(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層上に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウムからなるクラッド層を、発光層の結晶品質を劣化させることなく積層することが可能となるための条件を示し、発光効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａＮ層を含む発光層１０５、窒化アルミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層１０７を順次接して積層し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合、ｐ型クラッド層１０７の成長雰囲気中にインジウム原料を供給し、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とする。【選択図】図１
2008277852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、ＩｎＧａＮ層を含む発光層、窒化アルミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次接して積層し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給し、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とす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】
ｐ型クラッド層の成長中に供給するインジウム原料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
ｐ型クラッド層中のインジウム濃度が１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする請求項１または2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】
ｐ型クラッド層に添加するｐ型不純物が、Ｍｇであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１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】
ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０17〜１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１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、窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、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係り、特に窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給することにより、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム層の特性を改良する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長の光を発光する発光素子用の半導体材料として、ＩＩＩ族窒化物半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体は、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされるものとする。）が注目を集めている。一般にＩＩＩ族窒化物半導体は、サファイア単結晶を始めとする種々の酸化物結晶やＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶等を基板として、その上に有機金属化学気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）あるいは水素化物気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ法）等によって積層される。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等の基本となる２元半導体の組み合わせにより構成されるが、その中でもＧａＮについて開発が盛んに行なわれている。また、ＧａＮにＩｎあるいはＡｌを混ぜた窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮと略記する）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮと略記する）の３元混晶の研究も進められている。
【０００４】
これらのＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ等の３元混晶を用いて、注入キャリアの閉じ込めに有効なダブルヘテロ構造の発光部を作製すれば、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた発光素子の発光効率の向上が可能となり、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）や短波長のレーザダイオード（ＬＤ）を実現することが出来る。
【０００５】
特にＩｎＧａＮは、そのＩｎ組成比を変化させることによりバンドギャップエネルギーをＧａＮの３．４ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変えることが出来るので、可視の発光素子用の発光層として用いることが出来る。またＡｌＧａＮは、ＩｎＧａＮよりバンドギャップエネルギーが大きいため、ダブルヘテロ構造の発光部においてＩｎＧａＮからなる発光層の両側に接して配置させるｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層として用いることが出来る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＩｎＧａＮのようなＩｎを含有するＩＩＩ族窒化物半導体を発光層とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子には、以下のような問題点があった。すなわち、比較的蒸気圧の高いＩｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶品質を高めるためには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体は、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの成長温度よりも低い温度で成長しなければならなかった。
【０００７】
これに対し、結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層を作製するためには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体より高い成長温度でＡｌＧａＮを成長させなければならない。従って、ＡｌＧａＮクラッド層でＩｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層を挟み込んだダブルへテロ構造の発光部を作製する場合には、発光層とその上に形成するＡｌＧａＮクラッド層とで成長温度を変える必要があった。
【０００８】
しかし、発光層の成長とその上に形成するＡｌＧａＮクラッド層の成長との間で成長温度を上げると、発光層の成長後の昇温過程において、発光層から蒸気圧の高いＩｎの蒸発が起こり、発光層の品質の劣化や発光層とクラッド層の界面の劣化につながり、ひいてはＩＩＩ族窒化物半導体素子の特性の変化や劣化につながっていた。
【０００９】
この問題を解決する為の方法として、ｐ型クラッド層にＩｎＧａＮを用い、Ｉｎを含む発光層と同程度の低温でｐ型クラッド層を成長させる方法が提案されている（非特許文献１）。しかし、このような条件で成長されたｐ型ＩｎＧａＮからなるクラッド層はｐ型層として機能するだけの充分なキャリア濃度を得ることが難しかった。
【００１０】
またｐ型クラッド層には、発光素子に電流注入した際にｎ側電極から流れ込む電子が、発光層内でホールと再結合することなくｐ側電極に流れていくことを防ぎ、電子を発光層に滞留させる効果も求められている。そのためには、発光層とｐ型クラッド層の間には充分なバンドギャップエネルギーの差が必要である。しかしｐ型のＩｎＧａＮからなるクラッド層では、発光層との間に充分なバンドギャップエネルギーの差を確保することが難しく、結果として発光素子の発光効率の低下につながっていた。
【００１１】
また、特許文献１には、ＡｌＧａＮ成長時にＩｎを導入することで、結晶性の良いＡｌＧａＮが得られることが示されている。しかし、上述の特許文献の発明は、得られたＡｌＧａＮ結晶中にＩｎが存在することによりクラックの発生しないＡｌＧａＮ薄膜が得られるという効果を有するものであり、得られたＡｌＧａＮ薄膜の結晶品質、特にそのｐ型導電性については記載されてない。
【００１２】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層上に、該発光層よりバンドギャップエネルギーが大きく、かつ結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）からなるクラッド層を、発光層の結晶品質を劣化させることなく積層することが可能となるための条件を示し、発光効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供することである。また本発明は、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）層の成長条件を明らかにすることを目的とする。
【特許文献１】特開２００１−９７８００号公報
【非特許文献１】２００１年春季応用物理学会講演予講集、４１５頁、３１ａ−Ｋ−１１
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明は以下の各項からなる。
（１）基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、ＩｎＧａＮ層を含む発光層、窒化アルミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次接して積層し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給し、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とす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。
【００１４】
（２）ｐ型クラッド層の成長中に供給するインジウム原料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲であることを特徴とする上記（１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
（３）ｐ型クラッド層中のインジウム濃度が１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上記請求項（１）または（2）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
（４）ｐ型クラッド層に添加するｐ型不純物が、Ｍｇであることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
（５）ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０１７〜１×１０１９ｎ／ｃｍ３の範囲であることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれか１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】
【００１５】
本発明によれば、窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給することにより、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長することが出来る。
【００１６】
また本発明によれば、半導体発光素子として利用するのに充分なｐ型のキャリア濃度を有するＡｌＧａＮからなるクラッド層を、８００℃〜１０００℃の温度で成長することが出来る。そのため、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶品質や発光特性を劣化させることが無くなる結果、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、従来の発光素子に比較して発光効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明では、成長雰囲気中にアルミニウム原料、ガリウム原料、窒素原料およびｐ型不純物原料を供給し、基板上に、ｐ型のＡｌＧａＮ層を成長させる際に、ＡｌＧａＮ層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給する。これにより、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長することが出来る。ここで本発明では、基板としてサファイア、シリコン（Ｓｉ）、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＺｒＢ2等を使用することが出来る。また、基板上にｐ型のＡｌＧａＮ層を成長させる場合、基板とＡｌＧａＮ層との間に他のＩＩＩ族窒化物半導体層が積層されていても構わない。
【００１８】
本発明では、ＡｌＧａＮ層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給することにより、Ｉｎ原子が結晶の成長表面でアンチサーファクタントとして機能し、結晶の成長表面におけるアルミニウム原料、ガリウム原料のマイグレーションが促進され、その結果、結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型ＡｌＧａＮ層を成長することが出来ると考えられる。
【００１９】
本発明のＡｌＧａＮ層の成長方法としては、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属化学気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられる。このうちＭＯＣＶＤ法は、結晶成長の制御性に優れ、品質の良いＡｌＧａＮ層を製造することが出来、また原料使用効率が優れているため、特に好ましい。
【００２０】
ＡｌＧａＮ層の成長方法としてＭＯＣＶＤ法を用いる場合、アルミニウム原料、ガリウム原料、インジウム原料として、以下のような原料を使用することが出来る。ガリウム原料としては、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ：ＴＥＧ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇａ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルガリウムを使用することが出来る。また、アルミニウム原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ：ＴＥＡ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルアルミニウムを使用することが出来る。また、インジウム原料としては、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ：ＴＥＩ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキルインジウムを使用することが出来る。またこれらは、単独であるいは混合して用いることが出来る。
【００２１】
また窒素原料としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミンなどを用いることが出来る。これらは単独でまたは混合して用いることが出来る。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないため、ＩＩＩ族窒化物半導体に対する炭素の汚染が少なく特に好適である。
【００２２】
本発明のＡｌＧａＮ層の成長温度は、８００℃〜１１００℃の範囲とするのが望ましい。成長温度が８００℃より低いとＡｌＧａＮ層の結晶性が悪化し十分なｐ型伝導性を示さなくなるという問題がある。また１１００℃より高いとＡｌＧａＮ層の昇華が始まり、成長速度が減少してしまうという問題がある。
【００２３】
また本発明では、窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成長雰囲気中に供給するインジウム原料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲とするのが望ましい。インジウム原料、アルミニウム原料、ガリウム原料の供給量とは、単位時間当たりの原子数で表した原料の供給量（例えば、ｍｏｌ／ｍｉｎ.で表す。）を言う。アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対するインジウム原料の供給量が、０．１％より小さいとアンチサーファクタントとしての十分な効果が得られないという問題がある。また、１００％より大きいと結晶性が悪化するという問題がある。
【００２４】
本発明のＡｌＧａＮ層の成長方法にＭＯＣＶＤ法を用いる場合、成長圧力は５０〜１０００ｈＰａとするのが、成長速度が大きく結晶性が優れたＡｌＧａＮ層が得られるため望ましい。また、成長雰囲気ガスとしては水素や窒素を用いるのが望ましい。
【００２５】
上記の条件でＡｌＧａＮ層を成長する結果、本発明のＡｌＧａＮ層中のＩｎ濃度は、およそ１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲となる。ＡｌＧａＮ層中に含まれる濃度範囲がおよそ１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3のＩｎは、ＡｌＧａＮ層の結晶特性に対して結晶性を良くするという影響を与えるため好ましい。
【００２６】
本発明では、ＡｌＧａＮ層の成長雰囲気中に供給する不純物原料は、Ｍｇを含むことが望ましい。Ｍｇは、結晶中にドープされた原子のうちアクセプタとして機能する原子の割合が高いという利点がある。Ｍｇを含む不純物原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムやビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムなどを使用することが出来る。
【００２７】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層、窒化アルミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給するものである。
【００２８】
本発明では、Ｉｎを含有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の上に窒化アルミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を積層する際、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給する結果、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲にしても、結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層が作製可能となる。このようにｐ型クラッド層の成長温度を１０００℃以下とすることが出来るため、発光層の上にｐ型クラッド層を積層する際の発光層の結晶品質が劣化することがなくなり、発光効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が製造できる。
【００２９】
ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層を成長する際に、成長雰囲気中にＩｎ原料を供給すると、Ｉｎ原子により成長表面における原料のマイグレーションが促進され、その結果、成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲として成長させたにも拘らず、結晶性が良く良好なｐ型の導電性を示すＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層を成長することが出来ると考えられる。また本発明の方法により成長したｐ型クラッド層は、成長後に特別な熱処理を施さなくても充分なキャリア濃度を得ることが出来る。
【００３０】
ＭＯＣＶＤ法により発光層の上にＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層を成長するのに好適な条件は、前述のｐ型のＡｌＧａＮ層の成長条件と同じである。
【００３１】
図１に本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の積層構造の一例を示す。図１に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０１の一主面上にＧａＮからなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１０５、本発明の特徴であるＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９が順次積層された構造となっている。
【００３２】
上記のｎ型クラッド層１０３、発光層１０５、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９は、ＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板１０１上に積層した。上記の各層の膜厚、成長温度を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
このｐ型クラッド層１０７の成長中に、Ｉｎ原料の供給量がＡｌ原料とガリウム原料の供給量の和に対しておよそ１０％となるようにして、成長雰囲気中にＩｎ原料を供給した。またＳＩＭＳによる分析の結果、成長後のｐ型クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／ｃｍ3程度であった。
【００３５】
また、ｐ型クラッド層１０７にドープするｐ型不純物としては、Ｍｇを用いた。本発明では、ｐ型不純物であるＭｇ原料の添加量を制御することにより、ｐ型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御することができる。ｐ型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御できると、発光素子の発光効率が向上するという利点がある。
【００３６】
成長中にインジウム原料を供給しないで成長した従来のｐ型ＡｌＧａＮ層では、成長温度によりそのキャリア濃度が変化していた。例えば成長温度が１１００℃と高温の場合は、ｐ−ｎ接合を形成するために最も好ましいキャリア濃度である１×１０18ｎ／ｃｍ3以上のキャリア濃度が得られることが広く知られていた。しかし、１１００℃のような高温でＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層を成長させると、下地となるＩｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶性を劣化させ、発光素子としての性能を低下させてしまうという問題が生じていた。
【００３７】
本発明では、発光層１０５の上に成長させるｐ型クラッド層１０７を８００℃〜１０００℃の低温で成長させることにより、発光層１０５の結晶性の劣化を引き起こすことがなくなった。すなわち、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を添加することにより、８００℃〜１０００℃の温度で成長させても、結晶性に優れ充分なキャリア濃度を有するｐ型クラッド層１０７を得ることが出来るようになった。
【００３８】
図１に示した積層構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の特性を、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０７を、成長中にインジウム原料を供給しない従来の方法で１１００℃で成長させた場合と、本発明の方法により１０００℃で成長した場合とで比較した結果を表２に示す。表２には、ｐ型クラッド層１０７の成長温度、キャリア濃度および発光層１０５の発光強度を示す。ここで発光層１０５の発光強度は、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを励起源としたフォトルミネセンス測定法により測定した。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２より、従来の方法による発光素子と本発明の方法による発光素子とでは、ｐ型クラッド層は同等のキャリア濃度を示しているのに、発光層の発光強度は、従来の発光素子に比べて本発明の発光素子が１０倍程度高くなっていることがわかる。
【００４１】
このことは、従来の方法により高温でｐ型クラッド層を成長させた場合、Ｉｎを含有する発光層の結晶品質を悪化させ、発光素子の発光特性が劣化してしまうのに対し、本発明の方法により低温でｐ型クラッド層を成長させると、発光層の劣化が抑えられ、発光素子の発光特性が向上することを示している。また、表２から本発明のｐ型クラッド層が充分なキャリア濃度を有することも分かる。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
本発明に係わるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子とその製造方法を、実施例をもとに説明する。なお本実施例１では、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープするために、窒素で希釈したシラン（ＳｉＨ4）を用いた。また、ｐ型ドーパントとしてＭｇをドープするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ2Ｈ5）2Ｍｇ：Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。本実施例１に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子用エピタキシャルウェハの作製は、ＭＯＣＶＤ法を用いて以下の手順で行った。
【００４３】
基板として鏡面研磨したＣ面を有するサファイアを用いた。基板をＭＯＣＶＤ法による成長のための反応炉内に載置し、まず１１５０℃で水素ガスを流通して、基板と反応炉のサーマルクリーニングを行った。サーマルクリーニングの終了後、基板の温度を５５０℃にし、キャリアガスに水素を用いてＴＭＧとアンモニアを反応炉内へ供給し、ＧａＮからなるバッファ層を基板上に２００Å形成した。
【００４４】
次に基板の温度を１１５０℃に昇温させ、ＴＭＧとアンモニアとシランガスを反応炉内へ供給し、バッファ層上にＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型クラッド層を約３．０μｍ成長させた。次に、基板温度を８００℃まで降温して、キャリアガスを窒素に切り換えた。そしてＴＥＧ、ＴＭＩ、及びアンモニアを供給して、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層を交互に５ペア積層させたＭＱＷ構造の発光層をｎ型クラッド層上に形成した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは２ｎｍ、ＧａＮ障壁層の厚さは８ｎｍとした。
【００４５】
その後、基板温度を１０００℃まで昇温して、キャリアガスを水素に切り換えた。そしてＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ2Ｍｇ、及びアンモニアを供給して、発光層上にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｐ型クラッド層を、５０ｎｍの厚さで形成した。このｐ型クラッド層の成長中に、成長雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。ＴＭＧおよびＴＭＡの供給量はそれぞれ５．３×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ．と１．０×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ．であり、またＴＭＩの供給量は８．０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ．としたので、ＴＭＧとＴＭＡの供給量の和に対するＴＭＩの供給量は約１３％となった。形成されたｐ型クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／ｃｍ3程度であった。またｐ型クラッド層のキャリア濃度は１×１０18ｎ／ｃｍ3であった。
【００４６】
その後、ＴＭＡの供給を止めて、ｐ型クラッド層上にＧａＮからなるｐ型コンタクト層を０．１μｍ形成した。このｐ型コンタクト層の成長中にも、成長雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。このｐ型コンタクト層中のＩｎ原子濃度は１０18ｎ／ｃｍ3程度であった。またｐ型コンタクト層のキャリア濃度は１×１０18ｎ／ｃｍ3であった。ｐ型コンタクト層の成長後、反応炉内に流通するガスを窒素とアンモニアのみにし、室温まで基板の温度を下げた。
【００４７】
以上の手順により、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子用エピタキシャルウェハを作製した。このウェハを反応炉から取り出した後、公知の手段により電極を形成し個々の素子に分離して、図２に示す断面構造を有するＬＥＤを作製した。図２で２０１はサファイヤ基板、２０３はＧａＮからなるｎ型クラッド層、２０５はＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造の発光層、２０７はＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層、２０９はＧａＮからなるｐ型コンタクト層、２１１はｎ型電極、２１３はｐ型電極である。このＬＥＤに順方向に電流を流したところ、発光波長４００ｎｍの明瞭な青色発光を示した。順方向電流が２０ｍＡの際のＬＥＤの発光強度は２．０ｍＷであった。
【００４８】
（比較例１）
ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層を１０５０℃で成長させたことを除いて、実施例１と同様の手順によりＬＥＤを作製した。作製したＬＥＤについて実施例１と同様の評価を行なったところ、発光強度が１．０ｍＷ以下であった。
【００４９】
（比較例２）
ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層をそれぞれＩｎ原料を添加しないで１０００℃で成長させたことを除いて、実施例１と同様の手順によりＬＥＤを作製した。作製したＬＥＤについて実施例１と同様の評価を行なったところ、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層はｐ型の電気特性を示さず、またＬＥＤの発光強度は０．５ｍＷ以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長することが出来る。
また半導体発光素子として利用するのに充分なｐ型のキャリア濃度を有するＡｌＧａＮからなるクラッド層を得ることが出来る。そのため、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶品質や発光特性を劣化させることが無くなる結果、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、従来の発光素子に比較して発光効率の向上を図ることができ、短波長の光を発光する発光素子用の半導体材料として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の積層構造を示す図
【図２】本発明の実施例１に係るＬＥＤの断面構造を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１０１   サファイア基板
１０３   ｎ型クラッド層
１０５   発光層
１０７   ｐ型クラッド層
１０９   ｐ型ＧａＮ層
２０１   サファイア基板
２０３   ｎ型クラッド層
２０５   発光層
２０７   ｐ型クラッド層
２０９   ｐ型コンタクト層
２１１   ｎ型電極
２１３   ｐ型電極
【図１】
2008277852.tif 000005
【図２】
2008277852.tif 000006