(57)【要約】      （修正有）【課題】発光出力が高く、かつ駆動電圧が低いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供すること。【解決手段】基板１上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５をこの順序で成長させた後、該ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に負極６および正極７をそれぞれ形成してＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を製造する際に、該ｐ型半導体層の成長速度を８〜２０ｎｍ／分に調整する。【選択図】図２
2007288052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成長させた後、該ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に負極および正極をそれぞれ形成することからなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法において、該ｐ型半導体層の成長速度が８〜２０ｎｍ／分であ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型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が１０〜５０ｋＰａである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順序で積層され、正極および負極がそれぞれｐ型半導体層およびｎ型半導体層に接して設けられた発光素子において、下記式（１）で表される発光素子の電流-電圧曲線のｎ値が２以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
Ｉ＝Ｉ0（ＥＸＰ（ｑＶ／ｎ・ｋＴ）−１）        （１）
【請求項５】
請求項３または４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
【請求項６】
請求項５に記載のランプが組み込まれている電子機器。
【請求項７】
請求項６に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光出力が高く、かつ駆動電圧が低いことを特徴としたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は発光層を間に挟む形でｎ型半導体層とｐ型半導体層を配置するように構成され、それぞれに接触して設けられている負極および正極から正孔および電子を注入して半導体層内のＰＮ接合において再結合することで発光を得る。この発光の強さは再結合する正孔と電子のキャリア数に比例するので、より多くの電流を流せば発光素子の発光出力はそれだけ高くなることになる。しかし、実際は、半導体層のバルク抵抗および電極構成材料の抵抗による発熱があるため、発光出力を高くするために印加電流を増加してゆくことは実用的ではない。
【０００３】
そのため、発光素子の特性を評価するうえでは、一定電流（定格電流という）を供給した場合の発光出力とそのときの順方向電圧（これを駆動電圧Ｖfとする）を比較することが良い。すなわち、定格電流Ｉfにおいて、より低い駆動電圧Ｖfでかつ発光出力が高いことが発光素子の良好な特性として目指すところとなる。
【０００４】
発光素子を構成する電極材料を一定とした場合、駆動電圧Ｖfはｎ型半導体層とｐ型半導体層の構成に依存する。特にｐ型半導体層は電極材料との接触する領域が広いため、駆動電圧Ｖfを下げるためには、ｐ型半導体層が関与して発生する抵抗分を出来るだけ低く抑えることが必要となる。
【０００５】
例えば、ｐ型半導体層と電極材料との間に高濃度に不純物をドーピングした第２のｐ型半導体層（ｐ型コンタクト層）をさらに挿入することで、電極材料とのオーミック性を良好にして駆動電圧Ｖfを低くすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。しかし、駆動電圧Ｖfの低下はまだ不十分である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−９７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の状況に鑑みて、発光出力が高く、かつ駆動電圧が低いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の順方向の電流−電圧特性図を示す。この図において、定格電流Ｉfでの駆動電圧Ｖfは、電流−電圧特性の理想特性（図中の直線Ａ）と定格電流Ｉfとの交点である電圧Ｖ0とｐ型半導体層と電極材料間のオーミック性の電圧Ｖcとの加算されたものとして表わされる。したがって、定格電流での駆動電圧Ｖfを下げるためには電圧Ｖ0と電圧Ｖcを低くすることが必要となる。
【０００９】
電圧Ｖcは使用する電極材料種に依存するため、その選択によって実質的に決まってしまう。そのため広い範囲の電極材料を使用するためにＶcではなく、電圧Ｖ0を低くすることが必要となる。電流−電圧特性の図でいえば、一定電流下において電圧Ｖ0を低くすることは、理想線である直線Ａの傾きを大きくしてゆくことになる。
【００１０】
発光素子の理想特性を表す上で、次の式（１）がよく利用されている。
Ｉ＝Ｉ0（ＥＸＰ（ｑＶ／ｎ・ｋＴ）−１）          （１）
この式は、図１の順方向の電流−電圧特性図における直線Ａを表す式であり、直線Ａの傾きは式中のｑ／ｎ・ｋＴとなる。このｎはこの式においてｎ値と呼ばれているが、電圧Ｖ0を低くすることは直線Ａの傾きを大きくすることすなわちｎ値を小さくすることを目指すことになる。
【００１１】
本発明者は、ＩＩＩ族窒化物半導体のｐ型半導体層を成長させる際に、その成長速度が８〜２０ｎｍ／分となるような成長条件で行なうと、結晶性に優れたｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が得られ、上記ｎ値は２以下と極めて小さくなることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
即ち、本発明は下記の発明を提供する。
（１）基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成長させた後、該ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に負極および正極をそれぞれ形成することからなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法において、該ｐ型半導体層の成長速度が８〜２０ｎｍ／分であ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。
【００１３】
（２）ｐ型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が１０〜５０ｋＰａである上記１項に記載の製造方法。
【００１４】
（３）上記１または２項に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【００１５】
（４）基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順序で積層され、正極および負極がそれぞれｐ型半導体層およびｎ型半導体層に接して設けられた発光素子において、下記式（１）で表される発光素子の電流-電圧曲線のｎ値が２以下であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
Ｉ＝Ｉ0（ＥＸＰ（ｑＶ／ｎ・ｋＴ）−１）          （１）
【００１６】
（５）上記３または４項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
（６）上記５項に記載のランプが組み込まれている電子機器。
（７）上記６項に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。
【発明の効果】
【００１７】
ｐ型半導体層の成長速度を８〜２０ｎｍ／分に制御することを骨子とする本発明によれば、結晶性に優れたｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が得られ、その結果、駆動電圧下が低く且つ発光出力が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層において、ｐ型半導体層の成長速度を８〜２０ｎｍ／分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を提供する。
【００１９】
以下に発明の詳細な内容を述べる。
図２は本発明に係わる、ｐ型半導体層を備えたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面を示した模式図である。本図において７が正極であり、光透過性または反射性正極７ａとボンディングパッド層７ｂから構成されている。５がｐ型半導体層であり、これはｐ型クラッド層５ａとｐ型コンタクト層５ｂから構成される。１は基板、２はバッファ層、３はｎ型半導体層、４は発光層および６は負極である。
【００２０】
本願発明において、基板１には、サファイア単結晶（Ａｌ2Ｏ3；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶またはＧａ2Ｏ3単結晶などの酸化物単結晶基板、およびＳｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などの非酸化物単結晶基板から選ばれた公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。なお、基板の面方位は特に限定されず、そのオフ角は任意に選択されたものでよい。
【００２１】
バッファ層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる各種組成の半導体が公知である。本発明におけるバッファ層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体においても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２２】
これらのＩＩＩ族窒化物半導体を成長する方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー成長法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などがある。望ましくは組成制御が容易であり、量産性を備えたＭＯＣＶＤ法が適しているが、必ずしも同法に限定されるものではない。
【００２３】
ＭＯＣＶＤ法を上記半導体層の成長方法として採用する場合は、ＩＩＩ族であるＧａの原料として、有機金属材料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を、同じくＩＩＩ族のＡｌの原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を主として用いる。また発光層の構成材料であるＩｎについてはその原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）を用いる。Ｖ族のＮ源として、アンモニア（ＮＨ3）またはヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などを用いる。
【００２４】
ｎ型半導体層にはドーパント材料として、ＳｉあるいはＧｅを用いる。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ4）または有機ゲルマニウム化合物を用いる。ｐ型半導体層では、ドーパントしてＭｇを使用する。その原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）を用いる。
【００２５】
次に、成長法として一般的なＭＯＣＶＤ法を採用した各半導体層について述べる。
（バッファ層）
バッファ層としては、特許第３０２６０８７号公報等に開示された低温バッファ層や特開２００３−２４３３０２号公報等に開示された高温バッファ層が知られており、これらのバッファ層を何ら制限無く用いることができる。
【００２６】
成長に供する基板１は前期記載の中から選択できるが、ここではサファイア基板を使用した場合について述べる。同基板を温度および圧力の制御の可能な反応空間に設置されたＳｉＣ膜付グラファトイ製治具（サセプター）上に配置した状態で、その場所に水素キャリアガス、窒素キャリアガスとともにＮＨ3ガスとＴＭＡｌを送りこむ。ＳｉＣ膜付グラファトイ製治具はＲＦコイルによる誘導加熱によって必要な温度にまで加熱され、基板上ではＡｌＮバッファ層が形成される。温度として、ＡｌＮの低温バッファを成長させるには５００℃から７００℃の温度に制御し、その後結晶化のために１１００℃前後にまで温度にまで上げる。高温ＡｌＮバッファ層を成長させる場合は２段の加熱ではなく、一度に１０００℃から１２００℃の温度下において可能である。なお、前記記載中のＡｌＮ単結晶基板、ＧａＮ単結晶基板を使う場合はかならずしもバッファ層を成長させる必要はなく、上記基板上に後述するｎ型半導体層を直接成長させる。
【００２７】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。通常、ｎ型半導体層はアンドープＧａＮ層からなる下地層、ＳｉやＧｅ等のｎ型ドーパントを含有し、負極が設けられるｎ型コンタクト層および発光層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型クラッド層から構成される。ｎ型コンタクト層は、ｎ型クラッド層および／または下地層を兼ねることができる。
【００２８】
バッファ層の形成に引き続いて、バッファ層上にアンドープＧａＮ層からなる下地層を成長させる。温度は１０００〜１２００℃として、圧力制御下のもと、ＮＨ3ガスとＴＭＧａをキャリアガスとともにバッファ層上に送りこむ。ＴＭＧａの供給量は、同時に流すＮＨ3との比率によって制限されるが、成長速度として１μｍ／時〜３μｍ／時の間に制御することが転位など結晶欠陥の発生を抑制することに有効である。成長圧力については上記の成長速度を確保するうえで、２０〜６０ｋＰａ（２００〜６００ｍｂａｒ）の領域が最適である。
【００２９】
アンドープＧａＮ層の成長に引き続いて、ｎ型コンタクト層を成長させる。その成長条件はアンドープＧａＮ層の成長条件と同じである。ドーパントはキャリアガスとともに供給されるが、その供給濃度はＴＭＧａ供給量との比率で制御する。本発明は後述するｐ型半導体層を特定の成長速度で形成することにより、発光素子の駆動電圧を低くしたものであるが、駆動電圧はｎ型コンタクト層のドーパント濃度によっても当然影響を受けるので、ｐ型半導体層の成長条件に合わせながらｎ型コンタクト層のドーパント濃度を決定する。ドーパントの供給条件としてはＭ／Ｇａ比（Ｍ＝ＳｉまたはＧｅ）を１．０×１０-3〜６．０×１０-3の範囲にすることで駆動電圧を低くすることが可能となる。
【００３０】
アンドープＧａＮ層およびドーパント含有ｎ型半導体層の膜厚は、それぞれ１〜４μｍとすることが好ましいが必ずしもこの範囲に限定されるものではない。基板およびバッファ層からの結晶欠陥の上層への伝播を抑えるための手段として、アンドープＧａＮ層および／またはドーパント含有ｎ型半導体層の膜厚を増加させることも可能であるが、厚膜化により、ウェーハ自体の反りを誘発するのであまり得策ではない。本発明においては、前記の範囲内においてそれぞれの層の膜厚を設定することが好ましい。
【００３１】
（発光層）
発光層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。
【００３２】
例えば多重量子井戸構造の発光層はバリア層となるｎ型ＧａＮ層と井戸層となるＧａＩｎＮ層を交互に積層させながら形成する。キャリアガスはＮ2またはＨ2を選択使用する。ＮＨ3とＴＥＧａあるいはＴＭＧａはこのキャリアガスとともに供給する。
【００３３】
ＧａＩｎＮ層の成長ではさらにＴＭＩを供給する。つまり成長時間を制御しながら、断続的にＩｎを供給するプロセスを取る。ＧａＩｎＮ層の成長ではキャリアガス中にＨ2が介在することでＩｎ濃度の制御が難しくなるので、この層ではキャリアガスとしてＨ2を使うことは得策ではない。バリア層（ｎ型ＧａＮ層）と井戸層（ＧａＩｎＮ層）の膜厚は発光出力が最も高くなる条件を選択する。最適膜厚が決定されたうえで、ＩＩＩ族の原料供給量と成長時間を適宜選ぶ。バリア層へのドーパント量も発光素子の駆動電圧の高低を左右する条件となるが、その濃度はｐ型半導体層の成長条件に対応して選択する。ドーパントとしてはＳｉあるいはＧｅのどちらでもよい。
【００３４】
成長温度は７００℃から１０００℃の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されない。しかし、井戸層の成長おいては高い温度ではＩｎが成長膜中に取り込まれにくくなり、実質的に井戸層を形成することは困難である。そのため、成長温度はあまり高くならない範囲内で選択する。本発明では発光層の成長温度として７００℃から１０００℃の範囲でとしているが、バリア層と井戸層の成長温度を変えても支障はない。成長圧力は成長速度とのバランスを取りながら設定する。本発明では、成長圧力は２０ＫＰａ（２００ｍｂａｒ）から６０ＫＰａ（６００ｍｂａｒ）の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。
【００３５】
井戸層とバリア層の数であるが、どちらも３層から７層が適切であるが、必ずしもこの範囲に限定されない。発光層は最後にバリア層を成長させて終了となる（最終バリア層）。このバリア層は井戸層からのキャリアのオーバーフローを防ぐとともに、つづくｐ型半導体層の成長において、最終井戸層からのＩｎの脱離を防ぐ役割を果たす。
【００３６】
（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層も各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。ｐ型半導体層は、通常、その上に正極が形成されるｐ型コンタクト層とバンドギャップエネルギーが発光層よりも大きいｐ型クラッド層から形成される。ｐ型コンタクト層はｐ型クラッド層を兼ねることもできる。
【００３７】
本発明において、成長速度が８〜２０ｎｍ／分に制御されるｐ型半導体層は、その上に正極が形成されるｐ型コンタクト層である。ｐ型クラッド層の成長速度は必ずしもこの範囲にある必要はない。
【００３８】
成長速度が制御されたｐ型コンタクト層のＭｇドーパントの濃度は特に制限されないが、良好な結晶性の確保のためには、Ｍｇドーパントの濃度が０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3であることが好ましい。ｐ型コンタクト層中には、Ｍｇドーパントと共に水素原子が１×１０18〜１×１０21原子／ｃｍ3程度の濃度で存在していてもよい。
【００３９】
ｐ型半導体層の成長において、まず発光層の最終バリア層の上に直接接してｐ型クラッド層を、その上に成長速度が８〜２０ｎｍ／分に制御されたｐ型コンタクト層を積層させる。ｐ型クラッド層にはＧａＮまたはＧａＡｌＮを用いることが好ましい。また、ｐ型クラッド層は組成または格子定数の異なる層を交互に積層させてもよく、層の厚みとドーパントであるＭｇの濃度を変化させてもよい。
【００４０】
本発明に係る成長速度が８〜２０ｎｍ／分に制御されたｐ型コンタクト層にはＧａＡｌＮを用いることが好ましい。その成長は次のように行う。ＴＭＧａ、ＴＭＡｌおよびドーパントであるＣｐ2Ｍｇを、キャリアガス（水素または窒素、ないしは両者の混合ガス）およびＮＨ3ガスと共に上記のｐ型クラッド層上に送りこむ。
【００４１】
この時の成長温度は９８０〜１１００℃の範囲が望ましい。９８０℃より低い温度であると、結晶性の低いエピタキシャル層が形成されてしまい、結晶欠陥起因により駆動電圧の上昇を招く。また１１００℃より高い温度では、下層に位置する発光層のうち、井戸層がｐ型半導体層成長過程において高温度の環境下に置かれてしまい、熱ダメージを受けてしまう可能性がある。この場合は、発光素子にした時点での強度低下、または耐性試験下での強度劣化をもたらす危険がある。
【００４２】
成長圧力については、特に制限はないが、好ましくは５０ｋＰａ（５００ｍｂａｒ）以下がよい。この理由としては、この圧力以下で成長を行うと、ｐ型半導体層中の面内方向のＡｌ濃度を均一にすることができ、必要に応じてＧａＡｌＮのＡｌ組成を変化させたｐ型半導体層を成長させる場合に、制御が容易であるからである。この圧力より高い条件では、供給したＴＭＡｌとＮＨ3の反応が顕著なり、成長途中にある基板に到達する前にＴＭＡｌが消費されてしまい、目的とするＡｌ組成を得ることが困難になる。ドーパントとして送りこんだＭｇについても同様なことが言える。すなわち、５０ｋＰａ（５００ｍｂａｒ）以下の成長条件であると、ｐ型半導体層中の２次元方向（成長基板の面内方向）のＭｇ濃度分布が均一（成長基板の面内均一性）になる。
【００４３】
使用するキャリアガス流量によってＧａＡｌＮコンタクト層中の面内方向のＡｌ組成、Ｍｇ濃度の分布が変化することも知られている。しかし、キャリアガス条件よりも、成長圧力の条件によってコンタクト層中のＡｌ組成、Ｍｇの面内均一性が大きく左右されることが見出された。従って５０ｋＰａ（５００ｍｂａｒ）以下で１０ｋＰａ（１００ｍｂａｒ）以上の成長圧力とすることが適切である。
【００４４】
ｐ型半導体層の成長速度は主にＧａ原料であるＴＭＧａの供給量に依存する。単位時間あたりのＴＭＧａ供給量を多くすれば、それだけ短時間に目的の膜厚を得ることができる。ドーパント原料も同じく供給量を多くすればよい。しかし、成長速度を速くしたｐ型半導体層は結晶欠陥が導入されやすく、ドーパントが必要濃度含まれていても、結晶欠陥に起因するドナン性が顕著になり、結果的に駆動電圧Ｖfが下がらなくなってしまう。逆に成長速度を抑え過ぎると、目的膜厚を達するまでの成長時間が長くなり、成長期間中においての発光層への熱ダメージを大きくしてしまう恐れがある。本発明者は、単位時間あたりのＴＭＧａの供給量を検討し、ｐ型半導体の成長速度をある範囲に限定し、かつそれに合わせたドーパントの供給量条件を変えることを行なった。そして、駆動電圧Ｖfが低くなることおよび発光層へ熱ダメージがないことを満足するｐ型コンタクト層の成長条件としては、その成長速度が８〜２０ｎｍ／分であることが好ましいことがわかった。
【００４５】
なお、成長速度の決定は、ウェーハ断面のＴＥＭ観察によりｐ型コンタクト層の膜厚を計測し、成長時間で割り返して求める。したがって、いくつか条件を変えた観察用サンプルを作成して、成長速度と単位時間あたりのＴＭＧａの供給量との関係を事前に調査しておくことで必要とする成長条件をあらかじめ決定することができる。
【００４６】
ｐ型コンタクト層の成長のあと、基板加熱を停止するとともにＮ2ガスを送りこみ、反応空間内をパージするとともに、ウェーハを冷却し、成長装置外にとりだせるまでに冷却する。なお、本方法ではこの時点においてｐ型半導体層が目的とするｐ型となっていることを確認した。従って、このあとにおいて活性化のための熱処理は必要ではない。
【００４７】
次に、ｎ型コンタクト層およびｐ型コンタクト層上に設けられる負極および正極について説明する。
【００４８】
（負極）
負極としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。その製造方法も各種の製法が公知であり、それら公知の方法を用いることができる。
【００４９】
ｎ型コンタクト層上への負極形成面の作製には公知のフォトリソグラフィー技術および一般的なエッチング技術が利用可能である。これらの技術により、ウェーハの最上層からｎ型コンタクト層の位置にまで掘り込みができ、負極形成予定の領域のｎ型コンタクト層を露出させることができる。負極材料としては、ｎ型コンタクト層に接するコンタクトメタルとしてＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕのほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｖなどの金属材料が利用可能である。ｎ型コンタクト層への密着性を向上させるために、コンタクトメタルを上記金属から複数選択した多層構造としてもよい。なお、最表面はＡｕであるとボンディング性が良好となる。
【００５０】
（正極）
ｐ型コンタクト層上に設けられる正極も、各種組成および構造の光透過性または反射性正極が知られており、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。その製造方法も各種の製法が公知であり、それら公知の方法を用いることができる。
【００５１】
本発明では、光透過性のＩＴＯを正極材料に用いた場合に、駆動電圧の低下効果が大きいので好ましい。ＩＴＯの組成としては５０％≦Ｉｎ＜１００％および０％＜Ｓｎ≦５０％とするのが好ましい。この範囲内において低い膜抵抗と高い光透過率を満足することが可能である。Ｉｎが９０％、Ｓｎが１０％であることが特に好ましい。ＩＴＯには不純物としてＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族またはＶ族の元素を含んでいてもよい。また、ＩＴＯの代わりにＳｎＯ、ＺｎＯまたはＩｎＯなどを用いることもできる。
【００５２】
ＩＴＯ膜の膜厚は５０〜５００ｎｍが望ましい。５０ｎｍ以下であれば、ＩＴＯ膜自体の膜抵抗が高くなり、駆動電圧が高くなる。また逆に５００ｎｍより厚いと上面への発光の取り出し効率が低くなり、発光出力が高くならない。
【００５３】
ＩＴＯ膜の成膜方法については、公知の真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。真空蒸着には加熱方法に抵抗加熱方式や電子線過熱方式などがあるが、金属以外の材料の蒸着には、電子線加熱方式が適している。また、原料となる化合物を液状とし、これを表面に塗布した後然るべき処理により酸化物膜とする方法も用いることができる。
【００５４】
蒸着法では条件によりＩＴＯ 膜の結晶性が影響を受けるが、条件を適切に選択すればその限りではない。なお室温にてＩＴＯ膜を作成した場合は、透明化のための熱処理が必要となる。
【００５５】
スパッタ法による製膜では、プラズマの高エネルギーの環境下に置かれるため、ｐ型コンタクト層表面がプラズマによるダメージを受けやすく、従って接触抵抗が高くなる傾向にあるが、製膜条件を工夫することでｐ型コンタクト層表面への影響を少なくすることができる。
【００５６】
通常、光透過性または反射性正極を形成した後、その一部表面にボンディングパッド部を構成するボンディングパッド層を作製する。ボンディングパッド層を併せて正極を構成することになる。ボンディングパッド層の材料として、各種の構造のものが知られており、本発明においても、これら周知のものを特に制限されることなく用いることが可能である。負極材料に用いたＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕのほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｖも何ら制限なく使用できる。しかしながら、用いた光透過性または反射性正極との密着性の良い材料を用いることが望ましい。厚さはボンディング時の応力に対して光透過性または反射性正極へダメージを与えないよう十分厚くする必要がある。また最表層はボンディングボールとの密着性の良い材料、例えばＡｕとすることが望ましい。
【００５７】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、例えば当業界周知の手段により透明カバーを設けてランプにすることができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーを組み合わせて白色のランプを作製することもできる。
【００５８】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子から作製したランプは駆動電圧が低く、発光出力が高いので、この技術によって作製したランプを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機、などの機械装置類は、低電力での駆動が可能となり、高い特性を実現することが可能である。特に、携帯電話、ゲーム機、玩具、自動車部品などの、バッテリ駆動させる機器類において、省電力の効果を発揮する。
【実施例】
【００５９】
以下に実施例および比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるわけではない。
【００６０】
（実施例１）
反応炉のサセプター上にサファイア基板をセットし、炉内圧力を２０ｋＰａ（２００ｍｂａｒ）、基板温度を１１００℃に制御して、ＴＭＡｌとＮＨ3をＨ2キャリアガスともに基板上に送りこみ、ＡｌＮバッファ層を形成した。この成長時間は１０分とした。
【００６１】
その後、圧力を４０ｋＰａ（４００ｍｂａｒ）、温度を１０３０℃としてＴＭＧａとＮＨ3を供給してＡｌＮバッファ層上にアンドープＧａＮからなる下地層を３時間成長した。次いで、圧力と温度を維持しながら、ｎ型ドーパントとしてテトラメチルゲルマニウムを供給し、ｎ型ＧａＮ層を１時間成長した。テトラメチルゲルマニウムの供給量は、ｎ型ＧａＮ層のキャリア濃度が４．０×１０18ｃｍ-3になるように調整した。これによってｎ型コンタクト層を形成した。
【００６２】
この後、圧力は４０ｋＰａ（４００ｍｂａｒ）、温度を７５０℃としてキャリアガスをＨ2からＮ2に切り替え、ＴＥＧａとＮＨ3、ドーパントとしてＳｉＨ4を供給しながらバリア層を７分間成長し、このあとさらにＴＭＩｎを供給して井戸層を５分間成長させた。このバリア層と井戸層の成長を交互に５回繰り返して、最後に最終のバリア層を成長して、発光層とした。ドーパントのＳｉＨ4の量はバリア層および井戸層中のＳｉ濃度が２．０×１０17原子／ｃｍ3になるように調整した。
【００６３】
この後、圧力を２０ｋＰａ（２００ｍｂａｒ）、温度を１０００℃としてキャリアガスを再びＨ2に切り替え、ＴＭＧａとＴＭＡｌを供給して、ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇを送りこんでＧａ0.95Ａｌ0.05Ｎからなるｐ型クラッド層を３分間成長した。
【００６４】
この後圧力と温度を維持しながら、Ｇａ0.98Ａｌ0.02Ｎからなるｐ型コンタクト層の成長を行なった。その条件として成長速度が８ｎｍ／分となるようにＴＭＧａ供給量を固定した。成長時間は１５分とした。ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は１×１０20原子／ｃｍ3になるように、Ｃｐ2Ｍｇの供給量を調整した。
【００６５】
このあと、誘導コイルへの電力投入をやめて、加熱を停止しキャリアガスをＮ2に切り替えて、炉内をパージするとともに得られたＩＩＩ族窒化物半導体積層物を炉外に取り出せる温度にまで冷却した。
【００６６】
炉外に取り出したＩＩＩ族窒化物半導体積層物のｎ型コンタクト層の一部をフォトリソグラフとドライエッチングにより露出させ、その上にＣｒとＴｉの金属層からなる負極を作製した。またｐ型コンタクト層上には蒸着法により厚さ３５０ｎｍのＩＴＯ膜（Ｉｎ：Ｓｎ＝９：１）を作製し、その上にＴｉ、Ａｕ、ＡｌおよびＡｕをこの順序で積層したボンディングパッド層を作製し、正極とした。その後、基板裏面研磨とスクライブをした後、各発光素子に分割した。
【００６７】
得られた発光素子に２０ｍＡの電流を流して発光させるとともに、駆動電圧Ｖfと発光出力を測定したところ３．２Ｖと９ｍＷであった。また、電流−電圧特性曲線の測定結果を図３に示した。この図から上記（１）式を用いて求めたｎ値は１．８であった。なお、これらの結果を他の実施例および比較例と纏めて下記の表１に示した。
【００６８】
（実施例２）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、成長速度を２０ｎｍ／分、成長時間を６分としたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、駆動電圧は３．２Ｖ、発光出力は９ｍＷであった。また、電流−電圧特性曲線の測定結果を図４に示した。この図から上記（１）式を用いて求めたｎ値は２．０であった。
【００６９】
（比較例１）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、成長速度を７ｎｍ／分、成長時間を１７．２分としたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、駆動電圧は３．３Ｖ、発光出力は８ｍＷであった。また、電流−電圧特性曲線の測定結果を図５に示した。この図から上記（１）式を用いて求めたｎ値は２．６であった。
【００７０】
（比較例２）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、成長速度を２１ｎｍ／分、成長時間を５．７分としたことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、駆動電圧は３．４Ｖ、発光出力は８ｍＷであった。また、電流−電圧特性曲線の測定結果を図６に示した。この図から上記（１）式を用いて求めたｎ値は３．１であった。
【表１】
2007288052.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、良好な発光出力を有し、駆動電圧が低下するので、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】
【００７２】
【図１】発光素子の順方向の電流−電圧特性を説明する図である。
【図２】本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面を示した模式図である。
【図３】実施例１で得られた発光素子の電流−電圧特性曲線の測定結果を示した図である。
【図４】実施例２で得られた発光素子の電流−電圧特性曲線の測定結果を示した図である。
【図５】比較例１で得られた発光素子の電流−電圧特性曲線の測定結果を示した図である。
【図６】比較例２で得られた発光素子の電流−電圧特性曲線の測定結果を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    基板
２    バッファ層
３    ｎ型半導体層
４    発光層
５    ｐ型半導体層
５ａ    ｐ型クラッド層
５ｂ    ｐ型コンタクト層
６    負極
７    正極
７ａ    光透過性または反射性正極
７ｂ    ボンディングパッド層
【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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