(57)【要約】【課題】発光強度が高く、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。【解決手段】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、該正極がＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなり、該ＩＴＯが該ｐ型半導体層と直接接するように配置されており、且つ、該ｐ型半導体層がＭｇドーパントを０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3の濃度で含有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。【選択図】図１
2007109713.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、該正極がＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなり、該ＩＴＯが該ｐ型半導体層と直接接するように配置されており、且つ、該ｐ型半導体層がＭｇドーパントを０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3の濃度で含有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
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ｐ型半導体層にＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなる正極を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１０〜２０ｎｍ／分であり、該ｐ型半導体層中のＭｇドーパントの濃度が０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3で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３】
ｐ型半導体層を成長させる際のＧａ原料供給量とＭｇ原料供給量の比（Ｍｇ／Ｇａ）が０．７５×１０-2〜１．５×１０-2である請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
ｐ型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が１０〜５０ｋＰである請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関し、特に、発光強度が高く、かつ駆動電圧が低いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は発光層を間に介するかたちでｎ型層とｐ型層を配置し、それぞれに接触する形で形成された負極および正極から電流を注入することで発光を得ている。発光出力は、限定された素子面積から両極の形成に必要な領域を除いた部分の面積に依存する。しかし、発光の取り出しに過度の面積を提供することは、逆に電極面積を狭くすることになり、発光時には電流集中による駆動電圧の上昇と発光層の機能劣化を引き起こす可能性がある。したがって、負極と正極の形状と配置には、発光を取り出す領域とのバランスを重視しなければならない。
【０００３】
負極は、エッチングなどの方法により上方から掘りこんで、露出させたｎ型層上に一層以上の金属薄膜を積層させて形成する。正極はｐ型層上全体に設けられた導電膜とその一部の領域上に形成した金属多層膜（ボンディングパッド）から構成される。導電膜を設けるのは、金属多層膜からの電流をｐ型層全体に行きわたらせるためである。これはＩＩＩ族窒化物半導体材料の特質として、材料の膜内横方向への電流拡散が小さいことが関係している。すなわち、導電膜がない場合、金属多層膜直下のｐ型層領域にのみしか電流が注入されず、発光層への電流供給に不均一が生じる。そして発光層からの光は負極である金属薄膜極に遮蔽されてしまい外部にとりだせなくなってしまう。そのため金属多層膜からの電流をｐ型層全体に行き渡らせるための電流拡散層として、導電膜を使用するのはこのような理由による。またこの導電膜は発光を外部にとりだすために光透過性を備えている必要がある。このようなことからＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に使用する導電膜は透明導電膜が一般的に使われている。
【０００４】
従来は、正極導電膜の構成として、ＮｉやＣｏの酸化物とｐ型層に接触するコンタクトメタルとしてのＡｕとを組みあわせた構成が取られていた（例えば、特許文献１参照）。最近では、金属酸化物として、より導電性が高い酸化物、たとえばＩＴＯ膜などを用いて、コンタクトメタルを薄膜化した状態、あるいはコンタクトメタルを介在させない状態で、光透過性を高めた構成が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ＩＴＯ膜などの導電性透明材料からなる層はＮｉまたはＣｏの酸化物層に比べて、光透過性に優れているため、光の取り出しを損なうことなく、その膜厚を比較的厚くすることが可能である。ＮｉまたはＣｏの酸化物層では膜厚１０〜５０ｎｍの範囲で使われているのに対し、ＩＴＯ膜などの導電性透明膜では２００〜５００ｎｍの層厚が利用される。
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の正極導電膜としてＩＴＯ膜などの導電性透明膜を使う利点は、従来の正極導電膜にくらべて、高い光透過率を持つため、同じ注入電流に対して発光強度が高くなることにある。しかし、導電性の膜であるけれども、ｐ型層との接触抵抗が従来の正極導電膜に比較して大きくなり、使用時の駆動電圧が高くなるという副作用が生じるのが問題となっている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２８０３７４２号公報
【特許文献２】実開平６−３８２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、発光強度が高く、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】
【０００９】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の膜抵抗を下げるためには、Ｍｇなどのｐ型ドーパントを高い濃度でｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層内に分布させることが必要であるが、ドーパント濃度が高くなるとｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層自体の結晶性が損なわれるようになり、結晶欠陥の増殖につれてドナー性が現れてＭｇドープによって発現したアクセプターとしての性質を相殺してしまうことになる。従って、Ｍｇ濃度をあまり高くできなかった。
【００１０】
本発明者は、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長速度を制御しながらＭｇをドープすることにより、Ｍｇ濃度が高く且つ結晶性に優れたｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が得られ、駆動電圧下が低く且つ発光強度が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造が可能になることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
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、該正極がＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなり、該ＩＴＯが該ｐ型半導体層と直接接するように配置されており、且つ、該ｐ型半導体層がＭｇドーパントを０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3の濃度で含有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【００１２】
（２）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ｐ型半導体層にＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなる正極を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１０〜２０ｎｍ／分であり、該ｐ型半導体層中のＭｇドーパントの濃度が０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3で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】
（３）ｐ型半導体層を成長させる際のＧａ原料供給量とＭｇ原料供給量の比（Ｍｇ／Ｇａ）が０．７５×１０-2〜１．５×１０-2である上記２項に記載の製造方法。
【００１４】
（４）ｐ型半導体層を成長させる際の成長装置内圧力が１０〜５０ｋＰである上記１または２項に記載の製造方法。
【００１５】
（５）上記１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の効果】
【００１６】
ＩＴＯからなる正極をｐ型半導体層上に直接配置し、ｐ型半導体層のＭｇドーパントの濃度を０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3にコントロールすることを骨子とする本発明によれば、発光強度が高く且つ駆動電圧の低い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】
【００１７】
本発明は、ＩＴＯからなる正極が直接設けられるｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層において、制御された成長速度下においてドーパントであるＭｇを高濃度に取り込み、かつ結晶性を損失することなく低抵抗のｐ型半導体層を形成させ、低い駆動電圧で高い発光強度を得ることを実現させたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供するものである。以下に発明の詳細な内容を述べる。
【００１８】
図１は本発明に係わる、ＩＴＯからなる正極をｐ型半導体層上に直接設けた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、ＩＴＯからなる透光導電膜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、ｐ型クラッド層５ａおよびは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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
これらのＩＩＩ族窒化物半導体を成長する方法としては、有機金属気層相成長法（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。
【００２２】
ＭＯＣＶＤ法を上記半導体層の成長方法として採用する場合は、主として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）を用いる。また発光層の構成材料原料である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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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バッファー層が形成される。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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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、２０〜６０ｋＰ（２００〜６００mbar）の領域が最適である。
【００２８】
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組成にすることにより、ＩＴＯからなる正極を備えた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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）の膜厚は発光強度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。
【００３３】
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２０ｋＰ（２００mbar）から６０ｋＰ（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。
【００３４】
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、かなら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の再脱離を防ぐ役割を果たす。
【００３５】
（ｐ型半導体層）
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型クラッド層から構成される。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。
【００３６】
本発明において、Ｍｇドーパントの濃度が０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3に制御されるｐ型半導体層は、その上にＩＴＯからなる正極が形成されるｐ型コンタクト層である。ｐ型クラッド層のＭｇ濃度は必ずしもこの範囲にある必要はない。また、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。
【００３７】
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ｐ型コンタクト層を積層させる。ｐ型コンタクト層が最上層となり、その上に正極の一部を構成するＩＴＯが接する。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。この際に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。
【００３８】
ｐ型コンタクト層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。
【００３９】
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、結晶欠陥起因の膜抵抗が大きくなる。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型コンタクト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。
【００４０】
成長圧力については、特に制限はないが、好ましくは５０ｋＰ（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型コンタクト層中の面内方向の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型コンタクト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、５０ｋＰ（５００mbar）以下の成長条件であると、ｐ型コンタクト層中の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。
【００４１】
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５０ｋＰ（５００mbar）以下で１０ｋＰ（１００mbar）以上の成長圧力とすることが適切である。
【００４２】
ｐ型ドーパントのＭｇ濃度はｐ型コンタクト層の成長速度を以下のようにすることで制御可能である。ｐ型コンタクト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。ドーパントであるＣｐ2Ｍｇ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型コンタクト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膜抵抗が発生してしまい、結果的に駆動電圧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型コンタクト層の成長速度をある範囲に限定し、かつそれに合わせてＣｐ2Ｍｇの供給量条件を変えることを行なった。そして、ＩＴＯ正極を備えた発光素子として駆動電圧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、ｐ型コンタクト層の成長速度（Ｖｇｃ）およびＴＭＧａ供給量とＣｐ2Ｍｇ供給量との比率（α（Ｍｇ／Ｇａ））をある範囲内にすることが必要であることを見出した。
【００４３】
すなわち前述の成長温度および成長圧力条件下で、ｐ型コンタクト層の成長速度Ｖｇｃは１０〜２０ｎｍ／分が好ましく、１３〜２０ｎｍ／分がさらに好ましい。α（Ｍｇ／Ｇａ）は０．７５×１０-2〜１．５×１０-2が好ましく、０．７８×１０-2〜１．２×１０-2がさらに好ましい。この条件下において、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度を０．９×１０20〜２×１０20原子／ｃｍ3に制御することができる。
【００４４】
また、ｐ型コンタクト層の膜厚としては１７０〜２００ｎｍが好ましい。
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。また、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は一般的な質量分析装置（ＳＩＭＳ）によって求めることができる。
【００４５】
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型コンタクト層が目的とする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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
負極形成工程は例えば以下の手順による。
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。
【００４９】
（正極）
本発明では正極にはＩＴＯを用いる。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。
【００５０】
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、発光強度が高くならない。
【００５１】
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加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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
ＩＴＯ膜製膜のあと、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。両者を合わ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、ＩＴＯ膜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ＩＴＯ膜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。
【００５５】
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。
【実施例】
【００５６】
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。なお、表１に各実施例および比較例における発光素子の製造条件および得られた発光素子の性能を示した。
【００５７】
（実施例１）
サセプター上にサファイア基板をセットし、圧力を２０ｋＰ（２００mbar）、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。
【００５８】
その後、圧力を４０ｋＰ（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。圧力と温度を維持しながら、ｎ型ドーパントとしてＧｅＨ4を供給し、ｎ型ＧａＮ層を1時間成長した。これによってｎ型コンタクト層を形成した。
【００５９】
この後、圧力は４０ｋＰ（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。
【００６０】
この後、圧力を２０ｋＰ（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ｐ型クラッド層を３分間成長した。この後圧力と温度を維持しながら、ｐ型コンタクト層の成長を行なった。その条件としてＧａとＭｇの単位時間あたりの供給量比（α＝Ｍｇ/Ｇａ）を０．０１０３、成長速度が1分間で１５ｎｍとなるようにＴＭＧａ供給量を固定した。成長時間は１２分とした。
【００６１】
このあと、キャリアガスを再びＨ2に切り替え、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、駆動電圧と発光出力を測定したところ３．２Ｖと９ｍＷであった。また、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度をＳＩＭＳで分析したところ、１．８×１０20原子／ｃｍ3であった。
【００６４】
（実施例２）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、ＧａとＭｇの供給量比（α＝Ｍｇ／Ｇａ）を０．００７８、成長速度を２０ｎｍ／分、成長時間を９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９ｍＷ、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は１．２×１０20原子／ｃｍ3であった。
【００６５】
（比較例１）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、ＧａとＭｇの供給量比（α＝Ｍｇ／Ｇａ）を０．００７１、成長速度を２２ｎｍ／分、成長時間を８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３．８Ｖ、発光出力は８ｍＷ、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は８×１０19原子／ｃｍ3であった。
【００６６】
（比較例２）
ｐ型コンタクト層の成長条件を、ＧａとＭｇの供給量比（α＝Ｍｇ／Ｇａ）を０．０１７、成長速度を９ｎｍ／分、成長時間を２０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７ｍＷ、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は３×１０20原子／ｃｍ3であった。
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６７】
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】
【００６８】
【図１】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。
【符号の説明】
【００６９】
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
６    負極
７    正極
【図１】
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