ＩＩＩ族窒化物積層体の製造方法
【課題】Ａｌ含有率が高いIII族窒化物半導体上にＰ型ＧａＮ層が形成された積層体において、その表面が極めて平滑であり、電極特性が良好な積層体の製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（Ｘ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である）層と、不純物原子がドープされたＧａＮ層と有するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、Ｐ型ＧａＮ層１６が、層厚みをＴ[ｎｍ]とし、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、ＧＲが０．１５以上２．０以下、（Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ）が０．１を超え０．４以下となるように成長させる。
【解決手段】ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（Ｘ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である）層と、不純物原子がドープされたＧａＮ層と有するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、Ｐ型ＧａＮ層１６が、層厚みをＴ[ｎｍ]とし、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、ＧＲが０．１５以上２．０以下、（Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ）が０．１を超え０．４以下となるように成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物積層体の製造方法に関する。さらに詳しくは、深紫外領域（たとえば、波長が３００ｎｍ以下）の光を発し、しかも高い光出力と良好な電極特性とを実現できるIII族窒化物半導体素子に好適に用いられるIII族窒化物積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII族窒化物半導体は可視領域から紫外領域に相当するエネルギー帯の全領域で直接遷移型のバンド構造を持ち、高効率な発光デバイスの作製が可能である。そのため発光ダイオードおよびレーザーダイオードの研究が活発に行われ、現在では、可視領域から近紫外領域までの発光ダイオード、青色レーザーダイオードなどの半導体素子が製品化されている。
【０００３】
このような半導体素子においてＰ型III族窒化物半導体は、たとえば活性層を挟み込むＰ型クラッド層として用いられている。そして、Ｐ型クラッド層の上にはＰ型キャップ層が形成され、さらにその上に正電極を形成する。
【０００４】
このようなＰ型キャップ層としては、ホール（正孔）の注入効率、正電極とのオーミック接触、結晶格子の整合性等を考慮して、Ｐ型ＧａＮ層が好適に用いられている。Ｐ型ＧａＮ層は、公知の結晶成長法を用いてＰ型クラッド層上にエピタキシャル成長される。たとえば、特許文献１では、Ｐ型クラッド層としてのＰ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層上にＰ型ＧａＮ層が形成されている。また、特許文献２では、Ｐ型クラッド層としてのＰ型Ａｌ０．０７〜０．２Ｇａ０．９３〜０．８Ｎ層上にＰ型ＧａＮ層が形成されている。このようなＡｌ含有率の低いＰ型III族窒化物半導体上にＰ型ＧａＮ層を形成する場合には、エピタキシャル成長の成長モードは、ＦＭモードであり、形成直後からＧａＮ層が層状に形成されることが知られている。
【０００５】
しかしながら、波長が３００ｎｍ以下の深紫外領域で発光し、しかも光出力の高い発光ダイオードおよびレーザーダイオードを実現するためには、Ａｌ含有率が高いＰ型III族窒化物半導体（たとえば組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮにおいてＸが０．５以上）からなるＰ型クラッド層上に、低抵抗かつホール注入効率の高いＰ型ＧａＮ層からなるＰ型キャップ層が形成する必要がある。
【０００６】
特許文献３では、通常の製造条件によりＡｌ含有率が高いＰ型III族窒化物半導体層上にＰ型ＧａＮ層を形成する場合には、ＦＭモードではなく、ＧａＮが島状に成長することが記載されている（ＳＫモード）。この場合、形成直後のＰ型ＧａＮ層の表面には凹凸が形成されるため、ＧａＮ層の層厚みが薄い場合には、表面が粗くなることが記載されている。そこで、特許文献３では、製造条件を特定の条件とすることで、ＧａＮ層の層厚みが薄い場合であっても、その表面が平滑なIII族窒化物積層体を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２２３８３２号
【特許文献２】特開２００３−２３１７９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のIII族窒化物積層体が適用されたIII族窒化物半導体素子では、通常、光取り出し面が一方向、たとえば基板側であるため、素子内で発光した光は基板側（Ｎ型クラッド層側）から取り出される。しかしながら、光は全方位的に放射されるため、基板側に向かう光のみを取り出すだけでは、光の利用効率が悪くなってしまう。
【０００９】
そこで、図３のように、Ｐ型キャップ層１６上に形成される正電極２１中に反射金属層２３を設け、基板１１側とは逆方向に放射された光１０１を反射させて、基板側に向かう光１００と共に基板１１側から取り出し、素子１からの光放出量を増加させることが知られている。
【００１０】
しかしながら、Ｐ型キャップ層１６として、Ｐ型ＧａＮ層が用いられている場合、Ｐ型ＧａＮ層は波長が３６５ｎｍ以下の光を吸収するため、深紫外領域の光は、Ｐ型ＧａＮ層を通過する際に減衰してしまう。また、基板側とは逆方向に放射された光１０１を基板１１側から取り出す場合、光１０１はＰ型ＧａＮ層を通過して、反射電極層２３で反射し、再びＰ型ＧａＮ層を通過して、基板１１から取り出されることになる。
【００１１】
そのため、反射電極層で反射して取り出される光の強度は、ＧａＮ層の透過率の２乗に比例して減少する。透過率は厚みに対して指数関数的に減少するため、反射して取り出される光の強度を高めるためには、ＧａＮ層の厚みをできる限り薄くする必要がある。
【００１２】
一方、正電極２１は金属で構成されるため、Ｐ型ＧａＮ層との接合界面ではショットキーバリアが生じ、電極特性が悪化してしまう。その結果、III族窒化物半導体素子の動作電圧が高くなってしまうという問題があった。そのため、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが薄い場合であっても、良好な電極特性が求められる。
【００１３】
本発明はこのような実状に鑑みてなされ、その目的はＡｌ含有率が高いIII族窒化物半導体上にＰ型ＧａＮ層が形成された積層体の製造時において、Ｐ型ＧａＮ層の形成直後から、その表面が極めて平滑にされ、しかも、該表面に電極が形成される場合であっても、電極特性が良好なIII族窒化物積層体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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係るIII族窒化物積層体の製造方法は、
ＡｌＧａＩｎＮ層と、不純物原子がドープされたＰ型ＧａＮ層と、を有し、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層を組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表した場合に、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である関係を満足するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層上に前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程を有し、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚みをＴ[ｎｍ]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、
下記式（１）、及び（２）を満足するように前記Ｐ型ＧａＮ層を形成することを特徴とするIII族窒化物積層体の製造方法である。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００１５】
本発明では、Ｐ型ＧａＮ層を結晶成長させる際の結晶成長条件として、成長速度（ＧＲ）に加え、Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）、不純物原子原料の流量（Ｆｉ）およびＧａＮ層の層厚み（Ｔ）に着目し、原料流量比と層厚みとを上記の範囲内に制御している。
【００１６】
このようにすることで、Ａｌ含有率が高いＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されるＰ型ＧａＮ層の成長モードをＦＭモードに近い状態（擬似ＦＭモード）とすることができる。その結果、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長直後から、その表面が極めて平滑であり、しかも層厚みが極めて薄く、良好な電極特性を有するＧａＮ層を得ることができる。
【００１７】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるIII族原料に対するＶ族原料のモル比を示すＶ／III比が８５００以上である。
【００１８】
Ｖ／III比を上記の範囲内とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の導電性をより高めることができる。
【００１９】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ以下であり、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０５以上０．２以下である。
【００２０】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ超４０ｎｍ以下であり、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下である。
【００２１】
Ｐ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｆｉ／ＦＧａを上記の範囲とすることで、ＧａＮ層の層厚みが４０ｎｍ以下の薄い場合であっても良好な電極特性が得られる。
【００２２】
上述のＰ型ＧａＮ層の層厚みが４０ｎｍ以下のIII族窒化物積層体上に、少なくともＡｌ金属層等の反射金属層を含む電極を形成し、III族窒化物半導体素子に適用することで、３００ｎｍ以下の波長を有する光を発し、しかも、高い光出力を実現する半導体素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物積層体の製造方法によれば、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長直後から、Ｐ型ＧａＮ層の表面は極めて平滑であるIII族窒化物積層体を得ることができる。このIII族窒化物積層体を、深紫外領域の光を発するIII族窒化物半導体素子に適用することで、素子内で発光した光がＰ型ＧａＮ層に吸収されることを抑制できるため、素子の光取り出し面への光放出量を増加させることができる。
【００２４】
特に、Ｐ型ＧａＮ層上に電極を形成する場合には、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが薄くなると、ショットキーバリアの高さが大きくなり、電極特性が悪化する傾向にある。そこで、本発明に係る方法では、ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）に応じて、Ｇａ原料流量（ＦＧａ）と不純物原子の原料流量（Ｆｉ）との比、およびＧａＮ層の成長速度（ＧＲ）を制御している。その結果、バリアの高さを小さくし、良好な電極特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、基板上にバッファ層を介して形成されている本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体素子の断面図である。
【図２】図２は、Ｐ型ＧａＮ層上に形成された正電極におけるバリアの高さを算出する方法を説明するための図である。
【図３】図３は、発光素子内で発光した光を取り出す経路を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、本実施形態のIII族窒化物積層体をIII族窒化物半導体素子としての深紫外発光素子に適用した場合の実施態様を図面に基づき説明する。
【００２７】
（III族窒化物半導体素子（深紫外発光素子））
本発明の一実施形態に係る半導体素子１は波長が３００ｎｍ以下（深紫外領域）の光を発する発光素子である。図１に示すように、基板１１上に形成されたバッファ層１２上において、半導体素子１はＮ型クラッド層１３、活性層１４および本実施形態に係るIII族窒化物積層体１０が順に積層された構造を有している。半導体素子１を構成する各層は、結晶質、特に単結晶であることが好ましい。そして、Ｎ型クラッド層１３には負電極２０が形成されており、後述するＰ型キャップ層１６には正電極２１が形成されている。
【００２８】
本実施形態では、III族窒化物積層体１０は、Ｐ型クラッド層１５としてのＰ型ＡｌＧａＩｎＮ層と、Ｐ型キャップ層１６としてのＰ型ＧａＮ層と、が積層された構成を有している。
【００２９】
基板１１は、半導体素子１の製造時の処理温度に耐える材料であれば、特に制限されず、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２などを用いればよい。本実施形態ではサファイア単結晶またはＡｌＮ単結晶を用いることが好ましい。
【００３０】
バッファ層１２は基板１１上に形成され、基板１１と、バッファ層１２上に形成される結晶層（本実施形態ではＮ型クラッド層）と、の格子不整合を緩衝する材料であれば特に制限されない。本実施形態では、基板１１がサファイアもしくはＡｌＮであり、後述するＮ型クラッド層１３がＡｌＧａＩｎＮで構成されるため、バッファ層１２はＡｌＮで構成されることが好ましい。また、バッファ層を複数設けてもよい。
【００３１】
（Ｎ型クラッド層）
Ｎ型クラッド層１３は、本実施形態ではバッファ層１２の上に形成され、活性層１４へキャリア（電子）を供給するとともに、活性層で発光された光を閉じこめる機能を有する。Ｎ型クラッド層１３は、活性層１４を構成する材料よりもバンドギャップが大きい材料から構成されており、III族窒化物半導体から構成されていることが好ましい。本実施形態では、Ｎ型クラッド層１３はＡｌＧａＩｎＮで構成されることが好ましい。その組成は、活性層１４において波長が３００ｎｍ以下の光を得られるように適宜決定すればよい。
【００３２】
また、Ｎ型クラッド層１３は、ドナー不純物原子がドープされておりＮ型特性を示す。ドナー不純物原子としては特に制限されず、たとえばＳｉ、Ｏ、Ｇｅ等が挙げられ、特にＳｉが好ましい。また、このドナー不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１７〜１０１９ｃｍ−３であることが好ましい。
【００３３】
また、Ｎ型クラッド層１３の積層面の一部は積層方向に露出している。この露出している面には負電極２０が形成されている。その材質はＮ型クラッド層とオーミック接触性が良好であれば特に制限されず、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕなどが例示される。
【００３４】
（活性層）
活性層１４は、Ｎ型クラッド層１３と後述するＰ型クラッド層１５とに挟まれるように配置されている。活性層１４はｐｎ接合されており、活性層１４において電極から注入されたホールと電子とが再結合することにより発光する。
【００３５】
活性層１４の構造は特に制限されないが、高い発光効率を得るために井戸層と障壁層とが積層された量子井戸構造を有していることが好ましく、特に多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していることが好ましい。また、活性層１４は、Ｎ型クラッド層１３およびＰ型クラッド層１５よりもバンドギャップの小さい材料で構成されており、III族窒化物半導体から構成されていることが好ましい。本実施形態では、活性層１４の井戸層および障壁層はＡｌＧａＩｎＮで構成されることが好ましい。井戸層および障壁層の組成は、波長が３００ｎｍ以下の光を得られるように、適宜決定すればよい。
【００３６】
（III族窒化物積層体（深紫外発光素子用））
本実施形態に係るIII族窒化物積層体１０は、図１に示すように、Ｐ型クラッド層１５としてのＡｌＧａＩｎＮ層と、Ｐ型キャップ層１６としてのＰ型ＧａＮ層と、が積層された構成を有している。
【００３７】
なお、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＮの含有量は、２次イオン質量分析法などにより測定することができる。
【００３８】
（ＡｌＧａＩｎＮ層）
III族窒化物としてのＡｌＧａＩｎＮは、III族原子であるＡｌ、ＧａおよびＩｎと、Ｖ族原子であるＮと、からなる化合物であり、組成式を用いて、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（ただし、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０）と表すことができる。
【００３９】
ここで、上記の組成式において「Ｘ」は上記のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮにおけるＡｌの含有率を表しており、発光される光の波長の長さに応じて決定される。本実施形態では、Ｘは０．５以上であり、Ｘを０．５以上としたＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層をＰ型クラッド層１６として用いることで、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子を得ることができる。より波長の短い光を発生させる場合には、Ｘは０．５５以上であることが好ましく、より好ましくは０．６５以上であり、さらに好ましくは０．７以上である。また、Ｘの上限は１．０、すなわちＡｌＮ層である。
【００４０】
ＡｌＧａＩｎＮ層は、本実施形態では、アクセプター不純物原子がドープされておりＰ型特性を示す。アクセプター不純物原子としては特に制限されず、たとえばＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ等が挙げられ、特にＭｇ、Ｂｅが好ましい。また、このアクセプター不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１８〜１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。
【００４１】
また、上記の組成式において、「Ｙ」はＧａの含有率、「Ｚ」はＩｎの含有率を表しており、ＹおよびＺは、バンドギャップエネルギーに影響を与える。本実施形態では、Ｙ≧０，Ｚ≧０，Ｙ＋Ｚ≦０．５である。ＹとＺとの比率は所望の特性等に応じて適宜決定すればよいが、好ましくは０≦Ｙ≦０．５、より好ましくは０≦Ｙ≦０．３である。また、好ましくは０≦Ｚ≦０．１、より好ましくは０≦Ｚ≦０．０５である。ただし、Ｚが０よりも大きい、すなわち、Ｉｎが含まれる場合には、後述する製造方法において、Ｉｎが、ＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されるＧａＮ層に拡散しやすいため、Ｚ＝０、すなわち、Ｉｎが含まれないことが好ましい。
【００４２】
なお、本実施形態では、図１に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ層はＰ型クラッド層１５のみから構成されているが、組成が上記範囲を満足するものであれば、組成の異なる複数の層から構成されていてもよい。また、ＡｌＧａＩｎＮ層の厚みは、用途に応じて適宜決定すればよい。
【００４３】
（Ｐ型ＧａＮ層）
Ｐ型ＧａＮ層は高いホール濃度を得やすく、また、正電極２１を構成する金属とオーミック接触性が良好であるため、本実施形態ではＰ型キャップ層１６として用いられている。本実施形態において、Ｐ型ＧａＮ層は、上記の組成式におけるＸが０．５以上であるＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されている。
【００４４】
Ｐ型ＧａＮ層の層厚みは、好ましくは３ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。また、その表面粗さは、２乗平均粗さ（ＲＭＳ）を用いた場合、好ましくは５．０ｎｍ以下、より好ましくは３．０ｎｍ以下である。なお、ＲＭＳの下限値は、特に制限されるものではないが、工業的な生産を考慮すると０．５ｎｍである。
【００４５】
すなわち、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みは極めて薄いにもかかわらず、その表面は非常に平滑となっている。そのため、図３に示すように、光取り出し面１１ａとは逆の方向に放射された光１０１を取り出す場合にも、Ｐ型ＧａＮ層１６での吸収が抑制できる。したがって、このようなＰ型ＧａＮ層を有するIII族窒化物積層体を発光素子に適用することで、たとえば、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子においても、導電性に寄与し、発光効率を高めることができる。
【００４６】
Ｐ型ＧａＮ層は、アクセプター不純物原子がドープされておりＰ型特性を示す。アクセプター不純物原子としては特に制限されず、上記したものが挙げられ、特にＭｇが好ましい。また、このアクセプター不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１８〜１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。
【００４７】
本実施形態に係るIII族窒化物積層体においては、ＡｌＧａＩｎＮ層のＡｌ含有率が大きい場合であっても、Ｐ型ＧａＮ層を擬似ＦＭモードで結晶成長させるため、表面の平滑性を保ちつつ、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みを上記の範囲とすることができる。その結果、透過率や比抵抗等の特性は良好となる。さらに、上記Ｐ型ＧａＮ層上に、紫外光の反射率が高いＡｌ金属層を含む電極を形成することにより、動作電圧を低く保ちつつ、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子において発光効率を高めることができる。
【００４８】
Ｐ型ＧａＮ層のホール濃度は、公知のホール効果測定法により測定された比抵抗値およびホール起電圧から算出される。本実施形態では、Ｐ型ＧａＮ層の３０℃におけるホール濃度は、好ましくは３×１０１７ｃｍ−３以上、さらに好ましくは５×１０１７ｃｍ−３以上である。Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さが上記の範囲にあり、極めて平滑であるため、３０℃におけるホール濃度を上記の範囲とすることができる。ホール濃度の上限は特に制限されないが、実現可能な範囲を考慮すると、１０１９ｃｍ−３程度である。
【００４９】
本実施形態では、正電極２１はＰ型ＧａＮ層に形成され、反射電極層を有していてもよい。本実施形態に係る方法により製造されるIII族窒化物積層体が、深紫外用発光素子に適用される場合には、正電極２１は、少なくともＡｌを含む反射金属層を有することが好ましい。また、Ａｌを含む反射金属層２３の構成および厚みは、紫外光反射率を高められる構成であれば特に限定されるものではないが、Ａｌ反射金属層の厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上、さらに好ましくは１００ｎｍ以上である。なお、ＧａＮ層と反射電極層の間に、コンタクト層を設けることもできる。
【００５０】
上述したように、正電極２１は金属で構成されるため、Ｐ型ＧａＮ層との接合界面ではショットキーバリアが生じ、電極特性が悪化してしまう。特に、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが薄い場合に顕著になる傾向にある。
【００５１】
良好な電極特性を得るには、正電極とＰ型キャップ層との種々の組み合わせからオーミック接触性が良好な組み合わせを選択することが挙げられる。これに対し、本実施形態では、後述する製造方法において、形成されるＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｇａ原料流量と不純物原子の原料流量との比、およびＧａＮ層の成長速度を特定の範囲に制御することで、電極特性を良好にしている。
【００５２】
電極特性の良否は、図２に示すように、電極間のＩＶ特性から、バリアの高さ（ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ）を見積もることで判断することができる。すなわち、バリアの高さが０であれば（図２の実線）、電圧印加直後からＩＶ特性はオームの法則に従うことになり、良好な電極特性を有する。一方、バリアの高さが高い場合（図２の破線）、バリアの高さ以上の電圧を印加しなければ、電流が流れにくくなってしまう。すなわち、III族窒化物半導体素子の動作電圧が高くなってしまう。
【００５３】
上述したIII族窒化物半導体素子１は、上述したIII族窒化物積層体１０と、Ｎ型クラッド層と、活性層と、電極とを有していればよい。これに加え、たとえば、転位、クラック等の結晶欠陥の導入を防ぐためのクラック防止層、発光した光を閉じこめるための光ガイド層、発光した光を反射させるための反射層等をさらに有していてもよい。
【００５４】
（III族窒化物半導体素子（深紫外発光素子）およびIII族窒化物積層体（深紫外発光素子用）の製造方法）
次に、図１に示すIII族窒化物半導体素子の製造方法について説明する。特に、III族窒化物積層体の製造方法については詳細に説明する。
【００５５】
本実施形態に係るIII族窒化物積層体を製造する方法としては、各層を単結晶の状態で結晶成長させる方法を用いることが好ましく、そのような方法であれば、特に制限されない。具体的には、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられるが、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いる。
【００５６】
まず、基板１１を、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に備えられたサセプター上に設置する。基板としては、上述した材質であればよいが、本実施形態では、サファイア単結晶基板を用いる。
【００５７】
次に、基板１１を１０５０℃以上、さらに好ましくは１１５０℃以上に加熱し、水素雰囲気中で保持することにより基板表面のクリーニングを行う。
【００５８】
その後、１０５０℃以上、さらに好ましくは１１５０℃以上で、反応炉内に、バッファ層１２の原料ガスを導入して、バッファ層１２としてのＡｌＮ層を基板上に結晶成長させる。原料ガスの種類は特に制限されず、所望の組成、特性等に応じて適宜決定すればよい。また、温度の上限も、特に制限されないが１３００℃以下であることが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、III族原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡとする）、Ｖ族原料ガスとしてのアンモニア（ＮＨ３）および原料ガスのキャリアガス（水素，窒素など）を反応炉内に導入し、バッファ層１２（ＡｌＮ）を形成する。成長温度、Ｖ／III比および成長速度等の結晶成長条件は、所望の特性等が得られるように制御すればよい。また、この工程以降では、反応炉内を減圧して、結晶成長させることが好ましい。
【００６０】
このバッファ層１２は、バッファ層上に積層されるIII族窒化物半導体素子の特性を損なわない程度の結晶性を有していれば良い。
【００６１】
次にバッファ層１２上にＮ型クラッド層１３を形成する。III族原料ガスとしては、ＴＭＡおよびトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧとする）を用い、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニアを用いる。これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、ドナー不純物原子の原料ガスとしてのテトラエチルシランを反応炉内に導入し、ＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＮ層（Ｎ型クラッド層１３）を形成する。組成、Ｓｉ濃度および結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００６２】
次にＮ型クラッド層１３上に活性層１４を形成する。Ｎ型クラッド層形成時のアンモニアおよびキャリアガスの流量を一定にしつつ、ＴＭＡとＴＭＧとの流量比（組成比）を一定の周期で変化させることにより、井戸層と障壁層とが複数積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する活性層１４を形成する。活性層の結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００６３】
本実施形態では、上記で形成した活性層１４上に、本実施形態に係るIII族窒化物積層体を構成するＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層（Ｐ型クラッド層１５）を形成する。III族原料ガスとしては、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩとする）を用い、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニアを用いる。これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、アクセプター不純物原子の原料ガスとしてのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ２Ｍｇとする）を反応炉内に導入し、ＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＮ層（Ｐ型クラッド層１５）を形成する。組成、Ｍｇ濃度および結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。なお、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層を複数の層で構成する場合には、III族原料ガス、不純物原子の原料ガス等の種類や流量を変化させて、組成を制御すればよい。
【００６４】
なお、本実施形態では、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層は活性層上に形成されているが、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層の結晶性が保たれるように形成されていればよく、Ｐ型層、Ｎ型層、基板、バッファ層等の上に形成してもよい。
【００６５】
次に、上記で形成されたＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層上に、Ｐ型キャップ層１６としてのアクセプター不純物原子がドープされたＧａＮ層（Ｐ型ＧａＮ層）を形成する。本実施形態では、III族原料ガスとしてはＴＭＧ、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニア、アクセプター不純物原子の原料ガスとしてはＣｐ２Ｍｇを用いる。
【００６６】
（Ｐ型ＧａＮ層の製造）
まず、反応炉内において、上記の各層が形成されている基板を好ましくは１０００℃以上、より好ましくは１０３０℃以上に加熱し、上記の原料ガスを反応炉内に導入する。温度の上限は、特に制限されないが１２００℃であることが好ましい。また、Ｖ族原料ガスの流量は所定の流量とすればよい。一方、III族原料ガスとしてのＧａ原料ガスの流量をＦＧａ[μｍｏｌ／分]、アクセプター不純物原子の原料ガスの流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]とすると、Ｆｉは後述するＦｉ／ＦＧａの範囲を満足するように設定されていれば特に制限されないが、本実施形態では、０．０５〜０．２であることが好ましい。
【００６７】
本実施形態では、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する際、その層厚み（Ｔ［ｎｍ］）に応じて、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度（ＧＲ［ｎｍ／分］）を特定の関係とし、さらに、Ｇａ原料ガスの流量（ＦＧａ[μｍｏｌ／分]）とアクセプター不純物原子の原料ガスの流量（Ｆｉ[μｍｏｌ／分]）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が特定の関係を満足するように制御している。すなわち、下記式（１）、及び（２）を満足するような条件でＰ型ＧａＮ層を形成することにより、平滑であって、かつその上に電極を形成した際、優れた電極特性が発揮されるＰ型ＧａＮ層を製造できる。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００６８】
特に、この効果は、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが１５ｎｍ以下の薄膜である場合に顕著となる。そのため、反射電極をその上に形成した場合には、光の取り出し効率に優れ、電極特性の良好な発光素子を得ることができる。以下、式（１）、（２）について説明する。
【００６９】
（成長速度（ＧＲ）：式（１））
Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度（ＧＲ[ｎｍ／分]）は、０．１５以上２．０以下であり、好ましくは０．３以上１．５以下であり、より好ましくは０．４以上１．０以下である。成長速度が小さすぎると、発光素子構造において、クラッド層から活性層への不純物の拡散量が増加するため、発光効率が減少する傾向にあり、逆に大きすぎると、形成されるＰ型ＧａＮ層の表面粗さが大きくなる傾向にある。
【００７０】
（原料ガスの流量比と厚みの関係：式（２））
Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ［ｎｍ］）、Ｇａ原料ガスの流量をＦＧａ[μｍｏｌ／分]、アクセプター不純物原子の原料ガスの流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]とすると、成長速度（ＧＲ[ｎｍ／分]）が式（１）を満足し、かつ下記式（２）を満足するようにＰ型ＧａＮ層を形成する必要がある。
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００７１】
なお、この層厚み（Ｔ［ｎｍ］）は、成長途中の層厚みではなく、成長が完了した時点での層厚みである。また、本実施形態では、ＦＧａは、１分あたりに供給されるＧａ原子のモル数を示す。Ｆｉは、１分あたりに供給されるアクセプター不純物原子のモル数を示す。
【００７２】
前記式（２）の値が０．１以下である場合には、Ｐ型ＧａＮ層と電極間のショットキーバリアが大きくなり電極特性が悪化するため好ましくない。一方、０．４を超える場合には、ＦＧａに対するＦｉが過剰となるため結晶品質が著しく低下する、もしくはＰ型ＧａＮ層の層厚みが非常に大きくなり実用性に欠けるため好ましくない。上記の電極特性と結晶品質および実用性とを考慮すると、前記式（２）の値は、０．１〜０．３が好ましく、さらに、０．１２〜０．２５となることが好ましい。
【００７３】
また、本実施形態では、前記式（１）、及び（２）の条件を満足し、かつ成長させるＰ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｇａ原料ガスの流量（ＦＧａ[μｍｏｌ／分]）とアクセプター不純物原子の原料ガスの流量（Ｆｉ[μｍｏｌ／分]）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）を調整することが好ましい。
【００７４】
先ず、Ｐ型ＧａＮ層上に反射電極層を設けた場合、特に、その光の取り出し効率が向上する、層厚み１５ｎｍ以下について説明する。なお、層厚みの下限は、生産性を考慮すると３ｎｍである。Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが１５ｎｍ以下の場合には、電極特性を考慮すると、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０５以上０．２以下とすることが好ましい。さらに、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０６〜０．１５とすることが好ましく、特に０．０７〜０．１とすることが好ましい。
【００７５】
一方、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）を１５ｎｍ超４０ｎｍ以下とする場合には、１５ｎｍ以下の場合と同様に電極特性を考慮すると、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下であることが好ましい。さらに、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０４〜０．１５とすることが好ましく、特に０．０７〜０．１とすることが好ましい。
【００７６】
本実施形態では、III族原料とＶ族原料とのモル比を示すＶ／III比は、８３００以上とすることが好ましく、９０００以上とすることがより好ましい。Ｖ／III比を上記の範囲とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の導電性をより高めることができる。なお、Ｖ／III比は大きいほど好ましいが、Ｖ／III比が大きくなりすぎると、Ｖ族原料ガスの流量に対して、Ｐ型ＧａＮ層の形成に実際に使用されるＶ族原料の割合が小さくなってしまう。したがって、歩留まりの観点から、Ｖ／III比の上限は１００００とすることが好ましい。
【００７７】
Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長条件を上記の条件とすることで、Ｘが０．５以上のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層上に結晶成長するＰ型ＧａＮ層の成長モードを擬似ＦＭモードとすることができる。その結果、結晶成長直後から、形成されたＰ型ＧａＮ層の表面は非常に平滑であり、その表面粗さ（２乗平均粗さ：ＲＭＳ）を５．０ｎｍ以下、より好ましくは３．０ｎｍ以下、より好ましくは２．５ｎｍ以下とすることができる。しかも、このような非常に平滑な表面を有しているにもかかわらず、ＧａＮ層の層厚みを極めて薄く、たとえば３ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることができる。
【００７８】
次に、バッファ層１２、Ｎ型クラッド層１３、活性層１４およびIII族窒化物積層体１０が積層された基板１１を、所望の形状に切断し、熱処理を行う。熱処理後、エッチング等の公知の方法を用いて、積層方向に対し、活性層、Ｐ型バリア層およびIII族窒化物積層体を部分的に除去して、Ｎ型クラッド層１３の一部を露出させる。そして、露出したＮ型クラッド層１３の表面に上記した金属から構成される負電極を形成し、Ｐ型ＧａＮ層の表面には上記した金属から構成される正電極を形成し、図１に示すIII族窒化物半導体素子１を得る。
【００７９】
上述した方法により得られるIII族窒化物半導体素子は、Ｐ型クラッド層として、Ａｌ含有率が高い、すなわちＸが０．５以上のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層が採用されているため、発光される光の波長が３００ｎｍ以下である発光素子となる。しかも、Ｐ型キャップ層としてのＰ型ＧａＮ層の層厚みが極めて薄く、その表面も極めて平滑であるため、Ｐ型ＧａＮ層の透過率が大きくなり、さらには抵抗が低くなるためホール注入効率を高めることができる。その結果、III族窒化物半導体素子は高い光出力を実現することができる。
【００８０】
さらに、Ｐ型キャップ層上に反射電極が形成されている場合には、上述したIII族窒化物積層体を用いることにより、動作電圧を低く保ちつつ、３００ｎｍ以下の深紫外領域で発し、かつ高い発光効率を有する発光ダイオードおよびレーザーダイオードを製造することが可能となる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。
【実施例】
【００８２】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００８３】
（実施例１）
（ＡｌＮ層の形成）
本実施例では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、III族窒化物積層体を作製した。III族窒化物積層体を結晶成長させるための基板として、サファイアＣ面単結晶基板を用いた。これをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内のサセプター上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、サファイア基板を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで基板表面のクリーニングを行った。次いで、基板温度が１２００℃、ＴＭＡ流量が２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒの条件で、基板上にＡｌＮ層を層厚み０．４５μｍで形成した。このＡｌＮ層はバッファ層として機能する。
【００８４】
上記で得られたＡｌＮ層（バッファ層）上にアンドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を層厚み０．５μｍで形成した。形成条件は、基板温度が１１５０℃、ＴＭＧ流量が１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒとした。
【００８５】
（Ｐ型ＧａＮ層の形成）
上記で得られたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層上に、Ｐ型ＧａＮ層（ＭｇドーピングＧａＮ層）を層厚みが２３ｎｍとなるように形成した。形成条件は、基板温度が１０６０℃、ＴＭＧ流量（ＦＧａ）が１３μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ流量（Ｆｉ）が０．５１μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が２．７５ｓｌｍ（Ｖ／III比＝９２１１）、全流量が６ｓｌｍ、圧力が１５０Ｔｏｒｒの条件とした。
【００８６】
（Ｐ型ＧａＮ層の成長速度の測定および成長層厚み制御法）
予め、本発明の実施例および比較例と同条件で１５０ｎｍ以上の比較的層厚みの厚いＰ型ＧａＮ層を形成し、断面ＳＥＭ観察よりＧａＮ層の層厚みを測定した。得られたＰ型ＧａＮ層の層厚みと成長時間の関係から、各成長条件における成長速度を計算した。実施例1における方向における成長速度（ＧＲ）は０．６ｎｍ／ｍｉｎであった。また、成長層厚みは上記で得られた成長速度を基に、成長時間を変更することで決定した。
【００８７】
（Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さの測定）
上記で得られたIII族窒化物積層体が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、原子間力顕微鏡（東陽テクニカ製Ｎａｎｏ−Ｒ）によりＰ型ＧａＮ層の表面について、５μｍ角の表面凹凸像を取得し、その像からＰ型ＧａＮ層の表面の２乗平均粗さ（ＲＭＳ）を測定した。本実施例では、Ｐ型ＧａＮ層の表面のＲＭＳが５．０ｎｍ以下を良好とした。実施例１に係る試料のＰ型ＧａＮ層のＲＭＳは１．２２ｎｍであった。
【００８８】
（Ｐ型ＧａＮ層の透過率）
次いで、紫外分光光度計（島津製作所製ＵＶ２５５０）により、得られた基板の透過率を、２００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で測定した。なお、透過率の校正は、成長に使用した基板と同じ基板を用いて行った。実施例１に係る試料の透過率は５８．２％であった。
【００８９】
次いで、得られた基板を複数個の７ｍｍ角程度の正方形に切断し、窒素雰囲気中，２０分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、Ｐ型ＧａＮ層表面に、真空蒸着法によりＮｉ（５ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）を形成した後、酸素雰囲気中，３分間，５５０℃の条件で熱処理を行った。
【００９０】
（比抵抗の測定）
電極形成後、ホール効果測定装置（東陽テクニカ製Ｒｅｓｉｔｅｓｔ８３００）により、室温、電流値１×１０−７〜１×１０−４Ａの条件で比抵抗の測定を行った。結果を表１に示す。
【００９１】
（正電極におけるバリアの高さ）
得られた発光素子の正電極間に電圧を印加してバリアの高さを評価した。図２に示すように、得られた電流と電圧との関係が直線となっている部分で直線近似をして、Ｘ軸（電圧）との交点を算出し、このときの電圧値をバリアの高さとした。
【００９２】
（実施例２〜実施例８、比較例１〜比較例６）
Ｐ型ＧａＮ層の形成時の条件を、表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして、III族窒化物積層体を製造し、上記の評価を行った。結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】
【００９４】
表１より、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長条件を上述した範囲内とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが極めて薄く、しかもその表面が非常に平滑にされたIII族窒化物積層体が得られることが確認できた。その結果、Ｐ型ＧａＮ層の透過率が良好になっている。
【００９５】
また、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｆｉ／ＦＧａを制御することで、バリアの高さが小さくなり、Ｐ型ＧａＮ層と電極とのオーミック接触性が増すことが確認できた。
【００９６】
（発光素子の作製）
（実施例９）
実施例１と同様の手順でＡｌＮ層を基板上に層厚み０．４５μｍで形成した後、上記で得られたＡｌＮ層（バッファ層）上にＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｎ型クラッド層）を層厚み２．０μｍで形成した。形成条件は、基板温度が１１５０℃、ＴＭＧ流量が１８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、テトラエチルシラン流量が２ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒとした。
【００９７】
次いで、ＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層上に、活性層を以下のようにして形成した。まず、ＴＭＧ流量が１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡが１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍの条件で障壁層を層厚み７ｎｍで形成した。次いで、アンモニア流量を変化させずに、ＴＭＧ流量を２３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量を５μｍｏｌ／ｍｉｎに変化させた条件で井戸層を層厚み２ｎｍで形成後した後、再度障壁層を層厚み７ｎｍで形成した。すなわち、活性層はＭＱＷ構造を有していた。
【００９８】
（III族窒化物積層体の作製）
（Ｐ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層の形成）
次いで、得られた活性層上に、ＭｇドープＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（Ｐ型クラッド層）を層厚み３０ｎｍで形成した。形成条件は、ＴＭＧ流量が５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ流量が０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとした。
【００９９】
（Ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成）
次いで、ＴＭＧ流量を１０μｍｏｌ／ｍｉｎに増やして、ＭｇドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｐ型クラッド層）を層厚み５０ｎｍで形成した。この実施例においては、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層は、上記ＭｇドーピングＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層、およびＭｇドーピングＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の２層から構成されており、両層がＰ型クラッド層となる。
【０１００】
（Ｐ型ＧａＮ層の成長）
次いで、実施例３と同条件でＰ型ＧａＮ層を層厚み２３ｎｍで形成した。この基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さを実施例１と同様の方法により測定した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは１．３１ｎｍであった。なお、積層体を作製する場合に比べて、発光素子を作製する場合には、Ｐ型ＧａＮ層の表面のＲＭＳが大きくなる傾向にある。
【０１０１】
次いで、得られた基板を複数個の１５ｍｍ角程度の正方形に切断し、窒素雰囲気中，２０分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、フォトリソグラフィーにより所定のレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない窓部を反応性イオンエッチングによりＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｎ型クラッド層）の表面が露出するまでエッチングした。その後、ＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層表面に真空蒸着法によりＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）電極（負電極）を形成し、窒素雰囲気中，１分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、Ｐ型ＧａＮ層表面に、真空蒸着法によりＮｉ（５ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）電極（正電極）を形成した後、酸素雰囲気中，３分間，５５０℃の条件で熱処理を行い、発光素子を完成させた。
【０１０２】
（発光素子の特性評価）
得られた発光素子に対して電極間に順方向電圧を印加して発光ダイオード特性を評価したところ、順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は９．６Ｖであり、光出力は０．６０ｍＷであった。また、発光ピーク波長は２６７ｎｍであった。
【０１０３】
（実施例１０）
実施例９のＮｉ／Ａｕ電極上に、真空蒸着法によりＡｌ（１００ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）を形成し、再度同様の発光素子の特性評価を行った。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧および発光ピーク波長は、実施例９と同じであった。光出力は０．６７ｍＷであり、Ａｌ金属層を追加することにより出力が向上した。
【０１０４】
（実施例１１）
実施例１０のＰ型ＧａＮ層の層厚みを６ｎｍ（実施例５と同条件）とした以外は同様の条件で発光ダイオードを作製した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは２．１４ｎｍであった。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は９．６Ｖであり、実施例１０と同じであった。また、光出力は０．７２ｍＷであり、実施例１０と比較して出力が向上した。また、発光ピーク波長は２６６ｎｍであった。
【０１０５】
（比較例７）
実施例９のＰ型ＧａＮ層形成時のＣｐ２Ｍｇ流量を０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎ（比較例２と同条件）とした以外は同様の条件でＰ型ＧａＮ層を形成し、発光ダイオードを作製した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは１．２３ｎｍであった。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は１５．６Ｖであり、実施例９と比べて動作電圧が増加した。また光出力は０．５８ｍＷ、発光ピーク波長は２６９ｎｍであり、実施例９と同程度であった。
【符号の説明】
【０１０６】
１… III族窒化物半導体素子
１０… III族窒化物積層体
１５…Ｐ型クラッド層
１６…Ｐ型キャップ層
１３… Ｎ型クラッド層
１４… 活性層
２０… 負電極
２１… 正電極
２３… 反射電極層
１１… 基板
１２… バッファ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物積層体の製造方法に関する。さらに詳しくは、深紫外領域（たとえば、波長が３００ｎｍ以下）の光を発し、しかも高い光出力と良好な電極特性とを実現できるIII族窒化物半導体素子に好適に用いられるIII族窒化物積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII族窒化物半導体は可視領域から紫外領域に相当するエネルギー帯の全領域で直接遷移型のバンド構造を持ち、高効率な発光デバイスの作製が可能である。そのため発光ダイオードおよびレーザーダイオードの研究が活発に行われ、現在では、可視領域から近紫外領域までの発光ダイオード、青色レーザーダイオードなどの半導体素子が製品化されている。
【０００３】
このような半導体素子においてＰ型III族窒化物半導体は、たとえば活性層を挟み込むＰ型クラッド層として用いられている。そして、Ｐ型クラッド層の上にはＰ型キャップ層が形成され、さらにその上に正電極を形成する。
【０００４】
このようなＰ型キャップ層としては、ホール（正孔）の注入効率、正電極とのオーミック接触、結晶格子の整合性等を考慮して、Ｐ型ＧａＮ層が好適に用いられている。Ｐ型ＧａＮ層は、公知の結晶成長法を用いてＰ型クラッド層上にエピタキシャル成長される。たとえば、特許文献１では、Ｐ型クラッド層としてのＰ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層上にＰ型ＧａＮ層が形成されている。また、特許文献２では、Ｐ型クラッド層としてのＰ型Ａｌ０．０７〜０．２Ｇａ０．９３〜０．８Ｎ層上にＰ型ＧａＮ層が形成されている。このようなＡｌ含有率の低いＰ型III族窒化物半導体上にＰ型ＧａＮ層を形成する場合には、エピタキシャル成長の成長モードは、ＦＭモードであり、形成直後からＧａＮ層が層状に形成されることが知られている。
【０００５】
しかしながら、波長が３００ｎｍ以下の深紫外領域で発光し、しかも光出力の高い発光ダイオードおよびレーザーダイオードを実現するためには、Ａｌ含有率が高いＰ型III族窒化物半導体（たとえば組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮにおいてＸが０．５以上）からなるＰ型クラッド層上に、低抵抗かつホール注入効率の高いＰ型ＧａＮ層からなるＰ型キャップ層が形成する必要がある。
【０００６】
特許文献３では、通常の製造条件によりＡｌ含有率が高いＰ型III族窒化物半導体層上にＰ型ＧａＮ層を形成する場合には、ＦＭモードではなく、ＧａＮが島状に成長することが記載されている（ＳＫモード）。この場合、形成直後のＰ型ＧａＮ層の表面には凹凸が形成されるため、ＧａＮ層の層厚みが薄い場合には、表面が粗くなることが記載されている。そこで、特許文献３では、製造条件を特定の条件とすることで、ＧａＮ層の層厚みが薄い場合であっても、その表面が平滑なIII族窒化物積層体を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２２３８３２号
【特許文献２】特開２００３−２３１７９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のIII族窒化物積層体が適用されたIII族窒化物半導体素子では、通常、光取り出し面が一方向、たとえば基板側であるため、素子内で発光した光は基板側（Ｎ型クラッド層側）から取り出される。しかしながら、光は全方位的に放射されるため、基板側に向かう光のみを取り出すだけでは、光の利用効率が悪くなってしまう。
【０００９】
そこで、図３のように、Ｐ型キャップ層１６上に形成される正電極２１中に反射金属層２３を設け、基板１１側とは逆方向に放射された光１０１を反射させて、基板側に向かう光１００と共に基板１１側から取り出し、素子１からの光放出量を増加させることが知られている。
【００１０】
しかしながら、Ｐ型キャップ層１６として、Ｐ型ＧａＮ層が用いられている場合、Ｐ型ＧａＮ層は波長が３６５ｎｍ以下の光を吸収するため、深紫外領域の光は、Ｐ型ＧａＮ層を通過する際に減衰してしまう。また、基板側とは逆方向に放射された光１０１を基板１１側から取り出す場合、光１０１はＰ型ＧａＮ層を通過して、反射電極層２３で反射し、再びＰ型ＧａＮ層を通過して、基板１１から取り出されることになる。
【００１１】
そのため、反射電極層で反射して取り出される光の強度は、ＧａＮ層の透過率の２乗に比例して減少する。透過率は厚みに対して指数関数的に減少するため、反射して取り出される光の強度を高めるためには、ＧａＮ層の厚みをできる限り薄くする必要がある。
【００１２】
一方、正電極２１は金属で構成されるため、Ｐ型ＧａＮ層との接合界面ではショットキーバリアが生じ、電極特性が悪化してしまう。その結果、III族窒化物半導体素子の動作電圧が高くなってしまうという問題があった。そのため、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが薄い場合であっても、良好な電極特性が求められる。
【００１３】
本発明はこのような実状に鑑みてなされ、その目的はＡｌ含有率が高いIII族窒化物半導体上にＰ型ＧａＮ層が形成された積層体の製造時において、Ｐ型ＧａＮ層の形成直後から、その表面が極めて平滑にされ、しかも、該表面に電極が形成される場合であっても、電極特性が良好なIII族窒化物積層体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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係るIII族窒化物積層体の製造方法は、
ＡｌＧａＩｎＮ層と、不純物原子がドープされたＰ型ＧａＮ層と、を有し、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層を組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表した場合に、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である関係を満足するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層上に前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程を有し、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚みをＴ[ｎｍ]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、
下記式（１）、及び（２）を満足するように前記Ｐ型ＧａＮ層を形成することを特徴とするIII族窒化物積層体の製造方法である。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００１５】
本発明では、Ｐ型ＧａＮ層を結晶成長させる際の結晶成長条件として、成長速度（ＧＲ）に加え、Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）、不純物原子原料の流量（Ｆｉ）およびＧａＮ層の層厚み（Ｔ）に着目し、原料流量比と層厚みとを上記の範囲内に制御している。
【００１６】
このようにすることで、Ａｌ含有率が高いＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されるＰ型ＧａＮ層の成長モードをＦＭモードに近い状態（擬似ＦＭモード）とすることができる。その結果、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長直後から、その表面が極めて平滑であり、しかも層厚みが極めて薄く、良好な電極特性を有するＧａＮ層を得ることができる。
【００１７】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるIII族原料に対するＶ族原料のモル比を示すＶ／III比が８５００以上である。
【００１８】
Ｖ／III比を上記の範囲内とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の導電性をより高めることができる。
【００１９】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ以下であり、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０５以上０．２以下である。
【００２０】
好ましくは、前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ超４０ｎｍ以下であり、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下である。
【００２１】
Ｐ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｆｉ／ＦＧａを上記の範囲とすることで、ＧａＮ層の層厚みが４０ｎｍ以下の薄い場合であっても良好な電極特性が得られる。
【００２２】
上述のＰ型ＧａＮ層の層厚みが４０ｎｍ以下のIII族窒化物積層体上に、少なくともＡｌ金属層等の反射金属層を含む電極を形成し、III族窒化物半導体素子に適用することで、３００ｎｍ以下の波長を有する光を発し、しかも、高い光出力を実現する半導体素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物積層体の製造方法によれば、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長直後から、Ｐ型ＧａＮ層の表面は極めて平滑であるIII族窒化物積層体を得ることができる。このIII族窒化物積層体を、深紫外領域の光を発するIII族窒化物半導体素子に適用することで、素子内で発光した光がＰ型ＧａＮ層に吸収されることを抑制できるため、素子の光取り出し面への光放出量を増加させることができる。
【００２４】
特に、Ｐ型ＧａＮ層上に電極を形成する場合には、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが薄くなると、ショットキーバリアの高さが大きくなり、電極特性が悪化する傾向にある。そこで、本発明に係る方法では、ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）に応じて、Ｇａ原料流量（ＦＧａ）と不純物原子の原料流量（Ｆｉ）との比、およびＧａＮ層の成長速度（ＧＲ）を制御している。その結果、バリアの高さを小さくし、良好な電極特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、基板上にバッファ層を介して形成されている本発明の一実施形態に係るIII族窒化物半導体素子の断面図である。
【図２】図２は、Ｐ型ＧａＮ層上に形成された正電極におけるバリアの高さを算出する方法を説明するための図である。
【図３】図３は、発光素子内で発光した光を取り出す経路を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、本実施形態のIII族窒化物積層体をIII族窒化物半導体素子としての深紫外発光素子に適用した場合の実施態様を図面に基づき説明する。
【００２７】
（III族窒化物半導体素子（深紫外発光素子））
本発明の一実施形態に係る半導体素子１は波長が３００ｎｍ以下（深紫外領域）の光を発する発光素子である。図１に示すように、基板１１上に形成されたバッファ層１２上において、半導体素子１はＮ型クラッド層１３、活性層１４および本実施形態に係るIII族窒化物積層体１０が順に積層された構造を有している。半導体素子１を構成する各層は、結晶質、特に単結晶であることが好ましい。そして、Ｎ型クラッド層１３には負電極２０が形成されており、後述するＰ型キャップ層１６には正電極２１が形成されている。
【００２８】
本実施形態では、III族窒化物積層体１０は、Ｐ型クラッド層１５としてのＰ型ＡｌＧａＩｎＮ層と、Ｐ型キャップ層１６としてのＰ型ＧａＮ層と、が積層された構成を有している。
【００２９】
基板１１は、半導体素子１の製造時の処理温度に耐える材料であれば、特に制限されず、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２などを用いればよい。本実施形態ではサファイア単結晶またはＡｌＮ単結晶を用いることが好ましい。
【００３０】
バッファ層１２は基板１１上に形成され、基板１１と、バッファ層１２上に形成される結晶層（本実施形態ではＮ型クラッド層）と、の格子不整合を緩衝する材料であれば特に制限されない。本実施形態では、基板１１がサファイアもしくはＡｌＮであり、後述するＮ型クラッド層１３がＡｌＧａＩｎＮで構成されるため、バッファ層１２はＡｌＮで構成されることが好ましい。また、バッファ層を複数設けてもよい。
【００３１】
（Ｎ型クラッド層）
Ｎ型クラッド層１３は、本実施形態ではバッファ層１２の上に形成され、活性層１４へキャリア（電子）を供給するとともに、活性層で発光された光を閉じこめる機能を有する。Ｎ型クラッド層１３は、活性層１４を構成する材料よりもバンドギャップが大きい材料から構成されており、III族窒化物半導体から構成されていることが好ましい。本実施形態では、Ｎ型クラッド層１３はＡｌＧａＩｎＮで構成されることが好ましい。その組成は、活性層１４において波長が３００ｎｍ以下の光を得られるように適宜決定すればよい。
【００３２】
また、Ｎ型クラッド層１３は、ドナー不純物原子がドープされておりＮ型特性を示す。ドナー不純物原子としては特に制限されず、たとえばＳｉ、Ｏ、Ｇｅ等が挙げられ、特にＳｉが好ましい。また、このドナー不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１７〜１０１９ｃｍ−３であることが好ましい。
【００３３】
また、Ｎ型クラッド層１３の積層面の一部は積層方向に露出している。この露出している面には負電極２０が形成されている。その材質はＮ型クラッド層とオーミック接触性が良好であれば特に制限されず、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕなどが例示される。
【００３４】
（活性層）
活性層１４は、Ｎ型クラッド層１３と後述するＰ型クラッド層１５とに挟まれるように配置されている。活性層１４はｐｎ接合されており、活性層１４において電極から注入されたホールと電子とが再結合することにより発光する。
【００３５】
活性層１４の構造は特に制限されないが、高い発光効率を得るために井戸層と障壁層とが積層された量子井戸構造を有していることが好ましく、特に多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していることが好ましい。また、活性層１４は、Ｎ型クラッド層１３およびＰ型クラッド層１５よりもバンドギャップの小さい材料で構成されており、III族窒化物半導体から構成されていることが好ましい。本実施形態では、活性層１４の井戸層および障壁層はＡｌＧａＩｎＮで構成されることが好ましい。井戸層および障壁層の組成は、波長が３００ｎｍ以下の光を得られるように、適宜決定すればよい。
【００３６】
（III族窒化物積層体（深紫外発光素子用））
本実施形態に係るIII族窒化物積層体１０は、図１に示すように、Ｐ型クラッド層１５としてのＡｌＧａＩｎＮ層と、Ｐ型キャップ層１６としてのＰ型ＧａＮ層と、が積層された構成を有している。
【００３７】
なお、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＮの含有量は、２次イオン質量分析法などにより測定することができる。
【００３８】
（ＡｌＧａＩｎＮ層）
III族窒化物としてのＡｌＧａＩｎＮは、III族原子であるＡｌ、ＧａおよびＩｎと、Ｖ族原子であるＮと、からなる化合物であり、組成式を用いて、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ（ただし、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０）と表すことができる。
【００３９】
ここで、上記の組成式において「Ｘ」は上記のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮにおけるＡｌの含有率を表しており、発光される光の波長の長さに応じて決定される。本実施形態では、Ｘは０．５以上であり、Ｘを０．５以上としたＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層をＰ型クラッド層１６として用いることで、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子を得ることができる。より波長の短い光を発生させる場合には、Ｘは０．５５以上であることが好ましく、より好ましくは０．６５以上であり、さらに好ましくは０．７以上である。また、Ｘの上限は１．０、すなわちＡｌＮ層である。
【００４０】
ＡｌＧａＩｎＮ層は、本実施形態では、アクセプター不純物原子がドープされておりＰ型特性を示す。アクセプター不純物原子としては特に制限されず、たとえばＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｂｅ等が挙げられ、特にＭｇ、Ｂｅが好ましい。また、このアクセプター不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１８〜１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。
【００４１】
また、上記の組成式において、「Ｙ」はＧａの含有率、「Ｚ」はＩｎの含有率を表しており、ＹおよびＺは、バンドギャップエネルギーに影響を与える。本実施形態では、Ｙ≧０，Ｚ≧０，Ｙ＋Ｚ≦０．５である。ＹとＺとの比率は所望の特性等に応じて適宜決定すればよいが、好ましくは０≦Ｙ≦０．５、より好ましくは０≦Ｙ≦０．３である。また、好ましくは０≦Ｚ≦０．１、より好ましくは０≦Ｚ≦０．０５である。ただし、Ｚが０よりも大きい、すなわち、Ｉｎが含まれる場合には、後述する製造方法において、Ｉｎが、ＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されるＧａＮ層に拡散しやすいため、Ｚ＝０、すなわち、Ｉｎが含まれないことが好ましい。
【００４２】
なお、本実施形態では、図１に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ層はＰ型クラッド層１５のみから構成されているが、組成が上記範囲を満足するものであれば、組成の異なる複数の層から構成されていてもよい。また、ＡｌＧａＩｎＮ層の厚みは、用途に応じて適宜決定すればよい。
【００４３】
（Ｐ型ＧａＮ層）
Ｐ型ＧａＮ層は高いホール濃度を得やすく、また、正電極２１を構成する金属とオーミック接触性が良好であるため、本実施形態ではＰ型キャップ層１６として用いられている。本実施形態において、Ｐ型ＧａＮ層は、上記の組成式におけるＸが０．５以上であるＡｌＧａＩｎＮ層上に形成されている。
【００４４】
Ｐ型ＧａＮ層の層厚みは、好ましくは３ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。また、その表面粗さは、２乗平均粗さ（ＲＭＳ）を用いた場合、好ましくは５．０ｎｍ以下、より好ましくは３．０ｎｍ以下である。なお、ＲＭＳの下限値は、特に制限されるものではないが、工業的な生産を考慮すると０．５ｎｍである。
【００４５】
すなわち、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みは極めて薄いにもかかわらず、その表面は非常に平滑となっている。そのため、図３に示すように、光取り出し面１１ａとは逆の方向に放射された光１０１を取り出す場合にも、Ｐ型ＧａＮ層１６での吸収が抑制できる。したがって、このようなＰ型ＧａＮ層を有するIII族窒化物積層体を発光素子に適用することで、たとえば、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子においても、導電性に寄与し、発光効率を高めることができる。
【００４６】
Ｐ型ＧａＮ層は、アクセプター不純物原子がドープされておりＰ型特性を示す。アクセプター不純物原子としては特に制限されず、上記したものが挙げられ、特にＭｇが好ましい。また、このアクセプター不純物原子の濃度も特に制限されず、１０１８〜１０２０ｃｍ−３であることが好ましい。
【００４７】
本実施形態に係るIII族窒化物積層体においては、ＡｌＧａＩｎＮ層のＡｌ含有率が大きい場合であっても、Ｐ型ＧａＮ層を擬似ＦＭモードで結晶成長させるため、表面の平滑性を保ちつつ、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みを上記の範囲とすることができる。その結果、透過率や比抵抗等の特性は良好となる。さらに、上記Ｐ型ＧａＮ層上に、紫外光の反射率が高いＡｌ金属層を含む電極を形成することにより、動作電圧を低く保ちつつ、波長が３００ｎｍ以下の光を発する発光素子において発光効率を高めることができる。
【００４８】
Ｐ型ＧａＮ層のホール濃度は、公知のホール効果測定法により測定された比抵抗値およびホール起電圧から算出される。本実施形態では、Ｐ型ＧａＮ層の３０℃におけるホール濃度は、好ましくは３×１０１７ｃｍ−３以上、さらに好ましくは５×１０１７ｃｍ−３以上である。Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さが上記の範囲にあり、極めて平滑であるため、３０℃におけるホール濃度を上記の範囲とすることができる。ホール濃度の上限は特に制限されないが、実現可能な範囲を考慮すると、１０１９ｃｍ−３程度である。
【００４９】
本実施形態では、正電極２１はＰ型ＧａＮ層に形成され、反射電極層を有していてもよい。本実施形態に係る方法により製造されるIII族窒化物積層体が、深紫外用発光素子に適用される場合には、正電極２１は、少なくともＡｌを含む反射金属層を有することが好ましい。また、Ａｌを含む反射金属層２３の構成および厚みは、紫外光反射率を高められる構成であれば特に限定されるものではないが、Ａｌ反射金属層の厚みは、好ましくは５０ｎｍ以上、さらに好ましくは１００ｎｍ以上である。なお、ＧａＮ層と反射電極層の間に、コンタクト層を設けることもできる。
【００５０】
上述したように、正電極２１は金属で構成されるため、Ｐ型ＧａＮ層との接合界面ではショットキーバリアが生じ、電極特性が悪化してしまう。特に、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが薄い場合に顕著になる傾向にある。
【００５１】
良好な電極特性を得るには、正電極とＰ型キャップ層との種々の組み合わせからオーミック接触性が良好な組み合わせを選択することが挙げられる。これに対し、本実施形態では、後述する製造方法において、形成されるＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｇａ原料流量と不純物原子の原料流量との比、およびＧａＮ層の成長速度を特定の範囲に制御することで、電極特性を良好にしている。
【００５２】
電極特性の良否は、図２に示すように、電極間のＩＶ特性から、バリアの高さ（ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ）を見積もることで判断することができる。すなわち、バリアの高さが０であれば（図２の実線）、電圧印加直後からＩＶ特性はオームの法則に従うことになり、良好な電極特性を有する。一方、バリアの高さが高い場合（図２の破線）、バリアの高さ以上の電圧を印加しなければ、電流が流れにくくなってしまう。すなわち、III族窒化物半導体素子の動作電圧が高くなってしまう。
【００５３】
上述したIII族窒化物半導体素子１は、上述したIII族窒化物積層体１０と、Ｎ型クラッド層と、活性層と、電極とを有していればよい。これに加え、たとえば、転位、クラック等の結晶欠陥の導入を防ぐためのクラック防止層、発光した光を閉じこめるための光ガイド層、発光した光を反射させるための反射層等をさらに有していてもよい。
【００５４】
（III族窒化物半導体素子（深紫外発光素子）およびIII族窒化物積層体（深紫外発光素子用）の製造方法）
次に、図１に示すIII族窒化物半導体素子の製造方法について説明する。特に、III族窒化物積層体の製造方法については詳細に説明する。
【００５５】
本実施形態に係るIII族窒化物積層体を製造する方法としては、各層を単結晶の状態で結晶成長させる方法を用いることが好ましく、そのような方法であれば、特に制限されない。具体的には、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられるが、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いる。
【００５６】
まず、基板１１を、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に備えられたサセプター上に設置する。基板としては、上述した材質であればよいが、本実施形態では、サファイア単結晶基板を用いる。
【００５７】
次に、基板１１を１０５０℃以上、さらに好ましくは１１５０℃以上に加熱し、水素雰囲気中で保持することにより基板表面のクリーニングを行う。
【００５８】
その後、１０５０℃以上、さらに好ましくは１１５０℃以上で、反応炉内に、バッファ層１２の原料ガスを導入して、バッファ層１２としてのＡｌＮ層を基板上に結晶成長させる。原料ガスの種類は特に制限されず、所望の組成、特性等に応じて適宜決定すればよい。また、温度の上限も、特に制限されないが１３００℃以下であることが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、III族原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡとする）、Ｖ族原料ガスとしてのアンモニア（ＮＨ３）および原料ガスのキャリアガス（水素，窒素など）を反応炉内に導入し、バッファ層１２（ＡｌＮ）を形成する。成長温度、Ｖ／III比および成長速度等の結晶成長条件は、所望の特性等が得られるように制御すればよい。また、この工程以降では、反応炉内を減圧して、結晶成長させることが好ましい。
【００６０】
このバッファ層１２は、バッファ層上に積層されるIII族窒化物半導体素子の特性を損なわない程度の結晶性を有していれば良い。
【００６１】
次にバッファ層１２上にＮ型クラッド層１３を形成する。III族原料ガスとしては、ＴＭＡおよびトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧとする）を用い、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニアを用いる。これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、ドナー不純物原子の原料ガスとしてのテトラエチルシランを反応炉内に導入し、ＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＮ層（Ｎ型クラッド層１３）を形成する。組成、Ｓｉ濃度および結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００６２】
次にＮ型クラッド層１３上に活性層１４を形成する。Ｎ型クラッド層形成時のアンモニアおよびキャリアガスの流量を一定にしつつ、ＴＭＡとＴＭＧとの流量比（組成比）を一定の周期で変化させることにより、井戸層と障壁層とが複数積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する活性層１４を形成する。活性層の結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。
【００６３】
本実施形態では、上記で形成した活性層１４上に、本実施形態に係るIII族窒化物積層体を構成するＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層（Ｐ型クラッド層１５）を形成する。III族原料ガスとしては、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩとする）を用い、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニアを用いる。これらの原料ガスおよびキャリアガスに加え、アクセプター不純物原子の原料ガスとしてのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ２Ｍｇとする）を反応炉内に導入し、ＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＮ層（Ｐ型クラッド層１５）を形成する。組成、Ｍｇ濃度および結晶成長条件は所望の特性に応じて適宜決定すればよい。なお、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層を複数の層で構成する場合には、III族原料ガス、不純物原子の原料ガス等の種類や流量を変化させて、組成を制御すればよい。
【００６４】
なお、本実施形態では、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層は活性層上に形成されているが、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層の結晶性が保たれるように形成されていればよく、Ｐ型層、Ｎ型層、基板、バッファ層等の上に形成してもよい。
【００６５】
次に、上記で形成されたＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層上に、Ｐ型キャップ層１６としてのアクセプター不純物原子がドープされたＧａＮ層（Ｐ型ＧａＮ層）を形成する。本実施形態では、III族原料ガスとしてはＴＭＧ、Ｖ族原料ガスとしてはアンモニア、アクセプター不純物原子の原料ガスとしてはＣｐ２Ｍｇを用いる。
【００６６】
（Ｐ型ＧａＮ層の製造）
まず、反応炉内において、上記の各層が形成されている基板を好ましくは１０００℃以上、より好ましくは１０３０℃以上に加熱し、上記の原料ガスを反応炉内に導入する。温度の上限は、特に制限されないが１２００℃であることが好ましい。また、Ｖ族原料ガスの流量は所定の流量とすればよい。一方、III族原料ガスとしてのＧａ原料ガスの流量をＦＧａ[μｍｏｌ／分]、アクセプター不純物原子の原料ガスの流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]とすると、Ｆｉは後述するＦｉ／ＦＧａの範囲を満足するように設定されていれば特に制限されないが、本実施形態では、０．０５〜０．２であることが好ましい。
【００６７】
本実施形態では、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する際、その層厚み（Ｔ［ｎｍ］）に応じて、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度（ＧＲ［ｎｍ／分］）を特定の関係とし、さらに、Ｇａ原料ガスの流量（ＦＧａ[μｍｏｌ／分]）とアクセプター不純物原子の原料ガスの流量（Ｆｉ[μｍｏｌ／分]）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が特定の関係を満足するように制御している。すなわち、下記式（１）、及び（２）を満足するような条件でＰ型ＧａＮ層を形成することにより、平滑であって、かつその上に電極を形成した際、優れた電極特性が発揮されるＰ型ＧａＮ層を製造できる。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００６８】
特に、この効果は、Ｐ型ＧａＮ層の厚みが１５ｎｍ以下の薄膜である場合に顕著となる。そのため、反射電極をその上に形成した場合には、光の取り出し効率に優れ、電極特性の良好な発光素子を得ることができる。以下、式（１）、（２）について説明する。
【００６９】
（成長速度（ＧＲ）：式（１））
Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度（ＧＲ[ｎｍ／分]）は、０．１５以上２．０以下であり、好ましくは０．３以上１．５以下であり、より好ましくは０．４以上１．０以下である。成長速度が小さすぎると、発光素子構造において、クラッド層から活性層への不純物の拡散量が増加するため、発光効率が減少する傾向にあり、逆に大きすぎると、形成されるＰ型ＧａＮ層の表面粗さが大きくなる傾向にある。
【００７０】
（原料ガスの流量比と厚みの関係：式（２））
Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ［ｎｍ］）、Ｇａ原料ガスの流量をＦＧａ[μｍｏｌ／分]、アクセプター不純物原子の原料ガスの流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]とすると、成長速度（ＧＲ[ｎｍ／分]）が式（１）を満足し、かつ下記式（２）を満足するようにＰ型ＧａＮ層を形成する必要がある。
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【００７１】
なお、この層厚み（Ｔ［ｎｍ］）は、成長途中の層厚みではなく、成長が完了した時点での層厚みである。また、本実施形態では、ＦＧａは、１分あたりに供給されるＧａ原子のモル数を示す。Ｆｉは、１分あたりに供給されるアクセプター不純物原子のモル数を示す。
【００７２】
前記式（２）の値が０．１以下である場合には、Ｐ型ＧａＮ層と電極間のショットキーバリアが大きくなり電極特性が悪化するため好ましくない。一方、０．４を超える場合には、ＦＧａに対するＦｉが過剰となるため結晶品質が著しく低下する、もしくはＰ型ＧａＮ層の層厚みが非常に大きくなり実用性に欠けるため好ましくない。上記の電極特性と結晶品質および実用性とを考慮すると、前記式（２）の値は、０．１〜０．３が好ましく、さらに、０．１２〜０．２５となることが好ましい。
【００７３】
また、本実施形態では、前記式（１）、及び（２）の条件を満足し、かつ成長させるＰ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｇａ原料ガスの流量（ＦＧａ[μｍｏｌ／分]）とアクセプター不純物原子の原料ガスの流量（Ｆｉ[μｍｏｌ／分]）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）を調整することが好ましい。
【００７４】
先ず、Ｐ型ＧａＮ層上に反射電極層を設けた場合、特に、その光の取り出し効率が向上する、層厚み１５ｎｍ以下について説明する。なお、層厚みの下限は、生産性を考慮すると３ｎｍである。Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが１５ｎｍ以下の場合には、電極特性を考慮すると、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０５以上０．２以下とすることが好ましい。さらに、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０６〜０．１５とすることが好ましく、特に０．０７〜０．１とすることが好ましい。
【００７５】
一方、Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）を１５ｎｍ超４０ｎｍ以下とする場合には、１５ｎｍ以下の場合と同様に電極特性を考慮すると、（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下であることが好ましい。さらに、（Ｆｉ／ＦＧａ）は、０．０４〜０．１５とすることが好ましく、特に０．０７〜０．１とすることが好ましい。
【００７６】
本実施形態では、III族原料とＶ族原料とのモル比を示すＶ／III比は、８３００以上とすることが好ましく、９０００以上とすることがより好ましい。Ｖ／III比を上記の範囲とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の導電性をより高めることができる。なお、Ｖ／III比は大きいほど好ましいが、Ｖ／III比が大きくなりすぎると、Ｖ族原料ガスの流量に対して、Ｐ型ＧａＮ層の形成に実際に使用されるＶ族原料の割合が小さくなってしまう。したがって、歩留まりの観点から、Ｖ／III比の上限は１００００とすることが好ましい。
【００７７】
Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長条件を上記の条件とすることで、Ｘが０．５以上のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層上に結晶成長するＰ型ＧａＮ層の成長モードを擬似ＦＭモードとすることができる。その結果、結晶成長直後から、形成されたＰ型ＧａＮ層の表面は非常に平滑であり、その表面粗さ（２乗平均粗さ：ＲＭＳ）を５．０ｎｍ以下、より好ましくは３．０ｎｍ以下、より好ましくは２．５ｎｍ以下とすることができる。しかも、このような非常に平滑な表面を有しているにもかかわらず、ＧａＮ層の層厚みを極めて薄く、たとえば３ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることができる。
【００７８】
次に、バッファ層１２、Ｎ型クラッド層１３、活性層１４およびIII族窒化物積層体１０が積層された基板１１を、所望の形状に切断し、熱処理を行う。熱処理後、エッチング等の公知の方法を用いて、積層方向に対し、活性層、Ｐ型バリア層およびIII族窒化物積層体を部分的に除去して、Ｎ型クラッド層１３の一部を露出させる。そして、露出したＮ型クラッド層１３の表面に上記した金属から構成される負電極を形成し、Ｐ型ＧａＮ層の表面には上記した金属から構成される正電極を形成し、図１に示すIII族窒化物半導体素子１を得る。
【００７９】
上述した方法により得られるIII族窒化物半導体素子は、Ｐ型クラッド層として、Ａｌ含有率が高い、すなわちＸが０．５以上のＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層が採用されているため、発光される光の波長が３００ｎｍ以下である発光素子となる。しかも、Ｐ型キャップ層としてのＰ型ＧａＮ層の層厚みが極めて薄く、その表面も極めて平滑であるため、Ｐ型ＧａＮ層の透過率が大きくなり、さらには抵抗が低くなるためホール注入効率を高めることができる。その結果、III族窒化物半導体素子は高い光出力を実現することができる。
【００８０】
さらに、Ｐ型キャップ層上に反射電極が形成されている場合には、上述したIII族窒化物積層体を用いることにより、動作電圧を低く保ちつつ、３００ｎｍ以下の深紫外領域で発し、かつ高い発光効率を有する発光ダイオードおよびレーザーダイオードを製造することが可能となる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。
【実施例】
【００８２】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００８３】
（実施例１）
（ＡｌＮ層の形成）
本実施例では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、III族窒化物積層体を作製した。III族窒化物積層体を結晶成長させるための基板として、サファイアＣ面単結晶基板を用いた。これをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内のサセプター上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、サファイア基板を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで基板表面のクリーニングを行った。次いで、基板温度が１２００℃、ＴＭＡ流量が２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒの条件で、基板上にＡｌＮ層を層厚み０．４５μｍで形成した。このＡｌＮ層はバッファ層として機能する。
【００８４】
上記で得られたＡｌＮ層（バッファ層）上にアンドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を層厚み０．５μｍで形成した。形成条件は、基板温度が１１５０℃、ＴＭＧ流量が１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒとした。
【００８５】
（Ｐ型ＧａＮ層の形成）
上記で得られたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層上に、Ｐ型ＧａＮ層（ＭｇドーピングＧａＮ層）を層厚みが２３ｎｍとなるように形成した。形成条件は、基板温度が１０６０℃、ＴＭＧ流量（ＦＧａ）が１３μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ流量（Ｆｉ）が０．５１μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が２．７５ｓｌｍ（Ｖ／III比＝９２１１）、全流量が６ｓｌｍ、圧力が１５０Ｔｏｒｒの条件とした。
【００８６】
（Ｐ型ＧａＮ層の成長速度の測定および成長層厚み制御法）
予め、本発明の実施例および比較例と同条件で１５０ｎｍ以上の比較的層厚みの厚いＰ型ＧａＮ層を形成し、断面ＳＥＭ観察よりＧａＮ層の層厚みを測定した。得られたＰ型ＧａＮ層の層厚みと成長時間の関係から、各成長条件における成長速度を計算した。実施例1における方向における成長速度（ＧＲ）は０．６ｎｍ／ｍｉｎであった。また、成長層厚みは上記で得られた成長速度を基に、成長時間を変更することで決定した。
【００８７】
（Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さの測定）
上記で得られたIII族窒化物積層体が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、原子間力顕微鏡（東陽テクニカ製Ｎａｎｏ−Ｒ）によりＰ型ＧａＮ層の表面について、５μｍ角の表面凹凸像を取得し、その像からＰ型ＧａＮ層の表面の２乗平均粗さ（ＲＭＳ）を測定した。本実施例では、Ｐ型ＧａＮ層の表面のＲＭＳが５．０ｎｍ以下を良好とした。実施例１に係る試料のＰ型ＧａＮ層のＲＭＳは１．２２ｎｍであった。
【００８８】
（Ｐ型ＧａＮ層の透過率）
次いで、紫外分光光度計（島津製作所製ＵＶ２５５０）により、得られた基板の透過率を、２００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で測定した。なお、透過率の校正は、成長に使用した基板と同じ基板を用いて行った。実施例１に係る試料の透過率は５８．２％であった。
【００８９】
次いで、得られた基板を複数個の７ｍｍ角程度の正方形に切断し、窒素雰囲気中，２０分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、Ｐ型ＧａＮ層表面に、真空蒸着法によりＮｉ（５ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）を形成した後、酸素雰囲気中，３分間，５５０℃の条件で熱処理を行った。
【００９０】
（比抵抗の測定）
電極形成後、ホール効果測定装置（東陽テクニカ製Ｒｅｓｉｔｅｓｔ８３００）により、室温、電流値１×１０−７〜１×１０−４Ａの条件で比抵抗の測定を行った。結果を表１に示す。
【００９１】
（正電極におけるバリアの高さ）
得られた発光素子の正電極間に電圧を印加してバリアの高さを評価した。図２に示すように、得られた電流と電圧との関係が直線となっている部分で直線近似をして、Ｘ軸（電圧）との交点を算出し、このときの電圧値をバリアの高さとした。
【００９２】
（実施例２〜実施例８、比較例１〜比較例６）
Ｐ型ＧａＮ層の形成時の条件を、表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして、III族窒化物積層体を製造し、上記の評価を行った。結果を表１に示す。
【００９３】
【表１】
【００９４】
表１より、Ｐ型ＧａＮ層の結晶成長条件を上述した範囲内とすることで、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みが極めて薄く、しかもその表面が非常に平滑にされたIII族窒化物積層体が得られることが確認できた。その結果、Ｐ型ＧａＮ層の透過率が良好になっている。
【００９５】
また、Ｐ型ＧａＮ層の層厚みに応じて、Ｆｉ／ＦＧａを制御することで、バリアの高さが小さくなり、Ｐ型ＧａＮ層と電極とのオーミック接触性が増すことが確認できた。
【００９６】
（発光素子の作製）
（実施例９）
実施例１と同様の手順でＡｌＮ層を基板上に層厚み０．４５μｍで形成した後、上記で得られたＡｌＮ層（バッファ層）上にＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｎ型クラッド層）を層厚み２．０μｍで形成した。形成条件は、基板温度が１１５０℃、ＴＭＧ流量が１８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、テトラエチルシラン流量が２ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、全流量が１０ｓｌｍ、圧力が５０Ｔｏｒｒとした。
【００９７】
次いで、ＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層上に、活性層を以下のようにして形成した。まず、ＴＭＧ流量が１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡが１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍの条件で障壁層を層厚み７ｎｍで形成した。次いで、アンモニア流量を変化させずに、ＴＭＧ流量を２３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量を５μｍｏｌ／ｍｉｎに変化させた条件で井戸層を層厚み２ｎｍで形成後した後、再度障壁層を層厚み７ｎｍで形成した。すなわち、活性層はＭＱＷ構造を有していた。
【００９８】
（III族窒化物積層体の作製）
（Ｐ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層の形成）
次いで、得られた活性層上に、ＭｇドープＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（Ｐ型クラッド層）を層厚み３０ｎｍで形成した。形成条件は、ＴＭＧ流量が５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ流量が０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとした。
【００９９】
（Ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成）
次いで、ＴＭＧ流量を１０μｍｏｌ／ｍｉｎに増やして、ＭｇドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｐ型クラッド層）を層厚み５０ｎｍで形成した。この実施例においては、ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ層は、上記ＭｇドーピングＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層、およびＭｇドーピングＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の２層から構成されており、両層がＰ型クラッド層となる。
【０１００】
（Ｐ型ＧａＮ層の成長）
次いで、実施例３と同条件でＰ型ＧａＮ層を層厚み２３ｎｍで形成した。この基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｐ型ＧａＮ層の表面粗さを実施例１と同様の方法により測定した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは１．３１ｎｍであった。なお、積層体を作製する場合に比べて、発光素子を作製する場合には、Ｐ型ＧａＮ層の表面のＲＭＳが大きくなる傾向にある。
【０１０１】
次いで、得られた基板を複数個の１５ｍｍ角程度の正方形に切断し、窒素雰囲気中，２０分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、フォトリソグラフィーにより所定のレジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない窓部を反応性イオンエッチングによりＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（Ｎ型クラッド層）の表面が露出するまでエッチングした。その後、ＳｉドープＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層表面に真空蒸着法によりＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）電極（負電極）を形成し、窒素雰囲気中，１分間，９００℃の条件で熱処理を行った。次いで、Ｐ型ＧａＮ層表面に、真空蒸着法によりＮｉ（５ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）電極（正電極）を形成した後、酸素雰囲気中，３分間，５５０℃の条件で熱処理を行い、発光素子を完成させた。
【０１０２】
（発光素子の特性評価）
得られた発光素子に対して電極間に順方向電圧を印加して発光ダイオード特性を評価したところ、順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は９．６Ｖであり、光出力は０．６０ｍＷであった。また、発光ピーク波長は２６７ｎｍであった。
【０１０３】
（実施例１０）
実施例９のＮｉ／Ａｕ電極上に、真空蒸着法によりＡｌ（１００ｎｍ）／Ａｕ（５ｎｍ）を形成し、再度同様の発光素子の特性評価を行った。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧および発光ピーク波長は、実施例９と同じであった。光出力は０．６７ｍＷであり、Ａｌ金属層を追加することにより出力が向上した。
【０１０４】
（実施例１１）
実施例１０のＰ型ＧａＮ層の層厚みを６ｎｍ（実施例５と同条件）とした以外は同様の条件で発光ダイオードを作製した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは２．１４ｎｍであった。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は９．６Ｖであり、実施例１０と同じであった。また、光出力は０．７２ｍＷであり、実施例１０と比較して出力が向上した。また、発光ピーク波長は２６６ｎｍであった。
【０１０５】
（比較例７）
実施例９のＰ型ＧａＮ層形成時のＣｐ２Ｍｇ流量を０．１３μｍｏｌ／ｍｉｎ（比較例２と同条件）とした以外は同様の条件でＰ型ＧａＮ層を形成し、発光ダイオードを作製した。Ｐ型ＧａＮ層の表面は平滑であり、ＲＭＳは１．２３ｎｍであった。順方向電流２０ｍＡにおける動作電圧は１５．６Ｖであり、実施例９と比べて動作電圧が増加した。また光出力は０．５８ｍＷ、発光ピーク波長は２６９ｎｍであり、実施例９と同程度であった。
【符号の説明】
【０１０６】
１… III族窒化物半導体素子
１０… III族窒化物積層体
１５…Ｐ型クラッド層
１６…Ｐ型キャップ層
１３… Ｎ型クラッド層
１４… 活性層
２０… 負電極
２１… 正電極
２３… 反射電極層
１１… 基板
１２… バッファ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＩｎＮ層と、不純物原子がドープされたＰ型ＧａＮ層と、を有し、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層を組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表した場合に、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である関係を満足するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層上に前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程を有し、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚みをＴ[ｎｍ]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、
下記式（１）、及び（２）を満足するように前記Ｐ型ＧａＮ層を形成することを特徴とするIII族窒化物積層体の製造方法。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【請求項２】
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるIII族原料に対するＶ族原料のモル比を示すＶ／III比が８５００以上であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項３】
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ以下であり、
前記Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）と前記不純物原子原料の流量（Ｆｉ）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０５以上０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項４】
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ超４０ｎｍ以下であり、
前記Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）と前記不純物原子原料の流量（Ｆｉ）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法で得られたIII族窒化物積層体上に、少なくともＡｌ金属層を含む電極を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１】
ＡｌＧａＩｎＮ層と、不純物原子がドープされたＰ型ＧａＮ層と、を有し、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層を組成式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮで表した場合に、前記組成式中のＸ、ＹおよびＺが、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．０，Ｙ≧０，Ｚ≧０，０．５≦Ｘ≦１．０である関係を満足するIII族窒化物積層体を製造する方法であって、
前記ＡｌＧａＩｎＮ層上に前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程を有し、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚みをＴ[ｎｍ]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み方向における成長速度をＧＲ[ｎｍ／分]とし、
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるＧａ原料の流量をＦＧａ［μｍｏｌ／分］とし、不純物原子原料の流量をＦｉ[μｍｏｌ／分]としたときに、
下記式（１）、及び（２）を満足するように前記Ｐ型ＧａＮ層を形成することを特徴とするIII族窒化物積層体の製造方法。
０．１５ ≦ ＧＲ ≦ ２．０ （１）
０．１ ＜ （Ｆｉ／ＦＧａ）×ｌｎ（Ｔ） ≦ ０．４ （２）
【請求項２】
前記Ｐ型ＧａＮ層を形成する工程において、前記Ｐ型ＧａＮ層を形成するために用いられるIII族原料に対するＶ族原料のモル比を示すＶ／III比が８５００以上であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項３】
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ以下であり、
前記Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）と前記不純物原子原料の流量（Ｆｉ）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０５以上０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項４】
前記Ｐ型ＧａＮ層の層厚み（Ｔ）が１５ｎｍ超４０ｎｍ以下であり、
前記Ｇａ原料の流量（ＦＧａ）と前記不純物原子原料の流量（Ｆｉ）との比（Ｆｉ／ＦＧａ）が０．０３以上０．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物積層体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法で得られたIII族窒化物積層体上に、少なくともＡｌ金属層を含む電極を形成する工程を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４８６２５（Ｐ２０１２−２４８６２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８２４４（Ｐ２０１１−１１８２４４）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
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