(57)【要約】【課題】ＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する半導体発光素子の発光効率を向上する。【解決手段】半導体発光素子１は、発光領域３と、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層５と、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層７とを備える。この半導体発光素子１では、発光領域３は、III族窒化物半導体からなり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む。第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）といったｐ型ドーパントでドープされており、発光領域３上に設けられている。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７は、発光領域３と第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５との間に設けられている。【選択図】図１
2010251810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む発光領域と、
ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のアルミニウム組成より大きいアルミニウム組成を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層と
を備え、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられており、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度は前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さい、半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層の厚さは、５ナノメートル以上である、請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項３】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む発光領域と、
ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層と
を備え、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられた、半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層と前記発光領域との間の前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層には、ｐ型ドーパント濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下である領域があり、
該領域の厚さは、１ナノメートル以上である、請求項３に記載された半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含み、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、マグネシウム濃度が１×１０１９ｃｍ−３より大きい領域を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含んでおり、
前記発光領域と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるマグネシウム濃度は、３×１０１８ｃｍ−３より小さい、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度の最大値は、１×１０２０ｃｍ−３以上であり、
前記発光領域と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるｐ型ドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項８】
III族窒化物から成る支持基体を更に備え、
前記発光領域、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層、および前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、前記支持基体上に設けられている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、アンドープ層として形成される、請求項１から請求項８にいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子を製造する方法であって、
発光領域のためのアンドープＩｎＡｌＧａＮ半導体膜を形成する工程と、
前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体膜上にアンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）膜を形成する工程と、
前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜上にｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜および一または複数の窒化ガリウム系半導体膜を形成し、これによって前記ｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体膜のｐ型ドーパントが前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜に拡散される工程と
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１(特開２００１−２３７４５５号公報)には、紫外域の短波長域において発光するＩｎＡｌＧａＮ（窒化インジウムアルミニウムガリウム）半導体および該ＩｎＡｌＧａＮ半導体を用いた紫外発光素子が記載されている。ＩｎＡｌＧａＮ半導体を用いた半導体発光素子は、室温において紫外域の波長の光を発生できる。
【０００３】
文献２（特開２００１−１１９０６８号公報)には、紫外線発光素子が記載されている。紫外線発光素子は、１０ナノメートル以上の厚さのアンドープＡｌＧａＮクラッド層をアンドープＡｌＧａＮ活性層とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層との間に設けている。これによって、活性層の電子がｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のマグネシウムアクセプタレベルに遷移することを防止している。この発明の目的によれば、このアンドープＡｌＧａＮクラッド層によって、活性層の発光波長で発光し、安価なサファイア基板を用いた発光素子が提供される。この紫外線発光素子では、活性層の電子がクラッド層のアクセプタレベルに遷移することを防ぐために、ＭｇドープのＡｌＧａＮクラッド層を活性層からかなり離すことが必要であり、ＭｇドープのＡｌＧａＮクラッド層と活性層との間にアンドープにすることは必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３７４５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体は、その構成元素の組成に応じてバンドギャップを幅広く変更することができる。ＩｎＡｌＧａＮ半導体を発光領域に用いる半導体発光素子は、紫外波長からより波長が長い波長領域の光を発生することができる。この半導体発光素子において発光領域にキャリアを閉じ込めるために、電位障壁がＩｎＡｌＧａＮ半導体より高くできるＡｌＧａＮ半導体層を用いてキャリアブロック層が形成される。
【０００６】
発明者らの実験によれば、発光領域に用いられるＩｎＡｌＧａＮ半導体層に隣接するｐ型半導体領域から該ＩｎＡｌＧａＮ半導体層に拡散したｐ型ドーパントによって半導体発光素子の発光効率が低下していることが明らかになっている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を有する半導体発光素子の発光効率を向上すること、およびその半導体発光素子を製造する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によれば、半導体発光素子を製造する方法は、（ａ）発光領域のためのアンドープＩｎＡｌＧａＮ半導体膜を形成する工程と、（ｂ）前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体膜上にアンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）膜を形成する工程と、（ｃ）前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜上にｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜および一または複数の窒化ガリウム系半導体膜を形成し、これによって前記ｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体膜のｐ型ドーパントが前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜に拡散される工程とを備える。
【０００９】
ｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜の形成に先立って、アンドープＩｎＡｌＧａＮ半導体膜上にアンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）膜を形成するので、ｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜から拡散して発光領域に到達するｐ型ドーパントの量を低減できる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、半導体発光素子は、（ａ）ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む発光領域と、（ｂ）ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、（ｃ）前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のアルミニウム組成より大きいアルミニウム組成を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層とを備え、（ｄ）前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられている。
【００１１】
ＡｌＧａＮ半導体ではアルミニウム組成が小さくなるにつれて、アクセプタレベルが浅くなり、ｐ型ドーパントが活性化されやすくなる。一方、ＡｌＧａＮ半導体のアルミニウム組成を上げると、発光領域へのキャリアの閉じ込めを強くすることができる。これらの利点を得るために、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層と、この半導体層のアルミニウム組成より大きいアルミニウム組成を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層を設けている。
【００１２】
本発明の更なる別の側面によれば、半導体発光素子は、（ａ）ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む発光領域と、（ｂ）ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、（ｃ）前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層とを備え、（ｄ）前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられている。
【００１３】
この半導体発光素子によれば、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層を設けてＩｎＡｌＧａＮ半導体層を第１のＡｌＧａＮ半導体層から離している。よって、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパントは、製造工程中に加わる熱によって第１のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層から第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層へ拡散する。
【００１４】
本発明の半導体発光素子では、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層と前記発光領域との間の前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層には、ｐ型ドーパント濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下である領域があり、該領域の厚さは、１ナノメートル以上である。
【００１５】
この厚さの値であれば、発光領域を第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層から十分に離して、発光領域のｐ型ドーパント濃度を低くすることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子では、前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度は前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さい。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層をＩｎＡｌＧａＮ半導体層と第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けているので、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパントは、製造工程において第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層内を拡散する。
【００１７】
好適な実施例では、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層の厚さは、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層の厚さより大きい。第１および第２のＡｌＧａＮ半導体層によりキャリアの閉じ込めを実現すると共に、第１のＡｌＧａＮ半導体層が低い抵抗を有することを実現している。
【００１８】
本発明の半導体発光素子では、前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層の厚さは５ナノメートル以上である。この厚さであれば、発光領域を第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層から十分に離すことができる。
【００１９】
この半導体発光素子の好適な実施例では、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるｐ型ドーパント濃度は１×１０１９ｃｍ−３以上である。
【００２０】
本発明に係る上記のいくつか側面における半導体発光素子の好適な実施例では、前記発光領域と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるｐ型ドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００２１】
また、好適な実施例では、前記第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層の厚さは、５０ナノメートル以下である。この第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層によれば、発光領域へのキャリアの注入効率が、許容できる範囲内にある。
【００２２】
本発明の半導体発光素子では、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含み、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、マグネシウム濃度が１×１０１９ｃｍ−３より大きい領域を含む。
【００２３】
この半導体発光素子によれば、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のマグネシウムドーパント濃度が低下することを防ぐことができる。
【００２４】
本発明の半導体発光素子では、前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含んでおり、前記発光領域と前記第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との境界におけるマグネシウム濃度は、３×１０１８ｃｍ−３より小さい。
【００２５】
この第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層によれば、発光領域のｐ型ドーパント濃度が大きくなることを防ぐことができる。
【００２６】
本発明の半導体発光素子では、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層の最大値のｐ型ドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上である。
【００２７】
この半導体発光素子によれば、低抵抗な第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層が提供される。また、第１のＡｌＧａＮ半導体層に加えて第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層を設けたので、発光領域のｐ型ドーパント濃度が小さい。
【００２８】
本発明の半導体発光素子では、（ｅ）III族窒化物から成る支持基体を更に備え、（ｆ）前記発光領域、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層、および前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記支持基体上に設けられている。
【００２９】
この半導体発光素子によれば、非発光中心として働く貫通転位の密度を低減できる。
【００３０】
本発明の半導体発光素子では、前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、アンドープ層として形成されることが好ましい。
【００３１】
この半導体発光素子によれば、発光領域上に低不純物の半導体領域を得ることができると共に、第２のＡｌＧａＮ半導体層には第１のＡｌＧａＮ半導体層からドーパントが拡散されて抵抗が小さく半導体領域を得る。
【００３２】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、発光効率を向上できＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する半導体発光素子、およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、半導体発光素子の変形例を示す図面である。図２（Ｂ）は、ｐ型ドーパントのプロファイルを模式的に示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、半導体発光素子の変形例を示す図面である。図３（Ｂ）は、電位障壁を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、この一実施例の発光ダイオードの発光特性を示すグラフである。
【図５】図５は、この一実施例の発光ダイオードの出力特性を示すグラフである。
【図６】図６は、発光ダイオードＡの二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を示すグラフである。
【図７】図７は、発光ダイオードＢの二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を示すグラフである。
【図８】図８は、これらの発光ダイオードの出力特性を示すグラフである。
【図９】図９は、発光ダイオードの光出力特性を示すグラフである。
【図１０】図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子を製造するための工程を示す図面である。
【図１１】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子を製造するための工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体発光素子およびその製造方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子を示す図面である。図１に示された半導体発光素子は、発光ダイオードといった面発光素子に好適な構造である。
【００３６】
半導体発光素子１は、発光領域３と、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層５と、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層７とを備える。この半導体発光素子１では、発光領域３は、III族窒化物半導体からなり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む。第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）といったｐ型ドーパントでドープされており、発光領域３上に設けられている。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７は、発光領域３と第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５との間に設けられている。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する。
【００３７】
半導体発光素子１によれば、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７は、発光領域３を第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５から離しているので、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５のｐ型ドーパントは、製造工程において第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７内を拡散する。この第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層７のおかげで、製造工程中に第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５から発光領域３に到達するｐ型ドーパントは少なくできる。したがって、この半導体発光素子の発光効率が向上される。
【００３８】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層の表面にはピットが存在する。該ピットは貫通転位の位置に形成される。このＩｎＡｌＧａＮ半導体層上に比較的高い濃度のｐ型ドーパントを含むＡｌＧａＮ半導体層を堆積すると、ｐ型ドーパントが、該ピットのためｐ型ＡｌＧａＮ半導体層から発光領域に拡散する。しかしながら、比較的高い濃度のｐ型ドーパントを含むＡｌＧａＮ半導体層に替えて、相対的に低い濃度のＡｌＧａＮ半導体層をＩｎＡｌＧａＮ半導体層上に設けることによって、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層に導入されるｐ型ドーパント数を小さくすることができる。また、発光領域上に低不純物の半導体領域を得ることができると共に、第２のＡｌＧａＮ半導体層には第１のＡｌＧａＮ半導体層からドーパントが拡散されて抵抗が小さい半導体領域を得る。
【００３９】
半導体発光素子１は、第３のＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ半導体層（０≦Ｘ３≦１）９を含むことができる。第３のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層９には、シリコンといったｎ型ドーパントが添加されている。一実施例では、発光領域３は、第３のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層９上に形成されている。発光領域３は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５と第３のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層９との間に設けられている。
【００４０】
第３のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層９は発光領域３に電子を供給し、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５は第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層５を介して発光領域３にホールを供給する。これらのキャリア（電子およびホール）が、２つのＡｌＧａＮ半導体層の働きによって発光領域に閉じ込められ、発光領域における再結合により光が発生される。
【００４１】
半導体発光素子１は、支持基体１１を含むことができる。支持基体１１の主面上には、第１〜第３のＡｌＧａＮ半導体層５、７、９および発光領域３が設けられている。好適な実施例では、支持基体１１は、III族窒化物支持基体１３であることができ、支持基体１１は、このIII族窒化物支持基体１３の主面１３ａ上に設けられたバッファ層１５を含むことができる。III族窒化物支持基体１３は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、或いは二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）等から成ることができる。
【００４２】
好適な実施例では、支持基体１１は窒化ガリウムから成ることが好ましい。この支持基体によれば、非発光中心として働き発光領域の表面に形成される貫通転位の密度を低減できる。
【００４３】
半導体発光素子１は、コンタクト層１７を含むことができる。コンタクト層１７は、第１のＡｌＧａＮ半導体層５上に設けられる。半導体発光素子１は、さらに、III族窒化物支持基体１３の裏面１３ｂ上に設けられたカソード電極２１と、コンタクト層１７上に設けられたアノード電極２３とを含むことができる。
【００４４】
図２（Ａ）は、半導体発光素子の変形例を示す図面である。図２（Ｂ）は、ｐ型ドーパントのプロファイルを模式的に示す図面である。半導体発光素子１ａは、発光領域３に替えて発光領域３ａを有する。発光領域３ａは、一又は複数の井戸層（例えば井戸層２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）および複数のバリア層（例えばバリア層２７ａ、２７ｂ、２７ｃ。２７ｄ）を有している。井戸層２５ａ〜２５ｃおよびバリア層２７ａ〜２７ｄは、交互に配列されている。バリア層２７ａ〜２７ｄは、井戸層２５ａ〜２５ｃに対する電位障壁を提供する。発光層３ａは、２つのＡｌＧａＮ半導体領域に挟まれており、これらの２つのＡｌＧａＮ半導体層は、それぞれ、バリア層２７ａおよび２７ｅに対する電位障壁を提供する。発光領域３ａは、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するが、引き続く説明は単一量子井戸（ＳＱＷ）構造にも同様に当てはまる。
【００４５】
図２（Ｂ）を参照すると、ｐ型ドーパントの濃度が位置の関数として示されている。引き続く説明では、ｐ型ドーパントとしてマグネシウムを含むＡｌＧａＮ層を参照しながらｐ型ドーパントプロファイルの説明を行う。プロファイルＰ１で示されるマグネシウムドーパント濃度は、第１のＡｌＧａＮ半導体層５から発光領域３ａに向かって単調に減少している
好適な実施例では、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５は、マグネシウム濃度が１×１０１９ｃｍ−３（矢印Ｎ１）より大きい。この半導体発光素子１ａによれば、マグネシウム原子の一部が第１のＡｌＧａＮ半導体層５から第２のＡｌＧａＮ半導体層７へ拡散しても、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層の抵抗が上昇することを防ぐことができる。
【００４６】
また、好適な実施例では、半導体発光素子１ａでは、発光領域３ａと第２のＡｌＧａＮ半導体層７との境界（矢印Ｊ１）におけるマグネシウム濃度は、３×１０１８ｃｍ−３（矢印Ｎ２）より小さい。この第２のＡｌＧａＮ半導体層７によれば、発光領域３ａのｐ型ドーパント濃度が大きくなることを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、好適な実施例では、半導体発光素子１ａでは、第１のＡｌＧａＮ半導体層５と第２のＡｌＧａＮ半導体層７との境界（矢印Ｊ２）におけるマグネシウム濃度は、１×１０１９ｃｍ−３（矢印Ｎ３）より大きい。この第１のＡｌＧａＮ半導体層７によれば、発光効率が低下するほどに発光領域３ａのマグネシウムドーパント濃度が大きくなることを防ぐことができる。
【００４８】
加えて、好適な実施例では、半導体発光素子１ａでは、第１のＡｌＧａＮ半導体層５は、マグネシウム濃度の最大値が１×１０２０ｃｍ−３（矢印Ｎ４）以上である。この半導体発光素子１ａによれば、低抵抗な第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５が提供される。
【００４９】
第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層５と発光領域３ａとの間には、ｐ型ドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３以下である領域があり、該領域の厚さＤは１ナノメートル以上である。この範囲の厚さであれば、発光領域を第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層から十分に離して、発光領域のｐ型ドーパント濃度を低くすることができる。
【００５０】
好適な実施例では、実質的に発光に寄与する発光領域３ａは、マグネシウム濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下である領域を含む。
【００５１】
半導体発光素子１ａでは、好適な実施例では、第２のＡｌＧａＮ半導体層７の厚さは１ナノメートル以上である。この厚さであれば、発光領域３ａを第１のＡｌＧａＮ半導体層５から十分に離すことができる。また、発光領域３ａに隣接する層状のＡｌＧａＮ半導体領域は、マグネシウム濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。これによって、発光領域３ａのマグネシウム濃度を十分に小さくすることができる。
【００５２】
好適な実施例では、第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層７の厚さは、５０ナノメートル以下である。この第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層７によれば、発光領域３ａへのキャリアの注入効率が許容できる範囲内にある。
【００５３】
第２のＡｌＧａＮ半導体層はアンドープ半導体層として形成されるので、第２のＡｌＧａＮ半導体層と発光領域との境界におけるｐ型ドーパント濃度は、第３のＡｌＧａＮ半導体層と発光領域との境界におけるｎ型ドーパント濃度より小さくできる。
【００５４】
図３（Ａ）は、半導体発光素子の変形例を示す図面である。図３（Ｂ）は、電位障壁を模式的に示す図面である。
【００５５】
半導体発光素子１ｂは、発光領域３ｂと、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層３１と、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層３３とを備える。この半導体発光素子１ｂでは、発光領域３ｂは、III族窒化物半導体からなり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する。第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３は、発光領域３ｂと第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１との間に設けられている。
【００５６】
第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３をＩｎＡｌＧａＮ半導体層と第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１との間に設けているので、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１のｐ型ドーパントは、製造工程において第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３内を拡散する。この第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３のおかげで、製造工程中に第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１から発光領域３ｂに到達するｐ型ドーパントは少なくできる。したがって、この半導体発光素子１ｂの発光効率が向上される。
【００５７】
ＡｌＧａＮ半導体のアルミニウム組成を上げると、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を有する発光領域へのキャリアの閉じ込めを強くできる。ＡｌＧａＮ半導体ではアルミニウム組成が大きくなるにつれて、アクセプタレベルが深くなり、ｐ型ドーパントの活性化率が低下する。半導体発光素子１ｂでは、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３のアルミニウム組成は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１のアルミニウム組成より大きい。第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１のｐ型ドーパントは、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３に比べて、容易に活性化する。また、発光領域３ｂに対する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３の電子障壁は、第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３１に比べて大きいので、これらのＡｌＧａＮ半導体層は全体としてキャリアの閉じ込め性に優れている。好適な実施例では、第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層３３の厚さは、５ナノメートル以上である。この厚さであれば、発光領域３ｂを第１のＡｌＧａＮ半導体層３１から十分に離すことができると共にキャリアの閉じ込め性を向上できる。また、好適な実施例では、第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３３の厚さは、５０ナノメートル以下である。第２のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層３３によれば、発光領域３ｂへのキャリアの注入効率が許容できる範囲内にある。
【００５８】
発光領域３ｂは、一又は複数の井戸層（例えば井戸層３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）および複数のバリア層（例えばバリア層３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ）を有している。井戸層３５ａ〜３５ｃおよびバリア層３７ａ〜３７ｄは、交互に配列されている。図３（Ｂ）に示されるように、発光層３ｂは、２つのＡｌＧａＮ半導体領域に挟まれており、第２のＡｌＧａＮ半導体層３３は、第１のＡｌＧａＮ半導体層３２の電位障壁Ｂ２より大きな電位障壁Ｂ１をバリア層３７ａに対して提供する。第３のＡｌＧａＮ半導体層９は、バリア層３７ｄに対する電位障壁Ｂ３を提供する。バリア層３７ａ〜３７ｄは、井戸層３５ａ〜３５ｃに対する電位障壁Ｂ４を提供する。
【００５９】
発光領域３ａおよび３ｂの好適な実施例としては、ＩｎＹ１ＡｌＺ１Ｇａ１−Ｙ１―Ｚ１Ｎ井戸層において、０＜Ｙ１＜０．２および０＜Ｚ１＜０．５であり、ＩｎＹ２ＡｌＺ２Ｇａ１−Ｙ２―Ｚ２Ｎ障壁層において、０≦Ｙ２＜０．２および０≦Ｚ２＜０．５である。ＩｎＹ１ＡｌＺ１Ｇａ１−Ｙ１―Ｚ１Ｎ半導体のバンドギャップは、ＩｎＹ２ＡｌＺ２Ｇａ１−Ｙ２―Ｚ２Ｎ半導体のバンドギャップより小さい。
【００６０】
半導体発光素子の好適な実施例として、発光ダイオードＡを下記に示す。
コンタクト層１７：ＭｇドープＧａＮ半導体
５０ナノメートル
第１のＡｌＧａＮ半導体層５：ＭｇドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ半導体
５０ナノメートル
第２のＡｌＧａＮ半導体層３３：Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ半導体（アンドープ半導体層として形成された）
２０ナノメートル
発光領域３ｂ
井戸層３５ａ〜３５ｃ：ＩｎＡｌＧａＮ半導体
１５ナノメートル
バリア層３７ａ〜３７ｄ：ＩｎＡｌＧａＮ半導体
３ナノメートル
第３のＡｌＧａＮ半導体層９：ＳｉドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ半導体
０．２マイクロメートル
バッファ層１５：ＳｉドープＧａＮ半導体
０．１マイクロメートル
支持基体１３：ＧａＮ基板
となる。
【００６１】
図４は、この一実施例の発光ダイオードの発光特性を示すグラフである。横軸は波長をナノメートル単位で示し、縦軸は相対発光強度を示す。この発光特性は、１００ミリアンペアの電流が連続的に通電された発光ダイオードからの光スペクトルであり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体のバンド端発光である。紫外域にあり、ピーク波長は３５９ナノメートルである。半値幅は１６．９ナノメートルである。
【００６２】
図５は、この一実施例の発光ダイオードの出力特性を示すグラフである。横軸は印加電流をミリアンペア単位で示し、縦軸は発光強度をミリワット単位で示す。３００ミリアンペア程度まで、発光パワーは印加電流の増加に応じて単調に増加しており、印加電流値にほぼ正比例している。
【００６３】
第２のＡｌＧａＮ半導体層の働きを示すために、下記の構造の発光ダイオードＢを作成している。
コンタクト層：ＭｇドープＧａＮ半導体
５０ナノメートル
第１のＡｌＧａＮ半導体層５：ＭｇドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ半導体
５０ナノメートル
第２のＡｌＧａＮ半導体層：ＭｇドープＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ半導体
２０ナノメートル
発光領域
井戸層：ＩｎＡｌＧａＮ半導体
１５ナノメートル
バリア層：ＩｎＡｌＧａＮ半導体
３ナノメートル
第３のＡｌＧａＮ半導体層：ＳｉドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ半導体
０．２マイクロメートル
バッファ層：ＳｉドープＧａＮ半導体
０．１マイクロメートル
支持基体：ｎ型ＧａＮ基板
となる。
【００６４】
図６は、発光ダイオードＡの二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を示すグラフである。図７は、発光ダイオードＢの二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を示すグラフである。図６および図７において、ラインＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｍｇは、それぞれ、アルミニウム、インジウム、ガリウム、マグネシウムドーパントのプロファイルを示す。また、図６および図７の横軸は発光ダイオードの表面からの深さを示している。各グラフの原点から横軸の正の方向に、順に、コンタクト層、第１のＡｌＧａＮ半導体層、第２のＡｌＧａＮ半導体層、ＩｎＡｌＧａＮ半導体の発光領域（３つの井戸層および４つのバリア層）、第３のＡｌＧａＮ半導体層、バッファ層、ＧａＮ基板が配置されている。図６および図７の縦軸は主要なエレメント（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｍｇ）の濃度（或いは毎秒当たりのカウント数）を示す。
【００６５】
図６を参照すると、ラインＭｇは、下記のことを示している：マグネシウムドーパントは、第１のＡｌＧａＮ層において１×１０２０ｃｍ−３を越えており、第１のＡｌＧａＮ層と第２のＡｌＧａＮ層を越えると急激に少なくなっており、第２のＡｌＧａＮ層と発光領域との境界において十分に小さい値、例えば１×１０１８ｃｍ−３である。
【００６６】
図６において、領域Ｓ１はコンタクト層であり、領域Ｓ２は第１のＡｌＧａＮ層であり、領域Ｓ３は第２のＡｌＧａＮ層であり、領域Ｓ４は発光領域であり、領域Ｓ５は第３のＡｌＧａＮ層である。
【００６７】
図７を参照すると、ラインＭｇは、下記のことを示している：マグネシウムドーパントは、第１のＡｌＧａＮ層において１×１０１９ｃｍ−３を越えており、第２のＡｌＧａＮ層において緩やかに減少しており、第２のＡｌＧａＮ層と発光領域との境界においてもある程度の値、例えば３×１０１８ｃｍ−３であり、発光領域において緩やかに減少して十分に小さい値（１０１７ｃｍ−３程度）になる。
【００６８】
図７において、領域Ｔ１はコンタクト層であり、領域Ｔ２は第１のＡｌＧａＮ層であり、領域Ｔ３は第２のＡｌＧａＮ層であり、領域Ｔ４は発光領域であり、領域Ｔ５は第３のＡｌＧａＮ層である。
【００６９】
図８は、これらの発光ダイオードの出力特性を示すグラフである。特性線ＣＡは発光ダイオードＡの特性を示しており、特性線ＣＢは発光ダイオードＢの特性を示している。この出力特性は、印加電流３００ミリアンペアまでの範囲において発光ダイオードの特性が発光ダイオードＢの特性に比べて約２倍優れていることを示している。
【００７０】
第２のＡｌＧａＮ半導体層は、発光ダイオードＢにおいてはＭｇドープされており、発光ダイオードＡにおいてはアンドープ層として形成されている。したがって、図８に示された２つの特性線の差は、アンドープ半導体層として形成された第２のＡｌＧａＮ半導体層によって生じている。
【００７１】
図９は、発光ダイオードの光出力特性を示すグラフである。ラインＣ１８、Ｃ２４、Ｃ２７は、それぞれ、アルミニウムの組成（Ｘ）０．１８、０．２４、０．２７の第２のＡｌＸＧａ１−ＸＮ半導体層を有する発光ダイオードの特性を示している。図９に示されるように、第２のＡｌＧａＮ半導体層のアルミニウム組成が増加すると、光出力特性も向上する。Ａｌ組成２７％で最大になり、更にアルミニウム組成が２７％を越えると、発光特性は低下する。
【００７２】
変形例の半導体発光素子１ｂについて、ＡｌＧａＮ層および発光領域におけるｐ型ドーパントは、図２（Ｂ）のプロファイルと同一または類似の分布であることができるけれども、半導体発光素子１ｂにおけるｐ型ドーパント分布は、これに限定されるものではない。
【００７３】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む発光領域のためのＡｌＸＧａ１−ＸＮクラッド層としてＡｌ組成は、０．１＜Ｘであることが好適であり、またＸ≦０．３であることが好適である。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態の半導体発光素子によれば、ＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する半導体発光素子の発光効率を向上することができる。
（第２の実施の形態）
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子を製造するための工程を示す図面である。
【００７５】
まず、図１０（Ａ）に示されるように、ｎ型ＧａＮ半導体単結晶基板といった基板４１を準備する。引き続いて、有機金属気相成長装置を用いて基板４１上に複数のIII族窒化物の半導体膜を形成する。
【００７６】
図１０（Ａ）に示されるように、有機金属気相成長装置４３のサセプタ４３ａ上に基板４１を置く。成長温度を調整した後に、有機金属気相成長装置４３内の真空排気されたチャンバに原料ガスを供給して基板４１上に膜を形成する。原料ガスを例示すれば、ガリウムソースとしてトリメチルガリウムを用い、アルミニウムソースとしてトリメチルアルミニウムを用い、インジウムソースとしてトリメチルインジウムアダクトを用い、窒素ソースとしてアンモニアを用い、シリコンソースとしてテトラエチルシランを用い、マグネシウムソースとしてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。
【００７７】
成長温度を摂氏１０５０度に設定する。テトラエチルシラン、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、基板４１上にｎ型ＧａＮ膜４５を堆積する。ｎ型ＧａＮ膜４５はバッファ層として働き、その厚さは、例えば０．１マイクロメートルであり、そのドーパント濃度は、２×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００７８】
引き続き、温度を変更することなく、トリメチルアルミニウム、テトラエチルシラン、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、ＧａＮ膜４５上にｎ型ＡｌＧａＮ膜４７を堆積する。ｎ型ＡｌＧａＮ膜４７はｎ型ホールブロック層として働き、その厚さは、例えば０．２マイクロメートルであり、その組成はＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎであり、そのドーパント濃度は、２×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００７９】
その後に、図１０（Ｂ）に示されたように、発光領域４９をｎ型ＡｌＧａＮ膜４７上に形成する。発光領域４９は、アンドープＩｎＡｌＧａＮ半導体膜を含む。成長温度を摂氏８３０度に設定する。トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムアダクト、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ膜４７上にＩｎ０．０５Ａｌ０．２５Ｇａ０．７０Ｎ膜を堆積する。この組成は、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法を用いて測定される。このＩｎＡｌＧａＮ膜はバリア層として働いており、その厚さは、例えば１５ナノメートルである。
【００８０】
次いで、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムアダクト、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ膜４７上にＩｎ０．０５Ａｌ０．２０Ｇａ０．７５Ｎ膜を堆積する。このＩｎＡｌＧａＮ膜は井戸膜として働き、その厚さは、例えば３ナノメートルである。続けて、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムアダクト、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ膜４７上にＩｎ０．０５Ａｌ０．２５Ｇａ０．７０Ｎ膜を堆積する。このＩｎＡｌＧａＮ膜はバリア膜として働き、その厚さは、例えば１５ナノメートルである。この井戸層およびバリア層の堆積を所望の回数、例えば３回繰り返す。この繰り返し堆積により、多重量子構造を有する発光領域が形成された。
【００８１】
ＩｎＡｌＧａＮバリア膜の堆積条件を例示すれば、
アンモニア：毎分２リットル
トリメチルガリウム：毎分１．５マイクロモル
トリメチルアルミニウム：毎分０．６５マイクロモル
トリメチルインジウムアダクト：毎分３０マイクロモル
である。
【００８２】
ＩｎＡｌＧａＮ井戸膜の堆積条件を例示すれば、
アンモニア：毎分２リットル
トリメチルガリウム：毎分１．５マイクロモル
トリメチルアルミニウム：毎分０．５２マイクロモル
トリメチルインジウムアダクト：毎分５３マイクロモル
である。
【００８３】
図１１（Ａ）において、成長温度を摂氏１０５０度に設定する。ＩｎＡｌＧａＮ半導体膜を含む発光領域４９上にアンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）膜を形成する。例えば、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、発光領域４９上にアンドープＡｌＧａＮ膜５１を堆積する。このＡｌＧａＮ膜５１は電子ブロック層として働き、その厚さは、例えば２０ナノメートルであり、その組成はＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ｎである。
【００８４】
引き続き、温度を変更することなく、アンドープＡｌＧａＮ半導体膜５１上にｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜５３および一または複数の窒化ガリウム系半導体膜、例えばコンタクト膜５５を形成する。これらの半導体膜の堆積中に、ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）膜５３中のｐ型ドーパントがアンドープＡｌＧａＮ半導体膜５１に拡散されるけれども、アンドープＡｌＧａＮ半導体膜５１のおかげで発光領域４９に到達するｐ型ドーパントは十分に少ない。このため、発光領域４９の大部分はｐ型ドーパントでドープされておらず、実質的にアンドープである半導体領域である。
【００８５】
ｐ型ＡｌＧａＮ半導体膜５３を形成するために、例えば、トリメチルアルミニウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、アンドープＡｌＧａＮ半導体膜５１上にｐ型ＡｌＧａＮ膜５３を堆積する。ｐ型ＡｌＧａＮ膜５３は電子ブロック層として働くことができ、その厚さは、例えば５０ナノメートルであり、その組成はＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎであり、そのドーパント濃度は、２×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００８６】
ついで、ｐ型ＧａＮ半導体膜５５を形成するために、例えば、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム、トリメチルガリウムおよびアンモニアをチャンバに供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体膜５３上にｐ型ＧａＮ膜５５を堆積する。ｐ型ＧａＮ膜５５はｐ型コンタクト層として働き、その厚さは、例えば５０ナノメートルであり、そのドーパント濃度は、２×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００８７】
これらの工程により、基板４１上に複数の窒化ガリウム系半導体膜が堆積され、基板生産物が得られる。この後に、ｐ型コンタクト膜５５上に半透明電極（アノード電極）を形成し、基板４１の裏面の電極（カソード電極）を形成する。
【００８８】
以上説明したように、ＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する半導体発光素子を製造する方法が提供された。
【００８９】
ＡｌＧａＮ半導体およびＧａＮ半導体の成膜温度は、ＩｎＡｌＧａＮ半導体の好適な成膜温度に比べて高いので、ＡｌＧａＮ半導体層およびＧａＮ半導体層にはピットが発生することが少ない。しかしながら、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層には、ＡｌＧａＮ半導体層およびＧａＮ半導体層に比べて、多くのピットが形成される。ピットが多いＩｎＡｌＧａＮ半導体層では、ｐ型ドーパントＭｇが拡散しやすく、このため、発光効率が低下する。しかしながら、以上説明したような半導体発光素子では、ｐ型ドーパントＭｇの作用が低減される。つまり、ＩｎＡｌＧａＮ半導体の好適な成膜温度は、ＡｌＧａＮ半導体およびＧａＮ半導体の成膜温度に比べて低いので、ＡｌＧａＮ半導体層およびＧａＮ半導体層に比べてＩｎＡｌＧａＮ半導体層にはピットが発生しやすい。ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含む半導体発光素子では、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層に含まれるｐ型ドーパントＭｇの量を減らすことによって発光効率の低下を小さくすると共に、ＩｎＡｌＧａＮ半導体層の隣にあるＡｌＧａＮ半導体層をＭｇでドープすることによって抵抗を下げ発光効率の低下を小さくしている。
【００９０】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。例えば、本実施の形態は、発光ダイオードといった面発光半導体素子を説明しているけれども、本発明をレーザダイオードに使用可能であることを当業者は認識できる。これ故に、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、支持基体は、サファイア基板を用いることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００９１】
１、１ａ、１ｂ…半導体発光素子、３、３ａ、３ｂ…発光領域、５…第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層、７…第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層、９…第３のＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３Ｎ半導体層、１１…支持基体、１３…III族窒化物支持基体、１５…バッファ層、１７…コンタクト層、２１…カソード電極、２３…アノード電極
【図１】
2010251810.tif 000003
【図２】
2010251810.tif 000004
【図３】
2010251810.tif 000005
【図４】
2010251810.tif 000006
【図５】
2010251810.tif 000007
【図６】
2010251810.tif 000008
【図７】
2010251810.tif 000009
【図８】
2010251810.tif 000010
【図９】
2010251810.tif 000011
【図１０】
2010251810.tif 000012
【図１１】
2010251810.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月24日(2010.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含み紫外域で発光する発光領域と、
ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のアルミニウム組成より大きいアルミニウム組成を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層と
を備え、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられており、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度は前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さい、半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層の厚さは、５ナノメートル以上である、請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項３】
ＩｎＡｌＧａＮ半導体層を含み紫外域で発光する発光領域と、
ｐ型ドーパント添加の第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体（０≦Ｘ１≦１）層と、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度より小さいｐ型ドーパント濃度を有する第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層と
を備え、
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）層は、前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体層と前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層との間に設けられた、半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層と前記発光領域との間の前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層には、ｐ型ドーパント濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下である領域があり、
該領域の厚さは、１ナノメートル以上である、請求項３に記載された半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含み、
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層は、マグネシウム濃度が１×１０１９ｃｍ−３より大きい領域を含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、ｐ型ドーパントのマグネシウムを含んでおり、
前記発光領域と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるマグネシウム濃度は、３×１０１８ｃｍ−３より小さい、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層のｐ型ドーパント濃度の最大値は、１×１０２０ｃｍ−３以上であり、
前記発光領域と前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層との境界におけるｐ型ドーパント濃度は３×１０１８ｃｍ−３以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項８】
III族窒化物から成る支持基体を更に備え、
前記発光領域、前記第１のＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体層、および前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、前記支持基体上に設けられている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２のＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体層は、アンドープ層として形成される、請求項１から請求項８にいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子を製造する方法であって、
紫外域で発光する発光領域のためのアンドープＩｎＡｌＧａＮ半導体膜を形成する工程と、
前記ＩｎＡｌＧａＮ半導体膜上にアンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体（０≦Ｘ２≦１）膜を形成する工程と、
前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜上にｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導
体（０≦Ｘ１≦１）膜および一または複数の窒化ガリウム系半導体膜を形成し、これによって前記ｐ型ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ半導体膜のｐ型ドーパントが前記アンドープＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ半導体膜に拡散される工程と
を備える、方法。