(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性ＳｉＣ基板上にＡｌＮや高Ａｌ組成ＡｌＧａＮを用いた縦型半導体素子構造において、クラックを生じさせず高い縦方向伝導性を得る構造を提供する。【解決手段】ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板３０５上に、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．１５Ｉｎ０．０５Ｎ（膜厚３ｎｍ、Ｓｉ濃度３×１０１９ｃｍ−３）／Ａｌ０．５Ｇａ０．４５Ｉｎ０．０５Ｎ（膜厚３ｎｍ、Ｓｉ濃度３×１０１９ｃｍ−３）超格子３０４をＡｌ組成の高い層から先に１００周期、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．５５Ｉｎ０．０５Ｎ（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）層３０３をエピタキシャル成長させる。良好なｎ型伝導性を得るために、ＩＩＩ族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は５×１０１６ｃｍ−３以下に低減する。続いて、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極３０１を形成し、基板裏面全面にＮｉ／Ａｕ電極３０２を形成する。【選択図】図３
2008071832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
n型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたn型電極とを備え、
x≧x1かつy≧y1若しくはx≧x2かつy≧y2であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項２】
n型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたn型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたn型電極とを備え、
Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項３】
n型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体上に形成されたp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層と、
前記基板に形成されたn型電極と、
前記第４の窒化物半導体層に形成されたp型電極とを備え、
0≦x3≦x4≦0.6かつ0≦y3≦y4≦0.1であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
n型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたn型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体上に形成されたp型AlNから成る第４の窒化物半導体層と、
前記基板に形成されたn型電極と、
前記第４の窒化物半導体層に形成されたp型電極とを備え、
Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であり、Ga組成x4が0≦x4≦0.6であり、In組成y4が0≦y4≦0.1であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
p型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成されたn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたp型電極とを備え、
x≧x1かつy≧y1若しくはx≧x2かつy≧y2であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項６】
p型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたp型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたp型電極とを備え、
Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項７】
p型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層上に形成されたn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の窒化物半導体層と、
前記基板に形成されたp型電極と、
前記第４の窒化物半導体層に形成されたn型電極とを備え、
0≦x3≦x4≦0.6かつ0≦y3≦y4≦0.1としたことを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項８】
p型SiCから成る基板と、
前記基板上に形成されたp型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体上に形成されたp型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層上に形成されたn型AlNから成る第４の窒化物半導体層と、
前記基板に形成されたp型電極と、
前記第４の窒化物半導体層に形成されたn型電極とを備え、
Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であり、Ga組成x4が0≦x4≦0.6であり、In組成y4が0≦y4≦0.1であることを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１の窒化物半導体層は、平均Al組成が前記基板から前記第２の窒化物半導体層に向けて増加していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のIII族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
n型SiCから成る基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、
前記基板上にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層上にn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にn型電極をそれぞれ形成するステップと
を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の作製方法。
【請求項１１】
p型SiCから成る基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、
前記基板上にp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層上にp型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記基板及び前記第２の窒化物半導体層にp型電極をそれぞれ形成するステップと
を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の作製方法。
【請求項１２】
n型SiC基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、
前記SiC基板上にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層上にn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第２の窒化物半導体層上にAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第３の窒化物半導体上にp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層を形成するステップと
前記基板にn型電極を形成するステップと
前記第４の窒化物半導体層にp型電極を形成するステップと
を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の作製方法。
【請求項１３】
p型SiC基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、
前記SiC基板上にp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第1の窒化物半導体層上にp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第２の窒化物半導体層上にAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層を形成するステップと、
前記第３の窒化物半導体上にn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層を形成するステップと
前記基板にp型電極を形成するステップと
前記第４の窒化物半導体層にn型電極を形成するステップと
を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII族窒化物半導体素子およびその作製方法に関し、より詳細には、発光波長が200nmから300nmの遠紫外領域であるIII族窒化物半導体素子およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体である窒化アルミニウムガリウムインジウム（Al1-x-yGaxInyN）系半導体素子には、炭化ケイ素（SiC）基板やサファイア（Al2O3）基板が広く用いられている。特に、表１に示すように、SiC基板は、III族窒化物半導体であるGaNやAlNと格子定数が近いため転位等の欠陥生成を抑制することができ、かつ、熱伝導率が高いため高出力動作時に素子の温度上昇も抑制することできる。
【０００３】
【表１】
2008071832.tif 000003
【０００４】
一方、SiCはn型およびp型伝導性制御が可能である。例えば、発光ダイオード等のpn接合型素子を作製する場合を考える。図１（A）に、縦型素子構造とその電流分布を示し、図1（B）に、横型素子構造とその電流分布を示す。
【０００５】
図１（A）に示す縦型素子構造は、導電性基板１０５上にn型層１０４、p型層１０３が積層され、p型層１０３にp型電極１０１、および導電性基板１０５にn型電極１０２が形成された構造となっている。この場合、各層間の界面に垂直な方向を縦方向とすると、電流は導電性基板１０５、n型層１０４、p型層１０３内を縦方向にのみ流れる。
【０００６】
図１（B）に示す横型素子構造は、サファイア等の絶縁性基板上に素子を作製する場合にとる構造である。絶縁性基板１０６上にn型層１０４、p型層１０３が積層され、p型層１０３にp型電極１０１、およびドライエッチング等により露出されたn型層１０４にn型電極１０２が形成された構造となっている。この場合、各層間の界面と水平な方向を横方向とすると、電流がn型層１０４中を横方向に流れるため素子抵抗が増加し、かつ、電界がn型電極１０２側に集中して電流分布が不均一になる。特に、デバイス端面に電流が集中するため、素子が破壊され易くなる。
【０００７】
一方、導電性のn型SiC基板を用いる場合、n型電極１０２を基板裏面に形成する縦型構造をとることができるため、素子作製プロセスを簡略化でき、かつ、均一な電流分布が得られる等の利点がある。
【０００８】
【非特許文献１】V.Adivarahan, et al., “250nm AlGaN light-emitting diodes”, App. Phys. Letter, Vol. 85, No.12, September 20, 2004, pp.2175-2177
【非特許文献２】Akito Kuramata, et al., “Room-Temperature Continuous Wave Operation of InGaN Laser Diodes with Vertical Conducting Structure on SiC Substrate”, Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 37, Pt. 2, No. 11B, November 15, 1998, pp.L1373-1375
【非特許文献３】S. Elnfeldt, et al., “Strain relaxation in AlGaN under tensile plane stress”, J. Appl. Phys., Vol. 88, No. 12, December 15, 2000, pp.7029-7036
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
SiC基板上にIII族窒化物半導体を用いた縦型構造を形成する場合、SiCとIII族窒化物半導体界面にバンドオフセットが生じる。このため、バンドギャップの近いGaNや低Al組成AlGaN（Aｌ組成0.3以下）を用いた青色発光ダイオードや近紫外発光ダイオード等においては、バンドオフセットが小さく、縦方向の電気伝導が得られるため、SiC基板上に素子構造を作製できる。
【００１０】
しかしながら、発光波長が280nm以下となるAl1-x-yGaxInyN（Al組成（1-x-y）は約0.4以上）のバンドギャップは約4.4eV以上であり、SiCとのバンドオフセットは約１eV以上にもなる。特に、発光波長が約210nmのAlNのバンドギャップ約6eVであり、SiCとのバンドオフセットは約３eVにもなる。このような大きなバンドオフセットがIII族窒化物半導体とSiC基板界面に存在すると、SiC基板側からIII族窒化物半導体への電子または正孔の注入は著しく妨げられる。このため、SiC基板上のAlNや高Al組成AlGaN縦型構造においては、縦方向に高い電気伝導性が得られず、SiC基板上にAlNや高Al組成AlGaNを用いた縦型遠赤外発光ダイオード等を作製することは困難であった。
【００１１】
このような理由により、これまでは、遠紫外発光ダイオードは主にサファイア基板上に作製された横型構造であったため、放熱性が悪く、かつ素子抵抗が高い等の理由から高出力動作時に高い熱が発生していた。この発熱はパルス駆動することによって抑制することが可能であるが、電源回路が複雑になる等の実用上の課題があった。
【００１２】
以下に、発光層にAl1-xGaxNを用いた遠紫外発光ダイオードについて例を挙げて説明する（非特許文献１参照）。この例では、発光ダイオードは有機金属気相成長（MOCVD）法により作製されている。図２に、Al1-xGaxNを用いた遠紫外発光ダイオードの構造を示す。基板２０９にはAl2O3(0001)面を使用しており、この基板２０９上に、AlNバッファ層２０８（膜厚0.3μm）、アンドープAlN/Al0.85Ga0.15N超格子層２０７、n型Al0.72Ga0.28N層２０６、発光層としてAl0.58Ga0.42N/Al0.65Ga0.35N多重量子井戸層２０５（3周期）、p型Al0.72Ga0.28N層２０４（膜厚20nm）、p型GaN層２０３を成長させた。サファイア（Al2O3）基板２０９は絶縁性であるため横型構造をとらざるおえず、n型電極２０２はn型Al0.72Ga0.28N層２０６上に、p型電極２０１はp型GaN層２０３上に形成している。本発光ダイオードの素子サイズは150μm×150μｍであり、発光波長は250nmである。
【００１３】
このように、発光層にAl1-xGaxNを用いた遠紫外発光ダイオードは横型構造であるので電流分布は不均一になる。また、電流はn型Al0.72Ga0.28N層２０６中を横方向に流れるため、この横方向抵抗により本素子の素子抵抗は36Ωと高い。さらに、サファイア基板２０９は熱伝導率が低く、放熱性が悪いため、素子の発熱を抑制するためパルス電流300ｍA（パルス幅200nsec、デューティー比0.2％）の条件下で駆動している。サファイア基板２０９は絶縁性であるので、この積層構造のまま縦型構造の素子は作製できない。
【００１４】
また、n型SiC基板上に作製したInGaN青紫色半導体レーザについて例を挙げて説明する（非特許文献2）。この例では、InGaN青紫色半導体レーザはMOCVD法により作製している。まず、n型SiC（0001）基板上に、直接、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層を形成する。その後、n型GaN光ガイド層、InGaN多重量子井戸層、p型Al0.18Ga0.82N電子ブロッキング層、p型GaN光ガイド層、p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層、p型GaNコンタクト層を形成している。n型電極はn型SiC基板裏面に形成し、p型電極はp型GaNコンタクト層上に形成している。本素子は縦型構造であり、基板からコンタクト層まで縦方向に電気伝導性がある。本素子は、CW、115mA、10.5Vの条件下において、波長408.2nmでレーザ発振する。
【００１５】
この場合、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層とSiC基板とのバンドオフセットが小さいため、かつ、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層上にそれよりもバンドギャップの小さいInGaN多重量子井戸層を形成しているために縦方向の電気伝導が得られる。しかし、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層上にそれよりもバンドギャップの大きいAlNや高Al組成AlGaNを用いた素子構造を形成すると、これらの間に大きなバンドオフセットが発生して良好な縦方向の電気伝導性を得ることはできない。
【００１６】
ここで、SiC基板上にAlNや高Al組成AlGaNを用いた縦型半導体素子を作製する際、まず、SiC基板上にSiCとバンドオフセットの小さいGaNを形成し、続いて、GaNからAlNや高Al組成AlGaNに向けて徐々にAl組成を増加するAlGaN組成傾斜層を挿入する方法も考えられる。しかし、この場合、GaN上にそれよりも格子定数の小さいAlGaNが形成されるため、強い引張歪みが導入される。このため、AlGaN層の膜厚がある値を超えると、クラックが生じ、十分な品質の発光ダイオード等の半導体素子を作製することはできない。例えば、Al組成0.1においては膜厚が1μｍを超えた場合、Al組成0.2においては膜厚が0.4μｍを超えた場合、Al組成0.3においては膜厚が0.1μｍを超えた場合にクラックが導入される（非特許文献3参照）。一般的に、縦型pn接合構造の膜厚は、0.5μｍ程度は必要である。つまり、AlGaN組成傾斜層を用いてもクラックが発生するため、AlNや高Al組成AlGaNを用いた縦型半導体素子を作製することはできなかった。
【００１７】
本発明の目的は、導電性SiC基板上にAlNや高Al組成AlGaNを積層した縦型半導体素子において、クラックを発生させずに高い縦方向電気伝導性を得ることを可能にするIII族窒化物半導体素子およびその作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、n型SiCから成る基板と、基板上に形成されたn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層と、基板及び第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたn型電極とを備え、x≧x1かつy≧y1若しくはx≧x2かつy≧y2であることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、n型SiCから成る基板と、  基板上に形成されたn型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、基板及び第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたn型電極とを備え、Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、n型SiCから成る基板と、基板上に形成されたn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体上に形成されたp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層と、基板に形成されたn型電極と、第４の窒化物半導体層に形成されたp型電極とを備え、0≦x3≦x4≦0.6かつ0≦y3≦y4≦0.1であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、n型SiCから成る基板と、基板上に形成されたn型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体上に形成されたp型AlNから成る第４の窒化物半導体層と、基板に形成されたn型電極と、第４の窒化物半導体層に形成されたp型電極とを備え、Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であり、Ga組成x4が0≦x4≦0.6であり、In組成y4が0≦y4≦0.1であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、p型SiCから成る基板と、基板上に形成されたp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成されたn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層と、基板及び第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたp型電極とを備え、x≧x1かつy≧y1若しくはx≧x2かつy≧y2であることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、p型SiCから成る基板と、基板上に形成されたp型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成されたn型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、基板及び第２の窒化物半導体層にそれぞれ形成されたp型電極とを備え、Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、p型SiCから成る基板と、基板上に形成されたp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層上に形成されたn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の窒化物半導体層と、基板に形成されたp型電極と、第４の窒化物半導体層に形成されたn型電極とを備え、0≦x3≦x4≦0.6かつ0≦y3≦y4≦0.1としたことを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、III族窒化物半導体素子において、p型SiCから成る基板と、基板上に形成されたp型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体上に形成されたp型AlNから成る第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上に形成されたAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層上に形成されたn型AlNから成る第４の窒化物半導体層と、基板に形成されたp型電極と、第４の窒化物半導体層に形成されたn型電極とを備え、Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9であり、In組成y2が0≦y2≦0.1であり、Ga組成x4が0≦x4≦0.6であり、In組成y4が0≦y4≦0.1であることを特徴とする。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載のIII族窒化物半導体素子であって、第１の窒化物半導体層は、平均Al組成が基板から第２の窒化物半導体層に向けて増加していることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、n型SiCから成る基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、基板上にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層上にn型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、基板及び第２の窒化物半導体層にn型電極をそれぞれ形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、p型SiCから成る基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、基板上にp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層上にp型Al1-x-yGaxInyNから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、基板及び第２の窒化物半導体層にp型電極をそれぞれ形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、n型SiC基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、SiC基板上にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層上にn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、第２の窒化物半導体層上にAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層を形成するステップと、第３の窒化物半導体上にp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層を形成するステップと基板にn型電極を形成するステップと第４の窒化物半導体層にp型電極を形成するステップとを有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１３に記載の発明は、p型SiC基板上にAlGaInNから成る窒化物半導体を積層したIII族窒化物半導体素子の作製方法であって、SiC基板上にp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子から成る第1の窒化物半導体層を形成するステップであって、Al組成の高い層から先に形成する第1の窒化物半導体層を形成するステップと、第1の窒化物半導体層上にp型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第２の窒化物半導体層を形成するステップと、第２の窒化物半導体層上にAl1-x4-y4Gax4Iny4Nから成る発光層である第３の窒化物半導体層を形成するステップと、第３の窒化物半導体上にn型Al1-x3-y3Gax3Iny3Nから成る第４の半導体層を形成するステップと基板にp型電極を形成するステップと第４の窒化物半導体層にn型電極を形成するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、SiC基板とIII族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の間に、Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことにより、クラックがなく、高い縦方向の電気伝導性を有する縦型半導体素子が得られる。このため、SiC基板上にAlNや高Al組成AlGaNを積層した縦型半導体素子が可能になり、発熱量の多い高直流電流駆動条件下でも安定に動作できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明は、縦型素子構造において、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の間に、n型Al1-x1-y1Gax1Iny1N／Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴し、この点において従来技術とは異なる。高直流電流駆動条件下でも安定に動作可能にする超格子の組成は、後述するように特定の範囲に限られる。
【００３３】
SiC基板とIII族窒化物半導体Al1-x-yGaxInyNの間に、Al1-x1-y1Gax1Iny1N／ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した場合には、クラックを生じさせずに高い縦方向の電気伝導性が得られる。この構造をSiC基板上にAlNや高Al組成AlGaNを積層した縦型遠紫外半導体発光素子に適用すれば、均一な電流分布が得られ、素子抵抗を低減し、かつ、熱のこもりも抑制できる。その結果、発熱量の多い高直流電流駆動条件下でも安定に動作する遠紫外半導体発光素子を作成することができる。
【００３４】
後述する実施形態１〜９のIII族窒化物半導体は、有機金属気相成長法（MOCVD法）によりSiC基板上に形成する。n型4H-SiC(0001)基板を用いる場合は、基板の厚さが100μｍ程度となるように研磨する。一方、p型6H-SiC(0001)基板を用いる場合は、基板厚さが50μｍ程度となるように研磨する。Al原料としてトリメチルアルミニウム（TMA）、Ga原料としてトリメチルガリウム（TMG）、In原料としてトリメチルインジウム(TMIn)、N原料としてアンモニア(NH3)、シリコン(Si)ドーパント原料としてシラン（SiH4）、Mgドーパント原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)をそれぞれ用いる。各薄膜の成長温度は1300℃とする。
【００３５】
（実施形態１）
・n型AlGaInN
本実施形態に係るn型SiC基板とn型III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の間にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N／ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型素子の構造と電気伝導特性について、図面を参照しながら詳しく説明する。ここでは、比較のため、本実施形態に係る素子の他に、図３（B）、（C）に示す構造を有する素子の電気伝導特性についても述べる。まず、各素子の構造とその作製方法について説明する。
【００３６】
図3（A）に、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の間にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N／ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板３０５上に、Siドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N (膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3) 超格子を100周期積層した超格子層３０４、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層３０３をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減する。また、SiC基板３０５上には、超格子層３０４のうちAl組成の高いSiドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N層から先に形成する。続いて、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層３０３上にTi/Al/Ti/Au電極３０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板裏面全面にNi/Au電極３０２を形成する。
【００３７】
図3（B）に、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の間にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N／ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板３０５上に、Siドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層３０４、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N(膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3)層３０３をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減する。また、SiC基板上には、超格子層３０４のうちAl組成の高いSiドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N層から先に形成する。続いて、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層３０３上にTi/Al/Ti/Au電極３０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層３０３のエッチングを施した面上にTi/Al/Ti/Au電極３０２を形成する。電極３０２をこのような位置に形成したのは、LEDに近い構造で縦方向と横方向の電気伝導の影響を調べるためである。
【００３８】
図3（C）に、超格子を挿入していない場合のn型SiC基板上にn型III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）を積層した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板３０５上に、直接、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N(膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3)層３０３をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減する。続いて、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層３０３上にTi/Al/Ti/Au電極３０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板３０５裏面全面にNi/Au電極３０２を形成する。
【００３９】
図4に、図３（A）、（B）、（C）に示す構造を有する各素子の電流−電圧特性を示す。図３（A）の超格子を挿入した縦型構造の場合、良好なオーミック特性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も2Ωと低い。一方、図３（B）の超格子を挿入した横型構造の場合、オーミック特性は得られるが、素子抵抗は25Ωと高くなる。また、図３（C）の超格子を挿入しない縦型素子の場合、n型SiC基板３０５／Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層３０３界面のバンドオフセットに起因して、電流−電圧特性は整流性を示し、良好なオーミック特性は得られない。以上のように、超格子層３０４を挿入することによってSiC基板３０５の縦型素子においても電流−電圧特性がオーミック性になり、かつ素子抵抗を低減できる。
【００４０】
また、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間にn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入する際、x≧x1かつy≧y1もしくはx≧x2かつy≧y2とすることで、n型III族窒化物半導体の膜厚10μｍ程度まで厚くしてもクラックは発生しない。x≧x1かつy≧y1もしくはx≧x2かつy≧y2とすることで、超格子の平均的な格子定数よりもn型III族窒化物半導体の格子定数の方が大きくなり、n型III族窒化物半導体には圧縮歪みが導入される。つまり、導入される歪みはクラックの原因である引張歪みとは逆方向の歪みであるので、n型III族窒化物半導体にクラックは発生しない。
【００４１】
超格子を挿入することで高い電気伝導性が得られる理由をn型SiC上にn型AlNを形成した場合を例にして説明する。図５（A）にn型SiC上にn型AlNを形成した場合、図５（B）にn型SiCとn型AlNの間にn型AlN/AlGaInN超格子を挿入した場合のエネルギーバンドの概略図をそれぞれ示す。n型SiC上にn型AlNを形成した場合、図５（A）に示すようにn型SiCとn型AlNの界面に大きな伝導帯バンドオフセットが存在し、n型SiCから電子をn型AlNに注入することは困難である。このため、n型SiCとn型AlNとの間で高い電気伝導性が得られない。一方、n型SiCとn型AlNの間にn型AlN/AlGaInN超格子を挿入した場合、図５（B）に示すように、まず、n型SiCからトンネル効果により電子を超格子層の量子準位に注入できる。そして、超格子層の量子準位とn型AlNの伝導帯のエネルギー差がSiCとAlNの伝導帯オフセットと比べて小さいため、超格子層からn型AlN層に電子を効率良く注入できる。このため、n型SiCとn型AlNとの間でも高い電気伝導性が得られる。
【００４２】
加えて、高いトンネル確率を得るには、超格子を形成する層のうち、バンドギャップの大きい層、つまり、Al組成の高い層の膜厚を5nm以下にしてポテンシャル障壁を所定の厚さ以下にすることが望ましい。
【００４３】
このようにして本実施形態は、n型SiC基板上に縦方向の高い電気伝導性を有する高Al組成AlGaInN縦型半導体素子を実現できる。
【００４４】
（実施形態２）
実施形態１では図３（A）の超格子を挿入した縦型素子構造において、SiC基板からIII族窒化物半導体に向けて、超格子の平均Al組成を徐々に増加させた構造を作製可能にしている。本実施形態では、超格子の平均Al組成を増加させるため、SiC基板からn型III族窒化物半導体に向けて、Siドープn型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子のうち、Al1-x2-y2Gax2Iny2N層の膜厚を20nmから1nmへと1周期毎に徐々に減少させる。但し、その他の条件は同一である。すなわち、まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板上に、Siドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N (膜厚20nmから1nmへと1周期毎に徐々に減少、Si濃度3×1019cm-3) 超格子を100周期、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減する。また、SiC基板上には、超格子層のうちAl組成の高いSiドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N層から先に形成する。続いて、Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層上にTi/Al/Ti/Au電極(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板裏面全面にNi/Au電極を形成する。この構造の素子抵抗は1Ωであり、図３（A）に示した超格子の平均Al組成が一定の場合よりも、オーミック性が良く、かつ素子抵抗が半分に低減する。
【００４５】
この理由を、実施形態１の図５（a）、（ｂ）に準じて説明する。図５（C）に、SiC基板からn型III族窒化物半導体に向けて超格子の膜厚を減少させた場合のエネルギーバンドの概略図を示す。超格子を形成する層のうち、Al組成の低い層の膜厚を減少させ、超格子の平均Al組成を増加させると量子準位が上昇し、超格子の擬似的なバンドギャップが大きくなる。これにより、超格子層の量子準位とn型AlNの伝導帯のエネルギー差がn型AlNに近づくにつれてより小さくなるため、超格子層からn型AlN層に電子をさらに効率良く注入できる。このため、n型SiCとn型AlNとの間の電気伝導性が実施形態１よりもさらに向上する。
【００４６】
（実施形態３）
・n型AlN
本実施形態に係るn型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型素子の構造と電気伝導特性について、図面を参照しながら詳しく説明する。また、比較のため、図６（B）、（C）に示す構造を有する素子の電気伝導性も評価した。まず、各素子の構造とその作製方法について説明する。
【００４７】
図６（A）に、n型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板６０５上に、Siドープn型AlN(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層６０４、Siドープn型AlN(膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3)層６０３をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板６０５上には、超格子層６０４のうちAl組成の高いSiドープn型AlN層から先に形成する。続いて、Siドープn型AlN層６０３上にTi/Al/Ti/Au電極(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板６０５裏面全面にNi/Au電極を形成する。
【００４８】
図６（B）に、n型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板６０５上に、Siドープn型AlN(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層６０４、Siドープn型AlN(膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3)層６０３をエピタキシャル成長させる。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板６０５上には、超格子層６０４のうちAl組成の高いSiドープn型AlN層から先に形成する。続いて、Siドープn型AlN層６０３上にTi/Al/Ti/Au電極(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、Siドープn型AlN層６０３のエッチングを施した面上にTi/Al/Ti/Au電極を形成する。
【００４９】
図６（C）に、超格子を挿入していない場合のn型SiC基板上にn型AlNを積層した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板６０５上に、直接、Siドープn型AlN(膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3)層６０３をエピタキシャル成長させた。なお、良好なn型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。続いて、Siドープn型AlN層６０３上にTi/Al/Ti/Au電極(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板６０５裏面全面にNi/Au電極を形成する。
【００５０】
図６（A）、（B）、（C）に示す構造を有する各素子の電流−電圧特性について述べる。図６（A）の超格子を挿入した縦型構造の場合、良好なオーミック特性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も2.5Ωと低い。しかし、図６（B）の超格子を挿入した横型構造の場合、オーミック特性は得られたが、素子抵抗は250Ωと高くなる。また、図６（C）の超格子を挿入していない縦型素子の場合、SiC基板／Siドープn型AlN界面の大きなバンドオフセットに起因して、電流−電圧特性は強い整流性を示し、良好なオーミック性は得られない。
【００５１】
次に、素子構造図６（A）と同様な構造において、n型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子の組成と電気伝導特性の関係について述べる。Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9の範囲、In組成y2が0≦y2≦0.1の範囲においてのみ、良好なオーミック性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。Ga組成x2が0.2＞x2の範囲においては、超格子のバンドギャップが大きくなり、SiCから効率良く電子が注入されないために、電気伝導性が悪くなる。一方、Ga組成x2がx2>0.9の範囲においては、AlNとAl1-x2-y2Gax2Iny2Nの格子不整が大きくなり、結晶性が劣化し、電気伝導性が悪くなる。また、In組成y2がy2＞0.1の範囲においては、Al1-x2-y2Gax2Iny2Nの結晶性が劣化し、電気伝導性が悪くなる。
【００５２】
このようにして本実施形態は、n型SiC基板上に縦方向の高い電気伝導性を有するAlN縦型半導体素子を実現できる。
【００５３】
（実施形態４）
・p型AlGaInN
本実施形態に係るp型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型素子の構造と電気伝導特性について、図面を参照しながら詳しく説明する。また、比較のため、図７（B）、（C）に示す構造を有する素子の電気伝導性も評価した。まず、各素子の構造とその作製方法について説明する。
【００５４】
図７（A）に、p型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板７０６上に、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.2Ga0.75In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層７０５、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3)層７０４をエピタキシャル成長させた。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板７０６上には、超格子層７０５のうちAl組成の高いMgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N層から先に形成する。続いて、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N層７０４上にPd/Au電極７０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板７０６裏面全面にNi/Au電極７０２を形成する。
【００５５】
図７（B）に、p型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板７０６上に、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3) ／Al0.2Ga0.75In0.05N (膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層７０５、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3)層７０４をエピタキシャル成長させる。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板７０６上には、超格子層７０５のうちAl組成の高いMgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N層から先に形成する。続いて、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N層７０４上にPd/Au電極７０３(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N層のエッチングを施した面上にPd/Au電極７０２を形成する。
【００５６】
図７（C）に、超格子を挿入していない場合のp型SiC基板上にp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)を積層した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板７０６上に、直接、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3)層７０４をエピタキシャル成長させる。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。続いて、Mgドープp型Al0.45Ga0.5In0.1N層７０４上にPd/Au電極７０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、SiC基板７０６裏面にNi/Au電極７０２を形成する。
【００５７】
図７（A）、（B）、（C）に示す構造を有する各素子の電流−電圧特性について述べる。図７（A）の超格子を挿入した縦型構造の場合、良好なオーミック特性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も5Ωと低い。しかし、図７（B）の超格子を挿入した横型構造の場合、オーミック特性は得られるが、素子抵抗は2500Ωと高くなる。また、図７（C）の超格子を挿入していない縦型素子の場合、p型SiC基板／Mgドープp型Al1-x3-y3Gax3Iny3N界面のバンドオフセットに起因して、電流−電圧特性は強い整流性を示し、良好なオーミック性は得られない。以上のように、超格子を挿入することでSiC基板の縦型素子においても電流−電圧特性がオーミック性になり、また、素子抵抗を低減できる。
【００５８】
また、実施形態１と同様に、p型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間にp型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入する際、x≧x1かつy≧y1もしくはx≧x2かつy≧y2とすることで、p型III族窒化物半導体の膜厚10μｍ程度まで厚くしてもクラックは発生しない。
【００５９】
このようにして本実施形態は、p型SiC基板上に縦方向の高い電気伝導性を有する高Al組成AlGaInN縦型半導体素子を実現できる。
【００６０】
（実施例５）
・p型AlN
本実施形態に係るp型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型素子の構造と電気伝導特性について、図面を参照しながら詳しく説明する。まず、各素子の構造とその作製方法について説明する。また、比較のため、図８（B）、（C）に示す構造を有する素子の電気伝導性も評価した。まず、各素子の構造とその作製方法について説明する。
【００６１】
図８（A）に、p型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板８０６上に、Mgドープp型AlN(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.6Ga0.3In0.1N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層８０５、Mgドープp型AlN (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層８０４をエピタキシャル成長させる。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板８０６上には、超格子層８０５のうちAl組成の高いMgドープｐ型AlN層から先に形成する。続いて、Mgドープp型AlN層８０４上にPd/Au電極８０１(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、p型SiC基板８０６裏面全面にNi/Au電極８０２を形成する。
【００６２】
図８（B）に、p型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板８０６上に、Mgドープp型AlN(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.6Ga0.3In0.1N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層８０５、Mgドープp型AlN(膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3)層８０４をエピタキシャル成長させる。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。また、SiC基板８０６上には、超格子層８０５のうちAl組成の高いMgドープp型AlN層から先に形成する。続いて、Mgドープp型AlN層８０４上にPd/Au電極８０３(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、Mgドープp型AlN層８０４のエッチングを施した面上にPd/Au電極８０２を形成する。
【００６３】
図８（C）に、超格子を挿入していない場合のp型SiC基板上にp型AlNを積層した縦型素子の構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板８０６上に、直接、Mgドープp型AlN (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層８０４をエピタキシャル成長させる。なお、良好なp型伝導性を得るために、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下に低減している。続いて、Mgドープp型AlN層８０４上にPd/Au電極８０３(サイズ100μｍ×100μｍ)を形成し、p型SiC基板８０６裏面全面にNi/Au電極８０２を形成する。
【００６４】
図８（A）、（B）、（C）に示す構造を有する各素子の電流−電圧特性について述べる。図８（A）の超格子を挿入した縦型構造の場合、良好なオーミック特性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も75Ωと低い。しかし、図８（B）の超格子を挿入した横型構造の場合、オーミック特性は得られたが、素子抵抗は12500Ωと極めて高くなる。また、図８（C）の超格子を挿入していない縦型素子の場合、p型SiC基板／Mgドープp型AlN界面の大きなバンドオフセットに起因して、電流−電圧特性は強い整流性を示し、良好なオーミック性は得られない。
【００６５】
次に、図８（A）の素子構造において、p型AlN/ Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子の組成と電気伝導特性の関係を述べる。実施形態３と同様に、Ga組成x2が0.2≦x2≦0.9の範囲、In組成y2が0≦y2≦0.1の範囲においてのみ、良好なオーミック性を有する縦方向の電気伝導性が得られる。
【００６６】
このように本実施形態により、p型SiC基板上に縦方向の高い電気伝導性を有するAlN縦型半導体素子構造が実現できる。
【００６７】
（実施形態６）
・n型、AlInGaN半導体発光素子
本実施形態に係るn型SiC基板とn型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、n型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型発光ダイオードの構造について、図面を参照しながら説明する。また、比較のため、同様の半導体積層構造の横型発光ダイオードについても説明する。
【００６８】
図９（A）に、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、n型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板９０７上に、Siドープn型Al0.8Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層９０６、Siドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層９０５、Al0.6Ga0.35In0.05N(膜厚5nm)発光層９０４、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.1μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層９０３をエピタキシャル成長する。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板９０７上には、超格子のうちAl組成の高いSiドープn型Al0.8Ga0.15In0.05Nから先に形成する。続いて、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N層９０３上にPd/Au電極９０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、n型SiC基板９０７裏面全面にNi/Au電極９０２を形成する。
【００６９】
図９（B）に、n型SiC基板とn型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、n型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板９０７上に、Siドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層９０６、Siドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層９０５、Al0.6Ga0.35In0.05N(膜厚5nm)発光層９０４、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.1μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層９０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板９０７上には、超格子のうちAl組成の高いSiドープn型Al0.8Ga0.15In0.05Nから先に形成する。続いて、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N層９０３上にPd/Au電極９０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、露出したSiドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N層９０５上にTi/Al/Ti/Au電極９０２を形成する。
【００７０】
図１０に、作製した素子の直流駆動時における電流−電圧特性を示す。これは測定した結果である。図９（A）の本実施形態に係る縦型発光ダイオードにおいて、良好な縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も5Ωと低く、1000mA程度の高電流条件下でも直流駆動で安定に動作する。一方、図９（B）の従来の横型発光ダイオードの順方向の素子抵抗は80Ωと高く、電流を300ｍA以上に増加すると、素子が動作中に破壊するなど、安定な動作が得られない場合がある。
【００７１】
図１１に、直流駆動条件での発光出力の駆動電流依存性を示す。本素子の発光波長は250nmである。尚、Al1-x4-y4Gax4Iny4N発光層のGa組成x4を0≦x4≦0.6とし、In組成y4を0≦y4≦0.1とすることで、発光波長を約200nmから300nmの遠紫外域に調整できる。図１１（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、1000mA程度まで発光出力はほぼ線形的に増加する。しかし、図１１（B）の従来の横型発光ダイオードにおいては、発熱のため、300ｍA程度で発光出力は飽和する。
【００７２】
このように本実施形態は、n型SiC基板上に高Al組成AlGaInNを用いた縦型遠紫外発光ダイオードを実現できる。
【００７３】
（実施形態７）
・n型、AlN半導体発光素子
本実施形態に係るn型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型発光ダイオードの構造について、図面を参照しながら説明する。また、比較のため、同様の半導体積層構造の横型発光ダイオードについても述べる。
【００７４】
図１２（A）に、n型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板１２０７上に、Siドープn型AlN(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3) ／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１２０６、Siドープn型AlN (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層１２０５、AlN(膜厚50nm)発光層１２０４、Mgドープp型AlN (膜厚0.1μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１２０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１２０７上には、超格子層１２０６のうちAl組成の高いSiドープn型AlNから先に形成する。続いて、Mgドープp型AlN層１２０３上にPd/Au電極１２０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、n型SiC基板１２０７裏面全面にNi/Au電極１２０２を形成する。
【００７５】
図１２（B）に、n型SiC基板とn型AlNの間に、n型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、n型4H-SiC(0001)基板１２０７上に、Siドープn型AlN(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Si濃度3×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１２０６、Siドープn型AlN (膜厚0.5μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層１２０５、AlN(膜厚50nm)発光層１２０４、Mgドープp型AlN (膜厚0.1μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１２０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１２０７上には、超格子層１２０６のうちAl組成の高いSiドープn型AlNから先に形成する。続いて、Mgドープp型AlN層１２０３上にPd/Au電極１２０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、露出したSiドープn型AlN層１２０５上にTi/Al/Ti/Au電極１２０２を形成する。
【００７６】
作製した素子の直流駆動時における電流−電圧特性について述べる。図１２（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいて、縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も8Ωと低く、1000mA程度の高電流条件下でも直流駆動で安定に動作する。一方、図１２（B）の従来の横型発光ダイオードの順方向の素子抵抗は160Ωと高く、電流を300ｍA以上に増加すると、素子が動作中に破壊するなど、安定な動作が得られない場合がある。
【００７７】
発光出力の直流駆動時における駆動電流依存性について述べる。本素子の発光波長は210nmである。尚、Al1-x4-y4Gax4Iny4N発光層のGa組成x4を0≦x4≦0.6とし、In組成y4を0≦y4≦0.1とすることで、発光波長を約200nmから300nmの遠紫外域に調整できる。図１２（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、1000mA程度まで発光出力はほぼ線形的に増加する。しかし、図１２（B）の従来の横型発光ダイオードにおいては、発熱のため、300ｍA程度で発光出力は飽和した。
【００７８】
このようにして本実施形態は、n型SiC基板上にAlNを用いた縦型遠紫外発光ダイオードを実現する。
【００７９】
（実施形態８）
・p型、AlInGaN半導体発光素子
本実施形態に係るp型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型発光ダイオードの構造について、図面を参照しながら説明する。また、比較のため、同様の半導体積層構造の横型発光ダイオードについても述べる。
【００８０】
図１３（A）に、p型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板１３０７上に、Mgドープp型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１３０６、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１３０５、Al0.7Ga0.2In0.05N(膜厚5nm)発光層１３０４、Siドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.1μｍ、Si濃度3×1019cm-3) 層１３０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１３０７上には、超格子層１３０６のうちAl組成の高いMgドープp型Al0.8Ga0.15In0.05Nから先に形成する。続いて、Siドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N層１３０３上にTi/Al/Ti/Au電極１３０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、p型SiC基板１３０７裏面全面にNi/Au電極１３０２を形成する。
【００８１】
図１３（B）に、p型SiC基板とp型III族窒化物半導体(Al1-x-yGaxInyN)の間に、p型Al1-x1-y1Gax1Iny1N/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板１３０７上に、Mgドープp型Al0.8Ga0.15In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１３０６、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.5μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１３０５、Al0.7Ga0.2In0.05N(膜厚5nm)発光層１３０４、Siドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N (膜厚0.1μｍ、Si濃度3×1019cm-3) 層１３０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１３０７上には、超格子のうちAl組成の高いMgドープp型Al0.8Ga0.15In0.05Nから先に形成する。続いて、Mgドープp型Al0.75Ga0.2In0.05N層１３０３上にPd/Au電極１３０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、露出したSiドープn型Al0.75Ga0.2In0.05N層１３０５上にTi/Al/Ti/Au電極１３０２を形成する。
【００８２】
作製した素子の直流駆動時における電流―電圧特性について述べる。図１３（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も10Ωと低く、1000mA程度の高電流条件下でも直流駆動で安定に動作する。一方、図１３（B）の従来の横型発光ダイオードの順方向の素子抵抗は1500Ωと高く、電流を150ｍA以上に増加すると、素子が動作中に破壊するなど、安定な動作が得られない場合がある。
【００８３】
発光出力の直流駆動時における駆動電流依存性について述べる。本素子の発光波長は238nmである。尚、Al1-x4-y4Gax4Iny4N発光層のGa組成x4を0≦x4≦0.6とし、In組成y4を0≦y4≦0.1とすることで、発光波長を約200nmから300nmの遠紫外域に調整できる。図１３（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、1000mA程度まで発光出力はほぼ線形的に増加する。しかし、図１３（B）の従来の横型発光ダイオードにおいては、発熱のため、150ｍA程度で発光出力は飽和した。
【００８４】
本発明により、n型SiC基板上に高AlN組成AlGaInNを用いた縦型遠紫外発光ダイオードが実現する。
【００８５】
（実施例９）
・p型、AlN半導体発光素子
本発明に係るp型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入したことを特徴とする縦型発光ダイオードの構造について、図面を参照しながら説明する。また、比較のため、同様の半導体積層構造の横型発光ダイオードも作製した。
【００８６】
図１４（A）に、p型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した縦型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板１４０７上に、Mgドープp型AlN(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１４０６、Mgドープp型AlN (膜厚0.2μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１４０５、Al0.8Ga0.18In0.02N(膜厚5nm)発光層１４０４、Siドープn型AlN (膜厚0.2μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層１４０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１４０７上には、超格子層１４０６のうちAl組成の高いMgドープp型AlNから先に形成する。続いて、Siドープn型AlN層１４０３上にTi/Al/Ti/Au電極１４０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、p型SiC基板１４０７裏面全面にNi/Au電極１４０２を形成する。
【００８７】
図１４（B）に、p型SiC基板とp型AlNの間に、p型AlN/Al1-x2-y2Gax2Iny2N超格子を挿入した横型発光ダイオードの構造を示す。まず、MOCVD法により、p型6H-SiC(0001)基板１４０７上に、Mgドープp型AlN(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)／Al0.5Ga0.45In0.05N(膜厚3nm、Mg濃度5×1019cm-3)超格子を100周期積層した超格子層１４０６、Mgドープp型AlN (膜厚0.2μｍ、Mg濃度5×1019cm-3) 層１４０５、Al0.8Ga0.18In0.02N(膜厚5nm)発光層１４０４、Siドープn型AlN (膜厚0.2μｍ、Si濃度5×1018cm-3) 層１４０３をエピタキシャル成長させる。なお、III族窒化物半導体層中の残留酸素濃度は5×1016cm-3以下である。また、SiC基板１４０７上には、超格子層１４０６のうちAl組成の高いMgドープp型AlNから先に形成する。続いて、Siドープn型AlN層１４０３上にPd/Au電極１４０１(サイズ150μｍ×150μｍ)を形成し、その電極周辺部をエッチングにより除去し、露出したMgドープp型AlN層１４０５上にPd/Au電極１４０２を形成する。
【００８８】
作製した素子の直流駆動時における電流−電圧特性について述べる。図１４（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、縦方向の電気伝導性が得られる。また、素子抵抗も20Ωと低く、800mA程度の高電流条件下でも直流駆動で安定に動作した。一方、図１４（B）の従来の横型発光ダイオードの順方向の素子抵抗は8000Ωと高く、電流を100ｍA以上に増加すると、素子が動作中に破壊するなど、安定な動作が得られない場合がある。
【００８９】
発光出力の直流駆動時における駆動電流依存性について述べる。本素子の発光波長は225nmである。尚、Al1-x4-y4Gax4Iny4N発光層のGa組成x4を0≦x4≦0.6とし、In組成y4を0≦y4≦0.1とすることで、発光波長を約200nmから300nmの遠紫外域に調整できる。図１４（A）の本発明による縦型発光ダイオードにおいては、800mA程度まで発光出力はほぼ線形的に増加する。しかし、図１４（B）の従来の横型発光ダイオードにおいては、発熱のため、100ｍA程度で発光出力は飽和する。
【００９０】
本発明により、p型SiC基板上にAlNを用いた縦型遠紫外発光ダイオードが実現する。
【００９１】
なお、本実施形態では、SiC基板として、n型4H-SiC(0001)もしくはp型6H-SiC(0001)を用いた場合を示した。本発明では、これらの基板を、n型4H-SiC(0001)、p型6H-SiC(0001)の代わりに、n型6H-SiC(0001)、n型4H-SiC(10-10)、n型6H-SiC(10-10)、n型4H-SiC(11-20)、n型6H-SiC(11-20)、p型6H-SiC(10-10)、p型6H-SiC(11-20)など異なるポリタイプ、面方位の基板に置き換えても同様な結果が得られる。
【００９２】
本実施形態では、III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）のn型伝導性はSiをドーピングする場合を示しが、本発明では、Siの代わりにGe、Sn、O、Sなどのドナー不純物をドーピングしても同様な結果が得られる。
【００９３】
また、本実施形態では、III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）のp型伝導性はMgをドーピングする場合を示したが、本発明では、Mgの代わりにZn、Be、Cd、Cなどのあく背プタ不純物をドーピングしても同様な効果が得られる。
【００９４】
また、本実施形態では、III族窒化物半導体（Al1-x-yGaxInyN）の結晶成長方法には有機金属化学気相成長（MOCVD）法を用いる場合を示したが、本発明では、MOCVD法の代わりに分子線エピタキシー（MBE）法やハイドライド気相エピキタシー（HVPE）法などの成長方法を用いても同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】縦型素子構造と横型素子構造および電流分布の概略図である。
【図２】Al1-xGaxNを用いた発光ダイオードの構造を示す図である。
【図３】n型SiC基板上にn型Al1-x-yGaxInyNを積層した構造を示す図である。
【図４】n型SiC基板上にn型Al1-x-yGaxInyNを積層した構造の素子においける電流−電圧特性を示す図である。
【図５】n型SiCとn型AlNの間にn型AlN/AlGaInN超格子を挿入した場合のエネルギーバンドの概略図を示す図である。
【図６】n型SiC基板上にn型AlNを積層した構造を示す図である。
【図７】p型SiC基板上にp型Al1-x-yGaxInyNを積層した構造を示す図である。
【図８】p型SiC基板上にp型AlNを積層した構造を示す図である。
【図９】n型SiC基板上に作製した縦型および横型Al1-x1-y1Gax1Iny1N系発光ダイオードの構造を示す図である。
【図１０】n型SiC基板上に作製した縦型および横型Al1-x1-y1Gax1Iny1N系発光ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図１１】n型SiC基板上に作製した縦型および横型Al1-x1-y1Gax1Iny1N系発光ダイオードの発光強度−電流特性を示す図である。
【図１２】n型SiC基板上に作製した縦型および横型AlN系発光ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図１３】p型SiC基板上に作製した縦型および横型Al1-x1-y1Gax1Iny1N系発光ダイオードの構造を示した図である。
【図１４】p型SiC基板上に作製した縦型および横型AlN系発光ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
３０１、３０２  Ti/Al/Ti/Au電極
３０３  Siドープn型Al0.4Ga0.55In0.05N層
３０４  Siドープn型Al0.8Ga0.15In0.05N／Al0.5Ga0.45In0.05N超格子を100周期積層した超格子層
３０５  n型4H-SiC(0001)基板
【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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【図１３】
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【図１４】
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