(57)【要約】【課題】ｐ型半導体層の特性を良好にすると共に活性層の劣化を抑制できる、窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体発光素子を作製する方法において、貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下の領域を有しており導電性を示す窒化ガリウム基板１１上に、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）からなる半導体層を含んでおり３２５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように活性層１７を形成する。この後に、摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲内にある成膜温度でｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０＜Ｚ≦１）膜２３を活性層１７上に成長する。【選択図】図３
2007201099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下の領域を含み導電性を示す窒化ガリウム基板を結晶成長装置に配置する工程と、
前記窒化ガリウム基板を前記結晶成長装置に配置した後に、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）からなる半導体層を含んでおり３２５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する発光スペクトルを示す活性層を形成する工程と、
摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲内にある成膜温度でｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０＜Ｚ≦１）膜を前記活性層上に成長する工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜は７×１０１６ｃｍ−３以下の酸素濃度を有する、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記活性層の半導体膜の成膜温度は摂氏６５０度以上摂氏９００度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の貫通転位密度は１×１０７ｃｍ−２以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲内にある成膜温度でｐ型ＡｌＵＧａ１−ＵＮ（０≦Ｕ＜Ｚ≦０．２５）膜を前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ上に成長する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮの膜厚Ｄ（単位：ナノメートル）は、５≦Ｄ≦（−５×Ｚ＋１．２）×５００を満たす、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体素子の製造方法が記載されている。まず、有機洗浄及び熱処理により処理した単結晶のサファイア基板をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。このサファイア基板の主面（ａ面）上に、ＡｌＮから成るバッファ層を形成した。次いで、ＧａＮから成るｎ型コンタクト層を形成した。この後に、ノンドープＧａＮから成るｎ型クラッド層（低キャリア濃度層）を形成した。ｎ型クラッド層を形成した後に、ＭＱＷ構造の活性層を形成した。井戸層の成膜温度は摂氏７３０度であり、バリア層の成膜温度は摂氏８８５度である。基板の温度を摂氏８９０度に昇温した後にマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎから成るｐ型クラッド層を形成した。基板の温度を摂氏１０００度に昇温し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮから成るｐ型コンタクト層７を形成した。これにより、ｐ型半導体層の結晶成長温度を従来より低くして、活性層の物性的劣化を回避又は緩和することにより素子性能（入出力レベル）を向上させる。
【特許文献１】特開２００４−３６３４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
サファイア基板上のテンプレート上に、窒化物半導体発光素子を形成すると、期待されるような良い素子特性を示さない。発明者の検討によれば、この理由は、貫通転位密度を１×１０７ｃｍ−２以上含むＡｌＧａＮ層では、良好なｐ型特性が得られないからである。
【０００４】
活性層の熱による劣化を抑制するために、大きな貫通転位密度を有する下地の窒化ガリウム系半導体上にｐ型ＡｌＧａＮを摂氏９５０度以下の温度で成長すると、成長表面に（１−１０ｃ)面（ｃ：自然数）より構成されるピット（窪み）が形成される。（１−１０ｃ)面といったファセット面が形成されると、酸素（Ｏ）原子の取り込み量が（０００１）面に比べて高くなる。窒化ガリウム系半導体において酸素原子はドナーとして働くので、酸素原子の導入は、ｐ型半導体層の正孔濃度を減少させる。この結果、良好なｐ型特性が得られない。つまり、活性層の劣化を抑制しても、ｐ型特性が不十分なために発光素子の素子性能が悪化する。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ｐ型半導体層の特性を良好にすると共に活性層の劣化を抑制できる、窒化物半導体発光素子を作製する方法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】
【０００６】
本発明の一側面は、窒化物半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下の領域を含み導電性を示す窒化ガリウム基板を結晶成長装置に配置する工程と、（ｂ）  前記窒化ガリウム基板を前記結晶成長装置に配置した後に、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）からなる半導体層を含んでおり３２５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する発光スペクトルを示す活性層を形成する工程と、（ｃ）摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲内にある成膜温度でｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０＜Ｚ≦１）膜を前記活性層上に成長する工程とを備える。
【０００７】
この方法によれば、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の成膜温度を摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲で行うので、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜を成長する際の熱により活性層が劣化することを小さくできる。この場合にも、貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下である窒化ガリウム基板を用いるので、上記の成膜温度において成長されたｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜は、特定のファセット面を有するピットの密度が少ない。これ故に、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜中の酸素濃度を小さくできる。
【０００８】
本発明に係る方法では、前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜は７×１０１６ｃｍ−３以下の酸素濃度を有することができる。
【０００９】
この方法によれば、窒化ガリウム基板が１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有するので、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮの成膜中に取り込まれる酸素を少なくできる。転位密度が高くなると、ピットが形成され、酸素濃度が増加し、ｐ型半導体層特性が悪化する。
【００１０】
本発明に係る方法では、前記活性層の半導体膜の成膜温度は摂氏６５０度以上摂氏９００度以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１１】
この方法によれば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）からなる半導体層を含む活性層の結晶品質が良好になる。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の貫通転位密度は１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。
【００１３】
この方法によれば、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜中に酸素濃度を小さくできる。
【００１４】
本発明に係る方法は、（ｄ）摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲内にある成膜温度でｐ型ＡｌＵＧａ１−ＵＮ（０≦Ｕ＜Ｚ≦０．２５）膜を前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ上に成長する工程を更に含むことが好ましい。
【００１５】
アルミニウム組成が大きいほど、電子の閉じ込め効果は強いが、ｐ型ＡｌＧａＮ層の比抵抗が高くなる。ｐ半導体層を二層構造（例えば、ＡｌＧａＮとＧａＮ）とすることにより、ｐ層成長温度を９５０℃以下にしたときの特性の悪化を最小限にすることができる。０．２５を越えるアルミニウム組成では、電子の閉じ込め効果の利点よりも他の要因による特性の劣化がある。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮの膜厚Ｄ（ナノメートル）は、５≦Ｄ≦（−５×Ｚ＋１．２）×５００を満たすことが好ましい。
【００１７】
この方法によれば、５ナノメートル以上では、電子の閉じ込め効果が実用的なレベルになる。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮを摂氏９５０度以下で成長する場合、活性層の劣化を抑制できるので、Ｚ＝０の場合には、ｐ型ＧａＮ膜を６００ナノメートル程度まで厚くできる。光閉じ込め係数が大きくできる点で有利である。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮの膜厚を薄くすれば、その抵抗の増加が小さくなり、窒化物半導体発光素子の駆動電圧の上昇を小さくできる。
【００１８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供され、この方法によれば、ｐ型半導体層の特性を良好にすると共に活性層の劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２１】
図１（Ａ）に示されるように、第１導電型を有する窒化ガリウム基板１１を準備する。この基板１１は、１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度の窒化ガリウム系半導体領域を提供するために使用される。基板１１としては、例えば、ｎ型窒化ガリウム基板等を用いることができる。この窒化ガリウム基板の少なくとも一部は単結晶からなり、該単結晶部分の表面は、１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有しており、また基板１１の全主面１１ａが１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有していてもよい。
【００２２】
引き続いて、貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下である窒化物半導体発光素子のための領域を有する基板１１上に窒化ガリウム系半導体を堆積する。この堆積のための結晶成長装置として、例えば有機金属気相成長装置１０を用いることができる。有機金属気相成長炉１０を用いた堆積のために、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、インジウム原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、窒素原料としてアンモニア（ＮＨ３）ｎ型ドーパントガスとしてシラン（ＳｉＨ４）およびｐ型ドーパントガスとして（ＣＰ２Ｍｇ）を用いることができる。引き続く説明では、基板１１として、（０００１）面を有するｎ型窒化ガリウム基板を参照する。このｎ型窒化ガリウム基板は、１×１０３ｃｍ−２以上１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有する。
【００２３】
窒化ガリウム系半導体の成長に先立って、基板１１の主面１１ａを処理する。この処理は、有機金属気相成長炉１０のサセプタ１０ａ上に基板１１を配置した後に、ＮＨ３およびＨ２を含む第１のガスＧ１を有機金属気相成長炉１０に供給すると共に、炉内の圧力を１０１ｋＰａに制御する。炉の温度を摂氏１０５０度に制御して基板１１を熱処理する。熱処理時間は、例えば１０分間である。これにより、基板１１のサーマルクリーニングが行われる。
【００２４】
図１（Ｂ）に示されるように、基板１１の主面１１ａ上に、第１導電型を有する窒化ガリウム系半導体からなる中間層１３を成長する。中間層１３として、例えばｎ型ＡｌＧａＮ半導体が堆積される。ＡｌＧａＮ半導体は、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＮＨ３およびＳｉＨ４を含む第２のガスＧ２を有機金属気相成長炉１０に供給することによって成長される。有機金属気相成長炉１０の温度は摂氏１０００度〜１１００度に制御され、また有機金属気相成長炉１０の圧力は１０ｋＰａ〜１０１ｋＰａに制御される。この中間層１３は、１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有する領域を含む。中間層１３の厚さは、例えば５ｎｍ〜５００ｎｍであり、具体例としては５０ｎｍである。また、その組成例としてはＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎである。
【００２５】
次いで、図２（Ａ）に示されるように、中間層１３上に第１導電型を有する窒化ガリウム系半導体層１５を成長する。半導体層１５として、例えばｎ型ＧａＮ半導体が堆積される。ＧａＮ半導体は、ＴＭＧａ、ＮＨ３およびＳｉＨ４を含む第３のガスＧ３を有機金属気相成長炉１０に供給することによって成長される。炉内温度は、例えば中間層１３の成長温度よりも高い温度に変更される。炉の温度は摂氏１０５０度〜１１３０度に制御され、また炉内の圧力は１０ｋＰａ〜１０１ｋＰａに制御される。窒化ガリウム系半導体層１５は、例えばバッファ層およびクラッド層として働く。窒化ガリウム系半導体層１５の厚さは、例えば０．５μｍ〜１０μｍであり、また厚みの例としては２μｍが示される。半導体層１５は、１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有する領域を含む。
【００２６】
引き続いて、図２（Ｂ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体層１５上に、活性層１７を成長する。活性層１７は、３２５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の発光波長範囲にピーク波長を有する発光スペクトルを示すように構成されている。炉内温度は、例えば窒化ガリウム系半導体層１５の成長温度よりも低い温度に変更される。活性層１７のために、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）半導体が堆積される。活性層１７内の半導体膜の成膜温度は摂氏６５０度以上摂氏９００度以下の範囲内にあることが好ましい。この方法によれば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）からなる半導体層を含む活性層の結晶品質が良好になる。成膜温度は、摂氏６５０度以上であることが好ましい。６５０度より低い温度であると、一部で非晶質領域が形成されて欠陥として働くが、６５０度以上ならば、それらの新たな欠陥の導入を抑制できるという技術的な利点がある。また、成膜温度は、摂氏８００度以下であることが好ましい。８００度より高い温度であると、ＩｎＡｌＧａＮが分解し易いことに起因して、Ｎ空孔やＩｎ偏析領域などの欠陥の導入が促進されるが、８００度以下ならば、それらの新たな欠陥の導入を抑制できるという技術的な利点がある。活性層１７内の半導体膜は、例えばＩｎＡｌＧａＮ半導体、ＩｎＧａＮ半導体である。引き続く説明では、活性層のためにＩｎＧａＮ半導体が堆積される。ＩｎＧａＮは、有機金属気相成長炉１０にＴＭＧａ、ＴＭＩｎおよびＮＨ３を供給することによって成長される。活性層１７は、例えば量子井戸構造を有することができる。障壁層１９ａは、例えばＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ半導体からなる。井戸層２１ａは、例えばＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ半導体からなる。障壁層１９ａを成長するために、有機金属気相成長炉１０内の圧力は１０ｋＰａ〜１０１ｋＰａに制御される。障壁層１９ａの厚さは、例えば３ｎｍ〜３０ｎｍであり、また具体例としては１５ｎｍである。井戸層２１ａのために、有機金属気相成長炉１０の温度は摂氏６５０度〜８００度に制御され、また炉内の圧力は１０ｋＰａ〜１０１ｋＰａに制御される。井戸層２１ａの厚さは、例えば１ｎｍ〜６ｎｍであり、また具体例としては３ｎｍである。引き続き、所望の構造が得られるまで、障壁層および井戸層の成長が交互に繰り返される。本実施例では、障壁層１９ｂ、井戸層２１ｂおよび障壁層１９ｃを順に成長する。障壁層１９ａ、１９ｂおよび１９ｃのバンドギャップ波長は、井戸層２１ａ及び２１ｂのバンドギャップ波長より小さい。
【００２７】
続けて、図３（Ａ）に示されるように、活性層１７上に、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体層２３を成長する。半導体層２３として、例えばｐ型ＡｌＧａＮ半導体が堆積される。ＡｌＧａＮ半導体は、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＮＨ３およびＣＰ２Ｍｇを含む第４のガスＧ４を有機金属気相成長炉１０に供給することによって成長される。成膜温度は、摂氏８００度以上であることが好ましい。８００度より低い温度であると、平坦性が悪化するために、酸素の混入が促進されて、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体の比抵抗が増加するが、８００度以上ならば、良好な平坦性を保つために、酸素の混入を避けることができ、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体の比抵抗を低く維持することが可能になるという技術的な利点がある。成膜温度は、摂氏９５０度以下であることが好ましい。９５０度より高い温度であると、活性層が熱的に劣化することで、ＬＥＤの発光出力が低下するという問題があるが、９５０度以下ならば、活性層の熱的劣化を抑制できるという技術的な利点がある。また、有機金属気相成長炉１０の圧力は２０ｋＰａ以上であることが好ましい。２０ｋＰａより低い圧力であると、炭素などの意図しない不純物が混入して比抵抗を増加させるが、２０ｋＰａ以上であれば、これらの不純物の悪影響を極力低減することが可能であるという技術的な利点がある。有機金属気相成長炉１０の圧力は１０１ｋＰａ以下であることが好ましい。ＴＭＡｌとＮＨ３の気相反応を抑制することが極力可能になり、Ａｌ組成を容易に高くすることが可能になるという技術的な利点がある。半導体層２３は、例えばクラッド層として働く。窒化ガリウム系半導体層２３の厚さは、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍであり、また具体例としては２０ｎｍである。
【００２８】
ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜の成膜温度を摂氏８００度以上摂氏９５０度以下の範囲で行うので、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜を成長する際の熱により活性層が劣化することを抑制できる。この場合にも、貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下である窒化ガリウム基板を用いるので、上記の成膜温度において成長されたｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜中に酸素濃度を小さくできる。
【００２９】
ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜２３は貫通転位密度１×１０７ｃｍ−２以下である領域を含むことができる。この方法によれば、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜２３中に酸素濃度を小さくできる。
【００３０】
また、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２３は７×１０１６ｃｍ−３以下の酸素濃度を有することができる。この方法によれば、窒化ガリウム基板が１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度を有するので、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体膜２３の成膜中に取り込まれる酸素を少なくできる。転位密度が高くなると、ピットが形成され、酸素濃度が増加し、ｐ型半導体層の比抵抗が大きくなる。
【００３１】
ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体層２３の膜厚Ｄ（ナノメートル）は、５≦Ｄ≦（−５×Ｚ＋１．２）×５００を満たすことが好ましい。５ナノメートル以上では、電子の閉じ込め効果が実用的なレベルになる。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮを摂氏９５０度以下で成長すると活性層１７の劣化を抑制できる。Ｚ＝０の場合には、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ膜を６００ナノメートル程度まで厚くでき、光閉じ込め係数が大きくできる点で有利である。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮの膜厚が厚くなると、その抵抗が増加し、窒化物半導体発光素子の駆動電圧が上昇する。
【００３２】
続けて、図３（Ｂ）に示されるように、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体層２３上に、ｐ型ＡｌＵＧａ１−ＵＮ（０≦Ｕ≦０．２５）２５を成長する。半導体層２５として、例えばｐ型ＡｌＧａＮ半導体またはｐ型ＧａＮ半導体が堆積される。ＧａＮ半導体は、ＴＭＧａ、ＮＨ３およびＣＰ２Ｍｇを含む第５のガスＧ５を有機金属気相成長炉１０に供給することによって成長される。成膜温度は、摂氏８００度以上であることが好ましい。８００度より低い温度であると、平坦性が悪化するために、酸素の混入が促進されて、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体の比抵抗が増加するが、８００度以上ならば、良好な平坦性を保つために、酸素の混入を避けることができ、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体の比抵抗を低く維持することが可能になるという技術的な利点がある。また、成膜温度は、摂氏９５０度以下であることが好ましい。９５０度より高い温度であると、活性層が熱的に劣化することで、ＬＥＤの発光出力が低下するという問題があるが、９５０度以下ならば、活性層の熱的劣化を抑制できるという技術的な利点がある。炉内の圧力は２０ｋＰａ以上であることが好ましい。２０ｋＰａより低い圧力であると、炭素などの意図しない不純物が混入して比抵抗を増加させるが、２０ｋＰａ以上であれば、これらの不純物の悪影響を極力低減することが可能であるという技術的な利点がある。また、炉内の圧力は１０１ｋＰａ以下に制御される。ＴＭＡｌとＮＨ３の気相反応を抑制することが極力可能になり、Ａｌ組成を容易に高くすることが可能になるという技術的な利点がある。半導体層２５は、例えばコンタクト層として働く。半導体層２５の厚さは、例えば５ｎｍ〜２００ｎｍであり、また具体例としては５０ｎｍである。
【００３３】
好ましくは、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体層２３のアルミニウム組成は０＜Ｚ≦０．２５であり、またｐ型ＡｌＵＧａ１−ＵＮ半導体層２５のアルミニウム組成はｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮのアルミニウム組成より小さい（Ｕ＜Ｚ）。アルミニウム組成が大きいほど、ｐ型窒化ガリウム系半導体層の電子の閉じ込め効果は強いが、逆にｐ型ＡｌＧａＮ層の比抵抗が高くなる。ｐ型半導体層をＡｌＧａＮとＧａＮの二層構造とすることにより、ｐ型半導体層の成長温度を９５０℃以下にしたときの特性の悪化を小さくできる。０．２５を越えるアルミニウム組成では、電子の閉じ込め効果の利点よりも他の要因による特性の劣化がある。
【００３４】
（実施例１）
以下の通り有機金属気相成長法により、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。成膜原料としては、既に説明したように、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アンモニア、シラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。ＧａＮ（０００１）基板とサファイア（０００１）基板上ｎ−ＧａＮテンプレート（以下、「ＧａＮテンプレート基板」を記す）を用いる。ＧａＮ（０００１）基板の貫通転位密度は、ＧａＮ基板で１×１０３ｃｍ−２以上１×１０７ｃｍ−２以下であり、またＧａＮテンプレート基板の貫通転位密度は、３×１０８ｃｍ−２以上１×１０１０ｃｍ−２以下である。これらの基板をサセプタ上に配置する。有機金属気相成長炉の圧力を１０１ｋＰａに制御しながら炉内にＮＨ３およびＨ２を成長炉に供給し、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行う。その後、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を有機金属気相成長炉に供給して、両基板上に、厚さ５０ｎｍのｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ中間層をそれぞれ成長する。基板温度を摂氏１１００度に昇温した後、厚さ２０００ｎｍのｎ型ＧａＮバッファ層を成長速度２μｍ／ｈで成長する。次に、基板温度を摂氏８００度に降温すると共に、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮＨ３を有機金属気相成長炉に供給して、厚さ１５ｎｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ井戸層を含む多重量子井戸構造（例えば、６周期）で構成される発光層を形成する。
【００３５】
その後、様々な基板温度を用いて、厚さ２０ｎｍのＭｇドープのｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層および厚さ５０ｎｍのＭｇドープのｐ型ＧａＮ層を成長する。摂氏１０００度において成長されたｐ型ＡｌＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層のマグネシウム濃度は、６×１０１９ｃｍ−３であり、ホール測定を用いてキャリア濃度を見積もると、１〜３×１０１７ｃｍ−３の正孔濃度である。また、酸素濃度を二次電子放出質量分析法を用いて評価すると、２×１０１６ｃｍ−３である。
【００３６】
室温まで降温した後に、これらのエピタキシャル基板を成長炉から取り出す。金属材料でｐ型ＧａＮ層上に半透明ｐ電極を形成すると共に、ｎ−ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成する。引き続く説明では、ＧａＮ（０００１）基板を用いて作製された青色発光ダイオードをＬＥＤ１として参照すると共に、ＧａＮテンプレート基板を用いて作製された青色発光ダイオードをＬＥＤ２として参照する
【００３７】
図４は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の光出力と、ｐ型半導体層の成長温度との関係を示す図面である。横軸はｐ型半導体層の成長温度（摂氏）を示しており、縦軸は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の光出力を示しており、これらの光出力は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の摂氏１０００度における光出力の値によりをそれぞれ規格化されている。
【００３８】
図４から理解されるように、ＬＥＤ１（ＧａＮ基板）からの光出力Ｃ１は、ｐ型半導体層の成長温度が摂氏８００〜９５０度の範囲において低下していない。成長温度が摂氏９００度のＬＥＤ１の光出力が最も大きい。一方、ＬＥＤ２（サファイア基板）からの光出力Ｃ２は、ｐ型半導体層成長温度が摂氏９５０度以下になると低下する。個々のデータは
温度          規格された光出力（ＬＥＤ１）  規格された光出力（ＬＥＤ２）
摂氏８００度    １．０、                    ０．４
摂氏９００度    １．２、                    ０．８
摂氏９５０度    １．１、                    １．０
摂氏１０００度  １．０、                    １．０
摂氏１０５０度  １．０、                    １．０
摂氏１１００度  ０．９、                    ０．８
摂氏１１５０度  ０．８、                    ０．６
である。
【００３９】
図５は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２のためのそれぞれ成長されたｐ型半導体層の比抵抗とｐ型半導体層の成長温度との関係を示す。ＬＥＤ１（ＧａＮ基板）のｐ型半導体層（Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ）の比抵抗Ｃ３は、ｐ型半導体層の成長温度にあまり依存せず、約２（Ω・ｃｍ）の値である。一方、ＬＥＤ２（ＧａＮテンプレート基板）のｐ型半導体層の比抵抗Ｃ４は、このｐ型半導体層の成長温度が摂氏９５０度以下では増加した。
温度            比抵抗（ＬＥＤ１）        比抵抗（ＬＥＤ２）
摂氏８００度    ４、                      ２０
摂氏９００度    ２、                      ８
摂氏９５０度    ３、                      ５
摂氏１０００度  ２、                      ２
摂氏１０５０度  ２、                      ２
摂氏１１００度  ２、                      ２
摂氏１１５０度  ２、                      ２
である。
【００４０】
図４および図５から、ｐ型半導体層の成長温度が摂氏９５０度以下において、ＬＥＤ２ではｐ型半導体層の比抵抗の増加により光出力が低下していると考えられる。
【００４１】
図６は、ＬＥＤ１（ＧａＮ基板）のためのｐ型半導体層の表面を撮影した走査型電子顕微鏡像を示す。図７は、ＬＥＤ２（ＧａＮテンプレート基板）のためのｐ型半導体層の表面を撮影した走査型電子顕微鏡像を示す。図６に示されるように、ＬＥＤ１のためのｐ型半導体層の表面ラフネスは小さく平坦である。一方、図７に示されるようにＬＥＤ２のためのｐ型半導体層の表面では、（１−１０ｃ）面で構成されるピットが観察される。（１−１０ｃ）面では酸素（Ｏ）原子の取り込みが増加する。これ故に、平均酸素原子濃度が７×１０１６ｃｍ−３以上に増加する。また、酸素原子はドナーとして作用するので、ＬＥＤ２のためのｐ型半導体層の比抵抗が増加すると考えられる。ＬＥＤ１のためのｐ型半導体層の貫通転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であるので、ｐ型半導体層の表面にピットが形成されていないと推測される。以上のことから、貫通転位密度を１×１０７ｃｍ−２以下に制御するとともに、ｐ型半導体層を摂氏８００〜９５０度の範囲で成長することによって、活性層の熱劣化と、活性層上に成長されるｐ型半導体層の特性の悪化を同時に克服し、従来よりも良好な光出力を達成できる。
【００４２】
以上説明したように、１×１０７ｃｍ−２以下の貫通転位密度といった低貫通転位密度の窒化ガリウム領域を有する導電性窒化ガリウム基板を用いて、半導体発光素子を作製するとき、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体層を含む活性層を形成した後では、摂氏８００〜９５０度の範囲でｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長温度を行うので、ｐ型窒化ガリウム系半導体層への酸素の取り込みが小さくなる。これ故に、ｐ型窒化ガリウム系半導体層の比抵抗を小さくできる。この結果、半導体発光素子からの光出力が良好になる。一方、１×１０７ｃｍ−２以上の貫通転位密度を有する基板を用いて摂氏９５０度を越える成長温度でｐ型半導体層を成長すると、（１−１０ｃ）面で構成されるピットが生成される。この結果、ｐ型半導体層中の酸素濃度を制御できず、ｐ型半導体の特性が悪化する。
【００４３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（Ａ）は、有機金属気相成長炉に基板を配置する工程を示す図面である。図１（Ｂ）は、有機金属気相成長法で中間層を基板上に成長する工程を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、有機金属気相成長炉を用いて窒化ガリウム系半導体層を中間層上に成長する工程を示す図面である。図２（Ｂ）は、有機金属気相成長法で窒化ガリウム系半導体層上に活性層を成長する工程を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、活性層上に有機金属気相成長炉を用いてｐ型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程を示す図面である。図３（Ｂ）は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層上に有機金属気相成長法で別のｐ型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程を示す図面である。
【図４】図４は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の光出力と、ｐ層の成長温度との関係を示す図面である。
【図５】図５は、ＬＥＤ１およびＬＥＤ２のためのそれぞれ成長されたｐ型半導体層の比抵抗とｐ層の成長温度との関係を示す図面である。
【図６】図６は、ＬＥＤ１のためのｐ型半導体層の表面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面である。
【図７】図７は、ＬＥＤ２のためのｐ型半導体層の表面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…有機金属気相成長装置、１０ａ…サセプタ、１１…窒化ガリウム基板、１１ａ…基板主面、１３…中間層、１５…窒化ガリウム系半導体層、１７…活性層、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…障壁層、２１ａ、２１ｂ…井戸層、２３…ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体層、２５…ｐ型ＡｌＵＧａ１−ＵＮ、
【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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