(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型窒化物半導体層を介して活性層を備えた窒化物半導体素子において、
前記ｎ型窒化物半導体層は、基板側から順に、
ｎ型コンタクト層と、
アンドープの窒化物半導体からなり膜厚が１００〜１００００Åの範囲に設定された下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層とを有し、
前記活性層上に、
Ａｌを含む第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とが積層されてなり、さらに該第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の少なくとも一方にｐ型不純物を含有してなるｐ型多層膜層と、
該ｐ型多層膜層上に、前記ｐ型多層膜層のｐ型不純物濃度より低濃度でｐ型不純物を含有するｐ型低濃度ドープ層と、
該ｐ型低濃度ドープ層上に、前記ｐ型多層膜層及びｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度より、高濃度でｐ型不純物を含有するｐ型コンタクト層とを有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）からなり、さらにｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比が、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層構造であり、さらにｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比が、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
基板上に、ｎ型窒化物半導体層を介して活性層を備えた窒化物半導体素子において、
前記ｎ型窒化物半導体層は、基板側から順に、
ｎ型コンタクト層と、
アンドープの窒化物半導体からなり膜厚が１００〜１００００Åの範囲に設定された下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層とを有し、
前記活性層上に、
ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）を含んでなりｐ型不純物を含有するｐ型単一膜層と、
該ｐ型単一膜層上に、前記ｐ型単一膜層のｐ型不純物濃度より、低濃度でｐ型不純物を含有するｐ型低濃度ドープ層と、
該ｐ型低濃度ドープ層上に、前記ｐ型単一膜層及びｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度より、高濃度でｐ型不純物を含有するｐ型コンタクト層とを有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）からなり、さらに前記ｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比が、前記ｐ型単一膜層のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層膜であり、さらに前記ｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比が、前記ｐ型単一膜層のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型低濃度ドープ層中のｐ型不純物が、前記ｐ型多層膜層と前記ｐ型コンタクト層とから拡散により含有されたもの、又は前記ｐ型単一膜層とｐ型コンタクト層とから拡散により含有されたものであることを特徴とする請求項１〜６のうちの１つに記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、光センサー等の発光素子、受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体（例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、イメージスキャナー光源等の各種光源で実用化されている。これらのＬＥＤ素子は基本構造として、サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層と、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ−  Ｗｅｌｌ）のＩｎＧａＮ、あるいはＩｎＧａＮを有する多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）の活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ側クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層とが順に積層された構造を有しており、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤで５ｍＷ、外部量子効率９．１％、５２０ｎｍの緑色ＬＥＤで３ｍＷ、外部量子効率６．３％と非常に優れた特性を示す。
多重量子井戸構造は、複数のミニバンドからなる構造を有し、効率よく、小さな電流でも発光を実現することができるから、単一量子井戸構造より発光出力が高くなる等の素子特性の向上が期待される。
例えば、多重量子井戸構造の活性層を用いたＬＥＤ素子として、特開平１０−１３５５１４号公報には、発光効率及び発光光度を良好とするため、少なくともアンドープのＧａＮからなるバリア層、アンドープのＩｎＧａＮからなる井戸層からなる多重量子井戸構造の発光層、更に発光層のバリア層よりも広いバンドギャップを持つクラッド層を有する窒化物半導体素子が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の素子は、照明用光源、直射日光の当たる屋外ディスプレイ等に使用するＬＥＤ素子として発光出力が十分満足できるものでない。また、多重量子井戸構造の活性層を備えた発光素子は、発光出力の飛躍的な向上が期待されるが、その期待どおりの発光出力が得られる素子はまだなかった。
また、窒化物半導体からなる素子は、その構造上、人体に生じる静電気より遥かに弱い１００Ｖの電圧でも特性が劣化する可能性がある。従って、帯電防止処理された袋等から取り出す際、また製品に応用する際等において発生する静電気により特性が劣化する危険性がある。窒化物半導体素子の信頼性をより高めるために、静電耐圧を向上させ静電気による劣化の危険性をなくすことが望まれる。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、多重量子井戸構造の活性層を用いた素子の種々の応用製品への適用範囲のさらなる拡大を可能とするために、発光出力をより向上させることができかつ、静電耐圧が良好な窒化物半導体発光素子を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、静電耐圧が良好な窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）〜（７）に示す窒化物半導体素子により本発明の目的を達成することができる。
（１）基板上に、ｎ型窒化物半導体層を介して活性層を備えた窒化物半導体素子において、
前記ｎ型窒化物半導体層は、基板側から順に、
ｎ型コンタクト層と、
アンドープの窒化物半導体からなり膜厚が１００〜１００００Åの範囲に設定された下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層とを有し、
前記活性層上に、
Ａｌを含む第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とが積層されてなり、さらに該第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の少なくとも一方にｐ型不純物を含有してなるｐ型多層膜層と、
該ｐ型多層膜層上に、前記ｐ型多層膜層のｐ型不純物濃度より低濃度でｐ型不純物を含有するｐ型低濃度ドープ層と、
該ｐ型低濃度ドープ層上に、前記ｐ型多層膜層及びｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度より、高濃度でｐ型不純物を含有するｐ型コンタクト層とを有することを特徴とする窒化物半導体素子。
（２）前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）からなり、さらにｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比が、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体素子。
（３）前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層構造であり、さらにｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比が、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体素子。
（４）基板上に、ｎ型窒化物半導体層を介して活性層を備えた窒化物半導体素子において、
前記ｎ型窒化物半導体層は、基板側から順に、
ｎ型コンタクト層と、
アンドープの窒化物半導体からなり膜厚が１００〜１００００Åの範囲に設定された下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層とを有し、
前記活性層上に、
ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）を含んでなりｐ型不純物を含有するｐ型単一膜層と、
該ｐ型単一膜層上に、前記ｐ型単一膜層のｐ型不純物濃度より、低濃度でｐ型不純物を含有するｐ型低濃度ドープ層と、
該ｐ型低濃度ドープ層上に、前記ｐ型単一膜層及びｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度より、高濃度でｐ型不純物を含有するｐ型コンタクト層とを有することを特徴とする窒化物半導体素子。
（５）前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）からなり、さらに前記ｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比が、前記ｐ型単一膜層のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする（４）に記載の窒化物半導体素子。
（６）前記ｐ型低濃度ドープ層がＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層膜であり、さらに前記ｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比が、前記ｐ型単一膜層のＡｌ組成比より小さいことを特徴とする（４）に記載の窒化物半導体素子。
（７）前記ｐ型低濃度ドープ層中のｐ型不純物が、前記ｐ型多層膜層と前記ｐ型コンタクト層とから拡散により含有されたもの、又は前記ｐ型単一膜層とｐ型コンタクト層とから拡散により含有されたものであることを特徴とする（１）〜（６）のうちの１つに記載の窒化物半導体素子。
【０００６】
つまり、本発明に係る第１の窒化物半導体素子は、多重量子井戸構造の活性層上（本発明においては活性層のｐ側を示す。）に、ｐ型不純物の濃度がそれぞれ、中濃度ドープのｐ型層（ｐ型多層膜層又はｐ型単一膜層）と、低濃度ドープのｐ型低濃度ドープ層と、高濃度ドープのｐ型コンタクト層を順に成長させて、素子構造のｐ側に特定の３種の層に渡って、ｐ型不純物の特定の濃度変化を形成することにより、３種の層が相乗的に作用し、発光出力の向上、及び静電耐圧の向上が可能な窒化物半導体素子を提供することを可能にするものである。
ここで、前記構成において、活性層上に形成された中濃度ドープのｐ型多層膜層及び中濃度ドープのｐ型単一膜層は、通常、クラッド層として作用する。従って、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、中濃度ドープのｐ型多層膜層及び中濃度ドープのｐ型単一膜層を単にｐ型クラッド層として説明するが、本発明においては、中濃度ドープのｐ型多層膜層及び中濃度ドープのｐ型単一膜層はクラッド層として形成されている場合に限定されるものではない。
【０００７】
更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｐ型低濃度ドープ層がＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）からなり、さらにｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比を、ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比、又はｐ型単一膜層のＡｌ組成比より小さくすると、ｐ型低濃度ドープ層の膜厚を薄くしても良好な発光出力と共に高い静電耐圧を得ることができるので好ましい。またｐ型低濃度ドープ層の膜厚を薄くすることが可能となると、製造工程において層の成長時間の短縮が可能となる等の工程の時間短縮が可能となる。
また、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、前記ｐ型低濃度ドープ層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層構造としてもよく、その場合は、ｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比が、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さくなるように設定する。
【０００８】
更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、前記ｐ型クラッド層（ｐ型多層膜層又はｐ型単一膜層）と前記ｐ型コンタクト層とから、ｐ型不純物をｐ型低濃度ドープ層中に拡散させることによりｐ型低濃度ドープ層中にｐ型不純物を含有させるようにしてもよい。このようにすると、ｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度を、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層より低濃度に容易に調整することができるので好ましく、発光出力及び静電耐圧を容易に向上させることができる。
また、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｐ型多層膜層若しくはｐ型単一膜層、ｐ型低濃度ドープ層、及びｐ型コンタクト層の各ｐ型不純物の濃度は、効果的に発光出力及び静電耐圧を向上させるために、それら３つの層における相互の濃度関係（ｐ型多層膜層又はｐ型単一膜層が中濃度であり、ｐ型低濃度ドープ層が低濃度であり、ｐ型コンタクト層が高濃度であるという相互の関係）を満足した上でさらに以下のような不純物濃度範囲に設定することが好ましい。
すなわち、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｐ型クラッド層（多層膜層及び単一膜層）のｐ型不純物濃度は、５×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３に設定することが好ましく、これにより発光出力及び静電耐圧を効果的に向上させることができかつ隣接するｐ型低濃度ドープ層の濃度の調整を良好に行うことができる。尚、ここでいうｐ型不純物濃度は、多層膜からなるｐ型多層膜層の場合、多層膜を構成している各層の平均の濃度をいう。
また、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、効果的に発光出力及び静電耐圧を向上させるためにｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度を、１×１０１９／ｃｍ３未満に設定することが好ましい。
また更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜５×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、効果的に発光出力及び静電耐圧を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、前記ｐ型クラッド層、ｐ型低濃度ドープ層、及びｐ型コンタクト層の各ｐ型不純物濃度において、その関係が中濃度、低濃度、高濃度となるように前記範囲で適宜選択され調整されるものである。
ここで、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、中濃度、低濃度、高濃度とは、ｐ型クラッド層と、ｐ型低濃度ドープ層と、ｐ型コンタクト層の３層間でのｐ型不純物濃度の関係を示すものである。
【００１０】
また更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｎ型窒化物半導体層として、アンドープの窒化物半導体からなる下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層を有することが好ましく、このようにするとｐ側の前記の層との組み合わせによりさらに静電耐圧を向上させることができる。
また更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、ｎ型第１多層膜層と基板との間に、基板側から順に、ｎ型不純物を含有するｎ型コンタクト層及びアンドープＧａＮ層を形成することが好ましく、これによりさらに静電耐圧を向上させることができる。
また更に、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、アンドープＧａＮ層、ｎ型コンタクト層、及びｎ型第１多層膜層の合計の膜厚は、静電耐圧をより向上させるために、好ましくは２〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍ、よりいっそう好ましくは４〜９μｍに設定する。また前記範囲の膜厚に設定すると、静電耐圧以外の他の素子特性も良好にできる。また、前記３層の合計の膜厚は、以下の実施の形態において記載する各層の好ましい膜厚の範囲内で、３層の合計の膜厚が前記範囲となるように適宜調整される。
【００１１】
前記のように、本発明に係る第１の窒化物半導体素子において、前記特定の３種のｐ型層と、更に特定のｎ型層とを組み合わせることにより、発光出力及び静電耐圧の向上をより向上させることができ、窒化物半導体素子の信頼性を高め種々の応用製品への適用範囲の拡大を可能とすることができる。
【００１２】
また、本明細書において、アンドープとは、意図的に不純物をドープしないで形成した層を示し、隣接する層からの不純物の拡散、原料又は装置からのコンタミネーションにより不純物が混入した層であっても、意図的に不純物をドープしていない場合にはアンドープ層という。なお、拡散により混入する不純物は層内において不純物濃度に勾配がついている場合がある。
【００１３】
また、本明細書において、組成が異なるとは、例えば、窒化物半導体を構成する元素（例えば２元混晶や３元混晶の元素の種類）、元素の比、又はバンドギャップエネルギーなどが異なる場合が挙げられる。また、これらの値は、特定の層が多層膜から構成される場合においては、層全体の平均の値を用いて比較する。
本発明の前記第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層の組成が異なる場合の具体例としては、例えば、前記のように元素の比やバンドギャップエネルギー等が異なる場合がある。
【００１４】
また、本発明において、不純物濃度の測定は、種々の測定方法により測定可能であるが、例えば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ；Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）が挙げられる。
【００１５】
また、本発明の第２の目的を達成するために、本発明に係る第２の窒化物半導体発光素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層を介して形成された量子井戸構造の活性層と、ｐ型窒化物半導体からなり前記活性層上に形成された第１ｐ型層と、ｐ型窒化物半導体からなり前記第１ｐ型層上に形成されたｐ型コンタクト層とを備えた窒化物半導体素子において、
前記ｐ型コンタクト層と前記第１ｐ型層との間にさらにｐ型低濃度ドープ層を備え、該ｐ型低濃度ドープ層のｐ型不純物濃度は前記ｐ型コンタクト層及び前記第１ｐ型層から厚さ方向に離れるに従ってそれぞれ減少する濃度分布を有し、その濃度分布における最小ｐ型不純物濃度は１×１０１９／ｃｍ３未満であることを特徴とする。
このように本発明に係る第２の窒化物半導体素子では、前記ｐ型コンタクト層と前記第１ｐ型層との間にさらに前記ｐ型低濃度ドープ層を備えているので、静電耐圧を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｐ型低濃度ドープ層は前記ｐ型コンタクト層と前記第１ｐ型層の間にアンドープ窒化物半導体層として形成して、前記濃度分布を前記ｐ型コンタクト層及び前記第１ｐ型層からｐ型不純物を拡散させることにより形成することができる。
【００１７】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記アンドープ窒化物半導体層の膜厚を、前記ボトム領域のｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるように設定するようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記活性層を、少なくとも１つのＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）層を含む多重量子井戸構造とすることができ、このようにすると、静電耐圧を向上させることができることに加え、発光出力を向上させることができ、多重量子井戸構造の活性層を用いた窒化物半導体素子の種々の応用製品への適用範囲を拡大することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る第２の窒化物半導体素子では、前記ｐ型低濃度ドープ層を、互いに組成の異なる２つの層が積層されてなる多層膜としてもよい。
【００２０】
さらに、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記第１ｐ型層がＡｌを含んでいてもよく、これにより前記第１ｐ型層をバンドギャップの広い層とできる。
【００２１】
またさらに、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記第１ｐ型層は、Ａｌを含む第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とが積層されてなりかつ該第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の少なくとも一方にｐ型不純物を含んでいるｐ型の多層膜層であってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｐ型低濃度ドープ層の結晶性を良くするために、前記ｐ型低濃度ドープ層がＧａＮからなることが好ましく、これによって、静電耐圧特性をより向上させることができる。
【００２３】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｐ型低濃度ドープ層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）としかつ、該ｐ型低濃度ドープ層のＡｌ組成比を、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さく設定するようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｐ型低濃度ドープ層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなる多層膜とし、該ｐ型低濃度ドープ層の平均のＡｌ組成比を、前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比より小さく設定するようにしてもよい。
また、前記ｐ型低濃度ドープ層を多層膜とする場合、ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とＧａＮ層とを積層することにより構成することが好ましい。
【００２５】
またさらに、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｎ型窒化物半導体層は、アンドープの窒化物半導体からなる下層、ｎ型不純物がドープされている窒化物半導体からなる中間層、及びアンドープの窒化物半導体からなる上層の少なくとも３層が順に積層されてなるｎ型第１多層膜層を有することが好ましく、このようにすると、より静電耐圧を高くできる。
【００２６】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｎ型窒化物半導体層はｎ型不純物を含有するｎ型コンタクト層を有し、該ｎ型コンタクト層と前記基板の間にアンドープＧａＮ層が形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子において、前記ｎ型第１多層膜層が、前記ｎ型コンタクト層上に形成されており、更に前記アンドープＧａＮ層、ｎ型コンタクト層、及びｎ型第１多層膜層の合計の膜厚が、より静電耐圧を高くするために、２〜２０μｍであることが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態の窒化物半導体素子について説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体素子の構造を示す模式的断面図である。
尚、本実施の形態１の窒化物半導体素子は、本発明の第１の窒化物半導体素子に関係した素子であるが、本発明に係る第１の窒化物半導体素子は、以下に説明する実施の形態の素子構造に限定されるものではなく、少なくとも活性層上に、前記の本発明の中濃度ドープのｐ型クラッド層（ｐ型多層膜層又はｐ型単一膜層）と、低濃度ドープのｐ型低濃度ドープ層と、高濃度ドープのｐ型コンタクト層とを含む素子構造を有する窒化物半導体素子であれば適用することができる。
本実施の形態１の窒化物半導体素子は、図１に示すように、基板１上に、バッファ層２、アンドープＧａＮ層３、ｎ型不純物を含むｎ型コンタクト層４、アンドープの下層５ａ、ｎ型不純物ドープの中間層５ｂ及びアンドープの上層５ｃの３層からなるｎ側第１多層膜５、第３及び第４の窒化物半導体層よりなるｎ側第２多層膜層６、多重量子井戸構造の活性層７、ｐ型不純物を中濃度ドープの多層膜又は単一膜のｐ型クラッド層８、ｐ型不純物を低濃度ドープのｐ型低濃度ドープ層９、ｐ型不純物を高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０が順に積層された構造を有する。
更にｎ型コンタクト層４上にｎ電極１２、ｐ型コンタクト層１０上にｐ電極１１がそれぞれ形成されている。
以下、本実施の形態１の窒化物半導体素子の各要素について詳細に説明する。
【００３０】
本発明において、基板１としては、サファイアＣ面、Ｒ面又はＡ面を主面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。
【００３１】
本発明において、バッファ層２としては、一般式ＧａｄＡｌ１−ｄＮ（但しｄは０＜ｄ≦１の範囲である。）で表される窒化物半導体を用いることができるが、結晶性の良好な層とするために、Ａｌの割合が小さい組成とすることが好ましく、より好ましくはＧａＮからなるバッファ層を用いる。
バッファ層２の膜厚は、０．００２〜０．５μｍとし、窒化物半導体の結晶モフォロジーを良好とし、バッファ層２上に成長させる窒化物半導体の結晶性をより良好にするために、好ましくは０．００５〜０．２μｍ、更に好ましくは０．０１〜０．０２μｍの範囲に調整する。
また、バッファ層２の成長温度は、バッファ層２を良好な多結晶として形成し、この多結晶を種結晶としてバッファ層２の上に結晶性を良好な窒化物半導体を成長させるために、２００〜９００℃の範囲で設定することが好ましく、より好ましくは４００〜８００℃の範囲に調整する。
また、この比較的低温で成長させるバッファ層２は、用いる基板の種類、成長方法等によっては省略してもよい。
【００３２】
次に、本発明において、アンドープＧａＮ層３は、成長する際にｎ型不純物を添加せずに成長させることにより形成する。バッファ層２上にアンドープＧａＮ層３を成長させると結晶性の良好なアンドープＧａＮ層３を形成することができ、そのアンドープＧａＮ層３上に成長させるｎ側コンタクト層４などの結晶性も良好にできる。このアンドープＧａＮ層３の膜厚は、０．０１μｍ以上とし、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上とする。膜厚をこの範囲に設定すると、ｎ側コンタクト層４及びその上に形成する層を結晶性良く成長できる。また、アンドープＧａＮ層３の膜厚の上限は、本発明の効果を得る上では特に限定されないが、製造効率等を考慮して適宜調整される。また、アンドープＧａＮ層３の膜厚の上限は、そのアンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層４及びｎ側第１多層膜層５の合計の膜厚が、上述した静電耐圧を向上させることができる２〜２０μｍ（好ましくは３〜１０μｍ、さらに好ましくは４〜９μｍ）範囲に調整できるように設定することが好ましい。
【００３３】
次に、本発明において、ｎ型不純物を含むｎ型コンタクト層４は、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０１８／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０１８／ｃｍ３以上の濃度で含有する。このようにｎ型不純物を多くドープし、この層をｎ型コンタクト層とすると、Ｖｆ及び閾値を低下させることができる。不純物濃度が前記範囲を逸脱するとＶｆが低下しにくくなる傾向がある。また、本実施の形態１では、ｎ型コンタクト層４がｎ型不純物濃度が小さい結晶性の良好なアンドープＧａＮ層３上に形成されているので、高い濃度でｎ型不純物を有しているにも関わらず結晶性を良好に形成することができる。ｎ型コンタクト層４のｎ型不純物濃度の上限は本発明において特に限定されるものではないが、コンタクト層としての機能を保持しうる限界としては５×１０２１／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
【００３４】
ｎ型コンタクト層４は、一般式ＩｎｅＡｌｆＧａ１−ｅ−ｆＮ（０≦ｅ、０≦ｆ、ｅ＋ｆ≦１）で表される材料で構成できるが、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を得るために、ＧａＮ又はｆ値０．２以下のＡｌｆＧａ１−ｆＮとすることが好ましい。また、ｎ型コンタクト層４の膜厚は、ｎ電極を形成する層であるので、抵抗値を低くし発光素子のＶｆを低くするために、好ましくは０．１〜２０μｍ、より好ましくは１〜１０μｍとする。
また、ｎ型コンタクト層４の膜厚の上限は、そのアンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層４及びｎ側第１多層膜層５の合計の膜厚が、上述した静電耐圧を向上させることができる２〜２０μｍ（好ましくは３〜１０μｍ、さらに好ましくは４〜９μｍ）範囲に調整できるように設定することが好ましい。
また、ｎ型コンタクト層４は、後述のｎ側第１多層膜層５を比較的厚く形成することにより、省略することもできる。
【００３５】
次に、本実施の形態１において、ｎ側第１多層膜層５は、基板側から、アンドープの下層５ａ、ｎ型不純物ドープの中間層５ｂ、アンドープの上層５ｃの３層から構成されている。尚、本発明においては、ｎ側第１多層膜層には前記下層５ａ〜上層５ｃ以外のその他の層を含んでいてもよい。またｎ側第１多層膜層５は、活性層と接していても、活性層の間に他の層を有していてもよい。本実施の形態１のように、ｎ側にこのｎ側第１多層膜層５を形成すると、発光出力と共に静電耐圧を向上させることができる。このｎ側第１多層膜層５は、比較的大きく静電耐圧の向上に関与していると思われる。
これら下層５ａ〜上層５ｃを構成する窒化物半導体としては、ＩｎｇＡｌｈＧａ１−ｇ−ｈＮ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ＜１）で表される種々の組成の窒化物半導体を用いることができるが、好ましくはＧａＮを用いて構成する。また、第１多層膜層５の各層は、組成が互いに同一でも異なっていてもよい。
【００３６】
本発明において、ｎ側第１多層膜層５の膜厚は、Ｖｆを最適化し静電耐圧を向上させるために、好ましくは１７５〜１２０００オングストロームとし、より好ましくは１０００〜１００００オングストロームとし、よりいっそう好ましくは２０００〜６０００オングストロームとする。
更に、ｎ側第１多層膜層５の膜厚を前記範囲に設定し、そのｎ側第１多層膜層５とアンドープＧａＮ層３及びｎ型コンタクト層４の合計の膜厚を、上述した静電耐圧を向上させることができる２〜２０μｍ（好ましくは３〜１０μｍ、さらに好ましくは４〜９μｍ）範囲に調整できるように設定することが好ましい。
第１多層膜層５の膜厚は、下層５ａ、中間層５ｂ、及び上層５ｃの各膜厚を適宜調整することにより、総膜厚を前記の範囲とすることができる。
【００３７】
ｎ側第１多層膜層５を構成する下層５ａ、中間層５ｂ及び上層５ｃの各膜厚は、本発明の構成上、特に限定されるものではないが、ｎ側第１多層膜層５中で積層される位置により素子性能の諸特性に与える影響度合いがやや異なるため、各層の素子性能に大きく関与する特性に特に注目し、いずれか２層の膜厚を固定し、残りの１層の膜厚を段階的に変化させて、特性の良好な範囲の膜厚を測定し、更にｎ側第１多層膜層５の各層との調整により膜厚の範囲を特定している。
ｎ側第１多層膜層５の各層は、各々単独では静電耐圧に直接影響を及ぼさない場合もあるが、各層を組み合わせてｎ側第１多層膜層５とすることにより、全体として種々の素子特性が良好にできる。とりわけ、各層を組み合わせてｎ側第１多層膜層５とすることにより、発光出力及び静電耐圧を著しく向上させることができる。このような作用効果は、実際に、ｎ側多層膜層５の各層を積層させて、素子を製造して初めて得られるものといえる。各層の膜厚について以下に具体的に示すと共に、膜厚の変化させることによる素子特性の変化の傾向について概略を示す。
【００３８】
アンドープの下層５ａの膜厚は、１００〜１００００オングストローム、好ましくは５００〜８０００オングストローム、より好ましくは１０００〜５０００オングストロームとする。アンドープの下層５ａは、膜厚を徐々に厚くしていくと静電耐圧が上昇していくが、１００００オングストローム付近でＶｆが急上昇し、一方膜厚を薄くしていくと、Ｖｆは低下していくが、静電耐圧の低下が大きくなり、１００オングストローム未満では静電耐圧の低下に伴い歩留まりの低下が大きくなる傾向が見られる。また、下層５ａは、ｎ型不純物を含むｎ側コンタクト層４の結晶性の低下による影響を改善する機能を有していると考えられるので、結晶性を改善する機能を効果的に発揮させる観点からは、５００〜８０００オングストローム程度の膜厚で成長されることが好ましい。
【００３９】
ｎ型不純物ドープの中間層５ｂの膜厚は、５０〜１０００オングストローム、好ましくは１００〜５００オングストローム、より好ましくは１５０〜４００オングストロームとする。この不純物がドープされた中間層５ｂは、キャリア濃度を十分高くして発光出力を比較的大きくする機能を有する層であり、この層を形成しない発光素子は、形成した発光素子に比べて発光出力が低下する。
また、膜厚が１０００オングストロームを超えると逆に発光出力が低下する。一方、静電耐圧のみを考慮すると、中間層５ｂの膜厚が厚いと静電耐圧は良好にできるが、逆に膜厚が５０オングストローム未満になると、膜厚が５０オングストローム以上の場合に比べて、静電耐圧が低下する。
【００４０】
アンドープの上層５ｃの膜厚は、２５〜１０００オングストローム、好ましくは２５〜５００オングストローム、より好ましくは２５〜１５０オングストロームとする。このアンドープの上層５ｃは、第１多層膜の中で活性層に接して、あるいは最も接近して形成され、リーク電流の防止に大きく関与する層であるが、上層５ｃの膜厚が２５オングストローム未満ではリーク電流の増加を効果的に防止することができない。また、上層５ｃの膜厚が１０００オングストロームを超えるとＶｆが上昇し静電耐圧も低下する。
【００４１】
以上のように、下層５ａ〜上層５ｃの各膜厚は、各層の膜厚の変動により影響されやすい素子特性に注目し、更に、下層５ａ、中間層５ｂ及び上層５ｃを組み合わせた際の諸素子特性すべてバランス良く良好となり、特に発光出力及び静電耐圧が良好となるように設定する。また、前記範囲に下層５ａ〜上層５ｃの各膜厚を設定し、前記の本発明のｐ側に形成されたｐ型不純物濃度の異なる３種の層と組み合わせて適宜設定することにより、良好な発光出力及び商品の信頼性の向上が達成することができ、静電耐圧をより良好にできる。
すなわち、第１多層膜層５の各層の膜厚の組み合わせは、本発明のｐ型不純物濃度の異なる３種の層との関係や、発光波長に対応して変わる活性層の組成、電極、ＬＥＤ素子の形状など種々の要求仕様による条件等を考慮して、最も良好な効果が得られるように最適化される。
【００４２】
前記第１多層膜層５を構成する各層の組成は、ＩｎｇＡｌｈＧａ１−ｇ−ｈＮ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ＜１）で表される組成で構成することができ、各層の組成が同一でも異なっていてもよい。しかしながら、本発明において、第１多層膜層５を構成する各層は、Ｉｎ及びＡｌの割合が小さい組成とすることが好ましく、結晶性を良好にし、Ｖｆを低下させるためにより好ましくはＧａＮまたはＡｌｈＧａ１−ｈＮ、さらに好ましくはＧａＮからなる層とする。ｎ側第１多層膜層５を、ＡｌｈＧａ１−ｈＮとする場合、０≦ｈ＜１の範囲で適宜調整することができるが、Ａｌ組成比を小さくする方が結晶性を良くでき及びＶｆを低下させることができるので好ましい。
【００４３】
前記第１多層膜層５の中間層５ｂにおけるｎ型不純物のドープ量は、好ましくは、３×１０１８／ｃｍ３以上とし、より好ましくは５×１０１８／ｃｍ３以上の濃度とする。ｎ型不純物の上限は、５×１０２１／ｃｍ３以下が望ましく、この上限値以下であると比較的結晶性の良好な層とでき、発光出力を低下させることなくＶｆを低くできる。
また、ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不純物として選択される。
【００４４】
また、前記第１多層膜層５の上に活性層を形成する場合において、その第１多層膜層５のうちの活性層と接する上層５ｃを、例えば、ＧａＮを用いて形成することにより、活性層に対して障壁層として機能させることができる。
すなわち、前記第１多層膜層５のうち、他の層と接する下層５ａまたは上層５ｃは、第１多層膜の一部としての役割の他、それと接する他の層との関連で他の役割を果たすように構成することもできる。
【００４５】
また、本発明では、前記ｎ側第１多層膜層５に変えて、多層構造ではない単一のアンドープ層を形成してもよい。この単一アンドープ層は一般式ＩｎｇＡｌｈＧａ１−ｇ−ｈＮ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ＜１）で表される窒化物半導体で形成することができるが、好ましくはＩｎ及びＡｌの割合が小さい組成、より好ましくは結晶性及びＶｆを低くするという観点からＧａＮまたはＡｌｈＧａ１−ｈＮとし、最も好ましくはＧａＮからなる単一アンドープ層とする。単一アンドープ層をＡｌｈＧａ１−ｈＮとした場合、０≦ｈ＜１の範囲で適宜調整することができるが、Ａｌ組成比が小さい方が結晶性及びＶｆを低くするという観点からは好ましい。このように単一アンドープ層を形成すると、ｎ側第１多層膜層５を形成した場合に比べてやや静電耐圧は低下するが、従来例に比較すると静電耐圧は高くでき、それ以外の特性は、ｎ側第１多層膜層５を形成した場合とほぼ同様の素子特性を得ることができる。
単一アンドープ層の膜厚は、特に限定されないが、素子特性を良好とするために、１０００〜３０００オングストロームが好ましい。
【００４６】
次に、本発明において、ｎ側第２多層膜層６は、Ｉｎを含む第３の窒化物半導体層と、その第３の窒化物半導体層と異なる組成を有する第４の窒化物半導体層とを積層することにより構成する。このｎ側第２多層膜層６において、第３の窒化物半導体層、第４の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一層以上形成し、合計で２層以上、好ましくは３層以上、さらに好ましくはそれぞれ少なくとも２層以上積層し合計で４層以上積層することが望ましい。
ｎ側第２多層膜層６において、第３の窒化物半導体層と第４の窒化物半導体層の内の少なくとも一方の膜厚は、１００オングストローム以下、より好ましくは７０オングストローム以下、更に好ましくは５０オングストローム以下にする。尚、ｎ側第２多層膜層６において、より好ましくは両方の膜厚を、１００オングストローム以下、より好ましくは７０オングストローム以下、更に好ましくは５０オングストローム以下にする。このように膜厚を薄くすることにより、ｎ側第２多層膜層６が超格子構造となって、その多層膜層の結晶性を良くできるので、出力を向上させることができる。
【００４７】
すなわち、第３又は第４の窒化物半導体の少なくとも一方の膜厚が、１００オングストローム以下であると、その一方の薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶を良くできることから、その上に積層する他方の層である第３の窒化物半導体層、若しくは第４の窒化物半導体層の結晶性を良くでき、結果として多層膜層全体の結晶性を良くできるため、素子の出力を向上させることができる。
【００４８】
また、ｎ側第２多層膜層６において、第３及び第４の窒化物半導体の膜厚を、共に１００オングストローム以下とすると、第３及び第４の各窒化物半導体層の膜厚がいずれも弾性臨界膜厚以下となり、厚膜で成長させる場合や、第３又は第４の窒化物半導体の一方を１００オングストローム以下とした場合に比較してより結晶性の良い窒化物半導体を成長できる。また、両方を７０オングストローム以下にすると、ｎ側第２多層膜層６が超格子構造となり、さらに結晶性の良いｎ側第２多層膜層６を形成することができる。このｎ側第２多層膜層６の上に活性層を成長させると、ｎ側第２多層膜層６がバッファ層のような作用をして、活性層をより結晶性よく成長させることができる。
【００４９】
以上のように、本発明に係るｐ型不純物濃度の異なる３種の層と、前記ｎ側第１多層膜層と前記ｎ側第２多層膜層とを組み合わせると、極めて発光出力が高くＶｆの低い発光素子を実現できる。この理由は定かではないが、ｎ側第２多層膜層上に成長させる活性層の結晶性が良好となるためと考えられる。
【００５０】
また、ｎ側第２多層膜層６では、第４の窒化物半導体層を間に挟んで隣り合う２つの第３の窒化物半導体層間において、それぞれの膜厚は、互いに異なっても、同一であってもよい。
また、ｎ側第２多層膜層６では、第３の窒化物半導体層を間に挟んで隣り合う２つの第４の窒化物半導体層間において、それぞれの膜厚は、互いに異なっても、同一であってもよい。
例えば、第３の窒化物半導体層をＩｎＧａＮとし、第４の窒化物半導体層をＧａＮとした場合、ＩｎＧａＮからなる第３の窒化物半導体層の膜厚を、活性層に近づくに従って次第に厚くしたり、また薄くしたりすることにより、ｎ側第２多層膜層６を、実効的に屈折率が次第に変化する層とすることができる。即ち、実質的に組成傾斜した窒化物半導体層を形成するのと同じ効果が得られる。このようにすると例えばレーザ素子のような光導波路を必要とする素子においては、この多層膜層で導波路を形成して、レーザ光のモードを調整することができる。
【００５１】
さらに、ｎ側第２多層膜層６では、第４の窒化物半導体層を間に挟んで隣り合う２つの第３の窒化物半導体層間において、それぞれの層に含まれるＩＩＩ族元素の組成比を互いに異なるようにしてもよいし、同一にしてもよい。
また、第３の窒化物半導体層を間に挟んで隣り合う２つの第４の窒化物半導体層間において、それぞれの層に含まれるＩＩＩ族元素の組成比を互いに異なるようにしてもよいし、同一にしてもよい。
【００５２】
例えば、第３の窒化物半導体層をＩｎＧａＮとし、第４の窒化物半導体層をＧａＮとした場合、ＩｎＧａＮからなる第３の窒化物半導体層のＩｎの組成比を、活性層に接近するに従って次第に多くしたり、また少なくしたりすることにより、実質的に組成傾斜した窒化物半導体層を形成することができ、多層膜層内部において屈折率を変化させることができる。なおＩｎ組成比が減少するに従い、屈折率は小さくなる。
【００５３】
ｎ側第２多層膜層６は、活性層と離間して形成されていても良いが、最も好ましくは活性層に接して形成されているようにする。活性層に接して形成する方がより出力を向上させることができる。
ｎ側第２多層膜層６が活性層に接して形成されている場合、活性層の最初の層（井戸層、若しくは障壁層）と接する多層膜層は第３の窒化物半導体層でも、第４の窒化物半導体層いずれでも良く、ｎ側第２多層膜層６の積層順序は特に問うものではない。なお、図１ではｎ側第２多層膜層６が、活性層７に接して形成されているが、このｎ側第２多層膜層６と活性層との間に、他のｎ型窒化物半導体よりなる層を有していても良い。
【００５４】
第３の窒化物半導体層はＩｎを含む窒化物半導体とし、好ましくは３元混晶のＩｎｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜１）とし、さらに好ましくはｋ値が０．５以下のＩｎｋＧａ１−ｋＮ、最も好ましくはｋ値が０．２以下のＩｎｋＧａ１−ｋＮとする。一方、第４の窒化物半導体層は第３の窒化物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であれば良く、本発明においてその組成は特に限定されるものではないが、結晶性の良い第４の窒化物半導体を成長させるためには、第３の窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが大きい２元混晶あるいは３元混晶のＩｎｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＜ｋ）を成長させることが好ましく、より好ましくはＧａＮとする。第４の窒化物半導体をＧａＮとすると、全体に結晶性の良い多層膜層が成長できる。すなわち、好ましい組み合わせとしては、第３の窒化物半導体をＩｎｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜１）とし、第４の窒化物半導体をＩｎｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＜ｋ）、好ましくはＧａＮとする組み合わせが挙げられる。更に好ましい組み合わせとしては、第３の窒化物半導体層のｋ値が０．５以下のＩｎｋＧａ１−ｋＮとし、第４の窒化物半導体層をＧａＮとする。
【００５５】
第３および第４の窒化物半導体層は両方ともアンドープとしてもよいし、両方にｎ型不純物がドープされていてもよく、またいずれか一方に不純物がドープ（変調ドープ）されていてもよい。結晶性を良くするためには、両方がアンドープであることが最も好ましく、次に変調ドープ、その次に両方ドープの順である。なお両方にｎ型不純物をドープする場合、第３の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度と、第４の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は異なっていても良い。
また、第３の窒化物半導体層または第４の窒化物半導体層のいずれか一方に、ｎ型不純物がドープされていることを変調ドープと呼ぶが、このような変調ドープをすることにより、出力を高くすることができる。
【００５６】
なおｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等のＩＶ族、ＶＩ族元素を選択することが好ましく、さらに好ましくはＳｉ、Ｓｎを用いる。
ｎ型不純物をドープする場合、不純物濃度は５×１０２１／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０２０／ｃｍ３以下に調整する。５×１０２１／ｃｍ３よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、逆に出力が低下する傾向がある。これは変調ドープの場合も同様である。
【００５７】
本発明において、多重量子井戸構造の活性層７は、Ｉｎ及びＧａを含有する窒化物半導体、好ましくは、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）で形成される。また、活性層７は、ｎ型、ｐ型いずれでもよいが、アンドープ（不純物無添加）とすることが好ましく、これにより強いバンド間発光が得られ発光波長の半値幅を狭くすることができる。活性層７には、ｎ型不純物又はｐ型不純物の一方だけをドープしてもよく、ｎ型不純物及びｐ型不純物の双方をドープするようにしてもよい。この場合、活性層７にｎ型不純物をドープするとアンドープのものに比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができる。活性層７にｐ型不純物をドープするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅＶ低いエネルギー側にピーク波長をシフトさせることができるが、半値幅は広くなる。活性層にｐ型不純物とｎ型不純物との双方をドープすると、前述したｐ型不純物のみドープした活性層の発光強度をさらに大きくすることができる。特にｐ型ドーパントをドープした活性層を形成する場合、活性層の導電型はＳｉ等のｎ型ドーパントをもドープして全体をｎ型とすることが好ましい。結晶性のよい活性層を成長させるには、ノンドープが最も好ましい。
尚、本実施の形態１において、活性層７を単一量子井戸構造とした場合においても、多重量子井戸構造とした場合と比較して発光出力はやや低くなるものの、静電耐圧は同等の良好な特性が得られる。
【００５８】
活性層７の障壁層と井戸層との積層順は、井戸層から積層して井戸層で終わる、井戸層から積層して障壁層で終わる、障壁層から積層して障壁層で終わる、また障壁層から積層して井戸層で終わっても良い。井戸層の膜厚としては１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは５０オングストローム以下に調整する。井戸層の膜厚の下限は、特に限定されないが、１原子層以上、好ましくは１０オングストローム以上とする。井戸層が１００オングストロームよりも厚いと、出力が向上しにくい傾向にある。
一方、障壁層の厚さは２０００オングストローム以下、好ましくは５００オングストローム以下、より好ましくは３００オングストローム以下に調整する。障壁層の膜厚の下限は特に限定されないが、１原子層以上、好ましくは１０オングストローム以上とする。障壁層の膜厚を前記範囲とすると出力を向上させることができる。また、活性層７全体の膜厚はとくに限定されるものではなく、ＬＥＤ素子などの希望の波長等を考慮して、障壁層及び井戸層の各積層数や積層順を調整し活性層７の総膜厚を設定することができる。
【００５９】
本発明において、ｐ型クラッド層８は、ｐ型低濃度ドープ層９とｐ型コンタクト層１０との中間の濃度（中濃度ドープ）となるように、ｐ型不純物を含有してなる多層膜又は単一膜で構成される。
まず、ｐ型クラッド層８が多層膜構造（超格子構造）とした場合（ｐ型多層膜層）について以下に説明する。以下多層膜からなるｐ型クラッド層を多層膜ｐ型クラッド層という。
多層膜ｐ型クラッド層を構成する多層膜としては、Ａｌを含む第１の窒化物半導体層と、その第１の窒化物半導体層と組成の異なる第２の窒化物半導体層とが積層され、さらに第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の少なくとも一方にｐ型不純物を含有したものが挙げられる。以下、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との組成が異なることを、バンドギャップエネルギーが異なるとして説明する。
本発明において、多層膜ｐ型クラッド層８は、バンドギャップエネルギーの大きな第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの小さな第２の窒化物半導体層とが積層されてなる層を用いることができる。第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層の少なくとも一方にｐ型不純物を含有させ、これら第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度は、異なっていても同一であってもよい。
【００６０】
多層膜ｐ型クラッド層８の多層膜を構成する第１、第２の窒化物半導体層の膜厚は、１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは１０〜４０オングストロームの膜厚に調整され、第１窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との膜厚は、同一でも異なっていてもよい。多層膜構造の各膜厚が前記範囲に設定すると、窒化物半導体の弾性臨界膜厚以下となり、厚膜で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒化物半導体が成長でき、また窒化物半導体層の結晶性を良くできる。これによって、ｐ型不純物を添加した場合にキャリア濃度が大きく抵抗率の小さいｐ層が得られ、素子のＶｆ、しきい値を低下させることができる。このような膜厚の２種類の層を１ペアとして複数回積層して多層膜層を形成する。また、一方の層を他方の層より１層多く積層してもよく、例えば、第１の窒化物半導体層から積層し、第１の窒化物半導体層で終わってもよい。そして、多層膜ｐ型クラッド層８の総膜厚の調整は、この第１及び第２の窒化物半導体層の各膜厚を調整し積層回数を調整することにより行う。多層膜ｐ型クラッド層８の総膜厚は、特に限定されないが、２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、より好ましくは５００オングストローム以下であり、総膜厚がこの範囲とすると発光出力を高くでき、Ｖｆを低下させることができる。
第１の窒化物半導体層は少なくともＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌｎＧａ１−ｎＮ（０＜ｎ≦１）を成長させることが望ましく、第２の窒化物半導体は好ましくはＡｌｐＧａ１−ｐＮ（０≦ｐ＜１、ｎ＞ｐ）、ＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ≦１）のような２元混晶、３元混晶の窒化物半導体を成長させることが望ましい。ｐ型クラッド層８を、このような第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層からなる多層膜層とした場合、ｐ型多層膜層のＡｌ組成比というときは、平均の値を示すものとする。また、後述のｐ型低濃度ドープ層９をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）よりなる層とした場合又はＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含む多層構造とした場合は、多層膜ｐ型クラッド層のＡｌ組成比は、ｐ型低濃度ドープ層９のＡｌ組成比より、高くなるように調整されることが、高発光出力とともに良好な静電耐圧等を得る点で好ましい。
さらに、ｐ型クラッド層８を超格子構造とすると、結晶性を良くでき、抵抗率を低くできるので、Ｖｆを低くすることができる。
【００６１】
中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度について以下に説明する。
多層膜ｐ型クラッド層を構成する第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度は、異なっても、同一でもよい。
まず異なる場合について以下に示す。
多層膜ｐ型クラッド層８における第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が異なる場合、すなわち、一方の層の不純物濃度を高く、もう一方の層の不純物濃度を低くする場合、例えば、バンドギャップエネルギーの大きな第１の窒化物半導体層の方のｐ型不純物濃度を高くして、バンドギャップエネルギーの小さな第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を低くする。
または、その逆に、バンドギャップエネルギーの大きな第１の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を低くして、バンドギャップエネルギーの小さな第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度を高くする。
このようにｐ型不純物濃度の異なる第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを形成すると、閾値電圧やＶｆ等を低下させることができる。
この理由は、不純物濃度を高くしたキャリア濃度の高い層と、不純物濃度を低くした移動度の高い層とを同時に多層膜ｐ型クラッド層に存在させることによりキャリア濃度の高い層のキャリアを移動度の高い層で移動させることができるので、その多層膜の抵抗を低くでき、前記のように閾値電圧やＶｆ等を低下させることができるものと考えられる。
尚、このようにｐ型不純物濃度の異なる第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを形成する場合、不純物濃度を低くした層は、アンドープとすることが好ましく、これによつてさらに閾値電圧、Ｖｆ（順方向電圧）等を低下させることができる。
【００６２】
第１と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が異なる場合における第１の窒化物半導体層のｐ型不純物の濃度は、多層膜全体としての平均のｐ型不純物濃度が低濃度ドープ層９より高くｐ型コンタクト層１０より低くなるように調整された値になるようにすればよい。具体的な第１の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度としては、好ましくは５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３、より好ましくは５×１０１８／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲で調整する。
第１の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が５×１０１７／ｃｍ３以上であると、活性層へのキャリアの注入効率が良好となり、発光出力が向上し、Ｖｆが低下する傾向にあり、また１×１０２１／ｃｍ３以下であると、結晶性を良好とし易くなる傾向にある。
【００６３】
一方、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のｐ型不純濃度が異なる場合の第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度としては、第１の窒化物半導体層よりも少なく、ｐ型クラッド層全体としてｐ型低濃度ドープ層９とｐ型コンタクト層１０との不純物濃度の中間の濃度を示すように調整することが好ましい。
具体的な第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度としては、特に限定されないが、好ましくは前記第１の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度の１／１０以下が望ましく、より好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得られる。しかし、第２の窒化物半導体層の膜厚が薄いため、第１の窒化物半導体側から拡散してくるｐ型不純物があり、第２の窒化物半導体層の移動度を考慮する場合は、拡散してくるｐ型不純物の量は１×１０２０／ｃｍ３以下が望ましい。
また、バンドギャップエネルギーが大きい第１の窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギーが小さい第２の窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合も同様である。
【００６４】
次に、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が同一の場合のｐ型不純物の濃度について以下に示す。
この場合の第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度は、ｐ型低濃度ドープ層９とｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物濃度に対して、中濃度ドープの層となるように調整されていればよく、例えば具体的には、前記第１と第２の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が異なる場合の第１の窒化物半導体層にドープされる不純物濃度と同様の範囲の値である。このようにｐ型不純物を第１と第２の窒化物半導体層との濃度が同一となるようにドープすると、前記の濃度が異なる場合に比べて、やや結晶性の劣る傾向があるが、キャリア濃度の高いｐ型クラッド層８を形成し易くなり、出力を向上させるという点では好ましい。
【００６５】
前記ｐ型クラッド層にドープされるｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。
【００６６】
また前記の中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層を構成する隣接している窒化物半導体層同士（第１と第２の窒化物半導体層）のｐ型不純物濃度が異なる場合、ｐ型不純物が高濃度にドープされる窒化物半導体層は、厚さ方向に対し、窒化物半導体層中心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい（好ましくはアンドープ）とすることが、抵抗率を低下させるのに望ましい。
【００６７】
次に、中濃度ドープのｐ型クラッド層８が、ｐ型不純物を含むＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦１）よりなる単一層からなる場合について以下に説明する。以下単一膜からなるｐ型クラッド層を単一膜ｐ型クラッド層という。
本発明において、単一膜ｐ型クラッド層８は、前記の如くＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦１）よりなる窒化物半導体である。また後述のｐ型低濃度ドープ層９が、ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）よりなる場合、単一膜ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比は、ｐ型低濃度ドープ層９のＡｌ組成比より高くなるように調整されることが、高発光出力を得るとともに良好な静電耐圧等を得る上で好ましい。また、単一膜ｐ型クラッド層がＡｌを含まない場合、Ａｌを含む場合に比べて、やや発光出力が低下するが、静電耐圧はＡｌを含む場合とほぼ同等の良好なものにできる。
【００６８】
単一膜ｐ型クラッド層８の膜厚は、特に限定されないが、発光出力を向上させ、Ｖｆを低くするために、好ましくは２０００オングストローム以下、より好ましくは１０００オングストローム以下とし、さらに好ましくは５００〜１００オングストロームとする。
【００６９】
単一膜ｐ型クラッド層８のｐ型不純物の濃度としては、前記多層膜ｐ型クラッド層の場合と同様に中濃度ドープとなるように、好ましくは５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３、より好ましくは５×１０１８／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲で調整する。不純物濃度を前記範囲とすると、良好なｐ型膜ができ、中濃度ドープの単一膜ｐ型クラッド層とでき、発光出力の向上の点で好ましい。
また、単一膜ｐ型クラッド層８は、前記多層膜構造のｐ型クラッド層に比べ、結晶性はやや劣るもののほぼ同様に良好となり、またこの単一膜ｐ型クラッド層８は、単一膜であるので製造工程の簡易化が可能となり、量産する場合に好ましい。
【００７０】
次に、本発明において、ｐ型不純物を低濃度でドープしたｐ型低濃度ドープ層９は、一般式ＩｎｒＡｌｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｒ＋ｓ＜１）で表される種々の窒化物半導体を用いて形成することができるが、好ましくはＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）又はＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０≦ｓ＜１）で表される３元混晶の窒化物半導体、より好ましくは結晶性の点から２元混晶のＧａＮよりなる窒化物半導体を用いて形成する。すなわち、ＧａＮを用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成すると、その層９の結晶性を良好にでき、より高い静電耐圧特性を得ることができる。ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０≦ｓ＜１）で表される３元混晶の窒化物半導体を用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成する場合、Ａｌ組成比（多層膜とする場合は、平均のＡｌ組成比）が前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比又はｐ型単一膜層のＡｌ組成比（ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比）より小さい窒化物半導体を用いることが好ましく、このようにすると、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑えることができ、ＧａＮを用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成した場合と同等の良好な発光出力及び高い静電耐圧特性を得ることができる。
また、ｐ型低濃度ドープ層を、ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）よりなり且つＡｌ組成比がｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さい窒化物半導体で形成すると、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を、ＧａＮを用いてｐ型低濃度ドープ層を形成した場合に比較して、薄い膜厚でＧａＮを用いた場合と同等の良好な発光出力及び高い静電耐圧特性を得ることができ、ＧａＮを用いた場合に比較して製造時間の短縮が可能となる。
【００７１】
また、本実施の形態１において、ｐ型低濃度ドープ層９は、互いに組成の異なる２つの窒化物半導体が積層されてなる多層膜としてもよく、このようにしても、単層で形成した場合と同様の特性が得られる。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層で構成する場合、一方の窒化物半導体層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とし、ｐ型低濃度ドープ層９の平均のＡｌ組成比が、ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さくすることが好ましい。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層で構成する場合、一方の窒化物半導体層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とし、他方の窒化物半導体層をＧａＮ層ととして、ｐ型低濃度ドープ層９の平均のＡｌ組成比が、ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さくすることがさらに好ましい。
このように、ｐ型低濃度ドープ層９をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含む多層膜又は、ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とＧａＮ層からなる多層膜とした場合、Ａｌを含むｐ型低濃度ドープ層９の結晶性を良好にでき、高い静電耐圧特性を得ることができる。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層膜とする場合、結晶性を良くするために、各層の膜厚は、好ましくは１００オングストローム以下、数オングストローム以上とする。
【００７２】
本発明において、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚は、良好な発光出力と良好な静電耐圧を得るために、好ましくは１００〜１００００オングストローム、より好ましくは５００〜８０００オングストローム、さらに好ましくは１０００〜４０００オングストロームに設定する。
また、ｐ型低濃度ドープ層９をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）よりなり且つＡｌ組成比がｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さい窒化物半導体で形成した場合、又はＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含んでなり且つＡｌ組成比がｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さい窒化物半導体で形成した場合、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚は、好ましくは１００〜１００００オングストローム、より好ましくは、３００〜５０００オングストローム、よりいっそう好ましくは３００〜３０００オングストロームに設定する。ｐ型低濃度ドープ層９をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）よりなり且つＡｌ組成比がｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さい窒化物半導体で形成した場合、他の場合に比較して、膜厚を薄くしても良好な効果を得ることができる。
【００７３】
本発明において、ｐ型低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度は、前記したようにｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物濃度より低くなるように調整されていればよい。
【００７４】
このように、ｐ型コンタクト層１０とｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度よりも、低濃度ドープの層としてｐ型低濃度ドープ層９を、ｐ型コンタクト層１０とｐ型クラッド層８との間に形成することにより、発光出力の向上と共に、静電耐圧を良好にすることができる。
【００７５】
低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度としては、前記のように隣接する層とのｐ型不純物濃度の関係が形成されているならば特に限定されないが、静電耐圧を高くするために、図３に示すように、好ましくは、１×１０１９／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８／ｃｍ３以下とする。低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度の下限値は特に限定されるものではなく、アンドープであってもよい。しかしながら、低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度は、その層９を成長させるときのｐ型不純物のドープ量と、ｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度及びｐ型低濃度ドープ層９の膜厚とに応じてｐ型不純物濃度が決定される。従って、ｐ型低濃度ドープ層９をｐ型不純物をドープしながら形成した場合においても、ｐ型クラッド層８等からのｐ型不純物の拡散により、ｐ型低濃度ドープ層９におけるｐ型不純物濃度は、実施の形態２の図２と同様の傾向を有する濃度分布を示し、濃度の低いボトム領域が形成され、そのボトム領域の最小ｐ型不純物濃度は、例えば、５×１０１７／ｃｍ３以上とすることが好ましい。
【００７６】
次に、本発明において、ｐ型不純物の高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０は、前記低濃度ドープ層９と同様に、一般式ＩｎｒＡｌｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｒ＋ｓ＜１）で表される窒化物半導体を用いて形成することができるが、結晶性の良好な層を形成するために、好ましくは３元混晶の窒化物半導体、より好ましくはＩｎ、Ａｌを含まない二元混晶のＧａＮからなる窒化物半導体とする。更にｐ型コンタクト層１０をＩｎ、Ａｌを含まない２元混晶とすると、ｐ電極１１とのオーミック接触をより良好とでき、発光効率を向上させることができる。
ｐ型コンタクト層１０の膜厚は、Ｖｆを低下させかつ静電耐圧を向上させるために、好ましくは、０．００１〜０．５μｍとし、より好ましくは０．０１〜０．３μｍ、よりいっそう好ましくは０．０５〜０．２μｍとする。
【００７７】
また、高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物としては、ｐ型クラッド層と同様の種々のｐ型不純物を用いることができるが、好ましくはＭｇとする。ｐ型コンタクト層１０にドープするｐ型不純物がＭｇとすると、ｐ型特性が容易に得られ、またオーミック接触を容易に形成することができる。ｐ型コンタクト層１０の不純物濃度は、特に限定されるものではなく、ｐ型クラッド層８と低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度より高く設定すればよい。しかしながら、本発明において、ｐ型コンタクト層１０の不純物濃度は、Ｖｆを低くするために、好ましくは、１×１０１８〜５×１０２１／ｃｍ３、好ましくは５×１０１９〜３×１０２０／ｃｍ３、より好ましくは１×１０２０／ｃｍ３程度とする。
【００７８】
また、ｎ電極１２はｎ側コンタクト層４上に、ｐ電極はｐ型不純物の高濃度ドープのｐ側コンタクト層１０上に、それぞれ形成されている。ｎ電極及びｐ電極の材料は、本発明の構成上、特に限定されるものではないが、例えばｎ電極としてはＷ／Ａｌ、ｐ電極としてはＮｉ／Ａｕなどを用いることができる。
【００７９】
実施の形態２．
以下、本発明に係る実施の形態２について説明する。
本実施の形態２の窒化物半導体素子は、本発明に係る第２の窒化物半導体素子に関係した素子である。
本実施の形態２は、ｐ型低濃度ドープ層９をアンドープの層として形成することによりｐ型低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度をｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０より低濃度でかつそのｐ型低濃度ドープ層９における最小ｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるように設定したこと以外は、実施の形態１と同様に構成される。
尚、本実施の形態２におけるｐ型クラッド層８が、第２の窒化物半導体素子における第１ｐ型層に対応する。
すなわち、本実施の形態２では、ｐ型低濃度ドープ層９をアンドープの層として形成することにより、ｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０からｐ型不純物をｐ型低濃度ドープ層９に拡散させ、そのｐ型低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度をｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０より低濃度でかつそのｐ型低濃度ドープ層９における最小ｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるように設定している。
【００８０】
ここで、最小ｐ型不純物濃度とは、図２に示すｐ型不純物濃度分布曲線５０の最小濃度点５１における濃度をいい、本実施の形態２においてこの最小ｐ型不純物濃度は、後述するように主としてｐ型低濃度ドープ層９の膜厚により調整する。また、図２は、ｐ型低濃度ドープ層９の不純物濃度を、ｐ型コンタクト層１０およびｐ型クラッド層８からのｐ型不純物の拡散により設定した場合の、ｐ型コンタクト層１０の表面からの深さに対するｐ型不純物の濃度を示すグラフであり、濃度分布の実測値に基いて模式的に描いたものである。
【００８１】
このようにｐ型低濃度ドープ層９のｐ型不純物の濃度分布が隣接の層からの拡散によって決定される場合、ｐ型低濃度ドープ層９内のｐ型不純物濃度は、図２に示すように、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層との各接合面から厚さ方向に離れるに従ってそれぞれ減少する分布（ｐ型不純物濃度分布）を示す。そしてそのｐ型不純物濃度分布曲線５０において、ｐ型クラッド層との接合面及びｐ型コンタクト層との接合面の間に不純物濃度の最小点（最小ｐ型不純物濃度５１）が形成される。
【００８２】
尚、図２の分布曲線５０において、ｐ型低濃度ドープ層９とｐ型コンタクト層との接合面から濃度最小点までの変化は、ｐ型低濃度ドープ層９とｐ型クラッド層との接合面から濃度最小点までの変化に比較して極めて急峻である。
従って、ｐ型低濃度ドープ層９の濃度分布において、その濃度最小点は、ｐ型低濃度ドープ層９内においてｐ型コンタクト層に近接して形成される。
このようにｐ型低濃度ドープ層９において、ｐ型コンタクト層１０側の濃度勾配とｐ型クラッド層側の濃度勾配とが異なる理由は、ｐ型クラッド層側における濃度勾配がｐ型低濃度ドープ層９の成長中における拡散によるものであるのに対し、ｐ型コンタクト層１０側の濃度勾配が成長後のｐ型低濃度ドープ層９への拡散によるものであるという違いに起因するものと考えられる。
【００８３】
以上のように隣接する層からのｐ型不純物の拡散によりｐ型低濃度ドープ層９の不純物濃度を設定する場合、その不純物濃度は、隣接層の濃度や、ｐ型低濃度ドープ層自身若しくは隣接層の成長温度、膜厚、成長レート等の影響をうけ、それらの各条件を適宜選択することにより調整する必要がある。
しかしながら、ｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物濃度は、素子の要求特性に従ってある所定の範囲に設定されるものであることから、本実施の形態２において、ｐ型低濃度ドープ層９の不純物濃度は、主として、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を調整することにより設定される。例えば、ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度を同一としても、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚が厚くなるとｐ型低濃度ドープ層９の最低濃度値を低くできる。
【００８４】
言いかえれば、本実施の形態２の窒化物半導体素子において、ｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度およびｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度を考慮して、ｐ型低濃度ドープ層９におけるｐ型不純物濃度分布の最小ｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるように、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚は設定される。
また、低濃度ドープ層９の最低ｐ型不純物濃度をより低くしようとすればｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を厚くすればよいが、低濃度ドープ層９の最低のｐ型不純物濃度は、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚が厚くなり過ぎないように例えば５×１０１７／ｃｍ３以上に設定することが好ましい。
尚、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を厚くすると、ｐ型低濃度ドープ層９におけるｐ型不純物濃度分布の不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になる領域（ボトム領域）が広くなるが、本発明では、この広いボトム領域を有していても良好な結果が得られることはいうまでもない。
【００８５】
以上のように構成された実施の形態２の窒化物半導体素子は、ｐ型低濃度ドープ層９をアンドープとして形成することにより、ｐ型クラッド層８、ｐ型低濃度ドープ層９及びｐ型コンタクト層１０の３層間におけるｐ型不純物濃度の関係を、中濃度ドープ、低濃度ドープ、高濃度ドープとなるように容易に調整することができ、これによって、実施の形態１と同様に、発光出力の向上と共に静電耐圧を高くすることができる。
このように本実施の形態２において、静電耐圧を高くすることができる理由は、実施の形態１において静電耐圧を高くすることができる理由と同様の理由、すなわち、ｐ型低濃度ドープ層９が抵抗率の高い層となっていることによるものと思われる。
【００８６】
尚、本実施の形態２において、実施の形態１と同様、ｐ型低濃度ドープ層９は、一般式ＩｎｒＡｌｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｒ＋ｓ＜１）で表される窒化物半導体を用いて形成することができるが、好ましくはＩｎｒＧａ１−ｒＮ（０≦ｒ＜１）又はＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０≦ｓ＜１）で表される３元混晶の窒化物半導体、より好ましくは結晶性の点から２元混晶のＧａＮよりなる窒化物半導体を用いて形成する。すなわち、ＧａＮを用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成すると、その層９の結晶性を良好にでき、より高い静電耐圧特性を得ることができる。ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０≦ｓ＜１）で表される３元混晶の窒化物半導体を用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成する場合は、Ａｌ組成比が前記ｐ型多層膜層の平均のＡｌ組成比又はｐ型単一膜層のＡｌ組成比（ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比）より小さい窒化物半導体を用いることが好ましく、このようにすると、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑えることができ、ＧａＮを用いてｐ型低濃度ドープ層９を形成した場合と同等の良好な発光出力及び高い静電耐圧特性を得ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態２において、ｐ型低濃度ドープ層９は、互いに組成の異なる２つの窒化物半導体が積層されてなる多層膜としてもよく、このようにしても、単層で形成した場合と同様の特性が得られる。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層で構成する場合、一方の窒化物半導体層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とし、ｐ型低濃度ドープ層９の平均のＡｌ組成比が、ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さくすることが好ましい。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層で構成する場合、一方の窒化物半導体層をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とし、他方の窒化物半導体層をＧａＮ層ととして、ｐ型低濃度ドープ層９の平均のＡｌ組成比が、ｐ型クラッド層８のＡｌ組成比より小さくすることがさらに好ましい。
このように、ｐ型低濃度ドープ層９をＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層を含む多層膜又は、ＡｌｓＧａ１−ｓＮ（０＜ｓ＜０．５）層とＧａＮ層からなる多層膜とした場合、Ａｌを含むｐ型低濃度ドープ層９の結晶性を良好にでき、高い静電耐圧特性を得ることができる。
また、ｐ型低濃度ドープ層９を多層膜とする場合、結晶性を良くするために、各層の膜厚は、好ましくは１００オングストローム以下、数オングストローム以上とする。
【００８８】
尚、本発明においては、ｐ型低濃度ドープ層９を成長させる際にｐ型不純物をドープして成長させてもよい。
また、ｐ型低濃度ドープ層９の成長の際にｐ型不純物をドープして成長させた場合においても、ｐ型低濃度ドープ層９の不純物濃度が、図２のｐ型不純物分布曲線と同様のカーブを描き、かつその最小ｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるようにドープ量を比較的低い値に設定すると、本実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８９】
以上の実施の形態２において、上述したｐ型低濃度ドープ層９以外の他の半導体層に関する好ましい構成（多層又は単層構成、組成及び不純物濃度等）は、実施の形態１と同様であり、その構成により得られる作用効果も実施の形態１と同様である。
【００９０】
すなわち、本実施の形態において、例えば、活性層７は、多重量子井戸構造としてもよいし、単一量子井戸構造としてもよい。
本実施の形態２において、活性層７を単一量子井戸構造として素子を構成した場合、多重量子井戸構造とした場合と比較して発光出力はやや低くなるものの、静電耐圧は同等の良好な特性が得られる。
【００９１】
以上の実施の形態２の窒化物半導体素子では、本発明における好ましい形態として、ｐ型クラッド層８、ｐ型低濃度ドープ層９及びｐ型コンタクト層１０の３層間におけるｐ型不純物濃度の関係を、中濃度ドープ、低濃度ドープ、高濃度ドープとした場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、少なくともｐ型低濃度ドープ層９のｐ型不純物濃度を、ｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０より低く設定し、かつそのｐ型低濃度ドープ層９における最小ｐ型不純物濃度が１×１０１９／ｃｍ３未満になるようにすればよい。すなわち、本発明において、ｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度とｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物濃度は同一でもよいし、ｐ型クラッド層８のｐ型不純物濃度をｐ型コンタクト層１０のｐ型不純物濃度より高くしても良い。
このように構成しても、単一量子井戸構造の活性層を用いた素子においては、静電耐圧を高くすることができ、多重量子井戸構造の活性層を用いた素子においては、発光出力及び静電耐圧をともに高くすることができる。
また、本発明に係る窒化物半導体素子は、ｐ側の層をｐ型化して低抵抗とするために、アニーリング処理を行っている。アニーリング処理としては、特許第２５４０７９１号に記載されているように、気相成長法により、ｐ型不純物がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた後、実質的に水素を含まない雰囲気中、４００℃以上の温度で熱処理を行い、ｐ型不純物がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体から水素を出すことにより、ｐ型にする方法が挙げられる。
【００９２】
【実施例】
以下に本発明に係る実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
図１を元に実施例１について説明する。
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
【００９３】
（バッファ層２）
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２を約１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９４】
（アンドープＧａＮ層３）
バッファ層２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層３を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００９５】
（ｎ型コンタクト層４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を２．２６５μｍの膜厚で成長させる。
【００９６】
（ｎ型第１多層膜層５）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮからなる下層５ａを２０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなる中間層５ｂを３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層５ｃを５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚２３５０オングストロームの第１多層膜層５を成長させる。
【００９７】
（ｎ型第２多層膜層６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第４の窒化物半導体層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第４＋第３の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第４の窒化物半導体層を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ型第２多層膜層６を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９８】
（活性層７）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
【００９９】
（中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８）
次に、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いＭｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる第２の窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第１＋第２の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第１の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ側多層膜クラッド層８を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１００】
（低濃度ドープのｐ型低濃度ドープ層９）
続いて、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型低濃度ドープ層９を２０００オングストロームの膜厚で成長させる。この低濃度ドープ層９は、成長時はアンドープとして成長させるが、中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８にドープされているＭｇが、低濃度ドープ層９を成長する間に拡散し、さらに下記の高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０を成長させる際にＭｇが拡散し、低濃度ドープ層９はｐ型を示す。
この低濃度ドープ層９のＭｇ濃度は、最も濃度が低い部分では、２×１０１８／ｃｍ３となる。また低濃度ドープ層９のＭｇ濃度の変化は、図２に示すように、ｐ型クラッド層８に接している部分ではｐ型クラッド層のＭｇ濃度とほぼ同様の値を示すが、ｐ型クラッド層８から離れるに従い徐々に減少し、ｐ型コンタクト層１０と接近している付近（ｐ型コンタクト層１０を成長させる直前）でのＭｇ濃度がほぼ最低値を示す。
【０１０１】
（高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０）
続いて、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０を１２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１０２】
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【０１０３】
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１０の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ型コンタクト層１０側からエッチングを行い、図１に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させる。
【０１０４】
エッチング後、最上層にあるｐ型コンタクト層１０のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極１１と、そのｐ電極１０の上にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１２を０．５μｍの膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ型コンタクト層４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１２を形成してＬＥＤ素子とした。
【０１０５】
このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．５Ｖで、従来の多重量子井戸構造のＬＥＤ素子に比較して、Ｖｆで１．０Ｖ近く低下し、出力は２．０倍以上に向上した。更に、得られたＬＥＤの静電耐圧をＬＥＤ素子のｎ層及びｐ層の各電極より逆方向に徐々に電圧を加え測定したところ、従来の１．５倍以上となり、また順方向に電圧を加えたところ、従来の２倍以上となり良好な結果が得られた。
【０１０６】
なお、従来のＬＥＤ素子の構成は、ＧａＮよりなる第１のバッファ層の上に、アンドープＧａＮよりなる第２のバッファ層、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、実施例１と同一の多重量子井戸構造よりなる活性層、単一のＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層、ＭｇドープＧａＮからなるｐ側コンタクト層を順に積層したものである。
【０１０７】
［実施例２］
実施例１において、活性層７を以下のように変える他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、順方向電流２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの純青色発光を示し、実施例１と同様に良好な結果が得られる。
【０１０８】
［実施例３］
実施例１において、活性層７を以下のように変える他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を６層、井戸層を５層、交互に積層して、総膜厚１６５０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、順方向電流２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの純青色発光を示し、実施例１と同様に良好な結果が得られる。
【０１０９】
［実施例４］
実施例１において、活性層７を以下のように変える他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３５Ｇａ０．６５Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、順方向電流２０ｍＡにおいて、５００ｎｍの青緑色発光を示し、実施例１と同様に良好な結果が得られる。
【０１１０】
［実施例５］
実施例１において、活性層７を以下のように変える他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３５Ｇａ０．６５Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を４層、井戸層を３層、交互に積層して、総膜厚１０９０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、順方向電流２０ｍＡにおいて、５００ｎｍの青緑色発光を示し、実施例１と同様に良好な結果が得られる。
【０１１１】
［実施例６］
実施例１において、ｎ側第２多層膜層６を成長させない他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１に比べやや素子特性及び発光出力が低いものの、静電耐圧は実施例１とほぼ同様に良好となる。
【０１１２】
［実施例７］
実施例１において、多層膜ｐ型クラッド層８を以下のように変える他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（単一膜ｐ型クラッド層８）
温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる単一膜ｐ型クラッド層８を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、クラッド層を超格子とせず単一の層として成長させているが、その他の層構成との組み合わせにより、実施例１よりやや発光出力などの性能が劣るものの、静電耐圧はほぼ同様に良好な結果が得られる。また、単一層とすると、多層膜層にする場合に比べ製造工程が簡易化でき好ましい。
【０１１３】
［実施例８］
実施例１において、ｎ型コンタクト層４とｎ型第１多層膜層５を以下のように各膜厚を変更する他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（ｎ型コンタクト層４）
実施例１のｎ型コンタクト層４において、膜厚を２．１６５μｍとする他は同様にして、ｎ型コンタクト層４を成長させる。
（ｎ型第１多層膜層５）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮからなる下層５ａを３０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなる中間層５ｂを３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層５ｃを５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５０の第１多層膜層５を成長させる。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られる。
【０１１４】
［実施例９］
実施例８において、ｎ型コンタクト層４の膜厚を４．１６５μｍとして、アンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層４及びｎ型第１多層膜層５の合計の膜厚を６．０μｍとする他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、静電耐圧が実施例８よりやや良好となるが、実施例８とほぼ同等の特性を示し、良好な結果が得られる。
【０１１５】
［実施例１０］
実施例８において、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を３０００オングストロームにし、ｐ型低濃度ドープ層９のＭｇ濃度がほぼ１×１０１８／ｃｍ３となる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８と同様に良好な結果が得られる。
【０１１６】
［実施例１１］
実施例８において、中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８の第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層のＭｇ濃度を１×１０１９／ｃｍ３とし、高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０のＭｇ濃度を５×１０１９／ｃｍ３とし、更に低濃度ドープ層９のＭｇ濃度がほぼ１×１０１８／ｃｍ３となる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は実施例８と同様に良好な結果が得られる。
【０１１７】
［実施例１２］
実施例８において、中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８の第１の窒化物半導体層のＭｇ濃度を５×１０１９／ｃｍ３にし、第２の窒化物半導体層をアンドープとし、不純物濃度の異なる第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とから多層膜ｐ型クラッド層８を形成する他は同様にしてＬＥＤ素子を製造する。中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８全体の平均Ｍｇ濃度は２×１０１９／ｃｍ３となり、隣接の低濃度ドープ層９のＭｇ濃度の最低値は３×１０１８／ｃｍ３となり、高濃度ドープのｐ型コンタクト層１０のＭｇ濃度は１×１０２０／ｃｍ３となる。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【０１１８】
［実施例１３］
実施例１において、ｐ型低濃度ドープ層９を、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、膜厚１０００オングストロームのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型低濃度ドープ層９を成長させる他は同様にしてＬＥＤ素子を製造する。ｐ型低濃度ドープ層９の最も濃度の低い部分のＭｇ濃度は、ｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層１０より低濃度である。
得られたＬＥＤは、実施例１とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【０１１９】
［実施例１４］
実施例１において、ｐ型低濃度ドープ層９の成長の際に、ＴＭＧ、Ｃｐ２Ｍｇ、アンモニアを用い、最も濃度が低い部分のＭｇ濃度が８×１０１８／ｃｍ３となるようにＣｐ２Ｍｇのガスの流量を調整して、膜厚２０００オングストロームのＧａＮからなるｐ型低濃度ドープ層９を成長させる他は同様にしてＬＥＤ素子を製造する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【０１２０】
［実施例１５］
実施例８において、ｐ型低濃度ドープ層９の膜厚を１０００オングストロームにし、ｐ型低濃度ドープ層９の最も濃度が低い部分のＭｇ濃度がほぼ６．４×１０１８／ｃｍ３となる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【０１２１】
［実施例１６］
実施例８において、ｎ型コンタクト層４の膜厚を、５．１６５μｍ、７．１６５μｍとし、アンドープＧａＮ層３、ｎ型コンタクト層４及びｎ型第１多層膜層５の合計の膜厚をそれぞれ７．０μｍ、９．０μｍとする他は同様にして２種のＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、静電耐圧が実施例８よりやや良好となるが、いずれも実施例８とほぼ同等の特性を示し、良好な結果が得られる。
【０１２２】
［実施例１７］
実施例８において、中濃度ドープの多層膜ｐ型クラッド層８をアンドープのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる第１の窒化物半導体層と、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる第２の窒化物半導体層とからなる多層膜とする他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同等の特性を示す。
【０１２３】
［実施例１８］
実施例８において、ｎ型第１多層膜層５が、アンドープＧａＮからなる３０００オングストロームの膜厚の下層５ａと、４．５×１０１８／ｃｍ３ドープした３００オングストロームの膜厚のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる中間層５ｂと、アンドープＧａＮからなる５０オングストロームの膜厚の上層５ｃとを成長させてなる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られる。
【０１２４】
［実施例１９］
実施例８において、ｎ型第１多層膜層５が、アンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる３０００オングストロームの膜厚の下層５ａと、４．５×１０１８／ｃｍ３ドープした３００オングストロームの膜厚のＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる中間層５ｂと、アンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる５０オングストロームの膜厚の上層５ｃとを成長させてなる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られる。
【０１２５】
［実施例２０］
実施例８において、ｎ側第１多層膜層５が、アンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる３０００オングストロームの膜厚の下層５ａと、４．５×１０１８／ｃｍ３ドープした３００オングストロームの膜厚のＧａＮからなる中間層５ｂと、アンドープＧａＮからなる５０オングストロームの膜厚の上層５ｃとを成長させてなる他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同等の特性を有し、良好な結果が得られる。
【０１２６】
［実施例２１］
実施例８において、ｎ側コンタクト層４を、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの膜厚４．１６５μｍとする他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例８とほぼ同等の特性を示す。
【０１２７】
［実施例２２］
実施例１において、ｎ型第１多層膜層５に変えて、アンドープのＧａＮからなる膜厚１５００オングストロームの単一アンドープ層を形成する他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１に比べてやや静電耐圧が低下する傾向があるが、ほぼ同等の素子特性を示す。
【０１２８】
［実施例２３］
実施例１において、ｎ型第２多層膜層６を、アンドープのＧａＮよりなる第４の窒化物半導体層と、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第３の窒化物半導体層とからなる多層膜とする他は同様にしてＬＥＤ素子を作製する。
得られたＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同等の素子特性を示す。
【０１２９】
［実施例２４］
実施例２４では、実施例１において、ｐ型低濃度ドープ層を、膜厚５０オングストロームのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと膜厚５０オングストロームのアンドープＧａＮを交互に積層することにより全体の膜厚が２０００オングストロームになるように形成した以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このようにして作製した実施例２４のＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同等の素子特性を示していた。
【０１３０】
［実施例２５］
実施例２５では、実施例１において、ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度を１×１０２０／ｃｍ３、ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度を１×１０１９／ｃｍ３とし、かつｐ型低濃度ドープ層の最も濃度が低い部分を１×１０１９／ｃｍ３未満とした以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このようにして作製した実施例２５のＬＥＤ素子は、実施例１とほぼ同等の素子特性を示していた。
【０１３１】
［実施例２６］
実施例２６では、実施例１において、ｐ型クラッド層（第１ｐ型層）８を、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープした３００オングストロームの厚さのＧａＮで形成し、ｐ型低濃度ドープ層を、膜厚２０００オングストロームのアンドープＧａＮを用いて形成した以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このようにして作製した実施例２６のＬＥＤ素子は、実施例１に比較して発光出力は少し劣るが静電耐圧はほぼ同等の素子特性を示していた。
【０１３２】
［実施例２７］
実施例２７では、実施例１において、ｐ型クラッド層（第１ｐ型層）８を、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープした３００オングストロームの厚さのＧａＮで形成し、ｐ型低濃度ドープ層を、膜厚２０００オングストロームのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを用いて形成した以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このようにして作製した実施例２７のＬＥＤ素子は、実施例１に比較して発光出力は少し劣るが静電耐圧はほぼ同等の素子特性を示していた。
【０１３３】
［実施例２８］
実施例２８では、実施例９において、活性層７及びｐ型低濃度ドープ層９を次のように形成した以外は、実施例９と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を６層、井戸層を５層、交互に積層して、総膜厚１６５０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
（ｐ型低濃度ドープ層９）
ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｐ型低濃度ドープ層９を２０００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ型低濃度ドープ層９の最もＭｇ濃度が低い部分の濃度は、２×１０１８／ｃｍ３である。
このようにして作製した実施例２８のＬＥＤ素子は、実施例９と同様の良好な素子特性を有していた。
【０１３４】
［実施例２９］
実施例２９では、実施例２８において、活性層７を次のように形成した以外は、実施例２８と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．３５Ｇａ０．６５Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
以上のようにして作製された実施例２９のＬＥＤ素子は、実施例２８と同等の良好な素子特性を有していた。
【０１３５】
［実施例３０］
実施例３０では、実施例２８において、活性層７を次のように形成した以外は、実施例２８と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層７）
アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層７を成長させる。
以上のようにして作製された実施例３０のＬＥＤ素子は、実施例２８と同等の良好な素子特性を有していた。
【０１３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る第１の窒化物半導体素子によれば、多重量子井戸構造の活性層を用い素子において発光出力及び静電耐圧を向上させることができ、種々の応用製品への適用範囲の拡大が可能な窒化物半導体発光素子を提供することができる。
また、本発明に係る第２の窒化物半導体素子によれば、静電耐圧を向上させることができ、静電気による劣化の少ない窒化物半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＬＥＤ素子の構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の低濃度ドープ層と、その層に隣接する中濃度ドープのｐ型クラッド層及び高濃度ドープのｐ型コンタクト層内のｐ型不純物濃度の変化の分布について、変化の様子を示した模式的なグラフである。
【図３】ｐ型低濃度ドープ層の不純物濃度に対する平均破壊耐圧（１００個のサンプルの平均）を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板
２・・・バッファ層
３・・・アンドープＧａＮ層
４・・・ｎ型コンタクト層
５・・・ｎ型第１多層膜層
５ａ・・・アンドープの下層
５ｂ・・・ｎ型不純物ドープの中間層
５ｃ・・・アンドープの上層
６・・・ｎ型第２多層膜層
７・・・活性層
８・・・中濃度ドープのｐ型クラッド層
９・・・低濃度ドープのｐ型低濃度ドープ層
１０・・・高濃度ドープのｐ型コンタクト層
１１・・・ｐ電極
１２・・・ｎ電極
【図１】
0003551101.tif 000002
【図２】
0003551101.tif 000003
【図３】
0003551101.tif 000004