JP2001060719A

JP2001060719A - 窒化物半導体発光ダイオード

Info

Publication number: JP2001060719A
Application number: JP23300199A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mukai; 孝志向井
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-03-06
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: JP4005275B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率の高い発光出力の良好な、発光ピー
ク波長が３８０ｎｍ以下の紫外領域に発光する窒化物半
導体素子を提供することである。【解決手段】転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半
導体基板１上に、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下の窒
化物半導体からなる素子構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、太陽電池、光
センサーなどの発光素子、受光素子に使用される窒化物
半導体素子（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）に関し、特に、発光ピーク波長が３８０ｎｍ
以下の紫外領域に発光する窒化物半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外ＬＥＤが実用レベルとなって
いる。例えば、応用物理、第６８巻、第２号（１９９
９）、ｐ１５２〜ｐ１５５には、サファイア基板上に、
ＧａＮバッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、アンドープＩｎＧａＮの活性層（Ｉ
ｎ組成はほとんどゼロ）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、
ｐ型ＧａＮコンタクト層が積層されてなる窒化物半導体
素子が記載されている。この紫外ＬＥＤは、発光ピーク
波長が３７１ｎｍの場合には、発光出力が５ｍＷとなる
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、紫外Ｌ
ＥＤの応用の幅を広げるために、さらに短波長化にする
ことが望まれるが、発光ピーク波長を３７１ｎｍより短
波長にすると発光出力が急激に低くなる。この理由は定
かではないが、Ｉｎの非常に少ない又はＩｎのない状態
では、活性層の発光効率が極端に低下するためと考えら
れる。紫外ＬＥＤ、特に３７１ｎｍより短波長の発光ピ
ーク波長を有するＬＥＤの発光効率を向上させることが
できれば、励起光源をはじめとして多くの応用が可能と
なる。

【０００４】そこで、本発明の目的は、発光効率の高い
発光出力の良好な、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下の
紫外領域に発光する窒化物半導体素子を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（１）〜（２）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。（１）転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導体基
板上に、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下の窒化物半導
体からなる素子構造を形成してなることを特徴とする窒
化物半導体発光ダイオード。（２）前記転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導
体基板が、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板
又は窒化物半導体基板上に、窒化物半導体の横方向の成
長を利用して成長させてなるものであることを特徴とす
る前記（２）に記載の窒化物半導体素子。

【０００６】つまり、本発明は、基板として、転位密度
が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導体基板上に、素子構造
を形成することにより、良好な発光効率を有する発光ピ
ーク波長が３８０ｎｍ以下の窒化物半導体素子を提供す
ることができる。

【０００７】従来公知の青色や緑色のＬＥＤは、発光効
率が高く既に商品化されている。この青色及び緑色のＬ
ＥＤは、格子定数が異なるサファイア基板上に成長され
ており、格子定数不一致による多くの貫通転位が存在す
るにもかかわらず良好な発光効率を有している。一方、
紫外ＬＥＤは、青色及び緑色のＬＥＤと同様に、サファ
イア基板に成長されているが、前記したように発光効率
が悪いために発光出力が低く、特に３７１ｎｍより短波
長では極端に発光出力が低下する。

【０００８】このような発光効率の相違について、本発
明者は種々検討の結果、活性層のＩｎ組成比により、発
光のメカニズムに大きな違いがあるのではないかと考え
た。この発光メカニズムの相違は、前記応用物理、第６
８巻、第２号に記載されている、青色ＬＥＤでは順方向
電流が増加するにつれてブルーシフトするが、紫外ＬＥ
Ｄでは順方向電流の増加に従いレッドシフトすることか
らも推測される。また、サファイア基板との格子定数不
一致による貫通転位の部分では、活性層に注入されたキ
ャリアが非発光再結合し、発光に関与しなくなる。青色
や緑色ＬＥＤの場合には、恐らく、活性層でＩｎ組成不
均一が生じ、Ｉｎが多く含まれる部分のバンドギャップ
エネルギーが小さくなってポテンシャルの谷が形成さ
れ、この谷に、活性層に注入されたキャリアが良好に閉
じ込められ、そして、ポテンシャルンの谷に閉じ込めら
れたキャリアは、良好に発光再結合するために、高発光
効率を有するのではないかと考えられる。これに対し
て、紫外ＬＥＤの場合には、活性層のＩｎ含有量が非常
に小さいため、Ｉｎ組成不均一で生じるポテンシャルの
谷が浅く、さらにポテンシャルの谷の密度が小さいなど
の理由で、活性層に注入されたキャリアを閉じ込めてお
く効果が小さく、その結果、活性層に注入されたキャリ
アの一部が拡散により非発光再結合中心へ到達し非発光
再結合するために発光効率が悪くなると考えられる。

【０００９】そこで、本発明者は、以上のように、活性
層での発光効率の低下の原因が、貫通転位による非発光
再結合中心の形成によるためでなはないかという考察を
もとに、非発光再結合中心となる貫通転位の少ない窒化
物半導体を基板として用いることにより、キャリアが良
好に発光再結合して発光効率を向上させることを達成し
ている。本発明は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下の
ＬＥＤの場合に、発光効率が極端に低下すると言った問
題点を、転位密度の極めて少ないかほとんど転位のない
窒化物半導体を基板とすることで、発光効率を向上させ
ることができるものである。また、本発明において、転
位密度の測定方法は、透過型電子顕微鏡による観察（Ｔ
ＥＭ法）である。このＴＥＭ法により、転位密度が１０
⁶／ｃｍ²以下となる窒化物半導体基板を用いると発光効
率を良好に向上させることができる。転位密度が１０⁶
／ｃｍ²以下とは、転位密度がほとんどゼロか、転位が
存在しない状態を示す。

【００１０】また、本発明において、基板となる転位密
度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導体が、窒化物半導体
と異なる材料よりなる異種基板又は窒化物半導体基板上
に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して成長（ＥＬ
ＯＧ成長：epitaxially laterally overgrown GaN 成
長）させたものであると、転位密度を良好に低減させる
ことができ、貫通転位部分での非発光再結合を防止し発
光効率を向上させる点で好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体素子は、少
なくとも発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下であって、且
つ、転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導体基板上
に成長されてなるものであれば特に限定されない。具体
的な好ましい素子としては、例えば図１に示される素子
を挙げることができる。図１は、本発明の一実施の形態
である窒化物半導体素子の模式的断面図である。図１に
は、転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下のＧａＮ基板１上に、
バッファ層２、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ＜０．１）を含
んでなるｎ型コンタクト層３、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ
＜０．３）を含んでなるｎ型クラッド層４、Ｉｎ_fＧａ
_1-fＮ（０≦ｆ＜０．１）の活性層５、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ
（０＜ｄ＜０．４）を含んでなるｐ型クラッド層６、Ａ
ｌ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜０．１）を含んでなるｐ型コン
タクト層７を積層成長させてなり、発光ピーク波長が３
８０ｎｍ以下の窒化物半導体素子が記載されている。そ
して、ｎ型コンタクト層３にはｎ電極が、ｐ型コンタク
ト層７にはｐ電極がそれぞれ形成されている。

【００１２】以下に、素子構造を形成するための転位密
度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半導体基板について説明
する。［窒化物半導体基板１］本発明において、素子構造を形
成するための窒化物半導体基板１としては、転位密度が
１０⁶／ｃｍ²以下であるＧａＮからなる窒化物半導体が
挙げられる。転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下となるＧａＮ
の成長方法としては、特に限定されず、少なくとも転位
密度が少なくなるような成長方法であればよい。例えば
好ましくは、窒化物半導体の縦方向の成長を少なくとも
部分的に一時的止めて、横方向の成長を利用して転位を
抑制することのできる成長方法（ＥＬＯＧ成長）をあげ
ることができる。

【００１３】例えばＥＬＯＧ成長の具体例としては、窒
化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物
半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる
保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成
長させることにより、保護膜が形成されていない部分か
ら窒化物半導体が成長し、成長を続けることにより保護
膜上に向かって横方向に成長することにより厚膜の窒化
物半導体（ＥＬＯＧ基板）が得られる成長方法が挙げら
れる。このような成長方法としては、例えば特願平１０
−２７５８２６号、特願平１０−１１９３７７号、特願
平１０−１４６４３１号、特願平１１−３７８２６号、
各明細書に記載の方法が挙げられる。

【００１４】また、その他のＥＬＯＧ成長の具体例とし
ては、保護膜を用いない方法であり、窒化物半導体と異
なる材料からなる異種基板上に成長させた窒化物半導体
上に、凹凸を形成し、この上から再び窒化物半導体を成
長させてなる窒化物半導体（ＥＬＯＧ基板）が得られる
成長方法が挙げられる。また、保護膜を用いず、窒化物
半導体の表面を部分的に改質して窒化物半導体の横方向
の成長を意図的に行わせる方法が挙げられる。このよう
な成長方法としては、例えば特願平１１−３７８２２７
号、特願平１１−１６８０７９号、特願平１１−１４２
４００号、各明細書に記載の方法が挙げられる。

【００１５】また更に、上記のようなＥＬＯＧ成長等に
より得られた窒化物半導体を基板とし、この窒化物半導
体上に、上記に示したような保護膜を用いて行う又は凹
凸を形成する等のＥＬＯＧ成長を繰り返して転位を良好
に低減される窒化物半導体を得る成長方法が挙げられ
る。このような成長方法としては、例えば特願平１１−
８０２８８号明細書に記載の方法が挙げられる。

【００１６】上記したＥＬＯＧ成長として好ましくは保
護膜を用いないで成長させる方法、及び窒化物半導体上
にＥＬＯＧ成長させる方法である。このような方法で行
うと転位の低減の点で好ましく、さらには転位の低減さ
れたＥＬＯＧ基板上に素子構造を形成すると、しきい値
電流密度の低減及び寿命特性の向上の点で好ましい。上
記に挙げたＥＬＯＧ成長方法についての詳細は、上記列
記した各号明細書の記載の通りであるが、好ましい一例
を以下に示す。しかし、本発明はこれに限定されない。

【００１７】以下に、本発明に用いることのできる好ま
しいＥＬＯＧ成長の一実施の形態を図２を用いて説明す
る。図２（ａ−１〜ａ−４）は、窒化物半導体の成長方
法の一実施の形態を段階的に示した模式図である。ま
ず、図２（ａ−１）の第１の工程において、異種基板４
１上に第１の窒化物半導体４２を成長させ、図２（ａ−
２）の第２の工程において、第１の窒化物半導体４２に
凹凸を形成し、続いて図２（ａ−３）の第３の工程にお
いて、凹凸の形成された第１の窒化物半導体４２上に、
常圧以上の圧力条件下で、第２の窒化物半導体４３を成
長させる。

【００１８】以下に上記各工程ごとに図２を用いて更に
詳細に説明する。（第１の工程）図２（ａ−１）は異種基板４１上に、第
１の窒化物半導体４２を成長させる第１の工程を行った
模式的段面図である。この第１の工程において、用いる
ことのできる異種基板４１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ
面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピ
ネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、
従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用い
ることができる。好ましい異種基板としては、サファイ
ア、スピネルが挙げられる。異種基板としてサファイア
を用いる場合、サファイアの主面をどの面にするかによ
り、凹凸を形成した時の凸部上部と凹部側面の窒化物半
導体の面方位が特定される傾向があり、その面方位によ
って、窒化物半導体の成長速度がやや異なることから、
凹部側面に成長し易い面方位がくるように主面を選択し
てもよい。

【００１９】また、第１の工程において、異種基板４１
上に第１の窒化物半導体４２を成長させる前に、異種基
板４１上にバッファ層（図示されていない）を形成して
もよい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は、９０
０℃以下３００℃以上の温度で、膜厚０．５μｍ〜１０
オングストロームで成長される。このように異種基板１
上にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異
種基板４１と第１の窒化物半導体４２との格子定数不正
を緩和し、第１の窒化物半導体４２の結晶欠陥が少なく
なる傾向にある。

【００２０】第１の工程において、異種基板４１上に形
成される第１の窒化物半導体４２としては、アンドープ
（不純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを
用いることができる。第１の窒化物半導体４２は、高
温、具体的には約９００℃より高温〜１１００℃、好ま
しくは１０５０℃で異種基板４１上に成長される。この
ような温度で成長させると、第１の窒化物半導体４２は
単結晶となる。第１の窒化物半導体４２の膜厚は特に限
定しないが、凹部内部での縦方向の成長を抑えて、横方
向の成長が促進できるように、凹凸の形状を調整するこ
とが可能な膜厚であることが好ましく、少なくとも５０
０オングストローム以上、好ましくは５μｍ以上、より
好ましくは１０μｍ以上の膜厚で形成する。

【００２１】（第２の工程）次に、図２（ａ−２）は異
種基板４１上に第１の窒化物半導体４２を成長させた
後、第１の窒化物半導体４２に部分的に凹凸を形成し
て、凹部側面に第１の窒化物半導体４２を露出させてな
る模式的断面図である。

【００２２】第２の工程において、部分的に凹凸を形成
するとは、少なくとも凹部側面に第１の窒化物半導体４
２が露出されるように、第１の窒化物半導体４２の表面
から異種基板４１方向に窪みを形成してあればよく、第
１の窒化物半導体４２にいずれの形状で凹凸を設けても
よく、例えば、ランダムな窪み、ストライプ状、碁盤目
状、ドット状に形成できる。好ましい形状としては、ス
トライプ状であり、この形状とすると、異常成長が少な
く、より平坦に埋まり好ましい。第１の窒化物半導体４
２に部分的に設けられた凹凸は、第１の窒化物半導体４
２の途中まで、異種基板に達する深さまで、又は異種基
板に達する深さまでエッチングしエッチング深さが５０
０〜３０００オングストローム（好ましくは１０００〜
２０００オングストローム）となる深さまでの形状で形
成され、好ましくは異種基板が露出する程度の深さ、又
は異種基板を上記の深さで削った形状であり、より好ま
しくは、異種基板を上記の深さで削った形状が好まし
い。

【００２３】凹凸の形状は、凹部側面の長さや、凸部上
部の幅と凹部底部の幅などは、特に限定されないが、少
なくとも凹部内での縦方向の成長が抑制され、凹部開口
部から厚膜に成長する第２の窒化物半導体４３が凹部側
面から横方向に成長したものとなるように調整されてい
ることが好ましい。凹凸の形状をストライプ状とする場
合、ストライプの形状として特に限定されないが、例え
ばストライプ幅（凸部上部の幅）を１〜２０μｍ、好ま
しくは１〜１０μｍであり、ストライプ間隔（凹部底部
の幅）を１０〜４０μｍ、好ましくは１５〜３５μｍで
あるものを形成することができる。このようなストライ
プ形状を有していると、転位の低減と面状態を良好にす
る点で好ましい。凹部開口部から成長する第２の窒化物
半導体４３の部分を多くするには、凹部底部の幅を広く
し、凸部上部の幅を狭くすることで可能となり、このよ
うにすると転位の低減された部分を多くすることができ
る。凹部底部の幅を広くした場合には、凹部の深さを深
めにすることが、凹部底部から成長する可能性のある縦
方向の成長を防止するのに好ましい。

【００２４】第２の工程で凹凸を設ける方法としては、
第１の窒化物半導体４２を一部分取り除くことができる
方法であればいずれの方法でもよく、例えばエッチン
グ、ダイシング等が挙げられる。エッチングにより、第
１の窒化物半導体４２に部分的（選択的）に凹凸を形成
する場合は、フォトリソグラフィー技術における種々の
形状のマスクパターンを用いて、ストライプ状、碁盤目
状等のフォトマスクを作製し、レジストパターンを第１
の窒化物半導体２に形成してエッチングすることにより
形成できる。フォトマスクは、エッチングして凹凸を形
成後に除去される。また、ダイシングで行う場合は、例
えば、ストライプ状や碁盤目状に形成できる。

【００２５】第２の工程において窒化物半導体をエッチ
ングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッチ
ング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好まし
くはドライエッチングを用いる。ドライエッチングに
は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロト
ロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等
の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択する
ことにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例
えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号
公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用
いることができる。また、エッチングによって凹凸を形
成する場合、エッチング面（凹部側面）が、図２（ａ−
２）に示すように異種基板に対して端面がほぼ垂直とな
る形状、又は順メサ形状や逆メサ形状でもよく、あるい
は階段状になるように形成された形状等がある。好まし
くは転位の低減や面状態の良好性などの点から、垂直、
逆メサ、順メサであり、より好ましくは垂直である。

【００２６】また、第２の工程において、凹凸の形状を
ストライプ状とする場合に、ストライプを、図５（ｂ）
に示すように、オリフラ面を例えばサファイアのＡ面と
し、このオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、
θ＝０．１°〜１°、好ましくはθ＝０．１°〜０．５
°ずらして形成すると、成長面がより平坦な良好な結晶
が得られ好ましい。ちなみに、図５（ｂ）のθが０°の
場合は、表面が平坦にならない場合があり、このような
状態の成長面に素子構造を形成すると、素子特性の低下
が生じ易くなる傾向が見られる。表面が平坦であると歩
留まりの向上の点でも好ましい。

【００２７】（第３の工程）次に、図２（ａ−３）は、
エッチングにより凹凸を有する第１の窒化物半導体４２
上に、常圧以上の加圧条件下で、第２の窒化物半導体４
３を成長させる第３の工程を行った模式的断面図であ
る。第２の窒化物半導体４３としては、前記第１の窒化
物半導体４２と同様のものを用いることができる。第２
の窒化物半導体４３の成長温度は、第１の窒化物半導体
４２を成長させる場合と同様であり、このような温度で
成長させる第２の窒化物半導体４３は単結晶となる。ま
た、第２の窒化物半導体４３を成長させる際に、不純物
（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、
及びＭｇ等）をドープして成長させる、または窒化物半
導体の原料となるＩＩＩ族とＶ族の成分のモル比（ＩＩ
Ｉ／Ｖのモル比）を調整して成長させる等により、横方
向の成長を縦方向の成長に比べて促進させ転位を低減さ
せる点で好ましく、さらに第２の窒化物半導体４３の表
面の面状態を良好にする点で好ましい。

【００２８】上記の常圧以上の加圧条件とは、常圧（意
図的に圧力を加えない状態の圧力）から、装置などを調
整し意図的に圧力を加えて加圧条件にした状態で反応を
行うことである。具体的な圧力としては、常圧以上の圧
力であれば特に限定されないが、好ましくは常圧（ほぼ
１気圧）〜２．５気圧であり、好ましい圧力としては、
常圧〜１．５気圧である。このような圧力の条件下で第
２の窒化物半導体を成長させると、第２の窒化物半導体
の表面の面状態を良好にする点で好ましい。

【００２９】また、第３の工程において、凹部内部では
凹部の側面から横方向に成長するものと、凹部底部から
縦方向に成長するものとがあると思われるが、成長し続
ける過程で、凹部側面から成長した第２の窒化物半導体
同士が接合し、凹部底部からの成長を抑制する。その結
果、凹部開口部から成長した第２の窒化物半導体には転
位がほとんど見られない。凹部底部からの縦方向の成長
は、凹部側面からの横方向の成長に比べ、成長速度が遅
いと思われる。また、凹部底部の表面が、サファイアな
どの異種基板であると、凹部底部からの第２の窒化物半
導体の成長が抑制され、凹部側面からの第２の窒化物半
導体の成長が良好となり、転位の低減の点で好ましい。

【００３０】一方、凸部上部から成長した第２の窒化物
半導体部分には、凹部開口部から成長するものに比べて
やや多めの転位が見られるが、凸部上部に縦方向に成長
を始める窒化物半導体も、縦方向に成長する速度より
も、凹部開口部に向かって横方向に成長する傾向があ
り、凹凸を形成しないで縦方向に成長させた場合に比べ
れば転位が低減する。また、本発明の第２及び第３の工
程を繰り返すことで、凸部上部の転位をなくすことがで
きる。また、凸部上部と凹部内部から成長した第２の窒
化物半導体は、成長の過程で接合し、図２（ａ−４）の
ようになる。

【００３１】更に、第３の工程において、第２の窒化物
半導体を成長させる際に、圧力を常圧以上の加圧条件に
調整することにより、第２の窒化物半導体の表面が異常
成長の少ない平坦な良好な面状態となる。

【００３２】また、本発明において、第２及び第３の工
程を繰り返す場合、図２（ｂ−１）に示すように、第１
の窒化物半導体に形成した凹部上部に凸部が、第１の窒
化物半導体に形成した凸部上部に凹部が、それぞれ位置
するように第２の窒化物半導体に部分的に凹凸を形成す
る。そして凹凸を形成された第２の窒化物半導体上に第
３の窒化物半導体４を成長させる。第３の窒化物半導体
４は、全体的に転位の少ない窒化物半導体となり好まし
い。第３の窒化物半導体としては第２の窒化物半導体と
同様のものを成長させる。また、第２及び第３の工程を
繰り返す場合、第２の窒化物半導体の膜厚を、繰り返さ
ない場合に比べて、やや薄く成長させ、第２の窒化物半
導体に形成される凹部底部がサファイアなどの異種基板
面となるように第２の窒化物半導体をエッチングする
と、転位のより少ない面状態の良好な第３の窒化物半導
体が得られ好ましい。

【００３３】また、第２の窒化物半導体４３は、この上
に素子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板
となるが、素子構造を形成するには異種基板を予め除去
してから行う場合と、異種基板等を残して行う場合があ
る。また、素子構造を形成した後で異種基板を除去する
場合もある。異種基板等を除去する場合の第２の窒化物
半導体５の膜厚は、５０μｍ以上、好ましくは１００μ
ｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。この範囲で
あると異種基板及び保護膜等を研磨除去しても、第２の
窒化物半導体４３が割れにくくハンドリングが容易とな
り好ましい。

【００３４】また異種基板等を残して行う場合の第２の
窒化物半導体４３の膜厚は、特に限定されないが、１０
０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは
２０μｍ以下である。この範囲であると異種基板と窒化
物半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止で
き、更に素子基板となる第２の窒化物半導体４５の上に
素子構造となる窒化物半導体を良好に成長させることが
できる。

【００３５】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第１の窒化物半導体４２、及び第２の窒化物半導体
４３を成長させる方法としては、特に限定されないが、
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、Ｍ
ＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体
を成長させるのに知られている全ての方法を適用でき
る。好ましい成長方法としては、膜厚が１００μｍ以下
ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度をコントロールし
易い。また膜厚が１００μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長
速度が速くてコントロールが難しい。

【００３６】また本発明において、第２の窒化物半導体
４３上には、素子構造となる窒化物半導体を形成するこ
とができるので、明細書内において第２の窒化物半導体
を素子基板又は窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００３７】また第１の工程における前記異種基板とな
る材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステッ
プ状にオフアングルさせた基板を用いたほうが好まし
い。オフアングルさせた基板を用いると、表面に３次元
成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦に
なり易い。更にステップ状にオフアングルされているサ
ファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サ
ファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化
物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、
レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくな
り好ましい。

【００３８】更に好ましい異種基板としては、（０００
１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア、（１１２−０）
面[Ａ面]を主面とするサファイア、又は（１１１）面を
主面とするスピネルである。ここで異種基板が、（００
０１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前
記第１の窒化物半導体等に形成される凹凸のストライプ
形状が、そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]に対
して垂直なストライプ形状を有していること［窒化物半
導体の（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを
形成すること］が好ましく、また、オフアングルのオフ
角θ（図７に示すθ）は０．１°〜０．５°、好ましく
は０．１°〜０．２°が好ましい。また（１１２−０）
面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前記凹凸
のストライプ形状はそのサファイアの（１１−０２）面
[Ｒ面]に対して垂直なストライプ形状を有していること
が好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルで
あるとき、前記凹凸のストライプ形状はそのスピネルの
（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有してい
ることが好ましい。ここでは、凹凸がストライプ形状の
場合について記載したが、本発明においてサファイアの
Ａ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に窒化物半導体
が横方向に成長し易いので、これらの面に第１の窒化物
半導体の端面が形成されるように第１の窒化物半導体２
に段差を形成するために保護膜の形成を考慮することが
好ましい。

【００３９】本発明に用いられる異種基板について図を
用いて更に詳細に説明する。図３はサファイアの結晶構
造を示すユニットセル図である。まず本発明の方法にお
いて、Ｃ面を主面とするサファイアを用い、凹凸はサフ
ァイアＡ面に対して垂直なストライプ形状とする場合に
ついて説明する。例えば、図５（ａ）は主面側のサファ
イア基板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主
面とし、オリエンテーションフラット（オリフラ）面を
Ａ面としている。この図に示すように凹凸のストライプ
をＡ面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを
形成する。図５（ａ）に示すように、サファイアＣ面上
に窒化物半導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は
面内ではＡ面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直
な方向では成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対し
て垂直な方向でストライプを設けると、ストライプとス
トライプの間の窒化物半導体がつながって成長しやすく
なり、図２に示したような結晶成長が容易に可能となる
と考えられるが詳細は定かではない。さらに、前記した
ように図５（ｂ）のように、わずかにずらすと面状態が
良好となり好ましい。

【００４０】次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を
用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例え
ばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向
に、互いに平行なストライプを形成することにより、ス
トライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾
向にあるため、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を成長
させることができる。

【００４１】また次に、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）に対
しても、窒化物半導体の成長は異方性があり、窒化物半
導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１
０）面とすると、窒化物半導体は（１１０）面に対して
平行方向に成長しやすい傾向がある。従って、（１１
０）面に対して垂直方向にストライプを形成すると窒化
物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部
でつながって、結晶欠陥の少ない結晶を成長できる。な
おスピネルは四方晶であるため特に図示していない。

【００４２】また、以下に、オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向が、サファイア基板のＡ
面に対して垂直に形成されてなる場合について図４を用
いて説明する。ステップ状にオフアングルしたサファイ
アなどの異種基板は、図４に示すようにほぼ水平なテラ
ス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａ
の表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されている。
このようなオフ角θを有するステップ状部分は、基板全
体にわたって連続して形成されていることが望ましい
が、特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角θ
とは、図４に示すように、複数の段差の底部を結んだ直
線と、最上層のステップの水平面との角度を示すものと
する。また異種基板はオフ角が０．１°〜０．５°、好
ましくは０．１°〜０．２°である。オフ角を上記範囲
とすると、第１の窒化物半導体４２表面は細かな筋状の
モフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体４３表面）は波状のモフォロジーとなり、
この基板を用いて得られる窒化物半導体素子は平滑で、
特性も長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上したも
のが得られる。

【００４３】またさらに、上記のＥＬＯＧ成長等により
得られた窒化物半導体基板上に更にＥＬＯＧ成長を行っ
て得られる窒化物半導体を素子構造の基板とすると、転
位の低減及び反りの低減などが良好となり、本発明の効
果を得るのに好ましい。この好ましい一実施の形態とし
ては、特願平１１−８０２８８号明細書に記載されてい
る内容が挙げられる。例えば好ましい一例として、上記
の図２に示された工程により得られた第２の窒化物半導
体４３上に更に、例えばＨＶＰＥなどによって厚膜、例
えば８０〜５００μｍの第３の窒化物半導体を成長さ
せ、その後、異種基板などを除去して第３の窒化物半導
体のみとし、この第３の窒化物半導体の異種基板除去面
とは反対の面上に、ＨＶＰＥ等により第４の窒化物半導
体を成長させる。第４の窒化物半導体の膜厚は、第３の
窒化物半導体の膜厚と、第４の窒化物半導体の膜厚の合
計が、例えば好ましくは４００〜８０μｍ程度の膜厚と
なるように調整される。このような第３及び第４の窒化
物半導体からなる窒化物半導体上にＥＬＯＧ成長を繰り
返すと転位が良好に低減された窒化物半導体基板を得る
ことができ、本発明の効果を得るのに好ましい。

【００４４】上記のような、転位の少ない窒化物半導体
を基板とし、この基板上に素子構造を形成すれば結晶性
の良好な素子が得られ、発光効率の向上の点で好まし
い。さらにしきい値電流密度の低減及び寿命特性の向上
の点でも好ましい。

【００４５】以下に、図１に示される素子構造について
説明する。しかし、本発明は、発光ピーク波長が３８０
ｎｍとなるような活性層を有する素子構造であれば特に
限定されない。

【００４６】［ｎ型コンタクト層３］本発明において、
ｎ型コンタクト層３としては、少なくともＡｌ_aＧａ_1-a
Ｎ（０≦ａ＜０．５、好ましくは０＜ａ＜０．５、より
好ましくは０．０１＜ａ＜０．０５）を含んでなる窒化
物半導体層である。ｎ型コンタクト層がＡｌを含み更に
Ａｌ組成比が上記範囲であると、自己吸収の防止と共
に、結晶性とオーミック接触の点で好ましい。更に前記
ｎ型コンタクト層３は、ｎ型不純物を１×１０¹⁷〜１×
１０¹⁹／ｃｍ ³、好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／
ｃｍ³の濃度で含有していると、オーミック接触の維
持、クラック発生の防止、結晶性の維持の点で好まし
い。このようにｎ型コンタクト層を構成するＡｌ組成比
とｎ型不純物濃度を組み合わせると、自己吸収を防止で
きると共に、オーミック接触やクラック防止の点で好ま
しい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例え
ば、Ｓｉ、Ｇｅ等が挙げられ、好ましくはＳｉである。
ｎ型コンタクト層３の膜厚は、特に限定されないが、
０．１〜２０μｍが好ましく、より好ましくは１〜１０
μｍである。膜厚がこの範囲であると、界面付近（例え
ばｎ型クラッド層との界面付近）の結晶性（下地とし
て）と抵抗率の低下の点で好ましい。

【００４７】［ｎ型クラッド層４］本発明において、ｎ
型クラッド層４としては、活性層５のバンドギャップエ
ネルギーより大きくなる組成であり、活性層５へのキャ
リアの閉じ込めが可能であれば特に限定されないが、好
ましい組成としては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０＜ｅ＜０．
３、好ましくは０．１＜ｅ＜０．２）のものが挙げられ
る。ｎ型クラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなる
と、活性層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｎ
型クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましく
は０．０１〜０．１μｍであり、より好ましくは０．０
３〜０．０６μｍである。ｎ型クラッド層のｎ型不純物
濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０¹⁷〜
１×１０²⁰／ｃｍ³であり、より好ましくは１×１０¹⁸
〜１×１０¹⁹／ｃｍ³である。不純物濃度がこの範囲で
あると、抵抗率及び結晶性の点で好ましい。

【００４８】ｎ型クラッド層は、上記のような単一層の
他に、多層膜層（超格子構造を含む）とすることもでき
る。多層膜層の場合は、上記のＡｌ_eＧａ_1-eＮと、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
とからなる多層膜層であればよいが、例えばバンドギャ
ップエネルギーの小さい層としては、Ｉｎ_hＧａ_1-hＮ
（０≦ｈ＜１）、Ａｌ_jＧａ_1-jＮ（０≦ｊ＜１、ｅ＞
ｊ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、
特に限定されないが、超格子構造の場合は、一層の膜厚
が１００オングストローム以下、好ましくは７０オング
ストローム以下、より好ましくは１０〜４０オングスト
ロームと、超格子構造を形成しない単一層の場合は、上
記の組成からなる層とすることができる。また、ｎ型ク
ラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バ
ンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層で
ある場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小
さい層の少なくともいずれか一方にｎ型不純物をドープ
させてもよい。また、バンドギャップエネルギーの大き
い層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量
は同一でも異なってもよい。

【００４９】［活性層５］本発明において、活性層５と
しては、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下、好ましくは
発光ピーク波長が３７０ｎｍ以下となるような組成の窒
化物半導体が挙げられる。好ましくはＩｎ_fＧａ_1-fＮ
（０≦ｆ＜０．１）の窒化物半導体が挙げられる。活性
層のＩｎ組成比は、発光ピーク波長が短波長となるに従
いＩｎ組成比を小さくしていくが、Ｉｎ組成比はほとん
どゼロに近く、また波長によってはゼロでもよい。活性
層の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得
られる程度の膜厚が挙げられ、例えば好ましくは０．０
０１〜０．０１μｍであり、より好ましくは０．００３
〜０．００７μｍである。膜厚が上記範囲であると発光
出力の点で好ましい。また、活性層は、上記のような単
一量子井戸構造の他に、上記Ｉｎ_fＧａ_1-fＮを井戸層と
して、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大き
い組成からなる障壁層とからなる多重量子井戸構造とし
てもよい。また、活性層には、不純物をドープしてもよ
い。

【００５０】また、活性層のＩｎ組成比の調整として
は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下となるＩｎ組成比
であれば特に限定されず、具体的な値としては、例えば
下記の理論値の計算式から求められる値を近似的な値と
して挙げることができる。しかし、実際に発光させて得
られる波長は、量子井戸構造をとる量子準位が形成され
るため、波長のエネルギー（Ｅλ）がＩｎＧａＮのバン
ドギャップエネルギー（Ｅｇ）よりも大きくなり、図７
に示すように計算式などから求められる発光波長より、
短波長側へシフトする傾向がある。

【００５１】［理論値の計算式］Ｅｇ＝（１−χ）３．４０＋１．９５χ−Ｂχ（１−
χ）波長（ｎｍ）＝１２４０／ＥｇＥｇ：ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップエネルギー χ：Ｉｎの組成比３．４０（ｅＶ）：ＧａＮのバンドギャップエネルギー１．９５（ｅＶ）：ＩｎＮのバンドギャップエネルギーＢ：ボーイングパラメーターを示し、１〜６ｅＶとす
る。このようにボーイングパラメータが変動するのは、
最近の研究では、ＳＩＭＳ分析などから、従来は結晶に
歪みがないと仮定して１ｅＶとされていたが、Ｉｎ組成
比の割合や膜厚が薄い場合等により歪みの生じる程度が
異なり、１ｅＶ以上となることが明らかとなってきてい
るためである。

【００５２】上記のように井戸層のＳＩＭＳ分析などか
ら求められる具体的なＩｎ組成比から考えられる発振波
長と、実際に発振させたときの発振波長とには、やや相
違があるものの、実際の発振波長が所望する波長となる
ように調整される。

【００５３】［ｐ型クラッド層６］本発明において、ｐ
型クラッド層６としては、活性層５のバンドギャップエ
ネルギーより大きくなる組成であり、活性層５へのキャ
リアの閉じ込めができるものであれば特に限定されない
が、好ましくは、Ａｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ≦０．４、好
ましくは０．１５≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。
ｐ型クラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、
活性層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐ型ク
ラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは
０．０１〜０．１５μｍであり、より好ましくは０．０
４〜０．０８μｍである。ｐ型クラッド層のｐ型不純物
濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０¹⁸〜
１×１０²¹／ｃｍ³であり、より好ましくは１×１０¹⁹
〜１×１０²⁰／ｃｍ³である。ｐ型不純物濃度が上記範
囲であると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を
低下させる点で好ましい。

【００５４】ｐ型クラッド層は、上記のような単一層の
他に、多層膜層（超格子構造を含む）とすることもでき
る。多層膜層の場合は、上記のＡｌ_dＧａ_1-dＮと、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
とからなる多層膜層であればよいが、例えばバンドギャ
ップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の
場合と同様に、Ｉｎ_hＧａ_1-hＮ（０≦ｈ＜１）、Ａｌ_j
Ｇａ_1-jＮ（０≦ｊ＜１、ｅ＞ｊ）が挙げられる。多層
膜層を形成する各層の膜厚は、特に限定されないが、超
格子構造の場合は、一層の膜厚が１００オングストロー
ム以下、好ましくは７０オングストローム以下、より好
ましくは１０〜４０オングストロームと、超格子構造を
形成しない単一層の場合は、上記の組成からなる層とす
ることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャッ
プエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギー
の小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャッ
プエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいず
れか一方にｐ型不純物をドープさせてもよい。また、バ
ンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方
にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なってもよ
い。

【００５５】［ｐ型コンタクト層７］本発明において、
ｐ型コンタクト層７としては、少なくともＡｌ_bＧａ_1-b
Ｎ（０≦ｂ＜０．５、好ましくは０＜ｂ＜０．１、より
好ましくは０．０１≦ｂ≦０．０５）を含んでなる窒化
物半導体層である。ｐ型コンタクト層がＡｌを含んでな
るさらにＡｌ組成比が上記範囲であると、ｎ型コンタク
ト層の場合と同様に自己吸収の防止と共に、結晶性とオ
ーミック接触の点で好ましい。更に、前記ｐ型コンタク
ト層７は、ｐ型不純物を１×１０¹⁸〜１×１０²¹／ｃｍ
³、好ましくは５×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³の濃度で
含有していると、オーミック接触、クラック発生の防
止、結晶性、バルク抵抗の点で好ましい。このようにｐ
型コンタクト層を構成するＡｌ組成比とｎ型不純物濃度
を組み合わせると、自己吸収を防止できると共に、オー
ミック接触やクラック防止の点で好ましい。ｐ型不純物
としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇ
が挙げられる。ｐ型コンタクト層７の膜厚は、特に限定
されないが、０．０３〜０．５μｍが好ましく、より好
ましくは０．１〜０．１５μｍである。膜厚がこの範囲
であると、理由は定かではないが、光の取り出し効率及
び発光出力の点で好ましい。

【００５６】また、本発明において、ｐ電極及びｎ電極
は、種々のものを用いることができ、公知の電極材料等
から適宜選択して用いる。電極としての具体例は、後述
の実施例に記載されているものが挙げられる。

【００５７】また、本発明の素子は、ｐ側層をｐ型化し
て低抵抗とするために、アニーリング処理を行ってい
る。アニーリング処理としては、特許第２５４０７９１
号に記載されているように、気相成長法により、ｐ型不
純物がドープされた窒化ガリウム系化合物半導体を成長
させた後、実質的に水素を含まない雰囲気中、４００℃
以上の温度で熱処理を行い、ｐ型不純物がドープされた
窒化ガリウム系化合物半導体から水素を出すことにより
ｐ型にする方法が挙げられる。

【００５８】

【実施例】以下に、本発明の一実施の形態である実施例
を挙げて本発明を更に詳細に説明する。しかし、本発明
はこれに限定されない。また発明の詳細な説明に記載し
たように、Ｉｎ組成比の理論値の計算式の値と、量子井
戸構造をとる量子準位の形成による短波長へのシフトな
どによる実際の発振波長とは異なるために、実施例の活
性層のＩｎ組成比は近似的な値である。

【００５９】［実施例１］実施例１として、図１に示さ
れる本発明の一実施の形態である窒化物半導体発光素子
を作製する。

【００６０】異種基板４１として、図４に示すようにス
テップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフア
ングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オン
グストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロー
ムであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂
直であるサファイア基板を用意する。このサファイア基
板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キ
ャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａ
Ｎよりなる低温成長のバッファ層（図示されていない）
を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッフ
ァ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで
上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、
アンモニアを用い、アンドープのＧａＮからなる第１の
窒化物半導体層４２を２μｍの膜厚で成長させる。次
に、第１の窒化物半導体層４２を積層したウェーハ上に
ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置に
よりストライプ幅（凸部の上部になる部分）５μｍ、ス
トライプ間隔（凹部底部となる部分）１０μｍにパター
ニングされたＳｉＯ₂膜を形成し、続いて、ＲＩＥ装置
によりＳｉＯ₂膜の形成されていない部分の第１の窒化
物半導体層４２を全てエッチングし更にサファイアを１
２００オングストロームの深さまでエッチングして凹凸
を形成することにより、凹部側面に第１の窒化物半導体
層４２を露出させる。凹凸を形成後に、凸部上部のＳｉ
Ｏ ₂膜を除去する。なおストライプ方向は、図５（ｂ）
に示すように、オリフラ面に対して０．３°ずらして形
成する。次に、反応容器にセットし、常圧で、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮより
なる第２の窒化物半導体層４３を１５μｍの膜厚で成長
させ窒化物半導体基板１とする。得られた窒化物半導体
を窒化物半導体基板１として以下の素子構造を積層成長
させる（図２）。得られた窒化物半導体基板１の表面の
転位をＴＥＭ法により観測すると、凹部上部には転位が
ほとんど見られなく、凸部上部にはやや多めの転位が観
測された。この窒化物半導体基板上１に、下記の各層を
成長させる。

【００６１】（ｎ型コンタクト層３）次に、得られた窒
化物半導体基板１上に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、シラン（Ｓ
ｉＨ₄）を用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたｎ
型Ａｌ_0.04Ｇａ_0.96Ｎよりなるｎ型コンタクト層３を４
μｍの膜厚で成長させる。

【００６２】（ｎ型クラッド層４）次に１０５０℃でＴ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×
１０¹⁷／ｃｍ³ドープしたｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎより
なるｎ型クラッド層４を４００オングストロームの膜厚
で形成する。

【００６３】（活性層５）次に窒素雰囲気中、７００℃
でＴＭＩ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ
ＧａＮよりなる活性層を５５オングストロームの膜厚で
成長させる。Ｉｎ組成比は、測定不可能な程度に微量
（ほとんどゼロ又はゼロ）である。

【００６４】（ｐ型クラッド層６）次に水素雰囲気中、
１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇ
（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを
１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりな
るｐ型クラッド層６を６００オングストロームの膜厚で
成長させる。

【００６５】（ｐ型コンタクト層７）続いて、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇで、Ｍｇを１×１０²⁰
／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.04Ｇａ_0.96Ｎよりなるｐ型コ
ンタクト層７を０．１２μｍの膜厚で成長させる。

【００６６】成長終了後、窒素雰囲気中、ウェーハを反
応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ
型層をさらに低抵抗化した後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ型コンタクト層７の表面に所定の
形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、
図１に示すようにｎ型コンタクト層３の表面を露出させ
る。

【００６７】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層７のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉ
とＡｕを含む透光性のｐ電極８と、そのｐ電極８の上に
ボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極１０を０．
２μｍの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出さ
せたｎ型コンタクト層３の表面にはＷとＡｌを含むｎ電
極９を形成する。最後にｐ電極８の表面を保護するため
にＳｉＯ₂よりなる絶縁膜を形成した後、ウェーハをス
クライブにより分離して３５０μｍ角のＬＥＤ素子とす
る。但し、ＬＥＤは、発光する活性層が窒化物半導体基
板１の転位のほとんどない凹部の上部に位置し、更に凹
部の中心部分を避け、例えば図１のような位置になるよ
うに作製される

【００６８】このＬＥＤ素子は順方向電圧１０ｍＡにお
いて、発光ピーク波長が３７１ｎｍを示し、Ｖｆは３．
５Ｖ、出力は２．０ｍＷである。実施例１のＬＥＤの発
光効率は、５．７％となる。また、このデータを図６に
●としてプロットする。

【００６９】［実施例２］実施例１において、発光ピー
ク波長が、３６０ｎｍ、３７７ｎｍとなるように活性層
のＩｎ組成比を調節する他は同様にしてＬＥＤを作製す
る。得られたＬＥＤの発光効率は、発光ピーク波長が３
６０ｎｍの場合は０．５９％、発光ピーク波長が３７７
ｎｍの場合は５．８５％となる。また、これらのデータ
を図６に●としてプロットする。

【００７０】［比較例１］実施例１において、発光ピー
ク波長が４７０ｎｍ、５２０ｎｍとなるように活性層の
Ｉｎ組成比を調整する他は同様にしてＬＥＤを作製す
る。得られたＬＥＤの発光効率はそれぞれ６．０％、
３．０％となる。また、これらのデータを図６に●とし
てプロットする。

【００７１】［比較例２］更に実施例１において、窒化
物半導体基板１の代わりに、サファイア基板を用い、さ
らにサファイア基板上に、５５０℃でＧａＮからなるバ
ッファ層を３００オングストローム成長させ、このバッ
ファ層上に、実施例１と同様のコンタクト層などの複数
層からなる素子構造を成長させる他は同様にして、ＬＥ
Ｄを作製する。但し、活性層のＩｎ組成比を調整して、
発光ピーク波長が３６０ｎｍ、３７１ｎｍ、３７７ｎ
ｍ、４７０ｎｍ、５２０ｎｍとなる比較のＬＥＤを作製
する。得られた比較のＬＥＤの各発光効率は、それぞれ
０．２５％、４．８％、５．１％、６．０％、３．０％
となる。これらのデータを図６に■としてプロットす
る。

【００７２】（実施例と比較例のＬＥＤの発光効率の比
較）図６は、窒化物半導体基板を用いてなるＬＥＤの発
光ピーク波長の変化による発光効率の値［●］と、サフ
ァイア基板を用いてなるＬＥＤの発光ピーク波長の変化
による発光効率の値［■］とをプロットしたグラフであ
る。以下には、図６に示されている上記の実施例及び比
較例で得られた値［波長と発光効率のデータ］を一覧表
にまとめる。

【００７３】

【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 波長（ｎｍ）発光効率（％）窒化物半導体基板サファイア基板 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ３６００．５９０．２５３７１５．７０４．８０３７７５．８５５．１０４７０６．００６．００５２０３．００３．００ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００７４】図６を用いて、基板の相違と、発光ピーク
波長の相違による発光効率の変化について以下に考察す
る。まず、発光ピーク波長が４７０ｎｍ及び５２０ｎｍ
の場合には、窒化物半導体基板を用いてなるＬＥＤ
［●：比較例１］と、サファイア基板を用いてなるＬＥ
Ｄ［■：比較例２］とは、同じ発光効率を有する。そし
て、これらのＬＥＤは、発光ピーク波長が４７０ｎｍか
ら３８０ｎｍに向かって変化すると、発光効率が緩やか
に低下する。このような緩やかな低下は、サファイア基
板を用いたＬＥＤ［■］に比べて、転位の少ない窒化物
半導体基板を用いたＬＥＤ［●］の方が低下の割合が小
さい。このことは、窒化物半導体基板を用いたＬＥＤ
［●］の方が高い発光効率を維持し易いことを示してい
る。さらに、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下となると
両者とも、発光効率が急激に低下する傾向を示す。

【００７５】しかし、サファイア基板を用いてなるＬＥ
Ｄ［■：比較例］に比べて、窒化物半導体基板を用いて
なるＬＥＤ［●：実施例］は、発光効率が高い。例え
ば、発光ピーク波長が３６０ｎｍの場合には、窒化物半
導体基板を用いてなるＬＥＤの方が、サファイア基板を
用いてなるものに対して、２．３６倍もの発光効率を示
す。

【００７６】以上のように、紫外領域の発光を示す紫外
ＬＥＤの場合には、特に転位密度の少ない窒化物半導体
基板を用いると、発光効率が良好に向上する。そして、
発光効率が向上することで、発光出力の向上も達成する
ことができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ
以下の紫外領域に発光する窒化物半導体素子を、非常に
転位密度の少ない窒化物半導体基板上に成長させること
により、発光効率を良好に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態であるＬＥＤの
模式的断面図である。

【図２】図２は、本発明で用いることのできるＥＬＯＧ
成長の一実施の形態の各工程の構造を示す模式的断面図
である。

【図３】図３は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図４】図４は、オフアングルした異種基板の部分的な
形状を示す模式的断面図である。

【図５】図５は、凹凸のストライプ方向を説明するため
の基板主面側の平面図である。

【図６】図６は、実施例及び比較例のＬＥＤの発光効率
と波長の関係を示すグラフである。

【図７】図７は、活性層の井戸層のバンドギャップエネ
ルギー（Ｅｇ）と、量子準位の形成による発振波長のエ
ネルギー（Ｅλ）とを示した模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板２・・・バッファ層３・・・ｎ型コンタクト層４・・・ｎ型クラッド層５・・・活性層６・・・ｐ型クラッド層７・・・ｐ型コンタクト層８・・・ｐ電極９・・・ｎ電極１０・・・パッド電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化物半
導体基板上に、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下の窒化
物半導体からなる素子構造を形成してなることを特徴と
する窒化物半導体素子。
【請求項２】前記転位密度が１０⁶／ｃｍ²以下の窒化
物半導体基板が、窒化物半導体と異なる材料よりなる異
種基板又は窒化物半導体基板上に、窒化物半導体の横方
向の成長を利用して成長させてなるものであることを特
徴とする請求項２に記載の窒化物半導体素子。