JP2014049595A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作電圧が低く、高い発光効率が得られる窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型半導体よりなる電子供給層を有する窒化物半導体素子において、前記電子供給層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有し、かつ、ｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であり、厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする。また、前記ｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型半導体よりなる電子供給層を有する窒化物半導体素子において、前記電子供給層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有し、かつ、ｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であり、厚みが０．５μｍ以上であることを特徴とする。また、前記ｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、ｎ型半導体よりなる電子供給層を有する窒化物半導体素子に関し、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などに好適な窒化物半導体素子に関する。
アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのIII 族元素の窒化物による窒化物半導体素子は、短波長の発光ダイオード（ＬＥＤ）や短波長のレーザダイオード（ＬＤ）などの短波長発光素子として利用されている。かかる窒化物半導体素子は、ｎ型半導体よりなる電子供給層と、ｐ型半導体層よりなる正孔供給層との間に、量子井戸構造を有する発光層が介在されて構成されている。
このような窒化物半導体素子においては、高い発光効率を得るために、素子の低抵抗化を図ることが肝要である。そして、従来、素子の低抵抗化を図るために、ｎ型半導体層が、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型不純物が高い濃度でドーピングされた高濃度層と、この高濃度層よりも低い濃度でｎ型不純物がドーピングされた低濃度層との積層体よりなるものが提案されている（特許文献１参照。）。
このような窒化物半導体素子においては、高い発光効率を得るために、素子の低抵抗化を図ることが肝要である。そして、従来、素子の低抵抗化を図るために、ｎ型半導体層が、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型不純物が高い濃度でドーピングされた高濃度層と、この高濃度層よりも低い濃度でｎ型不純物がドーピングされた低濃度層との積層体よりなるものが提案されている（特許文献１参照。）。
しかしながら、上記の窒化物半導体素子において、ｎ型半導体層を構成する材料として、青色ＬＥＤに代表的に使用されている窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる場合には、ｎ型半導体層中に高い濃度でｎ型不純物がドーピングされると、得られるｎ型半導体層の表面に膜荒れが生じる。このため、得られる窒化物半導体素子の発光効率が低下したり、動作電圧が上昇したりする、という問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、動作電圧が低く、高い発光効率が得られる窒化物半導体素子を提供することにある。
本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型半導体よりなる電子供給層を有する窒化物半導体素子において、
前記電子供給層は、
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有し、かつ、
ｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であり、
厚みが０．５μｍ以上である
ことを特徴とする。
前記電子供給層は、
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有し、かつ、
ｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であり、
厚みが０．５μｍ以上である
ことを特徴とする。
本発明の窒化物半導体素子においては、前記ｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。
本発明の窒化物半導体素子によれば、電子供給層が、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有するため、ｎ型不純物が高い濃度でドーピングされても、表面が平坦な電子供給層が得られる。そして、電子供給層のｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であるため、当該電子供給層の低抵抗化を図ることができる。従って、動作電圧が低く、高い発光効率が得られる窒化物半導体素子を提供するができる。
以下、本発明の窒化物半導体素子の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の窒化物半導体素子の一例における構成を示す説明用断面図である。この窒化物半導体素子は、ＬＥＤとして構成された横型構造のものであって、例えばサファイアよりなる基板１０上に、それぞれ窒化物半導体よりなる低温バッファ層１１および下地層１２を介して、ｎ型窒化物半導体よりなる電子供給層１３が形成されている。この電子供給層１３上には、当該電子供給層１３よりサイズの小さいｐ型ＧａＮよりなる保護層１４を介して、発光層１５が形成されている。この発光層１５上には、ｐ型窒化物半導体よりなる正孔供給層１６が形成されている。この正孔供給層１６の表面には、ｎ型ＧａＮよりなるコンタクト層１７を介して、ニッケル／金よりなるｐ電極層１８が形成されている。このｐ電極層１７上には、クロム／金よりなるｐパッド電極１９ａが形成されている。また、電子供給層１３上における発光層１５が形成されていない領域には、クロム／金よりなるｎパッド電極１９ｂが形成されている。
図１は、本発明の窒化物半導体素子の一例における構成を示す説明用断面図である。この窒化物半導体素子は、ＬＥＤとして構成された横型構造のものであって、例えばサファイアよりなる基板１０上に、それぞれ窒化物半導体よりなる低温バッファ層１１および下地層１２を介して、ｎ型窒化物半導体よりなる電子供給層１３が形成されている。この電子供給層１３上には、当該電子供給層１３よりサイズの小さいｐ型ＧａＮよりなる保護層１４を介して、発光層１５が形成されている。この発光層１５上には、ｐ型窒化物半導体よりなる正孔供給層１６が形成されている。この正孔供給層１６の表面には、ｎ型ＧａＮよりなるコンタクト層１７を介して、ニッケル／金よりなるｐ電極層１８が形成されている。このｐ電極層１７上には、クロム／金よりなるｐパッド電極１９ａが形成されている。また、電子供給層１３上における発光層１５が形成されていない領域には、クロム／金よりなるｎパッド電極１９ｂが形成されている。
基板１０の厚みは、例えば０．２〜２ｍｍである。
バッファ層１１および下地層１２を構成する窒化物半導体としては、不純物がドーピングされていないＧａＮ単結晶、ＡｌＧａＮ単結晶などを用いることができる。
バッファ層１１の厚みは、例えば１０〜１００ｎｍである。
また、下地層１２の厚みは、例えば０．５〜５μｍである。
バッファ層１１および下地層１２を構成する窒化物半導体としては、不純物がドーピングされていないＧａＮ単結晶、ＡｌＧａＮ単結晶などを用いることができる。
バッファ層１１の厚みは、例えば１０〜１００ｎｍである。
また、下地層１２の厚みは、例えば０．５〜５μｍである。
電子供給層１３を構成するｎ型窒化物半導体は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有するものである。この電子供給層１３を構成する窒化物半導体において、Ａｌの割合が過小である場合には、表面が平坦な電子供給層１３を形成することが困難となる。
また、電子供給層１３を構成するｎ型窒化物半導体におけるｎ型不純物の濃度は、１×１０19／ｃｍ3 以上とされ、好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3 とされる。ｎ型不純物の濃度が過小である場合には、電子供給層１３の低抵抗化を図ることが困難となる。
ｎ型窒化物半導体におけるｎ型不純物としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、錫（Ｓｎ）およびテルル（Ｔｅ）などを用いることができ、これらの中では、シリコン（Ｓｉ）が好ましい。
また、電子供給層１３の厚みは、０．５μｍ以上とされ、好ましくは０．６〜５μｍとされる。電子供給層１３の厚みが過小である場合には、電流広がりが不十分になることがあり、電流注入時に電流集中部を作り素子特性が低下してしまうことがある。
また、電子供給層１３を構成するｎ型窒化物半導体におけるｎ型不純物の濃度は、１×１０19／ｃｍ3 以上とされ、好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3 とされる。ｎ型不純物の濃度が過小である場合には、電子供給層１３の低抵抗化を図ることが困難となる。
ｎ型窒化物半導体におけるｎ型不純物としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、錫（Ｓｎ）およびテルル（Ｔｅ）などを用いることができ、これらの中では、シリコン（Ｓｉ）が好ましい。
また、電子供給層１３の厚みは、０．５μｍ以上とされ、好ましくは０．６〜５μｍとされる。電子供給層１３の厚みが過小である場合には、電流広がりが不十分になることがあり、電流注入時に電流集中部を作り素子特性が低下してしまうことがある。
発光層１５は、例えばＧａＩｎＮよりなる量子井戸層と、例えばＡｌＧａＳｉＮよりなる障壁層とによる単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有するものである。
量子井戸層の厚みは、例えば１〜５０ｎｍである。また、障壁層の厚みは、例えば５〜１００ｎｍである。
また、量子井戸層の周期は、量子井戸層、障壁層および発光層１５全体の厚みなどを考慮して適宜設定されるが、通常、１〜５０周期である。
量子井戸層の厚みは、例えば１〜５０ｎｍである。また、障壁層の厚みは、例えば５〜１００ｎｍである。
また、量子井戸層の周期は、量子井戸層、障壁層および発光層１５全体の厚みなどを考慮して適宜設定されるが、通常、１〜５０周期である。
正孔供給層１６を構成するｐ型窒化物半導体は、例えばＡｌＧａＮによって形成されている。
また、ｐ型半導体におけるｐ型不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、カーボン（Ｃ）などを用いることができる。
また、正孔供給層１６は、ＡｌとＧａとの組成比率が異なる複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層体によって形成されていてもよい。
また、正孔供給層１６の厚みは、例えば０．０５〜１μｍである。
また、ｐ型半導体におけるｐ型不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、カーボン（Ｃ）などを用いることができる。
また、正孔供給層１６は、ＡｌとＧａとの組成比率が異なる複数のｐ型ＡｌＧａＮ層の積層体によって形成されていてもよい。
また、正孔供給層１６の厚みは、例えば０．０５〜１μｍである。
上記の窒化物半導体素子は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、以下のようにして製造することができる。
〔低温バッファ層および下地層の形成〕
先ず、ＣＶＤ装置の処理炉内に基板１０を配置し、処理炉内に例えば水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより、基板１０のクリーニングを行う。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスを供給することにより、気相成長によって基板１０の表面に低温バッファ層１１を形成する。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内に原料ガスを供給することにより、気相成長によって低温バッファ層１１の表面に下地層１２を形成する。
以上において、原料ガスとしては、III 族元素源としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムが用いられ、窒素源としてアンモニアが用いられる。
低温バッファ層１１を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば４８０℃である。
また、下地層１２を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば１１５０℃である。
〔低温バッファ層および下地層の形成〕
先ず、ＣＶＤ装置の処理炉内に基板１０を配置し、処理炉内に例えば水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより、基板１０のクリーニングを行う。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスを供給することにより、気相成長によって基板１０の表面に低温バッファ層１１を形成する。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内に原料ガスを供給することにより、気相成長によって低温バッファ層１１の表面に下地層１２を形成する。
以上において、原料ガスとしては、III 族元素源としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムが用いられ、窒素源としてアンモニアが用いられる。
低温バッファ層１１を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば４８０℃である。
また、下地層１２を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば１１５０℃である。
〔電子供給層および保護層の形成〕
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアおよびテトラエチルシランを供給することにより、気相成長によって下地層１２の表面に、ｎ型窒化物半導体よりなる電子供給層１３を形成する。その後、トリメチルアルミニウム以外の原料ガスを供給することにより、気相成長によって電子供給層１３上にｎ型ＧａＮよりなる保護層１４を形成する。
金属元素源として用いられるトリメチルガリウムとトリメチルアルミニウムとの割合（流量比）は、形成すべき電子供給層１１の組成によって適宜設定される。
電子供給層１３を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば３０ｋＰａで、炉内温度が例えば１１５０℃である。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアおよびテトラエチルシランを供給することにより、気相成長によって下地層１２の表面に、ｎ型窒化物半導体よりなる電子供給層１３を形成する。その後、トリメチルアルミニウム以外の原料ガスを供給することにより、気相成長によって電子供給層１３上にｎ型ＧａＮよりなる保護層１４を形成する。
金属元素源として用いられるトリメチルガリウムとトリメチルアルミニウムとの割合（流量比）は、形成すべき電子供給層１１の組成によって適宜設定される。
電子供給層１３を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば３０ｋＰａで、炉内温度が例えば１１５０℃である。
〔発光層の形成〕
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアを処理炉内に供給した後、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、テトラエチルシランおよびアンモニアを処理炉内に供給する操作を繰り返すことにより、ＧａＩｎＮよりなる量子井戸層およびシリコン（Ｓｉ）がドーピングされたｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による量子井戸構造を有する発光層１５を、電子供給層１３の表面に形成する。
発光層１５を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば８３０℃である。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアを処理炉内に供給した後、原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、テトラエチルシランおよびアンモニアを処理炉内に供給する操作を繰り返すことにより、ＧａＩｎＮよりなる量子井戸層およびシリコン（Ｓｉ）がドーピングされたｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による量子井戸構造を有する発光層１５を、電子供給層１３の表面に形成する。
発光層１５を形成するための条件としては、炉内圧力が例えば１００ｋＰａで、炉内温度が例えば８３０℃である。
〔正孔供給層の形成〕
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、キャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウムトリメチルアルミニウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、およびアンモニアを供給することにより、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層を形成し、更に、原料ガスのうちトリメチルアルミニウムの流量を変更して原料ガスを供給することにより、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層と組成の異なる第２のｐ型ＡｌＧａＮ層を形成し、以て、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層および第２のｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる正孔供給層１６を形成する。その後、トリメチルアルミニウム以外の原料ガスを供給することにより、気相成長によって正孔供給層１６上にｎ型ＧａＮよりなる保護層１７を形成する。
次いで、炉内圧力および炉内温度を所定の値に設定し、キャリアガスとして窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、トリメチルガリウムトリメチルアルミニウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、およびアンモニアを供給することにより、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層を形成し、更に、原料ガスのうちトリメチルアルミニウムの流量を変更して原料ガスを供給することにより、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層と組成の異なる第２のｐ型ＡｌＧａＮ層を形成し、以て、第１のｐ型ＡｌＧａＮ層および第２のｐ型ＡｌＧａＮ層よりなる正孔供給層１６を形成する。その後、トリメチルアルミニウム以外の原料ガスを供給することにより、気相成長によって正孔供給層１６上にｎ型ＧａＮよりなる保護層１７を形成する。
〔ｐ電極層、ｐパッド電極およびｎパッド電極の形成〕
このようにして、基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、例えば５００℃で１５分間の活性化処理を行う。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層１３の表面を露出させる。そして、コンタクト層１７上に、Ｎｉ層およびＡｕ層よりなるｐ電極層１８を形成する。その後、大気中において、例えば５００℃で５分間のアニール処理を行う。そして、ｐ電極層１８および電子供給層１３の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、ｐパッド電極１９ａおよびｎパッド電極１９ｂを形成し、以て、図１に示す窒化物半導体素子が得られる。
このようにして、基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、例えば５００℃で１５分間の活性化処理を行う。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層１３の表面を露出させる。そして、コンタクト層１７上に、Ｎｉ層およびＡｕ層よりなるｐ電極層１８を形成する。その後、大気中において、例えば５００℃で５分間のアニール処理を行う。そして、ｐ電極層１８および電子供給層１３の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、ｐパッド電極１９ａおよびｎパッド電極１９ｂを形成し、以て、図１に示す窒化物半導体素子が得られる。
上記の窒化物半導体素子によれば、電子供給層１３が、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有するため、ｎ型不純物が高い濃度でドーピングされても、表面が平坦な電子供給層１３が得られる。そして、電子供給層１３のｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であるため、当該電子供給層１３の低抵抗化を図ることができる。従って、動作電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体素子が得られる。
図２は、本発明の窒化物半導体素子の一例における構成を示す説明用断面図である。この窒化物半導体素子は、ＬＥＤとして構成された縦型構造のものであって、例えばシリコン（Ｓｉ）よりなる基板２０上に、例えばＡｕとＳｎとの比率が８：２であるハンダ層２１およびＴｉ／Ｐｔよりなるハンダ拡散防止層２２を介して、Ｎｉ／Ａｇよりなるｐ反射電極層２３が形成されている。ｐ反射電極層２３上には、その周縁領域および中心領域にＳｉＯ2 層２４，２５が形成されている。ＳｉＯ2 層２５を含むｐ反射電極層２３上には、ｐ型窒化物半導体よりなる正孔供給層２６が形成されている。ＳｉＯ2 層２４，２５の代わりにＳｉＮ等よりなる絶縁膜が形成されていてもよく、ＳｉＯ2 層２５の代わりに、ｐ型窒化物半導体層とショットキー接続となる導電物質よりなる層が形成されていてもよい。正孔供給層２６上には、発光層２７が形成され、この発光層２７上には、ｎ型窒化物半導体よりなる電子供給層２８が形成されている。この電子供給層２８上には、ｎ電極２９，３０が形成されている。
以上において、正孔供給層２６、発光層２７および電子供給層２８は、図１に示す窒化物半導体素子における正孔供給層１６、発光層１５および電子供給層１３と同様の構成である。
また、正孔供給層２６、発光層２７および電子供給層２８は、図１に示す窒化物半導体素子における正孔供給層１６、発光層１５および電子供給層１３と同様にして形成することができる。
また、正孔供給層２６、発光層２７および電子供給層２８は、図１に示す窒化物半導体素子における正孔供給層１６、発光層１５および電子供給層１３と同様にして形成することができる。
上記の窒化物半導体素子によれば、電子供給層２８が、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有するため、ｎ型不純物が高い濃度でドーピングされても、表面が平坦な電子供給層２８が得られる。そして、電子供給層２８のｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であるため、当該電子供給層２８の低抵抗化を図ることができる。従って、動作電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体素子が得られる。
以下、本発明の窒化物半導体素子の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〈実験例１〉
（１）低温バッファ層の形成：
ＣＶＤ装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行った。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウムおよび流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給することにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層を形成した。
（２）下地層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温した。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウムおよび流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給することにより、第１バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
（３）電子供給層の形成
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、下地層の表面に厚みが１．７μｍの電子供給層を形成した。（４）電子供給層の分析：
得られた電子供給層を分析したところ、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が５×１０19／ｃｍ3 であった。
また、電子供給層の表面を観察したところ、鏡面であることが確認された。
（１）低温バッファ層の形成：
ＣＶＤ装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行った。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウムおよび流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給することにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層を形成した。
（２）下地層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温した。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウムおよび流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給することにより、第１バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
（３）電子供給層の形成
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、下地層の表面に厚みが１．７μｍの電子供給層を形成した。（４）電子供給層の分析：
得られた電子供給層を分析したところ、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が５×１０19／ｃｍ3 であった。
また、電子供給層の表面を観察したところ、鏡面であることが確認された。
〈比較実験例１〉
実験例１の（１）および（２）と同様の操作を行うことにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層および厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に５３分間供給することにより、下地層の表面に厚みが３μｍの電子供給層を形成した。
得られた電子供給層を分析したところ、ＧａＮの組成を有し、Ｓｉ濃度が２×１０19／ｃｍ3 であった。
また、電子供給層の表面を観察したところ、膜荒れが生じたものであった。
実験例１の（１）および（２）と同様の操作を行うことにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層および厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に５３分間供給することにより、下地層の表面に厚みが３μｍの電子供給層を形成した。
得られた電子供給層を分析したところ、ＧａＮの組成を有し、Ｓｉ濃度が２×１０19／ｃｍ3 であった。
また、電子供給層の表面を観察したところ、膜荒れが生じたものであった。
〈実施例１〉
（１）低温バッファ層および下地層の形成：
実験例１の（１）および（２）と同様の操作を行うことにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層および厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
（２）電子供給層および保護層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０２５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 で厚みが１．７μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
（１）低温バッファ層および下地層の形成：
実験例１の（１）および（２）と同様の操作を行うことにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層および厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成した。
（２）電子供給層および保護層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０２５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 で厚みが１．７μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
（３）発光層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウムおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給した後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給する操作を繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＧａＩｎＮよりなる井戸層および厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層を、電子供給層の表面に形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とした。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウムおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給した後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給する操作を繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＧａＩｎＮよりなる井戸層および厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層を、電子供給層の表面に形成した。
（４）正孔供給層およびコンタクト層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持したまま、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０５０℃に昇温した。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルを処理炉内に６０秒間供給することにより、発光層の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの流量を９μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、ビスシクロペンタジエニルの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持したまま、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０５０℃に昇温した。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルを処理炉内に６０秒間供給することにより、発光層の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの流量を９μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、ビスシクロペンタジエニルの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を形成した。
（５）ｐ電極層、ｐパッド電極およびｎパッド電極の形成：
このようにして、ｃ面サファイア基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、例えば５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、窒化物半導体における正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、コンタクト層に、厚みが３ｎｍのＮｉ層および厚みが３ｎｍのＡｕ層よりなるｐ電極層を形成した。その後、大気中において、５００℃で５分間のアニール処理を行った。そして、ｐ電極層および電子供給層の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、それぞれ３０ｎｍのＣｒ層および２００ｎｍのＡｕ層よりなるｐパッド電極およびｎパッド電極を形成し、以て、図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
このようにして、ｃ面サファイア基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、例えば５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、窒化物半導体における正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、コンタクト層に、厚みが３ｎｍのＮｉ層および厚みが３ｎｍのＡｕ層よりなるｐ電極層を形成した。その後、大気中において、５００℃で５分間のアニール処理を行った。そして、ｐ電極層および電子供給層の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、それぞれ３０ｎｍのＣｒ層および２００ｎｍのＡｕ層よりなるｐパッド電極およびｎパッド電極を形成し、以て、図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
〈実施例２〉
電子供給層および保護層の形成を、以下のようにして実施したこと以外は、実施例１と同様にして図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が５×１０19／ｃｍ3 で厚みが１．７μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
電子供給層および保護層の形成を、以下のようにして実施したこと以外は、実施例１と同様にして図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給することにより、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が５×１０19／ｃｍ3 で厚みが１．７μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
〈比較例１〉
Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有する電子供給層および保護層を形成する代わりに比較実験例１と同様にして、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ形成条件でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の供給を行わず、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 のＧａＮよりなる電子供給層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして横型構造の窒化物半導体素子を製造した。
Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎの組成を有する電子供給層および保護層を形成する代わりに比較実験例１と同様にして、Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ形成条件でトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の供給を行わず、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 のＧａＮよりなる電子供給層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして横型構造の窒化物半導体素子を製造した。
実施例１〜２および比較例１で得られた窒化物半導体素子の各々を、ＴＯ−１８ステムパッケージに実装してＬＥＤ装置を作製した。得られたＬＥＤ装置に２０ｍＡの電流を供給して発光させ、この状態でＬＥＤ装置の動作電圧を測定すると共に、当該ＬＥＤ装置から５ｍｍ離間した位置の光出力を光検出器によって測定した。結果を表１に示す。
表１の結果から、実施例１〜２に係る窒化物半導体素子によれば、動作電圧が低く、高い発光効率が得られることが確認された。これに対して、比較例１に係る窒化物半導体素子は、出力が低く、発光効率が低いものであった。
〈実施例３〉
（１）低温バッファ層：
ＣＶＤ装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１３００℃に昇温することにより、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行った。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ８ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、炉内温度を９５０℃とし、原料ガスとして、流量が８．７μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウムおよび流量が１３９２０μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に７００秒間供給することにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが５０ｎｍのＡｌＮよりなる低温バッファ層を形成した。
（２）下地層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内温度を１３５０℃に昇温した。そして、処理炉内にキャリアガスとしてそれぞれ流量が８ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウムおよび流量が２２０００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に８０分間供給することにより、低温バッファ層の表面に、厚みが１μｍのＡｌＮよりなる下地層を形成した。
（１）低温バッファ層：
ＣＶＤ装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１３００℃に昇温することにより、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行った。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を１０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ８ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、炉内温度を９５０℃とし、原料ガスとして、流量が８．７μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウムおよび流量が１３９２０μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に７００秒間供給することにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが５０ｎｍのＡｌＮよりなる低温バッファ層を形成した。
（２）下地層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内温度を１３５０℃に昇温した。そして、処理炉内にキャリアガスとしてそれぞれ流量が８ｓｌｍの窒素ガスおよび水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウムおよび流量が２２０００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に８０分間供給することにより、低温バッファ層の表面に、厚みが１μｍのＡｌＮよりなる下地層を形成した。
（３）電子供給層および保護層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａ、炉内温度を１１７０℃に設定した。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１２ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が８０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０７μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に１７分間供給することにより、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が３×１０19／ｃｍ3 で厚みが１μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを７秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａ、炉内温度を１１７０℃に設定した。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が１２ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が８０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．０７μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に１７分間供給することにより、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が３×１０19／ｃｍ3 で厚みが１μｍの電子供給層を下地層の表面に形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを７秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成した。
（４）発光層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を６０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量が１６ｓｌｍの窒素ガスを流しながら、炉内温度を８４０℃とした。そして、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウムおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給した後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給する操作を繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＧａＩｎＮよりなる井戸層および厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層を、電子供給層の表面に形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を６０ｋＰａとし、処理炉内にキャリアガスとして流量が１６ｓｌｍの窒素ガスを流しながら、炉内温度を８４０℃とした。そして、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウムおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給した後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が４μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランおよび流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給する操作を繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＧａＩｎＮよりなる井戸層および厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層を、電子供給層の表面に形成した。
（５）正孔供給層およびコンタクト層の形成：
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を６０ｋＰａに維持したまま、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０５０℃に昇温した。その後、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が４０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．２６μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルを処理炉内に２０秒間供給することにより、発光層の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの流量を２５μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを１００秒間供給することにより、厚みが１００ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、ビスシクロペンタジエニルの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを５秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を形成した。
次いで、ＣＶＤ装置の炉内圧力を６０ｋＰａに維持したまま、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガスおよび流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０５０℃に昇温した。その後、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム、流量が４０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアおよび流量が０．２６μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルを処理炉内に２０秒間供給することにより、発光層の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの流量を２５μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを１００秒間供給することにより、厚みが１００ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎの組成を有するｐ型半導体層を形成した。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止すると共に、ビスシクロペンタジエニルの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを５秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を形成した。
（６）ｐ電極層、ｐパッド電極およびｎパッド電極の形成：
このようにして、基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、窒化物半導体における正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、コンタクト層に、厚みが３ｎｍのＮｉ層および厚みが３ｎｍのＡｕ層よりなるｐ電極層を形成した。その後、大気中において、５００℃で５分間のアニール処理を行った。そして、ｐ電極層および電子供給層の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、それぞれ３０ｎｍのＣｒ層および２００ｎｍのＡｕ層よりなるｐパッド電極およびｎパッド電極を形成し、以て、図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３４０ｎｍである。
このようにして、基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体に対して、窒素雰囲気下中において、５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、窒化物半導体における正孔供給層１６および発光層１５に対してフォトエッチング処理を施して一部を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、コンタクト層に、厚みが３ｎｍのＮｉ層および厚みが３ｎｍのＡｕ層よりなるｐ電極層を形成した。その後、大気中において、５００℃で５分間のアニール処理を行った。そして、ｐ電極層および電子供給層の表面に、ＣｒおよびＡｌを蒸着することにより、それぞれ３０ｎｍのＣｒ層および２００ｎｍのＡｕ層よりなるｐパッド電極およびｎパッド電極を形成し、以て、図１に示す横型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３４０ｎｍである。
実施例３で得られた窒化物半導体素子の各々を、ＴＯ−１８ステムパッケージに実装してＬＥＤ装置を作製した。得られたＬＥＤ装置に２０ｍＡの電流を供給して発光させ、この状態でＬＥＤ装置の動作電圧を測定すると共に、当該ＬＥＤ装置から５ｍｍ離間した位置の光出力を光検出器によって測定した。その結果、光出力が０．５ｍＷ、動作電圧が４．２Ｖ、電力効率が０．６％であった。
〈実施例４〉
実施例２と同様にして、ｃ面サファイア基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体を作製し、窒素雰囲気下中において、５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、コンタクト層、正孔供給層および発光層の周縁部分に対してフォトエッチング処理を施すことにより、電子供給層の周縁部の表面を露出させた。そして、スパッタ装置により、電子供給層の周縁部における露出した表面およびコンタクト層の中心部分の表面に、厚みが４００ｎｍのＳｉＯ2 層を形成した。そして、スパッタ装置により、コンタクト層およびＳｉＯ2 層の各々における露出した表面全面に、厚みが０．７ｎｍのＮｉ層および厚み１２０ｎｍのＡｇ層よりなるｐ反射電極層を形成した。
このようにして、ＳｉＯ2 層およびｐ反射電極層が形成された窒化物半導体に対して、急速加熱装置（ＲＴＡ）により、ドライエアー雰囲気中において４００℃で２分間のコンタクトアニール処理を行った。
次いで、ｐ反射電極上に、電子線蒸着装置（ＥＢ）により、厚みが１００ｎｍのＴｉ層および厚みが２００ｎｍのＰｔ層が３周期で積層されてなるハンダ拡散防止層を形成した。
一方、シリコン基板上に、電子線蒸着装置（ＥＢ）により、厚みが１０ｎｍのＴｉ膜を介して、ＡｕとＳｎとの比率が８：２である厚みが４μｍのハンダ層を形成した。そして、シリコン基板に形成されたハンダ層上に、上記のハンダ拡散防止層が形成された窒化物半導体を、当該ハンダ拡散防止層が当該ハンダ層に接するよう位置合わせして配置し、２８０℃、０．１ＭＰａの条件で加熱加圧処理を行うことにより、両者を接合した。
次いで、ＫｒＦエキシマレーザを照射することによって、サファイア基板を低温バッファ層から剥離した。その後、ＩＣＰ装置を用い、低温バッファ層および下地層を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、水酸化カリウム水溶液により、電子供給層の表面を粗面化処理した。その後、電子供給層の表面に、厚みが１００ｎｍのＣｒ層および厚みが３μｍのＡｕ層よりなるｎ電極を形成した。
そして、窒素雰囲気中において、２５０℃で１分間のシンタリングを行うことにより、図２に示す縦型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
実施例２と同様にして、ｃ面サファイア基板上に、低温バッファ層および下地層を介して、電子供給層、保護層、発光層、正孔供給層およびコンタクト層が形成されてなる窒化物半導体を作製し、窒素雰囲気下中において、５００℃で１５分間の活性化処理を行った。
次いで、フォトリソグラフィおよびＩＣＰ装置（誘導結合型プラズマ装置）を用い、コンタクト層、正孔供給層および発光層の周縁部分に対してフォトエッチング処理を施すことにより、電子供給層の周縁部の表面を露出させた。そして、スパッタ装置により、電子供給層の周縁部における露出した表面およびコンタクト層の中心部分の表面に、厚みが４００ｎｍのＳｉＯ2 層を形成した。そして、スパッタ装置により、コンタクト層およびＳｉＯ2 層の各々における露出した表面全面に、厚みが０．７ｎｍのＮｉ層および厚み１２０ｎｍのＡｇ層よりなるｐ反射電極層を形成した。
このようにして、ＳｉＯ2 層およびｐ反射電極層が形成された窒化物半導体に対して、急速加熱装置（ＲＴＡ）により、ドライエアー雰囲気中において４００℃で２分間のコンタクトアニール処理を行った。
次いで、ｐ反射電極上に、電子線蒸着装置（ＥＢ）により、厚みが１００ｎｍのＴｉ層および厚みが２００ｎｍのＰｔ層が３周期で積層されてなるハンダ拡散防止層を形成した。
一方、シリコン基板上に、電子線蒸着装置（ＥＢ）により、厚みが１０ｎｍのＴｉ膜を介して、ＡｕとＳｎとの比率が８：２である厚みが４μｍのハンダ層を形成した。そして、シリコン基板に形成されたハンダ層上に、上記のハンダ拡散防止層が形成された窒化物半導体を、当該ハンダ拡散防止層が当該ハンダ層に接するよう位置合わせして配置し、２８０℃、０．１ＭＰａの条件で加熱加圧処理を行うことにより、両者を接合した。
次いで、ＫｒＦエキシマレーザを照射することによって、サファイア基板を低温バッファ層から剥離した。その後、ＩＣＰ装置を用い、低温バッファ層および下地層を除去することにより、電子供給層の表面を露出させた。そして、水酸化カリウム水溶液により、電子供給層の表面を粗面化処理した。その後、電子供給層の表面に、厚みが１００ｎｍのＣｒ層および厚みが３μｍのＡｕ層よりなるｎ電極を形成した。
そして、窒素雰囲気中において、２５０℃で１分間のシンタリングを行うことにより、図２に示す縦型構造の窒化物半導体素子を製造した。この窒化物半導体素子の発光ピーク波長は、３６５ｎｍである。
実施例４で得られた窒化物半導体素子の各々を、表面実装用のパッケージに実装してＬＥＤ装置を作製した。得られたＬＥＤ装置に３５０ｍＡの電流を供給して発光させ、この状態でＬＥＤ装置の動作電圧を測定すると共に、当該ＬＥＤ装置から５ｍｍ離間した位置の光出力を光検出器によって測定した。その結果、光出力が１５０ｍＷ、動作電圧が４．５Ｖ、電力効率が１１％であった。
１０ 基板
１１ 低温バッファ層
１２ 下地層
１３ 電子供給層
１４ 保護層
１５ 発光層
１６ 正孔供給層
１７ コンタクト層
１８ ｐ電極層
１９ａ ｐパッド電極
１９ｂ ｎパッド電極
２０ 基板
２１ ハンダ層
２２ ハンダ拡散防止層
２３ ｐ反射電極層
２４，２５ ＳｉＯ2 層
２６ 正孔供給層
２７ 発光層
２８ 電子供給層
２９，３０ ｎ電極
１１ 低温バッファ層
１２ 下地層
１３ 電子供給層
１４ 保護層
１５ 発光層
１６ 正孔供給層
１７ コンタクト層
１８ ｐ電極層
１９ａ ｐパッド電極
１９ｂ ｎパッド電極
２０ 基板
２１ ハンダ層
２２ ハンダ拡散防止層
２３ ｐ反射電極層
２４，２５ ＳｉＯ2 層
２６ 正孔供給層
２７ 発光層
２８ 電子供給層
２９，３０ ｎ電極
Claims (2)
- ｎ型半導体よりなる電子供給層を有する窒化物半導体素子において、
前記電子供給層は、
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（但し、０．０１＜ｘ≦１）の組成を有し、かつ、
ｎ型不純物の濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であり、
厚みが０．５μｍ以上である
ことを特徴とする窒化物半導体素子。 - 前記ｎ型不純物は、シリコン（Ｓｉ）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素子。
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