JP2002094112A

JP2002094112A - ３族窒化物化合物半導体発光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002094112A
Application number: JP2001243134A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Watanabe; 大志渡邉; Makoto Asai; 誠浅井; Naoki Shibata; 直樹柴田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2002-03-29
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: JP3772707B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光強度を増加し、発光効率の向上した青色発
光素子の製造方法。【解決手段】バッファ層２の上に、膜厚約0.6 μm のSi
濃度2 ×10¹⁸/cm³、電子濃度２×10¹⁸/cm³のGaN のｎ層
（第１低不純物濃度層）３１を形成した後、その上に、
順次、膜厚約4.0 μｍ、Si濃度4 ×10¹⁸/cm³、電子濃度
2 ×10¹⁸/cm³のGaN の高キャリア濃度ｎ⁺層（高不純物
濃度層）３、膜厚約0.5 μｍのSi濃度1 ×10¹⁸/cm³、電
子濃度5 ×10¹⁷/cm³のGaN のｎ層（第２低不純物濃度
層）４、膜厚約100 ｎｍのIn_0.20Ga_0.80N の発光層５，
Al_0.08Ga_0.92N のｐ伝導型のクラッド層７１、GaN の第
１コンタクト層７２、GaN のｐ⁺伝導形の第２コンタク
ト層７３を形成した。ｎ層（第１低不純物濃度層）３１
により発光層５の結晶性を向上でき、且つ、ｎ⁺層３に
コンタクト電極を形成したので抵抗が小さく、駆動電圧
の低下、発光効率の向上が達成できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３族窒化物半導体を
用いた半導体素子の製造方法に関する。特に、発光輝度
を向上させた発光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、青色や短波長領域の発光素子の材
料としてAlGaInN 系の化合物半導体を用いたものが知ら
れている。その化合物半導体は直接遷移型であることか
ら発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色及
び緑色を発光色とすること等から注目されている。

【０００３】AlGaInN 系半導体においても、Mgをドープ
して電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化できる。
この結果、AlGaN のｐ伝導型のクラッド層と、ZnとSiド
ープのInGaN の発光層と、GaN のｎ層とを用いたダブル
ヘテロ構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られ
ている。この発光ダイオードはサファイア基板の上にバ
ッファ層、シリコンを高濃度に添加したｎ⁺形GaN 層、
シリコンを添加したｎ形GaN 層からなるクラッド層、In
GaN から成る発光層、ｐ形AlGaN のクラッド層、ｐ形Ga
N の第１コンタクト層、ｐ⁺形GaN の第２コンタクト層
を形成したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造の発光ダイオードは、発光強度が未だ小さいという問
題があった。そこで、本発明者らはこの発光素子の結晶
性について研究を重ねた結果、次のことが新しく分かっ
た。バッファ層の上にシリコンを高濃度に添加したｎ⁺
形GaN 層を形成して、その上に順次、上の層を形成して
いる。この結果、ｎ⁺形GaN 層が不純物を多量に含んで
いる結果、結晶性が良くなく、従って、その上に形成さ
れる各層の結晶性も良くないということが判明した。そ
こで、バッファ層を除いて、基板上に最初に形成される
層をなるべる不純物濃度の低い層とすれば、以後、その
上に形成される各層の結晶性が良くなり、発光輝度、発
光効率が向上することが判明した。

【０００５】従って、本発明は、上記の知見に基づいて
成されたものであり、本発明の目的は、発光素子の各層
の結晶性を向上することで、発光輝度及び発光効率を向
上させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された３族窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層と
を有する発光素子の製造方法において、ｎ層、ｐ層のう
ち基板に近い方に形成される層として、不純物無添加を
含む低濃度に不純物を添加した第１低不純物濃度層を形
成し、その第１低不純物濃度層の上に高濃度に不純物を
添加した高不純物濃度層を形成し、高不純物濃度層に対
してコンタクト電極を形成することを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、基板上に形成された３族
窒化物半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発
光素子の製造方法において、基板の上にバッファ層を形
成し、バッファ層の上に不純物無添加を含む低濃度に不
純物を添加した第１低不純物濃度層を形成し、その第１
低不純物濃度層の上に高濃度に不純物を添加した高不純
物濃度層を形成し、高不純物濃度層に対してコンタクト
電極を形成することを特徴とする。

【０００８】上記の構成において、高不純物濃度層と発
光層との間に、低濃度に不純物を添加した第２低不純物
濃度層を形成しても良い。発光層を成長させる基礎とな
る層の不純物濃度を低くしたのでその層の結晶性が良
く、従って、その上に成長される発光層の結晶性も良く
なる。上記の構成において、第１低不純物濃度層のキャ
リア濃度は２×10¹⁸/cm³以下が望ましい。この時、その
上に形成される各層の結晶性が改善される。又、低不純
物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μm が望ましい。100 Å
より薄いとその上に形成される各層の結晶性の改善の効
果が低く、2 μm 以上となると、クラックを発生させず
にその上に成長できる各層の厚さが制限されるために望
ましくない。

【０００９】上記の構成において、高不純物濃度層のキ
ャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³であることが望ま
しい。この層にコンタクト電極が形成される。よって、
この層は抵抗率が小さい程望ましいが、キャリア濃度を
1 ×10¹⁹/cm³以上とすると、結晶性が悪くなり、その上
に形成される層の結晶性が低下するので望ましくない。
キャリア濃度が1 ×10¹⁶/cm³以下となると、適正な層の
厚さで抵抗を低下させることができないので望ましくな
い。又、その高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm であ
ることが望ましい。0.5 μm より薄いとエッチングによ
りその層を露出して、その層にコンタクト電極を形成す
るのが困難となり望ましくない。又、10μm より厚いと
その上に形成される各層をクラックを発生させずに成長
させることが困難となるので望ましくない。

【００１０】さらに、上記構成において、第１低不純物
濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸/cm³以下であることが望
ましい。不純物濃度は４×10¹⁸/cm³を越えると、その上
に形成される各層の結晶性が低下するので望ましくな
い。又、基板に近い方に形成される層はｎ伝導形のｎ層
でもｐ伝導形のｐ層でも良いが、ｐ形活性化の点から言
えば、基板に近い方をｎ層とする方が製造が容易であ
る。基板に近い方の層をｎ層とした場合には、上記のキ
ャリア濃度は電子濃度を意味し、上記の不純物はドナー
不純物を意味する。又、基板に近い方の層をｐ層とした
場合には、上記のキャリア濃度はホール濃度を意味し、
上記の不純物はアクセプタ不純物を意味する。上記のキ
ャリア濃度、不純物濃度、層の厚さの数値範囲は、ｎ層
でもｐ層でも共に、それぞれ、望ましい範囲である。

【００１１】

【発明の作用及び効果】上述したように、発光層の成長
の基礎となる層を不純物無添加を含む不純物濃度が低い
層としたので、その層の結晶性が向上する。従って、そ
の第１低不純物濃度層の上に形成される各層の結晶性が
向上し、特に、発光層の結晶性が良くなる結果、発光輝
度、発光効率が向上した。又、その第１低不純物濃度層
の上に不純物濃度が高い層を形成し、その層にコンタク
ト電極を設けたために、キャリアはその第１不純物濃度
層を通過することがないために、抵抗による電圧低下、
抵抗損が抑制され、発光効率が向上した。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例の発光素子100 全体
図を示す。発光素子100 は、サファイア基板１を有して
おり、そのサファイア基板１上に0.05μｍのAlN バッフ
ァ層２が形成されている。

【００１３】そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約
0.6 μm のシリコン濃度2 ×10¹⁸/cm³、電子濃度1 ×10
¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成るｎ層（第１低
不純物濃度層）３１、膜厚約4.0 μｍ、シリコン濃度4
×10¹⁸/cm³、電子濃度2 ×10 ¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドー
プGaN から成る高キャリア濃度ｎ⁺層（高不純物濃度
層）３、膜厚約0.5 μｍのシリコン濃度1 ×10¹⁸/cm³、
電子濃度5 ×10¹⁷/cm³のシリコン(Si)ドープのGaN から
成るｎ層（第２低不純物濃度層）４、膜厚約100ｎｍ，
亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープがそれぞれ、 5×10¹⁸/c
m³にドープされたIn_0.20Ga_0.80N から成る発光層５，膜
厚約10ｎｍ，ホール濃度 2×10¹⁷/cm³, マグネシウム
（Mg) 濃度 5×10¹⁹/cm³ドープのAl_0.08Ga_0.92N から成
るｐ伝導型のクラッド層７１、膜厚約35ｎｍ，ホール濃
度 3×10¹⁷/cm³のマグネシウム（Mg)濃度 5×10¹⁹/cm³
ドープのGaN から成る第１コンタクト層７２、膜厚約5
ｎｍ，ホール濃度 6×10¹⁷/cm³のマグネシウム（Mg) 濃
度 1×10²⁰/cm³ドープのGaN から成るｐ⁺伝導形の第２
コンタクト層７３が形成されている。そして、第２コン
タクト層７３の上面全体にNi/Au の２重層からなる透明
電極９が形成されその透明電極９の隅の部分にNi/Au の
２重層からなるボンディングのためのパッド１０が形成
されている。又、ｎ⁺層３上にはAlから成る電極８が形
成されている。

【００１４】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光素子100 は、有機金属気相成
長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH₃) 、キャリアガ
ス（H₂）、トリメチルガリウム(Ga(CH₃)₃)（以下「TMG
」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH₃)₃)（以
下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH₃)₃)
（以下「TMI 」と記す) 、シラン(SiH₄)とジエチル亜鉛
(Zn(C₂H₅)₂)(以下「DEZ 」と記す) とシクロペンタジエ
ニルマグネシウム(Mg(C₅H₅)₂)(以下「CP₂Mg 」と記す）
である。

【００１５】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH₂を流速2 liter/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。

【００１６】次に、温度を 400℃まで低下させて、H₂を
20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMA を 1.8×10^-5
モル／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２を約0.
05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温
度を1100°C に保持し、H₂を20 liter／分、NH₃を10 l
iter／分、TMG を 1.12 ×10^-4モル／分、H₂ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを20×10^-9モル／分で36分
導入し、膜厚約0.6 μｍ、電子濃度 1×10¹⁸/cm³、シリ
コン濃度 2×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成
るｎ層３１を形成した。

【００１７】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H₂を20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMG
を 1.7×10^-4モル／分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈さ
れたシランを20×10^-8モル／分で40分導入し、膜厚約4.
0 μｍ、電子濃度 1×10¹⁸/cm³、シリコン濃度 4×10¹⁸
/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度
ｎ⁺層３を形成した。

【００１８】上記の高キャリア濃度ｎ⁺層３を形成した
後、続いて温度を1100°C に保持し、H₂を20 liter／
分、NH₃を10 liter／分、TMG を 1.12 ×10^-4モル／
分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10
^-9モル／分で30分導入し、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5
×10¹⁷/cm³、シリコン濃度 1×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)
ドープGaN から成るｎ層４を形成した。

【００１９】続いて、温度を800 ℃に保持し、N₂又はH₂
を20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMG を0.2 ×10
^-4モル／分、TMI を1.6 ×10^-4モル／分、H₂ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを10×10^-8mol/分で、DEZ
を 2×10^-4モル/ 分で、30分間供給して厚さ100nm のシ
リコンと亜鉛が、それぞれ、 5×10¹⁸/cm³にドープさた
In_0.20Ga_0.80N から成る発光層５を形成した。

【００２０】続いて、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂
を20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMG を1.12×10
^-4モル／分、TMA を0.47×10^-4モル／分、及び、CP₂Mg
を2×10^-5モル／分で0.6 分間導入し、膜厚約10ｎｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl _0.08Ga_0.92N から成るクラ
ッド層７１を形成した。クラッド層７１のマグネシウム
濃度は 5×10¹⁹/cm³である。この状態では、クラッド層
７１は、まだ、抵抗率10⁸Ωcm以上の絶縁体である。

【００２１】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMG を1.12×10^-4
モル／分、及び、CP₂Mg を 2×10^-5モル／分で40秒間導
入し、膜厚約35ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成る第１コンタクト層７２を形成した。第１コンタク
ト層７２のマグネシウム濃度は 5×10¹⁹/cm³である。こ
の状態では、第１コンタクト層７２は、まだ、抵抗率10
⁸Ωcm以上の絶縁体である。

【００２２】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
20 liter／分、NH₃を10 liter／分、TMG を1.12×10^-4
モル／分、及び、CP₂Mg を 4×10^-5モル／分で18秒間導
入し、膜厚約5 ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るｐ⁺の第２コンタクト層７３を形成した。第２コ
ンタクト層７３のマグネシウム濃度は 1×10²⁰/cm³であ
る。この状態では、第２コンタクト層７３は、まだ、抵
抗率10⁸Ωcm以上の絶縁体である。

【００２３】次に、電子線照射装置を用いて、第２コン
タクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７
１に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流１μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10^-5Torrであ
る。この電子線の照射により、第２コンタクト層７３，
第１コンタクト層７２及びクラッド層７１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×10¹⁷/cm³,3×10¹⁷/cm³,2×10¹⁷/c
m³、抵抗率 2Ωcm, 1 Ωcm,0.7Ωcmのｐ伝導型半導体と
なった。このようにして多層構造のウエハが得られた。

【００２４】次に、図２に示すように、第２コンタクト
層７３の上に、真空蒸着によりTi（チタン）層１１１を
厚さ1000Åに形成し、その上にNi（ニッケル）層１１２
を厚さ１μm に形成する。そして、Ni層１１２の上にフ
ォトレジスト１２を塗布し、フォトリソグラフにより、
図２に示すように、第２コンタクト層７３上において、
高キャリア濃度ｎ⁺層３に対する電極形成部位Ａ^'のフ
ォトレジスト１２を除去した。次に、図３に示すよう
に、フォトレジスト１２によって覆われていないTi層１
１１とNi層１１２とを酸でウエットエッチングして除去
した。

【００２５】次に、Ti層１１１とNi層１１２によって覆
われていない部位の第２コンタクト層７３、第１コンタ
クト層７２、クラッド層７１、発光層５、ｎ層４を、BC
l₃ガスでドライエッチングした後、続いて、Arでドライ
エッチングした。この工程で、図４に示すように、高キ
ャリア濃度ｎ⁺層３に対する電極取出しのための孔Ａが
形成された。その後、マスクとしてのフォトレジスト１
２、Ti層１１１及びNi層１１２を除去した。

【００２６】次に、一様にフォトレジストを塗布した
後、フォトリソグラフィー工程により、透明電極９を形
成する部分に窓を開けた。この後、一様にNi/Au の２層
を蒸着し、フォトレジストを除去して、即ち、リフトオ
フ法により、第２コンタクト層７３の上に透明電極９を
形成した。そして、その透明電極９の一部にNi/Au の２
層を蒸着してパッド１０を形成した。一方、ｎ⁺層３に
対しては、同様な工程により、アルミニウムを蒸着して
電極８を形成した。その後、上記のごとく処理されたウ
エハは、各素子毎に切断され、図１に示す構造の発光ダ
イオードを得た。この発光素子は駆動電流20ｍＡで発光
ピーク波長430 ｎｍ、発光強度1500mCd であった。従来
構造のＬＥＤに比べて発光強度は３倍になった。

【００２７】尚、GaN のｎ層３１を設けて上記構成の発
光素子を形成した場合の最上層の第２コンタクト層７３
の表面モホロジィを顕微鏡で観察した。その表面顕微鏡
写真を図５に示す。又、従来の発光素子のように、ｎ層
３１を設けずに、バッファ層２の上に直接、ｎ⁺層３を
形成して、発光素子を形成した場合の最上層の第２コン
タクト層７３の表面モホロジィを顕微鏡で観察した。そ
の表面顕微鏡写真を図６に示す。いずれも２００倍の顕
微鏡写真である。

【００２８】この写真から分かるように、ｎ層３１を設
けてその上に各層を積層させた方が結晶性が良くなって
いることが理解される。

【００２９】上記実施例において、ｎ層４を高キャリア
濃度ｎ⁺層３と発光層５との間に形成しているが、高キ
ャリア濃度ｎ⁺層３の不純物キャリア濃度が比較的低い
場合には、高キャリア濃度ｎ⁺層３の上に直接、発光層
５を成長させても良い。上記実施例において、ｎ層３１
には、シリコンを2 ×10¹⁸/cm³に添加して電子濃度を1
×10¹⁸/cm³としているが、無添加であっても良い。シリ
コン濃度が2 ×10¹⁸/cm³、電子濃度が1 ×10¹⁸/cm³より
も小さい時には、その上に成長する各層の結晶性が良好
となることが確認されている。

【００３０】さらに、ｎ層３１の厚さは0.6 μm として
いるが、ｎ層３１はその上に順次成長する各層の結晶性
を改善するために存在するために、100 Å〜2 μm 範囲
で結晶性の改善の効果があることが確認されている。上
記実施例において、高キャリア濃度ｎ⁺層３のキャリア
濃度は2 ×10¹⁸/cm³、シリコン濃度を4 ×10¹⁸/cm³とし
たが、キャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³、シリコ
ン濃度は1 ×10¹⁷〜1 ×10²⁰/cm³の範囲で、その上に成
長する層の結晶性を改善でき、且つ、抵抗を小さくする
ことができる。又、高キャリア濃度ｎ ⁺層３の厚さを4.
0 μm としたが、キャリア濃度と同一の観点からその高
キャリア濃度ｎ⁺層３の厚さは0.5 〜10μm の範囲が最
適である。

【００３１】ｎ層４は、シリコン濃度1 ×10¹⁸/cm³、電
子濃度5 ×10¹⁷/cm³としたが、シリコン濃度２×10¹⁶〜
２×10¹⁹／cm³電子濃度 1×10¹⁶〜 1×10¹⁹／cm³が適
切な範囲である。又、厚さは、0.5 μｍとしたが、 0.5
〜 2μｍが望ましい。膜厚が0.5μｍ以下となると発光
強度が低下し、 2μｍ以上となると直列抵抗が高くなり
過ぎ、電流を流すと発熱するので望ましくない。

【００３２】上記実施例において、コンタクト層は２層
構造としたが１層構造でも良い。発光層５には、In_0.20
Ga_0.80N を用いたが２元、３元、４元のInGaAlN の３族
窒化物半導体であれば構成元素の組成比は任意のものが
使用できる。又、クラッド層７１、第１コンタクト層７
２、第２コンタクト層７３に関しては、発光層５よりも
バンドギャップの広い半導体が要求される。こられの層
も２元、３元、４元の３族窒化物半導体を用いることが
できる。又、ｎ層３１、ｎ⁺層３、ｎ層４も同様に、一
般式InGaAlN で任意組成比の２元、３元、４元の３族窒
化物半導体を用いることができる。

【００３３】又、発光層５のシリコン濃度及び亜鉛濃度
は、それぞれ、1 ×10¹⁷〜1 ×10²⁰/cm³が望ましい。１
×１０¹⁷／cm³以下であると、発光中心不足により発光
効率が低下し、１×１０²⁰／cm³以上となると、結晶性
が悪くなり、又、オージェ効果が発生するので望ましく
ない。さらに好ましくは1 ×10¹⁸〜1 ×10¹⁹／cm³の範
囲が良い。又、シリコン(Si)の濃度は、亜鉛(Zn)に比べ
て、10倍〜1/10が好ましく、さらに好ましくは 1 〜1/
10の間程度か、少ないほうがより望ましい。

【００３４】上記の実施例では、発光層５は単層で構成
したが、一般式Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N(0≦x1≦1 _,0 ≦y1
≦1,0 ≦x1+y1 ＜1)の井戸層と一般式Al_x2Ga_y2In
_1-x2-y2N(0≦x2≦1 _,0 ≦y2≦1,0 ≦x2+y2 ≦1)のバリ
ア層とから成る単一又は多重量子井戸構造に構成しても
良い。その場合に、井戸層又はバリア層にドナー不純物
とアクセプタ不純物を同時に添加しても良いし、井戸層
にドナー不純物又はアクセプタ不純物を添加し、バリア
層に、逆に、アクセプタ不純物又はドナー不純物を添加
しても良い。又、本発明は発光ダイオードの他、レーザ
ダイオードにも用いることができる。

【００３５】アクセプタ不純物は、２族元素のベリリウ
ム(Be)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(C
d)、水銀(Hg)を用いても良い。２族元素をアクセプタ不
純物とした場合には、ドナー不純物として、４族元素で
ある炭素(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(S
n)、鉛(Pb)を用いることができる。又、４族元素をアク
セプタ不純物とした場合には、ドナー不純物として、６
族元素のイオウ(S) 、セレン(Se)、テルル(Te)を用いる
こともできる。ｐ型化は、電子線照射の他、熱アニーリ
ング、N₂プラズマガス中での熱処理、レーザ照射により
行うことができる。

【００３６】尚、本明細書において、以下の素子発明も
認識されている。（１）基板上に形成された３族窒化物半導体から成るｎ
層、発光層、ｐ層とを有する発光素子において、前記ｎ
層、前記ｐ層のうち前記基板に近い方に形成される層
を、前記基板に近い方から、不純物無添加を含む低濃度
に不純物を添加した第１低不純物濃度層と、その第１低
不純物濃度層の上に形成され、高濃度に不純物を添加し
た高不純物濃度層とを有する構成とし、前記高不純物濃
度層に対してコンタクト電極を形成したことを特徴とす
る発光素子。（２）前記高不純物濃度層と前記発光層との間には、低
濃度に不純物を添加した第２低不純物濃度層が形成され
ていることを特徴とする（１）に記載の発光素子。（３）前記第１低不純物濃度層のキャリア濃度は２×10
¹⁸/cm³以下であることを特徴とする（１）又は（２）に
記載の発光素子。（４）前記第１低不純物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μ
m であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の発
光素子。（５）前記高不純物濃度層のキャリア濃度は1 ×10¹⁶〜
1 ×10¹⁹/cm³であることを特徴とする（１）又は（２）
に記載の発光素子。（６）前記高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm である
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の発光素子。（７）前記第１低不純物濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸
/cm³以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記
載の発光素子。（８）前記基板に近い方に形成される層はｎ伝導形を示
すｎ層であることを特徴とする（１）乃至（７）のいず
れかに記載の発光素子。

【００３７】これらは、基板上に形成された３族窒化物
半導体から成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子
において、ｎ層、ｐ層のうち基板に近い方に形成される
層を、基板に近い方から、不純物無添加を含む低濃度に
不純物を添加した第１低不純物濃度層と、その第１低不
純物濃度層の上に形成され、高濃度に不純物を添加した
高不純物濃度層とを有する構成とし、高不純物濃度層に
対してコンタクト電極を形成したことを特徴とする。

【００３８】上記構成において、高不純物濃度層と発光
層との間には、低濃度に不純物を添加した第２低不純物
濃度層が形成されていても良い。発光層を成長させる基
礎となる層の不純物濃度を低くしたのでその層の結晶性
が良く、従って、その上に成長される発光層の結晶性も
良くなる。

【００３９】上記の構成において、第１低不純物濃度層
のキャリア濃度は２×10¹⁸/cm³以下が望ましい。この
時、その上に形成される各層の結晶性が改善される。
又、低不純物濃度層の厚さは、100 Å〜2 μm が望まし
い。100 Åより薄いとその上に形成される各層の結晶性
の改善の効果が低く、2 μm 以上となると、クラックを
発生させずにその上に成長できる各層の厚さが制限され
るために望ましくない。

【００４０】上記の構成において、高不純物濃度層のキ
ャリア濃度は1 ×10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³であることが望ま
しい。この層にコンタクト電極が形成される。よって、
この層は抵抗率が小さい程望ましいが、キャリア濃度を
1 ×10¹⁹/cm³以上とすると、結晶性が悪くなり、その上
に形成される層の結晶性が低下するので望ましくない。
キャリア濃度が1 ×10¹⁶/cm³以下となると、適正な層の
厚さで抵抗を低下させることができないので望ましくな
い。又、その高不純物濃度層の厚さは0.5 〜10μm であ
ることが望ましい。0.5 μm より薄いとエッチングによ
りその層を露出して、その層にコンタクト電極を形成す
るのが困難となり望ましくない。又、10μm より厚いと
その上に形成される各層をクラックを発生させずに成長
させることが困難となるので望ましくない。

【００４１】さらに、上記構成において、第１低不純物
濃度層の不純物濃度は４×10¹⁸/cm³以下であることが望
ましい。不純物濃度は４×10¹⁸/cm³を越えると、その上
に形成される各層の結晶性が低下するので望ましくな
い。又、基板に近い方に形成される層はｎ伝導形のｎ層
でもｐ伝導形のｐ層でも良いが、ｐ形活性化の点から言
えば、基板に近い方をｎ層とする方が製造が容易であ
る。基板に近い方の層をｎ層とした場合には、上記のキ
ャリア濃度は電子濃度を意味し、上記の不純物はドナー
不純物を意味する。又、基板に近い方の層をｐ層とした
場合には、上記のキャリア濃度はホール濃度を意味し、
上記の不純物はアクセプタ不純物を意味する。上記のキ
ャリア濃度、不純物濃度、層の厚さの数値範囲は、ｎ層
でもｐ層でも共に、それぞれ、望ましい範囲である。

【００４２】上述したように、発光層の成長の基礎とな
る層を不純物無添加を含む不純物濃度が低い層としたの
で、その層の結晶性が向上する。従って、その第１低不
純物濃度層の上に形成される各層の結晶性が向上し、特
に、発光層の結晶性が良くなる結果、発光輝度、発光効
率が向上した。又、その第１低不純物濃度層の上に不純
物濃度が高い層を形成し、その層にコンタクト電極を設
けたために、キャリアはその第１不純物濃度層を通過す
ることがないために、抵抗による電圧低下、抵抗損が抑
制され、発光効率が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構成を示した構成図。

【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。

【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。

【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。

【図５】上記発光ダイオードにおいて第１低不純物濃度
層（ｎ層）を形成した場合の最上層の表面状態を観測し
た顕微鏡写真。

【図６】発光ダイオードにおいて第１低不純物濃度層
（ｎ層）を形成しない場合の最上層の表面状態を観測し
た顕微鏡写真。

【符号の説明】

100 …半導体素子１…サファイア基板２…バッファ層３１…ｎ層（第１低不純物層）３…高キャリア濃度ｎ⁺層（高不純物層）４…ｎ層（第２低不純物層）５…発光層６…キャップ層７１…クラッド層７２…第１コンタクト層７３…第２コンタクト層８…電極９…透明電極１０…パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田直樹愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA40 CA49 CA57 CA65 CA74 CA82 CA83 CA92 CA99

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された３族窒化物半導体から
成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子の製造方法
において、前記ｎ層、前記ｐ層のうち前記基板に近い方に形成され
る層として、不純物無添加を含む低濃度に不純物を添加
した第１低不純物濃度層を形成し、その第１低不純物濃度層の上に高濃度に不純物を添加し
た高不純物濃度層を形成し、前記高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】基板上に形成された３族窒化物半導体から
成るｎ層、発光層、ｐ層とを有する発光素子の製造方法
において、前記基板の上にバッファ層を形成し、前記バッファ層の上に不純物無添加を含む低濃度に不純
物を添加した第１低不純物濃度層を形成し、その第１低不純物濃度層の上に高濃度に不純物を添加し
た高不純物濃度層を形成し、前記高不純物濃度層に対してコンタクト電極を形成する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３】前記高不純物濃度層と前記発光層との間
に、低濃度に不純物を添加した第２低不純物濃度層を形
成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
発光素子の製造方法。
【請求項４】前記第１低不純物濃度層のキャリア濃度を
２×10¹⁸/cm³以下とすることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】前記第１低不純物濃度層の厚さを、100 Å
〜2 μm とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】前記高不純物濃度層のキャリア濃度を1 ×
10¹⁶〜1 ×10¹⁹/cm³とすることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方
法。
【請求項７】前記高不純物濃度層の厚さを0.5 〜10μm
とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
か１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】前記第１低不純物濃度層の不純物濃度を４
×10¹⁸/cm³以下とすることを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】前記基板に近い方に形成される層をｎ伝導
形を示すｎ層とすることを特徴とする請求項１乃至請求
項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。