(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN(0 ≦X ≦1 、0 ≦Y ≦1 、0 ≦X+Y ≦1)から成り、ｐ伝導型を示すｐ層、発光層、ｎ伝導型を示すｎ層とがヘテロ接合した発光素子において、
前記ｐ層を少なくとも、１×１０19/cm3より大きく５×１０20/cm3以下の濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第１層と、第１層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高く、駆動電圧が5V以下となるような濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第２層で構成し、前記第２層上に電極を形成したことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN(0 ≦X ≦1 、0 ≦Y ≦1 、0 ≦X+Y ≦1)から成り、マグネシウム(Mg)が添加されてｐ伝導型を示すｐ層、発光層、ｎ伝導型を示すｎ層とがヘテロ接合し、電極と前記ｐ層との間にｐ型コンタクト層を有する発光素子において、
前記ｐ型コンタクト層に、マグネシウム(Mg)濃度が１×１０20/cm3より大きく２×１０21/cm3 以下の範囲で、ｐ層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高くホール濃度が最大値をとるマグネシウム(Mg)濃度よりも高濃度にマグネシウム(Mg)を添加したことを特徴とする３族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ホール濃度が最大値をとるマグネシウム(Mg)濃度は、５×１０19/cm3であることを特徴とする請求項２に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記駆動電圧が5V以下となり、最小値をとるマグネシウム(Mg)濃度は、２×１０20/cm3であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型コンタクト層は、窒化ガリウム(GaN) であることを特徴とする請求項２に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は３族窒化物半導体を用いた発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、青色の発光ダイオードとして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つである青色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】
最近、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型化できることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型に換えて、AlGaN のｐ層と、ZnドープのInGaN の発光層と、AlGaN のｎ層とを用いたダブルヘテロｐｎ接合を有する発光ダイオードが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のダブルヘテロｐｎ接合型の発光ダイオードにおいて、ｐ層に対するコンタクト層はマグネシウムが１０19／cm3 のオーダで添加されたGaN が用いられている。このコンタクト層のキャリア濃度は７×１０17／cm3 で高濃度であり、ホールの注入効率が高い。しかしながら、本発明者らは、このコンタクト層は金属電極に対してショットキー障壁を形成するため、このことが駆動電圧を低下できない原因となっいることを初めて明らかにした。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ホールの注入効率を低下させることなく、且つ、金属電極に対して良好なオーミック接触が得られるコンタクト層の構造を新たに考案することで、発光素子の駆動電圧を低下することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN(0 ≦X ≦1 、0 ≦Y ≦1 、0 ≦X+Y ≦1)から成り、ｐ伝導型を示すｐ層、発光層、ｎ伝導型を示すｎ層とがヘテロ接合した発光素子において、ｐ層を少なくとも、１×１０19/cm3より大きく５×１０20/cm3以下の濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第１層と、第１層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高く、駆動電圧が5V以下となるような濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第２層で構成し、第２層上に電極を形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN(0 ≦X ≦1 、0 ≦Y ≦1 、0 ≦X+Y ≦1)から成り、マグネシウム(Mg)が添加されてｐ伝導型を示すｐ層、発光層、ｎ伝導型を示すｎ層とがヘテロ接合し、電極と前記ｐ層との間にｐ型コンタクト層を有する発光素子において、ｐ型コンタクト層に、マグネシウム(Mg)濃度が１×１０20/cm3より大きく２×１０21/cm3 以下の範囲で、ｐ層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高くホール濃度が最大値をとるマグネシウム(Mg)濃度よりも高濃度にマグネシウム(Mg)を添加したことを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３の発明は、ホール濃度が最大値をとるマグネシウム(Mg)濃度は、５×１０19/cm3としたことを特徴とし、請求項４の発明は、駆動電圧が5V以下となり、最小値をとるマグネシウム(Mg)濃度は、２×１０20/cm3であることを特徴とし、請求項５の発明は、ｐ型コンタクト層を、窒化ガリウム(GaN) としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
本発明は、マグネシウム濃度とホール濃度とが比例関係にないこと及びホール濃度が最大値をとる時に接触抵抗が最小とはならないという本発明者らの発見に基づくものである。即ち、ホール濃度が最大となるマグネシウム濃度が存在し、接触抵抗が最小値をとるマグネシウム濃度が存在し、両者は一致しない。接触抵抗が最小値をとる層に電極を接合し、ホール濃度が最大値をとる層を発光層、又は、ｐ層に接合することで、駆動電圧の低下と発光層に対するホールの注入効率を向上させることができる。
【００１０】
上記のように、ｐ層を少なくとも、１×１０19/cm3より大きく５×１０20/cm3以下の濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第１層と、第１層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高く、駆動電圧が5V以下となるような濃度範囲でマグネシウム(Mg)が添加された第２層で構成し、第２層上に電極を形成したことにより、駆動電圧を低下させることができた。
【００１１】
又、ｐ型コンタクト層に、マグネシウム(Mg)濃度が１×１０20/cm3より大きく２×１０21/cm3 以下の範囲で、ｐ層よりもマグネシウム(Mg)濃度が高くホール濃度が最大値をとるマグネシウム(Mg)濃度よりも高濃度にマグネシウム(Mg)を添加することで、駆動電圧を低下させることができた。
【００１２】
【実施例】
第１実施例
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上に500 Å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2.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約2.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネウシム(Mg)、カドミウム(Cd)及びシリコンドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成るｐ伝導型の発光層５、膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープの(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2N から成るｐ層６１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第２コンタクト層６２、膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017/cm3、マグネシウム濃度2 ×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第１コンタクト層６３が形成されている。そして、第１コンタクト層６３に接続するニッケルで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
【００１３】
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又はＮ2 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) とトリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI 」と記す) と、ダイメチルカドミニウム(Cd(CH3)2)（以下「DMCd」と記す) とシラン(SiH4)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。
【００１４】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ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を流速2 liter/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。
【００１５】
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／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、膜厚約2.2 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００１６】
以下、カドミウム(Cd)とシリコン(Si)を発光中心として発光ピーク波長を430nm に設定した場合の発光層５（アクティブ層）及びクラッド層４、６の組成比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度1 ×1018/cm3のシリコンドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００１７】
続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分とDMCdを2 ×10-7モル／分とシランを10×10-9モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)とカドミウム(Cd)とシリコン(Si)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N から成る発光層５を形成した。この状態で発光層５は、まだ、高抵抗である。この発光層５におけるマグネシウム(Mg)の濃度は 1×1019/cm3、カドミウム(Cd)の濃度は5 ×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3である。
【００１８】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.47Ga0.53)0.9In0.1N から成るｐ層６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。次に、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成る第２コンタクト層６２を形成した。第２コンタクト層６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約500 Å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６３を形成した。第１コンタクト層６３のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。この状態では、第１コンタクト層６３は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００１９】
次に、反射電子線回折装置を用いて、第１コンタクト層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及び発光層５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、試料電流1 μＡ、ビームの移動速度0.2mm/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１コンタクト層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及び発光層５は、それぞれ、ホール濃度 2×1017/cm3， 5×1017/cm3， 5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm，0.8 Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにして、図２に示すような多層構造のウエハが得られた。
【００２０】
以下に述べられる図３から図７は、ウエハ上の１つの素子のみを示す断面図であり、実際は、この素子が連続的に繰り返されたウエハについて、処理が行われ、その後、各素子毎に切断される。
【００２１】
図３に示すように、第１コンタクト層６３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を塗布した。そして、フォトリソグラフにより、第１コンタクト層６３上において、高キャリア濃度ｎ+ 層４に至るように形成される孔１５に対応する電極形成部位Ａとその電極形成部をｐ層６１の電極と絶縁分離する溝９を形成する部位Ｂのフォトレジストを除去した。
【００２２】
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をフッ化水素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ｐ層６とその下の発光層５、高キャリア濃度ｎ+ 層４の上面一部を、真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライエッチングした後、Arでドライエッチングした。この工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層４に対する電極取出しのための孔１５と絶縁分離のための溝９が形成された。
【００２３】
次に、図６に示すように、ｐ層６１上に残っているSiO2層１１をフッ化水素酸で除去した。次に、図７に示すように、試料の上全面に、Ni層１３を蒸着により形成した。これにより、孔１５には、高キャリア濃度ｎ+ 層４に電気的に接続されたNi層１３が形成される。そして、図７に示すように、そのNi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４及びｐ層６１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。
【００２４】
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Ni層１３の露出部を硝酸系エッチング液でエッチングした。この時、絶縁分離のための溝９に蒸着されたNi層１３は、完全に除去される。次に、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４の電極８、第１コンタクト層６３の電極７が残された。その後、上記の如く処理されたウエハは、各素子毎に切断され、図１に示すｐｐｎ構造の窒化ガリウム系発光素子を得た。
【００２５】
このようにして得られた発光素子は、駆動電流20mAで駆動電圧４Ｖで、発光ピーク波長430nm 、発光強度1cd であった。
【００２６】
又、上記の発光層５におけるカドミウム(Cd)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が発光強度を向上させる点で望ましい。又、シリコン(Si)の濃度は、カドミウム(Cd)に比べて、1/2 〜1/10の程度少ない方がより望ましい。
【００２７】
上記の実施例では、発光層５のバンドギャップが両側に存在するｐ層６と高キャリア濃度ｎ+ 層４のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ接合に形成されている。又、これらの３つの層のAl、Ga、Inの成分比は、GaN の高キャリア濃度ｎ+ 層の格子定数に一致するように選択されている。
【００２８】
第２実施例
第１実施例の発光層５は、マグネシウム(Mg)とカドミウム(Cd)とシリコン(Si)とが添加されているが、第２実施例の発光層５は、図８に示すように、マグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)とが添加されている。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度を800 ℃に保持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、シランを導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度 2×1019/cm3のシリコンドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００２９】
続いて、温度を1150℃に保持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-4モル／分、シランを10×10-9モル／分、DEZ を2 ×10-4モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)とシリコン(Si)と亜鉛(Zn)のドープされた(Al0.09Ga0.91)0.99In0.01N から成る発光層５を形成した。この発光層５におけるマグネシウムの濃度は1 ×1019/cm3であり、亜鉛(Zn)の濃度は 2×1018/cm3であり、シリコン(Si)の濃度は1 ×1018/cm3である。
【００３０】
続いて、温度を1100℃に保持し、N2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、TMI を0.1 ×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚約1.0 μｍのマグネシウム(Mg)ドープの(Al0.3Ga0.7)0.94In0.06N から成るｐ層６１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００３１】
さらに、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 2×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成る第２コンタクト層６２を形成した。第２コンタクト層６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約500 Å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６３を形成した。第１コンタクト層６３のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。この状態では、第１コンタクト層６３は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００３２】
次に、反射電子線回折装置を用いて、第１実施例と同様に、第１コンタクト層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及び発光層５に一様に電子線を照射した。これにより、第１コンタクト層６３、第２コンタクト層６２、ｐ層６１及び発光層５をｐ伝導型化することができた。この発光ダイオード１０は駆動電流20mAで駆動電圧４Ｖであり、発光ピーク波長は、430nm であり、発光強度は1000mcd である。
【００３３】
第３実施例
第３実施例の発光ダイオードは、第２実施例の発光ダイオードと異なり、図９に示すように、ｐ伝導型の発光層５にはマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)が同時にドープされたGayIn1-yN 、ｐ層６１はマグネシウム(Mg)のドープされたAlx1Ga1-x1N 、高キャリア濃度ｎ+ 層４はシリコン(Si)のドープされたAlx2Ga1-x2N で形成した。そして、組成比x1,y,x2 は、発光層５のバンドギャップが高キャリア濃度ｎ+ 層４、ｐ層６１のバンドギャップに対して小さくなるダブルヘテロ接合が形成されるように設定される。尚、第１コンタクト層６２、第２コンタクト層６３は第１実施例、第２実施例と同様である。
【００３４】
図１０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上に500 Å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4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４、膜厚約0.5 μｍ、マグネシウム、亜鉛及シリコンドープのGa0.94In0.06N から成る発光層５、膜厚約0.5 μｍ、ホール濃度 5×1017/cm3のマグネシウムドープのAl0.1Ga0.9N から成るｐ層６１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 5×1017/cm3、マグネシウム濃度1 ×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第２コンタクト層６２、膜厚約500 Å、ホール濃度 2×1017/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN から成る第１コンタクト層６３が形成されている。そして、第１コンタクト層６３に接続するニッケルで形成された電極７と高キャリア濃度ｎ+ 層４に接続するニッケルで形成された電極８が形成されている。電極７と電極８とは、溝９により電気的に絶縁分離されている。
【００３５】
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。第１実施例と同様に、AlN のバッファ層２まで形成する。次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した。
【００３６】
以下、亜鉛(Zn)とシリコン(Si)を発光中心として発光ピーク波長を450nm に設定した場合の発光層５、クラッド層、即ち、ｐ層６１、第２コンタクト層６２、第１コンタクト層６３の組成比及び結晶成長条件の実施例を記す。上記の高キャリア濃度ｎ+ 層４を形成した後、続いて、サファイア基板１の温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.53×10-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-4モル／分、DMZ を2 ×10-7モル／分、シランを10×10-9モル／分で導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)と亜鉛(Zn)とシリコン(Si)ドープのGa0.94In0.06N の発光層５を形成した。この状態で発光層５は、まだ、高抵抗である。
【００３７】
続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-7モル／分で7 分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)のドープされたAl0.1Ga0.9N から成るｐ層６１を形成した。ｐ層６１は未だこの状態で抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。ｐ層６１におけるマグネシウム(Mg)の濃度は、 1×1019/cm3である。
【００３８】
続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル／分導入し、膜厚約0.5 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN から成る第２コンタクト層６２を形成した。第２コンタクト層６２のマグネシウムの濃度は1 ×1020/cm3である。この状態では、第２コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で導入し、膜厚約500 Å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６３を形成した。マグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。
【００３９】
次に、反射電子線回折装置を用いて、発光層５、ｐ層６１、第２コンタクト層６２及び第１コンタクト層６３に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、第１実施例と同一である。この電子線の照射により、ｐ層６１、第２コンタクト層６２及び第１コンタクト層６３は、それぞれ、ホール濃度5 ×1017/cm3，5 ×1017/cm3,2×1017/cm3、抵抗率0.8 ，0.8, 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。
【００４０】
電極面積6 ×10-4cm2 の時、この発光素子の駆動電圧は電流２０mA時４Ｖであり、接触抵抗は３０〜４０Ωであった。又、電極面積1.6 ×10-3cm2 の時、この発光素子の駆動電圧は電流２０mA時3.5 Ｖであり、接触抵抗は１０〜１５Ωであった。
【００４１】
尚、GaN の第１コンタクト層６３を形成する時に、Mg濃度を1 ×1019/cm3から2 ×1021/cm3まで変化させて発光素子を形成した。図１１は、この時の電流20mA時の素子の駆動電圧を示したものである。駆動電圧は11.2V から4.0Vまで変化し、電極７と第１コンタクト層６３との接触抵抗は250 Ω〜30Ωまで変化した。そして、Mgの濃度が 2×1020/cm3の時、駆動電圧は最低値4.0 Ｖ、接触抵抗30Ωの最低値を示し、Mgの濃度が2 ×1021/cm3の時、駆動電圧は5.0 Ｖ、接触抵抗70Ωと上昇した。このことから、駆動電圧を５Ｖ以下とするには、第１コンタクト層６３のMg濃度を1 ×1020〜1 ×1021/cm3の範囲とするのが望ましいのが分った。
【００４２】
又、図１２は第２コンタクト層６２又はｐ層６１を形成する時のMg濃度とその層におけるホール濃度との関係を示したものである。 Mg 濃度を5 ×1019/cm3まで増加させるとホール濃度は7 ×1017/cm3まで増加して飽和する。その後、Mg濃度を増加させると、ホール濃度は低下し、素子の発光効率が低下して好ましくない。従って、第２コンタクト層６２又はｐ層６１のMg濃度を 1×1019〜 5×1020/cm3の範囲で第１コンタクト層６３の Mg 濃度より低濃度とするのが望ましく、その電極のホール濃度を大きくすることができるため、素子の発光効率を低下させることがない。
【００４３】
上記の実施例において、発光層５における亜鉛(Zn)とシリコン(Si)の濃度は、それぞれ、１×１０17〜１×１０20の範囲が発光強度を向上させる点で望ましいことが分かった。さらに好ましくは1 ×1018〜1 ×1019の範囲が良い。1 ×1018より少ないと効果が少なく、1 ×1019より多いと結晶性が悪くなる。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。
【００４４】
又、上記の実施例において、コンタクト層として、高濃度にマグネシウム(Mg)を添加した第１コンタクト層６３と、第１コンタクト層６３よりも低い濃度にマグネシウム(Mg)を添加した第２コンタクト層６２との２層構造とした。しかし、ｐ層６１のマグネシウム(Mg)濃度よりも高いマグネシウム(Mg)濃度のコンタクト層を１層だけ電極７、８の直下に設けても良い。又、コンタクト層としてGaN を用いたが、ｐ層６１と同一組成比の混晶を用いても良い。
【００４５】
又、アクセプタ不純物は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)を用いても良い。さらに、ドナー不純物には、炭素(C) 、シリコン(Si)、ゲルマニウユ(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)を用いることができる。
【００４６】
さらに、ドナー不純物として、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。
【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】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。
【図８】第２実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図９】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図１０】第３実施例に係る発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図１１】第１コンタクト層におけるマグネシウム濃度と素子の駆動電圧との関係を示した測定図。
【図１２】第２コンタクト層又はｐ層におけるマグネシウム濃度とホール濃度との関係を示した測定図。
【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…高キャリア濃度ｎ+ 層
５…発光層
６１…ｐ層
６２…第２コンタクト層
６３…第１コンタクト層
７，８…電極
９…溝
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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