(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなるダブルヘテロ構造と、
前記ダブルヘテロ構造の上に積層され、ｐ型の導電性を有する複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなるコンタクト構造と、
前記コンタクト構造の上に形成された電極とを備え、
前記コンタクト構造を構成するIII-Ｖ族窒化物半導体層は、III 族元素としてアルミニウムを含む共にＶ族元素としてヒ素又はリンを含み、
前記コンタクト構造を構成する各III-Ｖ族窒化物半導体層における窒素のヒ素又はリンに対する割合は、前記電極から前記ダブルヘテロ構造に向けて段階的に大きくなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板は、サファイア、ＺｎＯ、ＬｉＡｌＯ2 又はＳｉＣよりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板は、ＳｉＣ傾斜基板よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成され、窒素を含むIII-Ｖ族化合物よりなる第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成され、窒素を含むIII-Ｖ族化合物よりなる活性層と、
前記活性層の上に形成され、窒素を含むIII-Ｖ族化合物よりなる第２導電型の第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の上に形成され、リン及び窒素又はヒ素及び窒素を含むIII-Ｖ族化合物よりなる第２導電型のコンタクト層と、
前記コンタクト層の上に形成された電極とを備え、
前記コンタクト層と前記第２のクラッド層との間に形成されたＡｌＮよりなる半導体層をさらに備えていることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性層及びクラッド層に窒素（Ｎ）を含むIII −Ｖ族化合物よりなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代高密度情報処理技術のキーデバイスとして、レーザの短波長化を可能にする窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体が注目を集めている。この窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子においては、動作電圧の低減化を求める要望が極めて強い。
【０００３】
以下、従来の、窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体よりなる半導体発光素子を図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０は第１の従来例としての窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体よりなるレーザ素子又は発光ダイオード素子を示す構成断面図である。図１０に示すように、面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１０１上には、ＧａＮよりなるバッファ層１０２と、該バッファ層１０２の上に、上部に段差部を有するｎ型ＧａＮ層１０３とが順次形成されている。
【０００５】
ｎ型ＧａＮ層１０３の上における段差部の上段側には、ｎ型Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ層１０４と、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型クラッド層１０５と、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０６と、アンドープＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎよりなるバリア層１０７ａとアンドープＧａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｎ層よりなる活性層１０７ｂとが四重に交互に積層されてなる多重量子井戸層１０７と、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１０８と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０９と、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなるｐ型クラッド層１１０と、ｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層１１１と、Ｎｉ及びＡｕが積層されてなる陽電極１１２とが順次形成されている。
【０００６】
ｎ型ＧａＮ層１０３の上における段差部の下段側には、Ｔｉ及びＡｌが積層されてなる陰電極１１３が形成されている。
【０００７】
図１０に示す半導体発光素子は、キャビティ長が７００μｍで、ストライプ幅が２μｍであって、活性層１０７ｂが多重量子井戸構造のダブルヘテロ構造を有していることを特徴とする。このダブルヘテロ構造によって、発振波長が４０８ｎｍ、しきい値電圧が８Ｖ、しきい値電流が１３０ｍＡ、しきい値電流密度が９ｋＡ／ｃｍ2 、及び寿命が１秒の室温連続発振を実現している（Shuji Nakamura et al.; Applied Physics Letters Vol. 69(1996)pp.4056-4058）。
【０００８】
さらに、第２の従来例として、特開平８−９７４６８号公報には、窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体におけるコンタクト層１１１に、ｐ型にドーピングされたＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（但し、ｘは０＜ｘ＜１の実数とし、以下、同様とする。）を用いることによって、陽電極１１２とコンタクト層１１１との間に生ずるショットキー障壁を低減できることが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例は、動作電圧の低減が実現されないという問題を有している。また。第２の従来例は、動作電圧の低減はされるものの、十分な膜厚を持ったｐ型コンタクト層が形成できないという問題を有している。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題を解決し、半導体発光素子の動作電圧の低減に大きな満足が得られるようにすることを第１の目的とし、動作電圧の低減とｐ型コンタクト層の成膜との両立を図ることを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本件発明者らは、動作電圧の低減のため種々検討を加えた結果、ｐ型不純物ががドープされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層と該コンタクト層１１１と接触する陽電極のＮｉとの間のショットキー障壁が大きいため、ｐ型コンタクト層と金属のＮｉとの間の接触抵抗が大きくなり、発光素子としての動作電圧が上昇することを見出した。このことは、半導体発光素子についての検討ではないが、石川英憲他「平成７年度第５６回秋期応用物理学会学術講演会 27p-ZE-17（１９９５年、講演予稿集第１分冊p.247)」及びＷ．Ａ．ハリソン著、小島忠宣、小島和子、山田栄三郎訳「固体の電子構造と物性−化学結合の物理−」現代工学社刊、p.269 にも裏づけられている。
【００１２】
さらに、Ｐ型不純物である、特にＭｇが活性層側に拡散してしまい、結晶格子のアクセプタサイト以外の場所に侵入して、コンタクト層直下のｐ型半導体層のキャリアを補償することにより、該ｐ型半導体層を高抵抗化することを見出した。
【００１３】
本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであり、窒素を含むIII −Ｖ族化合物半導体を用いた発光素子におけるｐ型コンタクト層に、リン及び窒素又はヒ素及び窒素を含むIII −Ｖ族化合物を用いるものである。
【００１４】
本発明に係る半導体発光素子は、基板と、基板上に形成されたIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなるダブルヘテロ構造と、ダブルヘテロ構造の上に積層され、ｐ型の導電性を有する複数のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりなるコンタクト構造と、コンタクト構造の上に形成された電極とを備え、コンタクト構造を構成するIII-Ｖ族窒化物半導体層は、III 族元素としてアルミニウムを含む共にＶ族元素としてヒ素又はリンを含み、コンタクト構造を構成する各III-Ｖ族窒化物半導体層における窒素のヒ素又はリンに対する割合は、電極からダブルヘテロ構造に向けて段階的に大きくなる。
【００１５】
半導体発光素子によると、窒素を含むIII −Ｖ族化合物よりなる第２導電型の第２のクラッド層の上に形成されたリン及び窒素又はヒ素及び窒素を含むIII −Ｖ族化合物よりなる第２導電型のコンタクト層を備えているため、第２導電型のＧａＮをコンタクト層に用いる場合よりも電極用金属との間の価電子帯のショットキー障壁の高さを低減することができる。
【００２１】
半導体発光素子において、コンタクト層はアルミニウムを含むことが好ましい。このようにすると、ＡｌＮは相対的に格子定数が小さいため、適当な量のアルミニウムを添加することによりＧａＮと格子整合させることができるので、欠陥が少なく結晶性がよいコンタクト層を得ることができる。
【００２２】
半導体発光素子において、コンタクト層と第２のクラッド層との間に形成されたＡｌＮよりなる半導体層をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、Ａｌの原子半径が通常用いられるIII 族元素であるＧａの原子半径よりも小さいため、ＡｌＮ結晶内の隙間がＧａＮ結晶内の隙間よりも小さいので、Ａｌと置換した第２導電型の不純物がＡｌＮ結晶内を拡散できない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。図１に示すように、面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１１上には、アンドープＧａＮよりなり、厚さが３０ｎｍで結晶格子の整合性を高めるためのバッファ層１２と、該バッファ層１２の上に、厚さが３．０μｍで上部に段差部を有するｎ型ＧａＮ層１３とが順次形成されている。
【００２５】
ｎ型ＧａＮ層１３の上における段差部の上段側には、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなり、厚さが５００ｎｍのキャリアを封じ込めるための第１のクラッド層としてのｎ型クラッド層１４と、アンドープＧａＮよりなり、厚さが１００ｎｍのキャリア封じ込めの効果を高める第１のガイド層１５と、アンドープＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎよりなり厚さが５ｎｍのバリア層１６ａとアンドープＧａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｎ層よりなり厚さが２．５ｎｍの活性層１６ｂとが五重に交互に積層され、さらにその上にもう一層のバリア層１６ａが積層されてなる多重量子井戸層１６と、アンドープＧａＮよりなり、厚さが１００ｎｍのキャリア封じ込めの効果を高める第２のガイド層１７と、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなり、厚さが５００ｎｍのキャリアを封じ込めるための第２のクラッド層としてのｐ型クラッド層１８と、厚さが３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１９と、ｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05よりなり、厚さが１００ｎｍのコンタクト層２０と、断面Ｔ字形で且つその脚部が酸化シリコンよりなる電流狭さく層２１に囲まれたＮｉよりなる第１の金属膜２２ａ及び該第１の金属膜２２ａの上にＡｕよりなる第２の金属膜２２ｂが積層されてなる陽電極２２とが順次形成されている。
【００２６】
なお、基板１１に絶縁体であるサファイアを用いており、基板の裏面に陰電極が設けられないため、ｎ型ＧａＮ層１３の上における段差部の下段側に、Ｔｉ層２４ａ及びＡｌ層２４ｂが積層されてなる陰電極２４が形成されている。
【００２７】
以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１１の主面に対して有機溶媒を用いて洗浄等の前処理を施した後、有機金属気相エピタキシャル成長法を用い、圧力が７０×１３３．３Ｐａの水素雰囲気中で基板１１を温度が１０９０℃になるまで加熱し、基板１１の表面に付着している吸着ガス、酸化物又は水分子等を除去する。ちなみに、圧力単位Ｐａは、Ｔｏｒｒと１３３．３Ｐａ≒１Ｔｏｒｒなる関係を有する。
【００２９】
その後、基板１１の温度を５５０℃にまで下げ、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量５．５ｓｃｃｍで、アンモニアを流量２．５ｌ／ｍｉｎで導入すると共にシランを導入して、基板１１の上にアンドープＧａＮよりなるバッファ層１２を３０ｎｍの厚さに成長させる。その後、基板１１の温度を１０６０℃にまで上げ、トリメチルガリウムを流量０．２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量５．０ｌ／ｍｉｎで、及びシランを流量１２．５ｓｃｃｍで導入することにより、基板１１の上のバッファ層１２上に厚さが３．０μｍのｎ型ＧａＮ層１３を成長させる。
【００３０】
次に、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、トリメチルアルミニウムを流量５．４ｓｃｃｍで、アンモニアを流量２．５ｌ／ｍｉｎで、及びシランを流量１２．５ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上のｎ型ＧａＮ層１３上にｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなり、厚さが５００ｎｍのｎ型クラッド層１４を成長させる。
【００３１】
次に、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量２．５ｌ／ｍｉｎで導入して、基板１１の上のｎ型クラッド層１４上にアンドープＧａＮよりなり、厚さが１００ｎｍの第１のガイド層１５を成長させる。
【００３２】
次に、基板１１の温度を７３０℃にまで下げ、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、トリメチルインジウムを流量２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及び窒素を流量１０ｌ／ｍｉｎで導入して、基板１１の上の第１のガイド層１５上にアンドープＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎよりなり、厚さが５．０ｎｍのバリア層１６ａを成長させる。引き続き、基板１１の温度をそのままにし、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量１０．８ｓｃｃｍで、トリメチルインジウムを流量２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及び窒素を流量１０ｌ／ｍｉｎで導入して、バリア層１６ａ上にアンドープＧａ0.8 Ｉｎ0.2 Ｎよりなり、厚さが２．５ｎｍの活性層１６ｂを成長させる。これらのバリア層１６ａ及び活性層１６ｂを一対とする計５対の成膜を繰り返した後、その上にもう一層のバリア層１６ａを積層することにより、五重に交互に積層されてなる多重量子井戸層１６を形成する。
【００３３】
次に、基板１１の温度を１０６０℃にまで上げ、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量２．５ｌ／ｍｉｎで導入して、基板１１の上の多重量子井戸層１６上にアンドープＧａＮよりなり、厚さが１００ｎｍの第２のガイド層１７を成長させる。
【００３４】
その後、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、トリメチルアルミニウムを流量５．４ｓｃｃｍで、アンモニアを流量２．５ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上の第２のガイド層１７上にｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなり、厚さが５００ｎｍのｐ型クラッド層１８を成長させる。次に、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量５．０ｌ／ｍｉｎで、シクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上のｐ型クラッド層１８上に厚さが３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１９を成長させる。
【００３５】
次に、基板１１の温度を６８０℃にまで下げ、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入することにより、基板１１の上のｐ型ＧａＮ層１９上にｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05よりなり、厚さが１００ｎｍのコンタクト層２０を成長させる。
【００３６】
次に、成膜された基板１１に対して、窒素雰囲気において温度が７００℃で、１時間のアニールを行なって、ｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮ層１９及びコンタクト層２０中の不純物イオンであるＭｇを活性化させる。
【００３７】
次に、アニール後の基板１１に陽電極２２及び陰電極２４を形成する方法を説明する。
【００３８】
まず、基板１１におけるコンタクト層２０の上の陽電極２２形成領域に開口部を有するマスクパターンを形成した後、基板の上に全面にわたって厚さが１μｍのマスク用Ｎｉを蒸着させる。次に、マスクパターンを除去した後、混合比が１：１の塩素と水素とからなるＥＣＲプラズマ中で、圧力が１３３．３ｍＰａ、ＲＦパワーが４００Ｗ、ＲＦ周波数が１３．５６ＭＨｚ、及び基板１１を保持する基板ホルダとグリッドとの間の電圧を４００Ｖにそれぞれ設定して、マスク用Ｎｉをマスクとして基板１１に対して２０分間のドライエッチングを行なって、ｎ型ＧａＮ層１３を露出させる。その後、大気圧の窒素雰囲気下で、硝酸を用いてマスク用Ｎｉを除去する。なお、マスク用Ｎｉの代わりにアルミニウム等の金属又はＳｉＯ2 等の誘電体を用いてもよい。
【００３９】
次に、ＣＶＤ法を用いて、基板１１の上に全面にわたって、膜厚が１００ｎｍのＳｉＯ2 よりなる誘電膜を堆積する。なお、ＣＶＤ法としては、光ＣＶＤ法であっても、プラズマＣＶＤ法であってもよい。
【００４０】
続いて、基板１１上の誘電膜の上に全面にわたってレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィを用いて、基板１１の上のコンタクト層２０の上面における陽電極形成領域、及び基板１１の上のｎ型ＧａＮ層１３の露出面における陰電極形成領域にそれぞれ選択的に幅が１０μｍの開口部を有するレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、混合比が１：１０のフッ化水素とフッ化アンモニウムとからなる水溶液を用いて基板１１に対してウエットエッチングを行なって、コンタクト層２０の上面の陽電極形成領域及びｎ型ＧａＮ層１３の露出面の陰電極形成領域にそれぞれ開口部を有し、ＳｉＯ2 よりなる電流狭さく層２１を形成する。この場合、図１に示した半導体発光素子とは異なり、陰電極２４にも、陽電極２２と同様の電流狭さく層２１が形成される。
【００４１】
次に、アセトン及びＯ2 プラズマを用いて基板１１上のレジストパターンを除去した後、コンタクト層２０の上面における電流狭さく層２１及び該電流狭さく層２１の開口部にＮｉよりなる第１の金属膜２２ａと、該第１の金属膜２２ａの上にＡｕよりなる第２の金属膜２２ｂを順次蒸着して陽電極２２を形成する。
【００４２】
次に、ｎ型ＧａＮ層１３の上面における電流狭さく層及び該電流狭さく層の開口部にＴｉ層２４ａ及びＡｌ層２４ｂを順次蒸着して陰電極２４を形成する。
【００４３】
次に、キャビティ長が０．５ｍｍになるように基板１１をへき開して半導体発光素子を完成させる。
【００４４】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子の特性を説明する。
【００４５】
まず、光学的特性は、レーザ光の発振波長が４１０ｎｍであり、端面の反射率がフロント及びリア共に２２％である。また、レーザ光の内部損失は５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。
【００４６】
次に、電気的特性を説明する。
【００４７】
ｐ型クラッド層１８及びｎ型クラッド層１４のキャリア密度はそれぞれ１×１０18／ｃｍ3 、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３のキャリア密度はそれぞれ３×１０18／ｃｍ3 、及びコンタクト層２０のキャリア密度は３×１０18／ｃｍ3 である。
【００４８】
移動度は、ｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮ層１９及びコンタクト層２０がそれぞれ１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ｎ型クラッド層１４及びｎ型ＧａＮ層１３がそれぞれ２５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであるため、十分に抵抗率が小さいｐ型クラッド層１８、ｎ型クラッド層１４、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３が実現されている。
【００４９】
陽電極２２側において、ｐ型のコンタクト層２０と該コンタクト層２０と接する第１の金属膜２２ａであるＮｉとの間において接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 のオーミック接触が実現し、同様に、陰電極２４側において、ｎ型ＧａＮ層１３とＴｉ層２４ａとの間にもオーミック接触が実現している。
【００５０】
ｐ型のコンタクト層２０とＮｉとの間で実現し、接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 であるオーミック接触は、前述した従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１に減少している。これは、ｐ型のコンタクト層２０とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁が０．３５ｅＶとなっており、図１１に示す従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁の０．７９ｅＶよりも０．４４ｅＶ小さくなっているからである。
【００５１】
また、この図１１から分かるように、本実施形態に示す、ＧａＮとＧａＰ又はＧａＮとＧａＡｓとの間のヘテロ接合を行なうと、図１２（ｂ）に示す、いわゆる、タイプIIのヘテロ接合を実現できる。
【００５２】
図２は本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。図２において、１Ａは本実施形態に係る半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、１Ｂは本実施形態に係る半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。一方、１０Ａは従来の半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、１０Ｂは従来の半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。図２において、本実施形態に係る半導体発光素子のしきい値電圧は、曲線１Ａに示すように４．８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線１Ｂに示すように１１０ｍＡであることがわかる。一方、従来の半導体発光素子のしきい値電圧は曲線１０Ａに示すように８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線１０Ｂに示すように１３０ｍＡである。また、しきい値電流密度は、本実施形態に係る半導体発光素子が２ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の半導体発光素子が９ｋＡ／ｃｍ2 である。これにより、本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性は従来の半導体発光素子に比べて、順方向電圧で４０％低減され、しきい値電流密度で７８％低減されていることがわかる。これは、ｐ型のコンタクト層２０と陽電極２２を構成するＮｉとの間のオーミック接触が従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１になっているからである。
【００５３】
このように、本実施形態によると、陽電極２２とオーミック接触を図るためのコンタクト層２０にＭｇを不純物とするＧａＮ0.95Ｐ0.05を用いているため、接触抵抗が低減するので、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。
【００５４】
なお、ｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05よりなるコンタクト層２０の代わりにｐ型ＧａＮ0.95Ａｓ0.05よりなるコンタクト層を用いても同様な結果が得られる。
【００５５】
また、ｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05コンタクト層２０の代わりにｐ型にドーピングされ、且つ、互いに積層構造を有する（ＧａＮ）m （ＧａＰ）n （但し、ｍ，ｎは自然数である。以下、同様とする。）よりなるコンタクト層を用いても同様な結果が得られる。
【００５６】
さらに、ＧａＰの代わりにＧａＡｓ又はＧａＡｓ1-x Ｐx を用いても同様な結果が得られる。
【００５７】
また、ｐ型のコンタクト層２０と接触する陰電極２２の第１の金属層２２ａはＮｉに限らず、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）又はパラジウム（Ｐｄ）であってもよい。
【００５８】
また、サファイアよりなる基板１１の代わりにＳｉＣよりなる基板や、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＬｉＡｌＯ2 等の酸化物よりなる基板を用いてもよく、ＳｉＣ傾斜基板を用いてもよい。
【００５９】
（第１の実施形態の変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の一変形例を図面を参照しながら説明する。
【００６０】
図３は本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体発光素子の構成断面図である。第１の実施形態との差異は、図３に示すように、ｐ型ＧａＮ層１９と第１の金属膜２２ａとの間に形成されたコンタクト層２０が、陰電極２２、すなわち、第１の金属膜２２ａに向けて窒素の組成比が段階的に減少するように形成されたｐ型ＧａＮＰよりなる第１、第２及び第３のコンタクト層２０ａ，２０ｂ，２０ｃにより構成されている点である。具体的には、ｐ型ＧａＮ層１９側から順次、ｐ型ＧａＮ0.99Ｐ0.01よりなる第１のコンタクト層２０ａ、ｐ型ＧａＮ0.97Ｐ0.03層２０ｂよりなる第２のコンタクト層及びｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05よりなる第３のコンタクト層２０ｃが形成されている。
【００６１】
なお、図３において、図１に示す半導体発光素子と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６２】
本変形例に係る第１のコンタクト層２０ａ、第２のコンタクト層２０ｂ及び第３のコンタクト層２０ｃからなるコンタクト層２０の製造方法を説明する。
【００６３】
面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１１上に、第１の実施形態と同様の方法を用いて、ｐ型ＧａＮ層１９までを成長させた後、基板１１の温度を６８０℃に設定し、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量１３ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上のｐ型ＧａＮ層１９上にｐ型ＧａＮ0.99Ｐ0.01よりなり、厚さが３０ｎｍの第１のコンタクト層２０ａを成長させる。次に、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量４０ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上の第１のコンタクト層２０ａ上にｐ型ＧａＮ0.97Ｐ0.03よりなり、厚さが３０ｎｍの第２のコンタクト層２０ｂを成長させる。次に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量６５ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上の第２のコンタクト層２０ｂ上に厚さが３０ｎｍのｐ型ＧａＮ0.95Ｐ0.05層２０ｃを成長させる。
【００６４】
その後、第１の実施形態と同様の方法を用いて、基板１１に対してアニールを行なった後、陽電極２２及び陰電極２４を形成し、さらにへき開を行なって発光素子を完成させる。
【００６５】
以下、本変形例に係る半導体発光素子の特性を説明する。
【００６６】
まず、光学的特性は、第１の実施形態と同様であって、レーザ光の発振波長が４１０ｎｍであり、端面の反射率はフロント及びリア共に２２％である。また、レーザの内部損失は５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。
【００６７】
次に、電気的特性を説明する。
【００６８】
ｐ型クラッド層１９及びｎ型クラッド層１３のキャリア密度はそれぞれ１×１０18／ｃｍ3 、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３のキャリア密度はそれぞれ３×１０18／ｃｍ3 、及びコンタクト層２０のキャリア密度は３×１０18／ｃｍ3 である。
【００６９】
移動度は、ｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮ層１９及びコンタクト層２０がそれぞれ１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ｎ型クラッド層１４及びｎ型ＧａＮ層１３がそれぞれ２５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであるため、十分に抵抗率が小さいｐ型クラッド層１８、ｎ型クラッド層１４、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３が実現されている。
【００７０】
陽電極２２側において、ｐ型のコンタクト層２０と該コンタクト層２０と接する第１の金属膜２２ａのＮｉとの間において接触抵抗が３×１０-4Ω・ｃｍ2 のオーミック接触が実現し、同様に、陰電極２４側において、ｎ型ＧａＮ層１３とＴｉ層２４ａとの間にもオーミック接触が実現している。
【００７１】
ｐ型の３層からなるコンタクト層２０とＮｉとの間で実現し、接触抵抗が３×１０-4Ω・ｃｍ2 のオーミック接触は、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の３０分の１に減少している。これはｐ型のコンタクト層２０とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁が０．１７ｅＶとなって、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁の０．７９ｅＶよりも０．６２ｅＶ小さくなっているからである。
【００７２】
その上、本変形例に係る第１のコンタクト層２０ａ、第２のコンタクト層２０ｂ及び第３のコンタクト層２０ｃの３層からなるｐ型のコンタクト層２０は、リン（Ｐ）に対する窒素（Ｎ）の割合が、コンタクト層２０側からｐ型クラッド層１８に向けて段階的に大きくなるように構成されているため、コンタクト層２０の各層が陰電極２２のＮｉから遠ざかるに連れて、すなわち、ｐ型ＧａＮ層１９に近づくに連れて、コンタクト層２０の価電子帯のバンド端エネルギーが真空準位から遠くなりｐ型ＧａＮ層１９の価電子帯のバンド端エネルギーに近づくので、図１１に示したように、コンタクト層２０直下のｐ型ＧａＮ層１９における正孔に対するポテンシャル障壁が小さくなるからである。
【００７３】
図４は本変形例に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。図４において、２Ａは本変形例に係る半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、２Ｂは本変形例に係る半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。一方、１０Ａは従来の半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、１０Ｂは従来の半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。図４において、本変形例に係る半導体発光素子のしきい値電圧は、曲線２Ａに示すように４．５Ｖであり、そのしきい値電流は曲線２Ｂに示すように１００ｍＡであることがわかる。一方、従来の半導体発光素子のしきい値電圧は曲線１０Ａに示すように８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線１０Ｂに示すように１３０ｍＡである。また、しきい値電流密度は、本変形例に係る半導体発光素子が１．８ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の半導体発光素子が９ｋＡ／ｃｍ2 である。これにより、本変形例に係る半導体発光素子の電流電圧特性は従来の半導体発光素子よりも明らかに向上していることがわかる。これは、３層からなるｐ型のコンタクト層２０と陽電極２２を構成するＮｉとの間のオーミック接触が従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の３０分の１になっているからである。
【００７４】
このように、本変形例によると、陽電極２２とオーミック接触を図るためのコンタクト層２０が、リンに対する窒素の割合がコンタクト層２０側からｐ型ＧａＮ層１９に向けて段階的に大きくなるように構成されているため、コンタクト層２０の価電子帯のバンド端エネルギーが真空準位から遠くなりｐ型ＧａＮ層１９の価電子帯のバンド端エネルギーに近づくので、接触抵抗がさらに低減し、その結果、半導体発光素子の順方向電圧を４３％低減することができる。
【００７５】
なお、ｐ型のコンタクト層２０としてｐ型ＧａＮ1-x Ｐx （但し、ｘは、０．０７＜ｘ＜１の実数とする。）を用いるならば、コンタクト層２０とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁を０にすることができ、理想的なオーミック接触を得ることができる。
【００７６】
また、ｐ型のコンタクト層２０としてｐ型ＧａＮ1-x Ｐx （但し、ｘは、０＜ｘ＜１の実数とする。以下、同様とする。）の代わりにｐ型ＧａＮ1-x Ａｓx を用いても同様な効果が得られる。
【００７７】
また、コンタクト層２０の各層を（ＧａＮ）m （ＧａＰ）n または（ＧａＮ）m （ＧａＡｓ）n により構成してもよく、（ＧａＮ）m （ＧａＡｓ1-x Ｐx ）n を用いてもよい。
【００７８】
また、ｐ型のコンタクト層２０と接触する陰電極２２の第１の金属層２２ａはＮｉに限らず、Ｐｔ、Ａｕ又はＰｄであってもよい。
【００７９】
また、サファイアよりなる基板１１の代わりにＳｉＣよりなる基板や、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＬｉＡｌＯ2 等の酸化物よりなる基板を用いてもよく、さらに、ＳｉＣ傾斜基板を用いても同様の効果が得られる。
【００８０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００８１】
図５は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子は、ｐ型ＧａＮ層１９と陰電極２２構成する第１の金属膜２２ａとの間に、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 よりなるコンタクト層３０が形成されている。
【００８２】
なお、図５において、図１に示す半導体発光素子と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８３】
本実施形態に係るコンタクト層３０の製造方法を説明する。
【００８４】
まず、第１の実施形態と同様に、面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１１に対して、有機溶媒を用いた洗浄及び前処理を行なった後、基板１１上にｐ型ＧａＮ層１９までを順次成長させる。
【００８５】
次に、基板１１の温度を６８０℃に設定し、基板１１上に、トリメチルアルミニウムを流量１０ｓｃｃｍで、トリメチルガリウムを流量２０ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上のｐ型ＧａＮ層１９上にｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 よりなり、厚さが１００ｎｍのコンタクト層３０を成長させる。
【００８６】
その後、第１の実施形態と同様に、基板１１に対してアニールを行なって不純物のＭｇを活性化させた後、陽電極２２及び陰電極２４を形成し、さらに所望のキャビティ長となるように基板１１をへき開して発光素子を完成させる。
【００８７】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子の特性を説明する。
【００８８】
まず光学的特性は、第１の実施形態と同様であって、レーザの発振波長が４１０ｎｍであり、端面の反射率はフロント及びリア共に２２％である。また、レーザの内部損失は５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。
【００８９】
次に、電気的特性を説明する。
【００９０】
ｐ型クラッド層１９及びｎ型クラッド層１３のキャリア密度はそれぞれ１×１０18／ｃｍ3 、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３のキャリア密度はそれぞれ３×１０18／ｃｍ3 、及びコンタクト層３０のキャリア密度は３×１０18／ｃｍ3 である。
【００９１】
移動度は、ｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮ層１９及びコンタクト層３０がそれぞれ１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ｎ型クラッド層１４及びｎ型ＧａＮ層１３がそれぞれ２５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであるため、十分に抵抗率が小さいｐ型クラッド層１８、ｎ型クラッド層１４、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３が実現されている。
【００９２】
陽電極２２側において、ｐ型のコンタクト層３０と該コンタクト層３０と接する第１の金属膜２２ａのＮｉとの間において接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 のオーミック接触が実現し、同様に、陰電極２４側において、ｎ型ＧａＮ層１３とＴｉ層２４ａとの間にもオーミック接触が実現している。
【００９３】
ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 よりなるコンタクト層３０とＮｉとの間で実現し、接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 のオーミック接触は、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１に減少している。これはｐ型のコンタクト層３０とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁が０．４３ｅＶとなって、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁の０．７９ｅＶよりも０．３６ｅＶ小さくなっているからである。
【００９４】
図６は本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。図６において、３Ａは本実施形態に係る半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、３Ｂは本実施形態に係る半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。一方、１０Ａは従来の半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、１０Ｂは従来の半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。図６において、本実施形態に係る半導体発光素子のしきい値電圧は、曲線３Ａに示すように４．８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線３Ｂに示すように１１０ｍＡであることがわかる。一方、従来の半導体発光素子のしきい値電圧は曲線１０Ａに示すように８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線１０Ｂに示すように１３０ｍＡである。また、しきい値電流密度は、本実施形態に係る半導体発光素子が２ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の半導体発光素子が９ｋＡ／ｃｍ2 である。これにより、本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性は従来の半導体発光素子よりも明らかに向上していることがわかる。これは、ｐ型のコンタクト層３０と陽電極２２を構成するＮｉとの間のオーミック接触が従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１になっているからである。
【００９５】
本実施形態の特徴として、図１３に示すように、ＡｌＮは相対的に格子定数が小さいため、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 よりなるコンタクト層３０はＧａＮに対して完全に格子整合できるため、その欠陥密度は１×１０9 ／ｃｍ2 となる。この値は従来のｐ型Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎコンタクト層の場合よりも１桁小さな値であって、５０ｎｍ以上の膜厚を持ったコンタクト層を確実に形成することができる。
【００９６】
なお、コンタクト層３０には、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 の代わりにｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ1-y Ａｓy を用いても同様の効果が得られる。
【００９７】
また、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ0.989 Ｐ0.011 の代わりに（ＡｌＮ）h （ＡｌＡｓ）k （ＧａＮ）m （ＧａＡｓ）n （但し、ｋは整数とし、ｈ、ｍ、ｎは自然数とする。）よりなるコンタクト層を用いてもよい。
【００９８】
また、ｐ型のコンタクト層３０と接触する陰電極２２の第１の金属層２２ａはＮｉに限らず、Ｐｔ、Ａｕ又はＰｄであってもよい。
【００９９】
また、サファイアよりなる基板１１の代わりにＳｉＣよりなる基板や、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＬｉＡｌＯ2 等の酸化物よりなる基板を用いてもよく、さらに、ＳｉＣ傾斜基板を用いてもよい。
【０１００】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０１０１】
図７は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。図７に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子は、ｐ型ＧａＮ層１９と陰電極２２構成する第１の金属膜２２ａとの間に、ｐ型ＧａＮ層１９の上に形成されたｐ型ＡｌＮよりなる第１のコンタクト層４０ａと該第１のコンタクト層４０ａの上に形成されたｐ型ＧａＮ0.98Ｐ0.02層よりなる第２のコンタクト層４０ｂとからなるコンタクト層４０を有している。
【０１０２】
なお、図７において、図１に示す半導体発光素子と同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１０３】
本実施形態に係る２層からなるコンタクト層４０の製造方法を説明する。
【０１０４】
まず、第１の実施形態と同様に、面方位が（０００１）のサファイアよりなる基板１１に対して、有機溶媒を用いた洗浄及び前処理を行なった後、基板１１上にｐ型ＧａＮ層１９までを順次成長させる。
【０１０５】
次に、基板１１の温度を６８０℃に設定し、基板１１上に、トリメチルアルミニウムを流量４．１ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上のｐ型ＧａＮ層１９上にｐ型ＡｌＮよりなり、厚さが２ｎｍの第１のコンタクト層４０ａを成長させる。
【０１０６】
続いて、基板１１上に、トリメチルガリウムを流量２．７ｓｃｃｍで、ホスフィンを流量２７ｓｃｃｍで、アンモニアを流量１０ｌ／ｍｉｎで、及びシクロペンタジエニルマグネシウムを流量５．０ｓｃｃｍで導入して、基板１１の上の第１のコンタクト層４０ａ上にｐ型ＧａＮ0.98Ｐ0.02よりなり、厚さが１１．５ｎｍの第２のコンタクト層４０ｂを成長させる。
【０１０７】
その後、第１の実施形態と同様に、基板１１に対してアニールを行なって不純物のＭｇを活性化させた後、陽電極２２及び陰電極２４を形成し、さらに基板１１のへき開を行なって発光素子を完成させる。
【０１０８】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子の特性を説明する。
【０１０９】
まず光学的特性は、第１の実施形態と同様であって、レーザの発振波長が４１０ｎｍであり、端面の反射率はフロント及びリア共に２２％である。また、レーザの内部損失は５ｃｍ-1、共振器における損失は２０ｃｍ-1である。
【０１１０】
次に、電気的特性を説明する。
【０１１１】
ｐ型クラッド層１９及びｎ型クラッド層１３のキャリア密度はそれぞれ１×１０18／ｃｍ3 、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３のキャリア密度はそれぞれ３×１０18／ｃｍ3 、及びコンタクト層４０のキャリア密度は３×１０18／ｃｍ3 である。
【０１１２】
移動度は、ｐ型クラッド層１８、ｐ型ＧａＮ層１９及びコンタクト層４０がそれぞれ１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであり、ｎ型クラッド層１４及びｎ型ＧａＮ層１３がそれぞれ２５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓであるため、十分に抵抗率が小さいｐ型クラッド層１８、ｎ型クラッド層１４、ｐ型ＧａＮ層１９及びｎ型ＧａＮ層１３が実現されている。
【０１１３】
陽電極２２側において、ｐ型ＡｌＮよりなる第１のコンタクト層４０ａとｐ型ＧａＮ0.98Ｐ0.02層よりなる第２のコンタクト層４０ｂとからなるコンタクト層４０と該コンタクト層４０と直接接する第１の金属膜２２ａのＮｉとの間において接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 のオーミック接触が実現し、同様に、陰電極２４側において、ｎ型ＧａＮ層１３とＴｉ層２４ａとの間にもオーミック接触が実現している。
【０１１４】
ｐ型のコンタクト層４０とＮｉとの間で実現し、接触抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ2 のオーミック接触は、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１に減少している。
【０１１５】
これはｐ型のコンタクト層４０とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁が０．５３ｅＶとなって、従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の価電子帯のポテンシャル障壁の０．７９ｅＶよりも０．２６ｅＶ小さくなっているからである。
【０１１６】
図８は本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。図８において、４Ａは本実施形態に係る半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、４Ｂは本実施形態に係る半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。一方、１０Ａは従来の半導体発光素子の出力電力を表わす曲線であり、１０Ｂは従来の半導体発光素子に印加される順方向電圧を表わす曲線である。図８において、本実施形態に係る半導体発光素子のしきい値電圧は、曲線４Ａに示すように４．８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線４Ｂに示すように１１０ｍＡであることがわかる。一方、従来の半導体発光素子のしきい値電圧は曲線１０Ａに示すように８Ｖであり、そのしきい値電流は曲線１０Ｂに示すように１３０ｍＡである。また、しきい値電流密度は、本実施形態に係る半導体発光素子が２ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の半導体発光素子が９ｋＡ／ｃｍ2 である。これにより、本実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性は従来の半導体発光素子よりも明らかに向上していることがわかる。これは、ｐ型の２層からなるコンタクト層４０と陽電極２２を構成するＮｉとの間のオーミック接触が従来のｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉとの間の接触抵抗の１０分の１になっているからである。
【０１１７】
また、ｐ型の２層からなるコンタクト層４０はＧａＮに対して格子整合しており、その欠陥密度は１×１０9 ／ｃｍ2 である。この値は従来のｐ型Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎコンタクト層の場合よりも１桁小さな値である。
【０１１８】
さらに、本実施形態の特徴として、ｐ型のコンタクト層４０は、第１のコンタクト層４０ａとしてｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなるｐ型クラッド層１８側にＡｌＮ層が設けられているため、図１３に示すように、Ａｌの原子半径がＧａの原子半径よりも小さいので、ＡｌＮ結晶内の隙間がＧａＮ結晶内の隙間よりも小さくなり、その結果、Ａｌと置換したｐ型不純物であるＭｇがＡｌＮ結晶内を拡散できない。従って、導電性を高めるために通常不純物濃度が大きくドープされるコンタクト層４０からｐ型不純物のＭｇが活性層側へ拡散することを抑制できる。
【０１１９】
以下、Ｍｇの拡散が抑制される様子を図面に基づいて説明する。
【０１２０】
図９は二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いて分析した本実施形態に係る半導体発光素子及び従来の半導体発光素子におけるｐ型不純物であるＭｇ濃度を示すグラフである。図９において、曲線５は本実施形態に係る半導体発光素子のＭｇ濃度を示し、曲線１１は従来の半導体発光素子のＭｇ濃度を示している。なお、深さ方向を表わすスケールＡは本実施形態に係る半導体発光素子を示し、スケールＢは従来の半導体発光素子を示し、その符号は各半導体層又は金属層にそれぞれ対応している。図９の曲線５に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子のＭｇ濃度は、第２のコンタクト層４０ｂと第１のコンタクト層４０ａとの界面で急峻に低下しており、アンドープの第２のガイド層１７にはほとんど到達していないことがわかる。一方、曲線１１に示す従来の半導体発光素子の場合は、ｐ型のコンタクト層１１１から多重量子井戸層１０７を越えてＭｇが拡散していることがわかる。
【０１２１】
このように、本実施形態によると、２層からなるｐ型のコンタクト層４０の第１のコンタクト層４０ａがＡｌＮにより構成されているため、該ＡｌＮよりなる半導体層によって、ｐ型の不純物であるＭｇがコンタクト層４０から該コンタクト層４０と接合するｐ型ＧａＮ層１９へ拡散することが抑制される。これにより、不純物のＭｇが結晶のアクセプタサイト以外の場所に侵入してｐ型のキャリアを補償するおそれがなくなり、ｐ型のコンタクト層４０と接するｐ型ＧａＮ層１９の導電性を低下させないため、ｐ型ＧａＮ層１９に印加される電圧が小さくなるので、発光素子の動作電圧を低減させることができる。
【０１２２】
なお、第２のコンタクト層４０ｂを構成するｐ型ＧａＮ0.98Ｐ0.02の代わりにｐ型ＧａＮ1-x Ａｓx を用いてもよい。
【０１２３】
また、ｐ型のコンタクト層４０と接触する陰電極２２の第１の金属層２２ａはＮｉに限らず、Ｐｔ、Ａｕ又はＰｄであってもよい。
【０１２４】
また、サファイアよりなる基板１１の代わりにＳｉＣよりなる基板や、Ａｌ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 又はＬｉＡｌＯ2 等の酸化物よりなる基板を用いてもよく、さらに、ＳｉＣ傾斜基板を用いても同様な効果が得られる。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明に係る半導体発光素子によると、窒素を含むIII −Ｖ族化合物よりなる第２導電型の第２のクラッド層の上に形成されたリン及び窒素又はヒ素及び窒素を含むIII −Ｖ族化合物よりなる第２導電型のコンタクト層を備えているため、第２導電型のＧａＮをコンタクト層に用いる場合よりも電極用金属との間の価電子帯のショットキー障壁の高さを低減することができるので、しきい値電圧が低減することになり、低電圧駆動を実現できる。
【０１２６】
半導体発光素子において、第２導電型のコンタクト層の組成が一般式ＧａＮ1-x Ｐx （但し、式中のｘは０＜ｘ＜１の実数である。）で示されるため、第２導電型のＧａＮをコンタクト層に用いる場合に比べて電極用金属との間の価電子帯のショットキー障壁の高さを確実に低減することができる。
【０１２７】
また、半導体発光素子において、第２導電型のコンタクト層の組成が一般式ＧａＮ1-x Ａｓx （但し、式中のｘは０＜ｘ＜１の実数である。）で示されるため、第２導電型のＧａＮをコンタクト層に用いる場合に比べて電極用金属との間の価電子帯のショットキー障壁の高さを確実に低減することができる。
【０１２８】
また、半導体発光素子において、第２導電型のコンタクト層は複数層よりなり、各複数層におけるリン又はヒ素に対する窒素の割合が、電極側から、窒素を含むIII −Ｖ族化合物よりなる第２のクラッド層に向けて段階的に大きくなるように構成されているため、第２のクラッド層に近づくに連れてコンタクト層の価電子帯のバンド端エネルギーが真空準位から遠くなり、第２のクラッド層の価電子帯のバンド端エネルギーに近づくので、コンタクト層と第２のクラッド層との界面で形成される正孔に対するポテンシャル障壁が小さくなる。このため、しきい値電圧がさらに低減するので、さらなる低電圧駆動を実現できる。
【０１２９】
また、半導体発光素子において、第２導電型はｐ型であって、該コンタクト層は、電極と接触することにより生ずる正孔に対するポテンシャル障壁を低減するため、しきい値電圧が低減するので、低電圧駆動を確実に実現できる。
【０１３０】
また、半導体発光素子において、前記正孔に対するポテンシャル障壁の大きさが零であるため、しきい値電圧がさらに低減するので、さらなる低電圧駆動を確実に実現できる。
【０１３１】
また、半導体発光素子において、第２導電型のコンタクト層はアルミニウムを含むため、窒素を含むIII −Ｖ族化合物に対して格子整合でき、結晶性がよいので、所望の膜厚を有するコンタクト層が確実に得られる
また、半導体発光素子において、第２導電型のコンタクト層と第２導電型の第２のクラッド層との間に形成されたＡｌＮよりなる半導体層をさらに備えているため、ＡｌＮ結晶内の隙間がＧａＮ結晶内の隙間よりも小さいので、Ａｌと置換した第２導電型の不純物がＡｌＮ結晶内を拡散できない。その結果、第２のクラッド層内において、第２導電型のキャリアが第２導電型の不純物により補償されなくなるため、第２のクラッド層の導電性を低下させないので、第２のクラッド層に印加される電圧が小さくなり、動作電圧を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体発光素子の構成断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の電流電圧特性を表わすグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子及び従来の半導体発光素子におけるｐ型不純物であるＭｇ濃度を示すグラフである。
【図１０】従来の半導体発光素子の構成断面図である。
【図１１】代表的なIII −Ｖ族化合物半導体のバンドギャップエネルギーを示すグラフである。
【図１２】ヘテロ接合におけるタイプＩ及びタイプIIのバンドギャップエネルギーを示す図である。
【図１３】代表的なIII −Ｖ族化合物半導体の格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１    基板
１２    バッファ層
１３    ｎ型ＧａＮ層
１４    ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１５    第１のガイド層
１６ａ  バリア層
１６ｂ  活性層
１６    多重量子井戸層
１７    第２のガイド層
１８    ｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
１９    ｐ型ＧａＮ層
２０    コンタクト層
２０ａ  第１のコンタクト層
２０ｂ  第２のコンタクト層
２０ｃ  第３のコンタクト層
２１    電流狭さく層
２２ａ  第１の金属膜
２２ｂ  第２の金属膜
２２    陽電極
２４ａ  Ｔｉ層
２４ｂ  Ａｌ層
２４    陰電極
３０    コンタクト層
４０    コンタクト層
４０ａ  第１のコンタクト層（ＡｌＮよりなる半導体層）
４０ｂ  第２のコンタクト層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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