(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）層と、
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層との間に設けられＩｎＧａＮ層を含む発光層と、
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に設けられた第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦Ｘ＜１）層と、
前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層上に設けられた第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層（０≦Ｚ≦Ｙ≦Ｘ＜１）と、
前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層に接触するｐ電極と
を備え、
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層に接しており、
前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層は前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層に接しており、
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は前記発光層に接しており、
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は電子ブロック層であり、
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上であり、
前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層および前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度より大きい、ことを特徴とするIII族窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上である、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上であり、１×１０２０ｃｍ−３以下である、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III族窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３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III族窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層はＧａＮからなると共に、前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層はＧａＮからなる、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III族窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項５に記載されたIII族窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項５に記載されたIII族窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであり、
前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであり、
前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物系半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物系半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体発光素子が記載されている。正電極は第一のｐ型窒化物半導体層に接触している。第二のｐ型窒化物半導体層は、活性層上において、ｐ型クラッド層と第一のｐ型窒化物半導体層との間に位置している。つまり、活性層上に、順に、ｐ型クラッド層、第二のｐ型窒化物半導体層、第一のｐ型窒化物半導体層が設けられている。第二のｐ型窒化物半導体層のアクセプタ不純物濃度は、正電極が接触する第一のｐ型窒化物半導体層のアクセプタ不純物濃度より低い。
【０００３】
特許文献２には、III族窒化物化合物半導体発光素子が記載されている。発光層上には、ｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層、ｐ型第１ＧａＮコンタクト層７２、およびｐ＋型第２ＧａＮコンタクト層が順に設けられ、ｐ＋型第２ＧａＮコンタクト層に電極が接触している。
【特許文献１】特開平８−３３０６２９号公報
【特許文献２】特開平１０−４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１および２に記載された発光素子では、活性層の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層／ｐ型ＧａＮコンタクト層からなる積層が設けられている。ｐ型ＧａＮコンタクト層は、通常Ｍｇ濃度のｐ型ＧａＮ層と高いＭｇ濃度のｐ型ＧａＮ層とを含む。
【０００５】
この構造の発光ダイオードの光出力の向上が望まれる。発明者らによる発光ダイオードの特性解析によれば、ｐ型半導体層と量子井戸構造活性層との界面付近にドナー準位が観測された。また、低温における発光スペクトルには、活性層とは異なるｐ型半導体層に起因する発光と推測されるピークが観測された。この発光の原因は、量子井戸構造の活性層とｐ型半導体層との界面付近にドナー性欠陥が形成されており、該欠陥が、電子ブロック層のバリアハイトを低下させている。この低下により、活性層から電子がｐ型半導体領域へリークし、これにより、発光効率が低下したと考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、活性層からのｐ型半導体領域への電子リークを低減可能なIII族窒化物系半導体発光素子を提供することとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、III族窒化物系半導体発光素子は、（ａ）ｎ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｂ）第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）層と、（ｃ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層との間に設けられＩｎＧａＮ層を含む発光層と、（ｄ）前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に設けられた第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦Ｘ＜１）層と、（ｅ）前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層上に設けられた第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層（０≦Ｚ≦Ｙ≦Ｘ＜１）と、（ｆ）前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層に接触するｐ電極とを備える。前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層および前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度より大きい。前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層に接しており、前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層は前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層に接しており、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層は前記発光層に接しており、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−Ｘ層は電子ブロック層である。前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上である。
【０００８】
このIII族窒化物系半導体発光素子によれば、第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパント濃度より大きいので、第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層からのｐ型ドーパントが当該素子を製造における熱により第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層を拡散して、第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層と活性層との界面近傍まで到達する。これにより、第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層と活性層との界面近傍の第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層においてｐ型ドーパント濃度のプロファイルが急峻になる。これにより、電子リークが低減され、発光効率を増加させる。また、第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度は、適切なコンタクト抵抗を得るための値に設定可能である。
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層はＧａＮからなると共に、前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層はＧａＮからなることができる。また、本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層はＡｌＧａＮからなることができる。
【０００９】
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。ｐ型ドーパント濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上になると、ドーパント拡散を促進させる効果が高まる。
【００１０】
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度が１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。このドーパント濃度範囲では、第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層と電極との接触抵抗が小さくなる。また、前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度が１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。過度のｐ型ドーパント濃度は順方向電圧（Ｖｆ）が増加する。
【００１１】
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第１のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００１２】
過剰なドーパント濃度は活性化率を低下させるので、ｐ型ドーパント濃度は１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。第１のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層の役割は活性層に正孔を提供することなので、高いキャリア濃度を達成することが好ましい。
【００１３】
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層はＧａＮからなることが好ましい。また、本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層はＧａＮからなることが好ましい。ＧａＮの成長速度はＡｌＧａＮの成長速度よりも大きくできるので、成長時間が短くなり、コストを削減できる。
【００１４】
さらに、本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層はＧａＮからなることが好ましい。活性層における発光波長に応じて、ＧａＮも電子バリアとして使用可能である。また、ＧａＮの成長速度はＡｌＧａＮの成長速度よりも大きくできるので、成長時間が短くなり、コストを削減できる。
【００１５】
本発明に係るIII族窒化物系半導体発光素子では、前記第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。前記第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。前記第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。このIII族窒化物系半導体発光素子では、ｐ型ドーパントのための上記の元素で優れた効果が提供される。
【００１６】
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】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、活性層からのｐ型半導体領域への電子リークを低減可能なIII族窒化物系半導体発光素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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III族窒化物系半導体発光素子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。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。III族窒化物系半導体発光素子１１としては、例えば面発光の発光ダイオードがある。III族窒化物系半導体発光素子１１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３と、第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）層１５と、ＩｎＧａＮ層を含む活性層１７と、第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦Ｘ＜１）層１９と、第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦Ｙ≦Ｘ＜１）層２１と、電極２３とを備える。第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層（以下、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層と記す）１５は、ＩｎＧａＮ活性層１７上に設けられている。第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層（以下、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層と記す）１９は、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５上に設けられている。第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層（以下、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層と記す）２１は、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９上に設けられている。電極２３は、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１に接触しており、例えばアノード電極である。この接触は、好ましくはオーミック接触である。ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９のｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９は、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５のｐ型ドーパント濃度ＮＰ１５より大きい。また、ｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９は、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１のｐ型ドーパント濃度ＮＰ２１より大きい。
【００２０】
このIII族窒化物系半導体発光素子１１によれば、ｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９は、ｐ型ドーパント濃度ＮＰ１５より大きいので、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９からのｐ型ドーパントが、半導体発光素子１１の製造工程中にｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５を熱拡散して、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５と活性層１７との界面近傍まで到達する。これにより、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５と活性層１７との界面近傍のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５においてｐ型ドーパントの濃度プロファイルが急峻に変化する。これにより、活性層１７からの電子リークが低減され、発光効率が増加する。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層２１のｐ型ドーパント濃度ＮＰ２１はｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９と独立して規定されるので、電極２３とｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１との接触に適切なコンタクト抵抗を提供できる。
【００２１】
III族窒化物系半導体発光素子１１は基板２５を更に含む。基板２５は、本実施例では、例えば導電性のＧａＮ基板といったIII族窒化物基板であることができる。或いは、基板２５として、サファイア基板を用いることもできる。ｎ型ＧａＮ基板の主面（主面２５ａに対応する）上には、例えばｎ型ＡｌＧａＮ層２７が設けられており、またｎ型ＧａＮ基板の裏面（裏面２５ｂに対応する）上には、電極２９が接触しており、例えばカソード電極である。
【００２２】
活性層１７は、例えば量子井戸構造を有することができ、ＩｎＧａＮ井戸層１７ａおよび障壁層１７ｂを含む。障壁層１７ｂは、窒化ガリウム系半導体からなり、例えば井戸層１７ａのＩｎＧａＮのインジウム組成よりも少ないインジウム組成のＩｎＧａＮからなることができる障壁層１７ｂの材料としては、必要な場合にはＧａＮであることができる。活性層１７の構造は、単一または多重の量子井戸構造に限定されることなく、単一のＩｎＧａＮ層からなることもできる。活性層１７からの光Ｌは、電極２３を介して出射される
【００２３】
III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９のためのｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。上記の元素をｐ型ドーパントとして使用して、優れた特性が提供される。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１のためのｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。低コンタクト抵抗が実現される。ドーパント濃度の調整は、例えば成長速度等の変更により実現される。また、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５のためのｐ型ドーパントはＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎの少なくとも一つであることができる。
【００２４】
（実施例）
発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。ｎ型ＧａＮ基板を準備した。引き続く結晶成長では、例えば有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）法を用いた。ＯＭＶＰＥの原料としては、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、インジウム原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用い、窒素原料としてアンモニアを用いた。キャリアガスとして、水素、窒素を用いた。ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタディエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用い、ｎ型ドーパントとしてモノメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）を用いた。
【００２５】
ｎ型ＧａＮ基板上に、ｎ型Ａｌ０，０７Ｇａ０．９３Ｎ層（例えば、厚さ５０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層（例えば、厚さ２μｍ）、Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ井戸層（例えば、厚さ３ｎｍ）／Ｉｎ０．００３Ｇａ０．９９７Ｎ障壁層（例えば、厚さ１５ｎｍ）の活性層（６つの井戸層）、ｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ（例えば、厚さ２０ｎｍ、Ｍｇ濃度３．０×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇ高添加ＧａＮ層（例えば、厚さ２０ｎｍ、Ｍｇ濃度１．８×１０２０ｃｍ−３）、Ｍｇ通常添加ＧａＮ層（例えば、厚さ３０ｎｍ、Ｍｇ濃度７．６×１０１９ｃｍ−３）を順に成長して、エピタキシャルウエハＡを形成した。
【００２６】
参考のために、Ｍｇ高添加ＧａＮ層を成長することなく、Ｍｇ通常添加ＧａＮ層（例えば、厚さ５０ｎｍ）を順に成長して、エピタキシャルウエハＲ１（比較例１）を形成した。また、Ｍｇ通常添加ＧａＮ層を成長することなく、Ｍｇ高添加ＧａＮ層（例えば、厚さ５０ｎｍ）を順に成長して、エピタキシャルウエハＲ２（比較例２）を形成した。
【００２７】
図２は、エピタキシャルウエハＡのための二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す図面である。図３は、エピタキシャルウエハＲのためのＳＩＭＳの結果を示す図面である。図２を参照すると、Ｍｇ高添加ＧａＮ層（図２における参照符号１９）がｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層（図２における参照符号１５）とＭｇ通常添加ＧａＮ層（図２における参照符号２１）との間に設けられたので、ｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層におけるＭｇ（ｐ型ドーパント）のプロファイルＰＦ１ＭｇがＭｇ濃度３〜４×１０１９ｃｍ−３を示しており、またｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層と活性層（図２における参照符号１７）との界面近傍において、プロファイルＰＦ１Ｍｇの変化において急峻性が向上している。図３を参照すると、ｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層（図３における参照符号４５）が活性層（図３における参照符号１７）とＭｇ通常添加ＧａＮ層（図３における参照符号４９）との間に設けられている。ｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層におけるＭｇ（ｐ型ドーパント）のプロファイルＰＦ２ＭｇがＭｇ濃度２〜３×１０１９ｃｍ−３を示しており、またｐ型Ａｌ０．０８５Ｇａ０．９１５Ｎ層（図３における参照符号４５）と活性層（図３における参照符号１７）との界面近傍におけるプロファイルＰＦ２Ｍｇの変化に関して、図２のプロファイルＰＦ１Ｍｇに比べて、プロファイルＰＦ２Ｍｇの急峻性が劣る。急峻性の差は、Ａｌ濃度を示すプロファイルとプロファイルＰＦ１Ｍｇ、ＰＦ２Ｍｇを比較すると、良く表われている。
【００２８】
成長炉からエピタキシャルウエハＡ、Ｒ１、Ｒ２を取り出した後に、真空蒸着法とリソグラフィー法を用いて、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極（例えばＴｉ／Ａｌ電極）を形成すると共に、エピタキシャルウエハの表面にｐ電極（例えばＮｉ／Ａｕ電極）を形成した。ｐ電極のサイズは、例えば４００μｍ角である。
【００２９】
さらに、ｐ電極およびｎ電極のためにパッド電極を形成した後に、２０ｍＡの電流をウエハの素子に流して発光波長と出力を測定した。また、接触抵抗をＴＬＭ（Transmission Line Method）法で測定した。Ｍｇ濃度は、ＳＩＭＳの結果から見積もった。
【００３０】
ｐ−ＧａＮ層の構造          光出力  発光波長  駆動電圧    接触抵抗
Ａ  通常Ｍｇ濃度／高Ｍｇ濃度2層    5mW    468nm     3.3V        7E-3Ωcm2
Ｒ１  通常Ｍｇ濃度1層              4mW    470nm     3.3V        7E-3Ωcm2
Ｒ２  高Ｍｇ濃度1層              4.8mW    465nm     3.7V        8E-2Ωcm2
駆動電圧は、直流電流２０ｍＡを通電した時の値として測定した。
【００３１】
この結果から、実施例のＬＥＤは、２種の比較例のＬＥＤに対して、高い光出力と、低い駆動電圧および低い接触抵抗の両方を有することが示された。比較例１のＬＥＤでは接触抵抗と駆動電圧は低いけれども、比較例１の光出力が実施例のＬＥＤの光出力より２０％低い。比較例２のＬＥＤの光出力は、実施例のＬＥＤの光出力とほぼ同等であるけれども、比較例２のＬＥＤの接触抵抗と駆動電圧は、実施例のＬＥＤに比べて高い。
【００３２】
ＬＥＤのｐ電極の接触抵抗は、Ｍｇ濃度が高すぎても低すぎても悪化する傾向にあり、１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましく、また１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。一方、ｐ型ＡｌＧａＮ層と活性層の界面におけるＭｇプロファイルの立ち上がりは、ＳＩＭＳプロファイルによれば、ｐ型ＡｌＧａＮ層に接するｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度が高いほど急峻になる傾向がある。この理由して、ｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度が高くなると、ｐ型ＡｌＧａＮ層を介して活性層へマグネシウム原子が拡散しやすくなるからと考えられる。
【００３３】
比較例１、２および実施例について、クライオスタットを使用しＬＥＤに通電しながら、１０絶対温度１０Ｋ〜４２０Ｋの範囲で、ＬＥＤの発光スペクトルを測定した。図４（ａ）は、実施例におけるＥＬスペクトルを示す図面である。図４（ｂ）は、比較例１におけるＥＬスペクトルを示す図面である。図５は、実施例および比較例１における活性層により発光波長と環境温度との関係を示す図面である。実施例の測定値は「△」で示されており、比較例１の測定値は「□」で示されている。比較例１では低温で３８０ｎｍ付近にｐ型半導体層でのドナーアクセプタ対による発光のピークが現れる。故に、低温ではｐ型半導体層におけるドナーアクセプタ対発光効率が上がるので、活性層からｐ型半導体層へリークした電子が、上記の発光を引き起こしていると考えられる。一方、実施例では低温でも活性層からの４６０ｎｍ付近の発光のみが観測されるので、活性層からｐ型半導体層への電子のリーク量は無視できる程度に小さいと考えられる。
【００３４】
図６（ａ）に示されるように、比較例１のＬＥＤ構造では、ｐ型ＡｌＧａＮと活性層との界面にドナー性欠陥Ｄが形成されており、該欠陥は、ｐ型ＡｌＧａＮ層のバリアハイトを低下させる。このバリアハイトの低下により、電子リークが生ずると考えられる。
【００３５】
比較例２のＬＥＤ構造では、結果的に、発光効率が高いけれども、駆動電圧は大きく、好ましくない。
【００３６】
実施例のＬＥＤ構造では、ｐ型ＡｌＧａＮ層におけるＭｇ濃度を高濃度ＭｇＧａＮ層からＭｇ拡散により制御して、図６（ｂ）に示されるように、Ｍｇプロファイルの急峻性およびドナー性欠陥の補償Ｃを実現している。この結果、高い発光効率が得られている。また、Ｍｇプロファイルの制御とは独立して、電極との良好な接触抵抗のためのｐ型ＧａＮ層を提供している。実施例のＬＥＤによれば、ｐ型電極との良好な接触抵抗およびドナー性欠陥の補償両者が両立できる。
【００３７】
上記の説明から、III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型ドーパント濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上になるとドーパント拡散を促進させる効果が高まるので、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９のｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９は１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、ｐ型ドーパント濃度ＮＰ１９は１．０×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００３８】
III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型電極との接触抵抗を小さくするために、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１のｐ型ドーパント濃度ＮＰ２１が１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、順方向電圧（Ｖｆ）の増加を抑えるために過度のｐ型ドーパント添加を避けて、ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１のｐ型ドーパント濃度ＮＰ２１が１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００３９】
III族窒化物系半導体発光素子１１では、過剰なドーパント濃度は活性化率を低下させるので、正孔を活性層に供給するｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１５のｐ型ドーパント濃度ＮＰ１５は、１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。また、ｐ型ドーパント濃度ＮＰ１５は、１．０×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００４０】
III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９として、ＡｌＧａＮまたはＧａＮを用いることができる。ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１として、ＡｌＧａＮまたはＧａＮを用いることができる。
【００４１】
ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９およびｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１は共にＧａＮからなることが好ましい。ＧａＮでは成長速度を速くできるので、成長時間を短くでき、コストを下げることができる。また、アクセプタの活性化率が高くなるので、接触抵抗や比抵抗を下げることができる。
【００４２】
III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層１９はＡｌＧａＮからなり、またｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層２１はＧａＮからなることが好ましい。ＡｌＧａＮの方が成長速度を遅くする必要はあるので、供給原料中のＭｇの比率を容易に高くすることができ、ＡｌＧａＮ中のＭｇ濃度を高くすることができる。
【００４３】
さらに、III族窒化物系半導体発光素子１１では、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層１５の材料は、ＡｌＧａＮに限定されることなく、ＧａＮを用いることができる。活性層における発光波長によっては、ＧａＮも電子ブロック層として使用可能である。
【００４４】
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】
【００４５】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、エピタキシャルウエハＡのための二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す図面である。
【図３】図３は、エピタキシャルウエハＲのためのＳＩＭＳの結果を示す図面である。
【図４】図４は、実施例および比較例１におけるＥＬスペクトルを示す図面である。
【図５】図５は、実施例および比較例１における活性層により発光波長と環境温度との関係を示す図面である。
【図６】図６は、活性層およびｐ型半導体層のバンドダイアグラムを示す図面である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…III族窒化物系半導体発光素子、１３…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１５…第１のｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層、１７…活性層、１７ａ…ＩｎＧａＮ井戸層、１７ｂ…障壁層、１９…第２のｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層、２１…第３のｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層、２３…電極、２５…基板、２７…ｎ型ＡｌＧａＮ層、２９…電極、ＮＰ２１…ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＮ層のｐ型ドーパント濃度、ＮＰ１９…ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のｐ型ドーパント濃度、ＮＰ１５…ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のｐ型ドーパント濃度
【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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