ＩＩＩ族窒化物半導体素子、及び、ＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法
【課題】結晶性が損なわれることなく比較的小さい接触抵抗と比較的高いキャリア濃度とを有するｐ型のコンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】発光層１７の上に設けられたコンタクト層２５ａとコンタクト層２５ａの上に設けられコンタクト層２５ａに直接接するコンタクト層２５ｂとコンタクト層２５ｂの上に設けられコンタクト層２５ｂに直接接する電極３７とを備える。コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂはｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度はコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも低く、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１はｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、コンタクト層２５ｂの膜厚は２０ｎｍ以下である。
【解決手段】発光層１７の上に設けられたコンタクト層２５ａとコンタクト層２５ａの上に設けられコンタクト層２５ａに直接接するコンタクト層２５ｂとコンタクト層２５ｂの上に設けられコンタクト層２５ｂに直接接する電極３７とを備える。コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂはｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度はコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも低く、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１はｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、コンタクト層２５ｂの膜厚は２０ｎｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体素子、及び、ＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、駆動電圧の低下を目的とする発光素子に係る技術が開示されている。サファイア基板の上に、５００オングストロームのＡｌＮのバッファ層と、膜厚約２．０マイクロメートル、電子濃度２×１０１８／ｃｍ３のＳｉドープＧａＮの高キャリア濃度ｎ＋層と、膜厚約２．０μｍ、電子濃度２×１０１８／ｃｍ３のＳｉドープの（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｎの高キャリア濃度ｎ＋層と、膜厚約０．５μｍ、Ｍｇ、Ｚｎ及びＳｉドープの（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｎのｐ伝導型の発光層と、膜厚約１．０μｍ、ホール濃度２×１０１７／ｃｍ３のＭｇドープの（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｎのｐ層と、膜厚約０．２μｍ、ホール濃度５×１０１７／ｃｍ３、Ｍｇ濃度１×１０２０／ｃｍ３のＭｇドープのＧａＮから成る第２コンタクト層と、膜厚約５００オングストローム、ホール濃度２×１０１７／ｃｍ３、Ｍｇ濃度２×１０２０／ｃｍ３のＭｇドープのＧａＮから成る第１コンタクト層と、が形成されている。更に、ｐ層と高キャリア濃度ｎ＋層とに、それぞれ、接続するニッケルで形成された二つの電極が形成されている。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子は、特に、サファイア基板のｃ面の上の最表面に設けられた高Ｍｇ濃度のｐ型の第１コンタクト層と、この第１コンタクト層の下に設けられた低Ｍｇ濃度のｐ型の第２コンタクト層とを有する。第１コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であり、第２コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下である。第１及び第２のコンタクト層の膜厚については、５０ｎｍと２００ｎｍとが開示されている。また、非特許文献１及び２には、ピエゾ電界の計算について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−９７４７１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol.39 (2000) pp.413
【非特許文献２】Journal of Applied Physics, Vol.91 No.12 (2002) pp.9904
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｍｇがドープされたｐ型の窒化ガリウムのコンタクト層の接触抵抗は、Ｍｇ濃度によって増減する。接触抵抗の値は、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３程度の場合に比較的小さい。しかし、Ｍｇ濃度がこのように高い場合、結晶性が低下してｐ型キャリア濃度の低下を招く。従って、接触抵抗、結晶性及びキャリア濃度の何れもが好適なｐ型コンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子の開発が望まれている。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、結晶性が損なわれることなく比較的小さい接触抵抗と比較的高いキャリア濃度とを有するｐ型のコンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子及びＩＩＩ族窒化物半導体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】
【０００７】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子は、窒化ガリウム系半導体の発光層と、前記発光層の上に設けられた第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層の上に設けられ前記第１のコンタクト層に直接接する第２のコンタクト層と、前記第２のコンタクト層の上に設けられ前記第２のコンタクト層に直接接する金属電極と、を備え、前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度よりも低く、前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、ことを特徴とし、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。
【０００８】
第２のコンタクト層において、ｐ型ドーパントが比較的高いので金属電極との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。第１のコンタクト層において、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、第２のコンタクト層と金属電極との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層の外部量子効率等が良好となる。
【０００９】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を更に備え、前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、前記第１のコンタクト層は、前記クラッド層に直接接していることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、窒化ガリウム系半導体からなる基板を更に備え、前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられており、前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜していることが好ましい。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いることができるので、基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面の上に、窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面にも主面と同様の傾斜が実現できる。
【００１１】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接している第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、金属電極との接触抵抗は低下する。
【００１２】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接していない第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。
【００１３】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムであることが好ましい。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。Ｍｇは窒化物半導体中で比較的浅いアクセプタ準位を形成し、そのためドーパント濃度に対する正孔濃度の活性化率が高く、比較的小さいドーパント濃度で比較的高い正孔濃度が得られる。
【００１４】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなることが好ましい。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、第１及び第２のコンタクト層がＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００１５】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることが好ましい。従って、第１及び第２のコンタクト層の材料に、窒化ガリウム以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。これにより基板との格子不整合度が変わり、コンタクト層に内包される歪み量が変化するために、第１コンタクト層のキャリア濃度を高めたり、第２コンタクト層と金属電極との接触抵抗を低減させることができる。
【００１６】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることが好ましい。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。このＩｎ組成領域では発光層に内包される歪みが大きく、基板主面の傾斜角を前記範囲に取ったときに抑制できるピエゾ電界が大きい。従って本発明を用いれば当該Ｉｎ組成領域でも良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００１７】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなることが好ましい。このような材料の金属電極によって、第２のコンタクト層と良好な接触が実現される。これらの金属を用いることにより良好なオーミック接合が実現される。
【００１８】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体からなる発光層を形成する工程と、前記発光層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第１のコンタクト層を形成する工程と、前記第１のコンタクト層の形成時に供給されたｐ型ドーパントの供給量を切り替えた後に前記第１のコンタクト層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第２のコンタクト層を形成する工程と、前記第２のコンタクト層の上に金属電極を形成する工程と、を備え、前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、前記第１のコンタクト層を形成する工程及び前記第２のコンタクト層を形成する工程において成長炉に供給されるｐ型ドーパントの供給量は、前記第２のコンタクト層を形成する工程で供給される量のほうが前記第１のコンタクト層を形成する工程で供給される量よりも多く、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度は、前記発光層に含まれている活性層の成長温度よりも高く、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下であり、前記第２のコンタクト層は前記金属電極に直接接し、前記第１のコンタクト層は前記第２のコンタクト層に直接接し、前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、ことを特徴とし、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。
【００１９】
第２のコンタクト層において、ｐ型ドーパントが比較的高いので金属電極との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。第１のコンタクト層において、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、第２のコンタクト層と金属電極との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層の外部量子効率等が良好となる。また、第１及び第２のコンタクト層の成長温度は発光層の成長温度よりも高く、第１及び第２のコンタクト層の成長温度と発光層の成長温度との差は、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下である。成長温度の差が当該差よりも小さいと、第１及び第２のコンタクト層の成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層が受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。
【００２０】
本発明に係る方法では、ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を形成する工程を更に備え、前記クラッド層は、前記発光層が形成された後に形成され、前記第１及び第２のコンタクト層は、前記クラッド層が形成された後に形成され、前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、前記第１のコンタクト層は前記クラッド層に直接接していることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る方法では、窒化ガリウム系半導体からなる基板を準備する工程を更に備え、前記クラッド層は、前記基板の上に形成され、前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられ、前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜していることが好ましい。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いることができるので、基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面の上に、窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面にも主面と同様の傾斜が実現できる。
【００２２】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接している第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、金属電極との接触抵抗は低下する。
【００２３】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接していない第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。
【００２４】
本発明に係る方法では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムであることが好ましい。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。Ｍｇは窒化物半導体中で比較的浅いアクセプタ準位を形成し、そのためドーパント濃度に対する正孔濃度の活性化率が高く、比較的小さいドーパント濃度で比較的高い正孔濃度が得られる。
【００２５】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなることが好ましい。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、第１及び第２のコンタクト層がＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００２６】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることが好ましい。従って、第１及び第２のコンタクト層の材料に、窒化ガリウム以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。これにより基板との格子不整合度が変わり、コンタクト層に内包される歪み量が変化するために、第１コンタクト層のキャリア濃度を高めたり、第２コンタクト層と金属電極との接触抵抗を低減させることができる。
【００２７】
本発明に係る方法では、前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることが好ましい。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。このＩｎ組成領域では発光層に内包される歪みが大きく、基板主面の傾斜角を前記範囲に取ったときに抑制できるピエゾ電界が大きい。従って本発明を用いれば当該Ｉｎ組成領域でも良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００２８】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である。このように、炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００２９】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３０】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３１】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法では、前記第１のコンタクト層の成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、前記第２のコンタクト層の成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、前記第２のコンタクト層の成長速度は、前記第１のコンタクト層の成長速度よりも遅く、前記第１及び第２のコンタクト層は、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される。このように、第１及び第２のコンタクト層の成長時の雰囲気ガスに水素を用い、第１及び第２のコンタクト層の成長速度も比較的に遅いので、第１及び第２のコンタクト層の成長時のＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を比較的に高くできる。従って、第１及び第２のコンタクト層における炭素不純物濃度を比較的に低くでき、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が良好となる。
【００３２】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。このように、炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００３３】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下である。よって、コンタクト層の結晶性を向上できる一方で、コンタクト層の成長時に活性層が受けるダメージを抑制できる。
【００３４】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３５】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３６】
本発明に係る方法では、前記活性層の成長温度は摂氏６５０度以上摂氏８００度未満である。よって、前記波長範囲（４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の発光波長を有する活性層を作製することができる。
【００３７】
本発明に係る方法では、前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなることが好ましい。このような材料の金属電極によって、第２のコンタクト層と良好な接触が実現される。これらの金属を用いることにより良好なオーミック接合が実現される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、結晶性が損なわれることなく比較的小さい接触抵抗と比較的高いキャリア濃度とを有するｐ型のコンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子及びＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例１のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図５】図５は、実施例２のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図６】図６は、発光波長と外部量子効率との関係、及び、視感度曲線、を示す図である。
【図７】図７は、ピエゾ電界と主面のオフ角との関係を示す図である。
【図８】図８は、マグネシウム濃度とキャリア濃度との関係を示す図である。
【図９】図９は、マグネシウム濃度と接触抵抗との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の効果を説明するための図である。
【図１１】図１１は、エピタキシャル積層の構造を表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例６のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図１３】図１３は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【図１４】図１４は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【図１５】図１５は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の構造及びＩＩＩ族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１としては、例えば発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子を説明するが、本実施の形態は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体を含むＩＩＩ族窒化物半導体素子に適用可能である。
【００４１】
図１の（ａ）部にＩＩＩ族窒化物半導体素子１１が示され、図１の（ｂ）部にＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが示される。
エピタキシャル基板ＥＰは、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１と同様のエピタキシャル層構造を有する。引き続く説明では、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１を構成する半導体層を説明する。エピタキシャル基板ＥＰは、これらのＩＩＩ族窒化物半導体素子１１を構成する半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のための説明が適用される。
【００４２】
図１を参照すると、座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、Ｘ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。図１の（ａ）部に示されるように、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、基板１３と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５と、発光層１７と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９とを備える。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３の上においてエピタキシャル成長によって形成されている。
【００４３】
基板１３のｃ面は、図１に示された面Ｓｃに沿って延びている。面Ｓｃの上では、六方晶系窒化ガリウム系半導体の結晶軸を示すための結晶座標系ＣＲ（ｃ軸，ａ軸，ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃを基準にして、基板１３の窒化ガリウム系半導体のｍ軸又はａ軸の方向に、傾斜角αで傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘを示すｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度によって規定される。主面１３ａの上において、発光層１７は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５とｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９との間に設けられている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域１９は、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、発光層１７に含まれているｎ側光ガイド層２９、活性層２７及びｐ側光ガイド層３１が法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に含まれているｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、ｐ型クラッド層２３、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂが、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。
【００４４】
基板１３は、導電性を有する窒化ガリウム系半導体からなる主面１３ａを有する。基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。基板１３は、主面１３ａを含めて、窒化ガリウム系半導体からなることができる。基板１３の窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＮ（Ｉｎ：インジウム）、ＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、基板１３は、例えばＡｌＮ等であることもできる。
【００４５】
ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、基板１３の上に設けられる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、基板１３の主面１３ａに直接接している。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層を含む。この一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層は、主面１３ａの上に設けられる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、例えばｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層を含むことができる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４６】
発光層１７は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなる。発光層１７は、基板１３及びｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５の上に設けられる。発光層１７は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５に直接接している。発光層１７は、活性層２７を含み、必要な場合にはｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１を含むことができる。活性層２７は、一又は複数の井戸層３３と、複数の障壁層３５とを含む。障壁層３５は、井戸層３３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。活性層２７は、単一又は多重の量子井戸構造を有することができる。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５及びｎ側光ガイド層２９の上に設けられている。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなる。発光層１７（活性層２７）の発光波長は、例えば４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。この発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。更に、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の特性を向上できる。
【００４７】
発光層１７がインジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなり、発光層１７のインジウム（Ｉｎ）の組成は、１５％以上５０％未満となっている。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。例えば、発光層１７は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることができる。
【００４８】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９のｐ型ドーパントはマグネシウム（Ｍｇ）である。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。なお、亜鉛（Ｚｎ）等もｐ型ドーパントに用いることができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５及び発光層１７の上に設けられる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、発光層１７に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含む。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えばｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含むことができる。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、発光層１７の上に設けられ、発光層１７に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、ｐ型電子ブロック層及びｐ型光ガイド層を含むことができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、ｐ型クラッド層２３を含むことができる。ｐ型クラッド層２３は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の上に設けられ、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１及びｐ型クラッド層２３のそれぞれは、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４９】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ａ（第１のコンタクト層）を含むことができる。コンタクト層２５ａは、ｐ型クラッド層２３の上に設けられ、ｐ型クラッド層２３に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ｂ（第２のコンタクト層）を含むことができる。コンタクト層２５ｂは、コンタクト層２５ａの上に設けられ、コンタクト層２５ａに直接接している。
【００５０】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの間には界面Ｊ１が形成されている。コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体からなり、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂがＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００５１】
コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも小さい。コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である。例えば、コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。電極３７に直接接していないコンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることができる。電極３７に直接接しているコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、電極３７との接触ＪＣにおける接触抵抗は低下する。
【００５２】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１は、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している。コンタクト層２５ｂの膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。例えば、コンタクト層２５ｂの膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。コンタクト層２５ａのバンドギャップはｐ型クラッド層２３のバンドギャップよりも小さい。
【００５３】
以上説明した構成を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子１１では、コンタクト層２５ｂにおいて、ｐ型ドーパントが比較的高いので電極３７との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。コンタクト層２５ａにおいて、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、コンタクト層２５ｂと電極３７との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層１７の外部量子効率等が良好となる。
【００５４】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、窒化ガリウム系半導体からなる基板１３を備えており、基板１３の主面１３ａの上に、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９といった窒化ガリウム系半導体層が順に設けられており、主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板１３を用いることができるので、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面１３ａの上に、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９等の窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１にも主面１３ａと同様の傾斜が実現できる。
【００５５】
また、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂの同一の窒化ガリウム系半導体は、ｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることができる。従って、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂの材料に、ＧａＮ以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。
【００５６】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、電極３７及び絶縁膜３９を更に備える。基板１３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９の上には、電極３７（例えば、アノード）と、コンタクト層２５ｂを覆う絶縁膜３９とが設けられている。電極３７は、コンタクト層２５ｂの上に設けられ、絶縁膜３９の開口３９ａを介してコンタクト層２５ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂと電極３７とは、開口３９ａを介して接触ＪＣを成す。電極３７は、例えば、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕ（Ｎｉ及びＡｕ）等からなる。従って、このような材料の電極３７によって、コンタクト層２５ｂと良好な接触が実現される。また、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、電極４１（例えば、カソード）を備える。電極４１は、基板１３の裏面１３ｂの上に設けられ、裏面１３ｂに直接接している。電極４１は、例えば、Ｐｄ、Ｔｉ／Ａｌ等からなる。
【００５７】
図１の（ｂ）部に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のエピタキシャル基板ＥＰは、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１の上記の各半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のための説明が当てはまる。エピタキシャル基板ＥＰの表面粗さは、１０μｍ角の範囲で１ｎｍ以下の算術平均粗さを有する。図２は、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程を示す図面である。図３は、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【００５８】
図２に示される工程フローに従って、有機金属気相成長法により、発光素子の構造のエピタキシャル基板ＥＰとＩＩＩ族窒化物半導体素子１１とを作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、及び、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００５９】
工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板（図３の（ａ）部に示される基板５１）を準備する。この基板５１（基板１３に対応）の主面５１ａ（主面１３ａに対応）の法線軸は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して５０度以上１３０度未満の角度範囲内の傾斜角を有する。基板５１の主面５１ａは、例えば、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した｛２０−２１｝面であることができる。主面５１ａは鏡面研磨されている。
【００６０】
次に、基板５１の上に以下の条件でエピタキシャル成長を行う。まず、工程Ｓ１０２では、基板５１を成長炉１０内に設置する。成長炉１０内には、例えば石英フローチャネル等の石英製の治具が配置されている。必要な場合には、摂氏１０５０度程度の温度及び２７ｋＰａ程度の炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を含む熱処理ガスを成長炉１０に供給しながら、１０分間程度、熱処理を行う。この熱処理により、主面５１ａ等において表面改質が生じる。
【００６１】
この熱処理の後に、工程Ｓ１０３では、基板５１の上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長してエピタキシャル基板ＥＰを形成する。雰囲気ガスは、キャリアガス及びサブフローガスを含む。雰囲気ガスは、例えば窒素及び／又は水素を含むことができる。工程Ｓ１０３は、下記工程Ｓ１０４、工程Ｓ１０５及び工程Ｓ１１０を含む。
【００６２】
工程Ｓ１０４では、ＩＩＩ族構成元素及びＶ族構成元素のための原料、及びｎ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５に対応）をエピタキシャルに成長して形成する。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３の主面５３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施形態では、例えば、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層が成長される。摂氏９５０度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ａを成長して形成する。次いで、摂氏８７０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層５５ｂを成長して形成する。この後に、摂氏１０５０度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ｃを成長して形成する。還元性を有する水素雰囲気では成長炉１０内の治具や治具の付着物から酸素が脱離されやすくなる。
【００６３】
工程Ｓ１０５では、発光層５７（発光層１７に対応）を成長して形成する。工程Ｓ１０５は、下記工程Ｓ１０６〜工程Ｓ１０９を含む。工程Ｓ１０６では、摂氏８４０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び窒素を成長炉１０に供給して、ｎ側のＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａを成長して形成する。ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａの一部又は全部は、アンドープ又はｎ型導電性であることができる。
【００６４】
次いで、工程Ｓ１０７及び工程Ｓ１０８において、活性層５９ｂ（活性層２７に対応）を成長して形成する。工程Ｓ１０７では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａを成長して形成する。アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａの厚さは、１５ｎｍ程度である。アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａの成長後に、成長を中断して、障壁層の成長温度から井戸層の成長温度に基板温度を変更する。基板温度の変更後の工程Ｓ１０８では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層６１ｂを成長して形成する。ＩｎＧａＮ井戸層６１ｂの厚さは、３ｎｍ程度である。必要な場合には、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長を繰り返すことができる。本実施形態において、活性層５９ｂの量子井戸構造は、３層のアンドープＩｎＧａＮ井戸層６１ｂを含む。
【００６５】
工程Ｓ１０９では、摂氏８４０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、ｐ側のＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃを成長して形成する。ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃの一部又は全部は、アンドープ又はｐ型導電性であることができる。発光層５７の主面５７ａ及び活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。
【００６６】
工程Ｓ１１０では、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料、及びｐ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３（ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に対応）をエピタキシャルに成長して形成する。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の主面６３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層が成長される。例えば、発光層５７の成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を上昇する。ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、摂氏９００度程度の基板温度でｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａを成長して形成する。ｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａの成長において、雰囲気ガスの窒素が供給されることが好ましい。次いで、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度程度の基板温度でＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層６５ｂを成長して形成する。この後に、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃを成長して形成する。ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。そして、摂氏８７０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄ（ｐ型クラッド層２３に対応）を成長して形成する。
【００６７】
ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄの成長の後、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ（コンタクト層２５ａに対応）及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆ（コンタクト層２５ｂに対応）を成長して形成する。まず、工程Ｓ１１０ａにて、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅを成長して形成する。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの厚みは、４０ｎｍ程度である。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅのＭｇ濃度は、１×１０１９ｃｍ−３程度である。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長が終了すると、工程Ｓ１１０ｂにて、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの形成時（工程Ｓ１１０ａ）において供給されたｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を切り替えた後に（ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を、例えば、１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに変更。ただし流量制御装置の制御範囲の制限がある場合には、低濃度ＭｇドープＧａＮ層と高濃度ＭｇドープＧａＮ層の成長速度も変更して設計のＭｇ濃度を得ることができる。）、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆを成長して形成する。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの膜厚は、１０ｎｍ程度である。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのＭｇ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００６８】
低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であるが、特に、ＧａＮ等からなる。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時に供給されるＭｇの供給量は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長時に供給されるＭｇの供給量より多い。よって、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の濃度は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅよりも高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのほうが高い。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとの間には界面（界面Ｊ１に対応）が形成される。
【００６９】
低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度は、摂氏１０００度程度の同一温度であってもよい。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度は、活性層５９ｂの成長温度よりも高い。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度と活性層５９ｂの成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下の範囲内にあるが、例えば、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下の範囲内にあることができる。成長温度の差が当該差よりも小さいと、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層５９ｂが受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。以上説明した工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１１０の後に、エピタキシャル基板ＥＰ１が形成される。
【００７０】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１の上に（特に、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上に）電極を形成する。電極の形成は以下のように行われる。例えば、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上にＮｉ／Ａｕ又はＰｄ等の金属の電極（電極３７に対応）を形成すると共に、エピタキシャル基板ＥＰ１の裏面にＴｉ／Ａｌ等の金属の電極（電極４１に対応）を形成する。電極の形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰ１を加工してリッジ構造を形成することができる。工程Ｓ１１１によって、エピタキシャル基板ＥＰが形成される。そして、へき開によってエピタキシャル基板ＥＰからレーザバーを形成し、このレーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜（例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２）からなる反射膜を成膜した後に、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に分離する。
【００７１】
窒化ガリウム系半導体の発光素子の発光波長を長くするには、発光層の品質向上が不可欠である。発光層の品質に影響を及ぼす要因としては、ピエゾ電界による影響と、発光層であるＩｎＧａＮの組成の不均一性による影響と、がある。ＩｎＧａＮの組成の不均一性は、結晶中でＩｎが偏析し、Ｉｎ組成が高い結晶域とＩｎ組成が低い結晶域が形成され、結晶中に局所的な歪みが内包されること等によって生じ、この不均一性によって結晶欠陥が形成され、発光効率が低下する。まず、図６を参照する。図６は、ＩｎＧａＮ井戸層の発光素子及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の発光素子における外部量子効率と人間の視感度曲線とを示す。図６の横軸は発光素子の発光波長（ｎｍ）を示し、図６の縦軸は外部量子効率（％）を示す。図６に示すように、視感度が比較的高い４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長を含む領域では、ＩｎＧａＮ井戸層の発光素子及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の発光素子の外部量子効率が比較的低い。更に、図７を参照する。図７は、非特許文献１及び非特許文献２に示された計算結果を示す。図７の横軸はＧａＮ層の主面のオフ角（度）を示し、図７の縦軸はＧａＮ層内に生じる縦ピエゾ電界（ＭＶ／ｃｍ）を示す。図７に示すように、発光層やコンタクト層等を含んでおり窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル層が設けられた窒化ガリウム系半導体の基板主面のオフ角は、５０度以上１３０度未満の半極性又は無極性の場合に、縦ピエゾ電界は、基板主面がｃ面の場合の縦ピエゾ電界と逆向きの比較的小さい電界となるか、又は、ゼロとなる。従って、基板主面のオフ角が５０度以上１３０度未満の場合には、縦ピエゾ電界が、ｃ面を主面とする場合の電界と逆向き又はゼロとなるので、発光層の外部量子効率が良好となる。さらにオフ角が６３度以上８０度未満である場合には、その結晶表面状態に起因して発光層のＩｎ組成が均一となり、Ｉｎ偏析が抑制され、外部量子効率が良好となる。よって、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子１１の発光層の品質は向上されている。
【００７２】
また、図８は、ｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度とキャリア濃度との関係を示す図である。図８の横軸はｐ型ＧａＮ層内のＭｇ濃度（ｃｍ−３）を示し、図８の縦軸はｐ型ＧａＮ層内にキャリア濃度（ｃｍ−３）を示す。図８に示すように、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３まではＭｇ濃度の増加に伴ってキャリア濃度が増加し、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３の場合にキャリア濃度が最大となる。Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３を超えると、結晶性の低下によってキャリア補償が顕著となり、よって、キャリア濃度が低下する。Ｍｇ濃度が増加するほどＧａＮ層の結晶性は低下する。キャリア濃度は、Ｍｇ濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲で最も高い。更に、図９は、ｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度と接触抵抗との関係を示す図である。図９の横軸はｐ型ＧａＮ層内のＭｇ濃度（ｃｍ−３）を示し、図９の縦軸はｐ型ＧａＮ層と金属電極との接触抵抗（Ωｃｍ２）を示す。図９に示すように、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３までは、Ｍｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値が急激に減少し、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３に至るまでの区間は、増加率は低下するがＭｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値はなお減少する。しかし、Ｍｇ濃度が１×１０２１ｃｍ−３を超えると、Ｍｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値が急激な増加に転じる。よって、接触抵抗の値は、３×１０２０ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下の範囲内のＭｇ濃度の場合に比較的小さい。Ｍｇ濃度が高いと、金属電極とｐ型ＧａＮ層との界面の障壁は図１０に示すように低下するが、Ｍｇ濃度が１×１０２１ｃｍ−３を超える程度に高いと、結晶性の低下が顕著となりキャリア濃度が低下する。このように、Ｍｇ濃度が比較的高いと、金属電極とｐ型ＧａＮ層との界面の障壁が低くなっているにもかかわらず、接触抵抗の増加という結果を招く場合がある。
【００７３】
図１０は、ｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンド図である。図１０の（ａ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０１９ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０の（ｂ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０２０ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０の（ｃ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０２１ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０に示す符号Ｅｆはフェルミエネルギーレベルを示す。
【００７４】
図１０の（ａ）部に示すようにＭｇ濃度が比較的低いと、ｐ型ＧａＮ層のバルク部分のキャリア濃度は増加するが、金属電極との界面のバンドの曲がりが比較的大きく、このため、障壁が比較的高く、よって、接触抵抗の値は比較的大きい。図１０の（ｃ）部に示すようにＭｇ濃度が比較的高いと、金属電極との界面のバンドの曲がりが比較的小さく、このため、障壁が比較的低くなるが、ｐ型ＧａＮ層のバルク部分のキャリア濃度が減少し、よって、接触抵抗の値は比較的大きい。また、図１０の（ｂ）部に示すように、Ｍｇ濃度が図１０の（ａ）部及び図１０の（ｃ）部にそれぞれ示すＭｇ濃度の中間の値となっている場合には、図１０の（ａ）部及び図１０の（ｃ）部に示す場合に比較して接触抵抗の値は小さいが、５０ｎｍの厚みによって結晶性は比較的低いままであり、キャリア濃度は十分ではない。結晶性を維持するために厚みを減らすことも考えられるが、単に厚みを減らすだけでは、バルク容積が減少するので、キャリア濃度を改善させるのは困難である。
【００７５】
そこで、図１０の（ｄ）部に示すように、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のコンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂを用いれば、結晶性が維持されつつも、接触抵抗が低下し、キャリア濃度が増加される。電極３７に直接接触するコンタクト層２５ｂの場合、Ｍｇ濃度は５×１０２０ｃｍ−３程度で比較的高いが、厚みが１０ｎｍ程度で比較的小さい。従って、電極３７に直接接触するコンタクト層２５ｂは、比較的高いＭｇ濃度によって、更に、厚みが比較的小さいので良好な結晶性を有することによって、十分に低い接触抵抗を有する。更に、コンタクト層２５ｂには、コンタクト層２５ａが直接接して設けられている。コンタクト層２５ａの場合、Ｍｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３程度と比較的低いが、厚みが４０ｎｍ程度で比較的大きい。コンタクト層２５ａは、比較的低いＭｇ濃度によって良好な結晶性を有し、また、良好な結晶性を有することによって、更に、厚みが比較的大きいことによって、比較的高いキャリア濃度を有する。従って、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとからなるＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のｐ型のコンタクト層は、結晶性が低下されることなく、比較的低い接触抵抗と、比較的高いキャリア濃度とを有する。
【００７６】
なお、図７〜図１０に示す物性は、ｐ型ドーパントとしてＭｇに替えて、例えばＺｎ等を用いても、同様であり、更に、ＧａＮ層に替えて他の窒化ガリウム系半導体、具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０＜ｘ＋ｙ≦１）、を用いても、同様である。いずれの場合もドーパントの量と結晶性、キャリア濃度の関係は同様であり、最適なドーピング濃度はドーパントの種類によって変わりうるが、本実施形態の通り二層のコンタクト層を用いることで、比較的低い接触抵抗と、比較的高いキャリア濃度とが両立される。
【００７７】
（実施例１）図４の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に対応）を作製する。図４の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の成長温度が示される。ｐ−ＧａＮ層（コンタクト層２５ａに対応）は、４０ｎｍ程度の厚みと１×１０１９ｃｍ−３程度のＭｇ濃度とを有する。ｐ＋―ＧａＮ層（コンタクト層２５ｂに対応）は、１０ｎｍ程度の厚みと５×１０２０ｃｍ−３程度のＭｇ濃度とを有する。ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、摂氏９００度程度の同一の温度である。｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板の上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型ドーパントはＭｇである。図１１に、このエピタキシャル積層の構造を表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す。図１１の横軸は、このエピタキシャル積層の表面からの深さを示す。図１１には、エピタキシャル積層の表面から深さ１００ｎｍ程度までの分析結果が示されている。図１１の左縦軸は、Ｍｇ濃度を示す。図１１に示すＳＩＭＳ結果によれば、ｐ＋−ＧａＮ層においては、２×１０２０ｃｍ−３程度のＭｇ濃度が確認され、ｐ−ＧａＮ層においては、２×１０１９ｃｍ−３程度のＭｇ濃度が確認される（なお、図１１には、例えば、１×１０２１が“１Ｅ＋２１”と表され、１×１０６が“１Ｅ＋０６”と表されている。）。図１１に示すＳＩＭＳ結果には、マーカーとしてアルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）に対する分析結果も含まれている。図１１を参照すれば、アルミニウム（Ａｌ）濃度及びインジウム（Ｉｎ）濃度の立ち上がり部分は、ｐ−ＧａＮ層と、この層の下のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層との界面である。再び、図４に戻って説明する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成された水素雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。エピタキシャル積層の上には、幅１０μｍ程度のストライプ窓を有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）をウェットエッチングにより形成する。Ｐｄからなるアノード電極（ｐ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成する。この後に、裏面には、Ｐｄからなるカソード電極（ｎ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成する。このように作製された基板生産物を、６００μｍ程度の間隔で、へき開を行って分離して、レーザバーを作製する。へき開面は、｛２０−２１｝面及び｛１１−２０｝面に対して垂直な面である。レーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜する。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。前端面の反射率は８０％程度であり、後端面の反射率は９５％程度である。５２５ｎｍ程度の波長、及び、３ｋＡ／ｃｍ２程度のしきい値電流で発振し、５０ｍＷ出力時の動作電圧は６．５ボルト程度である。アノード電極の接触抵抗の測定結果は、１×１０−３Ωｃｍ２程度であった。
【００７８】
（実施例２）実施例１と実施例２の相違点は、ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度だけである。図５の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に対応）を作製する。図５の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の成長温度が示される。実施例２の場合のｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、摂氏１０００度程度の同一の温度である。実施例２の場合のアノード電極の接触抵抗の測定結果は、１×１０−４Ωｃｍ２程度であり、実施例１に比較して向上されている。５０ｍＷ出力時の動作電圧は５．５ボルトであり、実施例１に比較して向上されている。素子寿命は、１００００時間を越えた。以上の実施例１及び実施例２の結果から、Ｍｇ濃度が大きいｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、活性層（ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（３ｎｍ））にダメージを与えない範囲で高めに設定することがよい。
【００７９】
（実施例３〜実施例５）他の実施例３〜実施例５は、実施例１及び実施例２のｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層に替えて、単一のｐ＋―ＧａＮ層を備え、実施例３〜実施例５の単一のｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は摂氏９００度程度である。このようなｐ＋―ＧａＮ層の構成及び成長温度を除けば、実施例３〜実施例５と実施例１及び実施例２とは同様である。実施例３の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−１Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は８．５ボルト程度である。実施例４の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−２Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は７．５ボルト程度である。実施例５の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０２１ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−１Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は８．５ボルト程度である。従って、実施例１及び実施例２は、実施例３〜実施例５に比較して、少なくともアノード電極の接触抵抗及び動作電圧は向上している（接触抵抗及び動作電圧の各値は小さい）。
【００８０】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００８１】
（他の実施形態）緑色帯の長波長領域に発光波長を有するＧａＮ系半導体発光素子を作製するにあたって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板を利用することは、発光層に印加されるピエゾ電界を低減できること、インジウム（Ｉｎ）偏析が低減された高品質なＩｎＧａＮ発光層を作製できること、等の理由から、非常に有利である。
【００８２】
しかしながら、発明者は、半極性面及び無極性面の何れかを利用する際に障害となり得る課題が少なくとも二つあると考えた。第一の課題としては、ｐ側電極との間の接触抵抗が比較的に高い、ということがある。典型的には、ｃ面を主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−４Ωｃｍ２程度であるのに対し、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上における接触抵抗は２×１０−２Ωｃｍ２程度であって約２桁近くも接触抵抗が増加する。この接触抵抗の増加は、縦方向に電流を流した際には約２Ｖ程度の電圧上昇に相当する。
【００８３】
第二の課題としては、長波長で発光するインジウム（Ｉｎ）組成の高いＩｎＧａＮ発光層は熱耐性が弱く、そのためｐ型層の成長温度を（典型的には摂氏１１００度程度から摂氏９００度程度まで）下げる必要があるが、この場合、ｐ型層の結晶品質が低下する、ということがある。ｐ型層の結晶品質の低下は接触抵抗の悪化を招き、典型的にはｃ面を主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−３Ωｃｍ２程度であり、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−２Ωｃｍ２程度であって、基板の主面の面方位に関わらず、接触抵抗が悪化する。
【００８４】
そこで、発明者は、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上においてｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子の製造が可能となる製造方法を、見出した。水素雰囲気のもとで、発光層の保護のためにｐ型層を比較的に低温（摂氏９００度程度）で成長すると、成長速度が１μｍ／ｈｏｕｒ以上の場合に、１×１０１７ｃｍ−３を超えて１×１０１８ｃｍ−３程度の炭素不純物がｐ型層に導入される。このような炭素不純物濃度は、ｐ型層の抵抗値を増加し、よって、ｐ型層と電極との接触抵抗の悪化を招く。これに対し、発明者は、ｐ型層の炭素不純物濃度を低下させる方法として、成長速度を下げることによってＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を上げることが有効である、ことを見出し、実際に接触抵抗を低減できた。この場合の成長速度は、ｐ側の電極に接触する表面を有しておりＭｇドープ量の多いコンタクト層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層）の場合には０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、このコンタクト層に接しており比較的Ｍｇドープ量の小さいコンタクト層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層）の場合には１μｍ／ｈｏｕｒ以下である。
【００８５】
なお、発明者は、炭素不純物濃度を低減させる方法として、窒素雰囲気下でｐ型層を成長させることが有効であることも見出したが、この場合、接触抵抗の大幅な改善は認められなかった。発明者は、この現象（窒素雰囲気下でｐ型層を成長させた場合、炭素不純物濃度を低減できても接触抵抗の大幅な改善は認められない、という現象）の原因を次のように考えた。すなわち、マグネシウム（Ｍｇ）原子は、ＧａＮ中のガリウム（Ｇａ）を置換してアクセプタとして働く、という点と、水素雰囲気では、マグネシウム（Ｍｇ）原子は、ガリウム（Ｇａ）原子を効率よく置換するのに対し、窒素雰囲気では、Ｍｇ原子は、ガリウム（Ｇａ）原子を効率よく置換せず、格子間などに入り込む、という点とを鑑みれば、上記のような現象（窒素雰囲気下でｐ型層を成長させた場合、炭素不純物濃度を低減できても接触抵抗の大幅な改善は認められない、という現象）が、水素雰囲気と窒素雰囲気とではＳＩＭＳ分析上では同程度の濃度のマグネシウム（Ｍｇ）原子がドープされていても、窒素雰囲気の場合にはマグネシウム（Ｍｇ）原子が有効なアクセプタとして働いていないことが起因して生じた、と発明者は考えた。
【００８６】
以上の知見から、発明者は、水素雰囲気において成長速度を下げ、Ｖ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を高めて成長することによって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上においてｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子と、ＧａＮ系半導体発光素子を作製する方法とを見出すことに成功した。このような、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上にｐ型層を低温で成長しても良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子の製造が可能となる製造方法と、この製造方法によって製造されるＧａＮ系半導体発光素子とは、図３に示すエピタキシャル基板ＥＰ１の構成と、エピタキシャル基板ＥＰ１の製造方法とに対して、以下のような変更を加えることによって、実現できる。以下、変更後のエピタキシャル基板を、エピタキシャル基板ＥＰ１１という。
【００８７】
まず、エピタキシャル基板ＥＰ１１の構成及び製造方法が、エピタキシャル基板ＥＰ１と異なっている点（変更点）を、下記に列記する。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ＳｉドープＧａＮ層５５ａと低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとの成長時の雰囲気ガスに水素が用いられる点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、エピタキシャル基板ＥＰ１１のその他の層の成長時の雰囲気ガスに窒素が用いられる点が異なっており、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上で重要な要素である。その他にもエピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の成長時にｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａが設けられていない点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ＳｉドープＧａＮ層５５ｃの成長温度が摂氏８４０度程度に設定される点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度が共に摂氏８７０度程度に設定される点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、図中符号６５ｄに示す位置に形成される層には、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層ではなくＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層が形成される点等が異なるが、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上では関係のない変更点である。また以上の点を除けば、エピタキシャル基板ＥＰ１１の構成及び製造方法は、エピタキシャル基板ＥＰ１の構成及び製造方法と、同様である。
【００８８】
また、エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００８９】
更に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、基板５１の主面５１ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に直交する面（面Ｓｃ）から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している場合、及び、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に直交する面（面Ｓｃ）から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している場合、が可能である。当該角度範囲の基板を用いると、発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００９０】
エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長速度よりも遅く、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆは、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される。このように、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時の雰囲気ガスに水素を用い、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度も比較的に遅いので、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時のＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を比較的に高くできる。従って、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆにおける炭素不純物濃度を比較的に低くでき、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が良好となる。なお、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの炭素不純物を減らすには、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆを窒素雰囲気で成長させる方法があるが、窒素雰囲気では高濃度のマグネシウム（Ｍｇ）をドープした結晶の成長が困難なため、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの結晶性が低下し、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が共に高くなる。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの炭素不純物を減らすには、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度を上げる方法があるが、比較的に長波長の場合には活性層の成長温度は低くその後のｐ層の成長中の熱耐性が低下するので、活性層５９ｂがダメージを受ける場合がある。よって、水素雰囲気において成長速度を下げ、Ｖ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を高めて成長することによって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上で、比較的長波長の光を発する発光層を保護する目的でｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子を作製することができる。
【００９１】
エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、活性層５９ｂの成長温度は、摂氏６５０度以上摂氏８００度未満の範囲にある。更に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのそれぞれの成長温度と、活性層５９ｂの成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下の範囲にある。よって、活性層５９ｂがｐ型層成長中に受けるダメージを抑制できる。
【００９２】
（実施例６）
次に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の実施例６を説明する。実施例６は、図１２の（ａ）部に示す素子構造を有するレーザダイオードである。図１２の（ｂ）部には、図１２の（ａ）部に示す素子構造のエピタキシャル積層の成長温度が示されている。
【００９３】
図４と図１２とを参照すると、実施例６は、実施例１とは、以下の点で相違するが、その他の点では、実施例１と同様であることがわかる。実施例６は、下記の七つの相違点において、実施例１と相違していた。すなわち、ＳｉドープＧａＮ層５５ａに対応するｎ−ＧａＮ層と、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層と、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層との成長時の雰囲気ガスには水素を用いた点、その他の層の成長時の雰囲気ガスには窒素を用いた点、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長速度を０．４３μｍ／ｈｏｕｒに設定し、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長速度を０．０７μｍ／ｈｏｕｒに設定した点が異なっており、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上で重要な要素である。その他にも、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長温度と高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長温度とを共に摂氏８７０度程度に設定した点、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａに対応するｎ−ＩｎＧａＮ層は、０．１４５μｍ程度の厚みと０．０５程度のインジウム（Ｉｎ）の組成比とを有していた点、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃに対応するｕｄ−ＩｎＧａＮ層上には、ｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａに対応するｐ−ＧａＮ層を形成せずに、ＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層６５ｂに対応し０．０４０μｍ程度の厚みを有するｐ−ＩｎＧａＮ層を形成した点、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃに対応するｐ−ＧａＮ層と低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層との間には、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄに対応するＩｎＡｌＧａＮ層ではなく、０．４０μｍ程度の厚みと０．０５のアルミニウム（Ａｌ）の組成比とを有するｐ−ＡｌＧａＮ層を形成した点、等が異なるが、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上では関係のない変更点である。
【００９４】
実施例６の構成では、５２５ｎｍ程度の波長、及び、３ｋＡ／ｃｍ２程度のしきい値電流で発振し、５０ｍＷ出力時の動作電圧は５．５ボルト程度であった。実施例６の構成に対し、ＴＬＭ法（Transmission Line Method）を用いて、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層と金属電極（パラジウム（Ｐｄ）の電極）との接触抵抗を測定した。このＴＬＭ法による測定結果によれば、ｐ＋−ＧａＮ層と金属電極（パラジウム（Ｐｄ）の電極）との接触抵抗が、ｐ＋−ＧａＮ層の全面において、５×１０−４Ωｃｍ２以下の範囲にあった。
【００９５】
実施例６では、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長温度と高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長温度とを、共に、比較的低温（少なくとも実施例１，２の場合に比較して低温）の摂氏８７０度程度に設定した。このように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長温度を下げることによって、コンタクト層の成長中における活性層の熱劣化を抑制できる。
【００９６】
図１３〜図１５に、エピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す。なお、この分析に用いたエピタキシャル積層構造は、コンタクト層の原子濃度を正確に測るために、アンドープＧａＮキャップ層を高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上に積層した構造である。各図の横軸は、このエピタキシャル積層の表面（ｐ側の表面）からの深さを示す。各図には、エピタキシャル積層の表面（ｐ側の表面）から２００ｎｍ程度までの分析結果が示されている。図１３〜図１５に示すＳＩＭＳ結果には、マーカーとしてマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）に対する分析結果も含まれている。なお、各図の左縦軸は、各原子の濃度を示し、各図の左縦軸は、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）の濃度を示す。各図の曲線ＧＣ１，ＧＣ２，ＧＣ３は、炭素（Ｃ）に対する測定結果を示す。各図の曲線ＧＭｇ１，ＧＭｇ２，ＧＭｇ３は、マグネシウム（Ｍｇ）に対する測定結果を示す。図１３は、実施例６と同様に、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに水素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を０．４３μｍ／ｈｏｕｒの程度とし、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）の成長速度を０．０７μｍ／ｈｏｕｒの程度として形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、５×１０−４Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ１に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１６ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０１６ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ１に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、７×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、７×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ１に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９７】
図１４は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに水素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を、曲線ＧＭｇ１に示す場合に比較して速い成長速度（３．５μｍ／ｈｏｕｒ程度であるが、ｐ＋−ＧａＮ層の場合には０．２１μｍ／ｈｏｕｒ程度）で形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、２×１０−３Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ２に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、１×１０１８ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、１×１０１８ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ２に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ２に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９８】
図１５は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに窒素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を、曲線ＧＭｇ１に示す場合と同様の成長速度で形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、２×１０−３Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ３に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、４×１０１６ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、４×１０１６ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ３に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、２×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、２×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ３に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９９】
図１２に示す結果からは、曲線ＧＣ１に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられ成長速度が比較的に遅い場合には、炭素（Ｃ）の濃度が３×１０１６ｃｍ−３の程度であって比較的に低いことがわかる。これに対し、曲線ＧＣ２に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられていても成長速度が曲線ＧＣ１の状況に比較して速い場合には、炭素（Ｃ）の濃度が１×１０１８ｃｍ−３の程度であって比較的に高いことがわかる。なお、曲線ＧＣ３に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに窒素が用いられた場合には、炭素（Ｃ）の濃度が４×１０１６ｃｍ−３の程度であって比較的に低いが、結晶性が比較的に低いことがわかる。更に、曲線ＧＣ１，ＧＯ１，ＧＭｇ１に示す測定結果が得られた状況、すなわち、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられ成長速度が比較的に遅い場合には、エピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗が５×１０−４Ωｍ２の程度であって比較的に低かった。
【符号の説明】
【０１００】
１０…成長炉、１１…ＩＩＩ族窒化物半導体素子、１３，５１…基板、１３ａ，５１ａ，５３ａ，５７ａ，５９ｂ−１，６３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１５，５３…ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、１７，５７…発光層、１９，６３…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…ｐ型クラッド層、２５ａ，２５ｂ…コンタクト層、２７，５９ｂ…活性層、２９…ｎ側光ガイド層、３１…ｐ側光ガイド層、３３…井戸層、３５…障壁層、３７，４１…電極、３９…絶縁膜、３９ａ…開口、５５ａ…ＳｉドープＧａＮ層、５５ｂ…ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層、５５ｃ…ＳｉドープＧａＮ層、５９ａ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、５９ｃ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、６１ａ…アンドープＩｎＧａＮ障壁層、６１ｂ…アンドープＩｎＧａＮ井戸層、６５ａ…ｐ型ＧａＮ電子ブロック層、６５ｂ…ＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６５ｃ…ＭｇドープＧａＮ光ガイド層、６５ｄ…ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層、６５ｅ…低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層、６５ｆ…高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層、Ａｘ…法線軸、ＣＲ…結晶座標系、Ｃｘ…基準軸、ＥＰ，ＥＰ１，ＥＰ１１…エピタキシャル基板、Ｊ１…界面、ＪＣ…接触、Ｓ…座標系、Ｓｃ…面、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＶＮ…法線ベクトル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体素子、及び、ＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、駆動電圧の低下を目的とする発光素子に係る技術が開示されている。サファイア基板の上に、５００オングストロームのＡｌＮのバッファ層と、膜厚約２．０マイクロメートル、電子濃度２×１０１８／ｃｍ３のＳｉドープＧａＮの高キャリア濃度ｎ＋層と、膜厚約２．０μｍ、電子濃度２×１０１８／ｃｍ３のＳｉドープの（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｎの高キャリア濃度ｎ＋層と、膜厚約０．５μｍ、Ｍｇ、Ｚｎ及びＳｉドープの（Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１）ｙ１Ｉｎ１−ｙ１Ｎのｐ伝導型の発光層と、膜厚約１．０μｍ、ホール濃度２×１０１７／ｃｍ３のＭｇドープの（Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２）ｙ２Ｉｎ１−ｙ２Ｎのｐ層と、膜厚約０．２μｍ、ホール濃度５×１０１７／ｃｍ３、Ｍｇ濃度１×１０２０／ｃｍ３のＭｇドープのＧａＮから成る第２コンタクト層と、膜厚約５００オングストローム、ホール濃度２×１０１７／ｃｍ３、Ｍｇ濃度２×１０２０／ｃｍ３のＭｇドープのＧａＮから成る第１コンタクト層と、が形成されている。更に、ｐ層と高キャリア濃度ｎ＋層とに、それぞれ、接続するニッケルで形成された二つの電極が形成されている。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子は、特に、サファイア基板のｃ面の上の最表面に設けられた高Ｍｇ濃度のｐ型の第１コンタクト層と、この第１コンタクト層の下に設けられた低Ｍｇ濃度のｐ型の第２コンタクト層とを有する。第１コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であり、第２コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下である。第１及び第２のコンタクト層の膜厚については、５０ｎｍと２００ｎｍとが開示されている。また、非特許文献１及び２には、ピエゾ電界の計算について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−９７４７１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol.39 (2000) pp.413
【非特許文献２】Journal of Applied Physics, Vol.91 No.12 (2002) pp.9904
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｍｇがドープされたｐ型の窒化ガリウムのコンタクト層の接触抵抗は、Ｍｇ濃度によって増減する。接触抵抗の値は、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３程度の場合に比較的小さい。しかし、Ｍｇ濃度がこのように高い場合、結晶性が低下してｐ型キャリア濃度の低下を招く。従って、接触抵抗、結晶性及びキャリア濃度の何れもが好適なｐ型コンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子の開発が望まれている。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、結晶性が損なわれることなく比較的小さい接触抵抗と比較的高いキャリア濃度とを有するｐ型のコンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子及びＩＩＩ族窒化物半導体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】
【０００７】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子は、窒化ガリウム系半導体の発光層と、前記発光層の上に設けられた第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層の上に設けられ前記第１のコンタクト層に直接接する第２のコンタクト層と、前記第２のコンタクト層の上に設けられ前記第２のコンタクト層に直接接する金属電極と、を備え、前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度よりも低く、前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、ことを特徴とし、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。
【０００８】
第２のコンタクト層において、ｐ型ドーパントが比較的高いので金属電極との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。第１のコンタクト層において、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、第２のコンタクト層と金属電極との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層の外部量子効率等が良好となる。
【０００９】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を更に備え、前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、前記第１のコンタクト層は、前記クラッド層に直接接していることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、窒化ガリウム系半導体からなる基板を更に備え、前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられており、前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜していることが好ましい。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いることができるので、基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面の上に、窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面にも主面と同様の傾斜が実現できる。
【００１１】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接している第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、金属電極との接触抵抗は低下する。
【００１２】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接していない第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。
【００１３】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムであることが好ましい。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。Ｍｇは窒化物半導体中で比較的浅いアクセプタ準位を形成し、そのためドーパント濃度に対する正孔濃度の活性化率が高く、比較的小さいドーパント濃度で比較的高い正孔濃度が得られる。
【００１４】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなることが好ましい。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、第１及び第２のコンタクト層がＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００１５】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることが好ましい。従って、第１及び第２のコンタクト層の材料に、窒化ガリウム以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。これにより基板との格子不整合度が変わり、コンタクト層に内包される歪み量が変化するために、第１コンタクト層のキャリア濃度を高めたり、第２コンタクト層と金属電極との接触抵抗を低減させることができる。
【００１６】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることが好ましい。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。このＩｎ組成領域では発光層に内包される歪みが大きく、基板主面の傾斜角を前記範囲に取ったときに抑制できるピエゾ電界が大きい。従って本発明を用いれば当該Ｉｎ組成領域でも良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００１７】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなることが好ましい。このような材料の金属電極によって、第２のコンタクト層と良好な接触が実現される。これらの金属を用いることにより良好なオーミック接合が実現される。
【００１８】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体からなる発光層を形成する工程と、前記発光層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第１のコンタクト層を形成する工程と、前記第１のコンタクト層の形成時に供給されたｐ型ドーパントの供給量を切り替えた後に前記第１のコンタクト層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第２のコンタクト層を形成する工程と、前記第２のコンタクト層の上に金属電極を形成する工程と、を備え、前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、前記第１のコンタクト層を形成する工程及び前記第２のコンタクト層を形成する工程において成長炉に供給されるｐ型ドーパントの供給量は、前記第２のコンタクト層を形成する工程で供給される量のほうが前記第１のコンタクト層を形成する工程で供給される量よりも多く、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度は、前記発光層に含まれている活性層の成長温度よりも高く、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下であり、前記第２のコンタクト層は前記金属電極に直接接し、前記第１のコンタクト層は前記第２のコンタクト層に直接接し、前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、ことを特徴とし、前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。
【００１９】
第２のコンタクト層において、ｐ型ドーパントが比較的高いので金属電極との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。第１のコンタクト層において、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、第２のコンタクト層と金属電極との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層の外部量子効率等が良好となる。また、第１及び第２のコンタクト層の成長温度は発光層の成長温度よりも高く、第１及び第２のコンタクト層の成長温度と発光層の成長温度との差は、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下である。成長温度の差が当該差よりも小さいと、第１及び第２のコンタクト層の成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層が受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。
【００２０】
本発明に係る方法では、ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を形成する工程を更に備え、前記クラッド層は、前記発光層が形成された後に形成され、前記第１及び第２のコンタクト層は、前記クラッド層が形成された後に形成され、前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、前記第１のコンタクト層は前記クラッド層に直接接していることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る方法では、窒化ガリウム系半導体からなる基板を準備する工程を更に備え、前記クラッド層は、前記基板の上に形成され、前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられ、前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜していることが好ましい。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いることができるので、基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面の上に、窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、第１のコンタクト層と第２のコンタクト層との界面にも主面と同様の傾斜が実現できる。
【００２２】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましく、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接している第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、金属電極との接触抵抗は低下する。
【００２３】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。金属電極に直接接していない第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。
【００２４】
本発明に係る方法では、前記ｐ型ドーパントはマグネシウムであることが好ましい。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。Ｍｇは窒化物半導体中で比較的浅いアクセプタ準位を形成し、そのためドーパント濃度に対する正孔濃度の活性化率が高く、比較的小さいドーパント濃度で比較的高い正孔濃度が得られる。
【００２５】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなることが好ましい。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、第１及び第２のコンタクト層がＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００２６】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることが好ましい。従って、第１及び第２のコンタクト層の材料に、窒化ガリウム以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。これにより基板との格子不整合度が変わり、コンタクト層に内包される歪み量が変化するために、第１コンタクト層のキャリア濃度を高めたり、第２コンタクト層と金属電極との接触抵抗を低減させることができる。
【００２７】
本発明に係る方法では、前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることが好ましい。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。このＩｎ組成領域では発光層に内包される歪みが大きく、基板主面の傾斜角を前記範囲に取ったときに抑制できるピエゾ電界が大きい。従って本発明を用いれば当該Ｉｎ組成領域でも良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００２８】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である。このように、炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００２９】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３０】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３１】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法では、前記第１のコンタクト層の成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、前記第２のコンタクト層の成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、前記第２のコンタクト層の成長速度は、前記第１のコンタクト層の成長速度よりも遅く、前記第１及び第２のコンタクト層は、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される。このように、第１及び第２のコンタクト層の成長時の雰囲気ガスに水素を用い、第１及び第２のコンタクト層の成長速度も比較的に遅いので、第１及び第２のコンタクト層の成長時のＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を比較的に高くできる。従って、第１及び第２のコンタクト層における炭素不純物濃度を比較的に低くでき、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が良好となる。
【００３２】
本発明に係る方法では、前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。このように、炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００３３】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下である。よって、コンタクト層の結晶性を向上できる一方で、コンタクト層の成長時に活性層が受けるダメージを抑制できる。
【００３４】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３５】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している。当該角度範囲の基板を用いると、前記発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００３６】
本発明に係る方法では、前記活性層の成長温度は摂氏６５０度以上摂氏８００度未満である。よって、前記波長範囲（４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の発光波長を有する活性層を作製することができる。
【００３７】
本発明に係る方法では、前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなることが好ましい。このような材料の金属電極によって、第２のコンタクト層と良好な接触が実現される。これらの金属を用いることにより良好なオーミック接合が実現される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、結晶性が損なわれることなく比較的小さい接触抵抗と比較的高いキャリア濃度とを有するｐ型のコンタクト層を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子及びＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例１のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図５】図５は、実施例２のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図６】図６は、発光波長と外部量子効率との関係、及び、視感度曲線、を示す図である。
【図７】図７は、ピエゾ電界と主面のオフ角との関係を示す図である。
【図８】図８は、マグネシウム濃度とキャリア濃度との関係を示す図である。
【図９】図９は、マグネシウム濃度と接触抵抗との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の効果を説明するための図である。
【図１１】図１１は、エピタキシャル積層の構造を表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例６のレーザダイオードの素子構造及び成長温度を示す図である。
【図１３】図１３は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【図１４】図１４は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【図１５】図１５は、主に実施例６のエピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の構造及びＩＩＩ族窒化物半導体素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１としては、例えば発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子を説明するが、本実施の形態は、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体を含むＩＩＩ族窒化物半導体素子に適用可能である。
【００４１】
図１の（ａ）部にＩＩＩ族窒化物半導体素子１１が示され、図１の（ｂ）部にＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが示される。
エピタキシャル基板ＥＰは、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１と同様のエピタキシャル層構造を有する。引き続く説明では、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１を構成する半導体層を説明する。エピタキシャル基板ＥＰは、これらのＩＩＩ族窒化物半導体素子１１を構成する半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のための説明が適用される。
【００４２】
図１を参照すると、座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、Ｘ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。図１の（ａ）部に示されるように、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、基板１３と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５と、発光層１７と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９とを備える。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３の上においてエピタキシャル成長によって形成されている。
【００４３】
基板１３のｃ面は、図１に示された面Ｓｃに沿って延びている。面Ｓｃの上では、六方晶系窒化ガリウム系半導体の結晶軸を示すための結晶座標系ＣＲ（ｃ軸，ａ軸，ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃを基準にして、基板１３の窒化ガリウム系半導体のｍ軸又はａ軸の方向に、傾斜角αで傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘを示すｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度によって規定される。主面１３ａの上において、発光層１７は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５とｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９との間に設けられている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域１９は、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、発光層１７に含まれているｎ側光ガイド層２９、活性層２７及びｐ側光ガイド層３１が法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に含まれているｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、ｐ型クラッド層２３、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂが、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。
【００４４】
基板１３は、導電性を有する窒化ガリウム系半導体からなる主面１３ａを有する。基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０度未満の範囲の角度で傾斜する。基板１３は、主面１３ａを含めて、窒化ガリウム系半導体からなることができる。基板１３の窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＧａＮ（Ｉｎ：インジウム）、ＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、基板１３は、例えばＡｌＮ等であることもできる。
【００４５】
ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、基板１３の上に設けられる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、基板１３の主面１３ａに直接接している。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層を含む。この一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層は、主面１３ａの上に設けられる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、例えばｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層を含むことができる。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５は、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４６】
発光層１７は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなる。発光層１７は、基板１３及びｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５の上に設けられる。発光層１７は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５に直接接している。発光層１７は、活性層２７を含み、必要な場合にはｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１を含むことができる。活性層２７は、一又は複数の井戸層３３と、複数の障壁層３５とを含む。障壁層３５は、井戸層３３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。活性層２７は、単一又は多重の量子井戸構造を有することができる。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５及びｎ側光ガイド層２９の上に設けられている。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなる。発光層１７（活性層２７）の発光波長は、例えば４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。この発光波長範囲の光を発生する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の電気的特性を向上できる。更に、長波長における発光を提供する発光素子において、ｐ型窒化ガリウム系半導体の特性を向上できる。
【００４７】
発光層１７がインジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなり、発光層１７のインジウム（Ｉｎ）の組成は、１５％以上５０％未満となっている。従って、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長の発光が実現できる。例えば、発光層１７は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）であることができる。
【００４８】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９のｐ型ドーパントはマグネシウム（Ｍｇ）である。従って、ｐ型ドーパントの供給が良好に行える。なお、亜鉛（Ｚｎ）等もｐ型ドーパントに用いることができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５及び発光層１７の上に設けられる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、発光層１７に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層を含む。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えばｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含むことができる。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、発光層１７の上に設けられ、発光層１７に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、ｐ型電子ブロック層及びｐ型光ガイド層を含むことができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、ｐ型クラッド層２３を含むことができる。ｐ型クラッド層２３は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の上に設けられ、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１及びｐ型クラッド層２３のそれぞれは、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００４９】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ａ（第１のコンタクト層）を含むことができる。コンタクト層２５ａは、ｐ型クラッド層２３の上に設けられ、ｐ型クラッド層２３に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ｂ（第２のコンタクト層）を含むことができる。コンタクト層２５ｂは、コンタクト層２５ａの上に設けられ、コンタクト層２５ａに直接接している。
【００５０】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの間には界面Ｊ１が形成されている。コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体からなり、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂがＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００５１】
コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも小さい。コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である。例えば、コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。電極３７に直接接していないコンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下であることができる。電極３７に直接接しているコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、電極３７との接触ＪＣにおける接触抵抗は低下する。
【００５２】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１は、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している。コンタクト層２５ｂの膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。例えば、コンタクト層２５ｂの膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることができる。コンタクト層２５ａのバンドギャップはｐ型クラッド層２３のバンドギャップよりも小さい。
【００５３】
以上説明した構成を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子１１では、コンタクト層２５ｂにおいて、ｐ型ドーパントが比較的高いので電極３７との接触抵抗は低下し、膜厚が比較的小さいので結晶性は比較的良好となる。コンタクト層２５ａにおいて、ｐ型ドーパント濃度が比較的低いので結晶性は比較的良好であり、キャリア濃度も比較的高い。従って、結晶性が損なわれることなく、コンタクト層２５ｂと電極３７との接触抵抗の向上、及び、キャリア濃度の向上、が実現される。更に、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１の傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して、ピエゾ電界が逆向きで比較的小さいか又はゼロとなる。従って、傾斜が５０度未満又は１３０度以上の場合に比較して発光層１７の外部量子効率等が良好となる。
【００５４】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、窒化ガリウム系半導体からなる基板１３を備えており、基板１３の主面１３ａの上に、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９といった窒化ガリウム系半導体層が順に設けられており、主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している。従って、窒化ガリウム系半導体からなる基板１３を用いることができるので、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから５０度以上１３０未満の角度で傾斜している主面１３ａの上に、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９等の窒化ガリウム系半導体層を成長させることによって、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとの界面Ｊ１にも主面１３ａと同様の傾斜が実現できる。
【００５５】
また、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂの同一の窒化ガリウム系半導体は、ｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であることができる。従って、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂの材料に、ＧａＮ以外の他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。
【００５６】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、電極３７及び絶縁膜３９を更に備える。基板１３、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９の上には、電極３７（例えば、アノード）と、コンタクト層２５ｂを覆う絶縁膜３９とが設けられている。電極３７は、コンタクト層２５ｂの上に設けられ、絶縁膜３９の開口３９ａを介してコンタクト層２５ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂと電極３７とは、開口３９ａを介して接触ＪＣを成す。電極３７は、例えば、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕ（Ｎｉ及びＡｕ）等からなる。従って、このような材料の電極３７によって、コンタクト層２５ｂと良好な接触が実現される。また、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１は、電極４１（例えば、カソード）を備える。電極４１は、基板１３の裏面１３ｂの上に設けられ、裏面１３ｂに直接接している。電極４１は、例えば、Ｐｄ、Ｔｉ／Ａｌ等からなる。
【００５７】
図１の（ｂ）部に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のエピタキシャル基板ＥＰは、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１の上記の各半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のための説明が当てはまる。エピタキシャル基板ＥＰの表面粗さは、１０μｍ角の範囲で１ｎｍ以下の算術平均粗さを有する。図２は、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程を示す図面である。図３は、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。
【００５８】
図２に示される工程フローに従って、有機金属気相成長法により、発光素子の構造のエピタキシャル基板ＥＰとＩＩＩ族窒化物半導体素子１１とを作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、及び、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００５９】
工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板（図３の（ａ）部に示される基板５１）を準備する。この基板５１（基板１３に対応）の主面５１ａ（主面１３ａに対応）の法線軸は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して５０度以上１３０度未満の角度範囲内の傾斜角を有する。基板５１の主面５１ａは、例えば、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した｛２０−２１｝面であることができる。主面５１ａは鏡面研磨されている。
【００６０】
次に、基板５１の上に以下の条件でエピタキシャル成長を行う。まず、工程Ｓ１０２では、基板５１を成長炉１０内に設置する。成長炉１０内には、例えば石英フローチャネル等の石英製の治具が配置されている。必要な場合には、摂氏１０５０度程度の温度及び２７ｋＰａ程度の炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を含む熱処理ガスを成長炉１０に供給しながら、１０分間程度、熱処理を行う。この熱処理により、主面５１ａ等において表面改質が生じる。
【００６１】
この熱処理の後に、工程Ｓ１０３では、基板５１の上にＩＩＩ族窒化物半導体層を成長してエピタキシャル基板ＥＰを形成する。雰囲気ガスは、キャリアガス及びサブフローガスを含む。雰囲気ガスは、例えば窒素及び／又は水素を含むことができる。工程Ｓ１０３は、下記工程Ｓ１０４、工程Ｓ１０５及び工程Ｓ１１０を含む。
【００６２】
工程Ｓ１０４では、ＩＩＩ族構成元素及びＶ族構成元素のための原料、及びｎ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１５に対応）をエピタキシャルに成長して形成する。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３の主面５３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域５３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施形態では、例えば、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層が成長される。摂氏９５０度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ａを成長して形成する。次いで、摂氏８７０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層５５ｂを成長して形成する。この後に、摂氏１０５０度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、ＳｉドープＧａＮ層５５ｃを成長して形成する。還元性を有する水素雰囲気では成長炉１０内の治具や治具の付着物から酸素が脱離されやすくなる。
【００６３】
工程Ｓ１０５では、発光層５７（発光層１７に対応）を成長して形成する。工程Ｓ１０５は、下記工程Ｓ１０６〜工程Ｓ１０９を含む。工程Ｓ１０６では、摂氏８４０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び窒素を成長炉１０に供給して、ｎ側のＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａを成長して形成する。ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａの一部又は全部は、アンドープ又はｎ型導電性であることができる。
【００６４】
次いで、工程Ｓ１０７及び工程Ｓ１０８において、活性層５９ｂ（活性層２７に対応）を成長して形成する。工程Ｓ１０７では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａを成長して形成する。アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａの厚さは、１５ｎｍ程度である。アンドープＩｎＧａＮ障壁層６１ａの成長後に、成長を中断して、障壁層の成長温度から井戸層の成長温度に基板温度を変更する。基板温度の変更後の工程Ｓ１０８では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層６１ｂを成長して形成する。ＩｎＧａＮ井戸層６１ｂの厚さは、３ｎｍ程度である。必要な場合には、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長を繰り返すことができる。本実施形態において、活性層５９ｂの量子井戸構造は、３層のアンドープＩｎＧａＮ井戸層６１ｂを含む。
【００６５】
工程Ｓ１０９では、摂氏８４０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、ｐ側のＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃを成長して形成する。ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃの一部又は全部は、アンドープ又はｐ型導電性であることができる。発光層５７の主面５７ａ及び活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。
【００６６】
工程Ｓ１１０では、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料、及びｐ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３（ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に対応）をエピタキシャルに成長して形成する。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の主面６３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角に対応している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層が成長される。例えば、発光層５７の成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を上昇する。ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、摂氏９００度程度の基板温度でｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａを成長して形成する。ｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａの成長において、雰囲気ガスの窒素が供給されることが好ましい。次いで、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度程度の基板温度でＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層６５ｂを成長して形成する。この後に、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃを成長して形成する。ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。そして、摂氏８７０度程度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄ（ｐ型クラッド層２３に対応）を成長して形成する。
【００６７】
ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄの成長の後、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ（コンタクト層２５ａに対応）及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆ（コンタクト層２５ｂに対応）を成長して形成する。まず、工程Ｓ１１０ａにて、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅを成長して形成する。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの厚みは、４０ｎｍ程度である。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅのＭｇ濃度は、１×１０１９ｃｍ−３程度である。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長が終了すると、工程Ｓ１１０ｂにて、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの形成時（工程Ｓ１１０ａ）において供給されたｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を切り替えた後に（ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を、例えば、１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに変更。ただし流量制御装置の制御範囲の制限がある場合には、低濃度ＭｇドープＧａＮ層と高濃度ＭｇドープＧａＮ層の成長速度も変更して設計のＭｇ濃度を得ることができる。）、摂氏９００度程度において、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆを成長して形成する。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの膜厚は、１０ｎｍ程度である。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのＭｇ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００６８】
低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）であるが、特に、ＧａＮ等からなる。高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時に供給されるＭｇの供給量は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長時に供給されるＭｇの供給量より多い。よって、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の濃度は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅよりも高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのほうが高い。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとの間には界面（界面Ｊ１に対応）が形成される。
【００６９】
低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度は、摂氏１０００度程度の同一温度であってもよい。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度は、活性層５９ｂの成長温度よりも高い。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度と活性層５９ｂの成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下の範囲内にあるが、例えば、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下の範囲内にあることができる。成長温度の差が当該差よりも小さいと、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層５９ｂが受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。以上説明した工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１１０の後に、エピタキシャル基板ＥＰ１が形成される。
【００７０】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１の上に（特に、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上に）電極を形成する。電極の形成は以下のように行われる。例えば、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上にＮｉ／Ａｕ又はＰｄ等の金属の電極（電極３７に対応）を形成すると共に、エピタキシャル基板ＥＰ１の裏面にＴｉ／Ａｌ等の金属の電極（電極４１に対応）を形成する。電極の形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰ１を加工してリッジ構造を形成することができる。工程Ｓ１１１によって、エピタキシャル基板ＥＰが形成される。そして、へき開によってエピタキシャル基板ＥＰからレーザバーを形成し、このレーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜（例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２）からなる反射膜を成膜した後に、ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に分離する。
【００７１】
窒化ガリウム系半導体の発光素子の発光波長を長くするには、発光層の品質向上が不可欠である。発光層の品質に影響を及ぼす要因としては、ピエゾ電界による影響と、発光層であるＩｎＧａＮの組成の不均一性による影響と、がある。ＩｎＧａＮの組成の不均一性は、結晶中でＩｎが偏析し、Ｉｎ組成が高い結晶域とＩｎ組成が低い結晶域が形成され、結晶中に局所的な歪みが内包されること等によって生じ、この不均一性によって結晶欠陥が形成され、発光効率が低下する。まず、図６を参照する。図６は、ＩｎＧａＮ井戸層の発光素子及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の発光素子における外部量子効率と人間の視感度曲線とを示す。図６の横軸は発光素子の発光波長（ｎｍ）を示し、図６の縦軸は外部量子効率（％）を示す。図６に示すように、視感度が比較的高い４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の発光波長を含む領域では、ＩｎＧａＮ井戸層の発光素子及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の発光素子の外部量子効率が比較的低い。更に、図７を参照する。図７は、非特許文献１及び非特許文献２に示された計算結果を示す。図７の横軸はＧａＮ層の主面のオフ角（度）を示し、図７の縦軸はＧａＮ層内に生じる縦ピエゾ電界（ＭＶ／ｃｍ）を示す。図７に示すように、発光層やコンタクト層等を含んでおり窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル層が設けられた窒化ガリウム系半導体の基板主面のオフ角は、５０度以上１３０度未満の半極性又は無極性の場合に、縦ピエゾ電界は、基板主面がｃ面の場合の縦ピエゾ電界と逆向きの比較的小さい電界となるか、又は、ゼロとなる。従って、基板主面のオフ角が５０度以上１３０度未満の場合には、縦ピエゾ電界が、ｃ面を主面とする場合の電界と逆向き又はゼロとなるので、発光層の外部量子効率が良好となる。さらにオフ角が６３度以上８０度未満である場合には、その結晶表面状態に起因して発光層のＩｎ組成が均一となり、Ｉｎ偏析が抑制され、外部量子効率が良好となる。よって、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子１１の発光層の品質は向上されている。
【００７２】
また、図８は、ｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度とキャリア濃度との関係を示す図である。図８の横軸はｐ型ＧａＮ層内のＭｇ濃度（ｃｍ−３）を示し、図８の縦軸はｐ型ＧａＮ層内にキャリア濃度（ｃｍ−３）を示す。図８に示すように、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３まではＭｇ濃度の増加に伴ってキャリア濃度が増加し、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３の場合にキャリア濃度が最大となる。Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３を超えると、結晶性の低下によってキャリア補償が顕著となり、よって、キャリア濃度が低下する。Ｍｇ濃度が増加するほどＧａＮ層の結晶性は低下する。キャリア濃度は、Ｍｇ濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の範囲で最も高い。更に、図９は、ｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度と接触抵抗との関係を示す図である。図９の横軸はｐ型ＧａＮ層内のＭｇ濃度（ｃｍ−３）を示し、図９の縦軸はｐ型ＧａＮ層と金属電極との接触抵抗（Ωｃｍ２）を示す。図９に示すように、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３までは、Ｍｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値が急激に減少し、Ｍｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３に至るまでの区間は、増加率は低下するがＭｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値はなお減少する。しかし、Ｍｇ濃度が１×１０２１ｃｍ−３を超えると、Ｍｇ濃度の増加に伴って接触抵抗の値が急激な増加に転じる。よって、接触抵抗の値は、３×１０２０ｃｍ−３以上５×１０２０ｃｍ−３以下の範囲内のＭｇ濃度の場合に比較的小さい。Ｍｇ濃度が高いと、金属電極とｐ型ＧａＮ層との界面の障壁は図１０に示すように低下するが、Ｍｇ濃度が１×１０２１ｃｍ−３を超える程度に高いと、結晶性の低下が顕著となりキャリア濃度が低下する。このように、Ｍｇ濃度が比較的高いと、金属電極とｐ型ＧａＮ層との界面の障壁が低くなっているにもかかわらず、接触抵抗の増加という結果を招く場合がある。
【００７３】
図１０は、ｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンド図である。図１０の（ａ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０１９ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０の（ｂ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０２０ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０の（ｃ）部は、５０ｎｍの厚みと１×１０２１ｃｍ−３のＭｇ濃度を有するｐ型ＧａＮ層に金属電極が設けられた場合のエネルギーバンドを示している。図１０に示す符号Ｅｆはフェルミエネルギーレベルを示す。
【００７４】
図１０の（ａ）部に示すようにＭｇ濃度が比較的低いと、ｐ型ＧａＮ層のバルク部分のキャリア濃度は増加するが、金属電極との界面のバンドの曲がりが比較的大きく、このため、障壁が比較的高く、よって、接触抵抗の値は比較的大きい。図１０の（ｃ）部に示すようにＭｇ濃度が比較的高いと、金属電極との界面のバンドの曲がりが比較的小さく、このため、障壁が比較的低くなるが、ｐ型ＧａＮ層のバルク部分のキャリア濃度が減少し、よって、接触抵抗の値は比較的大きい。また、図１０の（ｂ）部に示すように、Ｍｇ濃度が図１０の（ａ）部及び図１０の（ｃ）部にそれぞれ示すＭｇ濃度の中間の値となっている場合には、図１０の（ａ）部及び図１０の（ｃ）部に示す場合に比較して接触抵抗の値は小さいが、５０ｎｍの厚みによって結晶性は比較的低いままであり、キャリア濃度は十分ではない。結晶性を維持するために厚みを減らすことも考えられるが、単に厚みを減らすだけでは、バルク容積が減少するので、キャリア濃度を改善させるのは困難である。
【００７５】
そこで、図１０の（ｄ）部に示すように、本実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のコンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂを用いれば、結晶性が維持されつつも、接触抵抗が低下し、キャリア濃度が増加される。電極３７に直接接触するコンタクト層２５ｂの場合、Ｍｇ濃度は５×１０２０ｃｍ−３程度で比較的高いが、厚みが１０ｎｍ程度で比較的小さい。従って、電極３７に直接接触するコンタクト層２５ｂは、比較的高いＭｇ濃度によって、更に、厚みが比較的小さいので良好な結晶性を有することによって、十分に低い接触抵抗を有する。更に、コンタクト層２５ｂには、コンタクト層２５ａが直接接して設けられている。コンタクト層２５ａの場合、Ｍｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３程度と比較的低いが、厚みが４０ｎｍ程度で比較的大きい。コンタクト層２５ａは、比較的低いＭｇ濃度によって良好な結晶性を有し、また、良好な結晶性を有することによって、更に、厚みが比較的大きいことによって、比較的高いキャリア濃度を有する。従って、コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとからなるＩＩＩ族窒化物半導体素子１１のｐ型のコンタクト層は、結晶性が低下されることなく、比較的低い接触抵抗と、比較的高いキャリア濃度とを有する。
【００７６】
なお、図７〜図１０に示す物性は、ｐ型ドーパントとしてＭｇに替えて、例えばＺｎ等を用いても、同様であり、更に、ＧａＮ層に替えて他の窒化ガリウム系半導体、具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０＜ｘ＋ｙ≦１）、を用いても、同様である。いずれの場合もドーパントの量と結晶性、キャリア濃度の関係は同様であり、最適なドーピング濃度はドーパントの種類によって変わりうるが、本実施形態の通り二層のコンタクト層を用いることで、比較的低い接触抵抗と、比較的高いキャリア濃度とが両立される。
【００７７】
（実施例１）図４の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に対応）を作製する。図４の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の成長温度が示される。ｐ−ＧａＮ層（コンタクト層２５ａに対応）は、４０ｎｍ程度の厚みと１×１０１９ｃｍ−３程度のＭｇ濃度とを有する。ｐ＋―ＧａＮ層（コンタクト層２５ｂに対応）は、１０ｎｍ程度の厚みと５×１０２０ｃｍ−３程度のＭｇ濃度とを有する。ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、摂氏９００度程度の同一の温度である。｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板の上に、有機金属気相成長法で、エピタキシャル積層を形成する。ｐ型ドーパントはＭｇである。図１１に、このエピタキシャル積層の構造を表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す。図１１の横軸は、このエピタキシャル積層の表面からの深さを示す。図１１には、エピタキシャル積層の表面から深さ１００ｎｍ程度までの分析結果が示されている。図１１の左縦軸は、Ｍｇ濃度を示す。図１１に示すＳＩＭＳ結果によれば、ｐ＋−ＧａＮ層においては、２×１０２０ｃｍ−３程度のＭｇ濃度が確認され、ｐ−ＧａＮ層においては、２×１０１９ｃｍ−３程度のＭｇ濃度が確認される（なお、図１１には、例えば、１×１０２１が“１Ｅ＋２１”と表され、１×１０６が“１Ｅ＋０６”と表されている。）。図１１に示すＳＩＭＳ結果には、マーカーとしてアルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）に対する分析結果も含まれている。図１１を参照すれば、アルミニウム（Ａｌ）濃度及びインジウム（Ｉｎ）濃度の立ち上がり部分は、ｐ−ＧａＮ層と、この層の下のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層との界面である。再び、図４に戻って説明する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層の成長において、インジウム（Ｉｎ）を含まない窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして水素のみを供給して形成された水素雰囲気中で成長する。また、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体層の成長は、雰囲気ガスとして窒素のみを供給して形成された窒素雰囲気中で成長する。エピタキシャル積層の上には、幅１０μｍ程度のストライプ窓を有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）をウェットエッチングにより形成する。Ｐｄからなるアノード電極（ｐ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成する。この後に、裏面には、Ｐｄからなるカソード電極（ｎ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成する。このように作製された基板生産物を、６００μｍ程度の間隔で、へき開を行って分離して、レーザバーを作製する。へき開面は、｛２０−２１｝面及び｛１１−２０｝面に対して垂直な面である。レーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜する。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。前端面の反射率は８０％程度であり、後端面の反射率は９５％程度である。５２５ｎｍ程度の波長、及び、３ｋＡ／ｃｍ２程度のしきい値電流で発振し、５０ｍＷ出力時の動作電圧は６．５ボルト程度である。アノード電極の接触抵抗の測定結果は、１×１０−３Ωｃｍ２程度であった。
【００７８】
（実施例２）実施例１と実施例２の相違点は、ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度だけである。図５の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（ＩＩＩ族窒化物半導体素子１１に対応）を作製する。図５の（ｂ）部には、エピタキシャル構造の構成層の成長温度が示される。実施例２の場合のｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、摂氏１０００度程度の同一の温度である。実施例２の場合のアノード電極の接触抵抗の測定結果は、１×１０−４Ωｃｍ２程度であり、実施例１に比較して向上されている。５０ｍＷ出力時の動作電圧は５．５ボルトであり、実施例１に比較して向上されている。素子寿命は、１００００時間を越えた。以上の実施例１及び実施例２の結果から、Ｍｇ濃度が大きいｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は、活性層（ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（３ｎｍ））にダメージを与えない範囲で高めに設定することがよい。
【００７９】
（実施例３〜実施例５）他の実施例３〜実施例５は、実施例１及び実施例２のｐ−ＧａＮ層及びｐ＋―ＧａＮ層に替えて、単一のｐ＋―ＧａＮ層を備え、実施例３〜実施例５の単一のｐ＋―ＧａＮ層の成長温度は摂氏９００度程度である。このようなｐ＋―ＧａＮ層の構成及び成長温度を除けば、実施例３〜実施例５と実施例１及び実施例２とは同様である。実施例３の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−１Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は８．５ボルト程度である。実施例４の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−２Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は７．５ボルト程度である。実施例５の場合、ｐ＋―ＧａＮ層の厚みは５０ｎｍ程度であり、Ｍｇ濃度は１×１０２１ｃｍ−３程度であり、アノード電極の接触抵抗の測定結果は１×１０−１Ωｃｍ２程度であり、５０ｍＷ出力時の動作電圧は８．５ボルト程度である。従って、実施例１及び実施例２は、実施例３〜実施例５に比較して、少なくともアノード電極の接触抵抗及び動作電圧は向上している（接触抵抗及び動作電圧の各値は小さい）。
【００８０】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００８１】
（他の実施形態）緑色帯の長波長領域に発光波長を有するＧａＮ系半導体発光素子を作製するにあたって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板を利用することは、発光層に印加されるピエゾ電界を低減できること、インジウム（Ｉｎ）偏析が低減された高品質なＩｎＧａＮ発光層を作製できること、等の理由から、非常に有利である。
【００８２】
しかしながら、発明者は、半極性面及び無極性面の何れかを利用する際に障害となり得る課題が少なくとも二つあると考えた。第一の課題としては、ｐ側電極との間の接触抵抗が比較的に高い、ということがある。典型的には、ｃ面を主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−４Ωｃｍ２程度であるのに対し、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上における接触抵抗は２×１０−２Ωｃｍ２程度であって約２桁近くも接触抵抗が増加する。この接触抵抗の増加は、縦方向に電流を流した際には約２Ｖ程度の電圧上昇に相当する。
【００８３】
第二の課題としては、長波長で発光するインジウム（Ｉｎ）組成の高いＩｎＧａＮ発光層は熱耐性が弱く、そのためｐ型層の成長温度を（典型的には摂氏１１００度程度から摂氏９００度程度まで）下げる必要があるが、この場合、ｐ型層の結晶品質が低下する、ということがある。ｐ型層の結晶品質の低下は接触抵抗の悪化を招き、典型的にはｃ面を主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−３Ωｃｍ２程度であり、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上における接触抵抗は５×１０−２Ωｃｍ２程度であって、基板の主面の面方位に関わらず、接触抵抗が悪化する。
【００８４】
そこで、発明者は、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上においてｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子の製造が可能となる製造方法を、見出した。水素雰囲気のもとで、発光層の保護のためにｐ型層を比較的に低温（摂氏９００度程度）で成長すると、成長速度が１μｍ／ｈｏｕｒ以上の場合に、１×１０１７ｃｍ−３を超えて１×１０１８ｃｍ−３程度の炭素不純物がｐ型層に導入される。このような炭素不純物濃度は、ｐ型層の抵抗値を増加し、よって、ｐ型層と電極との接触抵抗の悪化を招く。これに対し、発明者は、ｐ型層の炭素不純物濃度を低下させる方法として、成長速度を下げることによってＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を上げることが有効である、ことを見出し、実際に接触抵抗を低減できた。この場合の成長速度は、ｐ側の電極に接触する表面を有しておりＭｇドープ量の多いコンタクト層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層）の場合には０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、このコンタクト層に接しており比較的Ｍｇドープ量の小さいコンタクト層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層）の場合には１μｍ／ｈｏｕｒ以下である。
【００８５】
なお、発明者は、炭素不純物濃度を低減させる方法として、窒素雰囲気下でｐ型層を成長させることが有効であることも見出したが、この場合、接触抵抗の大幅な改善は認められなかった。発明者は、この現象（窒素雰囲気下でｐ型層を成長させた場合、炭素不純物濃度を低減できても接触抵抗の大幅な改善は認められない、という現象）の原因を次のように考えた。すなわち、マグネシウム（Ｍｇ）原子は、ＧａＮ中のガリウム（Ｇａ）を置換してアクセプタとして働く、という点と、水素雰囲気では、マグネシウム（Ｍｇ）原子は、ガリウム（Ｇａ）原子を効率よく置換するのに対し、窒素雰囲気では、Ｍｇ原子は、ガリウム（Ｇａ）原子を効率よく置換せず、格子間などに入り込む、という点とを鑑みれば、上記のような現象（窒素雰囲気下でｐ型層を成長させた場合、炭素不純物濃度を低減できても接触抵抗の大幅な改善は認められない、という現象）が、水素雰囲気と窒素雰囲気とではＳＩＭＳ分析上では同程度の濃度のマグネシウム（Ｍｇ）原子がドープされていても、窒素雰囲気の場合にはマグネシウム（Ｍｇ）原子が有効なアクセプタとして働いていないことが起因して生じた、と発明者は考えた。
【００８６】
以上の知見から、発明者は、水素雰囲気において成長速度を下げ、Ｖ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を高めて成長することによって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上においてｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子と、ＧａＮ系半導体発光素子を作製する方法とを見出すことに成功した。このような、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上にｐ型層を低温で成長しても良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子の製造が可能となる製造方法と、この製造方法によって製造されるＧａＮ系半導体発光素子とは、図３に示すエピタキシャル基板ＥＰ１の構成と、エピタキシャル基板ＥＰ１の製造方法とに対して、以下のような変更を加えることによって、実現できる。以下、変更後のエピタキシャル基板を、エピタキシャル基板ＥＰ１１という。
【００８７】
まず、エピタキシャル基板ＥＰ１１の構成及び製造方法が、エピタキシャル基板ＥＰ１と異なっている点（変更点）を、下記に列記する。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ＳｉドープＧａＮ層５５ａと低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅと高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆとの成長時の雰囲気ガスに水素が用いられる点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、エピタキシャル基板ＥＰ１１のその他の層の成長時の雰囲気ガスに窒素が用いられる点が異なっており、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上で重要な要素である。その他にもエピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の成長時にｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａが設けられていない点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、ＳｉドープＧａＮ層５５ｃの成長温度が摂氏８４０度程度に設定される点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度が共に摂氏８７０度程度に設定される点。エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、図中符号６５ｄに示す位置に形成される層には、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層ではなくＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層が形成される点等が異なるが、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上では関係のない変更点である。また以上の点を除けば、エピタキシャル基板ＥＰ１１の構成及び製造方法は、エピタキシャル基板ＥＰ１の構成及び製造方法と、同様である。
【００８８】
また、エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である。炭素不純物濃度が比較的に低いので、接触抵抗、及び、素子の動作電圧、が向上される。
【００８９】
更に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の場合、基板５１の主面５１ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に直交する面（面Ｓｃ）から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している場合、及び、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に直交する面（面Ｓｃ）から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している場合、が可能である。当該角度範囲の基板を用いると、発光層中のＩｎ組成の揺らぎを低減させることができ、良好な外部量子効率を有する発光素子を作製することができる。
【００９０】
エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度は、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅの成長速度よりも遅く、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆは、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される。このように、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時の雰囲気ガスに水素を用い、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長速度も比較的に遅いので、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長時のＶ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を比較的に高くできる。従って、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆにおける炭素不純物濃度を比較的に低くでき、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が良好となる。なお、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの炭素不純物を減らすには、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆを窒素雰囲気で成長させる方法があるが、窒素雰囲気では高濃度のマグネシウム（Ｍｇ）をドープした結晶の成長が困難なため、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの結晶性が低下し、よって、電極との接触抵抗、及び、素子の動作電圧が共に高くなる。低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの炭素不純物を減らすには、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの成長温度を上げる方法があるが、比較的に長波長の場合には活性層の成長温度は低くその後のｐ層の成長中の熱耐性が低下するので、活性層５９ｂがダメージを受ける場合がある。よって、水素雰囲気において成長速度を下げ、Ｖ族原子数／ＩＩＩ族原子数の比を高めて成長することによって、半極性面及び無極性面の何れかを主面とする基板上で、比較的長波長の光を発する発光層を保護する目的でｐ型層を低温で成長しても、良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子を作製することができる。
【００９１】
エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、活性層５９ｂの成長温度は、摂氏６５０度以上摂氏８００度未満の範囲にある。更に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の製造方法の場合、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ及び高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆのそれぞれの成長温度と、活性層５９ｂの成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下の範囲にある。よって、活性層５９ｂがｐ型層成長中に受けるダメージを抑制できる。
【００９２】
（実施例６）
次に、エピタキシャル基板ＥＰ１１の実施例６を説明する。実施例６は、図１２の（ａ）部に示す素子構造を有するレーザダイオードである。図１２の（ｂ）部には、図１２の（ａ）部に示す素子構造のエピタキシャル積層の成長温度が示されている。
【００９３】
図４と図１２とを参照すると、実施例６は、実施例１とは、以下の点で相違するが、その他の点では、実施例１と同様であることがわかる。実施例６は、下記の七つの相違点において、実施例１と相違していた。すなわち、ＳｉドープＧａＮ層５５ａに対応するｎ−ＧａＮ層と、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層と、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層との成長時の雰囲気ガスには水素を用いた点、その他の層の成長時の雰囲気ガスには窒素を用いた点、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長速度を０．４３μｍ／ｈｏｕｒに設定し、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長速度を０．０７μｍ／ｈｏｕｒに設定した点が異なっており、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上で重要な要素である。その他にも、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長温度と高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長温度とを共に摂氏８７０度程度に設定した点、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ａに対応するｎ−ＩｎＧａＮ層は、０．１４５μｍ程度の厚みと０．０５程度のインジウム（Ｉｎ）の組成比とを有していた点、ＩｎＧａＮ光ガイド層５９ｃに対応するｕｄ−ＩｎＧａＮ層上には、ｐ型ＧａＮ電子ブロック層６５ａに対応するｐ−ＧａＮ層を形成せずに、ＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層６５ｂに対応し０．０４０μｍ程度の厚みを有するｐ−ＩｎＧａＮ層を形成した点、ＭｇドープＧａＮ光ガイド層６５ｃに対応するｐ−ＧａＮ層と低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層との間には、ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層６５ｄに対応するＩｎＡｌＧａＮ層ではなく、０．４０μｍ程度の厚みと０．０５のアルミニウム（Ａｌ）の組成比とを有するｐ−ＡｌＧａＮ層を形成した点、等が異なるが、これらは良好な接触抵抗を有するＧａＮ系半導体発光素子、及びその製造方法を構成する上では関係のない変更点である。
【００９４】
実施例６の構成では、５２５ｎｍ程度の波長、及び、３ｋＡ／ｃｍ２程度のしきい値電流で発振し、５０ｍＷ出力時の動作電圧は５．５ボルト程度であった。実施例６の構成に対し、ＴＬＭ法（Transmission Line Method）を用いて、高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層と金属電極（パラジウム（Ｐｄ）の電極）との接触抵抗を測定した。このＴＬＭ法による測定結果によれば、ｐ＋−ＧａＮ層と金属電極（パラジウム（Ｐｄ）の電極）との接触抵抗が、ｐ＋−ＧａＮ層の全面において、５×１０−４Ωｃｍ２以下の範囲にあった。
【００９５】
実施例６では、低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅに対応するｐ−ＧａＮ層の成長温度と高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応するｐ＋−ＧａＮ層の成長温度とを、共に、比較的低温（少なくとも実施例１，２の場合に比較して低温）の摂氏８７０度程度に設定した。このように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長温度を下げることによって、コンタクト層の成長中における活性層の熱劣化を抑制できる。
【００９６】
図１３〜図１５に、エピタキシャル積層の構造を、表面側から分析したＳＩＭＳ結果を示す。なお、この分析に用いたエピタキシャル積層構造は、コンタクト層の原子濃度を正確に測るために、アンドープＧａＮキャップ層を高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆの上に積層した構造である。各図の横軸は、このエピタキシャル積層の表面（ｐ側の表面）からの深さを示す。各図には、エピタキシャル積層の表面（ｐ側の表面）から２００ｎｍ程度までの分析結果が示されている。図１３〜図１５に示すＳＩＭＳ結果には、マーカーとしてマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）に対する分析結果も含まれている。なお、各図の左縦軸は、各原子の濃度を示し、各図の左縦軸は、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）の濃度を示す。各図の曲線ＧＣ１，ＧＣ２，ＧＣ３は、炭素（Ｃ）に対する測定結果を示す。各図の曲線ＧＭｇ１，ＧＭｇ２，ＧＭｇ３は、マグネシウム（Ｍｇ）に対する測定結果を示す。図１３は、実施例６と同様に、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに水素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を０．４３μｍ／ｈｏｕｒの程度とし、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）の成長速度を０．０７μｍ／ｈｏｕｒの程度として形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、５×１０−４Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ１に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１６ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０１６ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ１に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、７×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、７×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ１に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９７】
図１４は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに水素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を、曲線ＧＭｇ１に示す場合に比較して速い成長速度（３．５μｍ／ｈｏｕｒ程度であるが、ｐ＋−ＧａＮ層の場合には０．２１μｍ／ｈｏｕｒ程度）で形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、２×１０−３Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ２に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、１×１０１８ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、１×１０１８ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ２に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ２に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９８】
図１５は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）とｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）との成長時の雰囲気ガスに窒素を用い、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）の成長速度を、曲線ＧＭｇ１に示す場合と同様の成長速度で形成したエピタキシャル積層に対する測定結果を示す。この場合のエピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗は、２×１０−３Ωｍ２の程度であった。曲線ＧＣ３に示す炭素（Ｃ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、４×１０１６ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、４×１０１６ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＯ３に示す酸素（Ｏ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、２×１０１７ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、２×１０１７ｃｍ−３の程度であった。曲線ＧＭｇ３に示すマグネシウム（Ｍｇ）の濃度は、ｐ−ＧａＮ層（低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｅ）においては、３×１０１９ｃｍ−３の程度であり、ｐ＋−ＧａＮ層（高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層６５ｆに対応）においては、３×１０２０ｃｍ−３の程度であった。
【００９９】
図１２に示す結果からは、曲線ＧＣ１に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられ成長速度が比較的に遅い場合には、炭素（Ｃ）の濃度が３×１０１６ｃｍ−３の程度であって比較的に低いことがわかる。これに対し、曲線ＧＣ２に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられていても成長速度が曲線ＧＣ１の状況に比較して速い場合には、炭素（Ｃ）の濃度が１×１０１８ｃｍ−３の程度であって比較的に高いことがわかる。なお、曲線ＧＣ３に示すように、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに窒素が用いられた場合には、炭素（Ｃ）の濃度が４×１０１６ｃｍ−３の程度であって比較的に低いが、結晶性が比較的に低いことがわかる。更に、曲線ＧＣ１，ＧＯ１，ＧＭｇ１に示す測定結果が得られた状況、すなわち、コンタクト層（ｐ−ＧａＮ層及びｐ＋−ＧａＮ層）の成長時の雰囲気ガスに水素が用いられ成長速度が比較的に遅い場合には、エピタキシャル積層のｐ側の表面とＰｄ電極との接触抵抗が５×１０−４Ωｍ２の程度であって比較的に低かった。
【符号の説明】
【０１００】
１０…成長炉、１１…ＩＩＩ族窒化物半導体素子、１３，５１…基板、１３ａ，５１ａ，５３ａ，５７ａ，５９ｂ−１，６３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１５，５３…ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、１７，５７…発光層、１９，６３…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…ｐ型クラッド層、２５ａ，２５ｂ…コンタクト層、２７，５９ｂ…活性層、２９…ｎ側光ガイド層、３１…ｐ側光ガイド層、３３…井戸層、３５…障壁層、３７，４１…電極、３９…絶縁膜、３９ａ…開口、５５ａ…ＳｉドープＧａＮ層、５５ｂ…ＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層、５５ｃ…ＳｉドープＧａＮ層、５９ａ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、５９ｃ…ＩｎＧａＮ光ガイド層、６１ａ…アンドープＩｎＧａＮ障壁層、６１ｂ…アンドープＩｎＧａＮ井戸層、６５ａ…ｐ型ＧａＮ電子ブロック層、６５ｂ…ＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６５ｃ…ＭｇドープＧａＮ光ガイド層、６５ｄ…ＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層、６５ｅ…低濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層、６５ｆ…高濃度ＭｇドープＧａＮコンタクト層、Ａｘ…法線軸、ＣＲ…結晶座標系、Ｃｘ…基準軸、ＥＰ，ＥＰ１，ＥＰ１１…エピタキシャル基板、Ｊ１…界面、ＪＣ…接触、Ｓ…座標系、Ｓｃ…面、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＶＮ…法線ベクトル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子であって、
窒化ガリウム系半導体の発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層の上に設けられ前記第１のコンタクト層に直接接する第２のコンタクト層と、
前記第２のコンタクト層の上に設けられ前記第２のコンタクト層に直接接する金属電極と、
を備え、
前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度よりも低く、
前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、
前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項３】
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を更に備え、
前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、
前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、
前記第１のコンタクト層は、前記クラッド層に直接接している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項４】
窒化ガリウム系半導体からなる基板を更に備え、
前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられており、
前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムである、ことを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１３】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法であって、
窒化ガリウム系半導体からなる発光層を形成する工程と、
前記発光層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第１のコンタクト層を形成する工程と、
前記第１のコンタクト層の形成時に供給されたｐ型ドーパントの供給量を切り替えた後に前記第１のコンタクト層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第２のコンタクト層を形成する工程と、
前記第２のコンタクト層の上に金属電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、
前記第１のコンタクト層を形成する工程及び前記第２のコンタクト層を形成する工程において成長炉に供給されるｐ型ドーパントの供給量は、前記第２のコンタクト層を形成する工程で供給される量のほうが前記第１のコンタクト層を形成する工程で供給される量よりも多く、
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度は、前記発光層に含まれている活性層の成長温度よりも高く、
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下であり、
前記第２のコンタクト層は前記金属電極に直接接し、
前記第１のコンタクト層は前記第２のコンタクト層に直接接し、
前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、
前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を形成する工程を更に備え、
前記クラッド層は、前記発光層が形成された後に形成され、
前記第１及び第２のコンタクト層は、前記クラッド層が形成された後に形成され、
前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、
前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、
前記第１のコンタクト層は前記クラッド層に直接接している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
窒化ガリウム系半導体からなる基板を準備する工程を更に備え、
前記クラッド層は、前記基板の上に形成され、
前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられ、
前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１６の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１７の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムである、ことを特徴とする請求項１７〜請求項１９の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２２の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２３の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である、
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２６】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２７】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２８】
前記第１のコンタクト層の成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、
前記第２のコンタクト層の成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、
前記第２のコンタクト層の成長速度は、前記第１のコンタクト層の成長速度よりも遅い、ことを特徴とする請求項１３〜２４の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２のコンタクト層は、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８，２９の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８〜３０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
前記活性層の成長温度は摂氏６５０度以上摂氏８００度未満である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８〜３３の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子であって、
窒化ガリウム系半導体の発光層と、
前記発光層の上に設けられた第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層の上に設けられ前記第１のコンタクト層に直接接する第２のコンタクト層と、
前記第２のコンタクト層の上に設けられ前記第２のコンタクト層に直接接する金属電極と、
を備え、
前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度よりも低く、
前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、
前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項３】
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を更に備え、
前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、
前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、
前記第１のコンタクト層は、前記クラッド層に直接接している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項４】
窒化ガリウム系半導体からなる基板を更に備え、
前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられており、
前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムである、ことを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１３】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法であって、
窒化ガリウム系半導体からなる発光層を形成する工程と、
前記発光層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第１のコンタクト層を形成する工程と、
前記第１のコンタクト層の形成時に供給されたｐ型ドーパントの供給量を切り替えた後に前記第１のコンタクト層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体の第２のコンタクト層を形成する工程と、
前記第２のコンタクト層の上に金属電極を形成する工程と、
を備え、
前記第１のコンタクト層及び前記第２のコンタクト層は、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体から成り、
前記第１のコンタクト層を形成する工程及び前記第２のコンタクト層を形成する工程において成長炉に供給されるｐ型ドーパントの供給量は、前記第２のコンタクト層を形成する工程で供給される量のほうが前記第１のコンタクト層を形成する工程で供給される量よりも多く、
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度は、前記発光層に含まれている活性層の成長温度よりも高く、
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏３５０度以下であり、
前記第２のコンタクト層は前記金属電極に直接接し、
前記第１のコンタクト層は前記第２のコンタクト層に直接接し、
前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜しており、
前記発光層の発光波長は４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２のコンタクト層の膜厚は１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
ｐ型の窒化ガリウム系半導体のクラッド層を形成する工程を更に備え、
前記クラッド層は、前記発光層が形成された後に形成され、
前記第１及び第２のコンタクト層は、前記クラッド層が形成された後に形成され、
前記クラッド層は、前記発光層と前記第１のコンタクト層との間に設けられ、
前記クラッド層のバンドギャップは前記第１のコンタクト層のバンドギャップより大きく、
前記第１のコンタクト層は前記クラッド層に直接接している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
窒化ガリウム系半導体からなる基板を準備する工程を更に備え、
前記クラッド層は、前記基板の上に形成され、
前記基板の主面の上に、前記発光層、前記クラッド層、前記第１及び第２のコンタクト層及び前記金属電極が順に設けられ、
前記主面は、前記基準軸に直交する面から５０度以上１３０未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１６の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０２０ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１７の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１のコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記ｐ型ドーパントはマグネシウムである、ことを特徴とする請求項１７〜請求項１９の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２のコンタクト層は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２のコンタクト層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ）である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記発光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．１５≦ｘ＜０．５０）である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２２の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記金属電極は、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ及びＡｕ、からなる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２３の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下である、
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２６】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２７】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項２８】
前記第１のコンタクト層の成長速度は、１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、
前記第２のコンタクト層の成長速度は、０．１μｍ／ｈｏｕｒ以下であり、
前記第２のコンタクト層の成長速度は、前記第１のコンタクト層の成長速度よりも遅い、ことを特徴とする請求項１３〜２４の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２のコンタクト層は、水素を２０％以上含む雰囲気下で成長される、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
前記第１のコンタクト層中の炭素不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８，２９の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２のコンタクト層の成長温度と前記活性層の成長温度との差は、摂氏１００度以上摂氏２５０度以下である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８〜３０の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
前記基板の前記主面は、前記基準軸に直交する面から１００度以上１１０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
前記活性層の成長温度は摂氏６５０度以上摂氏８００度未満である、ことを特徴とする請求項１３〜２４，２８〜３３の何れか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１３−３３９３０（Ｐ２０１３−３３９３０Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１１４７８（Ｐ２０１２−１１１４７８）
【出願日】平成２４年５月１５日（２０１２．５．１５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１５日（２０１２．５．１５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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