜３００
オングストロームであると、ｐ型不純物濃度を高くして
も膜厚を薄く設定してあると不純物準位による自己吸収
が相対的に小さくできると共に、ｐ電極とのオーミック
接触を良好とすることができ、さらに第２のｐ型コンタ
クト層の膜厚が、４００〜２０００オングストローム、
好ましくは８００〜１２００オングストロームである
と、自己吸収を防止できると共に、素子特性を維持する
のに好ましい。

【００１２】更に、本発明は、Ａｌを含んでなるｎ型コ
ンタクト層が、ｎ型不純物濃度が、１×１０¹⁷〜１×１
０¹⁹／ｃｍ³、好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／ｃ
ｍ³、あると、自己吸収の防止と共に、オーミック接触
を維持し、発光出力を向上させる点で好ましい。このよ
うに、ｎ型コンタクト層のＡｌ組成比と、ｎ型不純物濃
度とを特定して組み合わせると、ｐ型コンタクト層の場
合と同様に、オーミック接触及びクラック防止、発光出
力の向上の点で好ましい。

【００１３】更に、本発明は、前記活性層とｎ型コンタ
クト層との間に、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ＜０．３）を
含んでなる第１の窒化物半導体層を有し、更に、前記活
性層とｐ型コンタクト層との間に、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０
＜ｆ＜０．４）を含んでなる第２の窒化物半導体層を有
すると、活性層へのキャリアの閉じ込めを良好にでき、
発光出力向上の点で好ましい。更に、第１の窒化物半導
体層及び第２の窒化物半導体層のそれぞれのＡｌ組成比
を上記範囲とし、前記のコンタクト層のＡｌ組成比及び
不純物濃度とを組み合わせると、クラック発生の防止、
オーミック接触を良好にでき、発光出力の向上の点で好
ましい。前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半
導体層は、クラッド層としての機能を有するので、本発
明においては、以下、第１の窒化物半導体層をｎ型クラ
ッド層、第２の窒化物半導体層をｐ型クラッド層とす
る。しかし、これに限定されるものではない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図１を用いて本発明を更
に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態であ
る窒化物半導体素子の模式的断面図である。図１には、
基板１上に、バッファ層２、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜
０．１）を含んでなるｎ型コンタクト層３、Ａｌ_eＧａ
_1-eＮ（０＜ｅ＜０．３）を含んでなるｎ型クラッド層
４、Ｉｎ_gＧａ_1-gＮ（０≦ｇ＜０．１）の活性層５、Ａ
ｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ＜０．４）を含んでなるｐ型クラ
ッド層６、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜０．１）を含んで
なる第２のｐ型コンタクト層７ｂと、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ
（０≦ａ＜０．０５）を含んでなる第１のｐ型コンタク
ト層７ａとからなるｐ型コンタクト層７を積層成長させ
てなり、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下の窒化物半導
体素子が記載されている。そして、ｎ型コンタクト層３
にはｎ電極が、ｐ型コンタクト層７の第１のｐ型コンタ
クト層７ａに接してｐ電極がそれぞれ形成されている。
まず、本発明のｎ型コンタクト層３及びｐ型コンタクト
層７について記載する。

【００１５】［ｎ型コンタクト層３］本発明において、
ｎ型コンタクト層３としては、少なくともＡｌ_dＧａ_1-d
Ｎ（０＜ｄ＜０．１、好ましくは０．０１＜ｄ＜０．０
５）を含んでなる窒化物半導体層である。Ａｌ組成比が
上記範囲であると、自己吸収の防止と共に、結晶性とオ
ーミック接触の点で好ましい。更に前記ｎ型コンタクト
層３は、ｎ型不純物を１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹／ｃ
ｍ ³、好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度
で含有していると、オーミック接触の維持、クラック発
生の防止、結晶性の維持の点で好ましい。このようにｎ
型コンタクト層を構成するＡｌ組成比とｎ型不純物濃度
を組み合わせると、自己吸収を防止できると共に、オー
ミック接触やクラック防止の点で好ましい。ｎ型不純物
としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等
が挙げられ、好ましくはＳｉである。ｎ型コンタクト層
３の膜厚は、特に限定されないが、０．１〜２０μｍが
好ましく、より好ましくは１〜１０μｍである。膜厚が
この範囲であると、界面付近（例えばｎ型クラッド層と
の界面付近）の結晶性（下地として）と抵抗率の低下の
点で好ましい。

【００１６】［ｐ型コンタクト層７］本発明において、
ｐ型コンタクト層７としては、少なくともｐ電極と接す
るｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コ
ンタクト層７ａと、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の
高い第２のｐ型コンタクト層７ｂとから形成されてい
る。このように、ｐ型不純物濃度とＡｌ組成比が異なる
２種類の層でｐ型コンタクト層７を形成することによ
り、第１のｐ型コンタクト層７ａで良好なオーミック接
触を得ることができ、さらに素子特性を維持できる程度
の膜厚にｐ型コンタクト層を調整する場合、第２のｐ型
コンタクト層７ｂの膜厚を厚くした場合でも、Ａｌ組成
比が高いので自己吸収を防止することができる。つま
り、ｐ型コンタクト層７では、オーミック接触を得るた
めの第１のｐ型コンタクト層７ａと、自己吸収を防止し
ながら素子特性の維持できる程度に膜厚を確保するため
の第２のｐ型コンタクト層７ｂとの２層からなる。以下
に第１のｐ型コンタクト層７ａ及び第２のｐ型コンタク
ト層７ｂについて説明する。第１のｐ型コンタクト層７
ａは、第２のｐ型コンタクト層７ｂに比べて不純物濃度
が高く、Ａｌ組成比が低く設定されている。

【００１７】このような第１のｐ型コンタクト層７ａと
しては、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ＜０．０５、好ましく
は０＜ａ＜０．０１）を含んでなる窒化物半導体層を挙
げることができる。Ａｌ組成比が上記範囲であるとｐ型
不純物濃度を高濃度にドープしても、不純物の不活性化
を防止でき、ｐ電極との良好なオーミック接触を得るこ
とができ好ましい。また、第１のｐ型コンタクト層７ａ
が上記の範囲内でＡｌ組成を含んでなると自己吸収の防
止の点で好ましく、さらに結晶性の点でも好ましい。ま
た、第１のｐ型コンタクト層７ａのＡｌ組成比は、上記
範囲内で、第２のｐ型コンタクト層７ｂのＡｌ組成比よ
り低くなるように調整される。

【００１８】第１のｐ型コンタクト層７ａのｐ型不純物
濃度としては、特に限定されないが、ｐ電極とのオーミ
ック接触が良好に得られる程度が好ましく、例えば具体
的には、１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³、好ましくは
５×１０²⁰〜５×１０²¹／ｃｍ³である。ｐ型不純物濃
度が上記範囲であると、オーミック接触を良好に得るこ
とができ好ましい。第１のｐ型コンタクト層７ａのｐ型
不純物濃度は、上記範囲内で第２のｐ型コンタクト層７
ｂの不純物濃度より高くなるように調整される。また、
第１のｐ型コンタクト層７ａの膜厚としては、特に限定
されないが、ｐ電極とのオーミック接触が良好となる程
度の膜厚であればよく、例えば具体的には、１００〜５
００オングストローム、好ましくは１５０〜３００オン
グストロームである。このような膜厚であると、Ａｌ組
成比を低くしても膜厚が比較的薄いので自己吸収を防止
でき、さらに、ｐ型不純物を高濃度に含有して良好なオ
ーミック接触を得る点で好ましい。

【００１９】次に、第２のｐ型コンタクト層７ｂとして
は、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜０．１、好ましくは０．
０１＜ｂ＜０．０５）を含んでなる窒化物半導体層であ
る。Ａｌ組成比が上記範囲であると、ｎ型コンタクト層
の場合と同様に自己吸収の防止の点で好ましく、さら
に、結晶性とオーミック接触の点でも好ましい。また、
第２のｐ型コンタクト層７ｂのＡｌ組成比は、上記範囲
内で第１のｐ型コンタクト層７ａより高くなるように調
整される。第２のｐ型コンタクト層７ｂのｐ型不純物濃
度は、第２のｐ型コンタクト層７ｂがｐ型を示す程度に
含有されていることが望ましく、例えば具体的には、１
×１０²⁰／ｃｍ³以下、好ましくは５×１０¹⁸〜５×１
０¹⁹／ｃｍ³である。ｐ型不純物濃度が上記範囲である
と、不純物準位の形成による自己吸収の防止の点で好ま
しい。第２のｐ型コンタクト層７ｂのｐ型不純物濃度
は、上記範囲内で第１のｐ型コンタクト層７ａより低濃
度に調整される。

【００２０】第２のｐ型コンタクト層７ｂの膜厚として
は、特に限定されないが、第２のｐ型コンタクト層７ｂ
が４００〜１２００オングストローム、好ましくは８０
０〜１２００オングストロームである。第２のｐ型コン
タクト層７ｂの膜厚が上記範囲であると、自己吸収を防
止しながら素子特性を維持できる程度の膜厚に調整でき
る点で好ましい。ｐ型コンタクト層７に含有されるｐ型
不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましく
はＭｇが挙げられる。

【００２１】また、ここで、ｐ型コンタクト層７を構成
する第１のｐ型コンタクト層７ａと第２のｐ型コンタク
ト層７ｂは、上記に示したように、不純物濃度やＡｌ組
成比が重複する部分があるが、それぞれ記載された範囲
で第１のｐ型コンタクト層７ａが、第２のｐ型コンタク
ト層７ｂに対して、不純物濃度が高くてＡｌ組成比が低
くなるように調整されることで良好な効果を得ることが
できる。仮に、ｐ型コンタクト層７を、Ａｌ組成比の低
い層のみ、あるいは不純物濃度の高い層のみなどで形成
すると、オーミック接触は良好であっても、自己吸収の
防止は十分満足できない等、良好なオーミック接触と共
に自己吸収の防止の両者を得られ難くなる。また、ｐ型
コンタクト層７は、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の
小さい第１のｐ型コンタクト層７ａにより良好なオーミ
ック接触が得られ、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比が
大きい第２のｐ型コンタクト層７ｂにより自己吸収を防
止すると共に素子特性の維持ができる、といったように
オーミック接触と自己吸収の防止をそれぞれの層によっ
て得るように構成している。そして第１のｐ型コンタク
ト層７ａと第２のｐ型コンタクト層７ｂとの層が相乗的
に作用して、良好なオーミック接触と自己吸収の防止に
よって、発光出力の良好な素子を得ることができる。ま
た、現状の窒化物半導体では、ｎ型よりもｐ型形成が困
難であり、また素子構造的にｐ側面発光により特にｐ側
の良好なオーミック接触とｐ側の自己吸収の防止が大事
である。

【００２２】またさらに、上記のようにｎ型コンタクト
層３のＡｌ組成比を特定すること、好ましくはＡｌ組成
比に加えて不純物濃度を特定すること、加えて、ｐ型コ
ンタクト層７をｐ型不純物濃度の高いＡｌ組成比の低い
第１のｐ型コンタクト層７ａとｐ型不純物濃度が低くＡ
ｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層７ｂとで形成す
ること、を組み合わせると、オーミック接触の低下を引
き起こすことなく自己吸収をより良好に防止でき、発光
出力の向上の点でより好ましい。

【００２３】更に、以下に素子を構成するその他の各層
について説明する。［基板１］本発明において、基板１としては、サファイ
アＣ面、Ｒ面又はＡ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることがで
きる。

【００２４】［バッファ層２］本発明において、バッフ
ァ層２としては、Ｇａ_hＡｌ_1-hＮ（但しｈは０＜ｈ≦１
の範囲である。）からなる窒化物半導体であり、好まし
くはＡｌの割合が小さい組成ほど結晶性の改善が顕著と
なり、より好ましくはＧａＮからなるバッファ層２が挙
げられる。バッファ層２の膜厚は、０．００２〜０．５
μｍ、好ましくは０．００５〜０．２μｍ、更に好まし
くは０．０１〜０．０２μｍの範囲に調整する。バッフ
ァ層２の膜厚が上記範囲であると、窒化物半導体の結晶
モフォロジーが良好となり、バッファ層２上に成長させ
る窒化物半導体の結晶性が改善される。バッファ層２の
成長温度は、２００〜９００℃であり、好ましくは４０
０〜８００℃の範囲に調整する。成長温度が上記範囲で
あると良好な多結晶となり、この多結晶が種結晶として
バッファ層２上に成長させる窒化物半導体の結晶性を良
好にでき好ましい。また、このような低温で成長させる
バッファ層２は、基板の種類、成長方法等によっては省
略してもよい。

【００２５】［ｎ型コンタクト層３］上記のｎ型不純物
含有のＡｌＧａＮを含んでなる窒化物半導体である。

【００２６】［ｎ型クラッド層４］本発明において、ｎ
型クラッド層４としては、活性層５のバンドギャップエ
ネルギーより大きくなる組成であり、活性層５へのキャ
リアの閉じ込めが可能であれば特に限定されないが、好
ましい組成としては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ＜０．
３、好ましくは０．１＜ｅ＜０．２）のものが挙げられ
る。ｎ型クラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなる
と、活性層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｎ
型クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましく
は０．０１〜０．１μｍであり、より好ましくは０．０
３〜０．０６μｍである。ｎ型クラッド層のｎ型不純物
濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０¹⁷〜
１×１０²⁰／ｃｍ³であり、より好ましくは１×１０¹⁸
〜１×１０¹⁹／ｃｍ³である。不純物濃度がこの範囲で
あると、抵抗率及び結晶性の点で好ましい。

【００２７】ｎ型クラッド層は、上記のような単一層の
他に、多層膜層（超格子構造を含む）とすることもでき
る。多層膜層の場合は、上記のＡｌ_eＧａ_1-eＮと、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
とからなる多層膜層であればよいが、例えばバンドギャ
ップエネルギーの小さい層としては、Ｉｎ_kＧａ_1-kＮ
（０≦ｋ＜１）、Ａｌ_jＧａ_1-jＮ（０≦ｊ＜１、ｅ＞
ｊ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、
特に限定されないが、超格子構造の場合は、一層の膜厚
が１００オングストローム以下、好ましくは７０オング
ストローム以下、より好ましくは１０〜４０オングスト
ロームと、超格子構造を形成しない単一層の場合は、上
記の組成からなる層とすることができる。また、ｎ型ク
ラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バ
ンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層で
ある場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小
さい層の少なくともいずれか一方にｎ型不純物をドープ
させてもよい。また、バンドギャップエネルギーの大き
い層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量
は同一でも異なってもよい。

【００２８】［活性層５］本発明において、活性層５と
しては、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下となるような
組成の窒化物半導体が挙げられる。好ましくはＩｎ_gＧ
ａ_1-gＮ（０≦ｇ＜０．１）の窒化物半導体が挙げられ
る。活性層のＩｎ組成比は、発光ピーク波長が短波長と
なるに従いＩｎ組成比を小さくしていくが、Ｉｎ組成比
はほとんどゼロに近くなる。活性層の膜厚としては、特
に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚が挙
げられ、例えば好ましくは０．００１〜０．０１μｍで
あり、より好ましくは０．００３〜０．００７μｍであ
る。膜厚が上記範囲であると発光出力の点で好ましい。
また、活性層は、上記のような単一量子井戸構造の他
に、上記Ｉｎ_gＧａ_1-gＮを井戸層として、この井戸層よ
りバンドギャップエネルギーが大きい組成からなる障壁
層とからなる多重量子井戸構造としてもよい。また、活
性層には、不純物をドープしてもよい。

【００２９】また、活性層のＩｎ組成比の調整として
は、、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下となるＩｎ組成
比であれば特に限定されず、具体的な値としては、例え
ば下記の理論値の計算式から求められる値を近似的な値
として挙げることができる。しかし、実際に発光させて
得られる波長は、量子井戸構造をとる量子準位が形成さ
れるため、波長のエネルギー（Ｅλ）がＩｎＧａＮのバ
ンドギャップエネルギー（Ｅｇ）よりも大きくなり、計
算式などから求められる発光波長より、短波長側へシフ
トする傾向がある。

【００３０】［理論値の計算式］Ｅｇ＝（１−χ）３．４０＋１．９５χ−Ｂχ（１−
χ）波長（ｎｍ）＝１２４０／ＥｇＥｇ：ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップエネルギー χ：Ｉｎの組成比３．４０（ｅＶ）：ＧａＮのバンドギャップエネルギー１．９５（ｅＶ）：ＩｎＮのバンドギャップエネルギーＢ：ボーイングパラメーターを示し、１〜６ｅＶとす
る。このようにボーイングパラメータが変動するのは、
最近の研究では、ＳＩＭＳ分析などから、従来は結晶に
歪みがないと仮定して１ｅＶとされていたが、Ｉｎ組成
比の割合や膜厚が薄い場合等により歪みの生じる程度が
異なり、１ｅＶ以上となることが明らかとなってきてい
るためである。

【００３１】上記のように井戸層のＳＩＭＳ分析などか
ら求められる具体的なＩｎ組成比から考えられる発振波
長と、実際に発振させたときの発振波長とには、やや相
違があるものの、実際の発振波長が所望する波長となる
ように調整される。

【００３２】［ｐ型クラッド層６］本発明において、ｐ
型クラッド層６としては、活性層５のバンドギャップエ
ネルギーより大きくなる組成であり、活性層５へのキャ
リアの閉じ込めができるものであれば特に限定されない
が、好ましくは、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ＜０．４、好
ましくは０．１５＜ｆ＜０．３）のものが挙げられる。
ｐ型クラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、
活性層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐ型ク
ラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは
０．０１〜０．１５μｍであり、より好ましくは０．０
４〜０．０８μｍである。ｐ型クラッド層のｐ型不純物
濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０¹⁸〜
１×１０²¹／ｃｍ³であり、より好ましくは１×１０¹⁹
〜５×１０²⁰／ｃｍ³である。ｐ型不純物濃度が上記範
囲であると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を
低下させる点で好ましい。

【００３３】ｐ型クラッド層は、上記のような単一層の
他に、多層膜層（超格子構造を含む）とすることもでき
る。多層膜層の場合は、上記のＡｌ_fＧａ_1-fＮと、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
とからなる多層膜層であればよいが、例えばバンドギャ
ップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の
場合と同様に、Ｉｎ_kＧａ_1-kＮ（０≦ｋ＜１）、Ａｌ_j
Ｇａ_1-jＮ（０≦ｊ＜１、ｆ＞ｊ）が挙げられる。多層
膜層を形成する各層の膜厚は、特に限定されないが、超
格子構造の場合は、一層の膜厚が１００オングストロー
ム以下、好ましくは７０オングストローム以下、より好
ましくは１０〜４０オングストロームと、超格子構造を
形成しない単一層の場合は、上記の組成からなる層とす
ることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャッ
プエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギー
の小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャッ
プエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいず
れか一方にｐ型不純物をドープさせてもよい。また、バ
ンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方
にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なってもよ
い。

【００３４】［ｐ型コンタクト層７］上記のｐ型不純物
含有のＡｌＧａＮを含んでなる窒化物半導体である。

【００３５】また、本発明において、ｐ電極及びｎ電極
は、種々のものを用いることができ、公知の電極材料等
から適宜選択して用いる。電極としての具体例は、後述
の実施例に記載されているものが挙げられる。また、本
発明は、素子構造の一実施の形態として図１を挙げて説
明したが、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下で、上記の
ような本発明の特定のｎ型コンタクト層及びｐ型コンタ
クト層であれば本発明の効果を得ることができ、図１以
外に、静電耐圧、順方向電圧、寿命特性等の素子特性の
向上のために、その他の層を形成してもよい。

【００３６】また、本発明の素子は、ｐ側層をｐ型化し
て低抵抗とするために、アニーリング処理を行ってい
る。アニーリング処理としては、特許第２５４０７９１
号に記載されているように、気相成長法により、ｐ型不
純物がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体を成長
させた後、実質的に水素を含まない雰囲気中、４００℃
以上の温度で熱処理を行い、ｐ型不純物がドープされた
窒化ガリウム系化合物半導体から水素を出すことにより
ｐ型にする方法が挙げられる。

【００３７】

【実施例】以下に、本発明の一実施の形態である実施例
を挙げて本発明を更に詳細に説明する。しかし、本発明
はこれに限定されない。

【００３８】［実施例１］実施例１は、図１の窒化物半
導体素子を作製する。（基板１）サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を、反応
容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリ
ーニングを行う。

【００３９】（バッファ層２）続いて、水素雰囲気中、
５１０℃で、アンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）を用い、基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２を
約２００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００４０】（ｎ型コンタクト層３）次に１０５０℃で
ＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニ
ア、シラン（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃ
ｍ³ドープしたｎ型Ａｌ_0.04Ｇａ_0.96Ｎよりなるｎ型コ
ンタクト層３を４μｍの膜厚で成長させる。

【００４１】（ｎ型クラッド層４）次に１０５０℃でＴ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×
１０¹⁷／ｃｍ³ドープしたｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎより
なるｎ型クラッド層４を４００オングストロームの膜厚
で形成する。

【００４２】（活性層５）次に窒素雰囲気中、７００℃
でＴＭＩ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ
ＧａＮよりなる活性層を５５オングストロームの膜厚で
成長させる。Ｉｎ組成比は、測定不可能な程度に微量
（ほとんどゼロ）である。

【００４３】（ｐ型クラッド層６）次に水素雰囲気中、
１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ
（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを
１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりな
るｐ型クラッド層６を６００オングストロームの膜厚で
成長させる。

【００４４】（ｐ型コンタクト層７）続いて、ｐ型クラ
ッド層６上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍ
ｇを用いて、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ
_0.04Ｇａ_0.96Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層７ｂを
０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調
整してＭｇを２×１０²¹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.01Ｇ
ａ_0.99Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層７ｂを０．０
２μｍの膜厚で成長させる。

【００４５】成長終了後、窒素雰囲気中、ウェーハを反
応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ
型層をさらに低抵抗化した後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ型コンタクト層７の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すようにｎ型コンタクト層３の表面を露出させ
る。

【００４６】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層７の第１のｐ型コンタクト層７ａのほぼ全面に膜厚
２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ
電極８と、そのｐ電極８の上にボンディング用のＡｕよ
りなるｐパッド電極１０を０．２μｍの膜厚で形成す
る。一方エッチングにより露出させたｎ型コンタクト層
３の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極９を形成する。最後
にｐ電極８の表面を保護するためにＳｉＯ₂よりなる絶
縁膜を形成した後、ウェーハをスクライブにより分離し
て３５０μｍ角のＬＥＤ素子とする。

【００４７】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、発光ピーク波長が３７０ｎｍを示し、Ｖｆは３．
８Ｖ、出力は２．０ｍＷである。実施例１のＬＥＤの光
取り出し効率は、従来のｎ型及びｐ型コンタクト層がＡ
ｌを含んでいないものに対してほぼ２．５倍となる。以
上のように、上記素子構造により、オーミック接触が良
好となるので従来と同等のＶｆを維持でき、さらに自己
吸収を防止できることで発光出力を向上させることがで
きる。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、上記のように、ｎ型コンタク
ト層及びｐ型コンタクト層をＡｌ組成比や不純物濃度、
さらにｐ型コンタクト層を２層から構成することによ
り、オーミック接触を悪化させることなく良好に自己吸
収を防止して光取り出し効率を向上させ、３７０ｎｍ以
下の発光出力の良好な窒化物半導体素子を提供すること
ができる。更に本発明は、ｎ型及びｐ型コンタクト層の
Ｍｇ濃度や、特定のクラッド層との組み合わせにより、
良好なオーミック接触と自己吸収の防止に加えて、クラ
ックなどの防止が良好となり、より良好な発光出力を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態であるＬＥＤの
模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板２・・・バッファ層３・・・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７ｂ・・・第２のｐ型コンタクト層７ａ・・・第１のｐ型コンタクト層８・・・ｐ電極９・・・ｎ電極１０・・・パッド電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体
層、活性層、及びｐ型窒化物半導体層を有する窒化物半
導体素子において、前記活性層が、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下の窒化
物半導体層からなり、前記ｐ型窒化物半導体層として、
ｐ電極と接するｐ型コンタクト層が、ｐ電極と接する側
に、ｐ型不純物を高濃度で含有するＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０
≦ａ＜０．０５）を含んでなる第１のｐ型コンタクト層
と、前記第１のｐ型コンタクト層の活性層側に第１のｐ
型コンタクト層と接して、ｐ型不純物を第１のｐ型コン
タクト層より低濃度で含有し、さらにＡｌ組成比が第１
のｐ型コンタクト層より高いＡｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜
０．１）を含んでなる第２のｐ型コンタクト層とから形
成されてなり、さらに、前記ｎ型窒化物半導体層として、ｎ電極と接す
るｎ型コンタクト層が、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜０．
１）を含んでなることを特徴とする窒化物半導体発光ダ
イオード。
【請求項２】前記ｐ電極と接する第１のｐ型コンタク
ト層が、ｐ型不純物を１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³
含有してなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物
半導体発光ダイオード。
【請求項３】前記第２のｐ型コンタクト層が、ｐ型不
純物を１×１０²⁰／ｃｍ³以下含有してなることを特徴
とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光ダイオ
ード。
【請求項４】前記ｐ型コンタクト層における第１のｐ
型コンタクト層の膜厚が、１００〜５００オングストロ
ームであり、さらに第２のｐ型コンタクト層の膜厚が、
４００〜２０００オングストロームであることを特徴と
する請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項５】前記ｎ型コンタクト層が、ｎ型不純物を
１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹／ｃｍ³含有してなることを特
徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光ダイオー
ド。
【請求項６】前記活性層とｎ型コンタクト層との間
に、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ＜０．３）を含んでなる第
１の窒化物半導体層を有し、更に、前記活性層とｐ型コ
ンタクト層との間に、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ＜０．
４）を含んでなる第２の窒化物半導体層を有することを
特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオー
ド。