(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法において、
前記ｐ型半導体層を形成する工程は、
前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、
前記電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、
前記窒素キャリアガス供給工程後に、前記電子ブロック層の上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト層形成工程と、
を有し、
前記第２ｐ型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記障壁層はＡｌbＧａ1-bＮ（０．３５≦ｂ≦０．９５）であり、前記電子ブロック層はＡｌzＧａ1-zＮ（ｂ＜ｚ≦１）であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記窒素キャリアガス供給工程は、ＡｌおよびＧａの原料ガスの供給を停止した状態で行う、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記窒素キャリアガス供給工程は、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給して、前記電子ブロック層の直上かつ前記第２のｐ型コンタクト層の直下に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．１）からなり、０ｎｍ超え３０ｎｍ以下の厚みを有する第１のｐ型コンタクト層を形成する、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記発光層から放射される光が、中心波長が３２０ｎｍ以下の深紫外光である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記ｐ型半導体層を形成する工程は、
前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、
前記電子ブロック層の直上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．１）からなる第１のｐ型コンタクト層を形成する第１ｐ型コンタクト層形成工程と、
前記第１のｐ型コンタクト層の直上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト層形成工程と、
を有し、
前記第１ｐ型コンタクト層形成工程は、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記第２ｐ型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、
前記障壁層はＡｌbＧａ1-bＮ（０．４≦ｂ≦０．９５）であり、前記電子ブロック層はＡｌzＧａ1-zＮ（ｂ＜ｚ≦１）であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のｐ型コンタクト層の厚みは前記第２のｐ型コンタクト層の厚みよりも小さい、請求項５に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１のｐ型コンタクト層の厚みは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項５または６に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記発光層から放射される光が、中心波長が３００ｎｍ以下の深紫外光である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記電子ブロック層形成工程後に、有機金属ガスを流さないで窒素を主成分とするキャリアガスを流す工程を含む、請求項５〜８のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体発光素子の製造方法およびIII族窒化物半導体発光素子に関し、特に、素子の寿命を向上させることができるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法およびIII族窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等とＮとの化合物からなるIII族窒化物半導体は、紫外光発光素子の材料として用いられている。中でも、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮからなるIII族窒化物半導体は、紫外発光素子や発光波長３００ｎｍ以下の深紫外光発光素子（ＤＵＶ−ＬＥＤ）に用いられている。
【０００３】
発光素子に要求される特性として、例えば高外部量子効率特性や低抵抗特性が挙げられる。特許文献１には、量子井戸構造の発光層とｐクラッド層との間に、電子ブロック層と呼ばれる電子のエネルギー障壁となる層を形成することにより、発光効率を高めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０５７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法で作製された発光素子は、優れた発光強度を有しているものの、その寿命に改善の余地を有していた。そこで、本発明の目的は、素子の寿命を向上させることができるIII族窒化物半導体発光素子の製造方法およびIII族窒化物半導体発光素子を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。その結果、電子ブロック層の上にｐ型クラッド層を設けずにｐ型コンタクト層を設け、このｐ型コンタクト層を２層構造として、電子ブロック層の直上に、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて第１のｐ型コンタクト層を形成し、第１のｐ型コンタクト層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて第２のｐ型コンタクト層を形成することが極めて有効であることを見出した。
【０００７】
本発明者らは、上記方法において素子の寿命を向上させているのは、電子ブロック層上に２層構造のｐ型コンタクト層を形成したこと自体によるものではなく、電子ブロック層を形成した後、電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給して、電子ブロック層の表面を窒素含有雰囲気下に置いたことによるものであることを見出した。
【０００８】
本発明者らはさらに、上記窒素を主成分とするキャリアガスの供給時には、ｐ型コンタクト層（第１のｐ型コンタクト層）はむしろ形成させない（すなわち、III族元素ガスを供給しない）方が寿命向上の観点では好ましいことを見出した。すなわち、電子ブロック層の表面を窒素含有雰囲気下に置いた後には、水素を主成分とするキャリアガスを用いてｐ型コンタクト層（第２のｐ型コンタクト層）を形成することにより、上記ｐ型コンタクト層を２層構造とした場合よりも寿命をさらに向上させることができることも見出し、本発明を形成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法において、前記ｐ型半導体層を形成する工程は、前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、前記電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、前記窒素キャリアガス供給工程後に、前記電子ブロック層の上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト層形成工程とを有し、前記第２ｐ型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、前記障壁層はＡｌbＧａ1-bＮ（０．３５≦ｂ≦０．９５）であり、前記電子ブロック層はＡｌzＧａ1-zＮ（ｂ＜ｚ≦１）であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１０】
（２）前記窒素キャリアガス供給工程は、ＡｌおよびＧａの原料ガスの供給を停止した状態で行う、前記（１）に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１１】
（３）前記窒素キャリアガス供給工程は、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給して、前記電子ブロック層の直上かつ前記第２のｐ型コンタクト層の直下に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．１）からなり、０ｎｍ超え３０ｎｍ以下の厚みを有する第１のｐ型コンタクト層を形成する、前記（１）に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１３】
（４）前記発光層から放射される光が、中心波長が３２０ｎｍ以下の深紫外光である、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１４】
（５）ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に備えるIII族窒化物半導体発光素子を製造する方法において、前記ｐ型半導体層を形成する工程は、前記発光層の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて、前記障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、前記電子ブロック層の直上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．１）からなる第１のｐ型コンタクト層を形成する第１ｐ型コンタクト層形成工程と、前記第１のｐ型コンタクト層の直上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト層形成工程とを有し、前記第１ｐ型コンタクト層形成工程は、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、前記第２ｐ型コンタクト層形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、前記障壁層はＡｌbＧａ1-bＮ（０．４≦ｂ≦０．９５）であり、前記電子ブロック層はＡｌzＧａ1-zＮ（ｂ＜ｚ≦１）であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１５】
（６）前記第１のｐ型コンタクト層の厚みは前記第２のｐ型コンタクト層の厚みよりも小さい、前記（５）に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１６】
（７）前記第１のｐ型コンタクト層の厚みは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、前記（５）または（６）に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１８】
（８）前記発光層から放射される光の中心波長が３００ｎｍ以下である、前記（５）〜（７）のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１９】
（９）前記電子ブロック層形成工程後に、有機金属ガスを流さないで窒素を主成分とするキャリアガスを流す工程を含む、前記（５）〜（８）のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、素子の寿命を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来例のIII族窒化物半導体発光素子の模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の好適態様に係るIII族半導体発光素子の製造方法のフローチャートである。
【図３】（Ａ）発明例および（Ｂ）従来例の伝導帯のバンド構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の実施形態：III族窒化物半導体発光素子の製造方法）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、サファイア基板および各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法は、ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に有するIII族半導体発光素子を製造する方法である。ここで、上記ｐ型半導体層を形成する工程は、発光層の上に障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、電子ブロック層の直上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．１）からなる第１のｐ型コンタクト層を形成する第１ｐ型コンタクト形成工程と、第１のｐ型コンタクト層の直上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト形成工程とを有し、第１ｐ型コンタクト形成工程は、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、第２ｐ型コンタクト形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行うことが肝要である。
【００２４】
本発明者らは、従来の半導体発光素子よりも素子の寿命を向上させるために、図１に示した従来例の発光素子１００におけるｐ型半導体層５０に注目した。このｐ型半導体層５０を構成する電子ブロック層５１、ｐ型クラッド層５２およびｐ型コンタクト層５３は、水素を主成分とするキャリアガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の原料ガスをチャンバに供給することにより形成するのが通例である。本発明者らは、ｐ型クラッド層５２の機能効果の確認のため、電子ブロック層５１の上に、ｐ型クラッド層５２を形成せずに直接、水素を主成分とするキャリアガスを用いてｐ型コンタクト層５３を形成して発光素子を作製し、その発光特性を調べたところ、素子は発光しなかった。この段階では、ｐ型クラッド層５２は必要であると考えられた。
【００２５】
本発明者らは、上述のようにして得られた素子が発光しなかった原因は、キャリアガスに含まれる水素が電子ブロック層５１をエッチングして結晶性を悪化させ、その結果、電子ブロック層５１が十分な機能を果たさなかったためと考えた。次に、一旦ｐ型クラッド層５２が有る状態に戻して、ｐ型コンタクト層５３のみを、水素ではなく窒素を主成分とするキャリアガスを用いて形成した。その結果、得られた素子は発光したものの、その寿命は、従来のものよりもむしろ低下してしまうことが判明した。ここで、ｐ型コンタクト層５３を、水素ではなく窒素を主成分とするキャリアガスを用いて形成したうえで、ｐ型クラッド層５２を無くしてみたところ、従来と同等かわずかに良い寿命を持つ発光素子を得ることができた。それでも、市場が求める寿命に対しては改善の余地がある。
【００２６】
ｐ型クラッド層５２を無くした場合において、キャリアガスとして窒素を主成分とするガスを使用したことにより、素子が発光を回復したことから、電子ブロック層５１の結晶性が維持されて発光層４０の電子を十分にブロックできていると考えた。そして、上記寿命の低下は、ｐ型コンタクト層５３自体の結晶性の悪化によるものと考えた。
【００２７】
そこで、ｐ型クラッド層５２を無くした場合においても、電子ブロック層５１の機能を悪化させることなく、かつｐ型コンタクト層５３の高い結晶性を実現する方途について鋭意検討した結果、ｐ型コンタクト層５３を２層構造とし、電子ブロック層５１の直上に、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて第１のｐ型コンタクト層を形成し、この第１のｐ型コンタクト層の直上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて第２のｐ型コンタクト層を形成したところ、従来のものよりも素子の寿命が大きく向上することが判明し、本発明を完成させるに至ったのである。
【００２８】
図３（Ａ）に本発明例、図３（Ｂ）従来例の伝導帯のバンド構造を示す図を示す。本発明においては、従来必要と考えられていたクラッド層が無い。本発明の結果から考察すると、わずかな欠陥の変化により、ｐ型キャリアの濃度が低下してキャリア注入効率が悪化し経時変化しやすい層は可能な限り使用しないことが好ましく、電子ブロック層とｐ型コンタクト層のみという最小限の構成とすることにより、キャリア注入効率の変化を低減し、発光素子の経時変化を低減させることができたと考えられる。そして、電子ブロック層上に直接形成する第１のｐ型コンタクト層には窒素を主成分とするキャリアガスを用い、それ以外は水素を主成分とするキャリアガスを用いることで、クラッド層が無くとも従来クラッド層が担うと考えられた役割を、電子ブロック層とｐコンタクト層との界面近傍に担わせることができ、優れた発光特性を維持しつつ寿命が長い発光素子を達成できたと考えられる。
【００２９】
このように、本発明は、発光層４０上に設けられたｐ型半導体層５０の形成に特徴を有するものであり、このｐ型半導体層５０の下方に設けられたサファイア基板１１、ＡｌＮ層２１、アンドープ層２２、ｎ型半導体層３２および発光層４０の具体的な構成は何ら限定されない。
【００３０】
図２は、本発明の第１の実施形態の好適態様に係るIII族窒化物半導体発光素子の製造方法のフローチャートを示している。まず、図２（Ａ）に示すように、サファイア基板１１を用意する。サファイア基板１１の主面１１Ａは、オフ角θを設けるための傾斜方向の結晶軸方位は、ｍ軸方向またはａ軸方向のいずれでもよく、上述の通りオフ角θの有無は任意であるが、例えば特願２０１４−２２４６３７号に記載のようにＣ面が０．５度のオフ角θで傾斜した面とすることができる。
【００３１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、サファイア基板１１上にＡｌＮ層２１をエピタキシャル成長させる。ＡｌＮ層２１は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、スパッタ法などの公知の薄膜成長方法により形成することができる。
【００３２】
ＡｌＮ層２１のＡｌ源としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。また、Ｎ源としては、アンモニア（ＮＨ3）ガスを用いることができる。これらの原料ガスを、キャリアガスとして水素ガスを用いることにより、ＡｌＮ層２１を形成することができる。
【００３３】
なお、ＡｌＮ層２１の成長温度としては、１２７０℃以上１３５０℃以下が好ましく、１２９０℃以上１３３０℃以下がより好ましい。この温度範囲であれば、続く熱処理工程の後にＡｌＮ層２１の結晶性を向上することができる。また、チャンバ内の成長圧力については、例えば５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒとすることができる。より好ましくは、８Ｔｏｒｒ〜１５Ｔｏｒｒである。
【００３４】
また、ＮＨ3ガスなどのV族元素ガスと、ＴＭＡガスなどのIII族元素ガスの成長ガス流量を元に計算されるIII族元素に対するV族元素のモル比（以降、V/III比と記載する）については、例えば１３０以上１９０以下とすることができる。より好ましくは１４０以上１８０以下である。なお、成長温度および成長圧力に応じて最適なV/III比が存在するため、成長ガス流量を適宜設定することが好ましい。
【００３５】
続いて、上述のようにして得られた、サファイア基板１１上のＡｌＮ層２１に対して、このＡｌＮ層２１の成長温度よりも高温で熱処理を施すことが好ましい。この熱処理工程は、公知の熱処理炉を用いて行うことができる。かかる熱処理を行うことにより、ＡｌＮ層２１の（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を４００秒以下とし、高い結晶性を実現することができる（図２（Ｃ））。
【００３６】
その後、図２（Ｄ）に例示するように、ＡｌＮ層２１上に、アンドープ層２２およびｎ型半導体層３２をこの順に有する積層構造を形成することができる。
【００３７】
次に、図２（Ｅ）に示すように、発光層４０を形成する。この発光層４０は、少なくともＡｌを含み、例えばＡｌaＧａ1-aＮ材料（０＜ａ≦１）で形成することができる。ここで、Ａｌの組成は、所望の波長の光を発光するように適切に設定するが、Ａｌ組成ａが０．３５以上の場合、発光層４０から放射される光の中心波長が３００ｎｍ以下となり、最終的に作製されるIII族窒化物半導体発光素子１はＤＵＶ−ＬＥＤとなる。
【００３８】
この発光層４０は、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＮからなる井戸層４１と障壁層４２とを繰り返し形成した多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）で構成することができる。井戸層４１のＡｌ組成ａは、例えば０．３〜０．８である。障壁層４２のＡｌ組成ｂは、井戸層４１のＡｌ組成ａより大きく、例えば０．４０〜０．９５である。また、井戸層４１および障壁層４２の繰り返し回数は、例えば１〜１０回である。さらに、井戸層４１の厚みは、０．５ｎｍ〜５ｎｍ、障壁層４２の厚みは、３ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００３９】
発光層４０をＡｌＧａＮ材料で形成する場合、Ａｌ源としてはＴＭＡ、Ｇａ源としてはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｎ源としてはＮＨ3ガスを用いることができる。これらの原料ガスを、キャリアガスとして水素ガスを用いてチャンバ内に供給することにより、発光層４０を形成することができる。発光層４０をＭＱＷ構造とする場合には、Ａｌ源の流量とＧａ源の流量の比を適切に変更することにより、ＭＱＷ構造を有する発光層４０を形成することができる。
【００４０】
発光層４０をＡｌaＧａ1-aＮ材料（０＜ａ≦１）で形成する場合、ＡｌaＧａ1-aＮ材料の成長温度としては、１０００℃以上１４００℃以下が好ましく、１０５０℃以上１３５０℃以下がより好ましい。
【００４１】
また、ＮＨ3ガスなどのV族元素ガスと、ＴＭＡガスなどのIII族元素ガスの成長ガス流量を元に計算されるIII族元素に対するV族元素のモル比（以降、V/III比と記載する）については、例えば１００以上１０００００以下とすることができる。より好ましくは３００以上３００００以下である。成長温度および成長圧力に応じて最適なV/III比が存在するため、成長ガス流量を適宜設定することが好ましいのはＡｌＮ層２１の場合と同様である。
【００４２】
続いて、図２（Ｆ）に示すように、発光層４０の上にｐ型半導体層１５０を形成する。上述のように、本発明においては、ｐ型半導体層１５０が、図１に示したｐ型クラッド層５２に対応する層を含まず、電子ブロック層５１と、該電子ブロック層５１の直上に設けられたｐ型コンタクト層１５３とを有するように構成する。また、ｐ型コンタクト層１５３は、第１のｐ型コンタクト層５４と第２のｐ型コンタクト層５５とからなる２層構造とする。
【００４３】
電子ブロック層５１は、通常、発光層とｐ型クラッド層との間に設けることにより、電子を堰止めして、電子を発光層４０（ＭＱＷの場合には井戸層４１）内に注入して、電子の注入効率を高めるための層である。特に、発光層４０のＡｌ組成が高い場合には、ｐ型半導体層のホール濃度が低いため、ホールを発光層４０に注入しにくく、一部の電子がｐ型半導体層側に流れてしまうが、電子ブロック層５１を設けることにより、こうした電子の流れを防止することができる。なお、本発明において、「電子ブロック層」のＡｌ組成ｚは、発光層４０を構成する障壁層４２のＡｌ組成ｂよりも大きく、バンドギャップが大きな層を意味している。対して、「クラッド層」のＡｌ組成は、電子ブロック層のＡｌ組成よりも０．１を超えて小さく、ｐ型コンタクト層よりも０．１を超えて大きいものを指す。なお、中心波長が３００ｎｍ以下において使用されるｐ型のＡｌＧａＮはＡｌ組成が大きいほど電流が流れにくいため、従来クラッド層として使用されるＡｌ組成は障壁層のＡｌ組成以下であることが多い。このため、本発明における電子ブロック層と従来技術におけるクラッド層とは障壁層のＡｌ組成を基準としても区別できる。
【００４４】
電子ブロック層５１は、例えばｐ型のＡｌzＧａ1-zＮ材料（ｂ＜ｚ≦１）で形成することができる。障壁層４２のＡｌ組成にもよるが、例えばこの電子ブロック層５１のＡｌ組成は、０．５以上１．０以下とすることが好ましい。これにより、井戸層４１への電子の注入効率を高めることができる。また、電子ブロック層５１の厚みは、例えば６ｎｍ〜６０ｎｍであることが好ましい。電子ブロック層５１の厚さが６ｎｍより薄くても６０ｎｍを超えても、出力の大幅な減少がみられるためである。なお、障壁層の厚みよりは厚いことが好ましい。
【００４５】
この電子ブロック層５１をｐ型とするためのドーパントとしては、マグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）を用いることができる。Ｍｇ源としては、シクロペンタジニエルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）を用いることができ、Ｚｎ源としては、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）を用いることができる。
【００４６】
電子ブロック層５１をｐ型のＡｌzＧａ1-zＮ材料（ｂ＜ｚ≦１）で形成する場合、キャリアガスとして、水素を主成分とするガスを用いることができる。そして、キャリアガスとともに原料ガスであるＴＭＡ、ＴＭＧおよびＮＨ3ガス、ならびに不純物ガスである、例えばＣＰ2Ｍｇをチャンバ内に供給することにより、ブロック層５１を形成することができる。なお、電子ブロック層５１の形成に最初から窒素を主成分とするガスを用いた場合は、発光しなくなる。
【００４７】
電子ブロック層５１をＡｌzＧａ1-zＮ材料（ｂ＜ｚ≦１）で形成する場合、ＡｌbＧａ1-bＮ材料の成長温度としては、１０００℃以上１４００℃以下が好ましく、１０５０℃以上１３５０℃以下がより好ましい。また、チャンバ内の成長圧力については、例えば１０Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒとすることができる。より好ましくは、２０Ｔｏｒｒ〜３８０Ｔｏｒｒである。
【００４８】
また、ＮＨ3ガスなどのV族元素ガスと、ＴＭＡガスなどのIII族元素ガスの成長ガス流量を元に計算されるIII族元素に対するV族元素のモル比（以降、V/III比と記載する）については、例えば１００以上１０００００以下とすることができる。より好ましくは３００以上３００００以下である。成長温度および成長圧力に応じて最適なV/III比が存在するため、成長ガス流量を適宜設定することが好ましいのはＡｌＮ層２１の場合と同様である。
【００４９】
続いて、電子ブロック層５１上に、２層構造を有するｐ型コンタクト層１５３を形成する。その際、電子ブロック層５１の直上に形成される第１のｐ型コンタクト層５４は、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて行い、第１のｐ型コンタクト層５４の直上に形成される第２のｐ型コンタクト層５５は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行う。
【００５０】
なお、本発明において、「窒素を主成分とするキャリアガス」とは、キャリアガス全体の体積に対する窒素ガスの体積の比が６０％以上であるキャリアガスを意味している。より好ましくは８５％以上である。また、「水素を主成分とするキャリアガス」とは、キャリアガス全体の体積に対する水素ガスの体積の比が６０％以上であるキャリアガスを意味している。より好ましくは８５％以上である。なお、半導体製造用として市販される純度を有するガスを用いればよい。なお、ここでのキャリアガスの体積比は、チャンバ内に供給されウェーハ近傍の空間を通るガスを対象としており、ヒーターやチャンバ内壁のパージを主目的としてウェーハ近傍の空間を通らずに排気されるガスは含めない。つまり、ヒーターやチャンバ内壁に水素を大流量流して排気していても、ウェーハ近傍には実質的に窒素を流している場合には、窒素を主成分とするキャリアガスとなる。
【００５１】
ｐ型コンタクト層１５３は、ｐ型のＡｌcＧａ1-cＮ材料で形成する。ｐ型コンタクト層１５３は、この上に形成されるｐ型電極７０と電子ブロック層５１との間の接触抵抗を低減するための層である。そのため、このｐ型コンタクト層１５３のＡｌ組成ｃは０≦ｃ≦０．１とする。つまり、第１のｐ型コンタクト層５４（ＡｌxＧａ1-xＮ）のＡｌ組成ｘを０≦ｘ≦０．１とし、第２のｐ型コンタクト層５５（ＡｌyＧａ1-yＮ）のＡｌ組成ｙを０≦ｙ≦０．１とする。これにより、ｐ型コンタクト層１５３上に形成されるｐ型電極７０との接触抵抗を十分に低減することができる。特に、ｘ＝０およびｙ＝０とすることが好ましい。
【００５２】
このｐ型コンタクト層１５３をｐ型とするためのドーパントとしては、電子ブロック層５１の場合と同様、マグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）を用いることができる。Ｍｇ源としては、シクロペンタジニエルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）を用いることができ、Ｚｎ源としては、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2）を用いることができるのも同様である。
【００５３】
以下に、本実施形態におけるガスの切り替え方法の一例を説明する。電子ブロック層５１形成後、有機金属ガス（III族元素ガスおよびドーパント源ガス）を一旦チャンバ内からベントに切り替えた上で、チャンバ内に流れるキャリアガスを水素から窒素に切り替え、ｐ型コンタクト層の成長条件にチャンバ内の温度や圧力を切り替えた後、有機金属ガスをチャンバ内に供給して、電子ブロック層５１上に第１のｐ型コンタクト層５４を形成する。次いで、再度有機金属ガスの流路を一旦チャンバ内からベントに切り替えた上で、チャンバ内に流れるキャリアガスを水素ガスに切り替えた後、有機金属ガスをチャンバ内に供給して、第２のｐ型コンタクト層５５を形成することにより行うことが好ましい。ベントへ切り替えずにキャリアガスを変えた場合は、ガスの流れが急変するため異常な成長を起こす恐れがある。なお、V族元素ガスは電子ブロック層からV族元素が分離しないようにチャンバ内へ流したままとする。また、上記のように有機金属ガスを一旦チャンバ内からベントに切り替えることで電子ブロック層５１上への結晶成長を中断し、電子ブロック層５１上の雰囲気を水素から窒素に入れ替えて窒素雰囲気となる間の時間、電子ブロック層５１は水素分圧が下がりながらキャリアガスおよびV族元素ガスに晒された状態で加熱される。これが電子ブロック層５１とｐ型コンタクト層１５３との界面付近のキャリア密度向上に好ましい効果を及ぼしたとも考えられる。完全に窒素に切り替わった後に、有機金属ガスをチャンバ内に供給するまでに、１秒以上の時間を空けることも好ましい様態である。
【００５４】
ｐ型コンタクト層１５３の成長温度としては、８００℃以上１４００℃以下が好ましく、９００℃以上１３００℃以下がより好ましい。また、チャンバ内の成長圧力については、例えば１０Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒとすることができる。より好ましくは、２０Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒである。
【００５５】
また、ＮＨ3ガスなどのV族元素ガスと、ＴＭＡガスなどのIII族元素ガスの成長ガス流量を元に計算されるIII族元素に対するV族元素のモル比（以降、V/III比と記載する）については、例えば１００以上１０００００以下とすることができる。より好ましくは３００以上３００００以下である。成長温度および成長圧力に応じて最適なV/III比が存在するため、成長ガス流量を適宜設定することが好ましいのはＡｌＮ層２１の場合と同様である。
【００５６】
ここで、第１のｐ型コンタクト層５４の厚みは第２のｐ型コンタクト層５５の厚みよりも小さいことが好ましい。これにより、水素を主成分とするキャリアガスを用いて成長した、結晶性の高い第２のコンタクト層５５が、ｐ型コンタクト層１５３全体に占める割合が高くなり、ｐ型コンタクト層１５３全体の結晶性を高めて素子の寿命を向上させることができる。
【００５７】
特に、第１のｐ型コンタクト層５４の厚みを５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。これにより、第２のｐ型コンタクト層５５の形成の際にキャリアガスに含まれる水素による電子ブロック層５１へのエッチングを防止することができる必要最小限の厚みの第１のｐ型コンタクト層５４を確保しつつ、残りを結晶性の高い第２のｐ型コンタクト層５５に割り当てて、ｐ型コンタクト層１５３全体の結晶性を最大限に高めて、寿命の向上効果を最大化することができる。
【００５８】
最後に、図２（Ｇ）に示すように、発光層４０およびｐ型半導体層１５０の一部をエッチング等により除去し、露出したｎ型半導体層３２上にｎ型電極６０を、第２のｐ型コンタクト層５５上にｐ型電極７０をそれぞれ形成する。こうして、本発明の第１の実施形態の好適態様に係る窒化物半導体発光素子１を作製することができる。
【００５９】
ここで、ｎ型電極６０は、例えばＴｉ含有膜およびこのＴｉ含有膜上に形成されたＡｌ含有膜を有する金属複合膜とすることができ、その厚み、形状およびサイズは、発光素子の形状およびサイズに応じて適宜選択することができる。また、ｐ型電極７０についても、例えばＮｉ含有膜およびこのＮｉ含有膜上に形成されたＡｕ含有膜を有する金属複合膜とすることができ、その厚み、形状およびサイズは、発光素子の形状およびサイズに応じて適宜選択することができる。
【００６０】
（第２の実施形態：III族窒化物半導体発光素子）
また、本発明の第２の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子は、上で説明した第１の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の製造方法によって製造されたものである。得られたIII族窒化物半導体発光素子１は、従来よりも高い寿命を有するものである。
【００６１】
（第３の実施形態：III族窒化物半導体発光素子の製造方法）
続いて、本発明の第３の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法について説明する。本発明の第３の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法は、ｎ型半導体層と、少なくともＡｌを含む井戸層と障壁層とを有する量子井戸構造の発光層と、ｐ型半導体層とをこの順に有するIII族半導体発光素子を製造する方法である。ここで、上記ｐ型半導体層を形成する工程は、発光層の上に障壁層よりＡｌ組成の大きい電子ブロック層を形成する電子ブロック層形成工程と、電子ブロック層の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程と、窒素キャリアガス供給工程後に、電子ブロック層の上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる第２のｐ型コンタクト層を形成する第２ｐ型コンタクト形成工程とを有し、第２ｐ型コンタクト形成工程は、水素を主成分とするキャリアガスを用いて行うことが肝要である。
【００６２】
上記第１の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法においては、電子ブロック層５１の上にｐ型クラッド層５２を設けずにｐ型コンタクト層１５０を設け、このｐ型コンタクト層１５０を２層構造として、電子ブロック層５１の直上に、窒素を主成分とするキャリアガスを用いて第１のｐ型コンタクト層５４を形成し、第１のｐ型コンタクト層５４の上に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて第２のｐ型コンタクト層５５を形成している。
【００６３】
上述のように、本発明者らは、第１の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法において、素子の寿命を向上させているのは、電子ブロック層５１上に２層構造のｐ型コンタクト層１５０を形成したこと自体によるものではなく、電子ブロック層５１を形成した後、電子ブロック層５１の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給して、電子ブロック層５１の表面を窒素含有雰囲気下に置いたことによるものであることを見出した。
【００６４】
本発明者らはさらに、上記窒素を主成分とするキャリアガスの供給時には、ｐ型コンタクト層（第１のｐ型コンタクト層５４）はむしろ形成させない（すなわち、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給しない）方が素子寿命の観点では好ましく、電子ブロック層５１の表面を窒素含有雰囲気下に置いた後には、水素を主成分とするキャリアガスを用いてｐ型コンタクト層（第２のｐ型コンタクト層５５）を形成することにより、ｐ型コンタクト層を２層構造とした場合よりも寿命をさらに向上させることができることも見出した。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、上記第１の実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法において、第１ｐ型コンタクト層形成工程に代えて、電子ブロック層５１の表面上に、窒素を主成分とするキャリアガスを少なくとも供給する窒素キャリアガス供給工程を行い、この窒素キャリアガス供給工程後に、水素を主成分とするキャリアガスを用いて第２ｐ型コンタクト形成工程５５を行う。
【００６６】
窒素キャリアガス供給工程は、ＡｌおよびＧａの原料ガスの供給を停止した状態で行ってもよいし、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給して、電子ブロック層５１の直上かつ第２のｐ型コンタクト層５５の直下に第１のｐ型コンタクト層５４を形成してもよい。後の実施例に示すように、素子の寿命の点では、窒素キャリアガス供給工程において、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給しないことが好ましい。
【００６７】
窒素キャリアガス供給工程における窒素ガスの供給から停止までの時間は、少なくとも炉内に滞留する水素を追い出すまでの時間を含めることが好ましく、炉内のサイズにも拠るが、例えば、３０秒以上６００秒以下とすることが好ましい。これにより、ブロック層５１と、後に形成する第２のｐ型コンタクト層５５との間で結晶性の良好な界面を形成することができる。
【００６８】
また、ＡｌおよびＧａの原料ガスを供給して第１のｐ型コンタクト層５４を形成する場合には、その厚みは３０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００６９】
本実施形態においては、発光層４０の障壁層４２のＡｌ組成ｂは、第１の実施形態よりも広い範囲とすることができ、０．３５〜０．９５とすることが好ましい。また、電子ブロック層５１は、ＡｌzＧａ1-zＮ（ｂ＜ｚ≦１）であることが好ましい。さらに、本実施形態に係るIII族半導体発光素子の製造方法は、発光層４０から放射される光が、中心波長が３２０ｎｍ以下の深紫外光を発するIII族半導体発光素子の製造に好適である。
【００７０】
（第４の実施形態：III族窒化物半導体発光素子）
また、本発明の第４の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子は、上で説明した第３の実施形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の製造方法によって製造されたものである。得られたIII族窒化物半導体発光素子１は、従来よりも高い寿命を有するものである。
【００７１】
こうして、従来よりも向上した寿命を有するIII族窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【実施例】
【００７２】
（発明例１）
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。図２に示したフローチャートに従って、III族窒化物半導体発光素子を作製した。まず、サファイア基板（直径２インチ、厚さ：４３０μｍ、面方位：（０００１）、ｍ軸方向オフ角θ：０．５度、テラス幅：１００ｎｍ、ステップ高さ：０．２０ｎｍ）を用意した（図２（Ａ））。次いで、ＭＯＣＶＤ法により、上記サファイア基板上に中心膜厚０．６０μｍ（平均膜厚０．６１μｍ）のＡｌＮ層を成長させ、ＡｌＮテンプレート基板とした（図２（Ｂ））。その際、ＡｌＮ層の成長温度は１３００℃、チャンバ内の成長圧力は１０Ｔｏｒｒであり、V/III比が１６３となるようにアンモニアガスとＴＭＡガスの成長ガス流量を設定した。V族元素ガス（ＮＨ3）の流量は２００ｓｃｃｍ、III族元素ガス（ＴＭＡ）の流量は５３ｓｃｃｍである。なお、ＡｌＮ層の膜厚については、光干渉式膜厚測定機（ナノスペックM6100A；ナノメトリックス社製）を用いて、ウェーハ面内の中心を含む、等間隔に分散させた計２５箇所の膜厚を測定した。
【００７３】
次いで、上記ＡｌＮテンプレート基板を熱処理炉に導入し、１０Ｐａまで減圧後に窒素ガスを常圧までパージすることにより炉内を窒素ガス雰囲気とした後に、炉内の温度を昇温してＡｌＮテンプレート基板に対して熱処理を施した（図２（Ｃ））。その際、加熱温度は１６５０℃、加熱時間は４時間とした。
【００７４】
続いて、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープ層として、Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎからなる層厚１μｍのアンドープＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層を形成した。次に、アンドープ層上に、ｎ型半導体層として、Ａｌ０.62Ｇａ0.38Ｎからなり、Ｓｉドープした層厚２μｍのｎ型Ａｌ0.62Ｇａ0.38Ｎ層を上記ＡｌＮ層上に形成した（図２（Ｄ））。なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型半導体層のＳｉ濃度は１．０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。
【００７５】
続いて、ｎ型半導体層上に、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ｎからなる層厚３ｎｍの井戸層およびＡｌ0.65Ｇａ0.35Ｎからなる層厚７ｎｍの障壁層を交互に３．５組繰り返して積層した発光層を形成した（図２（Ｅ））。３．５組の０．５は、発光層の最初と最後を障壁層としたことを表す。この発光層の発光波長は２８０ｎｍである。
【００７６】
その後、発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなり、Ｍｇドープした層厚４０ｎｍの電子ブロック層を形成した。次いで、窒素ガスをキャリアガスとして、ＧａＮからなり、Ｍｇドープした層厚１０ｎｍの第１のｐ型コンタクト層を形成した。その際、チャンバ内の成長圧力は３００ｍｂａｒであった。また、キャリアガスである窒素ガス、ＮＨ3ガス、ＴＭＧ、Ｃｐ2Ｍｇの流量は、それぞれ３０ｓｌｍ、３０ｓｌｍ、１５０ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍであった。続いて、キャリアガスを水素ガスに切り替えた後、Ｍｇドープした層厚１７０ｎｍの第２のｐ型コンタクト層を形成した。キャリアガスである水素ガスの流量は、３０ｓｌｍとし、その他の条件は第１のｐ型コンタクト層の形成と同じにした。なお、層厚１７０ｎｍの内の電極に接する厚さ３０ｎｍの領域においては、ＴＭＧガスの流量を減らしてＭｇの存在確率を上げ、かつ、成長速度を落とすことにより高Ｍｇ濃度の層とした。その後、第２のｐ型コンタクト層の上にマスクを形成してドライエッチングによるメサエッチングを行い、ｎ型半導体層を露出させた。次いで、第２のｐ型コンタクト層上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型電極を形成し、露出したｎ型半導体層上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型電極を形成した。なお、ｐ型電極のうち、Ｎｉの厚みは５０Åであり、Ａｕの厚みは１５００Åである。また、ｎ型電極のうち、Ｔｉの厚みは２００Åであり、Ａｌの厚みは１５００Åである。最後に５５０℃でコンタクトアニール（ＲＴＡ）を行って、電極を形成した。こうして本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００７７】
（発明例２）
第１のｐ型コンタクト層の厚みを３０ｎｍ、第２のｐ型コンタクト層の厚みを１５０ｎｍとした以外の条件は発明例１と全て同じとして、発明例２に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００７８】
（従来例）
電子ブロック層を形成した後に、水素をキャリアガスとして、ＭｇをドープしたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎからなるｐ型クラッド層（厚み：５０ｎｍ）を形成した後、水素をキャリアガスとして、ＭｇドープしたＧａＮからなり、１層構造を有するｐ型コンタクト層（厚み：１８０ｎｍ）を順に形成した以外の条件は発明例１と全て同じとして、従来例に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００７９】
（比較例１）
ｐ型コンタクト層を１層構造とし、ＭｇをドープしたＧａＮで構成し、このｐ型コンタクト層を、電子ブロック層の形成時からキャリアガスを変更することなく、キャリアガスとして水素を用いて形成した以外の条件は、発明例１と全て同じとして、比較例１に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００８０】
（比較例２）
ｐ型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、比較例１と全て同じとして、比較例２に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００８１】
（比較例３）
ｐ型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、従来例と全て同じとして、比較例３に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００８２】
＜発光特性の評価＞
発明例１について、作製したフリップチップ型のIII族窒化物半導体発光素子を、積分球により電流２０ｍＡのときの発光出力Ｐｏ（ｍＷ）を測定したところ、２．７ｍＷであった。発明例２についても、同様に評価し、発光出力を測定したところ、２．８ｍＷであった。これに対して、従来例および、発光しなかった比較例１を除く比較例２および３について、発光出力を測定したところ、発光出力はそれぞれ３．１ｍＷ（従来例）、２．９ｍＷ（比較例２）、３．０ｍＷ（比較例３）であった。このように、発明例１および２では、従来例、並びに比較例２および３と同程度の発光出力が得られていることが分かる。得られた結果を表１に示す。なお、表１において、ｐ型コンタクト層が１層構造を有する場合には、第１のｐ型コンタクト層とし、第２のｐ型コンタクト層については「−」で表記した。
【００８３】
【表１】
0006001756.tif 000002
【００８４】
（発明例３）
発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎからなり、Ｍｇドープした層厚４０ｎｍの電子ブロック層を形成した。次いで、キャリアガスの水素ガスを停止して窒素ガスの供給を開始するとともに、有機金属ガス（ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇ）の供給を停止した。その後、再びキャリアガスの窒素を停止して水素ガスの供給を開始するとともに、有機金属ガス（ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇ）の供給を開始し、ＧａＮからなり、Ｍｇドープした層厚１８０ｎｍの第２のｐ型コンタクト層を形成した。ここで、窒素ガスの供給開始から供給停止までの時間は２００秒とし、その間のキャリアガスである窒素ガス、ＮＨ3ガスの流量は、それぞれ３０ｓｌｍ、３０ｓｌｍとした。また、第２のｐ型コンタクト層形成時のチャンバ内の成長圧力は３００ｍｂａｒであり、キャリアガスである水素ガス、ＮＨ3ガス、ＴＭＧ、Ｃｐ2Ｍｇの流量は、それぞれ３０ｓｌｍ、３０ｓｌｍ、１５０ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍであった。上記によって第１のｐ型コンタクト層の厚みを０ｎｍとし、第２のｐ型コンタクト層の厚みを１８０ｎｍとした以外の条件は発明例１と同じとして、発明例３に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００８５】
＜発光寿命の評価＞
III族窒化物半導体発光素子の寿命特性を測定するために、発明例１の６時間通電後の残存出力（６時間通電後の出力／初期発光出力）を測定したところ、初期の出力に対して９７％であった。発明例２についても、同様に６時間経過後の残存出力を測定したところ、９６％、発明例３では９８％であった。これに対して、従来例および比較例１〜３について、残存出力は、８９％（従来例）、発光せず（比較例１）、９４％（比較例２）、８２％（比較例３）であった。このように、発明例１〜３では、従来例および比較例に対して発光寿命が大きく向上していることが分かる。得られた結果を表１に示す。
【００８６】
（発明例４）
発明例１におけるＡｌＮテンプレート基板を用いて、以下のように発明例４のIII族窒化物半導体発光素子を作製した。まず、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープ層として、層厚１μｍのアンドープＡｌ0.55Ｇａ0.45Ｎ層を形成した。次に、アンドープ層上に、ｎ型半導体層として、Ｓｉドープした層厚２μｍのｎ型Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ｎ層を形成した（図２（Ｄ））。なお、ＳＩＭＳ分析の結果、ｎ型半導体層のＳｉ濃度は１．０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。
【００８７】
続いて、ｎ型半導体層上に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる層厚３ｎｍの井戸層およびＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる層厚７ｎｍの障壁層を交互に３．５組繰り返して積層した発光層を形成した（図２（Ｅ））。３．５組の０．５は、発光層の最初と最後を障壁層としたことを表す。この発光層の発光波長は３１０ｎｍである。
【００８８】
その後、発光層上に、水素ガスをキャリアガスとして、Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎからなり、Ｍｇドープした層厚４０ｎｍの電子ブロック層を形成した。次いで、キャリアガスの水素ガスを停止して窒素ガスの供給を開始するとともに、III族元素ガスおよびドーパントガスの供給を停止し、成長温度を１３００℃からｐ型コンタクト層（第２のｐ型コンタクト層）の形成温度である１０５０℃まで下げる工程を介し、その後、窒素ガスを停止して水素ガスへキャリアガスを切り替えるとともに、III族元素ガスおよびドーパントガスの供給を再開して第２のｐ型コンタクト層の形成を開始した。なお、窒素キャリアガスを用いて成長させる第１のｐ型コンタクト層は、III族元素ガス供給を停止しているため、残留ガスを考慮しても、その膜厚は０ｎｍと見なせる。また、窒素ガスの供給開始から供給停止までの時間は２００秒とした。
【００８９】
キャリアガスを窒素にしている間の窒素ガス、ＮＨ3ガスの流量は、それぞれ３０ｓｌｍ、３０ｓｌｍであり、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの流量は０である。また、第２のｐ型コンタクト層を成長する際の、チャンバ内の成長圧力は３００ｍｂａｒであり、また、キャリアガスである水素ガス、ＮＨ3ガス、ＴＭＧ、Ｃｐ2Ｍｇの流量は、それぞれ３０ｓｌｍ、３０ｓｌｍ、１５０ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍであった。なお、層厚１８０ｎｍの内の電極に接する厚さ３０ｎｍの領域においては、ＴＭＧガスの流量を減らしてＭｇの存在確率を上げ、かつ、成長速度を落とすことにより高Ｍｇ濃度の層とした。
【００９０】
その後、第２のｐ型コンタクト層の上にマスクを形成してドライエッチングによるメサエッチングを行い、ｎ型半導体層を露出させた。次いで、第２のｐ型コンタクト層上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型電極を形成し、露出したｎ型半導体層上には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型電極を形成した。なお、ｐ型電極のうち、Ｎｉの厚みは５０Åであり、Ａｕの厚みは１５００Åである。また、ｎ型電極のうち、Ｔｉの厚みは２００Åであり、Ａｌの厚みは１５００Åである。最後に５５０℃でコンタクトアニール（ＲＴＡ）を行って、電極を形成した。
【００９１】
（比較例４）
ｐ型コンタクト層を、キャリアガスとして窒素を用いて形成した以外の条件は、発明例４とすべて同じとして、比較例４に係る窒化物半導体発光素子を作製した。
【００９２】
＜発光特性、寿命特性の評価＞
発明例４について、作製したフリップチップ型のIII族窒化物半導体発光素子を、積分球により電流２０ｍＡのときの発光出力Ｐｏ（ｍＷ）を測定したところ、２．４ｍＷであった。これに対し、比較例４では表面荒れが発生してしまうことによって、ドライエッチング等を経てチップ加工することができず、特性評価ができなかった。
【００９３】
発明例４の６時間通電後の残存出力（６時間通電後の出力／初期発光出力）を測定したところ、初期の出力に対して９９％であった。従来例や比較例１〜４（比較例４はチップ化不可）に対して発光寿命が大きく向上しており、発明例１〜３と同様の結果が得られている。得られた結果を表２に示す。なお、表２において、ｐ型コンタクト層が１層構造を有する場合には、第１のｐ型コンタクト層とし、第２のｐ型コンタクト層については「−」で表記した。
【００９４】
【表２】
0006001756.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明によれば、素子の寿命を大きく向上させることができるため、発光素子の製造において有用である。
【符号の説明】
【００９６】
１，１００  III族窒化物半導体素子
１１  サファイア基板
１１Ａ  基板の主面
２１  ＡｌＮ層
２２  アンドープ層
３２  ｎ型半導体層
４０  発光層
４１  井戸層
４２  障壁層
５０，１５０  ｐ型半導体層
５１  電子ブロック層
５２  ｐ型クラッド層
５３，１５３  ｐ型コンタクト層
５４  第１のｐ型コンタクト層
５５  第２のｐ型コンタクト層
６０  ｎ型電極
７０  ｐ型電極
【図１】
0006001756.tif 000004
【図２】
0006001756.tif 000005
【図３】
0006001756.tif 000006