JP2000036616A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、ｐ層でのコンタクト抵抗の低減を
目的とする。 【解決手段】本願発明にかかる半導体発光素子は、窒化
ガリウム系化合物からなり、所定の波長を有する光を発
する活性層と、前記活性層内にキャリアを閉じ込めるた
めのクラッド層と、前記クラッド層に隣接して設けられ
たコンタクト層と、前記コンタクト層に所定の電位又は
電流を供給する為の電極とを備え、前記クラッド層は、
Ｐ型の不純物が添加されたＧａ_{1 x}Ａｌ_xＮからなり、か
つ、第一の組成比ｘは０＜ｘ＜０. ５なる関係を満た
し、前記コンタクト層は、Ｐ型の不純物が添加されたＧ
ａ_{1 y}Ａｌ_yＮからなり、かつ、第二の組成比ｙは０＜ｙ
＜ｘなる関係を満たす事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
し、特に窒化ガリウム系半導体が使用されるのもであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光
素子は、所定の電圧を印可すると所定の波長の光を発す
る活性層の上に、活性層からキャリアが溢れ出る事を抑
制するクラッド層を形成し、更にクラッド層の上に、ク
ラッド層（又は活性層）に所定の電位を供給するための
電極を形成する構造が使用されている。

【０００３】ここで、活性層にはインジウム窒化ガリウ
ム（ＩｎＧａＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）が使用さ
れ、クラッド層には窒化アルミニウムガリウム（Ｇａ_1
XＡｌ_XＮ、０. １＜Ｘ＜０. ５）が使用される事が多
い。ここで、窒化アルミニウムガリウム（Ｇａ_{1 X}Ａｌ_X
Ｎ、０. １＜Ｘ＜０. ５）から構成されるクラッド層
が、上述した様なクラッド層として機能を十分に発揮す
る為には、アルミニウムＡｌの組成比Ｘは０. １程度必
要となる事が知られている。

【０００４】しかし、クラッド層に含まれるアルミニウ
ムＡｌの組成比ｘの値を０. １より大きくすると、クラ
ッド層の上に形成された電極とクラッド層とをオーミッ
ク接触させる事が困難となり、動作電圧が上昇してしま
う。

【０００５】そこで、マグネシウム（Ｍｇ）が添加され
たｐ型窒化アルミニウムガリウム（Ｇａ_{1 x}Ａｌ_xＮ）
（０．１＜ｘ＜０．５）からなるクラッド層の上にマグ
ネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型窒化ガリウムからな
るコンタクト層を形成する事により動作電圧を低減する
方法が、特開平６―２６８２５９が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法には
以下の問題点がある。即ち、コンタクト層に所定の電圧
（又は電流）を供給する為、所定の電圧が印可される電
極に酸化物系の電極を使用した場合、この酸化物系の電
極とコンタクト層との間には電流がほとんど流れない。
また、コンタクト層上にニッケルＮｉ等の金属を１００
ｎｍ程度形成し、その上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）
等の酸化物をつけて電極を構成する方法が研究されてい
るが、この場合でも動作電圧が従来のＮｉ／Ａｕ／Ｎｉ
等の電極に比べて１．２乃至１．５倍程度と高くなって
しまい、消費電力が大きくなってしまう。そこで、本願
発明は、酸化物系の電極を使用しても、電極とコンタク
ト層間で十分なオーミック接触が得られる光半導体素子
を提供する事を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する為
に、本願発明にかかる半導体発光素子は、窒化ガリウム
系化合物からなり、所定の波長を有する光を発する活性
層と、前記活性層内にキャリアを閉じ込めるためのクラ
ッド層と、前記クラッド層に隣接して設けられたコンタ
クト層と、前記コンタクト層に所定の電位又は電流を供
給する為の電極とを備え、前記クラッド層は、Ｐ型の不
純物が添加されたＧａ_{1 x}Ａｌ_xＮからなり、かつ、第一
の組成比ｘは０＜ｘ＜０. ５なる関係を満たし、前記コ
ンタクト層は、Ｐ型の不純物が添加されたＧａ_{1 y}Ａｌ_y
Ｎからなり、かつ、第二の組成比ｙは０＜ｙ＜ｘなる関
係を満たす事を特徴とする。上記の様な構成を採用する
事により、本願発明にかかる半導体発光素子は動作電圧
の上昇を抑制する事が出来る。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第一の実施形態）以下、図面を
参酌しながら本願発明にかかる実施形態を詳細に説明す
る。図１には本願発明に係る半導体発光素子の上面透視
図を示した。図１に示す様に、コンタクト層８０の上
に、電極９０が設けられており、コンタクト層３０の上
方に電極４０が設けられている。

【０００９】また、図１におけるＡＢ断面図を図２に示
した。図２に示した様に、例えばサファイア（Ａｌ
₂Ｏ₃）からなる基板１０の上にバッファ層２０が形成さ
れており、その上には例えばシリコンを含んだｎ型窒化
ガリウム（ｎ―ＧａＮ（Ｓｉ））からなるコンタクト層
３０が形成されている。ここで、シリコンＳｉを含んで
いるのは、窒化ガリウムＧａＮをｎ型にするためであ
る。ここで、バッファ層２０は、例えば窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）から構成されている。

【００１０】また、コンタクト層３０の上面の一部には
ｎ型電極４０が形成され、それ以外の上面には例えばシ
リコンを含んだｎ型の窒化アルミニウムガリウム（ｎ―
Ａｌ_{0. 1}Ｇａ_{0. 9}Ｎ（Ｓｉ））からなるクラッド層５０
が形成されている。また、電極４０の上にはボンディン
グパッド１４が形成されている。但し、図１では理解を
容易にする為、ボンディングパッド１４は図示していな
い。

【００１１】また、このクラッド層５０の上には、例え
ばシリコンＳｉと亜鉛Ｚｎを含んだ窒化ガリウムＧａＮ
からなる活性層６０が形成され、更にその上には、例え
ばマグネシウムを含んだｐ型の窒化アルミニウムガリウ
ム（ｐ―Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_{0. 85}Ｎ（Ｍｇ））からなるクラ
ッド層７０が形成されている。

【００１２】ここで、活性層６０は、活性層６０内に蓄
積された電子が正孔と結合する際、所定の波長を有する
光を発光する層である。クラッド層５０、及び７０は活
性層６０の両端にエネルギー障壁を形成し、活性層６０
内に蓄積したキャリアが溢れ出ない様に閉じ込める為の
層である。また、活性層６０に亜鉛Ｚｎを添加した理由
は発光波長を制御する為であり、制御する必要がなけれ
ば亜鉛Ｚｎを添加する必要はない。

【００１３】また、クラッド層７０の上には、例えばマ
グネシウムＭｇを含んだｐ型の窒化アルミニウムガリウ
ム（ｐ―Ａｌ_{0. 03}Ｇａ_{0. 97}Ｎ（Ｍｇ））からなるコン
タクト層８０が設けられ、その上には酸化物を含んだ電
極９０、例えば、酸化インジウムチタンＩＴＯ（Indium
Tin Oxide以下、単にＩＴＯと称する）、又はＩＴＯ／
Ｎｉからなる電極が設けられている。また、電極９０の
一部にはボンディングパッド１６が形成されている。但
し、図１では理解を容易にする為、ボンディングパッド
１６は図示していない。

【００１４】次に、図３に電極９０近傍の拡大断面図を
示した。図３（１）に示される様に、コンタクト層８０
の上面の一部には、ＩＴＯからなる電極９０が形成さ
れ、それ以外のコンタクト層８０の表面には保護膜とな
る酸化膜が形成されている。更に、電極９０の上面の一
部には例えば、ニッケルＮｉ層８４と金Ａｕ層８５の積
層から構成されるボンディングパッド８６が形成されて
いる。

【００１５】また、図３（２）には、図３（１）に示し
た実施形態の変形例を示した。図３（２）に示される様
に、電極９０には、厚さ１００ｎｍ程度のニッケルＮｉ
９１とＩＴＯ９２の積層から構成される電極が設けられ
ている。ここで、ニッケルＮｉを設ける理由はオーミッ
ク接触を取り易くする為である。

【００１６】また、図３（３）には、電極９０にニッケ
ル層９５、金層Ａｕ９４、ニッケル層９３の積層から構
成される電極が設けられている。また、ニッケル層９３
の上には保護膜が形成されている。

【００１７】次に、上述の半導体発光素子の製造方法に
ついて説明する。図４（１）に示す様に、基板１０の上
に、ＭＯＣＶＤ法を用いてバッファ層２０、コンタクト
層３０、クラッド層５０、活性層６０、クラッド層７
０、コンタクト層８０を連続して積層形成する。以下
に、更に詳細に説明する。また、説明の便宜上、各工程
に対して連番を付けた。

【００１８】（１）まず始めに、水素ガスを流しながら
基板１０を約１１００℃で１０分間加熱し、基板１０の
表面に付着して酸化膜を除去する。 （２） 次に、温度を６００℃まで冷却し、トリメチル
アルミニウム（以下、ＴＭＡと称する）、アンモニア、
及び、水素や窒素等のキャリアガスを流入させる事によ
り、厚さ３０ｎｍ程度の窒化アルミニウムＡｌＮからな
るバッファ層２０を基板１０の上に形成する。

【００１９】（３）これに続いて、１１００℃程度の温
度でトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと称する）、シ
ランＳｉＨ₄、アンモニア、及び、キャリアガスを流入
させる事により厚さ４μｍ程度のｎ型窒化ガリウムｎ―
ＧａＮを形成する。

【００２０】（４）次に、温度を１１００℃に保ったま
まＴＭＧ、ＴＭＡ、シラン、アンモニア、及び、キャリ
アガスを流入する事により、厚さ３０ｎｍ程度のｎ型窒
化アルミニウムガリウムＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるコン
タクト層３０を形成する。

【００２１】（５）次に、温度を１１００℃に保ったま
まで、ＴＭＧ、アンモニア、ジメチルジンクＺｎ（ＣＨ
３）２、シラン、及び、キャリアガスを流入する事によ
り、厚さ４０ｎｍ程度の窒化ガリウムＧａＮ（Ｚｎ、Ｓ
ｉ）からなる活性層６０を形成する。

【００２２】（６）次に、温度を１１００℃に保ったま
ま、シクロペンタジエチルマグネシウム（以下、Ｃｐ₂
Ｍｇと称する）、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、及び、
キャリアガスを流入する事により、厚さ５０ｎｍのＰ型
窒化アルミニウムガリウムｐ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから
なるクラッド層７０を形成する。ここで、クラッド層７
０に含まれるマグネシウムＭｇ濃度は、６．０×１０¹⁹
（ｃｍ ³）であった。

【００２３】（７）次に、基板の温度を１１００℃に保
ったまま、Ｃｐ₂Ｍｇ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、
及び、キャリアガスを流入する事により厚さ１５０ｎｍ
のｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるコンタクト層８０を
形成する。

【００２４】（８）次に、温度を室温まで冷却する。 （９）次に、コンタクト層８０の上に、所定の形状にパ
ターニングされたレジストを形成する。そして、このパ
ターニングされたレジストをマスクとしてコンタクト層
８０、クラッド層７０、活性層６０、クラッド層５０、
コンタクト層３０の一部をエッチング除去し、パターニ
ングされたレジストをアッシングにより除去する。次
に、例えば、ＣＶＤ法を用いて酸化膜からなる保護膜１
１を全面に形成し、写真蝕刻法を用いて、コンタクト層
３０の上面が露出する様に開口部１５０を形成するとと
もに、コンタクト層８０の上面が露出する様に開口部１
６０を形成する。

【００２５】その後、開口部１０６に電極９０を形成
し、その上の一部にパッド電極１６を形成する。また、
開口部１０５に電極４０と形成し、その上面にボンディ
ングパッド１４を形成すると、図２に示した半導体発光
素子が形成される。

【００２６】本願発明は以上の様に構成されている。即
ち、コンタクト層８０に添加されたＡｌの組成比（ｙ＝
０．０３）は、クラッド層７０に添加されたアルミニウ
ムＡｌの組成比（ｘ＝０．１５）より低くなっている。
この為、電極９０とコンタクト層８０とをオーミック接
触させる事が容易となる。更に、後述するが電極９０に
酸化物系の電極を使用した場合であっても、電極９０と
コンタクト層８０との間に電流を流す事が出来る。

【００２７】ここで、コンタクト層８０に添加されたア
ルミニウムＡｌの組成比ｙと、クラッド層７０に添加さ
れたアルミニウムＡｌの組成比ｘは、上述の値に限定さ
れず、０＜ｘ＜０．５、かつ、０＜ｙ＜ｘの関係を満た
せば良い。

【００２８】また、クラッド層７０には、活性層６０に
電子を閉じ込めておくのに十分な量のアルミニウムＡｌ
が添加されている（本実施形態では、組成比ｘ＝０．１
５）。従って、本願発明にかかる半導体発光素子は十分
な発光が可能である。

【００２９】また、活性層６０に亜鉛Ｚｎが添加されて
いるので、発光波長が変化し。コンタクト層８０で光が
吸収されることはない。また、上述の様に、クラッド層
７０に添加されたアルミニウムの組成比ｘと、コンタク
ト層８０に添加されたアルミニウムの組成比ｙは、０＜
ｘ＜０．５、かつ、０＜ｙ＜ｘの関係を満たす。組成比
に関しては前述の関係を満足させ、かつ、ｐ型不純物の
濃度を概略同じにすると良い。これによりクラッド層７
０とコンタクト層８０の形成が容易になり、結晶成長の
再現性、均一性が良くなる。更に、素子による特性のば
らつきも小さくなり、結晶性を向上させる事が出来る。

【００３０】但し、ｐ型不純物濃度が高すぎると結晶性
が低下し、低すぎると十分なキャリア濃度が得られない
為、ｐ型不純物の濃度は１×１０¹⁹乃至１×１０²¹（ｃ
ｍ ³）の範囲内が望ましい。

【００３１】次に、電極９０に酸化物系の電極を使用し
た場合でも、電極とコンタクト層との間に電流を流す事
が容易となる事について以下に詳細に説明する。上述の
第一の実施形態に示した半導体発光素子を用いて、動作
電圧Ｖｆ、及び、発光出力Ｐを測定した。実験は、半導
体発光素子の動作電流Ｉｆを２０（ｍＡ）、発光ピーク
波長λを４３０（ｎｍ）として、ｐ型電極９０に酸化物
系の電極と、一般に使用される電極を使用した場合の動
作電圧Ｖｆ、及び、発光出力Ｐをそれぞれ測定した。

【００３２】ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使
用した場合、例えば、ニッケルと金の積層膜（Ｎｉ/ Ａ
ｕ/ Ｎｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝３．９
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝２．８（ｍＷ）であった。

【００３３】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物系電
極、例えば、ＩＴＯを使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝
３．８（Ｖ）、発光出力Ｐ＝２．９（ｍＷ）であった。
特に、ＩＴＯからなる電極９０を用いた場合には、動作
電圧Ｖｆ、発光出力Ｐのばらつきが少なかった。

【００３４】更に、上述の第一の実施形態に示した半導
体発光素子におけるコンタクト層８０に窒化ガリウムＧ
ａＮを用いた素子を使用して、前述と同様の実験を行っ
た。ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使用した場
合、例えば、ニッケルと金の積層膜（Ｎｉ/ Ａｕ/ Ｎ
ｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝３．９（Ｖ）、発
光出力Ｐ＝２．８（ｍＷ）であった。

【００３５】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物系電
極、例えば、ＩＴＯを使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝２
０（Ｖ）以上となってしまい。十分な発光が確認できな
かった。

【００３６】以上の測定結果より、本発明に様にコンタ
クト層にアルミニウムＡｌを混入する事により、酸化物
系電極とコンタクト層との間に電流を流すことが出来る
事が分かる。一般に、ＩＴＯはｐ層（例えば、ｐ型コン
タクト層）とはオーミック接触しない事が知られている
ので、電流が流れる様になったのは量子論におけるトン
ネル効果による電流（以下、トンネル電流と称する）が
流れる為と考えられる。

【００３７】従って、電極に酸化物系電極を使用する場
合、電極とコンタクト層間に電流を流す為には、コンタ
クト層に純粋な窒化ガリウムを使用せず、本実施形態の
様に所定の濃度の不純物、例えばアルミニウムＡｌを添
加した窒化アルミニウムガリウムを使用する事が良い事
が解る。但し、アルミニウムの組成が１０％を超えると
徐々に動作電圧が上昇してしまうので、コンタクト層の
Ａｌ組成は０％より大きく１０％以下が望ましい。

【００３８】また、一般的にｐ型コンタクト層に含有さ
れるアルミニウムＡｌの組成が低いほどオーミック接触
を形成し易いと言われている。しかし、発明者らの実験
ではＡｌ組成が３％程度であっても、Ｎｉ/ Ａｕ/ Ｎｉ
を電極として用いた場合でも良好なオーミック接触を形
成する事が出来た。

【００３９】（第一の実施形態の変形例）次に、第一の
実施形態の変形例について説明する。第一の実施形態と
異なる所は、活性層６０に亜鉛Ｚｎが含まれていない事
である。

【００４０】上述の第一の実施形態の変形例にかかる半
導体発光素子を用いて、動作電圧Ｖｆ、及び、発光出力
Ｐを測定した。実験は、半導体発光素子の動作電流Ｉｆ
を２０（ｍＡ）、発光ピーク波長λを３６７（ｎｍ）の
紫外線を示し、ｐ型電極９０に酸化物系の電極と、一般
に使用される電極を使用した場合の動作電圧Ｖｆ、及
び、発光出力Ｐをそれぞれ測定した。

【００４１】ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使
用した場合、例えば、ニッケルと金の合金（Ｎｉ/ Ａｕ
/ Ｎｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝４．１
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝１．４（ｍＷ）であった。

【００４２】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物系電
極、例えば、ＩＴＯを使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝
４．０（Ｖ）、発光出力Ｐ＝１．５（ｍＷ）であった。
特に、ｐ型電極９０にＩＴＯを使用した場合には、動作
電圧及び発光出力の素子によるばらつきはなかった。

【００４３】更に、上述の第一の実施形態に示した半導
体発光素子におけるコンタクト層８０に、濃度６．０×
１０¹⁹（ｃｍ ³）のマグネシウムＭｇを含有する窒化ガ
リウムＧａＮを用いた素子を使用して、前述と同様の実
験を行った。

【００４４】ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使
用した場合、例えば、ニッケルと金の合金（Ｎｉ/ Ａｕ
/ Ｎｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝４．１
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝１．０（ｍＷ）であった。

【００４５】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物系電
極、例えば、ＩＴＯを使用した場合には、動作電圧は２
０（Ｖ）以上となり、十分な発光が確認できなかった。
以上より、一般に使用される電極、即ち、ニッケルと金
の合金（Ｎｉ/ Ａｕ/Ｎｉ）からなる電極を用いた場合
でも、本発明の様にコンタクト層にアルミニウムＡｌを
混入した方が発光出力が１．４倍（１．４ｍＷ／１．０
ｍＷ）になっている。これは、従来の様に窒化ガリウム
ＧａＮを活性層として用い、かつ、マグネシウムＭｇを
添加したｐ型の窒化ガリウム（ｐ型ＧａＮ）をコンタク
ト層として使用した場合、ｐ型窒化ガリウムが活性層か
ら放出された光を吸収してしまうことが原因と考えられ
る。

【００４６】この場合にも、アルミニウムの組成が１０
％を超えると徐々に動作電圧が上昇してしまうので、コ
ンタクト層のＡｌ組成は０％より大きく１０％以下が望
ましい。

【００４７】（第二の実施形態）図５に第二の実施形態
にかかる半導体発光素子を示した。図５に示す様に、例
えばサファイアＡｌ₂Ｏ₃からなる基板１０の上に、例え
ば窒化ガリウムからなるバッファ層２１が形成されてい
る。また、その上に、例えばシリコンを含んだｎ型窒化
ガリウムｎ―ＧａＮ（Ｓｉ）からなるコンタクト層３０
が形成されている。このコンタクト層３０の上面の一部
には電極４０が形成されており、他の上面の一部には例
えば窒化インジウムガリウムＩｎＧａＮと窒化ガリウム
ＧａＮの五積層からなる活性層６１が形成されている。
また、その上に、例えば、マグネシウムを含有したｐ型
の窒化アルミニウムガリウム（ｐ―Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
（Ｍｇ））からなるキャップ層２５が形成されている。
このキャップ層は、インジウムＩｎの結晶劣化を防止す
る為に形成しているので、インジウムＩｎの結晶の劣化
が問題にならない場合には、キャップ層は必要ない。

【００４８】また、その上には、例えば、マグネシウム
を含有したｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ｐ―Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎ（Ｍｇ））からなるクラッド層７０が形成
される。更に、その上には例えば、マグネシウムを含有
したｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ｐ―Ａｌ_0.01Ｇ
ａ_0.99Ｎ（Ｍｇ））からなるコンタクト層８０が形成さ
れ、その上に、電極９０が形成される。

【００４９】次に、上述の半導体発光素子の製造方法に
ついて説明する。基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ法を用い
てバッファ層２１、コンタクト層３０、クラッド層６
１、キャップ層２５、活性層６１、クラッド層７０、コ
ンタクト層８０を連続して積層形成する。以下に、更に
詳細に説明する。

【００５０】まず始めに、水素ガスを流しながら基板１
０を約１１００℃で１０分間加熱し、基板１０の表面に
付着して酸化膜を除去する。次に、温度を５５０℃まで
冷却し、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと称す
る）、アンモニア、及び、水素や窒素等のキャリアガス
を流入させる事により、厚さ１００ｎｍ程度の窒化ガリ
ウムＧa Ｎからなるバッファ層２１を基板１０の上に形
成する。

【００５１】これに続いて、１１００℃程度の温度でＴ
ＭＧ、シランＳｉＨ₄、アンモニア、及び、キャリアガ
スを流入させる事により厚さ４μｍ程度のｎ型窒化ガリ
ウムｎ―ＧａＮを形成する。

【００５２】次に、温度を７００℃まで冷却して、ＴＭ
Ｇ、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩと称する）、
アンモニア、及び、キャリアガスを流入する事により、
窒化インジウムガリウムＩｎＧａＮと窒化ガリウムＧａ
Ｎからなる五層の活性層６１を形成する。ここで、活性
層６１に不純物を注入しても良い。

【００５３】次に、温度を７００℃に保ったままで、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ₂Ｍｇ、アンモニア、キャリアガス
を流入する事により、厚さ１００ｎｍ程度のＰ型窒化ア
ルミニウムガリウムｐ―Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるキャ
ップ層２５を形成する。尚、キャップ層２５に含有され
るマグネシウムＭｇの濃度は６．０×１０¹⁸（ｃｍ ³）
であった。

【００５４】次に、温度を１１００℃に加熱して、Ｃｐ
２Ｍｇの流量を変える事無く、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスを流入する事により、厚さ１
００ｎｍのマグネシウムを含んだＰ型窒化アルミニウム
ガリウムｐ―Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるクラッド層７０
を形成する。尚、クラッド層７０に含有されるマグネシ
ウムＭｇの濃度は６．０×１０¹⁸（ｃｍ ³）であった。

【００５５】次に、温度を１１００℃に保ったまま、Ｃ
ｐ２Ｍｇの流量を変える事無く、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アン
モニア、及び、キャリアガスを流入する事により、厚さ
１５０ｎｍのマグネシウムを含んだＰ型窒化アルミニウ
ムガリウムｐ―Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるコンタクト
層８０を形成する。尚、このコンタクト層８０に含有さ
れるマグネシウムＭｇの濃度は６．０×１０¹⁹（ｃｍ
³）であった。

【００５６】次に、温度を室温まで冷却する。また、そ
の後の工程は第一の実施形態の製造工程と同様であるの
で省略する。本願発明は以上の様に構成されている。即
ち、コンタクト層８０に添加されたアルミニウムＡｌの
組成比（ｙ＝０．０１）は、クラッド層７０に添加され
たアルミニウムＡｌの組成比（ｘ＝０．１）より低くな
っている。この為、電極９０とコンタクト層８０とをオ
ーミック接触させる事が容易となる。更に、後述するが
電極９０に酸化物／金属系の電極を使用した場合であっ
ても、電極９０とコンタクト層８０との間に十分な電流
と流す事が出来る。

【００５７】ここで、コンタクト層８０に添加されたア
ルミニウムＡｌの組成比ｙと、クラッド層７０に添加さ
れたアルミニウムＡｌの組成比ｘは、上述の値に限定さ
れず、０＜ｘ＜０．５、かつ、０＜ｙ＜ｘの関係を満た
せば良い。

【００５８】また、クラッド層７０には、活性層６１に
電子を閉じ込めておくのに十分な量のアルミニウムＡｌ
が添加されている（本実施形態では、組成比ｘ＝０．
１）。従って、本願発明にかかる半導体発光素子は十分
な発光が可能である。

【００５９】また、上述の様に、クラッド層７０に添加
されたアルミニウムの組成比ｘと、コンタクト層８０に
添加されたアルミニウムの組成比ｙは、０＜ｘ＜０．
５、かつ、０＜ｙ＜ｘの関係を満たす。組成比に関して
は前述の関係を満足させ、かつ、ｐ型不純物の濃度を概
略同じにすると良い。これによりクラッド層７０とコン
タクト層８０の形成が容易になり、結晶成長の再現性、
均一性が良くなる。更に、素子による特性のばらつきも
小さくなり、結晶性を向上させる事が出来る。

【００６０】但し、ｐ型不純物濃度が高すぎると結晶性
が低下し、低すぎると十分なキャリア濃度が得られない
為、ｐ型不純物の濃度は１×１０¹⁹乃至１×１０²¹（ｃ
ｍ ³）の範囲内が望ましい。

【００６１】次に、前述の実施例において電極９０に酸
化物／金属系の電極を使用した場合でも、電極とコンタ
クト層との間に十分な電流を流す事が出来る。次に、こ
の事について以下に詳細に説明する。

【００６２】上述の第一の実施形態に示した半導体発光
素子を用いて、動作電圧Ｖｆ、及び、発光出力Ｐを測定
した。実験は、半導体発光素子の動作電流Ｉｆを２０
（ｍＡ）、発光ピーク波長λを４５０（ｎｍ）として、
ｐ型電極９０に酸化物／金属系の電極と、一般に使用さ
れる電極を使用した場合の動作電圧Ｖｆ、及び、発光出
力Ｐをそれぞれ測定した。

【００６３】ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使
用した場合、例えば、ニッケルと金の合金（Ｎｉ/ Ａｕ
/ Ｎｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝３．７
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝３．０（ｍＷ）であった。

【００６４】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物／金
属系電極、例えば、ＩＴＯ／Ｎｉ（Ｎｉの厚さは１００
ｎｍ程度）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝３．５
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝３．２（ｍＷ）であった。

【００６５】更に、上述の第二の実施形態に示した半導
体発光素子におけるコンタクト層８０に、濃度が６．０
×１０¹⁹（ｃｍ ³）のマグネシウムＭｇを含有した窒化
ガリウムＧａＮを用いた素子を使用して、前述と同様の
実験を行った。

【００６６】ｐ型電極９０に一般に使用される電極を使
用した場合、例えば、ニッケルと金の合金（Ｎｉ/ Ａｕ
/ Ｎｉ）を使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝３．７
（Ｖ）、発光出力Ｐ＝３．０（ｍＷ）であった。

【００６７】これに対して、ｐ型電極９０に酸化物系電
極、例えば、ＩＴＯを使用した場合、動作電圧Ｖｆ＝
４．５（Ｖ）、発光出力Ｐ＝２．５（ｍＷ）であった。
以上の測定結果より、本発明の様にコンタクト層にアル
ミニウムＡｌを混入する事により、ＩＴＯ/ Ｎｉ電極と
コンタクト層との間に電流が流れ易くなる事がわかる。

【００６８】従来技術の様に、マグネシウムＭｇを添加
したｐ型窒化ガリウム（ｐ型ＧａＮ）をコンタクト層と
して使用した場合には、電極をＮｉ/ Ａｕ/ ＮｉからＩ
ＴＯ/ Ｎｉに変える事により電圧が１．３倍程度に上昇
する事からＩＴＯ/ Ｎｉとコンタクト層とのオーミック
接触が十分でないと考えられる。

【００６９】本発明の様にコンタクト層にアルミニウム
Ａｌを混入することによりＩＴＯ/Ｎｉ電極とコンタク
ト層との間に電流が流れ易くなるのは、オーミック接触
には変化がないが、ニッケルＮｉの厚さが１００ｎｍ程
度と非常に薄いのでコンタクト層からＩＴＯへのトンネ
ル電流が発生するためだと考えられる。

【００７０】但し、アルミニウムの組成が１０％を超え
ると徐々に動作電圧が上昇してしまうので、コンタクト
層のＡｌ組成は０％より大きく１０％以下が望ましい。
また、一般的にｐ型コンタクト層に含有されるアルミニ
ウムＡｌの組成が低いほどオーミック接触を形成し易い
と言われている。しかし、発明者らの実験ではＡｌ組成
が３％程度であっても、Ｎｉ/ Ａｕ/ Ｎｉを電極として
用いた場合でも良好なオーミック接触を形成する事が出
来た。

【００７１】

【発明の効果】本願発明は、以上の様に構成されるの
で、ｐ層のコンタクト抵抗を低減する事が出来る。特
に、ＩＴＯ等の酸化物系電極や、ＩＴＯ/ Ｎｉ等の酸化
物/ 金属系電極を用いる場合に有効である。また、活性
層に窒化ガリウムＧａＮ、又は、シリコンを含んだ窒化
ガリウムＧａＮ（Ｓｉ）を用いた場合には、コンタクト
層での光の吸収を抑制する事も出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施形態にかかる半導体発光素子に上面
図を示した図である。

【図２】図１におけるＡＢ断面図を示した図である。

【図３】図２における電極近傍の拡大断面図である。

【図４】第一の実施形態にかかる半導体発光素子の製造
工程の一部を示した図である。

【図５】第二の実施形態にかかる断面図を示したもので
ある。

【符号の説明】

１０…基板、２０、２１…バッファ層、３０、８０…コ
ンタクト層、４０、５０…電極、５０、７０…クラッド
層、６０、６１…活性層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Ｆターム(参考） 5F041 CA34 CA40 CA58 CA98 CA99

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化ガリウム系化合物からなり、所定の波
   長を有する光を発する活性層と、 前記活性層内にキャリアを閉じ込めるためのクラッド層
   と、 前記クラッド層に隣接して設けられたコンタクト層と、 前記コンタクト層に所定の電位又は電流を供給する為の
   電極と、を備え、 前記クラッド層は、Ｐ型の不純物が添加されたＧａ_{1 x}
   Ａｌ_xＮからなり、かつ、第一の組成比ｘは０＜ｘ＜０.
   ５なる関係を満たし、 前記コンタクト層は、Ｐ型の不純物が添加されたＧａ_{1
   y}Ａｌ_yＮからなり、かつ、第二の組成比ｙは０＜ｙ＜ｘ
   なる関係を満たす事を特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】前記電極が、酸化物を含む事を特徴とする
   請求項１記載の半導体発光素子。
3. 【請求項３】前記第二の組成比ｙが０＜ｙ＜０. １の関
   係を満たす事を特徴とする請求項１記載の半導体発光素
   子。
4. 【請求項４】前記クラッド層に含まれるＰ型の不純物の
   濃度と、前記コンタクト層に含まれるＰ型の不純物の濃
   度は概略等しい事を特徴とする請求項１記載の半導体素
   子。
5. 【請求項５】前記Ｐ型の不純物の濃度が、１×１０
   ¹⁹（ｃｍ ³）以上であり、かつ、１×１０²¹（ｃｍ ³）
   以上である事を特徴とする請求項１記載の半導体発光素
   子。
6. 【請求項６】 窒化ガリウムを主成分とする活性層の上
   方に、Ｐ型不純物を含有したＧａ_{1 x}Ａｌ_xＮからなるク
   ラッド層を形成する工程と、 前記クラッド層の上に、Ｐ型不純物を含有したＧａ_{1 y}
   Ａｌ_yＮ（ｙ＜ｘ）からなるコンタクト層を形成する工
   程と、 前記コンタクト層の表面に電極を形成する工程と、 を具備するする事を特徴とする半導体発光素子の製造方
   法。