(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-XN;X=0を含む)からなるＮ層と、Ｐ型不純物を添加したＩ型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlXGa1-XN;X=0を含む)からなるＩ層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記Ｉ層を、前記Ｎ層と接合する側からＰ型不純物濃度が比較的低濃度の低不純物濃度ＩL層と、Ｐ型不純物濃度が比較的高濃度の高不純物濃度ＩH層とを１周期として、複数周期繰り返して形成して形成したことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
低不純物濃度ＩL層と、高不純物濃度ＩH層の厚さは、50〜1000Åであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記低不純物濃度ＩL層の不純物濃度は、1×1017〜5×1018／cm3、前記高不純物濃度ＩH層の不純物濃度は、1×1019〜1×1021／cm3であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数周期繰り返して形成されるＩ層の最上層の上に、不純物濃度1×1020〜1×1022／cm3の超高不純物濃度層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項５】
有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する製造方法において、
Ｐ型不純物濃度を低くして低不純物濃度ＩL層を気相成長させる工程と、
Ｐ型不純物濃度を高くして高不純物濃度ＩH層を気相成長させる工程と
を１周期として複数周期繰り返して形成する工程を有する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の製造方法。
【請求項６】
前記Ｐ型不純物濃度を低くして低不純物濃度ＩL層を気相成長させる工程は、Ｐ型不純物濃度を1×1017〜5×1018／cm3とし、Ｐ型不純物濃度を高くして高不純物濃度ＩH層を気相成長させる工程は、前記Ｐ型不純物濃度を1×1019〜1×1021／cm3とすることを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記複数周期繰り返して形成する工程の後に、Ｐ型不純物濃度1×1020〜1×1022／cm3とする工程を更に有することを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】
このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウムから成るバッファ層を介在させて、Ｎ導電型のGaN系の化合物半導体から成る高キャリア濃度Ｎ+層と低キャリア濃度Ｎ層と、その低キャリア濃度Ｎ層の上に低Ｐ型不純物濃度層と高Ｐ型不純物濃度層とを成長させた構造をとっている（特開平3-252177号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構造の発光ダイオードの発光強度は未だ十分ではなく、改良が望まれている。
そこで、本発明の目的は、GaN系の化合物半導体の発光ダイオードの青色の発光強度を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-XN;X=0を含む)からなるＮ層と、Ｐ型不純物を添加したＩ型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlXGa1-XN;X=0を含む)からなるＩ層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、Ｉ層を、Ｎ層の側からＰ型不純物濃度が比較的低濃度の低不純物濃度ＩL層と、Ｐ型不純物濃度が比較的高濃度の高不純物濃度ＩH層とを１周期として、複数周期繰り返して形成して形成したことを特徴とする。
又、他の発明は、低不純物濃度ＩL層と、高不純物濃度ＩH層の厚さを、50〜1000Åとしたことを特徴とする。
又、他の発明は、低不純物濃度ＩL層の不純物濃度を、1×1017〜5×1018／cm3、高不純物濃度ＩH層の不純物濃度を、1×1019〜1×1021／cm3としたことを特徴とする。
又、他の発明は、複数周期繰り返して形成されるＩ層の最上層の上に、不純物濃度1×1020〜1×1022／cm3の超高不純物濃度層が形成されていることを特徴とする。
さらに他の発明は、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によりＮ層とＰ型不純物層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する製造方法において、Ｐ型不純物濃度を低くして低不純物濃度ＩL層を気相成長させる工程と、Ｐ型不純物濃度を高くして高不純物濃度ＩH層を気相成長させる工程とを１周期として複数周期繰り返して形成することにより、Ｉ層を形成する工程とを有する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の製造方法である。
【０００６】
又、他の発明は、上記製造方法において、Ｐ型不純物濃度を低くして気相成長させる工程は、Ｐ型不純物濃度を1×1017〜5×1018／cm3とし、Ｐ型不純物濃度を高くして気相成長させる工程は、Ｐ型不純物濃度を1×1019〜1×1021／cm3とすることを特徴とする。
又、他の発明は、上記製造方法において、複数周期繰り返して形成する工程の後に、Ｐ型不純物濃度を1×1020〜1×1022／cm3とする工程を更に有することを特徴とする。
【０００７】
Ｐ型不純物としては例えばZnである。各Ｉ層の厚さは、形成する層の総数にもよるが、2×4層では、約50〜1000Åの範囲が望ましい。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
本発明は、Ｉ層を、Ｎ層と接合する側からＰ型不純物濃度が比較的低濃度の低不純物濃度ＩL層と、Ｐ型不純物濃度が比較的高濃度の高不純物濃度ＩH層とを１周期として、複数周期繰り返して形成したので、電子及び正孔の注入効率が向上した。又、発光部分がＮ層と低不純物濃度ＩL層との接合面、各低不純物濃度ＩL層と各高不純物濃度ＩH層との各接合面から発光するようになったため発光輝度が向上した。
又、他の製造方法の発明によれば、発光輝度の向上した発光素子を簡単に提供することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図１において、発光ダイオード１０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に500ÅのAlNのバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約2.2μｍ、キャリア濃度1.5×1018/cm3のGaNから成る高キャリア濃度Ｎ+層３、膜厚約1.1μｍ、キャリア濃度１×1015/cm3のGaNから成る低キャリア濃度Ｎ層４、薄膜の多重層から成るＩ層５が形成されている。Ｉ層５は、膜厚約500Å、Zn濃度2×1018/cm3の低不純物濃度ＩL層Ｌ1、膜厚約500Å、Zn濃度1×1020/cm3の高不純物濃度ＩH層Ｈ1を１周期として５周期繰り返し形成された多重層構造と、さらに、最上層に形成された膜厚0.2μｍのZn濃度がさらに高い超高不純物濃度ＩSH層６で構成されている。そして、超高不純物濃度ＩSH層６に接続するアルミニウムで形成された電極７と高キャリア濃度Ｎ+層３に接続するアルミニウムで形成された電極８とが形成されている。
【００１０】
次に、この構造の発光ダイオード１０の製造方法について説明する。
上記発光ダイオード１０は、有機金属化合物気相成長法(以下「M0VPE」と記す)による気相成長により製造された。
用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG」と記す)とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す)とシラン(SiH4)とジエチル亜鉛（以下「DEZ」と記す)である。
【００１１】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したｃ面を主面とする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2Liter／分で反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１２】
次に、温度を400℃まで低下させて、H2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMAを1.8×10-5モル／分で供給してAlNのバッファ層２が約500Åの厚さに形成された。
【００１３】
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分、H2で0.86ppmまで希釈したシラン(SiH4)を200mLiter／分の割合で30分間供給し、膜厚約2.2μｍ、キャリア濃度1.5×1018/cm3のGaNから成る高キャリア濃度Ｎ+層３を形成した。
【００１４】
続いて、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分の割合で15分間供給し、膜厚約1.1μｍ、キャリア濃度1×1015/cm3のGaNから成る低キャリア濃度Ｎ層４を形成した。
【００１５】
次に、サファイア基板１を900℃にして、Ｈ2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを3×10-6モル／分の割合で0.7分間供給して、膜厚500Å、GaNから成るZn濃度2×1018/cm3の低不純物濃度ＩL層Ｌ1を形成した。
【００１６】
続いて、サファイア基板１を900℃にして、Ｈ2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを1.5×10-4モル／分の割合で0.7分間供給して、膜厚500Å、GaNから成るZn濃度1×1020/cm3の高不純物濃度ＩH層Ｈ1を形成した。
【００１７】
続いて、上記の低不純物濃度ＩL層と高不純物濃度ＩH層の形成工程を、さらに、４周期繰り返して、全体として５周期の多重構造を得た。続いて、サファイア基板１を900℃にして、Ｈ2を20Liter／分、NH3を10Liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分、DEZを4.5×10-4モル／分の割合で３分間供給して、膜厚0.2μｍ、GaNから成るZn濃度3×1020/cm3の超高不純物濃度ＩSH層６を形成した。このようにして、図２に示すような多層構造が得られた。
【００１８】
次に、図３に示すように、超高不純物濃度ＩSH層６の上に、スパッタリングによりSiO2層１１を2000Åの厚さに形成した。次に、そのSiO2層１１上にフォトレジスト１２を塗布して、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト１２を高キャリア濃度Ｎ+層３に対する電極形成部位のフォトレジストを除去したパターンに形成した。
【００１９】
次に、図４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SiO2層１１をフッ酸系エッチング液で除去した。次に、図５に示すように、フォトレジスト１２及びSiO2層１１によって覆われていない部位の超高不純物濃度ＩSH層６、多重層構造のＩ層５、低キャリア濃度Ｎ層４及び高キャリア濃度Ｎ+層３の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm3、CCl2F2ガスを10cc/分でドライエッチングした後、Arでドライエッチングした。
【００２０】
次に、図６に示すように、超高不純物濃度ＩSH層６上に残っているSiO2層１１をフッ酸で除去した。次に、図７に示すように、試料の上全面に、Al層１３を蒸着により形成した。そして、そのAl層１３の上にフォトレジスト１４を塗布して、フォトリソグラフにより、そのフォトレジスト１４が高キャリア濃度Ｎ+層３及び超高不純物濃度ＩSH層６に対する電極部が残るように、所定形状にパターン形成した。
【００２１】
次に、図７に示すようにそのフォトレジスト１４をマスクとして下層のAl層１３の露出部を硝酸系エッチング液でエッチングし、フォトレジスト１４をアセトンで除去し、高キャリア濃度Ｎ+層３の電極８、超高不純物濃度ＩSH層６の電極７を形成した。
【００２２】
このようにして、図１に示すようなMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造の窒化ガリウム系発光素を製造することができる。このようにして製造された発光ダイオード１０の発光強度を測定したところ、2mcdであった。これは、従来の発光ダイオードに比べて、発光強度が10倍に向上した。
又、発光面を観察した所、発光点の数が飛躍的に増加していることも観察された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な一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】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６】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７】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した断面図。
【符号の説明】
１０…発光ダイオード
１…サファイア基板
２…バッファ層
３…高キャリア濃度Ｎ+層
４…低キャリア濃度Ｎ層
５…Ｉ層
６…超高不純物濃度ＩSH層
Ｌ1,〜Ｌ5…低不純物濃度ＩL層
Ｈ1,〜Ｈ5…高不純物濃度ＩH層
７，８…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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