(57)【要約】【課題】  導電層を低抵抗化して素子駆動電流の発光層への拡散をより円滑に行うことができ、また、その導電層を発光層からの発光を外部に透過するのに充分に透明として輝度を向上させることができるようにする。【解決手段】  本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード１Ａは、結晶基板１上に少なくとも、III族窒化物半導体からなるｎ形活性（発光）層２と、そのｎ形活性層２上に設けられたｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層３とを備え、そのIII族窒化物半導体層３上に、ｎ形活性層２を構成するIII族窒化物半導体の禁止帯幅を超える禁止帯幅を室温で有し、アンドープでｐ形の導電性を呈するリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層４が設けられ、そのリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層４の表面に接合させて、オーミック性正電極５が設けられている。【選択図】  図１
2005347739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板上に少なくとも、III族窒化物半導体からなるｎ形活性（発光）層と、そのｎ形活性層上に設けられたｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層とを備えるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードにおいて、
上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層上に、ｎ形活性層を構成するIII族窒化物半導体を超える禁止帯幅を室温で有し、アンドープでｐ形の導電性を呈するリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層が設けられ、
上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層の表面に接合させて、オーミック性正電極が設けられている、
ことを特徴とするｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層は六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）からなる層であり、
上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層の（０００１）表面上に（１１１）結晶面が積層して構成されている、
請求項１に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層は六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化ガリウムからなる層であり、
上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層の（０００１）表面上に、そのｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層のｃ軸格子定数の略１／２の格子面間隔で、（１１１）結晶面が積層して構成されている、
請求項１に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、室温での禁止帯幅が２．８エレクトロンボルト（ｅＶ）以上で５ｅＶ以下の単量体のリン化硼素からなり、構成元素数が３以下の結晶層から構成されている、
請求項１から３の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、残留炭素の原子濃度が６×１０18ｃｍ-3以下の単量体のリン化硼素から構成されている、
請求項１から４の何れか１項に記載のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶基板上に少なくとも、III族窒化物半導体からなるｎ形活性（発光）層と、そのｎ形活性層上に設けられたｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層とを備えるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主に、青色帯から緑色帯の光を出射するための発光素子として、従来から、窒素（元素記号：Ｎ）等を第Ｖ族構成元素として含むIII−Ｖ族化合物半導体（III族窒化物半導体）層を発光層とする発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）が知られている（例えば特許文献１参照）。この様な所謂、短波長可視光を出射するＬＥＤには、従来から、主に窒化ガリウム・インジウム混晶（組成式ＧａYＩｎZＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）からなる発光層が用いられている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭４９−１９７８３号公報
【特許文献２】特公昭５５−３８３４号公報
【０００３】
窒化ガリウム・インジウム混晶（ＧａYＩｎZＮ）からなる発光層には、放射再結合の効率を向上させて、高強度の発光を得るためにクラッド層を異種（ヘテロ）接合させて発光部を構成するのが通例である（例えば非特許文献１参照）。この発光層に接合するｐ形クラッド層は、従来から、室温での禁止帯幅を比較的に大とする窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成されるのが一般的となっている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】赤崎  勇著、「III−Ｖ族化合物半導体」、１９９５年、（株）培風館、初版、第１３章
【０００４】
また、上記の窒化アルミニウム・ガリウムからなるｐ形クラッド層上には、正（＋）極性のオーミック電極を設けるためのｐ形III族窒化物半導体層をコンタクト層として設ける技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。コンタクト層は、クラッド層をなすIII族窒化物半導体材料よりも禁止帯幅の小さな、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を添加（ドーピング）した窒化ガリウム（ＧａＮ）から構成する例が開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献３】特開平８−２３１２４号公報
【０００５】
また、コンタクト層を、リン化硼素（ＢＰ）から構成する技術例も開示されている（例えば特許文献４参照）。例えば従来では、ｐ形のＡｌＧａＢＮＰ層上にコンタクト層としてＭｇをドーピングしたｐ形ＢＰ層を設けてレーザダイオードを構成する技術が開示されている（例えば特許文献５参照）。また、例えば、ＡｌXＧａYＮ層とＢＰ層とからなる超格子構造体上に、ｐ形不純物としてＭｇをドーピングしたＢＰ層からなるコンタクト層を設けて発光ダイオードを構成する技術が知られている（例えば特許文献４参照）。また、ｐ形Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｂ0.50Ｎ0.50Ｐ0.50等の多元素ＡｌＧａＢＮＰ混晶層に直接、オーミック性正電極を設けてＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば特許文献６参照）。
【特許文献４】特開平２−２８８３８８号公報
【特許文献５】特開平２−２７５６８２号公報
【特許文献６】特開平２−２８８３７１号公報
【０００６】
しかし、クラッド層を構成するために従来から用いられている、ワイドバンドギャップ材料である窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）からは、充分に低い抵抗の導電層（正電極から発光層に至るまでの素子駆動電流（発光素子を駆動させるための電流）が流れる層）を形成しづらい問題がある。コンタクト層を構成するのに利用されているＧａＮとて、低抵抗のｐ形導電層をもたらすのに充分な材料とは成り得ていない。このため、素子駆動電流を発光層に平面的に充分に拡散できず、高輝度の発光素子を得るのに支障を来していた。
【０００７】
また、従来のリン化硼素（ＢＰ）層は禁止帯幅が２ｅＶである（前出の特許文献５参照）。このため、青色或いは緑色帯の発光を透過するのに至らないため、低い禁止帯幅の従来のＢＰ層をコンタクト層として、発光を外部へ取り出す方向に設けたところで、発光が吸収されるだけとなり、高輝度の発光素子を得るのに不都合となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術の問題点を克服すべくなされたもので、導電層を低抵抗化して素子駆動電流の発光層への拡散をより円滑に行うことができ、また、その導電層を発光層からの発光を外部に透過するのに充分に透明として輝度を向上させることができるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１）上記目的を達成するために、第１の発明は、結晶基板上に少なくとも、III族窒化物半導体からなるｎ形活性（発光）層と、そのｎ形活性層上に設けられたｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層とを備えるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードにおいて、上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層上に、ｎ形活性層を構成するIII族窒化物半導体を超える禁止帯幅を室温で有し、アンドープでｐ形の導電性を呈するリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層が設けられ、上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層の表面に接合させて、オーミック性正電極が設けられている、ことを特徴としている。
【００１０】
２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成に加えて、上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層は六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）からなる層であり、上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層の（０００１）表面上に（１１１）結晶面が積層して構成されている、ことを特徴としている。
【００１１】
３）第３の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成に加えて、上記ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層は六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化ガリウムからなる層であり、上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層の（０００１）表面上に、そのｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層のｃ軸格子定数の略１／２の格子面間隔で、（１１１）結晶面が積層して構成されている、ことを特徴としている。
【００１２】
４）第４の発明は、上記した１）項から３）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、室温での禁止帯幅が２．８エレクトロンボルト（ｅＶ）以上で５ｅＶ以下の単量体のリン化硼素からなり、構成元素数が３以下の結晶層から構成されている、ことを特徴としている。
【００１３】
５）第５の発明は、上記した１）項から４）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、上記リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、残留炭素の原子濃度が６×１０18ｃｍ-3以下の単量体のリン化硼素から構成されている、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に記載の第１の発明によれば、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層上に、発光層を構成するIII族窒化物半導体の禁止帯幅を超える禁止帯幅を室温で有するリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を設けたので、発光層での発光が導電層に吸収されるのを抑制することができ、したがって発光に対する透明性が改善されて外部への透過性を向上させることができ、輝度を向上させることができる。
【００１５】
また、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層上のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を、アンドープでｐ形の導電性を呈する層としたので、アンドープ状態で高キャリア濃度を確保することができ、層の電気抵抗を低くすることができる。したがって、低接触抵抗のオーミック電極を形成することができ、低い順方向電圧と、逆方向電圧での優れた整流性とを備えたｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを実現することができる。
【００１６】
また、本発明に第２の発明によれば、六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層の（０００１）表面上に設けた格子マッチング性に優れるリン化硼素系半導体層上に、オーミック性正電極を設けることとしたので、局所的な耐電圧不良の少ないｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００１７】
また、本発明の第３の発明によれば、ｃ軸格子定数の略１／２の格子面間隔で、（０００１）−ＧａＮ表面に平行に積重した（１１１）−結晶面から構成されている結晶格子の面間隔のマッチング性に優れるリン化硼素系半導体層上にオーミック性正電極を設けることとしたので、逆方向の耐電圧性に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００１８】
また、本発明の第４の発明によれば、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上で５ｅＶ以下とする、単量体のリン化硼素（ＢＰ）を素材とした、構成元素数を３（３元素）以下とするリン化硼素系半導体層上にオーミック性正電極を設けることとしたので、発光を外部に取り出すのに好都合となり、発光強度の高いｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供するのに貢献できる。
【００１９】
また、本発明の第５の発明によれば、リン化硼素系半導体層を、炭素原子濃度を６×１０18ｃｍ-3以下とする、単量体のリン化硼素（ＢＰ）から構成することとしたので、発光を外部に透過するのに好適な光学的に透明で、且つ良好なオーミック接触特性を与えるコンタクト層を提供できるため、順方向電圧が低く、且つ高い発光強度のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードの断面構造を概略的に示す図である。本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード１Ａは、図に示すように、結晶基板１上に少なくとも、III族窒化物半導体からなるｎ形活性（発光）層２と、そのｎ形活性層２上に設けられたｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層３とを備え、そのｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層３上に、ｎ形活性層２を構成するIII族窒化物半導体の禁止帯幅を超える禁止帯幅を室温で有し、アンドープでｐ形の導電性を呈するリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層４が設けられ、そのリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層４の表面に接合させて、オーミック性正電極５が設けられている。
【００２２】
上記のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層（リン化硼素系半導体層）は、硼素（元素記号：Ｂ）とリン（元素記号：Ｐ）とを必須の構成元素として含む層であり、例えばＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＡｓδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。また例えば、ＢαＡｌβＧａγＩｎ1-α-β-γＰ1-δＮδ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）である。特に、本発明で好適に利用できるのは、構成元素数が少ないため、形成が容易な例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）、リン化硼素・ガリウム・インジウム（組成式ＢαＧａγＩｎ1-α-γＰ：０＜α≦１、０≦γ＜１）、また、窒化リン化硼素（組成式ＢＰ1-δＮδ：０≦δ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢαＰ1-δＡｓδ）等の複数のＶ族元素を含む混晶である。
【００２３】
リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ；水素化物）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相堆積）法等の気相成長手段に依り形成する。また、分子線エピタキシャル法でも形成できる（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｈｅｍ．，１３３（１９９７）、２６９〜２７２頁参照）。例えば、ｐ形の単量体のリン化硼素（ＢＰ）層は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）とホスフィン（分子式：ＰＨ3）を原料とする常圧（略大気圧）或いは減圧ＭＯＣＶＤ法で形成できる。ｐ形ＢＰ層の形成温度としては、１０００℃〜１２００℃が適する。形成時の原料供給比率（Ｖ／III比率＝ＰＨ3／（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）は、１０〜５０とするのが適する。
【００２４】
リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、発光層を構成するIII族窒化物半導体材料やIII−Ｖ族化合物半導体材料の禁止帯幅を超える広い禁止帯幅（ｗｉｄｅ  ｂａｎｄｇａｐ）の材料から構成する。例えば、室温での禁止帯幅を２．７エレクトロンボルト（ｅＶ）とするIII族窒化物半導体からなる青色光を出射する発光層について、室温の禁止帯を２．８ｅＶ〜５．０ｅＶとするリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を用いる。発光層との禁止帯幅の差異は、０．１ｅＶ以上であれば、発光層からの発光を透過するのに充分である。禁止帯幅は、吸収係数の光子エネルギー（＝ｈ・ν）依存性などから求められる。また、屈折率（ｎ）及び消衰係数（ｋ）の積値（＝２・ｎ・ｋ）の光子エネルギー依存性から求められる。
【００２５】
成長温度、Ｖ／III比率に加えて、成長速度を精密に制御すれば、禁止帯幅の大きなリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成できる。例えば、ＭＯＣＶＤ法に依り、単量体のリン化硼素層を形成するのに際し、成長速度を毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲に設定すると、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上とするリン化硼素層が得られる。特に、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上で５．０ｅＶ以下とするリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、発光を透過できる窓層をも好ましく利用できる。
【００２６】
イオン（ｉｏｎ）結合性の少ないリン化硼素系半導体では、不純物を故意に添加しない、所謂、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）でも、容易に低抵抗層が得られる。例えば、単量体のリン化硼素（ＢＰ）からは、アンドープ状態でキャリア濃度を１０19ｃｍ-3を超える高キャリア濃度のｐ形導電層が簡便に得られる。即ち、リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を用いれば、禁止帯幅が大きいだけに発光の外部への透過性に優れ、尚且つ、低接触抵抗のオーミック電極を形成できるコンタクト層を提供できる。また、アンドープのリン化硼素系層には、そもそも含まれる不純物量が少ないため、発光層へ拡散する不純物も減少させられる。このため、例えば、ｐ形不純物の拡散に因り、発光層のキャリア濃度、しいては伝導形が変化し、所望とは異なる順方向電圧（Ｖｆ）或いは予定とは異なる波長の発光が帰結される問題を解決できる。
【００２７】
例えば、室温でキャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とし、抵抗率を５×１０-2Ω・ｃｍ以下とする低抵抗のｐ形リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を、例えば、ｐ形のIII族窒化物半導体からなるｐ形クラッド層等上にコンタクト層として設けることにより、接触抵抗の低いオーミック電極を形成することができる。従って、しいては、順方向電圧（Ｖｆ）の低いＬＥＤを構成するのに好都合となる。例えば、Ｍｇをドープしたｐ形ＡｌXＧａYＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）クラッド層等上に形成した、アンドープでｐ形のＢＰ層をコンタクト層として利用して低ＶｆのＬＥＤを構成する。コンタクト層としてのリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層の層厚は、５０ナノメータ（ｎｍ）以上で５０００ｎｍ以下とするのが適する。
【００２８】
本発明に係わるｐ形リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、ＧａYＩｎZＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）等の一般に、比較的低温で成長される発光層に、直接、接合させて設けることができる。しかし、比較的低温で成長させた発光層上に、より高温で形成したIII族窒化物半導体層を下地層として形成すると、結晶性に優れるリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成できる。高温で成長させたため、より結晶性の良いIII族窒化物半導体層を下地層として利用できるからである。特に、六方晶ウルツ鉱結晶型のＡｌXＧａYＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層の（０００１）表面を下地層とすると、結晶格子上の整合性に優れる（１１１）リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層が成長できて利便である。珪素（元素記号：Ｓｉ）等のｎ形不純物より、亀裂（ｃｒａｃｋ）等を発生させ難いＭｇ等のｐ形不純物を含むＡｌXＧａYＮ層は、下地層としてより好適に利用できる。
【００２９】
例えば、Ｍｇをドーピングした窒化ガリウム（ＧａＮ）を下地層とした場合、その（０００１）表面上には、ａ軸の方向及び格子定数にマッチングした（１１１）結晶面からなるｐ形リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を成長できる。即ち、（０００１）ＧａＮ結晶面に平面的にマッチングしたｐ形リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成できる。また、ＧａＮのｃ軸格子定数の略１／２の間隔で、（０００１）−ＧａＮ表面に平行に積重した（１１１）−結晶面から構成されている、ｐ形（１１１）リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成できる。即ち、ｃ軸方向（鉛直方向）にもマッチングに優れたものとなり、結晶性に優れたｐ形のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を構成できる。リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層をなす（１１１）結晶層の面間隔と、窒化ガリウムのｃ軸との関係は、例えば、電子線回折手段を利用すれば調査できる。
【００３０】
ＧａＮの（０００１）表面上に、ｃ軸との格子の整合性に優れる（１１１）リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成するには、成長温度及び成長速度を制御する必要がある。成長速度は、毎分２０ｎｍ〜３０ｎｍとするのが適する。また、成長温度は、７５０℃以上で１２００℃以下とする必要がある。１２００℃を超える高温では、構成元素の硼素（Ｂ）やリン（Ｐ）の揮散が激しくなるため、（１１１）結晶面に係わる積層欠陥が多量に発生する。このため、ＧａＮのｃ軸に対して整合性のある（１１１）結晶面からなるリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を構成するのに支障を来す。
【００３１】
また、成長温度を１２００℃以下とすると、有機硼素化合物を用いるＭＯＣＶＤ手段でも、炭素（元素記号：Ｃ）原子濃度の少ないリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を得るのに優位となる。例えば、波長を４５０ｎｍとする青色帯光、また、例えば波長を３８０ｎｍとする紫外帯域等の発光を８０％以上の透過率で透過できる、炭素原子濃度を６×１０18ｃｍ-3以下とする広禁止帯幅のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を形成できる。１２００℃を超える高温では、有機硼素化合物の熱分解が顕著に進行するため、層内への炭素の混入量も増加し、黒色を帯びたリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層と成り易い。光学的な透明性が失われた失透したリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層は、窓層を兼ねるコンタクト層を構成するのに不都合となる。
【００３２】
本発明では、ｐ形で低抵抗のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層上に、ｐ形オーミック電極（正極）を設けて化合物半導体発光素子を形成する。ｐ形オーミック電極については、ニッケル（Ｎｉ）単体、或いはその合金、金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）や金（Ａｕ）・ベリリウム（Ｂｅ）合金等から形成できる。重層構造からオーミック電極を構成するのにあって、最上層は、結線（ｂｏｎｄｉｎｇ）を容易となすため、金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）から構成するのが好適である。
【００３３】
また、例えば、３層の重層構造のオーミック電極にあって、底面部と最上層との中間に設ける中間層は、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の遷移金属或いは白金（Ｐｔ）から構成され得る。一方のｎ形オーミック電極（負極）は、ｎ形の基板を利用して、或いは基板上に形成されたｎ形層上に設ける。
【実施例】
【００３４】
ｐ形窒化ガリウム（ＧａＮ）層上に設けた単量体のリン化硼素半導体層を利用してｐｎ接合型化合物半導体ＬＥＤを構成する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
【００３５】
図２にダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造のＬＥＤ１０を作製するために使用した積層構造体１１の断面構造を模式的に示す。また、図３には、ＬＥＤ１０の平面模式図を示す。
【００３６】
積層構造体１１は、（０００１）−サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）基板１００上に、アンドープのＧａＮからなる緩衝層１０１、珪素（Ｓｉ）をドープしたｎ形ＧａＮ（ｎ＝７×１０18ｃｍ-3、層厚（ｔ）＝３μｍ）からなる下部クラッド層１０２、アンドープでｎ形のＧａ0.86Ｉｎ0.14Ｎ層を含む発光層１０３、Ｍｇをドープしたｐ形のＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ（ｐ＝３×１０17ｃｍ-3、ｔ＝０．０８μｍ）からなる上部クラッド層（III族窒化物半導体層）１０４、及び、Ｍｇドープｐ形ＧａＮ層（ｐ＝７×１０17ｃｍ-3，ｔ＝０．１μｍ）からなるｐ形層（III族窒化物半導体層）１０５を順次、堆積して形成した。基板１００上の各層１０１〜１０５は、何れも一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段に依り気相成長させた。その上のｐ形Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ層１０４及びＧａＮ層１０５は１０５０℃で成長させた。
【００３７】
発光層１０３は、Ｓｉをドーピングしたｎ形ＧａＮ層（ｔ＝１２ｎｍ）を障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層とし、Ｇａ0.86Ｉｎ0.14Ｎ層を井戸（ｗｅｌｌ）層とする多重量子井戸構造とした。発光層１０３は、ｎ形下部クラッド層１０２に接合する層を障壁層とし、ｐ形上部クラッド層１０４に接する側を井戸層とする積層周期数を５周期とする多重量子井戸構造とした。発光層１０３の成長温度は７５０℃とした。
【００３８】
発光層１０３よりも高温で成長させたｐ形ＧａＮ層１０５上には、アンドープでｐ形のリン化硼素（ＢＰ）層（リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層）１０６を堆積した。ｐ形の単量体リン化硼素層１０６は、トリエチル硼素（分子式：（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）を硼素（Ｂ）源とし、ホスフィン（分子式：ＰＨ3）をリン源とする常圧（略大気圧）有機金属化学的気相体積（ＭＯＣＶＤ）手段を利用して形成した。ｐ形リン化硼素層１０６は、１０５０℃で形成した。ｐ形リン化硼層１０６を気相成長させる際のＶ／III比率（＝ＰＨ3／（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ濃度比率）は１５に設定した。成長速度を毎分２５ｎｍとして成長させたｐ形リン化硼素層１０６の層厚は０．３５μｍとした。
【００３９】
一般的な分光エリプソメータ（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）を使用して測定した屈折率及び消衰係数を利用して求めたｐ形リン化硼素層１０６の室温での禁止帯幅は約４．３ｅＶであった。また、一般的な電解Ｃ−Ｖ（容量−電圧）法で計測されたアンドープでｐ形のリン化硼素層１０６のアクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）濃度は２×１０19ｃｍ-3であった。
【００４０】
また、一般的な透過型電子顕微鏡（略称：ＴＥＭ）を使用して撮像した制限視野電子線回折（略称：ＳＡＤ）像から、ｐ形ＧａＮ層１０５とｐ形リン化硼素層１０６との積層関係を調査した。ＳＡＤ像上で、ＭｇドープＧａＮ層１０５からの（０００１）に係わる回折斑点（ｓｐｏｔ）と、ｐ形リン化硼素層１０６からの（１１１）に係わる回折点とが同一直線上に出現することから、ＭｇドープＧａＮ層１０５の（０００１）表面上には、その結晶面に平行に、ｐ形リン化硼素層１０６の（１１１）結晶面が積重しているのが証明された。また、ＳＡＤ像上の同一直線上に於いてＧａＮ層１０５からの（０００１）回折班点が出現する間隔（距離）が、リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層１０６の（１１１）回折点の間隔の丁度、２倍であった。このことから、ＧａＮ層１０５の（０００１）表面上には、ＧａＮのｃ軸格子定数の略１／２の面間隔で、リン化硼素層１０６の（１１１）結晶面が積層していることが示された。
【００４１】
また、断面ＴＥＭ技法に依りｐ形リン化硼素層１０６の内部を観察したところ、下層のｐ形ＧａＮ層１０５内に存在する貫通転位は、リン化硼素層１０６との接合界面で消滅していた。また、ｐ形の（１１１）リン化硼素層１０６の内部には、ミスフィット（ミスフィット）転位の存在は視認されなかった。
【００４２】
一般的な２次イオン質量分析法（略称ＳＩＭＳ）で元素分析した結果に因れば、アンドープのｐ形リン化硼素層１０６の内部の炭素（Ｃ）の原子濃度は、を４×１０17ｃｍ-3であった。このため、ｐ形リン化硼素層１０６は、発光層からの発光を透過するのに充分に透明なものとなった。
【００４３】
ｐ形リン化硼素層１０６の表面には、通常の真空蒸着法及び電子ビーム蒸着法に依り、金（Ａｕ）膜とニッケル（Ｎｉ）酸化膜とからなる格子状電極からなるｐ形オーミック電極１０７を設けた（図３参照）。ｐ形リン化硼素層１０６の一端には、ｐ形オーミック電極１０７に接触させて、金（Ａｕ）膜からなる結線用の台座（ｐａｄ）電極１０８を設けた。一方の台座電極を兼ねるｎ形オーミック電極１０９は、一般的なプラズマエッチング手段を利用し、選択エッチングして露出させたｎ形ＧａＮ層１０２の表面上に設けた。その後、積層構造体１１を裁断して、一辺を４００μｍとする正方形のＬＥＤチップ１０に分割した。
【００４４】
ｐ形びｎ形オーミック電極１０７、１０９の間に、順方向に２０ｍＡの素子駆動電流を流通してＬＥＤチップ１０の発光特性を確認した。ＬＥＤ１０からは中心の波長を４６０ｎｍとする青色帯光が放射された。一般的な積分球を利用して測定される樹脂モールド以前のチップ状態での発光出力は、５ミリワット（ｍＷ）の高値に達した。また、ｐ形オーミック電極１０７を低抵抗のリン化硼素層１０６上に設けたため、順方向電圧（Ｖｆ）は３．５Ｖと低値となった。一方、逆方向電流を１０μＡとした際の逆方向電圧は１０Ｖを越え、逆方向の耐電圧に優れるＬＥＤ１０が提供された。また、ミスフィット転位の無いｐ形リン化硼素層１０６を利用したため、局所的な耐電圧不良（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）の無いＬＥＤ１０が提供された。
【００４５】
このように本発明の実施形態に依れば、ｐ形不純物を含むIII族窒化物半導体層上に、発光層を構成するIII族窒化物半導体を超える禁止帯幅を室温で有する、アンドープでｐ形の低抵抗のリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を設け、その層の表面に接合させてオーミック性正電極を設けてｐｎ接合型化合物半導体ＬＥＤを構成することとしたので、順方向電圧が低く、且つ逆方向電圧の高い整流性に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４６】
また、六方晶ウルツ鉱結晶型の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌXＧａYＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層の（０００１）表面上に設けた格子マッチング性に優れるリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層上に、オーミック性正電極を設けることとしたので、局所的な耐電圧不良の少ないｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４７】
また、ｃ軸格子定数の略１／２の格子面間隔で、（０００１）−ＧａＮ表面に平行に積重した（１１１）−結晶面から構成されている結晶格子の面間隔のマッチング性に優れるリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層上にオーミック性正電極を設けることとしたので、逆方向の耐電圧性に優れるｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４８】
また、室温での禁止帯幅を２．８ｅＶ以上で５ｅＶ以下とする、単量体のリン化硼素（ＢＰ）を素材とした、構成元素数を３（３元素）以下とするリン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層上にオーミック性正電極を設けることとしたので、発光を外部に取り出すのに好都合となり、発光強度の高いｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供するのに貢献できる。
【００４９】
また、リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層を、炭素原子濃度を６×１０18ｃｍ-3以下とする、単量体のリン化硼素（ＢＰ）から構成することとしたので、発光を外部に透過するのに好適な光学的に透明で、且つ良好なオーミック接触特性を与えるコンタクト層を提供できるため、順方向電圧が低く、且つ高い発光強度のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオードの断面構造を概略的に示す図である。
【図２】ＬＥＤを作製するために使用した積層構造体の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】ＬＥＤの平面模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    結晶基板
１Ａ  ｐｎ接合型化合物半導体発光ダイオード
２    ｎ形活性層（発光層）
３    ｐ形III族窒化物半導体層
４    リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層
５    オーミック性正電極
１０    ＬＥＤ
１１    積層構造体
１００  結晶基板
１０１  緩衝層
１０２  下部クラッド層
１０３  発光層（ｎ形活性層）
１０４  上部クラッド層（ｐ形III族窒化物半導体層）
１０５  ｐ形層（ｐ形III族窒化物半導体層）
１０６  リン化硼素系半導体層（リン化硼素系III−Ｖ族化合物半導体層）
１０７  ｐ形オーミック電極
１０８  台座電極
１０９  ｎ形オーミック電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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