ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
【課題】ｐクラッド層の特性悪化を防止すること。
【解決手段】発光層１４上に、８００〜９５０℃でＭｇドープＡｌＧａＩｎＮからなるｐクラッド層１５を形成した（図２（ｂ））。次に、ｐクラッド層１５上に、ｐクラッド層１５形成時と同じ温度でノンドープＧａＮからなる厚さ５〜１００Åのキャップ層１６を形成した（図２（ｃ））。キャップ層１６にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇをドープしてもよい。次に、温度を次工程のｐコンタクト層１７の成長温度まで昇温した。この昇温時において、キャップ層１６が形成されているため、ｐクラッド層１５表面が露出しておらず、Ｍｇの過剰ドープや不純物の混入が抑制される。そのため、ｐクラッド層１５の特性悪化が防止される。次に、キャップ層１６上に９５０〜１１００℃でｐコンタクト層１７を形成した（図２（ｄ））。
【解決手段】発光層１４上に、８００〜９５０℃でＭｇドープＡｌＧａＩｎＮからなるｐクラッド層１５を形成した（図２（ｂ））。次に、ｐクラッド層１５上に、ｐクラッド層１５形成時と同じ温度でノンドープＧａＮからなる厚さ５〜１００Åのキャップ層１６を形成した（図２（ｃ））。キャップ層１６にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇをドープしてもよい。次に、温度を次工程のｐコンタクト層１７の成長温度まで昇温した。この昇温時において、キャップ層１６が形成されているため、ｐクラッド層１５表面が露出しておらず、Ｍｇの過剰ドープや不純物の混入が抑制される。そのため、ｐクラッド層１５の特性悪化が防止される。次に、キャップ層１６上に９５０〜１１００℃でｐコンタクト層１７を形成した（図２（ｄ））。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型層の形成方法に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法であり、特にｐクラッド層の特性悪化を防止することができる製造方法に関する。また、ｐ型層の構造に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子である。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子は、主として基板上にｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層された構造を有している。そしてｐ型層は発光層側からｐクラッド層、ｐコンタクト層の順に積層された構造を有している。
【０００３】
ｐクラッド層は、たとえばＡｌＧａＮからなる単層や、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮ、あるいはＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造である。ｐクラッド層は、発光層への熱ダメージを低減するため、８００〜９５０℃の低温で成長させている。
【０００４】
ｐコンタクト層は、たとえば高濃度にＭｇがドープされたｐ−ＧａＮである。ｐコンタクト層は、結晶品質を向上させるため、９５０〜１１００℃で、かつｐクラッド層の成長温度よりも高い温度で成長させている。
【０００５】
このように、ｐクラッド層は低温で成長させ、ｐコンタクト層を高温で成長させているため、従来、ｐクラッド層の成長後に結晶成長を中断して昇温し、その後にｐコンタクト層を成長させている。
【０００６】
また、本発明に関連する技術として、特許文献１、２がある。特許文献１には、発光層上に、ｐ−ＡｌＧａＮからなるキャップ層、ｐ−ＧａＮからなる光導波層、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐクラッド層、ｐ−ＧａＮからなるｐコンタクト層が順に積層されたIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。また、特許文献２には、ＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造であるｐクラッド層と、ＭｇがドープされたＩｎＧａＮからなるｐコンタクト層との間に、厚さ１００ｎｍ、Ｍｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 のＧａＮからなる層が設けられたIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６４５１２
【特許文献２】特開２００７−８０９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ｐクラッド層形成後のｐコンタクト層形成のための昇温の際、ｐクラッド層表面が露出しているために、ｐクラッド層中にＭｇが過剰にドープされてしまったり、他の不純物が結晶に混入してしまうなどの問題がある。その結果、ｐクラッド層が高抵抗化してしまうなど特性に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００９】
また、特許文献１、２には、上記ｐクラッド層の特性悪化の問題について何ら示されておらず、特許文献２には、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間のＧａＮからなる層が何の目的で設けた層であるか明らかにされていない。
【００１０】
そこで本発明の目的は、特性を悪化させずにｐクラッド層を形成することができるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、ｐクラッド層と、ｐクラッド層上に位置する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クラッド層を第１の成長温度で形成する工程と、ｐクラッド層上に、第１の成長温度であって、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成する工程と、第１の成長温度よりも高い第２の成長温度まで昇温する工程と、キャップ層上に、第２の成長温度でｐコンタクト層を形成する工程と、を有す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】
なお、キャップ層は、成長開始時に第１の成長温度であればよく、第２の成長温度を越えない範囲で昇温させながら成長させてもよい。もちろん、第１の成長温度で一定のまま、キャップ層を成長させてもよい。
【００１３】
また、キャップ層の厚さは５〜１００Åとすることが望ましい。キャップ層の厚さがこの範囲であれば、次工程での昇温においてｐクラッド層にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりするのを保護することができ、ｐクラッド層の特性を悪化させない機能を十分に果たすことができる。より望ましくはキャップ層の厚さを５〜２０Åとすることである。
【００１４】
キャップ層の材料は、III 族窒化物半導体であれば任意であるが、結晶性や制御性などの点からＧａＮ、ＩｎＧａＮが望ましく、特にＧａＮとすることが望ましい。ＩｎＧａＮとする場合には、Ｉｎ組成比は０より大きく１０％以下とすることが望ましい。また、キャップ層にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇがドープされていてもよいし、ノンドープであってもよい。ノンドープであっても、メモリー効果によってキャップ層中にはＭｇが取り込まれる。そのため、Ｍｇをドープしてもノンドープでも、のちの熱処理によってｐ型のキャップ層が得られる。より望ましいキャップ層のＭｇ濃度は、１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。また、キャップ層はＭｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成してもよいが、製造工程が増え、キャップ層自体の厚さも増してしまうため、単層とすることが望ましい。
【００１５】
第１の成長温度は、８００〜９５０℃、第２の成長温度は９５０〜１１００℃であることが望ましい。この範囲であれば、ｐクラッド層およびｐコンタクト層を結晶性よく成長させることができるとともに、キャップ層によるｐクラッド層の特性悪化防止の効果も十分に発揮させることができる。
【００１６】
ｐクラッド層は、単層でもよいし、超格子構造などの複数の層で構成されていてもよい。ｐクラッド層を単層とする場合、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮとすることができる。より望ましくはＡｌ組成比２５〜３５％、Ｉｎ組成比１〜６％のＡｌＧａＩｎＮである。また、ｐクラッド層を超格子構造とする場合、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された構造とすることができる。より望ましいのは、Ａｌ組成比が２７〜３１％のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が４〜６％のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造とすることである。また、ｐクラッド層にはＭｇがドープされていてもよい。
【００１７】
ｐコンタクト層は、単層であってもよいし、Ｍｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成されていてもよい。ｐコンタクト層を単層とする場合、ｐコンタクト層はＭｇドープのＧａＮまたはＩｎＧａＮとすることができる。ｐコンタクト層を複数の層で構成する場合、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高くなるよう各層のＭｇ濃度が設定された複数の層（たとえばＧａＮ）とすることができる。このようにｐコンタクト層を構成すれば、ｐ電極とのコンタクト抵抗を低減することができる。また、ｐコンタクト層を複数の層で構成する場合、最上層、つまりｐ電極と接触する層をＩｎＧａＮとすることで、ｐ電極とのコンタクト抵抗の低減を図ってもよい。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、キャップ層は、５〜１００Åの厚さに形成する、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。
【００１９】
第３の発明は、第２の発明において、キャップ層は、５〜２０Åの厚さに形成する、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。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、キャップ層は、Ｉｎ組成比が０〜１０％のＩｎＧａＮであ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。Ｉｎ組成比が０％の場合、つまりＧａＮである場合も含む。
【００２１】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第１の成長温度は、８００〜９５０℃であり、第２の成長温度は、９５０〜１１００℃であ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。
【００２２】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比は０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮからなる単層であ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。
【００２３】
第７の発明は、第１の発明から第５の発明において、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造である、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。
【００２４】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、ｐコンタクト層は、Ｍｇ濃度の異なる複数の層で構成され、それらの層は、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高い、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。
【００２５】
第９の発明は、ｐクラッド層と、ｐクラッド層上に位置するｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下で、厚さ５〜１００Åのキャップ層を有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ｐクラッド層と同じ成長温度（第１の成長温度）で、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成している。そして、キャップ層を形成したのちに、ｐコンタクト層を形成する温度（第２の成長温度）まで昇温している。この昇温時に、ｐクラッド層表面はキャップ層により覆われているため、ｐクラッド層にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりするのが防止される。その結果、ｐクラッド層の特性悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。
【図２】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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】
【００２９】
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０を有し、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、ｎコンタクト層１１、ＥＳＤ層１２、ｎクラッド層１３、発光層１４、ｐクラッド層１５、キャップ層１６、ｐコンタクト層１７が順に積層されている。ｐコンタクト層１７表面の一部領域には、その表面からｎコンタクト層１１に達する深さの溝が形成されていて、その溝の底面に露出したｎコンタクト層１１上にはｎ電極２０が設けられている。また、ｐコンタクト層１７上の溝形成部を除くほぼ全面にはＩＴＯからなる透明電極１８が設けられ、透明電極１８上にはｐ電極１９が設けられている。
【００３０】
サファイア基板１０のｎコンタクト層１１側表面にドット状、ストライプ状などの凹凸パターンを設け、光取り出し効率の向上を図るようにしてもよい。成長基板としてサファイア基板以外にも、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、スピネル、ＧａＮ、Ｇａ2 Ｏ3 などを用いることができる。
【００３１】
ｎコンタクト層１１は、Ｓｉ濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上のｎ−ＧａＮである。ｎ電極１６とのコンタクト抵抗をより低減するために、ｎコンタクト層１１をＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。
【００３２】
ＥＳＤ層１２は、ｎコンタクト層１１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１３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１３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ＥＳＤ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。
【００３３】
ｎクラッド層１３は、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ層の３層を順に積層させたものを１単位として、この単位構造を１５回繰り返し積層させた超格子構造である。ただし、ｎクラッド層１２は、最初に形成する層、すなわち、ｎコンタクト層１１に接する層をＩｎＧａＮ層とし、最後に形成する層、すなわち、発光層１４に接する層をｎ−ＧａＮ層としている。このような構造のｎクラッド層１３を設けることにより、発光層からｎクラッド層１３側へのホールの漏れを効果的に防止することができ、発光効率の向上を図ることができる。
【００３４】
発光層１４は、ノンドープのＩｎＧａＮからなる井戸層とノンドープのＡｌＧａＮからなる障壁層とが交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。井戸層と障壁層との間に、Ａｌ組成比が障壁層のＡｌ組成比以下のＡｌＧａＮからなり、井戸層と同じ成長温度で形成するキャップ層（本発明におけるキャップ層とは別の層）を設けてもよい。このようなキャップ層を設けると、障壁層を形成する際の昇温時に井戸層からのＩｎの離脱が防止されるため、発光効率を向上させることができる。発光層１３とｐクラッド層１４との間に、ｐクラッド層１４中のＭｇが発光層１３へ拡散するのを防止するために、ノンドープのＧａＮとノンドープのＡｌＧａＮとからなる層を設けてもよい。
【００３５】
ｐクラッド層１５は、厚さ２７５Åのｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなる単層である。Ａｌ組成比は０より大きく５０％以下であり、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下である。このような組成比のＡｌＧａＩｎＮからなる層を設けることで、ホールの発光層１４からの漏れを低減することができ、発光効率を向上させることができる。より望ましくは、Ａｌ組成比が２５〜３５％、Ｉｎ組成比が１〜６％のＡｌＧａＩｎＮからなる単層とすることである。ｐクラッド層１５のｐ型不純物はＭｇであり、そのＭｇ濃度は１×１０20〜２×１０20／ｃｍ3 である。
【００３６】
なお、ｐクラッド層１５は、超格子構造としてもよい。たとえば、ｐ−ＡｌＧａＮ層とｐ−ＩｎＧａＮ層とが交互に複数回積層された超格子構造である。ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇ濃度は１×１０20〜２×１０20／ｃｍ3 とすることが望ましい。ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比は０より大きく５０％以下とすることが望ましく、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比は０以上１０％以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比を２７〜３１％とすることであり、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比を４〜６％とすることである。
【００３７】
キャップ層１６は、厚さ５〜１００ÅのノンドープＧａＮからなる単層である。キャップ層１６には、ノンドープであってもメモリー効果によって５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 程度のＭｇが結晶に混入している。このようなキャップ層１６をｐクラッド層１５とｐコンタクト層１７との間に設けることにより、ｐクラッド層１５へのＭｇの過剰ドープや不純物の混入を防止することができ、ｐクラッド層１５の特性悪化を防止することができる。キャップ層１６の厚さは５〜２０Åとすることがより望ましく、さらに望ましくは５〜１０Åである。
【００３８】
なお、キャップ層１６としてＩｎ組成比が０より大きく１０％以下のＩｎＧａＮからなる単層とすることもできる。Ｉｎ組成比がこの範囲であれば、結晶性よくキャップ層１６を形成することができる。
【００３９】
より一般に、キャップ層１６はIII 族窒化物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１））であってもよいが、結晶性や形成時の制御性などの点から上記のようにＩｎx Ｇａy Ｎ（ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦０．１）であることが望ましい。
【００４０】
また、キャップ層１６には、Ｍｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇがドープされていてもよい。より望ましくは１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。
【００４１】
また、キャップ層１６はＭｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成してもよいが、製造工程が増え、キャップ層１６自体の厚さも増してしまうため、単層とすることが望ましい。
【００４２】
ｐコンタクト層１７は、キャップ層１６側から順に、Ｍｇ濃度１〜３×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層、Ｍｇ濃度４〜６×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層、Ｍｇ濃度１〜２×１０20／ｃｍ3 で厚さ８０ÅのＧａＮからなる第３ｐコンタクト層、の３層からなる。ｐコンタクト層１７をこのような構成とすることにより、ｐコンタクト層１７の結晶性を保持しつつ、透明電極１８とのコンタクト抵抗を低減することができる。透明電極１８と接する第３ｐコンタクト層は、ＧａＮではなくＩｎＧａＮとしてもよい。仕事関数が透明電極１８に近くなるため、コンタクト抵抗をさらに低減することができる。
【００４３】
透明電極１８は、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１８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）などの透明酸化物導電体材料や、Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。
【００４４】
ｐ電極１９、ｎ電極２０は、電流拡散性を向上させるために、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。
【００４５】
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図２を参照に説明する。
【００４６】
まず、サファイア基板１０を用意し、水素雰囲気中でサーマルクリーニングを行い、サファイア基板１０表面に付着した不純物を除去した。
【００４７】
次に、サファイア基板１０上に、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１１、ＥＳＤ層１２、ｎクラッド層１３、発光層１４、を順に積層した（図２（ａ））。原料ガスは、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ａｌ源として（トリメチルアルミニウム）、窒素源としてアンモニアを用い、キャリアガスとして水素と窒素を用いた。また、ｎ型ドーパントガスにはシランを用いた。
【００４８】
次に、発光層１４上に、ＭＯＣＶＤ法によって８００〜９５０℃（本発明における第１の成長温度）で厚さ２７５ÅのＭｇドープＡｌＧａＩｎＮからなるｐクラッド層１５を形成した（図２（ｂ））。ｐ型ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、原料ガスやキャリアガスは上記と同様である。ｐクラッド層１５のより望ましい成長温度は、８４０〜８８０℃であり、この温度範囲であれば、ｐクラッド層１５をより結晶性よく成長させることができる。
【００４９】
次に、ｐクラッド層１５上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｐクラッド層１５形成時と同じ温度でノンドープＧａＮからなる厚さ５〜１００Åのキャップ層１６を形成した（図２（ｃ））。キャップ層１６にはメモリー効果によって５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 程度のＭｇがドープされる。原料ガス、キャリアガスは上記と同様である。キャップ層１６にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇをドープしてもよい。より望ましくは１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。また、キャップ層１６のより望ましい厚さは５〜２０Åである。この範囲であれば、キャップ層１６を設けることによる素子特性への影響をより軽減することができる。また、キャップ層１６としてＩｎ組成比が０より大きく１０％以下のＩｎＧａＮを用いることもできる。
【００５０】
なお、本実施例では、キャップ層１６の成長温度をｐクラッド層１５形成時と同じ温度で一定としているが、キャップ層１６の成長開始時の温度をｐクラッド層１５形成時と同じ温度とし、その後、ｐコンタクト層１７の成長温度以下の範囲で昇温させながらキャップ層１６を成長させてもよい。
【００５１】
次に、温度を次工程のｐコンタクト層１７の成長温度まで昇温した。ｐコンタクト層１７の成長温度は９５０〜１１００℃（本発明における第２の成長温度）である。この昇温時において、従来はキャップ層１６がなかったため、ｐクラッド層１５表面が露出しており、ｐクラッド層１５中にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりし、ｐクラッド層１５の特性が悪化していた。しかし、実施例１では昇温時においてキャップ層１６が形成されているため、ｐクラッド層１５表面が露出しておらず、ｐクラッド層１５へのＭｇの過剰ドープや不純物の混入が抑制される。そのため、ｐクラッド層１５の特性悪化が防止される。
【００５２】
次に、キャップ層１６上にＭＯＣＶＤ法によって、９５０〜１１００℃でｐコンタクト層１７を形成した（図２（ｄ））。ｐコンタクト層１７は、キャップ層１６上にＭｇ濃度１〜３×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層、第１ｐコンタクト層上にＭｇ濃度４〜６×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層、第２ｐコンタクト層上にＭｇ濃度１〜２×１０20／ｃｍ3 で厚さ８０ÅのＧａＮからなる第３ｐコンタクト層を順に積層させることで形成した。原料ガス、キャリアガス、ｐ型ドーパントガスは上記と同様である。
【００５３】
その後、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１１に達する深さの溝を形成した。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１８を形成し、透明電極１８上にｐ電極１９、溝底面に露出したｎコンタクト層１１表面にｎ電極２０を形成した。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。
【００５４】
実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、上記製造方法によりｐクラッド層１５の特性悪化が防止されるため、発光効率の向上や素子の信頼性向上などを図ることができる。
【００５５】
なお、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子はフェイスアップ型の素子であったが、本発明はこれに限定するものではなく、ｐクラッド層とｐコンタクト層を有するIII 族窒化物半導体発光素子であれば任意の構造であってよい。たとえば、フリップチップ型の素子や、導電性基板を用いたり、レーザーリフトオフなどの技術によって基板を除去するなどして縦方向に導通をとる構造とした素子などにも本発明は適用することができる。そして、実施例１と同様にｐクラッド層の特性悪化を防止することができる。
【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
１１：ｎコンタクト層
１２：ＥＳＤ層
１３：ｎクラッド層
１４：発光層
１５：ｐクラッド層
１６：キャップ層
１７：ｐコンタクト層
１８：透明電極
１９：ｐ電極
２０：ｎ電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型層の形成方法に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法であり、特にｐクラッド層の特性悪化を防止することができる製造方法に関する。また、ｐ型層の構造に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子である。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子は、主として基板上にｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層された構造を有している。そしてｐ型層は発光層側からｐクラッド層、ｐコンタクト層の順に積層された構造を有している。
【０００３】
ｐクラッド層は、たとえばＡｌＧａＮからなる単層や、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮ、あるいはＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造である。ｐクラッド層は、発光層への熱ダメージを低減するため、８００〜９５０℃の低温で成長させている。
【０００４】
ｐコンタクト層は、たとえば高濃度にＭｇがドープされたｐ−ＧａＮである。ｐコンタクト層は、結晶品質を向上させるため、９５０〜１１００℃で、かつｐクラッド層の成長温度よりも高い温度で成長させている。
【０００５】
このように、ｐクラッド層は低温で成長させ、ｐコンタクト層を高温で成長させているため、従来、ｐクラッド層の成長後に結晶成長を中断して昇温し、その後にｐコンタクト層を成長させている。
【０００６】
また、本発明に関連する技術として、特許文献１、２がある。特許文献１には、発光層上に、ｐ−ＡｌＧａＮからなるキャップ層、ｐ−ＧａＮからなる光導波層、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐクラッド層、ｐ−ＧａＮからなるｐコンタクト層が順に積層されたIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。また、特許文献２には、ＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造であるｐクラッド層と、ＭｇがドープされたＩｎＧａＮからなるｐコンタクト層との間に、厚さ１００ｎｍ、Ｍｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 のＧａＮからなる層が設けられたIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６４５１２
【特許文献２】特開２００７−８０９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ｐクラッド層形成後のｐコンタクト層形成のための昇温の際、ｐクラッド層表面が露出しているために、ｐクラッド層中にＭｇが過剰にドープされてしまったり、他の不純物が結晶に混入してしまうなどの問題がある。その結果、ｐクラッド層が高抵抗化してしまうなど特性に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００９】
また、特許文献１、２には、上記ｐクラッド層の特性悪化の問題について何ら示されておらず、特許文献２には、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間のＧａＮからなる層が何の目的で設けた層であるか明らかにされていない。
【００１０】
そこで本発明の目的は、特性を悪化させずにｐクラッド層を形成することができるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、ｐクラッド層と、ｐクラッド層上に位置する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クラッド層を第１の成長温度で形成する工程と、ｐクラッド層上に、第１の成長温度であって、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成する工程と、第１の成長温度よりも高い第２の成長温度まで昇温する工程と、キャップ層上に、第２の成長温度でｐコンタクト層を形成する工程と、を有す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】
なお、キャップ層は、成長開始時に第１の成長温度であればよく、第２の成長温度を越えない範囲で昇温させながら成長させてもよい。もちろん、第１の成長温度で一定のまま、キャップ層を成長させてもよい。
【００１３】
また、キャップ層の厚さは５〜１００Åとすることが望ましい。キャップ層の厚さがこの範囲であれば、次工程での昇温においてｐクラッド層にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりするのを保護することができ、ｐクラッド層の特性を悪化させない機能を十分に果たすことができる。より望ましくはキャップ層の厚さを５〜２０Åとすることである。
【００１４】
キャップ層の材料は、III 族窒化物半導体であれば任意であるが、結晶性や制御性などの点からＧａＮ、ＩｎＧａＮが望ましく、特にＧａＮとすることが望ましい。ＩｎＧａＮとする場合には、Ｉｎ組成比は０より大きく１０％以下とすることが望ましい。また、キャップ層にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇがドープされていてもよいし、ノンドープであってもよい。ノンドープであっても、メモリー効果によってキャップ層中にはＭｇが取り込まれる。そのため、Ｍｇをドープしてもノンドープでも、のちの熱処理によってｐ型のキャップ層が得られる。より望ましいキャップ層のＭｇ濃度は、１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。また、キャップ層はＭｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成してもよいが、製造工程が増え、キャップ層自体の厚さも増してしまうため、単層とすることが望ましい。
【００１５】
第１の成長温度は、８００〜９５０℃、第２の成長温度は９５０〜１１００℃であることが望ましい。この範囲であれば、ｐクラッド層およびｐコンタクト層を結晶性よく成長させることができるとともに、キャップ層によるｐクラッド層の特性悪化防止の効果も十分に発揮させることができる。
【００１６】
ｐクラッド層は、単層でもよいし、超格子構造などの複数の層で構成されていてもよい。ｐクラッド層を単層とする場合、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮとすることができる。より望ましくはＡｌ組成比２５〜３５％、Ｉｎ組成比１〜６％のＡｌＧａＩｎＮである。また、ｐクラッド層を超格子構造とする場合、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された構造とすることができる。より望ましいのは、Ａｌ組成比が２７〜３１％のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が４〜６％のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造とすることである。また、ｐクラッド層にはＭｇがドープされていてもよい。
【００１７】
ｐコンタクト層は、単層であってもよいし、Ｍｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成されていてもよい。ｐコンタクト層を単層とする場合、ｐコンタクト層はＭｇドープのＧａＮまたはＩｎＧａＮとすることができる。ｐコンタクト層を複数の層で構成する場合、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高くなるよう各層のＭｇ濃度が設定された複数の層（たとえばＧａＮ）とすることができる。このようにｐコンタクト層を構成すれば、ｐ電極とのコンタクト抵抗を低減することができる。また、ｐコンタクト層を複数の層で構成する場合、最上層、つまりｐ電極と接触する層をＩｎＧａＮとすることで、ｐ電極とのコンタクト抵抗の低減を図ってもよい。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、キャップ層は、５〜１００Åの厚さに形成する、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。
【００１９】
第３の発明は、第２の発明において、キャップ層は、５〜２０Åの厚さに形成する、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。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、キャップ層は、Ｉｎ組成比が０〜１０％のＩｎＧａＮであ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。Ｉｎ組成比が０％の場合、つまりＧａＮである場合も含む。
【００２１】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第１の成長温度は、８００〜９５０℃であり、第２の成長温度は、９５０〜１１００℃であ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。
【００２２】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比は０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮからなる単層であ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。
【００２３】
第７の発明は、第１の発明から第５の発明において、ｐクラッド層は、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層された超格子構造である、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。
【００２４】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明において、ｐコンタクト層は、Ｍｇ濃度の異なる複数の層で構成され、それらの層は、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高い、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。
【００２５】
第９の発明は、ｐクラッド層と、ｐクラッド層上に位置するｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下で、厚さ５〜１００Åのキャップ層を有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ｐクラッド層と同じ成長温度（第１の成長温度）で、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成している。そして、キャップ層を形成したのちに、ｐコンタクト層を形成する温度（第２の成長温度）まで昇温している。この昇温時に、ｐクラッド層表面はキャップ層により覆われているため、ｐクラッド層にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりするのが防止される。その結果、ｐクラッド層の特性悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。
【図２】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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】
【００２９】
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０を有し、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、ｎコンタクト層１１、ＥＳＤ層１２、ｎクラッド層１３、発光層１４、ｐクラッド層１５、キャップ層１６、ｐコンタクト層１７が順に積層されている。ｐコンタクト層１７表面の一部領域には、その表面からｎコンタクト層１１に達する深さの溝が形成されていて、その溝の底面に露出したｎコンタクト層１１上にはｎ電極２０が設けられている。また、ｐコンタクト層１７上の溝形成部を除くほぼ全面にはＩＴＯからなる透明電極１８が設けられ、透明電極１８上にはｐ電極１９が設けられている。
【００３０】
サファイア基板１０のｎコンタクト層１１側表面にドット状、ストライプ状などの凹凸パターンを設け、光取り出し効率の向上を図るようにしてもよい。成長基板としてサファイア基板以外にも、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、スピネル、ＧａＮ、Ｇａ2 Ｏ3 などを用いることができる。
【００３１】
ｎコンタクト層１１は、Ｓｉ濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上のｎ−ＧａＮである。ｎ電極１６とのコンタクト抵抗をより低減するために、ｎコンタクト層１１をＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。
【００３２】
ＥＳＤ層１２は、ｎコンタクト層１１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１３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１３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ＥＳＤ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。
【００３３】
ｎクラッド層１３は、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ層の３層を順に積層させたものを１単位として、この単位構造を１５回繰り返し積層させた超格子構造である。ただし、ｎクラッド層１２は、最初に形成する層、すなわち、ｎコンタクト層１１に接する層をＩｎＧａＮ層とし、最後に形成する層、すなわち、発光層１４に接する層をｎ−ＧａＮ層としている。このような構造のｎクラッド層１３を設けることにより、発光層からｎクラッド層１３側へのホールの漏れを効果的に防止することができ、発光効率の向上を図ることができる。
【００３４】
発光層１４は、ノンドープのＩｎＧａＮからなる井戸層とノンドープのＡｌＧａＮからなる障壁層とが交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。井戸層と障壁層との間に、Ａｌ組成比が障壁層のＡｌ組成比以下のＡｌＧａＮからなり、井戸層と同じ成長温度で形成するキャップ層（本発明におけるキャップ層とは別の層）を設けてもよい。このようなキャップ層を設けると、障壁層を形成する際の昇温時に井戸層からのＩｎの離脱が防止されるため、発光効率を向上させることができる。発光層１３とｐクラッド層１４との間に、ｐクラッド層１４中のＭｇが発光層１３へ拡散するのを防止するために、ノンドープのＧａＮとノンドープのＡｌＧａＮとからなる層を設けてもよい。
【００３５】
ｐクラッド層１５は、厚さ２７５Åのｐ−ＡｌＧａＩｎＮからなる単層である。Ａｌ組成比は０より大きく５０％以下であり、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下である。このような組成比のＡｌＧａＩｎＮからなる層を設けることで、ホールの発光層１４からの漏れを低減することができ、発光効率を向上させることができる。より望ましくは、Ａｌ組成比が２５〜３５％、Ｉｎ組成比が１〜６％のＡｌＧａＩｎＮからなる単層とすることである。ｐクラッド層１５のｐ型不純物はＭｇであり、そのＭｇ濃度は１×１０20〜２×１０20／ｃｍ3 である。
【００３６】
なお、ｐクラッド層１５は、超格子構造としてもよい。たとえば、ｐ−ＡｌＧａＮ層とｐ−ＩｎＧａＮ層とが交互に複数回積層された超格子構造である。ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＩｎＧａＮ層のＭｇ濃度は１×１０20〜２×１０20／ｃｍ3 とすることが望ましい。ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比は０より大きく５０％以下とすることが望ましく、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比は０以上１０％以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比を２７〜３１％とすることであり、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比を４〜６％とすることである。
【００３７】
キャップ層１６は、厚さ５〜１００ÅのノンドープＧａＮからなる単層である。キャップ層１６には、ノンドープであってもメモリー効果によって５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 程度のＭｇが結晶に混入している。このようなキャップ層１６をｐクラッド層１５とｐコンタクト層１７との間に設けることにより、ｐクラッド層１５へのＭｇの過剰ドープや不純物の混入を防止することができ、ｐクラッド層１５の特性悪化を防止することができる。キャップ層１６の厚さは５〜２０Åとすることがより望ましく、さらに望ましくは５〜１０Åである。
【００３８】
なお、キャップ層１６としてＩｎ組成比が０より大きく１０％以下のＩｎＧａＮからなる単層とすることもできる。Ｉｎ組成比がこの範囲であれば、結晶性よくキャップ層１６を形成することができる。
【００３９】
より一般に、キャップ層１６はIII 族窒化物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１））であってもよいが、結晶性や形成時の制御性などの点から上記のようにＩｎx Ｇａy Ｎ（ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦０．１）であることが望ましい。
【００４０】
また、キャップ層１６には、Ｍｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇがドープされていてもよい。より望ましくは１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。
【００４１】
また、キャップ層１６はＭｇ濃度や組成比の異なる複数の層で構成してもよいが、製造工程が増え、キャップ層１６自体の厚さも増してしまうため、単層とすることが望ましい。
【００４２】
ｐコンタクト層１７は、キャップ層１６側から順に、Ｍｇ濃度１〜３×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層、Ｍｇ濃度４〜６×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層、Ｍｇ濃度１〜２×１０20／ｃｍ3 で厚さ８０ÅのＧａＮからなる第３ｐコンタクト層、の３層からなる。ｐコンタクト層１７をこのような構成とすることにより、ｐコンタクト層１７の結晶性を保持しつつ、透明電極１８とのコンタクト抵抗を低減することができる。透明電極１８と接する第３ｐコンタクト層は、ＧａＮではなくＩｎＧａＮとしてもよい。仕事関数が透明電極１８に近くなるため、コンタクト抵抗をさらに低減することができる。
【００４３】
透明電極１８は、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１８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）などの透明酸化物導電体材料や、Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。
【００４４】
ｐ電極１９、ｎ電極２０は、電流拡散性を向上させるために、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。
【００４５】
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図２を参照に説明する。
【００４６】
まず、サファイア基板１０を用意し、水素雰囲気中でサーマルクリーニングを行い、サファイア基板１０表面に付着した不純物を除去した。
【００４７】
次に、サファイア基板１０上に、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１１、ＥＳＤ層１２、ｎクラッド層１３、発光層１４、を順に積層した（図２（ａ））。原料ガスは、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ａｌ源として（トリメチルアルミニウム）、窒素源としてアンモニアを用い、キャリアガスとして水素と窒素を用いた。また、ｎ型ドーパントガスにはシランを用いた。
【００４８】
次に、発光層１４上に、ＭＯＣＶＤ法によって８００〜９５０℃（本発明における第１の成長温度）で厚さ２７５ÅのＭｇドープＡｌＧａＩｎＮからなるｐクラッド層１５を形成した（図２（ｂ））。ｐ型ドーパントガスとしてＣｐ2 Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、原料ガスやキャリアガスは上記と同様である。ｐクラッド層１５のより望ましい成長温度は、８４０〜８８０℃であり、この温度範囲であれば、ｐクラッド層１５をより結晶性よく成長させることができる。
【００４９】
次に、ｐクラッド層１５上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｐクラッド層１５形成時と同じ温度でノンドープＧａＮからなる厚さ５〜１００Åのキャップ層１６を形成した（図２（ｃ））。キャップ層１６にはメモリー効果によって５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3 程度のＭｇがドープされる。原料ガス、キャリアガスは上記と同様である。キャップ層１６にはＭｇ濃度５×１０19／ｃｍ3 以下の範囲でＭｇをドープしてもよい。より望ましくは１×１０19〜５×１０19／ｃｍ3 である。また、キャップ層１６のより望ましい厚さは５〜２０Åである。この範囲であれば、キャップ層１６を設けることによる素子特性への影響をより軽減することができる。また、キャップ層１６としてＩｎ組成比が０より大きく１０％以下のＩｎＧａＮを用いることもできる。
【００５０】
なお、本実施例では、キャップ層１６の成長温度をｐクラッド層１５形成時と同じ温度で一定としているが、キャップ層１６の成長開始時の温度をｐクラッド層１５形成時と同じ温度とし、その後、ｐコンタクト層１７の成長温度以下の範囲で昇温させながらキャップ層１６を成長させてもよい。
【００５１】
次に、温度を次工程のｐコンタクト層１７の成長温度まで昇温した。ｐコンタクト層１７の成長温度は９５０〜１１００℃（本発明における第２の成長温度）である。この昇温時において、従来はキャップ層１６がなかったため、ｐクラッド層１５表面が露出しており、ｐクラッド層１５中にＭｇが過剰にドープされてしまったり、不純物が混入してしまったりし、ｐクラッド層１５の特性が悪化していた。しかし、実施例１では昇温時においてキャップ層１６が形成されているため、ｐクラッド層１５表面が露出しておらず、ｐクラッド層１５へのＭｇの過剰ドープや不純物の混入が抑制される。そのため、ｐクラッド層１５の特性悪化が防止される。
【００５２】
次に、キャップ層１６上にＭＯＣＶＤ法によって、９５０〜１１００℃でｐコンタクト層１７を形成した（図２（ｄ））。ｐコンタクト層１７は、キャップ層１６上にＭｇ濃度１〜３×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第１ｐコンタクト層、第１ｐコンタクト層上にＭｇ濃度４〜６×１０19／ｃｍ3 で厚さ３２０ÅのＧａＮからなる第２ｐコンタクト層、第２ｐコンタクト層上にＭｇ濃度１〜２×１０20／ｃｍ3 で厚さ８０ÅのＧａＮからなる第３ｐコンタクト層を順に積層させることで形成した。原料ガス、キャリアガス、ｐ型ドーパントガスは上記と同様である。
【００５３】
その後、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１１に達する深さの溝を形成した。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１８を形成し、透明電極１８上にｐ電極１９、溝底面に露出したｎコンタクト層１１表面にｎ電極２０を形成した。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。
【００５４】
実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、上記製造方法によりｐクラッド層１５の特性悪化が防止されるため、発光効率の向上や素子の信頼性向上などを図ることができる。
【００５５】
なお、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子はフェイスアップ型の素子であったが、本発明はこれに限定するものではなく、ｐクラッド層とｐコンタクト層を有するIII 族窒化物半導体発光素子であれば任意の構造であってよい。たとえば、フリップチップ型の素子や、導電性基板を用いたり、レーザーリフトオフなどの技術によって基板を除去するなどして縦方向に導通をとる構造とした素子などにも本発明は適用することができる。そして、実施例１と同様にｐクラッド層の特性悪化を防止することができる。
【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
１１：ｎコンタクト層
１２：ＥＳＤ層
１３：ｎクラッド層
１４：発光層
１５：ｐクラッド層
１６：キャップ層
１７：ｐコンタクト層
１８：透明電極
１９：ｐ電極
２０：ｎ電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に位置する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クラッド層を第１の成長温度で形成する工程と、
前記ｐクラッド層上に、前記第１の成長温度であって、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成する工程と、
前記第１の成長温度よりも高い第２の成長温度まで昇温する工程と、
前記キャップ層上に、前記第２の成長温度で前記ｐコンタクト層を形成する工程と、
を有す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】
前記キャップ層は、５〜１００Åの厚さに形成する、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】
前記キャップ層は、５〜２０Åの厚さに形成する、ことを特徴とする請求項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】
前記キャップ層は、Ｉｎ組成比が０〜１０％のＩｎＧａＮであ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III 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の成長温度は、８００〜９５０℃であり、前記第２の成長温度は、９５０〜１１００℃であ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クラッド層は、Ａｌ組成比は０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮからなる単層であ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、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層され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８】
前記ｐコンタクト層は、Ｍｇ濃度の異なる複数の層で構成され、それらの層は、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高い、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７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９】
ｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に位置するｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子において、
ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下で、厚さ５〜１００Åのキャップ層を有する、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項１】
ｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に位置する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クラッド層を第１の成長温度で形成する工程と、
前記ｐクラッド層上に、前記第１の成長温度であって、ノンドープもしくはＭｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下となる範囲でＭｇをドープしてIII 族窒化物半導体からなるキャップ層を形成する工程と、
前記第１の成長温度よりも高い第２の成長温度まで昇温する工程と、
前記キャップ層上に、前記第２の成長温度で前記ｐコンタクト層を形成する工程と、
を有す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】
前記キャップ層は、５〜１００Åの厚さに形成する、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】
前記キャップ層は、５〜２０Åの厚さに形成する、ことを特徴とする請求項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】
前記キャップ層は、Ｉｎ組成比が０〜１０％のＩｎＧａＮであ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III 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の成長温度は、８００〜９５０℃であり、前記第２の成長温度は、９５０〜１１００℃であ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クラッド層は、Ａｌ組成比は０％より大きく５０％以下、Ｉｎ組成比は０％以上１０％以下のＡｌＧａＩｎＮからなる単層であ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、Ａｌ組成比が０％より大きく５０％以下のＡｌＧａＮと、Ｉｎ組成比が０％以上１０％以下のＩｎＧａＮとが交互に複数回積層され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８】
前記ｐコンタクト層は、Ｍｇ濃度の異なる複数の層で構成され、それらの層は、キャップ層から遠いほどＭｇ濃度が高い、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７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９】
ｐクラッド層と、前記ｐクラッド層上に位置するｐコンタクト層とを有したIII 族窒化物半導体発光素子において、
ｐクラッド層とｐコンタクト層との間に、ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度が５×１０19／ｃｍ3 以下で、厚さ５〜１００Åのキャップ層を有する、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−５５２９３（Ｐ２０１３−５５２９３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３９４８（Ｐ２０１１−１９３９４８）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
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