(57)【要約】【課題】ドーパントにＧｅを含むIII族窒化物半導体発光素子において、半導体層の平坦性、結晶性を損なうことなく、発光出力の良好な発光素子を提供すること。【解決手段】本発明の発光素子は、結晶基板上に形成された、ｎ型及びｐ型のIII族窒化物半導体（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ａＭａ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）を備えたIII族窒化物半導体発光素子に於いて、ｎ型電極コンタクト層にはゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）がドープされた領域を含み、発光層はノンドープもしくはＳｉ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素がドープされた領域を含むものである。  上記においてｎ型電極コンタクト層はＧｅ濃度を周期的に変化させたり、Ｇｅがドープされた領域とアンドープの領域を交互に周期的に積層させることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板上に形成された、ｎ型及びｐ型のIII族窒化物半導体（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ａＭａ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）を備えたIII族窒化物半導体発光素子に於いて、ｎ型電極コンタクト層にはIII族窒化物半導体にゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）がドープされた領域を含み、発光層はノンドープもしくはＳｉ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素がドープされた領域を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
ｎ型電極コンタクト層が、III族窒化物半導体のＧｅ原子の低濃度層とＧｅ原子がドープされたＧｅ原子の高濃度層とを有す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。
【請求項３】
Ｇｅ原子の低濃度層が、Ｇｅ原子がドープされたＧｅ原子の低濃度層またはアンドープ層である請求項２に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
上記ｎ型電極コンタクト層が、Ｇｅ原子の低濃度層と高濃度層とが交互に周期的に積層させた構造から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
Ｇｅ原子の高濃度層の層厚が、Ｇｅ原子の低濃度層の層厚以下としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
Ｇｅ原子の高濃度層の表面には、凹形状のピットが形成されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
Ｇｅ原子の高濃度層は、層厚を１０ｎｍ以上に成膜した場合に、１×１０５個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２の範囲内で表面にピットが形成されることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
Ｇｅ原子の低濃度層の表面の平坦性は、Ｒａで１０Å以下であることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
ＧｅがドープされたIII族窒化物半導体層のゲルマニウム原子の濃度を、１×１０１７ｃｍ−３以上で１×１０２０ｃｍ−３以下としたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
発光層が多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
発光層にＳｉがドープされているのが、多重量子井戸構造の障壁層であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
上記ＳｉがドープされたIII族窒化物半導体層のＳｉ原子の濃度を、５×１０１６ｃｍ−３以上で１×１０１９ｃｍ−３以下としたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型コンタクト層にＧｅがドープされた領域を含む、III族窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、III族窒化物半導体は、短波長の可視光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等のｐｎ接合型構造のIII族窒化物半導体発光素子を構成するための機能材料として利用されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、近紫外帯、青色帯、或いは緑色帯の発光を呈するＬＥＤを構成するに際し、ｎ形またはｐ形の窒化アルミニウム・ガリウム（組成式ＡｌＸＧａＹＮ：０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）は、発光素子のクラッド（ｃｌａｄ）層を構成するのに利用されている（例えば、特許文献２参照）。また、窒化ガリウム・インジウム（組成式ＧａＹＩｎＺＮ：０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）は、発光層の活性層（発光層）を構成するのに利用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
従来のIII族窒化物半導体発光素子にあって、発光層には、ｎ型またはｐ型のIII族窒化物半導体層が接合させて設けられるが一般的である。高い強度の発光を得るために、ヘテロ（ｈｅｔｅｒｏ）接合構造の発光部を構成するためである。例えば、ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造の発光部を構成するために、発光層は、従来からＧａＹＩｎＺＮ（０≦Ｙ，Ｚ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１）等からなり、ｎ型またはｐ型III族窒化物半導体層がクラッド（ｃｌａｄ）層等として接合されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
例えば、ｎ型電極を形成するためのコンタクト層は、従来から、もっぱら、珪素（元素記号：Ｓｉ）を添加したIII族窒化物半導体から構成されている。珪素のドーピング量を調整することによって、制御された抵抗率を有する例えば、ｎ型ＡｌＸＧａＹＮ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）層が利用されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
同様に、活性層にドープするドナー元素としても、主にＳｉが用いられてきた。コドープ構造と呼ばれる、比較的膜厚の厚いＩｎＧａＮ層を発光層に用いた構造では、発光中心を形成する亜鉛（元素記号：Ｚｎ）元素と同時に、Ｓｉがドープされている（例えば、特許文献５参照）。また、量子井戸構造を用いた場合にも、井戸層へのドープ、障壁層へのドープなどが提案されている。これらの文献において、発光層へのドーパントはＳｉが主である（例えば、特許文献６〜７参照）。しかしながら、ｎ電極コンタクト層（ｎコンタクト層と言うこともある）のドーパントにもＳｉを用いており、Ｇｅをドープしたｎコンタクト層上にＳｉがドープされた活性層を用いた例はない。
【０００６】
ｎ型の不純物としてのゲルマニウム（Ｇｅ）は公知である（例えば、特許文献８参照）。しかし、Ｓｉの場合と比較すると、ドーピング効率は低く（非特許文献２参照）、低抵抗のｎ型III族窒化物半導体層を得るには不利とされている。また、高濃度にＧｅをドーピングすると、ｎ型III族窒化物半導体層の表面には、平坦性を損なう小孔（ｐｉｔ）が発生する欠点があるとされている（非特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００−３３２３６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９６４５号公報
【特許文献３】特公昭５５−３８３４号公報
【特許文献４】特許第３３８３２４２号公報
【特許文献５】特開平８−３１６５２８号公報
【特許文献６】特開平８−２６４８３１号公報
【特許文献７】特開平９−３６４２３号公報
【特許文献８】特開平４−１７０３９７号公報
【非特許文献１】赤崎  勇著、「III−Ｖ族化合物半導体」、１９９５年５月２０日発行、（株）培風館、第１３章
【非特許文献２】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３１（９Ａ）（１９９２）、２８８３．
【非特許文献３】「Group III  Nitride Semiconductor Compounds」（ＣＬＡＲＥＮＤＯＮ  Press.(OXFORD),1998）、１０４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
III族窒化物半導体においては、ＳｉやＧｅなど、ドープされてｎ型伝導性を示すIV族元素は、結晶中においてIII族元素と置き換わることで存在していると考えられる。例えば、窒化ガリウムであればＧａと置き換わっている。Ｇｅは、通常ｎドーパントとして用いられるＳｉに比較して原子半径が大きく、Ｇａに近いために、III族窒化物半導体結晶にドープされても、結晶の格子定数の変化を引き起こさないと考えられる。このことは、ｎコンタクト層上に形成された活性層（発光層）の結晶性の低下を引き起こさず、望ましいものと考えられる。
本発明はドーパントとしてＧｅを含むIII族窒化物半導体を有する発光素子において、半導体の平坦性、結晶性を損なうことなく発光出力の良好な発光素子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】
【０００８】
本発明者はｎ型電極コンタクト層にはドーパントとしてＧｅを含み、発光層にはＳｉ、Ｃ、Ｓｎ，Ｐｂのいずれかをドープすることにより、III族窒化物半導体発光素子の発光出力が向上することを見出し本発明に到達した。即ち、本発明は以下の各項の発明からなる。
（１）  結晶基板上に形成された、ｎ型及びｐ型のIII族窒化物半導体（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ａＭａ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）を備えたIII族窒化物半導体発光素子に於いて、ｎ型電極コンタクト層にはIII族窒化物半導体にゲルマニウム（元素記号：Ｇｅ）がドープされた領域を含み、発光層はノンドープもしくはＳｉ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素がドープされた領域を含むことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
（２）  ｎ型電極コンタクト層が、III族窒化物半導体のＧｅ原子の低濃度層とＧｅ原子がドープされたＧｅ原子の高濃度層とを有す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。
（３）  Ｇｅ原子の低濃度層が、Ｇｅ原子がドープされたＧｅ原子の低濃度層またはアンドープ層である上記（２）に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（４）  上記ｎ型電極コンタクト層が、Ｇｅ原子の低濃度層と高濃度層とが交互に周期的に積層させた構造から構成されていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【０００９】
（５）  Ｇｅ原子の高濃度層の層厚が、Ｇｅ原子の低濃度層の層厚以下としたことを特徴とする上記（２）〜（４）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（６）  Ｇｅ原子の高濃度層の表面には、凹形状のピットが形成されていることを特徴とする上記（２）〜（５）の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（７）  Ｇｅ原子の高濃度層は、層厚を１０ｎｍ以上に成膜した場合に、１×１０５個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２の範囲内で表面にピットが形成されることを特徴とする上記（２）〜（６）の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（８）  Ｇｅ原子の低濃度層の表面の平坦性は、Ｒａで１０Å以下であることを特徴とする上記（２）〜（８）の何れか１項に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【００１０】
（９）  ＧｅがドープされたIII族窒化物半導体層のゲルマニウム原子の濃度を、１×１０１７ｃｍ−３以上で１×１０２０ｃｍ−３以下としたことを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（１０）  発光層が多重量子井戸構造を有することを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（１１）  発光層にＳｉがドープされているのが、多重量子井戸構造の障壁層であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
（１２）  上記ＳｉがドープされたIII族窒化物半導体層のＳｉ原子の濃度を、５×１０１６ｃｍ−３以上で１×１０１９ｃｍ−３以下としたことを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によればIII族窒化物半導体発光素子のｎ型電極コンタクト層にドーパントとしてＧｅを含み、発光層にＳｉ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂの少なくとも一種をドープすることにより、これらの半導体層の平坦性を損なうことなく、結晶性も良好で発光出力強度が大きい発光素子が得られる。
特に、本発明で開示する技術を用いて作製したｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層は、低抵抗であることに加えて、濃度差を設けずにＧｅをドープして成膜を行った場合に比べ表面の平坦性に優れており、その上に成膜される発光層の結晶性を損なうことがない。また、ドライエッチされた表面に微細なピットを生じさせることにより、良好な電極との接触抵抗を実現する。
また、ＧｅはＳｉに比較して結晶内で拡散しにくいため、Ｇｅをドーパントとして用いて素子構造を作製すれば、ドーピングした層とドーピングしていない層との界面を急峻にすることが可能となる。また、エージングなどによってもその界面の急峻性を損なわないという特性が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明に係わるｎコンタクト層にゲルマニウム原子を含み、発光層にはＳｉ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂの少なくとも一種を含むIII族窒化物半導体素子は、融点が比較的高く、耐熱性のあるサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３単結晶）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）或いは酸化ガリウム・リチウム（組成式ＬｉＧａＯ２）等の酸化物単結晶材料、珪素（Ｓｉ）単結晶（シリコン）や立方晶或いは六方晶結晶型の炭化珪素（ＳｉＣ）等のIV族半導体単結晶からなる基板上に形成する。基板材料には、リン化ガリウム（ＧａＰ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶材料も利用できる。その中には、窒化ガリウム結晶からなる単結晶基板も含まれる。
発光層からの発光を透過できる、光学的に透明な単結晶材料は基板として有効に利用できる。
【００１３】
ＧａＮ基板を除いて、原理的には窒化ガリウム系化合物とは格子整合しない上記の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層するために、特許第３０２６０８７号公報や特開平４−２９７０２３号公報に開示されている低温バッファ法や特開２００３−２４３３０２号公報などに開示されているSeeding Process（ＳＰ）法と呼ばれる格子不整合結晶エピタキシャル成長技術を用いることができる。特に、ＧａＮ系結晶を作製することが可能な程度の高温でＡｌＮ結晶膜を作製するＳＰ法は、生産性の向上などの観点で優れた格子不整合結晶エピタキシャル成長技術である。
低温バッファやＳＰ法などの格子不整合結晶エピタキシャル成長技術を用いた場合、その上に積層する下地としての窒化ガリウム系化合物半導体は、アンドープかもしくは５×１０１７ｃｍ−３程度の低ドープのＧａＮであることが望ましい。下地層の膜厚は、１〜２０μｍであることが望ましく、５〜１５μｍであることが更に好適である。
【００１４】
本発明に係わるｎコンタクト層にゲルマニウム原子を含み、発光層には前記Ｓｉ等を含むIII族窒化物半導体（組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ａＭａ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦ａ＜１である。）を備えた発光素子は、有機金属化学的気相堆積法（ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥまたはＯＭＶＰＥなどと略称される。）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）法、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）気相成長法、ハイドライド（水素化物）気相成長法等の気相成長手段に依り形成できる。ゲルマニウムの添加源としては、ゲルマンガス（分子式：ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（分子式：（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（分子式：（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。例えば、ＭＯＣＶＤ法では、ｎ型窒化ガリウム層は、サファイア基板上に（ＣＨ３）４Ｇｅを使用して形成する。
【００１５】
ｎコンタクト層の構造としては、表面の平坦性を確保するための技術として、ゲルマニウム原子濃度を周期的に変化させた構造をとることができる。この領域は、III族窒化物半導体層の気相成長時にＧｅのドーピング源の気相成長反応系への供給量を経時的に、周期的に変化させて形成する。例えば、Ｇｅのドーピング源を気相成長領域へ供給せずに、アンドープの薄層を形成した後、気相成長領域へ多量のＧｅドーピング源を瞬時に供給して、Ｇｅ原子を高い濃度で含む薄層を形成する。このＧｅドーピング源の気相成長反応系への供給量を増減させれば、ゲルマニウム原子濃度を周期的に変化させた領域を形成できる。また、Ｇｅ原子濃度を低濃度とする薄層を成長した後、Ｇｅ原子を高濃度に添加するに適する様に、Ｖ／III比率等の成長条件が調整できる迄、成長中断し、Ｇｅ原子を高濃度に含む薄層を接合させて設けて形成する。
本発明においてＧｅ原子が低濃度である層はＧｅ原子を低濃度にドープした層およびアンドープ層を意味する。これらの層は混在してもよい。またＧｅ原子の低濃度層と高濃度が交互に周期的に変化している場合、各周期間でＧｅ濃度は一定である必要はない。
【００１６】
Ｇｅ原子濃度を周期的に変化させた領域を形成する場合にあって、ゲルマニウム原子濃度を周期的に変化させた領域の全体の層厚は、０．１μｍ以上１０μｍ以下が適する。好ましくは、０．３μｍ以上５μｍ以下であり、さらに好ましくは、０．５μｍ以上３μｍ以下である。層厚が０．１μｍ未満になると低抵抗のｎ型III族窒化物半導体層が得られなくなる。また、１０μｍを越えても得られる効果は変わらない。
【００１７】
Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の膜厚とＧｅを低濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の膜厚の合計、すなわち、周期膜厚は、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が適する。好ましくは、４ｎｍ以上４００ｎｍ以下、さらに好ましくは、６ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。膜厚の合計が１ｎｍ未満ではＧｅドープ層を周期的に積層する効果が得られ難くなる。また、１０００ｎｍを越えると、ピットの形成が抑制できないか、もしくは、高抵抗化してしまう。
【００１８】
すなわち、１周期中のＧｅの高濃度層が低濃度層より厚い場合、ピット形成が抑制できず平坦性が得られ難い。一方、１周期中のＧｅの低濃度層が高濃度層と同等かそれ以上厚い場合は、平坦性は良好になる。したがって、Ｇｅの低濃度層の厚さは、Ｇｅの高濃度層の層厚以上とするのが望ましい。Ｇｅの低濃度層として、アンドープのｎ型III族窒化物半導体薄層から構成すると、Ｇｅ原子を高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体薄層の表面に存在するピットを埋め尽くす効果がさらに高まり、表面の平坦なＧｅドープIII族窒化物半導体薄層を得るのに有効となる。
ただし、低濃度層を厚くしすぎると、高抵抗化してしまい、ｎ電極のコンタクト抵抗が上昇するので、好ましくない。
すなわち、低濃度層が大であると、順方向電圧（所謂、Ｖｆ）或いは閾値電圧（所謂、Ｖｔｈ）の低いIII族窒化物半導体発光素子を得るに不利である。従って、Ｇｅ原子濃度の低いｎ型III族窒化物半導体薄層の層厚は、５００ｎｍ以下とするのが妥当である。また、低濃度層のＧｅ濃度が小であり、キャリア濃度が低い場合である程、層厚を薄くするのが望ましい。
【００１９】
積層させる周期数は、１以上で１００００以下が適する。好ましくは１０以上で１０００以下、さらに好ましくは、２０以上で２００以下である。たとえば、層厚を１０ｎｍとする高濃度ＧｅドープＧａＮ薄層と、層厚を１０ｎｍとする低濃度ＧｅドープＧａＮ層との接合体を一周期として、１００周期に亘り積層させて、合計で厚さを２μｍとするＧｅ原子濃度を周期的に変化させた領域を形成する。
【００２０】
Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の膜厚は、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が適する。好ましくは、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、さらに好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。膜厚が０．５ｎｍ未満ではＧｅドープが十分されず高抵抗化してしまう。また、５００ｎｍを越えると、低濃度層でピットが埋まりきらないか、もしくは、埋めるために低濃度層を十分厚くすると、やはり、高抵抗化してしまう。
また、Ｇｅを低濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の膜厚は、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が適する。好ましくは、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、さらに好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。膜厚が０．５ｎｍ未満ではＧｅドープ層で形成するピットを十分埋められず平坦性が損なわれる。よって、Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の膜厚より厚いことが好ましい。ただし、５００ｎｍを越えると、高抵抗化してしまうので好ましくない。
【００２１】
Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の内部のＧｅ原子の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下とするのが適する。好ましくは、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下、さらに好ましくは、３×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下である。
Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の内部のＧｅ原子の濃度は、必ずしも一定でなくても良く、濃度を連続的もしくは不連続に変化させても良い。
【００２２】
Ｇｅをドープして低濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の内部のＧｅ原子の濃度は、Ｇｅを高濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の内部のＧｅ原子の濃度より低濃度であり、かつ、下記の分析法による定量下限界以上２×１０１９ｃｍ−３以下とするのが適する。好ましくは、定量下限界以上１×１０１９ｃｍ−３以下、さらに好ましくは、定量下限界以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、むしろ、ドーピングしないアンドープの方が好ましい。また、Ｇｅを低濃度に含むｎ型III族窒化物半導体層の内部のＧｅ原子の濃度は、必ずしも一定でなくても良く、濃度を連続的もしくは不連続に変化させても良い。Ｇｅ原子の濃度が２×１０１９ｃｍ−３を越えると、表面の小孔の密度が急激に増加するため好ましくない。
Ｇｅ原子の濃度は、例えば、２次イオン質量分析法（英略称：ＳＩＭＳ）で測定できる。これは、試料の表面に１次イオンを照射することにより、イオン化して飛び出した元素を質量分析する手法であり、特定の元素の深さ方向の濃度分布を観察かつ定量できる。III族窒化物半導体層中に存在するＧｅ元素についてもこの手法などが有効である。
【００２３】
Ｇｅ高濃度層のＧｅの濃度を１×１０１７ｃｍ−３以上とすると、順方向電圧の低いＬＥＤを構成するに貢献できる。Ｇｅ高濃度層のＧｅの濃度の上限を好ましくは１×１０２０ｃｍ−３とすると、ゲルマニウム原子濃度を例えば周期的に変化させた場合等、Ｇｅ含有領域全体のキャリア濃度は、概ね（３〜４）×１０１９ｃｍ−３である。この原子濃度を超えてＧｅをドーピングすると、表面の小孔の密度が急激に増加するため好ましくはない。
Ｇｅドープ層のキャリア濃度は、高濃度層と低濃度層を交互に積層した構造全体を一つの層としてみなし測定することができる。この場合のキャリア濃度は、概ね高濃度層と低濃度層のＧｅのドープ量に膜厚の比率をかけた平均値となる。キャリア濃度の測定は、通常のＶａｎ  ｄｅ  Ｐａｗ法のＨａｌｌ効果測定などのほか、Ｃ−Ｖ法によっても行うことができる。
【００２４】
Ｇｅ原子の濃度を例えば周期的に変動させた領域は、ｎ型III族窒化物半導体層の内部の何れにも配置できる。例えば、結晶基板の表面に直接、接合させて設けられる。また、結晶基板の表面に設けた緩衝層上に接合させて設けられる。結晶基板或いは緩衝層等に近接する、ｎ型III族窒化物半導体層の下方に、Ｇｅ原子の濃度を周期的に変動させた領域を設ければ、結晶性に優れるｎ型III族窒化物半導体層が得られる。Ｇｅ原子の濃度を周期的に変動させる領域を設けることに依り、結晶基板との格子ミスマッチに基づくミスフィット転位等の層の上方への伝搬が抑止されるからである。この場合は、周期層厚を０．５μｍから５μｍと厚くしてもよい。
Ｇｅ原子の濃度を周期的に変動させた領域では、下方から貫通して来る転位の上層への伝搬を抑制できる。このため、Ｇｅ原子の濃度を周期的に変動させた領域をｎ型III族窒化物半導体層の上方に、発光層を形成するための下地層として設けると、結晶性に優れる発光層を形成するに効果がある。従って、ひいては、高い発光強度のIII族窒化物半導体発光素子を得るに貢献できる。
本発明で開示する技術を用いて作製したｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体コンタクト層は、本来表面にピットを生じるくらいにドーパント濃度が高いにもかかわらず、平坦な表面を実現することができるので、非常に抵抗の低いｎ型半導体結晶膜を作製することが可能である。
【００２５】
本発明で提案する技術で使用する高濃度層は、ドーパントとしてＧｅを用いた場合に、本来その表面にピットを生じるほどの高濃度である。これを、低濃度層で埋め込むことにより、従来の方法でＧｅを高濃度でドープした場合に比べ平坦な表面を実現することが可能となる。すなわち本発明により、Ｇｅ高濃度層と低濃度層の界面のうち、高濃度層側の表面は凹の形状のピットを含んでいるが、低濃度層側の表面は、平坦な表面が得られる。
本発明の、Ｇｅ高濃度層で生じたピットをＧｅ低濃度層で埋め込んだ層構造の概念の断面図を図６に示す。
本発明のＧｅ高濃度層に発生するピットは、基板と窒化物系化合物半導体層との界面から発生したいわゆる貫通転位の位置に発生すると考えられる。よって、高濃度層に発生するピットの密度は、おおむね下地の貫通転位の密度と一致する場合が多い。下地の貫通転位は、一般的なサファイア基板上のＧａＮ結晶では１×１０７個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２の範囲内である。１×１０７個／ｃｍ２未満のものは、現在あまり実現されておらず、１×１０１０個／ｃｍ２を越えるものは、電子素子の基板として使用しても充分な機能を発揮できない。
【００２６】
ピット密度は、下地の貫通転位密度にもよるが、１×１０５個／ｃｍ２〜１×１０１０個／ｃｍ２の範囲内である。一般的には、１×１０６個／ｃｍ２〜１×１０９個／ｃｍ２の範囲内である。このピットは、高濃度層のみを１０ｎｍ程度以上の膜厚で作製した場合に、表面に発生し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの手法を用いて見る事ができる。また、さらに５００ｎｍ程度まで厚くした場合には、光学顕微鏡などで見ることができるようになる。
本発明の低濃度層の表面は、平坦であることが望ましい。その平坦性は、Ｒａにして１０Å以下程度であることが望ましく、さらに望ましくは５Å以下である。
本発明で提案する技術のように、高濃度層で発生したピットを低濃度層で埋め込んだ構造の層状物の場合、コンタクト層に用いることが有用である。それは、窒化ガリウム系化合物半導体の場合、ｎ電極を作製するためにドライエッチングによる膜の除去を実施することが一般的であるが、このドライエッチング処理によって本発明の層状物にはピット状の凹部分を生じる。この凹部が電極金属との表面積を増やし、アンカー効果によって接触抵抗を下げるため、素子の駆動電圧を低く抑えることができる。
【００２７】
活性層は、ＩｎＧａＮなどの単層で構成しても構わないし、量子井戸構造としても構わないが、特に、量子井戸構造を採用した場合に、本発明の効果が現れる。
量子井戸構造としては、単一の層からなる単一量子井戸構造でもよいが、活性層である井戸層と障壁層とを交互に複数層積層させた多重量子井戸構造が、発光出力が向上するので好ましい。積層の回数は３回から１０回程度が好ましく、３回から６回程度がさらに好ましい。多重量子井戸構造の場合、全ての井戸層（活性層）が厚膜部と薄膜部を備えている必要はなく、また、厚膜部および薄膜部それぞれの寸法や面積比などを各層によって変化させても良い。なお、多重量子井戸構造の場合、井戸層（活性層）と障壁層を併わせた全体を本明細書では発光層と呼ぶ。
【００２８】
障壁層の膜厚は、７０Å以上であることが好ましく、さらに好ましくは１４０Å以上である。障壁層の膜厚が薄いと、障壁層上面の平坦化を阻害し、発光効率の低下やエージング特性の低下を引き起こす。また、膜厚が厚すぎることは、駆動電圧の上昇や発光の低下を引き起こす。このため、障壁層の膜厚は５００Å以下であることが好ましい。
【００２９】
活性層はＩｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体であることが好ましい。Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体は、青色の波長領域の発光を強い強度で発光することができる。
多重量子構造の場合、障壁層は、ＧａＮやＡｌＧａＮのほか、井戸層（活性層）を構成するＩｎＧａＮよりもＩｎ比率の小さいＩｎＧａＮで形成することができる。中でも、ＧａＮが好適である。
活性層を、多重量子井戸構造で構成し、アンドープとする場合、井戸層には膜厚の厚い領域と薄い領域を含む構造とすることができる。井戸層をこの構造とすることで、駆動電圧の低減を実現することができる。
このような構造は、６００度から９００度などの比較的低い温度で井戸層を成長させておき、その後成長を停止した状態で昇温する工程を入れることで形成することが可能である。
【００３０】
活性層にＳｉをドープする場合、ドーパント源としては一般に良く知られたシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）のほか、有機珪素原料を用いることができる。シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）は、１００％のガスとして供給しても良いが、安全性の観点からは希釈したガスをボンベから供給することが望ましい。
活性層にＳｉをドープする場合、全領域にドープしても良いし、一部の領域のみにドープしても良い。特に、量子井戸構造を採用している構造において障壁層にｎドーパントをドープすると、素子の駆動電圧が低下する効果があるので、障壁層にＳｉをドープすることは望ましい。この場合、障壁層全体にドープするだけでなく、一部の領域にドープしても良い。特に、井戸層の直下にあたる領域に選択的にドープすることで高い出力と低い駆動電圧を両立することができる。
Ｓｉをドープする濃度としては、５×１０１６ｃｍ−３以上で１×１０１９ｃｍ−３以下とすることが良い。濃度がこれ以上低くては駆動電圧の低減が実現できないし、これ以上高いと結晶性や平坦性が低下する。更に望ましくは１×１０１７ｃｍ−３以上で５×１０１８ｃｍ−３以下であり、１×１０１７ｃｍ−３以上で１×１０１８ｃｍ−３以下が最も好適である。
活性層にはＳｉドープが望ましいが、その他Ｃ、Ｓｎ，Ｐｂをドープすることが出来る。これらのドープには、メタン（ＣＨ４）、テトラメチル錫（ＴＭＳｎ）、テトラメチル鉛（ＴＭＰｂ）などの原料が用いられる。
【００３１】
コンタクト層と発光層との間に、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎコンタクト層の最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることができるからである。ｎクラッド層は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなどで形成することが可能であるが、ＩｎＧａＮとする場合には活性層のＩｎＧａＮのバンドギャップよりも大きい組成とすることが望ましいことは言うまでもない。ｎクラッド層のキャリア濃度は、ｎコンタクト層と同じでも良いし、大きくても小さくても良い。その上に形成される活性層の結晶性をよくするために、成長速度、成長温度、成長圧力、ドープ量などの成長条件を適宜調節して、平坦性の高い表面とすることが好ましい。
【００３２】
またｎクラッド層は、組成や格子定数の異なる層を、交互に複数回積層して形成しても良い。その際、積層する層によって組成のほか、ドーパントの量や膜厚などを変化させても良い。
ｐ型層は通常０．０１〜１μｍの厚さで、活性層に接しているｐクラッド層と正極を形成するためのｐコンタクト層からなる。ｐクラッド層とｐコンタクト層は兼ねることができる。ｐクラッド層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどを用いて形成し、ｐドーパントとしてＭｇをドープする。電極とのコンタクトを取ることが容易なように、最表面を高キャリア濃度の層として形成することが望ましいが、大方の層においては高抵抗であっても構わない。つまり、ドーパントの量を減量しても問題はないし、ドーパントの活性化を阻害するとされている水素を含んでいても問題はない。むしろ、素子とした場合の逆耐圧が向上するので望ましい。
【００３３】
ｐクラッド層に関しても、組成や格子定数の異なる層を、交互に複数回積層して形成しても良い。その際、積層する層によって組成のほか、ドーパントの量や膜厚などを変化させても良い。
ｐコンタクト層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどを用いることができ、不純物としてＭｇをドープする。Ｍｇをドープした窒化ガリウム系化合物半導体は、通常反応炉から取り出したままでは高抵抗であるが、アニール処理、電子線照射処理、マイクロ波照射処理など、活性化の処理を施すことでｐ伝導性を示すとされているが、前述したとおり、活性化処理を施さずに利用できる場合もある。
また、ｐコンタクト層としてｐ型不純物をドープした燐化ホウ素を用いることもできる。ｐ型不純物をドープした燐化ホウ素は、上記のようなｐ型化のための処理を一切行わなくてもｐ導電性を示す。
これらのｎ型層、活性層およびｐ型層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥなどの周知の方法を周知の条件で用いることができる。中でも、ＭＯＣＶＤ法が好ましい。
【００３４】
原料には、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン、アジ化物などを用いることができる。また、ＩＩＩ族有機金属としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）などを用いることができる。また、ドーパント源としてシラン、ジシラン、ゲルマン、有機ゲルマニウム原料、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）などを用いることができる。キャリアガスには窒素および水素を使用できる。
【００３５】
Ｉｎを含む活性層の成長は、基板温度を６５０〜９００℃の範囲で行なうことが望ましい。それ以下の温度では結晶性の良い活性層が得られないし、それ以上の温度では活性層に取り込まれるＩｎの量が少なくなり、意図する波長を発光する素子を作製することができないことがある。
活性層が多重量子井戸構造の場合、障壁層の一部領域の成長は、井戸層（活性層）の成長よりも高い基板温度で行なうことが好ましい。その温度領域は、７００〜１０００℃程度が好適である。
【００３６】
負極は、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限なく用いることができる。ｎコンタクト層と接する負極用のコンタクト材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕなどのほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｖなどを用いることができる。負極全体を多層構造としてボンディング性などを付与することができることは言うまでもない。特に、最表面をＡｕで覆うことは、ボンディングをしやすくするためには好ましい。
正極も、各種組成および構造の正極が周知であり、これら周知の正極を何ら制限なく用いることができる。
【００３７】
透光性の正極材料としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏなどを含んでも良い。また、その一部が酸化されている構造とすることで、透光性が向上することが知られている。反射型の正極材料としては、上記の材料の他に、Ｒｈ、Ａｇ，Ａｌなどを用いることができる。
これらの正極は、スパッタリングや真空蒸着などの方法で形成することができる。特にスパッタリングを用いると、スパッタリングの条件を適切に制御することで、電極膜を形成した後にアニール処理を施さなくともオーミック接触を得ることができ、好適である。
発光素子の構造としては、反射型の正極を備えたフリップチップ型の素子としても良いし、透光性の正極や格子型、櫛型の正極を備えたフェイスアップ型の素子としても良い。
【実施例】
【００３８】
実施例１
まず、周期的に濃度を変化させて積層したＧｅドープＧａＮ層上にノンドープの発光層を積層し、III族窒化物半導体発光ダイオードを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。説明の中で、ドーパント濃度の測定は、全て前述したＳＩＭＳ法によって行った。また、膜厚の測定は、白色光の反射率スペクトルを用いる方法や、断面ＴＥＭ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察によった。実施例２以降も同様である。
図１に本実施例に記載のＬＥＤを作製するためのエピタキシャル積層構造体１１の断面構造を模式的に示す。また、本実施例にて作成するＬＥＤチップの模式図を図２に示す。
【００３９】
エピタキシャル積層構造体は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段を利用して以下の手順で形成した。先ず、（０００１）−サファイア基板１０１を、高周波（ＲＦ）誘導加熱式ヒータで成膜温度に加熱される半導体用高純度グラファイト製のサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）上に載置した。載置後、ステンレス鋼製の気相成長反応炉内に窒素ガスを流通し、炉内をパージした。
気相成長反応炉内に、窒素ガスを８分間に亘って流通させた後、誘導加熱式ヒータを作動させ、基板１０１の温度を、１０分間で室温から６００℃に昇温した。基板１０１の温度を６００℃に保ったまま、水素ガスと窒素ガスを流通させて、気相成長反応炉内の圧力を１．５×１０４パスカル（圧力単位：Ｐａ）とした。この温度及び圧力下で２分間、放置して、基板１０１の表面をサーマルクリーニング（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）した。サーマルクリーニングの終了後、気相成長反応炉内への窒素ガスの供給を停止した。水素ガスの供給は継続させた。
【００４０】
その後、水素雰囲気中で、基板１０１の温度を１１２０℃に昇温させた。１１２０℃で温度が安定したのを確認した後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の蒸気を随伴する水素ガスを８分３０秒間、気相成長反応炉内へ供給した。これより、気相成長反応炉の内壁に以前より付着していた窒素（Ｎ）を含む堆積沈着物の分解により生じる窒素（Ｎ）原子と反応させて、サファイア基板１０１上に、数ｎｍの厚さの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜（図示せず）を付着させた。ＴＭＡｌの蒸気を随伴する水素ガスの気相成長反応炉内への供給を停止しＡｌＮの成長を終了させた後、４分間待機し、気相成長炉内に残ったＴＭＡｌを完全に排出した。
【００４１】
続いて、アンモニア（ＮＨ３）ガスを気相成長反応炉内に供給し始めてから４分が経過した後、アンモニアガスの流通を続けながら、サセプタの温度を１０４０℃に降温した。サセプタの温度が１０４０℃になったのを確認した後、暫時、温度が安定するのを待ち、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）の気相成長反応炉内への供給を開始し、アンドープのＧａＮ層１０２を４時間に亘って成長させた。アンドープＧａＮ層１０２の層厚は８μｍとした。
次に、ウェーハ温度を１１４０℃に上昇し、温度が安定させたところで、テトラメチルゲルマニウム（以下（ＣＨ３）４Ｇｅ）を流通し、その後流通を停止するサイクルを１００回繰り返し、２．０μｍのＧｅ濃度が周期的に変化するＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を形成した。
このコンタクト層のＧｅ高濃度層のＧｅ濃度は約１．２×１０１９ｃｍ−３、低濃度層のＧｅ濃度は約１×１０１８ｃｍ−３であった。またＧｅ高濃度層の厚さは約８ｎｍ、低濃度層の厚さは約１０ｎｍであった。
なお本実施例で用いた高濃度層は、別の成膜実験により、層厚を１０ｎｍに成膜した場合に表面に形成されるピットが、２×１０７個／ｃｍ２であった。
【００４２】
ＧｅドープＧａＮ層を積層した後、７３０℃で、アンドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４を堆積した。このクラッド層１０４の層厚は１２．５ｎｍとした。
次に、基板１の温度を７３０℃として、ＧａＮからなる障壁層と、Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなる井戸層とを含む５周期構造の多重量子井戸構造発光層１０５をアンドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４上に設けた。多重量子井戸構造の発光層１０５にあっては、先ず、ＧａＮ障壁層をアンドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４に接合させて設けた。
【００４３】
ＧａＮ障壁層は、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をガリウム源として成長させた。層厚は１６ｎｍとし、アンドープとした。
Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層は、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）をインジウム源として成長させた。層厚は、２．５ｎｍとし、アンドープとした。
多重量子井戸構造からなる発光層１０５上には、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０６を形成した。層厚は１０ｎｍとした。ｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０６上には、更に、Ｍｇをドーピングしたｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を形成した。Ｍｇのドーピング源には、ビスーシクロペンタジエニルＭｇ（ｂｉｓ−Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。Ｍｇは、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の正孔濃度が８×１０１７ｃｍ−３となる様に添加した。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の層厚は１００ｎｍとした。
【００４４】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の成長を終了した後、誘導加熱式ヒータへの通電を停止して、基板１０１の温度を、室温迄、約２０分間で降温した。降温中は、気相成長反応炉内の雰囲気を窒素のみから構成し、ＮＨ３の流量を減量した。その後、更にＮＨ３の供給を停止した。基板１０１の温度が室温まで降温したのを確認して、積層構造体１１を気相成長反応炉より外部へ取り出した。この時点で、上記のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７は、ｐ型キャリア（Ｍｇ）を電気的に活性化するためのアニール処理を行わなくても、既に、ｐ型の伝導性を示した。
【００４５】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術及び一般的なドライエッチング技術を利用して、ｎ型オーミック電極１０８を形成する予定の領域に限り、高ＧｅドープＧａＮ層１０３の表面を露出させた。露出させたＧｅドープｎ型ＧａＮ層１０３の表面には、表面側をクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）を積層したｎ型オーミック電極１０８を形成した。残置した積層構造体１１の表面をなすｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面の全域には、一般的なスパッタ手段、及び公知のフォトリソグラフィー手段等を利用して、表面側から順に、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、及び金（Ａｕ）を積層させた反射型ｐオーミック電極１０９を形成した。
【００４６】
然る後、３５０μｍ角の平面視で正方形のＬＥＤチップ（ｃｈｉｐ）１０に切断し、サブマウントと呼ぶ結線補助部材に接着し、これをリードフレーム（図示せず）上に載置して、リードフレームに結線した金導線（図示せず）をリードフレームよりＬＥＤチップ１０へ素子駆動電流を通流できる様にした。
リードフレームを介してｎ型及びｐ型オーミック電極１０８，１０９間に順方向に素子駆動電流を通流させた。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、１２ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすIII族窒化物半導体ＬＥＤがもたらされた。
【００４７】
実施例２
まず、周期的に濃度を変化させて積層したＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上に、ｎ型クラッド層１０４を介して、障壁層にのみＳｉをドープした多重量子井戸構造の発光層１１１を積層し、III族窒化物半導体発光ダイオードを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
図２に本実施例に記載のＬＥＤを作製するためのエピタキシャル積層構造体１２の断面構造を模式的に示す。
アンドープの下地層１０２までは、実施例１に記載したのと同様の手順によって作製した。その後、ウェーハ温度を１１５０℃に上昇し、温度が安定させたところで、テトラエチルゲルマニウム（以下（Ｃ２Ｈ６）４Ｇｅ）を流通し、その後流通を停止するサイクルを１００回繰り返し、２．０μｍのＧｅ濃度が周期的に変化するＧｅドープＧａＮ層１０３を形成した。ＧｅドープＧａＮ層１０３のＧｅ濃度、層厚は概ね実施例１と同様であった。
【００４８】
ＧｅドープＧａＮ層１０３を積層した後、７３０℃で、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４を堆積した。Ｓｉのドープ量は１×１０１８ｃｍ−３とし、クラッド層１０４の層厚は２５ｎｍとした。
次に、基板１０１の温度を７３０℃として、ＳｉをドープしたＧａＮからなる障壁層と、アンドープのＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなる井戸層とを含む５周期構造の多重量子井戸構造発光層１１１をＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４上に設けた。多重量子井戸構造の発光層１１１にあっては、先ず、ＧａＮ障壁層をＳｉドープｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０４に接合させて設けた。
【００４９】
ＧａＮ障壁層は、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をガリウム源として成長させた。層厚は１６ｎｍとし、Ｓｉをドープした。ドープしたＳｉの量は、５×１０１７ｃｍ−３とした。
Ｉｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層は、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）をインジウム源として成長させた。層厚は、２．５ｎｍとし、アンドープとした。
その後は、実施例１と同様の手順で、ｐ型コンタクト層１０７を積層した後でウエーハ１２をリアクタから取り出した。
【００５０】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術及び一般的なドライエッチング技術を利用して、ｎ型オーミック電極１０８を形成する予定の領域に限り、高ＧｅドープＧａＮ層１０３の表面を露出させた。露出させたＧｅドープｎ型ＧａＮ層１０３の表面には、表面側をチタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）を積層したｎ型オーミック電極１０８を形成した。残置した積層構造体１２の表面をなすｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面の全域には、一般的な真空蒸着手段、及び公知のフォトリソグラフィー手段等を利用して、表面側から順に、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）を積層させた透明型ｐオーミック電極１０９とボンディング用の電極１１０を形成した。
【００５１】
然る後、３５０μｍ角の平面視で正方形のＬＥＤチップ（ｃｈｉｐ）２０に切断し、リードフレーム（図示せず）上に載置し、金導線（図示せず）をリードフレームに結線して、リードフレームよりＬＥＤチップ２０へ素子駆動電流を通流できる様にした。
リードフレームを介してｎ型及びｐ型オーミック電極１０８，１１０間に順方向に素子駆動電流を通流させた。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は２．９Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５．５ｍＷに達し、低い駆動電圧でありながら高い強度の発光をもたらすIII族窒化物半導体ＬＥＤがもたらされた。
【００５２】
比較例１
ｎコンタクト層として、Ｇｅ濃度が周期的に変化するＧｅドープＧａＮ層１０３を形成する代わりに、Ｓｉを均一に７×１０１８ｃｍ−３ドープしたＧａＮ層１１３を積層した。その後、実施例１と同様の条件でアンドープＩｎＧａＮクラッド層１０４，アンドープの多重量子井戸構造発光層１０５，ｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層１０６およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を形成した図５に示す積層構造体１３に、実施例１と同様の条件で電極の形成，サブマウントへの搭載、リードフレーム上への載置，結線を行い、ＬＥＤを作製した。その結果、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を通流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。順方向電流２０ｍＡ通電時の特性として、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、７ｍＷとＧｅドープのＧａＮ層１０３を用いた時よりも低い発光出力となった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体積層物を用いて得られる発光素子は、良好な発光出力を呈するので、その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１に記載の積層構造体の積層構成を示す断面模式図である。
【図２】実施例１に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図３】実施例２に記載の積層構造体の積層構成を示す断面模式図である。
【図４】実施例２に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図５】比較例１に記載の積層構造体の積層構成を示す断面模式図である。
【図６】Ｇｅ高濃度層で生じたピットをＧｅ低濃度層で埋め込んだ層構造の概念断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ＬＥＤ
２０  ＬＥＤ
１１  積層構造体
１２  積層構造体
１３  積層構造体
１０１  結晶基板
１０２  アンドープＧａＮ層
１０３  Ｇｅをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層
１０４  ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層
１０５  障壁層をアンドープとした多重量子井戸構造発光層
１０６  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０７  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０８  ｎ型オーミック電極
１０９  ｐ型オーミック電極
１１０  ｐ型ボンディングパッド
１１１  障壁層にＳｉをドープした多重量子井戸構造発光層
１１２  障壁層にＧｅをドープした多重量子井戸構造発光層
１１３  Ｇｅをドープしたｎ型ＧａＮ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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