(57)【要約】【課題】GaN層を用いない紫外線発光のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。【解決手段】半導体発光素子1000は、サファイヤ基板100の上に、25nm厚のAlGaNバッファ層101、Al0.12Ga0.88Nから成るｎ層102、多重層から成るｎクラッド層103、膜厚約2nmのノンドープのAl0.005In0.045Ga0.95Nから成る井戸層を障壁層で挟んだ単一量子井戸構造(SQW)の発光層104、Al0.16Ga0.84Nから成るブロック層105、多重層から成るｐクラッド層106、GaNから成るｐ型コンタクト層107と電極110、120、140、保護膜130及び反射膜150から成る。AlGaNバッファ層101を用いているので、Al0.12Ga0.88Nから成るｎ層102の結晶性が良くなり、その上の半導体層も結晶性を良くすることができる。n側層にGaN:Si層を用いていないので、発光層104の下方に発せられた紫外線が各層に吸収されることなく反射膜150で反射されて取り出すことができ、紫外線発光素子の発光効率が向上する。【選択図】図１
2005203605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムを少なくとも含むIII族金属有機化合物と、アンモニアとを供給してAlxGayIn1-x-yN(0＜x＜1, 0＜y＜1)をエピタキシャル成長させる有機金属気相成長法において、
前記III族金属有機化合物は第１のキャリアガス中に拡散されてエピタキシャル成長工程に運ばれ、
アンモニアは第２のキャリアガス中に拡散されてエピタキシャル成長工程に運ばれ、
エピタキシャル成長面の面積を単位をcm2としてＳ、前記III族金属有機化合物の供給量を単位をμmol/minとしてｐ、アンモニアの供給量を単位をSLM(Standard Litter per minute)としてｑ、第１のキャリアガス及び第２のキャリアガスの流量を単位をSLMとして各々ｒ1及びｒ2としたとき、
ｐ／ｒ1が4以下若しくはｑ／ｒ2が0.65以下であり、
ｐ／ｑが40以下であり、
ｑ／Ｓが0.06以上であること
を特徴とする有機金属気相成長法。
【請求項２】
ｐ／ｑが8以下であり、
ｐ／ｒ1が3.5以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長法。
【請求項３】
ｐ／ｑが8以下であり、
ｑ／ｒ2が0.5以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機金属気相成長法。
【請求項４】
ｑ／Ｓが0.25以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機金属気相成長法。
【請求項５】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1)を積層したIII族窒化物系化合物半導体光素子において、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機金属気相成長法により少なくとも１層のAlxGayIn1-x-yN(0＜x＜1)から成る層を形成したことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体光素子。
【請求項６】
前記基板はサファイア基板であり、
当該サファイア基板に予めAlzGa1-zN(0＜z≦1)から成るバッファ層を形成したのちにエピタキシャル成長させるものであって、
当該AlzGa1-zN(0＜z≦1)から成るバッファ層はサファイア基板を450〜600℃として形成されること
を特徴とする請求項５に記載のIII族窒化物系化合物半導体光素子。
【請求項７】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1)を積層したIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法において、
窒化ガリウムから成る層を有機金属気相成長法により形成する工程と、窒化アルミニウムガリウムから成る層を有機金属気相成長法により形成する工程を少なくとも１つずつ有し、
窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスの方が流量が大きい、
及び／又は
窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスの方が流量が大きい、
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法。
【請求項８】
窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスの方が1.5倍以上流量が大きいことを特徴とする請求項７に記載のIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスの方が2.0倍以上流量が大きいことを特徴とする請求項７に記載のIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体の有機金属気相成長法及びそれにより形成したIII族窒化物系化合物半導体光素子に関する。本発明は特に紫外線領域発光又は受光のIII族窒化物系化合物半導体光素子に特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
紫外線領域発光のIII族窒化物系化合物半導体発光素子においては、アルミニウム組成の高いIII族窒化物系化合物半導体層が多用される。アルミニウム組成の高いIII族窒化物系化合物半導体層は下記のような文献を基に形成される。
【特許文献１】特開平４−３２１２８０号公報
【特許文献２】特開２００１−０２８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、窒化ガリウム(GaN)は、ｎ型の層とするためにシリコン(Si)をドープすると、より多く紫外線領域の光を吸収してしまう。例えばシリコン(Si)を3×1019/cm3の濃度でドープした窒化ガリウム(GaN:Si)を、波長が354.3nmの紫外線が1μmの厚さを通過する際、強度が1/e40程度にまで落ち込む。このことからも、発光波長が紫外線領域であるIII族窒化物系化合物半導体発光素子のｎ側の層に窒化ガリウム(GaN)を用いることは適当でないことが理解できる。同様に、ｐ側の層に窒化ガリウム(GaN)を用いることも適当でない。
【０００４】
しかし一般に、III族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長において、アルミニウム組成は制御しにくい。有機金属気相成長法において、アルミニウム原料であるTMAとガリウム原料であるTMGの供給量の比と、実際に形成される半導体層の組成比は一致せず、且つ１枚のウエハ上でも組成の差が大きい。例えばTMAとTMGの供給量を1:4としても、実際に形成される半導体層の組成はAl0.2Ga0.8Nとはならず、１枚のウエハ上でAl0.1Ga0.9NからAl0.15Ga0.85Nぐらいまで組成がばらつくことが多かった。このように、アルミニウムの組成が0.1を超えると、組成の制御が困難であった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、アルミニウムの組成が高いIII族窒化物系化合物半導体の有機金属気相成長法において、アルミニウムの組成の制御を容易とすることを目的とする。更には、発光層の発する紫外線領域の光を吸収する層、受光層の受光すべき紫外線領域の光を吸収する他の層を有しないIII族窒化物系化合物半導体発光素子を提供可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため請求項１に記載の手段によれば、トリメチルアルミニウムとトリメチルガリウムを少なくとも含むIII族金属有機化合物と、アンモニアとを供給してAlxGayIn1-x-yN(0＜x＜1, 0＜y＜1)をエピタキシャル成長させる有機金属気相成長法において、III族金属有機化合物は第１のキャリアガス中に拡散されてエピタキシャル成長工程に運ばれ、アンモニアは第２のキャリアガス中に拡散されてエピタキシャル成長工程に運ばれ、エピタキシャル成長面の面積を単位をcm2としてＳ、III族金属有機化合物の供給量を単位をμmol/minとしてｐ、アンモニアの供給量を単位をSLM(Standard Litter per minute)としてｑ、第１のキャリアガス及び第２のキャリアガスの流量を単位をSLMとして各々ｒ1及びｒ2としたとき、ｐ／ｒ1が4以下若しくはｑ／ｒ2が0.65以下であり、ｐ／ｑが40以下であり、ｑ／Ｓが0.06以上であることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の手段は、ｐ／ｑが8以下であり、ｐ／ｒ1が3.5以下であることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段は、ｐ／ｑが8以下であり、ｑ／ｒ2が0.5以下であることを特徴とする。また、請求項４に記載の手段は、ｑ／Ｓが0.25以上であることを特徴とする。
【０００８】
また請求項５に記載の手段は基板上にIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1)を積層したIII族窒化物系化合物半導体光素子において、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機金属気相成長法により少なくとも１層のAlxGayIn1-x-yN(0＜x＜1)から成る層を形成したことを特徴とする。更に請求項６に記載の手段は基板はサファイア基板であり、当該サファイア基板に予めAlzGa1-zN(0＜z≦1)から成るバッファ層を形成したのちにエピタキシャル成長させるものであって、当該AlzGa1-zN(0＜z≦1)から成るバッファ層はサファイア基板を450〜600℃として形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項７に記載の手段は、基板上にIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1)を積層したIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法において、窒化ガリウムから成る層を有機金属気相成長法により形成する工程と、窒化アルミニウムガリウムから成る層を有機金属気相成長法により形成する工程を少なくとも１つずつ有し、窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスの方が流量が大きい、及び／又は、窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスの方が流量が大きい、ことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項８に記載の手段は、窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるIII族金属有機化合物を分散させる第１のキャリアガスの方が1.5倍以上流量が大きいことを特徴とする。更に請求項９に記載の手段は、窒化ガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスよりも窒化アルミニウムガリウムから成る層を形成する工程におけるアンモニアを分散させる第２のキャリアガスの方が2.0倍以上流量が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は以下に示す通り、単にアンモニアの供給量を減らす等ではなく、供給量を保ったままキャリアガスの量を多くし、原料ガスの濃度を減らすことで、アルミニウムの組成が高いIII族窒化物系化合物半導体の有機金属気相成長法において、アルミニウムの組成の制御を容易とすることが可能であることを見出した。この時、ウエハ内での組成のばらつきも小さくすることができた。また、サファイア基板上に比較的低温で形成されたバッファ層を用いることで、その上の層にアルミニウムの組成が高いIII族窒化物系化合物半導体を形成する際、ピットを低減させることが可能となった。
【００１２】
エピタキシャル成長面の面積とは、１枚のウエハの片側表面全体を用いる際は当該ウエハの片面の面積、複数枚のウエハを用いるときはウエハの面積の合計を意味する。エピタキシャル成長面の面積を単位をcm2としてＳとすると、直径約5cmのウエハについてはＳ＝20となる。III族金属有機化合物の供給量を単位をμmol/minとしてｐとすると、例えばｐは5〜200とすることができる。アンモニアの供給量を単位をSLM(Standard Litter per minute)としてｑとすると、例えばｑは1〜30とすることができる。第１のキャリアガス及び第２のキャリアガスの流量を単位をSLMとして各々ｒ1及びｒ2とすると、ｒ1及びｒ2は各々1〜30とすることができる。
【００１３】
この時、ｐ／ｑが40以下とすると良い。アンモニアの量ｑは大過剰であることが好ましい。ｐ／ｑが40以下とはV/III比が1116以上であることを意味する。ｐ／ｑが8以下とはV/III比が5580以上であることを意味する。ｐ／ｑは1を下回るとアンモニアを大量に消費することとなって、好ましくない。
【００１４】
ｐ／ｒ1が4以下、更には3.5以下とすること、或いはｑ／ｒ2が0.65以下更には0.5以下として、薄い濃度で高速にウエハに吹きつけることで、ウエハの位置による組成のばらつきを防止すると共にAl組成を十分高くすることができた。これは望まない気相反応を抑制できたことによる。尚、ｐ／ｒ1又はｑ／ｒ2が0.01を下回ると、非常に反応速度が遅くなり、好ましくない。ｑ／Ｓが0.06以上、更には0.25以上とすることで、エピタキシャル成長速度を損なうことなくアルミニウム組成ばらつきを抑えてアルミニウムの組成が高いIII族窒化物系化合物半導体を成長可能となる。ｑ／Ｓが10を超えると、アンモニアを大量に消費することとなって、好ましくない。
【００１５】
低温バッファ層はTMAの供給量をTMGの供給量の1/10〜1/3として、アルミニウム組成zが0.05〜0.2のものを形成すると良い。
【００１６】
製造工程にGaNを製造する工程と、AlGaN(ただし、アルミニウムもガリウムも組成に含まれる、純粋に３元系のもの)を製造する工程とを有する場合は、GaNを製造する工程におけるIII族原料を分散させる第１のキャリアガスの流量及びNH3を分散させる第２のキャリアガスの流量に対して、AlGaNを製造する工程におけるIII族原料を分散させる第１のキャリアガス及び／又はNH3を分散させる第２のキャリアガスの流量を大きくする。これはGaNを製造する工程において最適とされる条件と一部異なる条件でAlGaNを製造するものである。この時、第１のキャリアガスについては、AlGaNを製造する工程においてはGaNを製造する工程における流量の1.2倍以上、更には1.5倍以上とする。第２のキャリアガスについては、AlGaNを製造する工程においてはGaNを製造する工程における流量の1.5倍以上、更には2.0倍以上とする。いずれの場合も5倍以上にすると、どのような製造装置を用いていてもAlGaN膜の結晶性が悪くなり、好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物系化合物半導体光素子は、上記の発明の主たる構成に係る限定の他は、任意の構成を取ることができる。また、光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード、フォトカプラその他の任意の光素子として良い。特に本発明に係るIII族窒化物系化合物半導体光素子の製造方法としては任意の製造方法を用いることができる。
【００１８】
具体的には、結晶成長させる基板としては、サファイヤ、スピネル、Si、SiC、ZnO、MgO或いは、III族窒化物系化合物単結晶等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体層を結晶成長させる方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）が好ましいが、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いても良い。
【００１９】
電極形成層その他のIII族窒化物半導体層は、少なくともAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)にて表される２元系、３元系若しくは４元系の半導体から成るIII族窒化物系化合物半導体で形成することができる。また、これらのIII族元素の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても良く、また、窒素(N)の一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても良い。
【００２０】
更に、これらの半導体を用いてｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等を添加し、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等を添加することができる。
【００２１】
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【実施例１】
【００２２】
本実施例では、アルミニウム組成の高いIII族窒化物系化合物半導体を形成するための有機金属気相成長法の条件を検討した。まず、直径5cm（面積Ｓ＝20）の主面をＣ面とするサファイア基板に、窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約25nmのAlNバッファ層を介して膜厚1μmのGaN層を形成した。この際、GaN層は、サファイア基板の温度を1075℃として、第１のキャリアガス10SLM中にTMGを40μmol/minで分散させて供給し、第２のキャリアガス10SLM中にNH3を10SLMで分散させて供給した。
【００２３】
次にサファイア基板の温度を1075℃に保持したまま、TMGを40μmol/min、TMAを10μmol/minの合計50μmol/min（ｐ＝50）として、図１のように、TMGとTMAを分散させる第１のキャリアガスの流量（ｒ1）、NH3の流量（ｑ）、NH3を分散させる第２のキャリアガスの流量（ｒ2）を変化させて、９つのサンプルを作製した。AlGaN層の膜厚は約3μmとした。
【００２４】
図１の「中心からの位置におけるＸＲＤによるAl組成(%)」は、ＸＲＤスペクトルがAl組成(%)に対し線形に変化するものとして算定された「組成」であって、絶対値を示すものではない。
【００２５】
図１のサンプル１、２、３は、TMGとTMAを分散させる第１のキャリアガスの流量（ｒ1）のみを変化させたものである。このサンプル１、２、３について、第１のキャリアガスの流量ｒ1と、Al組成(%)の関係を図２に示す。第１のキャリアガスの流量ｒ1が、10、12.7、15.4SLMと増えるに従い、ウエハ中央及び中央から15mmのいずれの場所でもAl組成が増加し、且つそれらの差が小さくなっている。このことから、III族原料の供給量ｐを同じとしながらキャリアガスの流量を大きくすること、即ちIII族原料のキャリアガス中の濃度を薄くすることで、アルミニウム組成が高くなり、且つウエハの位置によるアルミニウム組成ばらつきが小さくなることが分かった。
【００２６】
図１のサンプル１、４、５は、NH3を分散させる第２のキャリアガスの流量（ｒ2）のみを変化させたものである。このサンプル１、４、５について、第２のキャリアガスの流量ｒ2と、Al組成(%)の関係を図３に示す。第２のキャリアガスの流量ｒ2が、10、15.6、21.1SLMと増えるに従い、ウエハ中央及び中央から15mmのいずれの場所でもAl組成が増加し、且つそれらの差が小さくなっている。このことから、NH3の供給量ｑを同じとしながらキャリアガスの流量を大きくすること、即ちNH3のキャリアガス中の濃度を薄くすることで、アルミニウム組成が高くなり、且つウエハの位置によるアルミニウム組成ばらつきが小さくなることが分かった。
【００２７】
ところで、NH3の供給量自体を落とすと、このようなことにはならない。図１のサンプル１、７、８、９は、NH3の供給量ｑ自体を変化させ、不足分をNH3を分散させる第２のキャリアガスの流量ｒ2で補充したものである。ｑ＋ｒ2は２０（単位はSLM）で一定である。このサンプル１、７、８、９について、NH3の供給量ｑ、Al組成(%)の関係を図４に示す。NH3の供給量ｑが、10、5、2.５、1.25SLMと減るに従い、ウエハ中央及び中央から15mmのいずれの場所でもAl組成が増加するが、それらの差は小さくならない。このことから、NH3の供給量ｑ自体を変えて、即ちNH3のキャリアガス中の濃度を薄くすると、アルミニウム組成は高くなるが、ウエハの位置によるアルミニウム組成ばらつきを小さくすることができないことが分かった。
【００２８】
図５は、図１のサンプル１〜６について、TMGとTMAを分散させる第１のキャリアガスの流量ｒ1とNH3を分散させる第２のキャリアガスの流量ｒ2と、図１の「組成差（%）」との関係を示したグラフである。組成差(%)は、ウエハ中央から15mmでのAl組成(%)とウエハ中央(0mm)でのAl組成(%)の差である。図５では当該組成差(%)を円の大きさで示した。図５のように、TMGとTMA、及びNH3の供給量（ｐ及びｑ）を変えずに、それらを分散させるキャリアガスの流量（ｒ1、ｒ2）を変化させることで、ウエハ内でのアルミニウム組成のばらつきを抑制することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例では、アルミニウム組成の高いIII族窒化物系化合物半導体を形成するために、バッファ層として形成するAlGaNの形成条件を検討した。まず、直径5cm（面積Ｓ＝20）の主面をＣ面とするサファイア基板に、膜厚約25nmのAlGaNバッファ層を形成した。この時、基板温度を500℃とした場合と750℃とした場合で検討した。基板温度を500℃とした場合、AlGaNバッファ層の表面は平坦であったが、基板温度を750℃とした場合は凹凸が多かった。この上にサファイア基板の温度を1075℃として、第１のキャリアガス10SLM中にTMGを40μmol/min、TMAを10μmol/minで分散させて供給し、第２のキャリアガス10SLM中にNH3を10SLMで分散させて供給した。こうして厚さ1μmにAlGaN層をエピタキシャル成長させて形成し、その表面のピットを算出した。500℃で形成したAlGaNバッファ層の上に形成したAlGaNでは109/cm2程度であったが、750℃で形成したAlGaNバッファ層の上に形成したAlGaNでは1010/cm2以上あった。
【実施例３】
【００３０】
図６に本発明の具体的な実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体光素子（ＬＥＤ）１０００の断面図である。半導体光素子（ＬＥＤ）１０００では、図６に示す様に、厚さ約100μmのサファイヤ基板１００の上に、膜厚約25nmのAlGaNバッファ層１０１が成膜され、その上にシリコン(Si)をドープして電子濃度5×1018/cm3としたAl0.12Ga0.88Nから成る膜厚約1.5μmのn型AlGaN層（ｎ型コンタクト層）１０２が形成されている。
【００３１】
また、このｎ型コンタクト層１０２の上には、膜厚約1.5nmのAl0.15Ga0.85Nから成る層１０３１と膜厚約1.5nmのAl0.04Ga0.96Nから成る層１０３２とを38周期積層した、シリコン(Si)をドープして電子濃度5×1019/cm3とした総膜厚約100nmの多重層から成るｎクラッド層１０３が形成されている。
【００３２】
ｎクラッド層１０３の上には、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の発光層１０４が形成されている。単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の発光層１０４は、膜厚約25nmのノンドープのAl0.13Ga0.87Nから成る障壁層１０４１と、膜厚約2nmのノンドープのAl0.005In0.045Ga0.95Nから成る井戸層１０４２と、膜厚約15nmのノンドープのAl0.13Ga0.87Nから成る障壁層１０４３とを積層して形成される。
【００３３】
単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の発光層１０４の上には、マグネシウム(Mg)をドープしてホール濃度5×1017/cm3としたAl0.16Ga0.84Nから成る膜厚約40nmのブロック層１０５が形成されている。ブロック層１０５の上には、膜厚約1.5nmのAl0.12Ga0.88Nから成る層１０６１と膜厚約1.5nmのAl0.03Ga0.97Nから成る層１０６２とを30周期積層した、マグネシウム(Mg)をドープしてホール濃度5×1017/cm3とした総膜厚約90nmの多重層から成るｐクラッド層１０６が形成されている。ｐクラッド層１０６の上には、マグネシウム(Mg)をドープしてホール濃度1×1018/cm3としたAlGaNから成る膜厚約30nmのｐ型コンタクト層１０７を形成した。
【００３４】
又、ｐ型コンタクト層１０７の上には金属蒸着による透光性薄膜ｐ電極１１０が、ｎ型コンタクト層１０２上にはｎ電極１４０が形成されている。透光性薄膜ｐ電極１１０は、ｐ型コンタクト層１０７に直接接合する膜厚約1.5nmのコバルト(Co)より成る第１層１１１と、このコバルト膜に接合する膜厚約６nmの金（Au）より成る第２層１１２とで構成されている。
【００３５】
厚膜ｐ電極１２０は、膜厚約18nmのバナジウム(V)より成る第１層１２１と、膜厚約15μmの金(Au)より成る第２層１２２と、膜厚約10nmのアルミニウム(Al)より成る第３層１２３とを透光性薄膜ｐ電極１１０の上から順次積層させることにより構成されている。
【００３６】
多層構造のｎ電極１４０は、ｎ型コンタクト層１０２の一部露出された部分の上から、膜厚約18nmのバナジウム(V)より成る第１層１４１と膜厚約100nmのアルミニウム(Al)より成る第２層１４２とを積層させることにより構成されている。
【００３７】
また、最上部には、SiO2膜より成る保護膜１３０が形成されている。一方、サファイヤ基板１００の底面に当たる外側の最下部には、膜厚約500nmのアルミニウム（Al）より成る反射金属層１５０が、金属蒸着により成膜されている。尚、この反射金属層１５０は、Rh、Ti、W等の金属の他、TiN、HfN等の窒化物でも良い。
【００３８】
上記の構成の光素子（ＬＥＤ）１０００は次のように製造された。光素子（ＬＥＤ）１０００は、有機金属気相成長法（以下「MOVPE」と略す）にり製造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3)、キャリアガス(H2及びN2)、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TMG」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)（以下「CP2Mg」と記す）である。キャリアガスは、III族とNH3で2系統に分けて使用し、各々15SLM使用した。これはGaNを主体とする素子製造で用いられる2系統各々10SLMよりも多い量である。
【００３９】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したＣ面を主面とした単結晶の基板１００をMOVPE装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を反応室に流しながら温度1100℃で基板１００をベーキングした。
次に、基板１００の温度を1075℃に保持し、H2、NH3、TMG及びTMAを供給してAlGaNバッファ層１０１を約25nmの膜厚に形成した。
【００４０】
次に、H2、NH3、TMG、TMA、シランを供給して、その上に電子濃度5×1018/cm3のAl0.12Ga0.88Nから成るｎ型コンタクト層１０２を形成した。この後、H2、NH3、TMG、TMA、シランの供給量を制御しながら、膜厚約1.5nmのAl0.15Ga0.85Nから成る層１０３１と膜厚約1.5nmのAl0.04Ga0.96Nから成る層１０３２とを38周期積層した、シリコン(Si)をドープして電子濃度5×1019/cm3とした総膜厚約100nmの多重層から成るｎクラッド層１０３を形成した。
【００４１】
次に、基板１００の温度を825℃にまで低下させて、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給して、膜厚約25nmのノンドープのAl0.13Ga0.87Nから成る障壁層１０４１と、膜厚約2nmのノンドープのAl0.005In0.045Ga0.95Nから成る井戸層１０４２と、膜厚約15nmのノンドープのAl0.13Ga0.87Nから成る障壁層１０６３とを順次積層し、単一量子井戸構造の発光層１０４を形成した。
【００４２】
次に、基板１００の温度を1025℃に保持し、N2又はH2、NH3、TMG、TMA及びCP2Mgを制御しながら供給して、マグネシウム(Mg)をドープしたAl0.16Ga0.84Nから成る膜厚約40nmのブロック層１０５、膜厚約1.5nmのAl0.12Ga0.88Nから成る層１０６１と膜厚約1.5nmのAl0.03Ga0.97Nから成る層１０６２とを30周期積層した、マグネシウム(Mg)をドープした総膜厚約90nmの多重層から成るｐクラッド層１０６、マグネシウム(Mg)をドープしたAlGaNから成る膜厚約30nmのｐ型コンタクト層１０７を順次形成した。
【００４３】
この後、ｐ側層であるブロック層１０５、ｐクラッド層１０６及びｐ型コンタクト層１０７をｐ型化して、各々ホール濃度を5×1017/cm3、5×1017/cm3、5×1018/cm3のｐ型層としたのち、各電極（１１０、１２０、１４０）及び保護膜１３０及び反射金属層１５０を形成した。
【００４４】
上記構成により、発光層から下に向かった波長350nmの光がｎ型のGaN層で吸収されることが無くなり、ｎコンタクト層としてｎ型のGaNを用いたときと比較して、発光強度が２倍となった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、紫外線領域に発光波長が存在するような短波長の光素子に好適である。短波長の光素子の用途としては、光励起触媒を用いる光化学分野、蛍光体を励起させるために用いる照明分野、誘蛾灯に代表されるバイオ関連分野の他、蛍光ランプに用いてブラックライトに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の結果を示す表図。
【図２】第１のキャリアガスの流量ｒ1と半導体層のAl組成の関係を示すグラフ図。
【図３】第２のキャリアガスの流量ｒ2と半導体層のAl組成の関係を示すグラフ図。
【図４】NH3の流量ｑと半導体層のAl組成の関係を示すグラフ図。
【図５】第１のキャリアガスの流量ｒ1と第２のキャリアガスの流量ｒ2と半導体層のAl組成のばらつきの関係を示すグラフ図。
【図６】本発明の実施例に係る半導体光素子（ＬＥＤ）１０００の断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１０００：半導体光素子（ＬＥＤ）
１００：サファイヤ基板
１０１：AlGaNバッファ層
１０２：n型AlGaN層
１０３：ｎクラッド層（多重層）
１０４：単一量子井戸発光層（ＳＱＷ）
１０５：ブロック層
１０６：ｐクラッド層（多重層）
１０７：ｐ型コンタクト層
１１０：透光性薄膜ｐ電極
１２０：ｐ電極
１３０：保護膜
１４０：ｎ電極
１５０：反射金属層
【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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【図６】
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