(57)【要約】【課題】ｐ型クラッド層のＭｇが活性層に拡散するのを抑制すること。【解決手段】発光ダイオード１のｐ型クラッド層１５は、図２に示すように、活性層と接するノンドープのＡｌＧａＮ層１５１ａ上に、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２とＡｌＧａＮ層１５１が交互に５回繰り返し積層された超格子構造である。ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇ濃度は、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのＭｇ濃度をＮａ、Ｎｂ、Ｎｃ、Ｎｄ、Ｎｅとして、Ｎａ＝Ｎｂ＜Ｎｃ＜Ｎｄ＝Ｎｅであり、活性層から離れるに従い単調に増加している。ｐ−ＩｎＧａｎ層１５２のＭｇ濃度をこのようにすることで、活性層へ拡散するＭｇの濃度を低減することができ、発光効率が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、および、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に活性層を有するIII 族窒化物半導体素子において、
前記活性層に対して前記ｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、最も前記活性層に近い層である第１のｐ型半導体層は、Ａｌを含む第１層と、前記第１層とは組成の異なる第２層とが交互に積層された超格子構造であり、
前記第１層と前記第２層のうち、少なくとも一方にはｐ型不純物がドープされ、
前記第１のｐ型半導体層のｐ型不純物がドープされた層のｐ型不純物濃度は、前記活性層から離れるに従い単調に増加することを特徴とするIII 族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層のうち、少なくとも一方は前記活性層に接していることを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１層のうち、活性層に最も近い層はｐ型不純物がドープされていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１層と前記第２層のうち、一方にはｐ型不純物がドープされ、他方にはｐ型不純物がドープされていないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１層と前記第２層の両方にｐ型不純物がドープされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１層はＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦１）からなり、前記第２層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型不純物は、Ｍｇであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項８】
Ｍｇがドープされた前記第１層または前記第２層のうち、最も活性層から遠い層のＭｇ濃度は、４×１０19〜５×１０20ｃｍ-3であり、最も活性層に近い層のＭｇ濃度は、４×１０19ｃｍ-3より低いことを特徴とする請求項７に記載のIII 族窒化物半導体素子。
【請求項９】
ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、および、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に活性層を有するIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
前記活性層に対して前記ｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、最も前記活性層に近い層である第１のｐ型半導体層は、Ａｌを含む第１層と、前記第１層とは組成の異なる第２層とを交互に積層して超格子構造を形成し、
前記第１層と前記第２層のうち、少なくとも一方にはｐ型不純物をドープし、
前記第１のｐ型半導体層のｐ型不純物をドープする層のｐ型不純物供給量を、前記活性層から離れるに従い単調に増加させて前記第１層および前記第２層を形成することを特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
ｐ型不純物が供給される前記第１層または前記第２層のうち、最も前記活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も前記活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．７５倍以下とすることを特徴とする請求項９に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
ｐ型不純物が供給される前記第１層または前記第２層のうち、最も前記活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も前記活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．２５倍以下とすることを特徴とする請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
ｐ型不純物が供給される前記第１層または前記第２層のうち、最も前記活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も前記活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．１倍以下とすることを特徴とする請求項１１に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層を有したIII 族窒化物半導体素子に関するもので、特に、活性層に対してｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、最も活性層に近い層である第１のｐ型半導体層が超格子構造であり、第１のｐ型半導体層のｐ型不純物濃度に特徴を有するIII 族窒化物半導体素子に関する。
本明細書において「活性層」の概念には半導体発光素子の発光層の他に、半導体受光素子の受光層を含む。また、本発明の半導体素子は、ＬＥＤや半導体レーザ、受光素子を含む。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、およびｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれた活性層を有したIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐ型半導体層を超格子構造とするものが知られている。たとえば、特許文献１には、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮのように、Ａｌを含む第１層と、第１層とは異なる組成の第２層とを、数ｎｍの膜厚で交互に積層した超格子構造のｐ型半導体層が示されている。
【０００３】
特許文献１では、ｐ型半導体層にドープされているｐ型不純物が活性層に拡散し、発光効率が低下するという問題を解決するために、超格子構造を構成する第１層のうち、最も活性層に近い第１層のＡｌ組成比を他の第１層のＡｌ組成比よりも低くし、かつ、ｐ型不純物ドープ量を他の第１層のｐ型不純物ドープ量よりも少なくする、もしくはノンドープとする方法が示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０８５８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方法を用いても、ｐ型半導体層から活性層に拡散するｐ型不純物の濃度は高く、ｐ型不純物の拡散によって生じた活性層内の欠陥は、発光効率の低下を起こし、出力、信頼性を悪化させてしまう。
【０００５】
そこで本発明の目的は、活性層に対してｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、活性層に最も近いｐ型半導体層が、ｐ型超格子構造であり、その超格子構造のｐ型半導体層のｐ型不純物が活性層へ拡散する濃度を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、および、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に活性層を有するIII 族窒化物半導体素子において、活性層に対してｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、最も活性層に近い層である第１のｐ型半導体層は、Ａｌを含む第１層と、第１層とは組成の異なる第２層とが交互に積層された超格子構造であり、第１層と第２層のうち、少なくとも一方にはｐ型不純物がドープされ、第１のｐ型半導体層のｐ型不純物がドープされた層のｐ型不純物濃度は、活性層から離れるに従い単調に増加することを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【０００７】
ここで、III 族窒化物半導体とは、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される任意の組成比の半導体である。また、上記組成のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち少なくとも一部をＢやＴｌなどで置換したり、Ｎの少なくとも一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉなどで置換した半導体もIII 族窒化物半導体の範疇である。
【０００８】
III 族窒化物半導体のｐ型不純物しては、Ｍｇ、Ｃａなど、ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｇｅなどを添加することができる。これらの不純物として２元素以上を添加してもよいし、ｐ型、ｎ型両方の不純物を添加してもよい。
【０００９】
また、上述したように、「活性層」には、半導体発光素子の発光層だけでなく、半導体受光素子の受光層も含まれ、半導体素子とは、ＬＥＤ、半導体レーザ、受光素子などである。
【００１０】
半導体レーザの場合には、活性層と第１のｐ型半導体層は接していてもよいし、間にノンドープの光ガイド層などを有していてもよい。つまり、活性層に限らず、光が高密度に導波する層にｐ型不純物が高濃度に存在すると素子の特性が悪化してしまうような場合に本発明の手段は有効である。
【００１１】
ｐ型不純物は、第１層と第２層の両方にドープされていてもよいし、第１層のみ、または第２層のみにドープされていてもよい。両方にドープされている場合や、第１層にのみドープされている場合には、活性層に最も近い第１層をノンドープとすることが望ましい。
【００１２】
第１層にのみｐ型不純物がドープされている場合には、第１のｐ型半導体層中のある第１層のｐ型不純物濃度を、その第１層に最も近く活性層側である第１層のｐ型不純物濃度よりも高くもしくは等しくし、かつ、最も活性層から遠い第１層のｐ型不純物濃度を、最も活性層に近い第１層のｐ型不純物濃度よりも高くする。第１層内でのｐ型不純物濃度は膜厚方向に均一でもよいし、活性層から離れるに従い増加していてもよい。これにより、ｐ型不純物がドープされた第１層のｐ型不純物濃度は、活性層から離れるに従い単調に増加することになる。第２層にのみｐ型不純物がドープされている場合についても同様である。
【００１３】
第１層と第２層の両方にドープされている場合には、第１のｐ型半導体層中のある第１層または第２層のｐ型不純物濃度を、その第１層または第２層に接する活性層側の層のｐ型不純物濃度よりも高くもしくは等しくし、かつ、最も活性層から遠い第１層もしくは第２層のｐ型不純物濃度を、最も活性層に近い第１層もしくは第２層のｐ型不純物濃度よりも高くする。第１層内もしくは第２層内でのｐ型不純物濃度は膜厚方向に均一でもよいし、活性層から離れるに従い増加していてもよい。これにより、ｐ型半導体層内でのｐ型不純物濃度は、活性層から離れるに従い単調に増加することになる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層のうち、少なくとも一方は活性層に接していることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第１層のうち、活性層に最も近い層はｐ型不純物がドープされていないことを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００１６】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１層と第２層のうち、一方にはｐ型不純物がドープされ、他方にはｐ型不純物がドープされていないことを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１層と第２層の両方にｐ型不純物がドープされていることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００１８】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第１層はＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦１）からなり、第２層はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００１９】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、ｐ型不純物は、Ｍｇであることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明において、Ｍｇがドープされた第１層または第２層のうち、最も活性層から遠い層のＭｇ濃度は、４×１０19〜５×１０20ｃｍ-3であり、最も活性層に近い層のＭｇ濃度は、４×１０19ｃｍ-3より低いことを特徴とするIII 族窒化物半導体素子である。
【００２１】
ｐ型不純物がドープされた第１層または第２層のうち、最も活性層から遠い層のｐ型不純物濃度は、４×１０19〜５×１０20ｃｍ-3の範囲であることが望ましい。４×１０19ｃｍ-3未満では、第１のｐ型半導体層全体での正孔濃度が低くなるため望ましくなく、５×１０20ｃｍ-3を超えると、Ｍｇに起因する結晶の欠陥が発生し正孔濃度が低くなるため望ましくない。より望ましい範囲は、４×１０19〜２×１０20ｃｍ-3である。また、ｐ型不純物がドープされた第１層または第２層のうち、最も活性層に近い層のｐ型不純物濃度は、４×１０19ｃｍ-3より低いことが望ましい。４×１０19ｃｍ-3を超えると、活性層に拡散するｐ型不純物の量が多くなり、発光効率が低下するので望ましくない。より望ましいのは、３×１０19ｃｍ-3以下であり、さらに望ましいのはノンドープである。
【００２２】
第９の発明は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、および、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に活性層を有するIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、活性層に対してｐ型半導体層側に積層されたすべての層の中で、最も活性層に近い層である第１のｐ型半導体層は、Ａｌを含む第１層と、第１層とは組成の異なる第２層とを交互に積層して超格子構造を形成し、第１層と第２層のうち、少なくとも一方にはｐ型不純物をドープし、第１のｐ型半導体層のｐ型不純物をドープする層のｐ型不純物供給量を、活性層から離れるに従い単調に増加させて第１層および第２層を形成することを特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法である。
【００２３】
第１０の発明は、第９の発明において、ｐ型不純物が供給される第１層または第２層のうち、最も活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．７５倍以下とすることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法である。
【００２４】
第１１の発明は、第１０の発明において、ｐ型不純物が供給される第１層または第２層のうち、最も活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．２５倍以下とすることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法である。
【００２５】
第１２の発明は、第１１の発明において、ｐ型不純物が供給される第１層または第２層のうち、最も活性層から近い層のｐ型不純物供給量を、最も活性層から遠い層のｐ型不純物供給量の０．１倍以下とすることを特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
第１〜８の発明によるIII 族窒化物半導体素子は、第１のｐ型半導体層のｐ型不純物濃度は活性層に近いほど低く、活性層から離れるほど高い。そのため、第１のｐ型半導体層全体での正孔濃度を低減することなく、第１のｐ型半導体層から活性層へのｐ型不純物の拡散濃度を低減することができ、ｐ型不純物の拡散によって活性層内に生じる欠陥を低減することができる。したがって、III 族窒化物半導体素子の効率が上昇し、出力および信頼性が向上する。
【００２７】
また、第９〜１２の発明によるIII 族窒化物半導体素子の製造方法によると、第１のｐ型半導体層のｐ型不純物濃度が、活性層に近いほど低く、活性層から離れるほど高くなるよう形成することができるため、効率、信頼性の高いIII 族窒化物半導体素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は、実施例１の発光ダイオード１の構造を示す図である。発光ダイオード１は、サファイア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型クラッド層１５、ｐ型コンタクト層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７の順に積層された構造であり、ｐ+ 型コンタクト層１７上にｐ電極１８、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層１２上にｎ電極１９を有している。ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３は、本発明のｎ型半導体層に相当し、ｐ型クラッド層１５、ｐ型コンタクト層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７は、本発明のｐ型半導体層に相当し、ｐ型クラッド層１５は、本発明の第１のｐ型半導体層に相当する。以下、その構造について、詳しく説明する。
【００３０】
まず、ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３について説明する。ｎ型コンタクト層１２は、バッファ層１１上にｎ+ −ＧａＮ層、ＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層が順に積層された構造である。ｎ型クラッド層１３は、ｎ型コンタクト層１２上にＩｎＧａＮ層とｎ−ＧａＮ層とが、膜厚１〜６ｎｍで交互に繰り返し積層された超格子構造である。ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３ともにＳｉをｎ型不純物としてＭＯＣＶＤ法によって形成している。
【００３１】
活性層１４は、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、ＧａＮからなるバリア層とが交互に繰り返し積層された多重量子井戸構造である。他にもダブルヘテロ構造や単一量子井戸構造などを用いてもよいが、発光効率の点から多重量子井戸構造が望ましい。
【００３２】
次に、ｐ型クラッド層１５の構造について説明する。図２は、ｐ型クラッド層の構造について拡大して示した図である。ｐ型クラッド層１５は、図２に示すように、ＭｇのドープされていないノンドープのＡｌＧａＮ層１５１（本発明の第１層）と、Ｍｇのドープされたｐ−ＩｎＧａＮ層１５２（本発明の第２層）とが交互に繰り返し積層された超格子構造である。活性層１４上にＡｌＧａＮ層１５１ａが形成されていて、その上にｐ−ＩｎＧａＮ層１５２、ＡｌＧａＮ層１５１が５回繰り返して積層されている。ＡｌＧａＮ層１５１、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２の膜厚は、１〜６ｎｍである。ＡｌＧａＮ層１５１、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２の膜厚は同じである必要はなく、それぞれ異なっていてもよい。
【００３３】
図３は、各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇドープ量（Ｍｇの原料ガスである、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）の供給量）について示した図である。横軸の数値は、活性層１４側から数えて何番目に積層されたｐ−ＩｎＧａＮ層１５２であるかを示していて、１番目がｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａ（最も活性層に近いｐ−ＩｎＧａＮ層１５２）、２番目がｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｂ、３番目がｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｃ、４番目がｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｄ、５番目がｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｅ（最も活性層から遠いｐ−ＩｎＧａＮ層１５２）である。縦軸は、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｃのＭｇドープ量を１とした相対的なＭｇドープ量である。ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａとｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｂのＭｇドープ量は、０．４であり、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｄとｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｅのＭｇドープ量は、１．６である。また、各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２内でのＭｇドープ量は一定である。
【００３４】
以上のようにＭｇをドープすることで、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａ、ｂのＭｇ濃度Ｎａ、Ｎｂを２×１０19ｃｍ-3、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｃのＭｇ濃度Ｎｃを５×１０19ｃｍ-3、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｄ、ｅのＭｇ濃度Ｎｄ、Ｎｅを８×１０19ｃｍ-3とした。Ｎａ＝Ｎｂ＜Ｎｃ＜Ｎｄ＝Ｎｅであり、活性層１４から離れるに従い、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇ濃度が単調に増加している。
【００３５】
ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇ濃度分布は上記の例に限るものではなく、活性層１４から離れるに従い、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇ濃度が単調に増加していればなんでもよい。たとえば、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃ＜Ｎｄ＜Ｎｅのように各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａ〜ｅのＭｇ濃度をすべて異なる値としてもよいし、Ｎａ＜Ｎｂ＝Ｎｃ＜Ｎｄ＜Ｎｅ、Ｎａ＜Ｎｂ＝Ｎｃ＜Ｎｄ＝Ｎｅ、Ｎａ＜Ｎｂ＝Ｎｃ＝Ｎｄ＜Ｎｅ、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃ＝Ｎｄ＝ＮｅなどのようにＭｇ濃度の等しい層があってもよい。
【００３６】
また、各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２内でのＭｇドープ量は一定としているが、活性層１４から離れるほどｐ−ＩｎＧａＮ層１５２内でのＭｇドープ量を多くしてもよい。
【００３７】
活性層１４に最も近いｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａのＭｇ濃度は、４×１０19ｃｍ-3より低いことが望ましい。４×１０19ｃｍ-3以上になると、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ａから活性層１４へ拡散するＭｇの濃度が増大し、発光効率が低下するからである。また、活性層１４から最も遠いｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｅのＭｇ濃度は、４×１０19〜５×１０20ｃｍ-3の範囲であることが望ましい。４×１０19ｃｍ-3未満では、ｐ型クラッド層１５全体での正孔濃度が低くなるため望ましくなく、５×１０20ｃｍ-3を超えると、Ｍｇに起因する結晶の欠陥が発生し正孔濃度が低くなるため望ましくない。
【００３８】
また、この実施例１では、ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２、ＡｌＧａＮ層１５１の繰り返し回数は５回であるが、５回に限るものではなく、４〜８回の範囲であればよい。
【００３９】
ｐ型クラッド層１５上にはｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６、ｐ+ −ＧａＮからなるｐ+ 型コンタクト層１７が形成され、ｐ+ 型コンタクト層１７上にはｐ電極１８が蒸着により形成されている。また、ｎ電極１９は、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層１１の表面に蒸着によって形成されている。
【００４０】
以上の構成による発光ダイオード１は、ｐ型クラッド層１５中のｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇ濃度が活性層１４から離れるにしたがって増加する構造、言い換えれば、活性層１４に近いほどＭｇ濃度が低くなる構造である。したがって、ｐ型クラッド層１５から活性層１４へＭｇが拡散するのを抑制することができ、Ｍｇの拡散によって活性層１４内に発生する欠陥を低減することができる。その結果、発光ダイオード１の発光効率は従来の発光ダイオードよりも向上し、光出力、信頼性が向上する。
【００４１】
図４は、実施例１の発光ダイオード１の光出力と、比較例の発光ダイオードの光出力を比較した図である。ここで、比較例の発光ダイオードは、ｐ型クラッド層におけるｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇ濃度以外は実施例１の発光ダイオード１と同一の構造である。比較例のｐ型クラッド層のｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇドープ量は、図３に示すように、各ｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇドープ量を、実施例１のｐ−ＩｎＧａＮ層１５２ｃのＭｇドープ量と同じにしていて、比較例のｐ型クラッド層全体のＭｇドープ量は、実施例１のｐ型クラッド層１５全体のＭｇドープ量と同じである。そのため、比較例のｐ型クラッド層におけるｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇ濃度は、すべて４×１０19ｃｍ-3である。図４のように、実施例１の発光ダイオード１は、比較例の発光ダイオードよりも約１０％光出力が向上していることがわかる。
【００４２】
実施例１では、ｐ型クラッド層を構成するＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層のうち、ＩｎＧａＮ層にのみＭｇをドープしているが、逆にＡｌＧａＮ層１５１ａ以外のＡｌＧａＮ層にのみＭｇをドープしてもよい。実施例１の発光ダイオード１と同様に、Ｍｇが活性層に拡散する濃度を低減でき、発光効率を向上できる。
【実施例２】
【００４３】
図５は、実施例２の発光ダイオード２のｐ型クラッド層２５の構造を示す図である。ｐ型クラッド層２５の構造以外の発光ダイオード２の構造については、発光ダイオード１と同様の構造である。図５のように、ｐ型クラッド層２５は、活性層１４に接するＭｇのドープされていないＡｌＧａＮ層２５３上に、ｐ−ＩｎＧａＮ層２５２、ｐ−ＡｌＧａＮ層２５１が交互に５回繰り返して積層された超格子構造である。
【００４４】
ｐ−ＩｎＧａＮ層２５２、ｐ−ＡｌＧａＮ層２５１には、活性層から離れるに従いＭｇ濃度が単調に増加するようにＭｇがドープされている。そのため、ＡｌＧａＮ層２５３を除いたｐ型クラッド層２５内のＭｇ濃度は、活性層から離れるに従い単調に増加している。このように単調に増加するように構成されていれば、あるｐ−ＩｎＧａＮ層２５２と、そのｐ−ＩｎＧａＮ層２５２に接するｐ−ＡｌＧａＮ層２５１とのＭｇ濃度が等しくてもかまわない。
【００４５】
各ｐ−ＡｌＧａＮ層２５１内、各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２内でのＭｇドープ量は、一定でもよいし、活性層１４から離れるほどＭｇドープ量を多くしてもよい。
【００４６】
Ｍｇがドープされたｐ−ＩｎＧａＮ層２５２、ｐ−ＡｌＧａＮ層２５１のうち、最も活性層に近いｐ−ＩｎＧａＮ層２５２ａのＭｇ濃度は、４×１０19ｃｍ-3より低いことが望ましい。また、Ｍｇがドープされたｐ−ＩｎＧａＮ層２５２、ｐ−ＡｌＧａＮ層２５１のうち、最も活性層から遠いｐ−ＡｌＧａＮ層２５１ａのＭｇ濃度は、４×１０19〜５×１０20ｃｍ-3の範囲であることが望ましい。望ましい理由は、実施例１で述べたのと同様の理由である。
【００４７】
以上の構成による発光ダイオード２も、実施例１の発光ダイオード１と同様にｐ型クラッド層２５のＭｇが活性層１４に拡散するのを抑制することができるため、従来の発光ダイオードよりも発光効率が向上する。
【００４８】
実施例１、２では、ｐ型クラッド層の構造を、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層が交互に繰り返し積層された超格子構造としているが、本発明は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とによる超格子構造に限るものではなく、Ａｌを含むIII 族窒化物半導体層と、その層とは組成の異なるIII 族窒化物半導体層とが交互に繰り返し積層された超格子構造であればよい。たとえば、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との超格子構造や、ＡｌＧａＩｎＮ層とＩｎＧａＮ層との超格子構造であってもよい。
【００４９】
実施例１、２はいずれも発光ダイオードであったが、本発明は、発光ダイオードに限るものではなく、半導体レーザや受光素子にも適用することができる。
【００５０】
また、実施例１、２のように発光ダイオードの場合には、ｐ型クラッド層中のＡｌを含む層が活性層と接していることが望ましい。
【００５１】
半導体レーザの場合には、ｐ型クラッド層と活性層は接していてもよいし、ｐ型クラッド層と活性層との間にノンドープの光ガイド層などを有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明により、発光効率、信頼性の高い発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１の発光ダイオード１の構造を示す図。
【図２】実施例１の発光ダイオード１のｐ型クラッド層１５の構造を示す図。
【図３】各ｐ−ＩｎＧａＮ層１５２のＭｇドープ量を示す図。
【図４】実施例１の発光ダイオード１と比較例の発光ダイオードの光出力を比較した図。
【図５】実施例２の発光ダイオード２のｐ型クラッド層２５の構造を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１、２：発光ダイオード
１０：サファイア基板
１２：ｎ型コンタクト層
１３：ｎ型クラッド層
１４：活性層
１５、２５：ｐ型クラッド層
１６：ｐ型コンタクト層
１７：ｐ+ 型コンタクト層
１５１、２５３：ＡｌＧａＮ層
１５２、２５２：ｐ−ＩｎＧａＮ層
２５１：ｐ−ＡｌＧａＮ層
【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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