窒化物半導体素子およびその製造方法
【課題】ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を提供すること。
【解決手段】半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有する半導体素子であって、その半導体素子が、ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、またはｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターである。半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長し、欠陥の少ないアンドープＡｌＮ層により電気伝導性が極めて優れたｎ型ＡｌＮ層が得られるので、ショットキーバリア高さや絶縁破壊電圧を大幅に増加することができる。その結果、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を作製することができる。
【解決手段】半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有する半導体素子であって、その半導体素子が、ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、またはｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターである。半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長し、欠陥の少ないアンドープＡｌＮ層により電気伝導性が極めて優れたｎ型ＡｌＮ層が得られるので、ショットキーバリア高さや絶縁破壊電圧を大幅に増加することができる。その結果、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を作製することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌを含む窒化物半導体素子とその製造方法に関し、さらに詳しくは発光波長２００ｎｍ付近で発光出力が極めて高い発光素子、高出力特性が極めて優れた電子素子の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路作製では、極微細加工技術の研究開発が進んでいる。半導体集積回路作製に用いられる露光装置としては、発光波長が短いほど空間分解能が向上するため、より短波長のものが求められている。短波長の発光源として、ＡｒＦガスを用いたエキシマレーザー（発光波長１９３ｎｍ）が一般に用いられる。しかし、エキシマレーザーは大型で寿命が短いうえ、動作は不安定である。そのため、同様な発光波長を持ち、小型、長寿命で安定した半導体発光デバイスが望まれている。このような半導体発光デバイスが実現すると、小型で高効率、高空間分解能を有する露光装置を作製することができるようになる。
【０００３】
紫外光域での半導体レーザーの材料の候補には、ダイヤモンドや窒化ホウ素がある。しかし、ダイヤモンドや窒化ホウ素は、間接遷移型のバンド構造であり、不純物をドープしていないダイヤモンドや窒化ホウ素の発光効率は極めて低い。さらに、ダイヤモンドや窒化ホウ素は、ｎ型伝導性制御が非常に困難であり、そのため半導体レーザー材料には適さない。
【０００４】
それに対して、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、直接遷移型のバンド構造であり、バンドギャップエネルギーが６．２ｅＶ（発光波長２００ｎｍ）を有する材料である。その故、Ａｌを含む窒化物半導体は、発光波長２００ｎｍ付近で発光が可能な発光ダイオードや半導体レーザー材料として適している。一方、ＡｌＮは大きな降伏電界強度、高い熱伝導率も備えていることから、高出力電子デバイス材料としても適している。
【０００５】
しかしながら、Ａｌを含む窒化物半導体のｎ型およびｐ型伝導性制御はＡｌ組成の増加とともに困難になる。例えば、Ａｌ1-ＸＧａＸＮにおいて、Ｇａ組成Ｘが０．４以下となり、Ａｌ組成が０．６を超えるようになると、高抵抗化し、電気伝導性の優れたｎ型およびｐ型伝導性を得ることは非常に困難となる。このため、Ａｌ組成が０．６を超えると、ｎ型およびｐ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮを半導体デバイスに用いることができず、２６０ｎｍ以下の紫外光を発光する半導体発光素子や、ＡｌＮを電子伝導層とした高出力電子素子を作製することは極めて困難となっていた。以下に、紫外光域で発光する従来の半導体発光素子の報告例について述べる。
【０００６】
Ａｌ1-ＸＧａＸＮを用いた紫外発光ダイオードに関し、非特許文献１に記載されている報告例について述べる。この報告例では、図１に示す発光ダイオードを有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により作製している。サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１上に、まず、III 族原料とＶ族原料を交互に供給することで、ＡｌＮバッファ層２（膜厚０．３μｍ）、ＡｌＮ／Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎ超格子層３、ｎ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層４を順次成長させ、これらの上にIII 族原料とＶ族原料を同時に供給することで、Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ｎ／Ａｌ0.44Ｇａ0.56Ｎ多重量子井戸層５（３周期）、ｐ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層６（膜厚２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層７を成長させている。ｎ型電極８はｎ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層４上に、ｐ型電極９はｐ型ＧａＮ層７上に形成している。このようにして作製された発光ダイオード（１００μｍ×１００μｍサイズ）は、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長が２６９ｎｍである。しかし、その発光ダイオードの出力は０．２５ｍＷ、外部量子効率は０．３２％と低く、実用に不向きであるということが分かる。また、発光層にＡｌＧａＮを用いた場合には、発光波長が短くなるにしたがい、発光強度は低下している。さらに、この構成では、発光層であるＡｌ0.47Ｇａ0.53Ｎ／Ａｌ0.44Ｇａ0.56Ｎ多重量子井戸層にキャリアを注入するｎ型およびｐ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層のバンドギャップは約４．８ｅＶであるため、発光波長２６０ｎｍ以下の光は吸収されてしまう。つまり、この従来構造では、エキシマレーザーに代わる２００ｎｍ付近で発光する半導体発光素子を作製することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】V.Adivarahan et.al. 滴igh-efficiency 269nm emission deep ultraviolet light-emitting diodes Applied Physics.Letters vol.84, No.23, pp.4762-4764(2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の半導体素子は、半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有することを特徴とする半導体素子であって、前記半導体素子が、前記ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、または前記ｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のショットキーダイオードの製造方法は、半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にオーミック電極を形成する第３の工程と、エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極を形成する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の電界効果トランジスターの製造方法は、半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にソース電極とドレイン電極を形成する第３の工程と、エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にゲート電極を形成する第４の工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長し、欠陥の少ないアンドープＡｌＮ層により電気伝導性が極めて優れたｎ型ＡｌＮ層が得られるので、ショットキーバリア高さや絶縁破壊電圧を大幅に増加することができる。このため、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を作製することができる。
【００１３】
さらに詳細には、本発明によるショットキーダイオードは、ショットキーバリア高さが４ｅＶと高い値を示した。従来の半導体のショットキーバリア高さは約１ｅＶであり、本発明で得られたショットキーバリア高さは、従来の半導体では得られたことのない大きなショットキーバリア高さである。このため、本発明に係るショットキーダイオードは、リーク電流が極めて低く、高い電圧を印加することが可能となる。実際に、駆動電圧±５Ｖにおける整流比は１０１０と非常に大きく、良好な整流性を示した。
【００１４】
また、本発明による電界効果トランジスターは、絶縁破壊電圧が１０００Ｖ以上と非常に高い値を示した。例えば、高出力用のＧａＮを用いた従来の電界効果トランジスターの絶縁破壊電圧は５００Ｖ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図２】本発明の参考例１による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図３】本発明の参考例１による発光ダイオードの作製手順を示す工程図である。
【図４】本発明の参考例１による発光ダイオードの発光スペクトルを示す特性図である。
【図５】アンドープＡｌＮ層の膜厚に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図６】アンドープＡｌＮ層の不純物濃度に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図７】ｎ型ＡｌＮの膜厚に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の参考例２による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図９】発光層の組成と発光スペクトルの関係を示す特性図である。
【図１０】発光層に不純物をドープした場合の発光スペクトルを示す特性図である。
【図１１】本発明の参考例３による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１２】本発明の参考例４による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１３】本発明の参考例５による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１４】本発明の参考例６による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１５】コンタクト層の膜厚とｎ型電極の接触抵抗の関係を示す特性図である。
【図１６】コンタクト層の膜厚とｐ型電極の接触抵抗の関係を示す特性図である。
【図１７】本発明の参考例７による半導体レーザーの構造を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施例１によるショットキーダイオードの構造を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施例２による電界効果トランジスターの構造を示す模式図である。
【図２０】本発明の参考例８によるｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示す特性図である。
【図２１】本発明の参考例９によるｐ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示す特性図である。
【図２２】本発明の参考例１０による紫外光発生装置の構成を示す模式図である。
【図２３】本発明の参考例１１によるレーザー発振装置の構成を示す模式図である。
【図２４】本発明の参考例１２による露光装置の構成を示す模式図である。
【図２５】本発明の参考例１３による可視光発生装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施例および参考例を詳述する。本発明に係る半導体素子の実施形態として、実施例を用いて説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００１７】
［参考例１］
図２に本発明の参考例１に係わる、ＡｌＮのｐｎ接合を形成した発光ダイオードの構造を示す。
【００１８】
構造
図２に示すように、本参考例の発光ダイオードは、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４が順次積層されて、ＡｌＮのｐｎ接合を形成している。ｐ型ＡｌＮ層２４上にｐ型電極２５が、またｎ型ＡｌＮ層２３上にｎ型電極２６がそれぞれ形成されている。
【００１９】
作製手順
図３に上記発光ダイオードの製造工程を示す。本参考例でのＡｌＮのｐｎ接合は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により作製した。Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を、シリコン（Ｓｉ）ドーパント原料としてシラン（ＳｉＨ４）、Ｍｇドーパント原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。成長温度は１２００℃である。
【００２０】
図３に示すように、まず、ＭＯＣＶＤ法により、
（Ａ）ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、
（Ｂ）Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、
（Ｃ）Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１9ｃｍ−３）をその順序で順次にエピタキシャル成長させた。
【００２１】
その後、
（Ｄ）Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成し、
（Ｅ)エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させ、
（Ｆ)露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００２２】
図４に本発明の上記の製造方法で作られた発光ダイオードの発光スペクトルと、従来の発光ダイオードの発光スペクトルとを示す。本発明による発光ダイオードでは、ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍ、出力は３０ｍＷが得られた。これに対し、従来の発光ダイオードでは、発光波長は２６９ｎｍまでしか短波長化できておらず、発光出力も０．２５ｍＷと非常に低い。このように、本発明を適用することにより、従来技術による発光ダイオードよりも発光出力が略１００倍以上高く、２００ｎｍ付近で極めて高い発光強度で発光する発光ダイオードを実現することができる。
【００２３】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図２に示す構造例では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００２４】
アンドープＡｌＮ層の膜厚
アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図５に発光出力のアンドープＡｌＮ層２２の膜厚依存性を示す。アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．１μｍ以下においては、発光出力は０．２５ｍＷ以下と非常に低かった。その膜厚が０．４μｍ以上において、１０ｍＷ以上の高い発光出力が得られた。その膜厚が１．０μｍにおいて、発光出力３０ｍＷが得られた。この３０ｍＷの発光出力は２００ｎｍ付近で発光する発光ダイオードでは最高値である。一方、その膜厚が１．０μｍ以上においては、発光出力はほぼ一定である。従って、１０ｍＷ以上の高い発光出力を得るためには、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚を０．４μｍ以上にする必要がある。なお、１ｍＷ以上の発光出力は、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．２μｍ以上で得られる。
【００２５】
アンドープＡｌＮ層２２の膜厚を０．４μｍ以上にする必要がある理由は、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．４μｍ以上に限定された範囲においてのみ、欠陥が非常に少ないアンドープＡｌＮ層２２、極めて電気的特性の優れたｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４が得られるので、ＡｌＮのｐｎ接合から高い発光出力が得られるからである。なお、アンドープＡｌＮ層２２を成長する温度を１１００℃以下とした場合には、アンドープＡｌＮ層２２に欠陥が多く導入されるために、発光出力は半分程度に低下する。
【００２６】
アンドープＡｌＮ層の不純物濃度
アンドープＡｌＮ層２２内の不純物濃度が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図６に発光出力のアンドープＡｌＮ層２２の不純物濃度を示す。不純物濃度はＡｌＮ中に含まれるＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの合計の濃度として計算した。１０ｍＷ以上の非常に高い発光出力は不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下において得られた。また、１ｍＷ以上の発光出力は不純物濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下において得られた。このように、高い発光出力を得るには、アンドープＡｌＮ層２２内の不純物濃度を極めて低くする必要がある。この理由は、不純物濃度の増加とともに、アンドープＡｌＮ層２２の欠陥が増加するために、その上に成長したｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の電気伝導性が劣化するためである。
【００２７】
ｎ型ＡｌＮ層の膜厚
ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図７に発光出力のｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚依存性を示す。アンドープＡｌＮ層２２の膜厚は１μｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３のＳｉ濃度は５×１０１８ｃｍ−３、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ２４の膜厚は０．５μｍで、そのＭｇ濃度は３×１０１９ｃｍ−３とした。ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が０．１μｍ以下においては、発光出力は０．５ｍＷ以下と非常に低い。ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が０．４μｍ以上において、１０ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。なお、実用に必要な１ｍＷ以上の発光出力は、膜厚が０．２μｍ以上において得られる。
【００２８】
基板の材質
本参考例１では、基板２１にＡｌＮを用いたが、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＢＮ、あるいはダイヤモンド基板に用いた場合に、発光出力はＡｌＮ基板の場合の３０ｍＷに対して、それぞれ、１８ｍＷ，１５ｍＷ，１０ｍＷ，５ｍＷとなるが、それ以外は同様な特性を示す。
【００２９】
［参考例２］
図８に、本発明の参考例２に係る、Ａｌ1-Ｘ-ＹＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層のＤＨ構造を有する発光ダイオードを示す。
【００３０】
構造
図８に示すように、本参考例の発光ダイオードは、ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を挿入した構造を有する。その他の部分の構造は、図２の参考例１と同様である。
【００３１】
作製手順
本参考例の発光ダイオードの作製は、図３の参考例１の製造手順に準じて行なわれる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順は同様である。
【００３２】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、アンドープＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をその順に順次エピタキシャル成長した。
【００３３】
その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００３４】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２２０ｎｍであり、出力は４０ｍＷであった。
【００３５】
さらに、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１のＡｌ，Ｂ，Ｇａ，ｌｎのＸ，Ｙ，Ｚの組成を、後述のように０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ≦０．４，０≦Ｚ≦０．２の範囲内で連続的に変化させることで、発光波長を２００ｎｍから２６０ｎｍまで連続的に変化することができる。
【００３６】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図８に示す構造例では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００３７】
ＡｌＮ発光層
図８に示す構造例では、発光層にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を選んだが、発光層として他の組成のＡｌＮ発光層を用いた場合にも、発光波長を２００ｎｍに短波長化することができる。
【００３８】
ＡｌＮ発光層、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層の膜厚と組成
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ＡｌＮ発光層またはＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいて、それら発光層の膜厚が発光出力に及ぼす影響を調べた。図９に発光出力のＡｌＮ発光層またはＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層の膜厚依存性を示す。
【００３９】
図９に示すように、ＡｌＮ発光層の場合、その膜厚が０．１μｍ以下において、１ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。また、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層（Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１）の場合も同様に、その膜厚が０．１μｍ以下において、１ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。これは、ｎ型ＡｌＮ層２３から供給される電子とｐ型ＡｌＮ層２４から供給される正孔が効率よく発光再結合させるために、発光層の膜厚を０．１μｍ以下とする必要があるためである。
【００４０】
ただし、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の場合には、組成がＸ＝０．２１、Ｙ＝０．４１、Ｚ＝０．２１を超えると、発光強度は１ｍＷ以下に低下する。これは、ｎ型ＡｌＮ層２３とＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の界面で発光出力低下の原因となる欠陥が発生するからである。そこで、この欠陥発生を抑制するために、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の組成を０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲とする必要がある。
【００４１】
発光層にドーピング
前述のように、本参考例では、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３とした。Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の不純物濃度と発光特性の関係について調べた結果を図１０に示す。
【００４２】
図１０中の特性曲線
（Ａ）で示すように、不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３であるＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層（Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１）の場合には、発光波長は２２０ｎｍである。また、図１０中の特性曲線
（Ｂ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層にＳｉを５×１０１８ｃｍ−３ドープした場合には、発光強度は２分の１以下に低下する。さらに、図１０中の特性曲線
（Ｃ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層に、Ｓｉを５×１０１９ｃｍ−３ドープした場合には、発光強度は１０分の１以下に低下する。また、図１０中の特性曲線（Ｄ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層にＳｉとＭｇをその合計の濃度が５×１０１８ｃｍ−３となるように同時にドープした場合には、発光波長は２４０ｎｍに長波長化し、発光強度は２分の１以下に低下する。また、図１０中の特性曲線
（Ｅ）で示すように、さらに、そのＳｉとＭｇの合計の濃度が５×１０１９ｃｍ−３となるようにドープした場合には、発光強度は１０分の１以下に低下する。
【００４３】
また、ＡｌＮ発光層の場合も、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層と発光波長が異なるだけで、上記と同様の特性が得られた。
【００４４】
［参考例３］
図１１に本発明の参考例３に係る、ｎ型ＡｌＮ層とｐ型ＡｌＮ層の間にダイヤモンド発光層を挿入した構造を含む発光ダイオードの構造を示す。
【００４５】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１１に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にダイヤモンド発光層１１１を挿入した構造となっている。
【００４６】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上にダイヤモンド発光層１１１をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、ダイヤモンド発光層１１１の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順は同様である。
【００４７】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３）、ダイヤモンド発光層１１１（膜厚０．０５μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をこの順序で順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層４２上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００４８】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２３５ｎｍであり、発光出力は１．５ｍＷであった。
【００４９】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図１１に示す構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ダイヤモンド発光層１１１、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ダイヤモンド発光層１１１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００５０】
ダイヤモンド発光層の膜厚と方位
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にダイヤモンド発光層１１１を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、ダイヤモンドとＡｌＮの格子定数差に起因したクラックの発生を抑制するために、ダイヤモンド発光層１１１の膜厚を０．０５μｍ以下とする必要がある。また、１ｍＷ以上の高い発光出力を得るには、ダイヤモンド発光層１１１の結晶構造がダイヤモンド構造であり、ｎ型ＡｌＮ層２３の結晶構造がウルツ鉱構造であり、ダイヤモンド発光層１１１の（１１１）結晶面方位とｎ型ＡｌＮ層２３の（０００１）結晶面方位が一致する必要がある。
【００５１】
［参考例４］
図１２に、本発明の参考例４に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００５２】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１２に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入した積層構造となっている。また、この発光ダイオードは、図８の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１を挿入し、かつＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入したものとみなすこともできる。
【００５３】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を順次エピタキシャル成長させるクラッドおよび発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、クラッド層と発光層の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順はほぼ同様である。
【００５４】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、アンドープＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．１、Ｚ＝０．０１）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をこの順序で順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングにより、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００５５】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２２０ｎｍであり、出力は４０ｍＷであった。
【００５６】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図１２の構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合にも、発光出力は数十％減少するものの同様な特性を示す。
【００５７】
ＡｌＮ発光層
図１２に示す構成では、発光層にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を選んだが、ＡｌＮ発光層を用いた場合には、発光波長を２００ｎｍに短波長化することができる。それ以外は同様な特性を示す。
【００５８】
クラッド膜厚、組成
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１内に発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制させるために、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１とｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２の膜厚を１μｍ以下に、組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲となるようにする必要がある。
【００５９】
［参考例５］
図１３に、本発明の参考例５に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００６０】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１３に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのアンドープＡｌＮ層２２とｎ型ＡｌＮ層２３との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１を挿入した積層構造をしており、このｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出した上にｎ型電極２６を形成している。
【００６１】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ａ）のアンドープＡｌＮ成長工程と（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程の間に、アンドープＡｌＮ層２２上に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１をエピタキシャル成長させる中間層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、ｐ型ＡｌＮ層２４とｎ型ＡｌＮ層２３の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出される。その後、図３の（Ｆ）のｎ型電極形成ではｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の露出した部分の上にｎ型電極２６を形成する。その他の手順はほぼ同様である。
【００６２】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１（膜厚０．５μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．１、Ｚ＝０．０１、Ｓｉ濃度が５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚１．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００６３】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍであり、出力は４５ｍＷであった。
【００６４】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層のじゅん
図１３の構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００６５】
ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
アンドープＡｌＮ２２とｎ型ＡｌＮ２３の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺ
Ｎ中間層１３１を挿入した場合には、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は１．５倍増加する。ただし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１を挿入した
構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥
発生を抑制するために、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の膜厚が０
．１μｍ以上で、かつその組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範
囲とする必要がある。
【００６６】
ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
ｐ型ＡｌＮとアンドープＡｌＮの間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）を挿入した場合、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は１．２倍増加する。ただし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層を挿入した構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制するために、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層の膜厚が０．１μｍ以上で、かつその組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲とする必要がある。
【００６７】
［参考例６］
図１４に、本発明の参考例６に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００６８】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１４に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｐ型ＡｌＮ層２４とｐ型電極２５との間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を挿入し、ｎ型ＡｌＮ層２３とｎ型電極２６との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２を挿入した積層構造をしている。
【００６９】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程と（Ｄ）のｐ型電極形成工程の間に、ｐ型ＡｌＮ層２４上に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１をエピタキシャル成長させる第１のコンタクト層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程と（Ｆ）のｎ型電極形成工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３の露出部分にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２をエピタキシャル成長させる第２のコンタクト層成長工程が挿入される。その他の手順はほぼ同様である。
【００７０】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１（膜厚３ｎｍ、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成し、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させた。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２（膜厚３ｎｍ、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００７１】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍであり、出力３０ｍＷであった。このように、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２とｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を用いることで、動作電圧を半分以下に低減できる。
【００７２】
ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層の膜厚
Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２の膜厚とｎ型電極の接触抵抗の関係を調べた結果を図１５に示す。図１５中の特性曲線（Ａ）で示すように、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１のＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）の場合には、膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲で、接触抵抗を１０分の１以下に大幅に低減できる。つまり、ｎ型ＡｌＮ層２３とｎ型電極２６との間にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２を挿入することで、ｎ型電極２６の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
【００７３】
ただし、図１５中の特性曲線（Ｂ）で示すように、組成がＸ＞０．２、Ｙ＞０．４、Ｚ＞０．２のＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）の場合には、接触抵抗はほとんど変化しなかった。従って、接触抵抗を１０分の１以下に低減するには、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２の膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲、その組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲である必要がある。
【００７４】
ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層の膜厚
次に、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１の膜厚とｐ型電極２５の接触抵抗の関係を調べた結果を図１６に示す。図１６中の特性曲線（Ａ）で示すように、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１のＭｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１（Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）の場合には、膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲で、接触抵抗を１０分の１以下に大幅に低減できる。つまり、ｐ型ＡｌＮ層２４とｐ型電極２５の間にｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を挿入することで、ｐ型電極の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
【００７５】
ただし、図１６中の特性曲線（Ｂ）で示すように、組成がＸ＞０．２、Ｙ＞０．４、Ｚ＞０．２のＳｉドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層（Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）の場合には、接触抵抗はほとんど変化しなかった。従って、接触抵抗を１０分の１以下に低減するには、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１の膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲、その組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲である必要がある。
【００７６】
［参考例７］
図１７に、本発明の参考例７に係る、半導体レーザーの構造を示す。
【００７７】
構造
本参考例の半導体レーザーは、図１７に示すように、図８の構造をベースにして、図１２のクラッド層の構造、図１３の中間層の構造、図１４のコンタクト層の構造を適宜組み合わせた構造となっている。
【００７８】
作製手順
次に、図１７を参照して本参考例の半導体レーザーの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１（膜厚０．８μｍ、Ｘ＝０．１、Ｙ＝０．０１）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮクラッド層１２１（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０５、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ａｌ1-Ｘ-ＹＩｎＸＧａＹ発光層８１（膜厚２ｎｍ、Ｘ＝０．１、Ｙ＝０．０２）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮクラッド層１２２（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０５、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮコンタクト層１４１（膜厚３
ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｙ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）を順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮコンタクト層１４１上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００７９】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流１００ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２１０ｎｍであり、出力１００ｍＷであった。
【実施例１】
【００８０】
次に、本発明の実施例１を説明する。図１８に本発明の実施例１に係る、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮを用いて作製したショットキーダイオードの構造を示す。
【００８１】
構造
本実施例のショットキーダイオードは、図１８に示すように、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層された構造を有し、ｎ型ＡｌＮ層２３上の一部にｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１を介してオーミック電極１８２が形成され、ｎ型ＡｌＮ層２３上の露出した部分にショットキー電極１８３が直接形成されている。
【００８２】
作製手順
次に、図１８を参照して本実施例のショットキーダイオードの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去し、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。残ったＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を形成し、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層８２上にショットキー電極１８３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成した。
【００８３】
このショットキーダイオードは、ショットキーバリア高さが４ｅＶと高い値を示した。従来の半導体のショットキーバリア高さは約１ｅＶであり、本発明で得られたショットキーバリア高さは、従来の半導体では得られたことのない大きなショットキーバリア高さである。このため、本発明に係るショットキーダイオードは、リーク電流が極めて低く、高い電圧を印加することが可能となる。実際に、駆動電圧±５Ｖにおける整流比は１０１０と非常に大きく、良好な整流性を示した。
【００８４】
コンタクト層
図１８の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２を形成したが、これに代えて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１をエピタキシャル成長せずに、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上に直接にオーミック電極１８２とショットキー電極１８３を形成した場合には、整流比は１０８と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００８５】
また、図１８の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去して、露出させたＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３を形成したが、これに代えて、そのエッチングを行わずに、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上に直接ショットキー電極を形成した場合には、ショットキーバリア高さは３．５ｅＶと低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００８６】
電極の形成位置
図１８の構成では、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３を形成し、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２を形成したが、これに代えて、ｎ型ＳｉＣ半導体基板２１上にＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）をエピタキシャル成長し、そのＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成し、ｎ型ＳｉＣ半導体基板２１に直接にオーミック電極１８２（Ｎｉ／Ａｕ）を形成した場合には、整流比は１０８と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【実施例２】
【００８７】
図１９に、本発明の実施例２に係る、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮを用いて作製した電界効果トランジスターの構造を示す。
【００８８】
構造
本実施例の電界効果トランジスターは、図１９に示すように、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層された構造を有し、ｎ型ＡｌＮ層２３上の一部にｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１を介してソース電極１９１とドレイン電極１９２が形成され、ｎ型ＡｌＮ層２３上の露出した部分にゲート電極１８３が直接形成されている。
【００８９】
作製手順
次に、図１９を参照して本実施例の電界効果トランジスターの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜層１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）を順次エピタキシャル成長した。その後、エッチングにより、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。残ったＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にソース電極１９１とドレイン電極１９２（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を形成し、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にゲート電極１９３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成した。
【００９０】
この電界効果トランジスターは、絶縁破壊電圧が１０００Ｖ以上と非常に高い値を示した。例えば、高出力用のＧａＮを用いた従来の電界効果トランジスターの絶縁破壊電圧は５００Ｖ以下である。
【００９１】
コンタクト層
図１９の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にソース電極１９１とドレイン電極１９２を形成したが、これに代えて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層をエピタキシャル成長せずに、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上直接にソース電極１９１、ドレイン電極１９２、およびゲート電極１９３を形成した場合には、絶縁破壊電圧は８００Ｖ以上となったが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００９２】
また、図１９の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去し、露出させたＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にゲート電極１９３を形成したが、これに代えて、そのエッチングを行わずにＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上に直接にソース電極１９１とドレイン電極１９２とゲート電極１９３とを形成した場合には、絶縁破壊電圧は８００Ｖ以上となったが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００９３】
［参考例８］
本発明の参考例８として、本発明に係わる、前述のｎ型ＡｌＮ層２３、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２における、ｎ型ドーパント濃度の影響を調べるため、ｎ型ＡｌＮにおけるｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を調べた。その結果を図２０に示す。
【００９４】
図２０中の特性曲線（Ａ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉのみを用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｂ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｃ）は、ｎ型ドーパントとしてＧｅのみを用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｄ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くした場合を示している。特性曲線（Ａ）〜（Ｄ）のすべての場合で、ｎ型ドーパント濃度が３×１０１７ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３の範囲で、１Ωｃｍ以下の低い抵抗率が得られる。
【００９５】
図２０中の特性曲線（Ａ）と（Ｃ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントとしてＳｉもしくはＧｅを用いたが、ＯもしくはＳｎを用いた場合も、同様の結果が得られる。
【００９６】
図２０中の特性曲線（Ｂ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いたが、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎの２つ以上の元素を同時に用いた場合も、同様の結果が得られる。
【００９７】
図２０中の特性曲線（Ｄ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くしたが、ｎ型ドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和がＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度が総和より高くした場合でも、同様の結果が得られる。ただし、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和をＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和よりも低くした場合には、抵抗率は１０００Ωｃｍ以上に高くなる。
【００９８】
この参考例では、ｎ型ＡｌＮのｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示したが、ｎ型ＡｌＮの代わりにｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮの場合には、その抵抗率はさらに低下する。それ以外の点では同様な特性を示す。
【００９９】
以上の結果、抵抗率が低く、電気伝導性が優れたｎ型ＡｌＮ層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を得るには、ｎ型ドーパント濃度を３×１０１７ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３の範囲にする必要である。
【０１００】
［参考例９］
本発明の参考例９として、本発明に係わる、前述のｐ型ＡｌＮ層２４、ｐ型Ａｌ1-Ｘ
-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１における、ｐ型ドーパント濃度の影響を調べるため、ｐ型ＡｌＮにおけるｐ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を調べた。その結果を図２１に示す。図２１中の特性曲線（Ａ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇのみを用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｂ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇとＢｅの２つの元素を同時に用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｃ）は、ｐ型ドーパントとしてＢｅのみを用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｄ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇとＳｉを用いて、かつＭｇ濃度をＳｉ濃度より高くした場合を示している。図２１中の特性曲線（Ａ）〜（Ｄ）のすべての場合で、ｐ型ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ−３から５×１０２０ｃｍ−３の範囲で、５Ωｃｍ以下の低い抵抗率が得られる。
【０１０１】
図２１中の特性曲線（Ａ）と（Ｃ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントとしてＭｇもしくはＢｅを用いたが、ＺｎもしくはＣを用いた場合も、同様の結果が得られる。
【０１０２】
図２１中の特性曲線（Ｂ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いたが、Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用いた場合も、同様の結果が得られる。
【０１０３】
図２１中の特性曲線（Ｄ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くしたが、ｐ型ドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用い、Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和がＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度が総和より高くした場合も、同様の結果が得られる。ただし、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和をＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和より高くした場合には、その抵抗率は１０００Ωｃｍ以上に高くなる。
【０１０４】
この実施の形態では、ｐ型ＡｌＮのｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示したが、ｐ型ＡｌＮの代わりにｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮの場合、抵抗率はさらに低下する。それ以外は同様な特性を示す。
【０１０５】
以上の結果、抵抗率が低く、電気伝導性が優れたｐ型ＡｌＮ層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を得るには、ｐ型ドーパント濃度を１×１０１８ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲にする必要である。
【０１０６】
［参考例１０］
図２２に、本発明の参考例１０として、本発明の参考例４で記載された発光ダイオードを用いて作製した紫外光発生装置の構成を示す。図２２を参照して、この紫外光発生装置の作製手順を説明する。まず、本発明を適用して作製した発光ダイオード２２１を金属板２２２に取り付ける。続いて、ワイヤーボンディングにより、発光ダイオード２２１のｐ型電極２２３と正極ピン２２４間、および発光ダイオード２２１のｎ型電極２２５と負極ピン２２６間を金線２２７で接続する。電源装置２２８の正極端子２２８１と正極ピン２２４間、および電源装置２２８の負極端子２２８２と負極ピン２２６間をそれぞれ接続する。その後、電源装置２２８により電圧を印加すると、発光ダイオード２２１から発光波長２２０ｎｍの紫外光が発生する。電流２０ｍＡにおいて、発光ダイオード２２１から発光出力４０ｍＷが得られる。電源装置２２８はその発光出力を一定に保つため、電圧を自動で制御する機能を有している。
【０１０７】
［参考例１１］
図２３に、本発明の参考例１１として、本発明の参考例７で記載された半導体レーザーを用いて作製したレーザー発振装置の構成を示す。図２３を参照して、このレーザー発振装置の作製手順を説明する。まず、本発明を適用して作製した半導体レーザー２３１をヒートシンク２３２に接着し、そのヒートシンク２３２を金属板２３３上に取り付ける。このヒートシンク２３２は半導体レーザー２３１で発生する熱を効率よく放熱するために必要である。続いて、ワイヤーボンディングにより、半導体レーザー２３１のｐ型電極２３４と正極ピン２３５間、および半導体レーザー２３１のｎ型電極２３６と負極ピン２３７間をそれぞれ金線２３８で接続する。電源装置２３９の正極端子２３９１と正極ピン２３５間、および電源装置２３９の負極端子２３９２と負極ピン２３７間を接続する。その後、電源装置２３９により、電圧を印加すると、半導体レーザー２３１から発振波長２１０ｎｍの紫外レーザー光が発生する。電流１００ｍＡにおいて、半導体レーザー２３９から発光出力１００ｍＷが得られる。電源装置２３９はその発光出力を一定に保つため、電圧を自動で制御する機能を有している。
【０１０８】
［参考例１２］
図２４に、本発明の参考例１２として、本発明の参考例１１に記載のレーザー発振装置を用いて作製した露光装置の概略構成を示す。この露光装置は、図２４に示すように、１または複数Ｎ個（Ｎは自然数）のレーザー発振装置２３０、紫外レーザー光を集光するための第１のレンズ２４１、回路パターンが描かれたマスク２４２、紫外レーザー光をウエハー２４５に照射するための第２のレンズ２４３、レジスト２４４が塗付されたウエハー２４５、およびウエハー２４５を移動するためのステージ２４６から構成されている。
【０１０９】
以上の構成において、レーザー発振装置２３０から発生された紫外レーザー光（発光波長２１０ｎｍ）を，第１のレンズ２４１，マスク２４２、第２のレンズ２４３を通してウエハー２４５に照射する。続いて、レジスト２４４の現像を行い、マスクの回路パターンがレジスト２４４に転写する。
【０１１０】
本露光装置により転写された回路パターンの解像度は、８０ｎｍ以下と非常に高い。また、本露光装置は、半導体レーザーが小型であるという特徴を有するため、レーザー発振装置２３０をウエハー２４５の面積に対応して複数個並べることが可能である。この結果、本露光装置は高強度で大面積の露光が可能であり、従来のエキシマレーザーを用いた露光装置のほぼ１０倍以上の早い処理速度が得られる。
【０１１１】
［参考例１３］
図２５に、本発明の参考例１３として、本発明の参考例１０に記載の紫外光発生装置を用いて作製した可視光発生装置の構成を示す。この可視光発生装置は、図２５に示すように、紫外光発生装置２２０から発生する紫外光を、紫外光を可視光に変換する性質を有する蛍光体２５１に照射する。蛍光体２５１としては、蛍光灯に使用されている白色用蛍光体（Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ）を用いた場合は、発光波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光が発生する。また、蛍光体２５１の種類を、（ＳｒＣａＢａＭｇ）５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ，ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ，Ｙ２Ｏ３：Ｅｕに変えることで、それぞれ青色、緑色、赤色の発光が得られる。
【０１１２】
（他の実施形態）
なお、本発明の好適な実施形態を具体的な実施例を用いて説明したが、本発明の実施形態は上記の例示に限定されるものではなく、請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
２１ 基板
２２ アンドープＡｌＮ層
２３ ｎ型ＡｌＮ層
２４ ｐ型ＡｌＮ層
２５ ｐ型電極
２６ ｎ型電極
８１ Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層
１１１ ダイヤモンド発光層
１２１ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層
１２２ ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層
１３１ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
１４１ ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層
１４２ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層
１８１ ｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＩｎＺＮコンタクト層
１８２ オーミック電極
１８３ ショットキー電極
１９１ ソース電極
１９２ ドレイン電極
１９３ ゲート電極
２２０ 紫外光発生装置
２２１ 発光ダイオード
２２８、２３９ 電源装置
２３０ レーザー発振装置
２３１ 半導体レーザー
２３２ ヒートシンク
２４２ マスク
２４４ レジスト
２４５ ウエハー
２５１ 蛍光体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌを含む窒化物半導体素子とその製造方法に関し、さらに詳しくは発光波長２００ｎｍ付近で発光出力が極めて高い発光素子、高出力特性が極めて優れた電子素子の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路作製では、極微細加工技術の研究開発が進んでいる。半導体集積回路作製に用いられる露光装置としては、発光波長が短いほど空間分解能が向上するため、より短波長のものが求められている。短波長の発光源として、ＡｒＦガスを用いたエキシマレーザー（発光波長１９３ｎｍ）が一般に用いられる。しかし、エキシマレーザーは大型で寿命が短いうえ、動作は不安定である。そのため、同様な発光波長を持ち、小型、長寿命で安定した半導体発光デバイスが望まれている。このような半導体発光デバイスが実現すると、小型で高効率、高空間分解能を有する露光装置を作製することができるようになる。
【０００３】
紫外光域での半導体レーザーの材料の候補には、ダイヤモンドや窒化ホウ素がある。しかし、ダイヤモンドや窒化ホウ素は、間接遷移型のバンド構造であり、不純物をドープしていないダイヤモンドや窒化ホウ素の発光効率は極めて低い。さらに、ダイヤモンドや窒化ホウ素は、ｎ型伝導性制御が非常に困難であり、そのため半導体レーザー材料には適さない。
【０００４】
それに対して、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、直接遷移型のバンド構造であり、バンドギャップエネルギーが６．２ｅＶ（発光波長２００ｎｍ）を有する材料である。その故、Ａｌを含む窒化物半導体は、発光波長２００ｎｍ付近で発光が可能な発光ダイオードや半導体レーザー材料として適している。一方、ＡｌＮは大きな降伏電界強度、高い熱伝導率も備えていることから、高出力電子デバイス材料としても適している。
【０００５】
しかしながら、Ａｌを含む窒化物半導体のｎ型およびｐ型伝導性制御はＡｌ組成の増加とともに困難になる。例えば、Ａｌ1-ＸＧａＸＮにおいて、Ｇａ組成Ｘが０．４以下となり、Ａｌ組成が０．６を超えるようになると、高抵抗化し、電気伝導性の優れたｎ型およびｐ型伝導性を得ることは非常に困難となる。このため、Ａｌ組成が０．６を超えると、ｎ型およびｐ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮを半導体デバイスに用いることができず、２６０ｎｍ以下の紫外光を発光する半導体発光素子や、ＡｌＮを電子伝導層とした高出力電子素子を作製することは極めて困難となっていた。以下に、紫外光域で発光する従来の半導体発光素子の報告例について述べる。
【０００６】
Ａｌ1-ＸＧａＸＮを用いた紫外発光ダイオードに関し、非特許文献１に記載されている報告例について述べる。この報告例では、図１に示す発光ダイオードを有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により作製している。サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板１上に、まず、III 族原料とＶ族原料を交互に供給することで、ＡｌＮバッファ層２（膜厚０．３μｍ）、ＡｌＮ／Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎ超格子層３、ｎ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層４を順次成長させ、これらの上にIII 族原料とＶ族原料を同時に供給することで、Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ｎ／Ａｌ0.44Ｇａ0.56Ｎ多重量子井戸層５（３周期）、ｐ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層６（膜厚２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層７を成長させている。ｎ型電極８はｎ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層４上に、ｐ型電極９はｐ型ＧａＮ層７上に形成している。このようにして作製された発光ダイオード（１００μｍ×１００μｍサイズ）は、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長が２６９ｎｍである。しかし、その発光ダイオードの出力は０．２５ｍＷ、外部量子効率は０．３２％と低く、実用に不向きであるということが分かる。また、発光層にＡｌＧａＮを用いた場合には、発光波長が短くなるにしたがい、発光強度は低下している。さらに、この構成では、発光層であるＡｌ0.47Ｇａ0.53Ｎ／Ａｌ0.44Ｇａ0.56Ｎ多重量子井戸層にキャリアを注入するｎ型およびｐ型Ａｌ0.58Ｇａ0.42Ｎ層のバンドギャップは約４．８ｅＶであるため、発光波長２６０ｎｍ以下の光は吸収されてしまう。つまり、この従来構造では、エキシマレーザーに代わる２００ｎｍ付近で発光する半導体発光素子を作製することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】V.Adivarahan et.al. 滴igh-efficiency 269nm emission deep ultraviolet light-emitting diodes Applied Physics.Letters vol.84, No.23, pp.4762-4764(2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の半導体素子は、半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有することを特徴とする半導体素子であって、前記半導体素子が、前記ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、または前記ｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のショットキーダイオードの製造方法は、半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にオーミック電極を形成する第３の工程と、エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極を形成する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の電界効果トランジスターの製造方法は、半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にソース電極とドレイン電極を形成する第３の工程と、エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にゲート電極を形成する第４の工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長し、欠陥の少ないアンドープＡｌＮ層により電気伝導性が極めて優れたｎ型ＡｌＮ層が得られるので、ショットキーバリア高さや絶縁破壊電圧を大幅に増加することができる。このため、ｎ型ＡｌＮを用いた高出力電子素子を作製することができる。
【００１３】
さらに詳細には、本発明によるショットキーダイオードは、ショットキーバリア高さが４ｅＶと高い値を示した。従来の半導体のショットキーバリア高さは約１ｅＶであり、本発明で得られたショットキーバリア高さは、従来の半導体では得られたことのない大きなショットキーバリア高さである。このため、本発明に係るショットキーダイオードは、リーク電流が極めて低く、高い電圧を印加することが可能となる。実際に、駆動電圧±５Ｖにおける整流比は１０１０と非常に大きく、良好な整流性を示した。
【００１４】
また、本発明による電界効果トランジスターは、絶縁破壊電圧が１０００Ｖ以上と非常に高い値を示した。例えば、高出力用のＧａＮを用いた従来の電界効果トランジスターの絶縁破壊電圧は５００Ｖ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図２】本発明の参考例１による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図３】本発明の参考例１による発光ダイオードの作製手順を示す工程図である。
【図４】本発明の参考例１による発光ダイオードの発光スペクトルを示す特性図である。
【図５】アンドープＡｌＮ層の膜厚に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図６】アンドープＡｌＮ層の不純物濃度に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図７】ｎ型ＡｌＮの膜厚に対する発光出力の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の参考例２による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図９】発光層の組成と発光スペクトルの関係を示す特性図である。
【図１０】発光層に不純物をドープした場合の発光スペクトルを示す特性図である。
【図１１】本発明の参考例３による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１２】本発明の参考例４による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１３】本発明の参考例５による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１４】本発明の参考例６による発光ダイオードの構造を示す模式図である。
【図１５】コンタクト層の膜厚とｎ型電極の接触抵抗の関係を示す特性図である。
【図１６】コンタクト層の膜厚とｐ型電極の接触抵抗の関係を示す特性図である。
【図１７】本発明の参考例７による半導体レーザーの構造を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施例１によるショットキーダイオードの構造を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施例２による電界効果トランジスターの構造を示す模式図である。
【図２０】本発明の参考例８によるｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示す特性図である。
【図２１】本発明の参考例９によるｐ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示す特性図である。
【図２２】本発明の参考例１０による紫外光発生装置の構成を示す模式図である。
【図２３】本発明の参考例１１によるレーザー発振装置の構成を示す模式図である。
【図２４】本発明の参考例１２による露光装置の構成を示す模式図である。
【図２５】本発明の参考例１３による可視光発生装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施例および参考例を詳述する。本発明に係る半導体素子の実施形態として、実施例を用いて説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００１７】
［参考例１］
図２に本発明の参考例１に係わる、ＡｌＮのｐｎ接合を形成した発光ダイオードの構造を示す。
【００１８】
構造
図２に示すように、本参考例の発光ダイオードは、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４が順次積層されて、ＡｌＮのｐｎ接合を形成している。ｐ型ＡｌＮ層２４上にｐ型電極２５が、またｎ型ＡｌＮ層２３上にｎ型電極２６がそれぞれ形成されている。
【００１９】
作製手順
図３に上記発光ダイオードの製造工程を示す。本参考例でのＡｌＮのｐｎ接合は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により作製した。Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を、シリコン（Ｓｉ）ドーパント原料としてシラン（ＳｉＨ４）、Ｍｇドーパント原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。成長温度は１２００℃である。
【００２０】
図３に示すように、まず、ＭＯＣＶＤ法により、
（Ａ）ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、
（Ｂ）Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、
（Ｃ）Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１9ｃｍ−３）をその順序で順次にエピタキシャル成長させた。
【００２１】
その後、
（Ｄ）Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成し、
（Ｅ)エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させ、
（Ｆ)露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００２２】
図４に本発明の上記の製造方法で作られた発光ダイオードの発光スペクトルと、従来の発光ダイオードの発光スペクトルとを示す。本発明による発光ダイオードでは、ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍ、出力は３０ｍＷが得られた。これに対し、従来の発光ダイオードでは、発光波長は２６９ｎｍまでしか短波長化できておらず、発光出力も０．２５ｍＷと非常に低い。このように、本発明を適用することにより、従来技術による発光ダイオードよりも発光出力が略１００倍以上高く、２００ｎｍ付近で極めて高い発光強度で発光する発光ダイオードを実現することができる。
【００２３】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図２に示す構造例では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００２４】
アンドープＡｌＮ層の膜厚
アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図５に発光出力のアンドープＡｌＮ層２２の膜厚依存性を示す。アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．１μｍ以下においては、発光出力は０．２５ｍＷ以下と非常に低かった。その膜厚が０．４μｍ以上において、１０ｍＷ以上の高い発光出力が得られた。その膜厚が１．０μｍにおいて、発光出力３０ｍＷが得られた。この３０ｍＷの発光出力は２００ｎｍ付近で発光する発光ダイオードでは最高値である。一方、その膜厚が１．０μｍ以上においては、発光出力はほぼ一定である。従って、１０ｍＷ以上の高い発光出力を得るためには、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚を０．４μｍ以上にする必要がある。なお、１ｍＷ以上の発光出力は、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．２μｍ以上で得られる。
【００２５】
アンドープＡｌＮ層２２の膜厚を０．４μｍ以上にする必要がある理由は、アンドープＡｌＮ層２２の膜厚が０．４μｍ以上に限定された範囲においてのみ、欠陥が非常に少ないアンドープＡｌＮ層２２、極めて電気的特性の優れたｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４が得られるので、ＡｌＮのｐｎ接合から高い発光出力が得られるからである。なお、アンドープＡｌＮ層２２を成長する温度を１１００℃以下とした場合には、アンドープＡｌＮ層２２に欠陥が多く導入されるために、発光出力は半分程度に低下する。
【００２６】
アンドープＡｌＮ層の不純物濃度
アンドープＡｌＮ層２２内の不純物濃度が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図６に発光出力のアンドープＡｌＮ層２２の不純物濃度を示す。不純物濃度はＡｌＮ中に含まれるＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの合計の濃度として計算した。１０ｍＷ以上の非常に高い発光出力は不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下において得られた。また、１ｍＷ以上の発光出力は不純物濃度が３×１０１８ｃｍ−３以下において得られた。このように、高い発光出力を得るには、アンドープＡｌＮ層２２内の不純物濃度を極めて低くする必要がある。この理由は、不純物濃度の増加とともに、アンドープＡｌＮ層２２の欠陥が増加するために、その上に成長したｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の電気伝導性が劣化するためである。
【００２７】
ｎ型ＡｌＮ層の膜厚
ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が、発光ダイオードの発光出力に及ぼす影響を調べた。図７に発光出力のｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚依存性を示す。アンドープＡｌＮ層２２の膜厚は１μｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３のＳｉ濃度は５×１０１８ｃｍ−３、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ２４の膜厚は０．５μｍで、そのＭｇ濃度は３×１０１９ｃｍ−３とした。ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が０．１μｍ以下においては、発光出力は０．５ｍＷ以下と非常に低い。ｎ型ＡｌＮ層２３の膜厚が０．４μｍ以上において、１０ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。なお、実用に必要な１ｍＷ以上の発光出力は、膜厚が０．２μｍ以上において得られる。
【００２８】
基板の材質
本参考例１では、基板２１にＡｌＮを用いたが、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＢＮ、あるいはダイヤモンド基板に用いた場合に、発光出力はＡｌＮ基板の場合の３０ｍＷに対して、それぞれ、１８ｍＷ，１５ｍＷ，１０ｍＷ，５ｍＷとなるが、それ以外は同様な特性を示す。
【００２９】
［参考例２］
図８に、本発明の参考例２に係る、Ａｌ1-Ｘ-ＹＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層のＤＨ構造を有する発光ダイオードを示す。
【００３０】
構造
図８に示すように、本参考例の発光ダイオードは、ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を挿入した構造を有する。その他の部分の構造は、図２の参考例１と同様である。
【００３１】
作製手順
本参考例の発光ダイオードの作製は、図３の参考例１の製造手順に準じて行なわれる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順は同様である。
【００３２】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、アンドープＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をその順に順次エピタキシャル成長した。
【００３３】
その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００３４】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２２０ｎｍであり、出力は４０ｍＷであった。
【００３５】
さらに、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１のＡｌ，Ｂ，Ｇａ，ｌｎのＸ，Ｙ，Ｚの組成を、後述のように０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ≦０．４，０≦Ｚ≦０．２の範囲内で連続的に変化させることで、発光波長を２００ｎｍから２６０ｎｍまで連続的に変化することができる。
【００３６】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図８に示す構造例では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００３７】
ＡｌＮ発光層
図８に示す構造例では、発光層にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を選んだが、発光層として他の組成のＡｌＮ発光層を用いた場合にも、発光波長を２００ｎｍに短波長化することができる。
【００３８】
ＡｌＮ発光層、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層の膜厚と組成
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ＡｌＮ発光層またはＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいて、それら発光層の膜厚が発光出力に及ぼす影響を調べた。図９に発光出力のＡｌＮ発光層またはＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層の膜厚依存性を示す。
【００３９】
図９に示すように、ＡｌＮ発光層の場合、その膜厚が０．１μｍ以下において、１ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。また、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層（Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１）の場合も同様に、その膜厚が０．１μｍ以下において、１ｍＷ以上の高い発光出力が得られる。これは、ｎ型ＡｌＮ層２３から供給される電子とｐ型ＡｌＮ層２４から供給される正孔が効率よく発光再結合させるために、発光層の膜厚を０．１μｍ以下とする必要があるためである。
【００４０】
ただし、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の場合には、組成がＸ＝０．２１、Ｙ＝０．４１、Ｚ＝０．２１を超えると、発光強度は１ｍＷ以下に低下する。これは、ｎ型ＡｌＮ層２３とＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の界面で発光出力低下の原因となる欠陥が発生するからである。そこで、この欠陥発生を抑制するために、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の組成を０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲とする必要がある。
【００４１】
発光層にドーピング
前述のように、本参考例では、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３とした。Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の不純物濃度と発光特性の関係について調べた結果を図１０に示す。
【００４２】
図１０中の特性曲線
（Ａ）で示すように、不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３であるＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層（Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１）の場合には、発光波長は２２０ｎｍである。また、図１０中の特性曲線
（Ｂ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層にＳｉを５×１０１８ｃｍ−３ドープした場合には、発光強度は２分の１以下に低下する。さらに、図１０中の特性曲線
（Ｃ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層に、Ｓｉを５×１０１９ｃｍ−３ドープした場合には、発光強度は１０分の１以下に低下する。また、図１０中の特性曲線（Ｄ）で示すように、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層にＳｉとＭｇをその合計の濃度が５×１０１８ｃｍ−３となるように同時にドープした場合には、発光波長は２４０ｎｍに長波長化し、発光強度は２分の１以下に低下する。また、図１０中の特性曲線
（Ｅ）で示すように、さらに、そのＳｉとＭｇの合計の濃度が５×１０１９ｃｍ−３となるようにドープした場合には、発光強度は１０分の１以下に低下する。
【００４３】
また、ＡｌＮ発光層の場合も、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層と発光波長が異なるだけで、上記と同様の特性が得られた。
【００４４】
［参考例３］
図１１に本発明の参考例３に係る、ｎ型ＡｌＮ層とｐ型ＡｌＮ層の間にダイヤモンド発光層を挿入した構造を含む発光ダイオードの構造を示す。
【００４５】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１１に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にダイヤモンド発光層１１１を挿入した構造となっている。
【００４６】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上にダイヤモンド発光層１１１をエピタキシャル成長させる発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、ダイヤモンド発光層１１１の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順は同様である。
【００４７】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３）、ダイヤモンド発光層１１１（膜厚０．０５μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をこの順序で順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層４２上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００４８】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２３５ｎｍであり、発光出力は１．５ｍＷであった。
【００４９】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図１１に示す構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ダイヤモンド発光層１１１、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ダイヤモンド発光層１１１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００５０】
ダイヤモンド発光層の膜厚と方位
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間にダイヤモンド発光層１１１を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、ダイヤモンドとＡｌＮの格子定数差に起因したクラックの発生を抑制するために、ダイヤモンド発光層１１１の膜厚を０．０５μｍ以下とする必要がある。また、１ｍＷ以上の高い発光出力を得るには、ダイヤモンド発光層１１１の結晶構造がダイヤモンド構造であり、ｎ型ＡｌＮ層２３の結晶構造がウルツ鉱構造であり、ダイヤモンド発光層１１１の（１１１）結晶面方位とｎ型ＡｌＮ層２３の（０００１）結晶面方位が一致する必要がある。
【００５１】
［参考例４］
図１２に、本発明の参考例４に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００５２】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１２に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入した積層構造となっている。また、この発光ダイオードは、図８の発光ダイオードのｎ型ＡｌＮ層２３とＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１を挿入し、かつＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入したものとみなすこともできる。
【００５３】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程と（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３上に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を順次エピタキシャル成長させるクラッドおよび発光層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、クラッド層と発光層の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出される。その他の手順はほぼ同様である。
【００５４】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、アンドープＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．１、Ｚ＝０．０１）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．０５、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をこの順序で順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングにより、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００５５】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２２０ｎｍであり、出力は４０ｍＷであった。
【００５６】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層の順
図１２の構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合にも、発光出力は数十％減少するものの同様な特性を示す。
【００５７】
ＡｌＮ発光層
図１２に示す構成では、発光層にＡｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１を選んだが、ＡｌＮ発光層を用いた場合には、発光波長を２００ｎｍに短波長化することができる。それ以外は同様な特性を示す。
【００５８】
クラッド膜厚、組成
ｎ型ＡｌＮ層２３とｐ型ＡｌＮ層２４の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２を挿入した構造を含む発光ダイオードにおいては、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層８１内に発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制させるために、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１とｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２の膜厚を１μｍ以下に、組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲となるようにする必要がある。
【００５９】
［参考例５］
図１３に、本発明の参考例５に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００６０】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１３に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのアンドープＡｌＮ層２２とｎ型ＡｌＮ層２３との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１を挿入した積層構造をしており、このｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出した上にｎ型電極２６を形成している。
【００６１】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ａ）のアンドープＡｌＮ成長工程と（Ｂ）のｎ型ＡｌＮ成長工程の間に、アンドープＡｌＮ層２２上に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１をエピタキシャル成長させる中間層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程では、ｐ型ＡｌＮ層２４とｎ型ＡｌＮ層２３の一部分を貫いてエッチングし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出される。その後、図３の（Ｆ）のｎ型電極形成ではｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の露出した部分の上にｎ型電極２６を形成する。その他の手順はほぼ同様である。
【００６２】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１（膜厚０．５μｍ、Ｘ＝０．０１、Ｙ＝０．１、Ｚ＝０．０１、Ｓｉ濃度が５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚１．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層４上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００６３】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍであり、出力は４５ｍＷであった。
【００６４】
ｐ型ＡｌＮ層／ｎ型ＡｌＮ層の積層のじゅん
図１３の構成では、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１、ｎ型ＡｌＮ層２３、ｐ型ＡｌＮ層２４の順で積層したが、これに代えて、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）、ｐ型ＡｌＮ層２４、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層した場合には、発光出力は数十％減少したが、その他の点では同様な特性を示した。
【００６５】
ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
アンドープＡｌＮ２２とｎ型ＡｌＮ２３の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺ
Ｎ中間層１３１を挿入した場合には、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は１．５倍増加する。ただし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１を挿入した
構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥
発生を抑制するために、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１の膜厚が０
．１μｍ以上で、かつその組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範
囲とする必要がある。
【００６６】
ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
ｐ型ＡｌＮとアンドープＡｌＮの間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）を挿入した場合、これを挿入しない場合と比較して、発光出力は１．２倍増加する。ただし、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層を挿入した構造を含むことを特徴とする発光ダイオードにおいては、発光出力低下の原因となる欠陥発生を抑制するために、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層の膜厚が０．１μｍ以上で、かつその組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲とする必要がある。
【００６７】
［参考例６］
図１４に、本発明の参考例６に係る、Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を挿入した構成の発光ダイオードの構造を示す。
【００６８】
構造
本参考例の発光ダイオードは、図１４に示すように、図２の基本構造の発光ダイオードのｐ型ＡｌＮ層２４とｐ型電極２５との間に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を挿入し、ｎ型ＡｌＮ層２３とｎ型電極２６との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２を挿入した積層構造をしている。
【００６９】
作製手順
従って、図３の作製手順に準じて本参考例の発光ダイオードを作製することができる。すなわち、図３の（Ｃ）のｐ型ＡｌＮ成長工程と（Ｄ）のｐ型電極形成工程の間に、ｐ型ＡｌＮ層２４上に、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１をエピタキシャル成長させる第１のコンタクト層成長工程が挿入される。そして、図３の（Ｅ）のエッチング工程と（Ｆ）のｎ型電極形成工程の間に、ｎ型ＡｌＮ層２３の露出部分にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２をエピタキシャル成長させる第２のコンタクト層成長工程が挿入される。その他の手順はほぼ同様である。
【００７０】
次に、全体の製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１（膜厚３ｎｍ、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成し、エッチングによりＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させた。露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２（膜厚３ｎｍ、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１、Ｍｇ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００７１】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流２０ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２００ｎｍであり、出力３０ｍＷであった。このように、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２とｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を用いることで、動作電圧を半分以下に低減できる。
【００７２】
ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層の膜厚
Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２の膜厚とｎ型電極の接触抵抗の関係を調べた結果を図１５に示す。図１５中の特性曲線（Ａ）で示すように、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１のＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）の場合には、膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲で、接触抵抗を１０分の１以下に大幅に低減できる。つまり、ｎ型ＡｌＮ層２３とｎ型電極２６との間にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２を挿入することで、ｎ型電極２６の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
【００７３】
ただし、図１５中の特性曲線（Ｂ）で示すように、組成がＸ＞０．２、Ｙ＞０．４、Ｚ＞０．２のＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）の場合には、接触抵抗はほとんど変化しなかった。従って、接触抵抗を１０分の１以下に低減するには、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２の膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲、その組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲である必要がある。
【００７４】
ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層の膜厚
次に、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１の膜厚とｐ型電極２５の接触抵抗の関係を調べた結果を図１６に示す。図１６中の特性曲線（Ａ）で示すように、組成がＸ＝０．０１、Ｙ＝０．２、Ｚ＝０．０１のＭｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１（Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）の場合には、膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲で、接触抵抗を１０分の１以下に大幅に低減できる。つまり、ｐ型ＡｌＮ層２４とｐ型電極２５の間にｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１を挿入することで、ｐ型電極の接触抵抗が大きく低減され、発光ダイオードの動作電圧が低減される。
【００７５】
ただし、図１６中の特性曲線（Ｂ）で示すように、組成がＸ＞０．２、Ｙ＞０．４、Ｚ＞０．２のＳｉドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層（Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）の場合には、接触抵抗はほとんど変化しなかった。従って、接触抵抗を１０分の１以下に低減するには、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１の膜厚が１ｎｍから５０ｎｍの範囲、その組成が０≦Ｘ≦０．２、０≦Ｙ≦０．４、０≦Ｚ≦０．２の範囲である必要がある。
【００７６】
［参考例７］
図１７に、本発明の参考例７に係る、半導体レーザーの構造を示す。
【００７７】
構造
本参考例の半導体レーザーは、図１７に示すように、図８の構造をベースにして、図１２のクラッド層の構造、図１３の中間層の構造、図１４のコンタクト層の構造を適宜組み合わせた構造となっている。
【００７８】
作製手順
次に、図１７を参照して本参考例の半導体レーザーの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１（膜厚０．８μｍ、Ｘ＝０．１、Ｙ＝０．０１）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚０．５μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮクラッド層１２１（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０５、Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３）、Ａｌ1-Ｘ-ＹＩｎＸＧａＹ発光層８１（膜厚２ｎｍ、Ｘ＝０．１、Ｙ＝０．０２）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮクラッド層１２２（膜厚０．１μｍ、Ｘ＝０．０５、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型ＡｌＮ層２４（膜厚０．５μｍ、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮコンタクト層１４１（膜厚３
ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｙ＝０．０１、Ｍｇ濃度３×１０１９ｃｍ−３）を順次エピタキシャル成長した。その後、Ｍｇドープｐ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮコンタクト層１４１上にＰｄ／Ａｕ電極（ｐ型電極）２５を形成した後、エッチングによりＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１の一部を露出させる。露出したＳｉドープｎ型Ａｌ1-Ｘ-ＹＧａＸＩｎＹＮ中間層１３１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極（ｎ型電極）２６を形成した。
【００７９】
ｐ型電極２５に正の電圧を、ｎ型電極２６に負の電圧を印加した結果、直流１００ｍＡ駆動の条件下において、発光波長は２１０ｎｍであり、出力１００ｍＷであった。
【実施例１】
【００８０】
次に、本発明の実施例１を説明する。図１８に本発明の実施例１に係る、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮを用いて作製したショットキーダイオードの構造を示す。
【００８１】
構造
本実施例のショットキーダイオードは、図１８に示すように、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層された構造を有し、ｎ型ＡｌＮ層２３上の一部にｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１を介してオーミック電極１８２が形成され、ｎ型ＡｌＮ層２３上の露出した部分にショットキー電極１８３が直接形成されている。
【００８２】
作製手順
次に、図１８を参照して本実施例のショットキーダイオードの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜厚１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）をエピタキシャル成長した。その後、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去し、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。残ったＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を形成し、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層８２上にショットキー電極１８３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成した。
【００８３】
このショットキーダイオードは、ショットキーバリア高さが４ｅＶと高い値を示した。従来の半導体のショットキーバリア高さは約１ｅＶであり、本発明で得られたショットキーバリア高さは、従来の半導体では得られたことのない大きなショットキーバリア高さである。このため、本発明に係るショットキーダイオードは、リーク電流が極めて低く、高い電圧を印加することが可能となる。実際に、駆動電圧±５Ｖにおける整流比は１０１０と非常に大きく、良好な整流性を示した。
【００８４】
コンタクト層
図１８の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２を形成したが、これに代えて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１をエピタキシャル成長せずに、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上に直接にオーミック電極１８２とショットキー電極１８３を形成した場合には、整流比は１０８と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００８５】
また、図１８の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去して、露出させたＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３を形成したが、これに代えて、そのエッチングを行わずに、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上に直接ショットキー電極を形成した場合には、ショットキーバリア高さは３．５ｅＶと低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００８６】
電極の形成位置
図１８の構成では、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３を形成し、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にオーミック電極１８２を形成したが、これに代えて、ｎ型ＳｉＣ半導体基板２１上にＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）をエピタキシャル成長し、そのＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にショットキー電極１８３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成し、ｎ型ＳｉＣ半導体基板２１に直接にオーミック電極１８２（Ｎｉ／Ａｕ）を形成した場合には、整流比は１０８と低下したが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【実施例２】
【００８７】
図１９に、本発明の実施例２に係る、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮを用いて作製した電界効果トランジスターの構造を示す。
【００８８】
構造
本実施例の電界効果トランジスターは、図１９に示すように、半導体または絶縁体基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２、ｎ型ＡｌＮ層２３の順で積層された構造を有し、ｎ型ＡｌＮ層２３上の一部にｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１を介してソース電極１９１とドレイン電極１９２が形成され、ｎ型ＡｌＮ層２３上の露出した部分にゲート電極１８３が直接形成されている。
【００８９】
作製手順
次に、図１９を参照して本実施例の電界効果トランジスターの製造手順を述べる。まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板２１上に、アンドープＡｌＮ層２２（膜層１．０μｍ、不純物濃度１×１０１７ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３（膜厚１．０μｍ、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１（膜厚３ｎｍ、Ｘ＝０．２、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）を順次エピタキシャル成長した。その後、エッチングにより、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３の一部を露出させる。残ったＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にソース電極１９１とドレイン電極１９２（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を形成し、露出したＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にゲート電極１９３（Ｐｄ／Ａｕ）を形成した。
【００９０】
この電界効果トランジスターは、絶縁破壊電圧が１０００Ｖ以上と非常に高い値を示した。例えば、高出力用のＧａＮを用いた従来の電界効果トランジスターの絶縁破壊電圧は５００Ｖ以下である。
【００９１】
コンタクト層
図１９の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上にソース電極１９１とドレイン電極１９２を形成したが、これに代えて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層をエピタキシャル成長せずに、Ｓｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上直接にソース電極１９１、ドレイン電極１９２、およびゲート電極１９３を形成した場合には、絶縁破壊電圧は８００Ｖ以上となったが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００９２】
また、図１９の構成では、Ｓｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１の一部をエッチングにより除去し、露出させたＳｉドープｎ型ＡｌＮ層２３上にゲート電極１９３を形成したが、これに代えて、そのエッチングを行わずにＳｉドープｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＮコンタクト層１８１上に直接にソース電極１９１とドレイン電極１９２とゲート電極１９３とを形成した場合には、絶縁破壊電圧は８００Ｖ以上となったが、それ以外の点では同様な特性を示した。
【００９３】
［参考例８］
本発明の参考例８として、本発明に係わる、前述のｎ型ＡｌＮ層２３、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層１３１、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４２における、ｎ型ドーパント濃度の影響を調べるため、ｎ型ＡｌＮにおけるｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を調べた。その結果を図２０に示す。
【００９４】
図２０中の特性曲線（Ａ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉのみを用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｂ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｃ）は、ｎ型ドーパントとしてＧｅのみを用いた場合を示している。図２０中の特性曲線（Ｄ）は、ｎ型ドーパントとしてＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くした場合を示している。特性曲線（Ａ）〜（Ｄ）のすべての場合で、ｎ型ドーパント濃度が３×１０１７ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３の範囲で、１Ωｃｍ以下の低い抵抗率が得られる。
【００９５】
図２０中の特性曲線（Ａ）と（Ｃ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントとしてＳｉもしくはＧｅを用いたが、ＯもしくはＳｎを用いた場合も、同様の結果が得られる。
【００９６】
図２０中の特性曲線（Ｂ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いたが、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎの２つ以上の元素を同時に用いた場合も、同様の結果が得られる。
【００９７】
図２０中の特性曲線（Ｄ）で示すように、この参考例では、ｎ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くしたが、ｎ型ドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和がＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度が総和より高くした場合でも、同様の結果が得られる。ただし、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和をＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和よりも低くした場合には、抵抗率は１０００Ωｃｍ以上に高くなる。
【００９８】
この参考例では、ｎ型ＡｌＮのｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示したが、ｎ型ＡｌＮの代わりにｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮの場合には、その抵抗率はさらに低下する。それ以外の点では同様な特性を示す。
【００９９】
以上の結果、抵抗率が低く、電気伝導性が優れたｎ型ＡｌＮ層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を得るには、ｎ型ドーパント濃度を３×１０１７ｃｍ−３から５×１０１９ｃｍ−３の範囲にする必要である。
【０１００】
［参考例９］
本発明の参考例９として、本発明に係わる、前述のｐ型ＡｌＮ層２４、ｐ型Ａｌ1-Ｘ
-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層１２２、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層（図示しない）、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層１４１における、ｐ型ドーパント濃度の影響を調べるため、ｐ型ＡｌＮにおけるｐ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を調べた。その結果を図２１に示す。図２１中の特性曲線（Ａ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇのみを用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｂ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇとＢｅの２つの元素を同時に用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｃ）は、ｐ型ドーパントとしてＢｅのみを用いた場合を示している。図２１中の特性曲線（Ｄ）は、ｐ型ドーパントとしてＭｇとＳｉを用いて、かつＭｇ濃度をＳｉ濃度より高くした場合を示している。図２１中の特性曲線（Ａ）〜（Ｄ）のすべての場合で、ｐ型ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ−３から５×１０２０ｃｍ−３の範囲で、５Ωｃｍ以下の低い抵抗率が得られる。
【０１０１】
図２１中の特性曲線（Ａ）と（Ｃ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントとしてＭｇもしくはＢｅを用いたが、ＺｎもしくはＣを用いた場合も、同様の結果が得られる。
【０１０２】
図２１中の特性曲線（Ｂ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＧｅの２つの元素を同時に用いたが、Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用いた場合も、同様の結果が得られる。
【０１０３】
図２１中の特性曲線（Ｄ）で示すように、この参考例では、ｐ型ＡｌＮのドーパントにＳｉとＭｇを用いて、かつＳｉ濃度をＭｇ濃度より高くしたが、ｐ型ドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃの２つ以上の元素を同時に用い、Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和がＳｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度が総和より高くした場合も、同様の結果が得られる。ただし、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｏ，Ｓｎ濃度の総和をＭｇ，Ｂｅ，Ｚｎ，Ｃ濃度の総和より高くした場合には、その抵抗率は１０００Ωｃｍ以上に高くなる。
【０１０４】
この実施の形態では、ｐ型ＡｌＮのｎ型ドーパント濃度と抵抗率の関係を示したが、ｐ型ＡｌＮの代わりにｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮの場合、抵抗率はさらに低下する。それ以外は同様な特性を示す。
【０１０５】
以上の結果、抵抗率が低く、電気伝導性が優れたｐ型ＡｌＮ層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層、ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層を得るには、ｐ型ドーパント濃度を１×１０１８ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲にする必要である。
【０１０６】
［参考例１０］
図２２に、本発明の参考例１０として、本発明の参考例４で記載された発光ダイオードを用いて作製した紫外光発生装置の構成を示す。図２２を参照して、この紫外光発生装置の作製手順を説明する。まず、本発明を適用して作製した発光ダイオード２２１を金属板２２２に取り付ける。続いて、ワイヤーボンディングにより、発光ダイオード２２１のｐ型電極２２３と正極ピン２２４間、および発光ダイオード２２１のｎ型電極２２５と負極ピン２２６間を金線２２７で接続する。電源装置２２８の正極端子２２８１と正極ピン２２４間、および電源装置２２８の負極端子２２８２と負極ピン２２６間をそれぞれ接続する。その後、電源装置２２８により電圧を印加すると、発光ダイオード２２１から発光波長２２０ｎｍの紫外光が発生する。電流２０ｍＡにおいて、発光ダイオード２２１から発光出力４０ｍＷが得られる。電源装置２２８はその発光出力を一定に保つため、電圧を自動で制御する機能を有している。
【０１０７】
［参考例１１］
図２３に、本発明の参考例１１として、本発明の参考例７で記載された半導体レーザーを用いて作製したレーザー発振装置の構成を示す。図２３を参照して、このレーザー発振装置の作製手順を説明する。まず、本発明を適用して作製した半導体レーザー２３１をヒートシンク２３２に接着し、そのヒートシンク２３２を金属板２３３上に取り付ける。このヒートシンク２３２は半導体レーザー２３１で発生する熱を効率よく放熱するために必要である。続いて、ワイヤーボンディングにより、半導体レーザー２３１のｐ型電極２３４と正極ピン２３５間、および半導体レーザー２３１のｎ型電極２３６と負極ピン２３７間をそれぞれ金線２３８で接続する。電源装置２３９の正極端子２３９１と正極ピン２３５間、および電源装置２３９の負極端子２３９２と負極ピン２３７間を接続する。その後、電源装置２３９により、電圧を印加すると、半導体レーザー２３１から発振波長２１０ｎｍの紫外レーザー光が発生する。電流１００ｍＡにおいて、半導体レーザー２３９から発光出力１００ｍＷが得られる。電源装置２３９はその発光出力を一定に保つため、電圧を自動で制御する機能を有している。
【０１０８】
［参考例１２］
図２４に、本発明の参考例１２として、本発明の参考例１１に記載のレーザー発振装置を用いて作製した露光装置の概略構成を示す。この露光装置は、図２４に示すように、１または複数Ｎ個（Ｎは自然数）のレーザー発振装置２３０、紫外レーザー光を集光するための第１のレンズ２４１、回路パターンが描かれたマスク２４２、紫外レーザー光をウエハー２４５に照射するための第２のレンズ２４３、レジスト２４４が塗付されたウエハー２４５、およびウエハー２４５を移動するためのステージ２４６から構成されている。
【０１０９】
以上の構成において、レーザー発振装置２３０から発生された紫外レーザー光（発光波長２１０ｎｍ）を，第１のレンズ２４１，マスク２４２、第２のレンズ２４３を通してウエハー２４５に照射する。続いて、レジスト２４４の現像を行い、マスクの回路パターンがレジスト２４４に転写する。
【０１１０】
本露光装置により転写された回路パターンの解像度は、８０ｎｍ以下と非常に高い。また、本露光装置は、半導体レーザーが小型であるという特徴を有するため、レーザー発振装置２３０をウエハー２４５の面積に対応して複数個並べることが可能である。この結果、本露光装置は高強度で大面積の露光が可能であり、従来のエキシマレーザーを用いた露光装置のほぼ１０倍以上の早い処理速度が得られる。
【０１１１】
［参考例１３］
図２５に、本発明の参考例１３として、本発明の参考例１０に記載の紫外光発生装置を用いて作製した可視光発生装置の構成を示す。この可視光発生装置は、図２５に示すように、紫外光発生装置２２０から発生する紫外光を、紫外光を可視光に変換する性質を有する蛍光体２５１に照射する。蛍光体２５１としては、蛍光灯に使用されている白色用蛍光体（Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ）を用いた場合は、発光波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視光が発生する。また、蛍光体２５１の種類を、（ＳｒＣａＢａＭｇ）５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ，ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ，Ｙ２Ｏ３：Ｅｕに変えることで、それぞれ青色、緑色、赤色の発光が得られる。
【０１１２】
（他の実施形態）
なお、本発明の好適な実施形態を具体的な実施例を用いて説明したが、本発明の実施形態は上記の例示に限定されるものではなく、請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
２１ 基板
２２ アンドープＡｌＮ層
２３ ｎ型ＡｌＮ層
２４ ｐ型ＡｌＮ層
２５ ｐ型電極
２６ ｎ型電極
８１ Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ発光層
１１１ ダイヤモンド発光層
１２１ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層
１２２ ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮクラッド層
１３１ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮ中間層
１４１ ｐ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層
１４２ ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層
１８１ ｎ型Ａｌ1-ＸＧａＸＩｎＺＮコンタクト層
１８２ オーミック電極
１８３ ショットキー電極
１９１ ソース電極
１９２ ドレイン電極
１９３ ゲート電極
２２０ 紫外光発生装置
２２１ 発光ダイオード
２２８、２３９ 電源装置
２３０ レーザー発振装置
２３１ 半導体レーザー
２３２ ヒートシンク
２４２ マスク
２４４ レジスト
２４５ ウエハー
２５１ 蛍光体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有することを特徴とする半導体素子であって、
前記半導体素子が、前記ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、または前記ｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターであることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記ｎ型ＡｌＮ層と前記オーミック電極との間に、または前記ｎ型ＡｌＮ層と前記ソース電極、ドレイン電極との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記ｎ型ＡｌＮ層と前記オーミック電極、前記ショットキー電極、前記ソース電極、前記ゲート電極、前記ドレイン電極の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ｎ型ＡｌＮ層上に前記ショットキー電極または前記ゲート電極が形成され、前記半導体基板上に前記オーミック電極または前記ソース電極とゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、
前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、
前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にオーミック電極を形成する第３の工程と、
エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極を形成する第４の工程と
を有することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項６】
半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、
前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、
前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にソース電極とドレイン電極を形成する第３の工程と、
エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にゲート電極を形成する第４の工程と
を有することを特徴とする電界効果トランジスターの製造方法。
【請求項１】
半導体または絶縁体基板上に、アンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層の順で積層された構造を有することを特徴とする半導体素子であって、
前記半導体素子が、前記ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極およびオーミック電極を形成したショットキーダイオード、または前記ｎ型ＡｌＮ層上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極を形成した電界効果トランジスターであることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記ｎ型ＡｌＮ層と前記オーミック電極との間に、または前記ｎ型ＡｌＮ層と前記ソース電極、ドレイン電極との間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記ｎ型ＡｌＮ層と前記オーミック電極、前記ショットキー電極、前記ソース電極、前記ゲート電極、前記ドレイン電極の間に、ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ｎ型ＡｌＮ層上に前記ショットキー電極または前記ゲート電極が形成され、前記半導体基板上に前記オーミック電極または前記ソース電極とゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、
前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、
前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にオーミック電極を形成する第３の工程と、
エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にショットキー電極を形成する第４の工程と
を有することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項６】
半導体または絶縁体基板上にアンドープＡｌＮ層、ｎ型ＡｌＮ層をエピタキシャル成長させる第１の工程と、
前記ｎ型ＡｌＮ層上にｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層をエピタキシャル成長させる第２の工程と、
前記ｎ型Ａｌ1-Ｘ-Ｙ-ＺＢＸＧａＹＩｎＺＮコンタクト層上にソース電極とドレイン電極を形成する第３の工程と、
エッチングにより前記ｎ型ＡｌＮ層の一部を露出させ、露出した該ｎ型ＡｌＮ層上にゲート電極を形成する第４の工程と
を有することを特徴とする電界効果トランジスターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００９−３０２５７６（Ｐ２００９−３０２５７６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９７６０（Ｐ２００９−２１９７６０）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【分割の表示】特願２００４−２４６００１（Ｐ２００４−２４６００１）の分割
【原出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【分割の表示】特願２００４−２４６００１（Ｐ２００４−２４６００１）の分割
【原出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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