特許 5874592 ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5874592

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20160218BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 186

   H01L21/205

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-208357(P2012-208357)

(22)【出願日】2012年9月21日

(65)【公開番号】特開2014-63891(P2014-63891A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2014年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 敦嗣

(72)【発明者】

【氏名】奥野 浩司

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８３０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９８９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５３６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４５２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０２４１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光層と、その発光層上にＡｌを含むIII 族窒化物半導体からなるｐクラッド層と、そのｐクラッド層上にIII 族窒化物半導体からなるｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記ｐクラッド層は、
前記発光層上にＭＯＣＶＤ法によって第１ｐクラッド層を形成する前段工程と、
前記第１クラッド層上にＭＯＣＶＤ法によって第２ｐクラッド層を形成する後段工程と、
により形成し、
後段工程でのＭｇドーパントガスの供給量は、前段工程でのＭｇドーパントガスの供給量の半分以下にして、
前記発光層と前記第１ｐクラッド層との界面から前記ｐコンタクト層側に向かって急峻にＭｇ濃度を上昇させた後、一定のＭｇ濃度を保ってｐクラッド層における厚さ方向のＭｇ濃度を均一として、その後前記第２ｐクラッド層と前記ｐコンタクト層との界面付近で急峻にＭｇ濃度を減少させたＭｇ濃度分布を得る
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】

前段工程におけるＡｌの原料ガスの供給量は、後段工程におけるＡｌの原料ガスの供給量よりも１〜１０％多くする、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記第１ｐクラッド層の厚さは、前記ｐクラッド層の厚さの６０％以下で、かつ、１６０Å以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記ｐクラッド層の厚さを５０Å以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項5】

前記第１ｐクラッド層のＡｌ組成比を５〜５０％とし、かつ、第２ｐクラッド層のＡｌ組成比以上とする、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記ｐクラッド層のＭｇ濃度の平均が、１×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³ となるよう前段工程および後段工程においてＭｇドーパントガスを供給する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項7】

前記ｐクラッド層は、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮを交互に繰り返し積層させた超格子構造である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法であり、ｐクラッド層の形成方法に特徴を有する。

【背景技術】

【0002】

従来、III 族窒化物半導体発光素子では、発光層とｐコンタクト層との間にＭｇドープのｐクラッド層を設け、電子が発光層を越えてｐコンタクト層側へリークしてしまうのを防止し、発光層への電子の閉じ込めを図っている。

【0003】

ｐクラッド層の結晶成長において、Ｍｇは原料供給開始時から徐々に結晶中に取り込まれていく。速やかに狙いの濃度で結晶に取り込まれるわけではない（特許文献１、特にその図５参照）。そのため、Ｍｇドーパントガスの供給量を一定としてｐクラッド層を形成した場合、ｐクラッド層の発光層側近傍はＭｇ濃度が低く、発光層側からｐコンタクト層側に向かって次第にＭｇ濃度が高くなっていくという濃度分布が形成されている（図７参照）。このような濃度分布であることから、ｐクラッド層内でキャリア分布に偏りが生じ、発光層へのホール注入に影響して素子特性、たとえば発光効率に悪影響を及ぼす。また、ｐクラッド層のｐコンタクト層側でＭｇ濃度が高くなるため、過剰ドープによって結晶欠陥が生じてしまう可能性もある。

【0004】

Ｍｇ濃度、Ｍｇ供給量の制御に関する技術としては、特許文献２、３に開示されたものがある。

【0005】

特許文献２には、キャリアガスの水素を窒素よりも多くしてＭｇドープのIII 族窒化物半導体を成長させた後、III 族原料ガスの供給を停止し、次にキャリアガスの窒素を水素よりも多くしてＭｇドープのIII 族窒化物半導体を再び成長させることが記載されている。これによると、再成長させたIII 族窒化物半導体は、再成長前のIII 族窒化物半導体と比べてＭｇ濃度が急峻に増加していると記載されている。

【0006】

特許文献３には、ＡｌＧａＮとＧａＮを交互に積層したｐ型の超格子構造を形成する際に、ＡｌＧａＮを形成するときにはＭｇ原料ガスを供給せず、ＧａＮを形成するときにはそのＧａＮの成長時間よりも短い時間、Ｍｇ原料ガスを供給することで、低抵抗なｐ型の超格子構造を形成できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−１９８３１４号公報

【特許文献2】特開２００６−３１３８９０号公報

【特許文献3】特開２００９−１６４４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のように、従来のｐクラッド層の形成方法では、ｐクラッド層内でＭｇ濃度分布に偏りが生じてしまい、素子特性に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。

【0009】

特許文献１には、そのようなＭｇ濃度分布の偏りが生ずることが記載されているが、その偏りを解消する方法については記載・示唆がない。また、特許文献２、３にはそのようなＭｇ濃度分布の偏りについて記載・示唆がなく、それを解消する方法についても記載・示唆がない。

【0010】

そこで本発明の目的は、ｐクラッド層内のＭｇ濃度分布の偏りを解消して、キャリア分布の不均一性を解消することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、発光層と、その発光層上にＡｌを含むIII 族窒化物半導体からなるｐクラッド層と、そのｐクラッド層上にIII 族窒化物半導体からなるｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、ｐクラッド層は、発光層上にＭＯＣＶＤ法によって第１ｐクラッド層を形成する前段工程と、第１クラッド層上にＭＯＣＶＤ法によって第２ｐクラッド層を形成する後段工程と、により形成し、後段工程でのＭｇドーパントガスの供給量は、前段工程でのＭｇドーパントガスの供給量の半分以下にして、発光層と第１ｐクラッド層との界面からｐコンタクト層側に向かって急峻にＭｇ濃度を上昇させた後、一定のＭｇ濃度を保ってｐクラッド層における厚さ方向のＭｇ濃度を均一として、その後第２ｐクラッド層とｐコンタクト層との界面付近で急峻にＭｇ濃度を減少させたＭｇ濃度分布を得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である。

【0012】

Ａｌを含むIII 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_z Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表わされる半導体であり、具体的にはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮである。より一般にはＧａを含むＡｌＧａＮ、またはＡｌＧａＩｎＮである。

【0013】

ｐクラッド層は単層であってもよいし、複数の層であってもよく、さらに超格子構造であってもよい。いずれも本発明の「Ａｌを含むIII 族窒化物半導体からなるｐクラッド層」に含まれるものである。ｐクラッド層が超格子構造ではない複数の層で構成されている場合には、複数の層のうち少なくとも１層がＡｌを含むIII 族窒化物半導体であればよい。また、ｐクラッド層が超格子構造である場合には、１ペアを構成する複数の層のうち少なくとも１層がＡｌを含むIII 族窒化物半導体であればよい。たとえば、ｐクラッド層はＡｌＧａＮ、またはＡｌＧａＩｎＮからなる単層とすることができる。また、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮを交互に繰り返し積層させた超格子構造とすることができる。

【0014】

前段工程におけるＭｇドーパントガスの供給量を後段工程よりも増加させる結果、結晶にＡｌが入りにくくなり、第１ｐクラッド層のＡｌ組成比が低下してしまうので、前段工程におけるＡｌの原料ガスの供給量を、後段工程におけるＡｌの原料ガスの供給量よりも１〜１０％多くすることで、Ａｌ組成比の低下を抑制することが望ましい。また、第１ｐクラッド層のＡｌ組成比は５〜５０％とし、かつ、第２ｐクラッド層のＡｌ組成比以上とするのがよい。

【0015】

なお、Ａｌ組成比とは、III 族窒化物半導体のIII 族金属におけるＡｌの割合（ｍｏｌ％）を示す。すなわち、化学式Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_z Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表わされるIII 族窒化物半導体において、ｘ＊１００（％）がＡｌ組成比である。

【0016】

【0017】

ｐクラッド層の厚さは、５０Å以上とすることが望ましい。５０Åより薄いと、クラッド層としての機能が十分に発揮されないためである。また、１０００Å以下であることが望ましい。これよりも厚いと結晶性を悪化させてしまう。より望ましいｐクラッド層の厚さは１００〜５００Åである。

【0018】

第１ｐクラッド層の厚さは、ｐクラッド層の厚さの６０％以下で、かつ、１６０Å以下とすることが望ましい。Ｍｇドープによってｐクラッド層に欠陥が生じてしまわないような厚さとすることができる。より望ましいのは、ｐクラッド層の厚さの５０％以下とし、１４０Å以下とすることである。

【0019】

後段工程でのＭｇドーパントガスの供給量を、前段工程でのＭｇドーパントガスの供給量の半分以下とするのは、メモリー効果によるＭｇドープも考慮して、ｐクラッド層に結晶欠陥が生じないようなＭｇ濃度とするためである。Ｍｇドーパントガスの供給量は、たとえば、Ｍｇドーパントガスのモル分圧や流量によって制御することができる。後段工程でのＭｇドーパントガスの供給量は０であってもよい。供給量が０であってもメモリー効果によってIII 族窒化物半導体にＭｇがドープされるためである。後段工程でのより望ましいＭｇドーパントガスの供給量は、前段工程でのＭｇドーパントガスの供給量の１／４以下である。また、ｐクラッド層全体でのＭｇ濃度の平均が、１×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³ となるよう前段工程および後段工程においてＭｇドーパントガスを供給することが望ましい。ｐクラッド層全体でのＭｇ濃度の平均をこのようにすることで、ｐクラッド層をＭｇドーパントガスの供給量を変えて２段階に形成したとしても、素子特性に影響を与えることがない。より望ましくは１．０×１０²⁰〜２．０×１０²⁰／ｃｍ³ である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ｐクラッド層の厚さ方向におけるＭｇ濃度がより均一となり、ｐクラッド層内でのキャリア分布の不均一性が解消される。そのため、発光層へのホール注入に対する影響が低減し、素子特性、たとえば発光効率への影響が低減される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施例１の発光素子の構成を示した図。

【図2】ｐクラッド層１６の構成を示した図。

【図3】ｐコンタクト層１７の構成を示した図。

【図4】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。

【図5】ｐクラッド層１６の形成工程を示した図。

【図6】実施例１の形成方法でのＭｇ濃度プロファイルを示したグラフ。

【図7】従来の形成方法でのＭｇ濃度プロファイルを示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0023】

図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体からなる発光素子の構成を示した図である。
発光素子は、図１のように、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上にＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介して順に積層された、ｎコンタクト層１２、ｎＥＳＤ層１３、ｎクラッド層１４、発光層１５、ｐクラッド層１６、ｐコンタクト層１７、を有している。

【0024】

また、一部領域には、ｐコンタクト層１７からｎコンタクト層１２に達する溝が設けられていて、その溝の底面に露出するｎコンタクト層１２上にはｎ電極１８が設けられている。また、ｐコンタクト層１７上にはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる透明電極１９が設けられ、透明電極１９上にはｐ電極２０が設けられている。また、発光素子１のｐ電極２０とｎ電極１８を除く領域はＳｉＯ₂ からなる保護膜（図示しない）に覆われている。この保護膜は、電流のリークやショートを防止する目的で設けている。この実施例１の発光素子は、ｐ電極２０側の面から光を取り出すフェイスアップ型の素子である。

【0025】

次に、実施例１の発光素子の各構成についてより詳しく説明する。

【0026】

サファイア基板１０は、III 族窒化物半導体を結晶成長させる側の表面に、ストライプ状、ドット状などの周期的なパターンの凹凸（図示しない）が設けられている。この凹凸は、光取り出し効率の向上を目的に設けられている。成長基板として、サファイア以外にも、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、スピネル、ＧａＮ、Ｇａ₂ Ｏ₃ などを用いることができる。

【0027】

ｎコンタクト層１２は、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上のｎ−ＧａＮである。ｎコンタクト層１２をＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよく、複数の層のうち一部の層のＳｉ濃度を高くしてｎ電極１８と接触させるようにすれば、ｎコンタクト層１２の結晶性を悪化させずにｎ電極１８とのコンタクト抵抗をより低減することができる。

【0028】

ｎＥＳＤ層１３は、たとえば、ｎコンタクト層１２側から順に、第１ＥＳＤ層、第２ＥＳＤ層、第３ＥＳＤ層の３層構造とし、第１ＥＳＤ層は、発光層１５側の表面に１×１０⁸ ／ｃｍ² 以下のピットが形成され、厚さが２００〜１０００ｎｍ、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷／ｃｍ³ のＧａＮで構成され、第２ＥＳＤ層は、発光層１５側の表面に２×１０⁸ ／ｃｍ² 以上のピットが形成され、厚さが５０〜２００ｎｍ、キャリア濃度が５×１０¹⁷／ｃｍ³ 以下のＧａＮで構成され、第３ＥＳＤ層は、Ｓｉ濃度（／ｃｍ³ ）と膜厚（ｎｍ）の積で定義される特性値が０．９×１０²⁰〜３．６×１０²⁰（ｎｍ／ｃｍ³ ）のＧａＮで構成する。このようにＳＤ層を構成すれば、静電耐圧特性を向上させつつ、発光効率や信頼性を向上させることができ、電流のリークを減少させることができる。

【0029】

ｎクラッド層１４は、ノンドープＩｎＧａＮ、ノンドープＧａＮ、ｎ−ＧａＮを順に積層させた３層構造を１ペアとして、これを複数ペア繰り返して積層させた超格子構造である。

【0030】

発光層１５は、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、ＧａＮからなるキャップ層と、ＡｌＧａＮからなる障壁層と、を順に積層させた構造を１ぺアとして、これを繰り返し複数回積層させたＭＱＷ構造である。キャップ層は井戸層と同じ温度で形成し、障壁層形成時の昇温で井戸層のＩｎが蒸発しないようにするための層である。発光層１５とｐクラッド層１６との間に、ｐクラッド層１６中のＭｇが発光層１５へ拡散するのを防止するために、アンドープのＧａＮとアンドープのＡｌＧａＮとからなる層を設けてもよい。

【0031】

ｐクラッド層１６は、ＡｌＧａＮ層１６ａ、ＩｎＧａＮ層１６ｂの順に積層させた２層を１ペアとして、これを複数ペア繰り返して積層させた超格子構造である（図２参照）。ＩｎＧａＮのＩｎ組成比は０より大きく１０％以下であり、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比は０より大きく１００％以下である。ｐクラッド層１６の厚さは５０〜１０００Åである。５０Åより薄いと、クラッド層としての機能（発光層にキャリアを閉じ込めて発光効率を高める機能）が十分に発揮されないため望ましくなく、１０００Åより厚いと結晶性が悪化してしまい望ましくない。このｐクラッド層１６は、後述する形成方法によって、ｐクラッド層１６内で厚さ方向におよそ均一なＭｇ濃度分布となっている。また、ｐクラッド層１６全体でのＭｇ濃度の平均は、１×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³ である。

【0032】

なお、ｐクラッド層１６は上記のような超格子構造である必要はなく、単に複数の層で構成されていてもよいし、単層であってもよい。たとえば、ＭｇドープのＡｌＧａＮからなる単層であってもよい。また、上記のような超格子構造とする場合、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮの２層を１ペアとする以外にも、ＡｌＧａＮとＧａＮなどの２層で１ペアとしたり、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮの３層以上で１ペアとしてよい。

【0033】

ｐコンタクト層１７は、図３のように、ｐクラッド層１６側から順に第１のｐコンタクト層１７ａ、第２のｐコンタクト層１７ｂ、第３のｐコンタクト層１７ｃの３層構造である。第１のｐコンタクト層１７ａはｐ−ＧａＮからなり、厚さ２９５〜３５５Å、Ｍｇ濃度１．０×１０¹⁹〜３．０×１０¹⁹／ｃｍ³ である。第２のｐコンタクト層１７ｂはｐ−ＧａＮからなり、厚さ２９０〜３５０Å、Ｍｇ濃度７．０×１０¹⁹〜２．０×１０²⁰／ｃｍ³ である。第３のｐコンタクト層１７ｃはｐ−ＧａＮからなり、厚さ５０〜１１０Å、Ｍｇ濃度７．０×１０¹⁹〜２．０×１０²⁰／ｃｍ³ である。ｐコンタクト層１７をこのような構造とすることで、コンタクト抵抗の低減と駆動電圧の低減とを同時に達成することができる。

【0034】

なお、ｐコンタクト層１７の構成は上記に限るものではなく、従来知られた任意の構成を採用することが可能である。たとえば単層としてもよい。複数の層とする場合には、組成比組成比を変えてもよい。また、第１のｐコンタクト層１７ａは、Ｍｇドーパントガスを供給して形成してもよいが、Ｍｇドーパントガスを供給せずにメモリー効果によってＭｇをドープして形成してもよい。

【0035】

透明電極１９はＩＴＯからなり、ｐコンタクト層１７表面のほぼ全面に設けられている。透明電極１９には、ＩＴＯ以外にもＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）やＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂ 、ＮｂＴｉＯ₂ 、ＴａＴｉＯ₂ 、などの透明酸化物導電体材料や、Ｃｏ／Ａｕ、Ａｕなどの金属薄膜、グラフェン、などを用いることができる。

【0036】

ｎ電極１８、ｐ電極２０は、ワイヤがボンディングされるパッド部と、面内に配線状（たとえば格子状や櫛歯状、放射状）に広がり、パッド部と接続する配線状部と、を有する構造としてもよい。このような構造とすることで電流拡散性を向上させることができ、均一な発光とすることができる。

【0037】

次に、実施例１の発光素子の製造工程について図４を参照に説明する。

【0038】

まず、凹凸加工が施されたサファイア基板１０を用意し、水素雰囲気で加熱して表面のクリーニングを行う（図４（ａ））。

【0039】

次に、サファイア基板１０上に、常圧ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）、ｎコンタクト層１２、ｎＥＳＤ層１３、ｎクラッド層１４、発光層１５、ｐクラッド層１６を順に積層させる（図４（ｂ））。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ｓｉドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、Ｍｇドーパントガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ 、Ｎ₂ である。

【0040】

ここで、ｐクラッド層１６の形成は、以下に図５を参照して説明するように、前段工程と後段工程の２工程によって形成する。

【0041】

［前段工程］
まず、発光層１５上に常圧ＭＯＣＶＤ法によって、第１ｐクラッド層１６１を形成する（図５（ａ））。第１ｐクラッド層１６１のうち、ＡｌＧａＮ層１６ａについては８００〜９５０℃で、ＩｎＧａＮ層１６ｂについては８００〜９５０℃で形成する。また、第１ｐクラッド層１６１の厚さは、１６０Å以下の厚さで形成する。望ましくは１４０Å以下である。

【0042】

［後段工程］
次に、第１ｐクラッド層１６１上に常圧ＭＯＣＶＤ法によって、第２ｐクラッド層１６２を形成する（図５（ｂ））。これにより、第１ｐクラッド層１６１と第２ｐクラッド層１６２とで構成されるｐクラッド層１６を形成する。成長温度については第１ｐクラッド層１６１の形成時と同様とする。ここで、第２ｐクラッド層１６２を形成する際のＭｇドーパントガスのモル分圧を、第１ｐクラッド層１６１を形成する際のモル分圧の半分以下とする。このようにＭｇドーパントガスの供給量を制御することで、メモリー効果によるＭｇドープも考慮して、ｐクラッド層に結晶欠陥が生じないようなＭｇ濃度とすることができる。より望ましくは、第２ｐクラッド層１６２を形成する際のＭｇドーパントガスのモル分圧を、第１ｐクラッド層１６１を形成する際のモル分圧の１／４以下とすることである。また、ｐクラッド層１６全体でのＭｇ濃度の平均が、１×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³ となるよう前段工程および後段工程においてＭｇドーパントガスの供給量を制御することが望ましい。

【0043】

第２ｐクラッド層１６２の厚さは、ｐクラッド層１６全体の厚さに対して４０％より厚く形成する。つまり、第１ｐクラッド層１６１の厚さをｐクラッド層１６全体の６０％以下の厚さにする。望ましくは５０％以下の厚さである。第１ｐクラッド層１６１の厚さを１６０Å以下で、かつ、ｐクラッド層の厚さの６０％以下とすることで、Ｍｇドープによるｐクラッド層１６の結晶欠陥が生じないような厚さとすることができる。また、第１ｐクラッド層１６１と第２ｐクラッド層１６２とを合わせた厚さ、つまりｐクラッド層１６全体での厚さは５０〜１０００Åに形成する。

【0044】

なお、上記前段工程と後段工程では、Ｍｇドーパントガスの供給量をモル分圧によって制御したが、流量によって制御してもよい。また、前段工程と後段工程で成長温度は異なっていてもよいが、同一温度とすることが製造工程の簡素化などの点から望ましい。

【0045】

また、ｐクラッド層１６を形成するに際し、上記前段工程と後段工程では、ｐクラッド層１６のＡｌＧａＮ層１６ａとＩｎＧａＮ層１６ｂのうち、両方の形成時にＭｇドーパントガスを供給して形成している。しかし、ＡｌＧａＮ層１６ａの形成時にのみＭｇドーパントガスを供給してもよい。また、前段工程ではＡｌＧａＮ層１６ａとＩｎＧａＮ層１６ｂの両方の形成時にＭｇドーパントガスを供給し、後段工程ではＡｌＧａＮ層１６ａの形成時にのみＭｇドーパントガスを供給するようにしてもよいし、その逆でもよい。後段工程でのＡｌＧａＮ層１６ａとＩｎＧａＮ層１６ｂの１ペアを形成する際のＭｇドーパントガスの供給量の平均が、前段工程でのＡｌＧａＮ層１６ａとＩｎＧａＮ層１６ｂの１ペアを形成する際のＭｇドーパントガスの供給量の平均の半分以下であればよい。

【0046】

以上のような２段階の工程によってｐクラッド層１６を形成すると、単にＭｇドーパントガスの供給量を一定としてｐクラッド層を形成する場合よりも、ｐクラッド層全体のＭｇ濃度分布を均一にすることができる。そのため、クラッド層１６内でのキャリア分布の不均一性が解消され、発光層１５へのホール注入に対する影響が低減し、素子特性、たとえば発光効率への影響が低減されている。

【0047】

次に、ｐクラッド層１６上にＭＯＣＶＤ法によって、第１のｐコンタクト層１７ａ、第２のｐコンタクト層１７ｂ、第３のｐコンタクト層１７３を順に積層してｐコンタクト層１７を形成する。ここで、第１のｐコンタクト層１７ａの形成時には、Ｍｇドーパントガスを供給せずともよい。メモリー効果によって、Ｍｇドーパントガスを供給しなくてもＭｇがドープされるためである。

【0048】

次に、所定の領域をドライエッチングしてｐコンタクト層１７表面からｎコンタクト層１２に達する深さの溝を形成する。そして、ｐコンタクト層１７上のほぼ全面にＩＴＯからなる透明電極１９を形成し、透明電極１９上にｐ電極２０、溝底面に露出したｎコンタクト層１２表面にｎ電極１８を形成する。以上によって図１に示した実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。

【0049】

図６は、ＧＤＳ（グロー放電発光分析装置）によって測定した実施例１の発光素子の厚さ方向のＭｇプロファイルを示したグラフである。横軸はｐコンタクト層１７表面側からの深さを示し、縦軸はＭｇ濃度を示している。これら深さ、Ｍｇ濃度は、ＧＤＳにより測定したスパッタ時間、検出電圧を換算した値である。図６のように、発光層１５とｐクラッド層１６との界面付近からｐコンタクト層１７側に向かって急峻にＭｇ濃度が上昇した後、ほぼ一定のＭｇ濃度を保ち、その後ｐクラッド層１６とｐコンタクト層１７との界面付近で急峻にＭｇ濃度が減少していることがわかる。

【0050】

一方、Ｍｇドーパントガスの供給量を一定にしてｐクラッド層を形成した従来の発光素子では、図７のように、発光層１５とｐクラッド層１６との界面付近からｐコンタクト層１７側に向かってゆるやかにＭｇ濃度が上昇していき、ｐクラッド層１６とｐコンタクト層１７との界面付近で急峻にＭｇ濃度が減少していることがわかる。

【0051】

このように、図６と図７とを比較すれば、実施例１に示したｐクラッド層１６の形成方法により、ｐクラッド層１６の厚さ方向におけるＭｇ濃度分布を従来よりも均一にできることがわかる。

【実施例2】

【0052】

実施例２は、実施例１におけるｐクラッド層１６の形成方法において、Ａｌの原料ガスの供給量を以下のようにしたものである。他については実施例１と同様である。

【0053】

ｐクラッド層１６形成の前段工程、つまり第１ｐクラッド層１６１の形成工程におけるＡｌの原料ガスの供給量を、後段工程、つまり第２ｐクラッド層１６２の形成工程におけるＡｌの原料ガスの供給量よりも１〜１０％多くする。このようにＡｌの原料ガスの供給量を制御することで、第１ｐクラッド層１６１におけるＡｌＧａＮ層１６ａのＡｌ組成比を５〜５０％とし、かつ、第２ｐクラッド層１６２におけるＡｌＧａＮ層１６ａのＡｌ組成比以上とする。

【0054】

実施例１のｐクラッド層１６形成方法では、前段工程におけるＭｇドーパントガスの供給量が後段工程よりも増加する結果、結晶にＡｌが入りにくくなり、第１ｐクラッド層１６１におけるＡｌＧａＮ層１６ａのＡｌ組成比が低下してしまう。そこで上記のようにＡｌの原料ガスの供給量、Ａｌ組成比を制御することで、Ｍｇドーパントガスの供給量増加によるＡｌ組成比の低下を抑制している。

【0055】

なお、実施例１、２では、ｐクラッド層をＭｇドーパントガスの供給量の異なる２段階に分けて形成する場合を示したが、本発明はそのような２段階に限るものではなく、複数の段階のうち、最初の複数段階を前段工程、その後の複数段階を後段工程と分けた場合に、後段工程でのＭｇドーパントガスの供給量の平均が、前記工程でのＭｇドーパントガスの供給量の平均の半分以下となるのであれば、任意の数の段階であってよい。さらにいえば、供給量の平均が上記の条件を満たすのであれば、Ｍｇドーパントガスの供給量を連続的に変化させてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明のIII 族窒化物半導体発光素子は、照明装置や表示装置などに利用することができる。

【符号の説明】

【0057】

１０：サファイア基板
１２：ｎコンタクト層
１３：ｎＥＳＤ層
１４：ｎクラッド層
１５：発光層
１６：ｐクラッド層
１６ａ：ＡｌＧａＮ層
１６ｂ：ＩｎＧａＮ層
１７：ｐコンタクト層
１８：ｎ電極
１９：透明電極
２０：ｐ電極
１６１：第１ｐクラッド層
１６２：第２ｐクラッド層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】