JP2001237457A - 発光素子 - Google Patents
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層を有
する発光素子、特に長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発
光する発光素子の発光出力を向上させる。 【解決手段】 ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に活性
層が形成された発光素子であって、活性層は、Ｉｎを含
むＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＞０）からなる井戸層と、そ
の井戸層上に形成されるＡｌを含むＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ
（ｙ２＞０）からなる第１障壁層とを含む。
する発光素子、特に長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発
光する発光素子の発光出力を向上させる。 【解決手段】 ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に活性
層が形成された発光素子であって、活性層は、Ｉｎを含
むＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＞０）からなる井戸層と、そ
の井戸層上に形成されるＡｌを含むＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ
（ｙ２＞０）からなる第１障壁層とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光デバイスに利
用される窒化物半導体層（たとえばＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を有する発光
素子に関する。
ド）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光デバイスに利
用される窒化物半導体層（たとえばＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を有する発光
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色ＬＥＤ、ＬＤ等に代表される
ように窒化物半導体層を有する発光素子が注目を集めて
いる。窒化物半導体から構成される素子はその融点が高
く比較的熱に強いという特徴を有することから温度依存
性が小さいために、発光素子のみならず各種素子への応
用が期待されている。
ように窒化物半導体層を有する発光素子が注目を集めて
いる。窒化物半導体から構成される素子はその融点が高
く比較的熱に強いという特徴を有することから温度依存
性が小さいために、発光素子のみならず各種素子への応
用が期待されている。
【０００３】また、ＬＥＤは、低消費電力および長寿命
という極めて優れた特徴を有し、消費電力の節約および
メンテナンスの頻度の低減に効果があることから、信号
機用の発光源としても有望視されており、屋外において
も十分な視認性が得られるよう高輝度なＬＥＤの開発が
望まれている。また、黄色領域の光は、前述の信号機以
外においても、自動車の方向指示器、道路交通情報掲示
板等、人に対して注意を促す表示に用いられることが多
く、幅広い用途がある。
という極めて優れた特徴を有し、消費電力の節約および
メンテナンスの頻度の低減に効果があることから、信号
機用の発光源としても有望視されており、屋外において
も十分な視認性が得られるよう高輝度なＬＥＤの開発が
望まれている。また、黄色領域の光は、前述の信号機以
外においても、自動車の方向指示器、道路交通情報掲示
板等、人に対して注意を促す表示に用いられることが多
く、幅広い用途がある。
【０００４】黄色領域の波長の光を発光する高輝度ＬＥ
Ｄとしては、すでにＡｌＧａＩｎＰからなるＬＥＤが実
用化されている。しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰからな
るＬＥＤは温度依存性が大きく、特に高温における発光
出力の低下が著しいという問題点があった。こうした高
温における発光出力の低下は、屋外に設置される表示器
においては特に大きな問題となる。なぜなら、一般に、
太陽光線が強い夏場といった時期あるいは熱帯といった
地域においては表示器内の温度が非常に高温となり、太
陽光線が強い状況下での発光出力の低下は視認性の低下
につながるからである。このことは、人に対して注意を
促す表示に用いられることが多い黄色領域の光を発光す
る表示器においては極めて大きな問題となる。
Ｄとしては、すでにＡｌＧａＩｎＰからなるＬＥＤが実
用化されている。しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰからな
るＬＥＤは温度依存性が大きく、特に高温における発光
出力の低下が著しいという問題点があった。こうした高
温における発光出力の低下は、屋外に設置される表示器
においては特に大きな問題となる。なぜなら、一般に、
太陽光線が強い夏場といった時期あるいは熱帯といった
地域においては表示器内の温度が非常に高温となり、太
陽光線が強い状況下での発光出力の低下は視認性の低下
につながるからである。このことは、人に対して注意を
促す表示に用いられることが多い黄色領域の光を発光す
る表示器においては極めて大きな問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体層（たと
えばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ
≦１）を有する発光素子で、たとえば信号機の黄色に相
当するような黄色領域の波長の光を発光させるには、活
性層をインジウム（Ｉｎ）を含む混晶とし、そのインジ
ウムの混晶比ｘを大きくしバンドギャップエネルギーを
小さくすることによって、発光波長を長波長化できるこ
とが知られている。しかしながら、窒化物半導体層を有
する発光素子によって黄色領域の波長の発光を得るため
に、活性層のインジウムの混晶比を大きくしていくこと
によって発光波長を長波長化した場合、インジウム混晶
比を大きくしていくにしたがい発光出力が低下していく
という問題点がある。この発光出力の低下は発光波長λ
dが５５０ｎｍあたりから著しくなる。さらに、５９０
ｎｍあたりの発光波長を得るために必要な量のインジウ
ム（Ｉｎ）を含む活性層においてはその表面状態が極度
に悪くなり、その上に形成する半導体層を結晶性よく形
成することができないという問題点があった。
えばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ
≦１）を有する発光素子で、たとえば信号機の黄色に相
当するような黄色領域の波長の光を発光させるには、活
性層をインジウム（Ｉｎ）を含む混晶とし、そのインジ
ウムの混晶比ｘを大きくしバンドギャップエネルギーを
小さくすることによって、発光波長を長波長化できるこ
とが知られている。しかしながら、窒化物半導体層を有
する発光素子によって黄色領域の波長の発光を得るため
に、活性層のインジウムの混晶比を大きくしていくこと
によって発光波長を長波長化した場合、インジウム混晶
比を大きくしていくにしたがい発光出力が低下していく
という問題点がある。この発光出力の低下は発光波長λ
dが５５０ｎｍあたりから著しくなる。さらに、５９０
ｎｍあたりの発光波長を得るために必要な量のインジウ
ム（Ｉｎ）を含む活性層においてはその表面状態が極度
に悪くなり、その上に形成する半導体層を結晶性よく形
成することができないという問題点があった。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、Ｉｎを含む窒化物半導体から
なる活性層を有する発光素子、特に黄色領域の波長より
も長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発光する発光素子の
発光出力を向上させることを目的とする。さらに、黄色
領域の波長の光を発光する窒化物半導体層の上に形成さ
れる半導体層の結晶性を向上することを他の目的とす
る。
めになされたものであり、Ｉｎを含む窒化物半導体から
なる活性層を有する発光素子、特に黄色領域の波長より
も長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発光する発光素子の
発光出力を向上させることを目的とする。さらに、黄色
領域の波長の光を発光する窒化物半導体層の上に形成さ
れる半導体層の結晶性を向上することを他の目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導
体層の間に活性層が形成された発光素子であって、前記
活性層は、Ｉｎを含むＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＞０）か
らなる井戸層と、前記井戸層上に形成されるＡｌを含む
Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＞０）からなる第１障壁層とを
含むことを特徴とする。
に、本発明に係る発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導
体層の間に活性層が形成された発光素子であって、前記
活性層は、Ｉｎを含むＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＞０）か
らなる井戸層と、前記井戸層上に形成されるＡｌを含む
Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＞０）からなる第１障壁層とを
含むことを特徴とする。
【０００８】このように構成された本発明の発光素子
は、窒化物半導体発光素子、特に黄色領域の波長よりも
長波長の光を発光する窒化物半導体層を有する発光素子
の発光出力を向上させることができる。また、井戸層お
よび第１障壁層の上に形成される半導体層の結晶性を向
上させることができる。また、本発明に係る発光素子で
は、井戸層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．６≦ｘ１≦１）か
らなる３元混晶としているので、井戸層およびその上に
形成される第１障壁層の結晶性を向上させることがで
き、第１障壁層の上に形成される半導体層の結晶性をさ
らに向上させることができる。尚、本発明に係る発光素
子において、前記井戸層は隣接する層から拡散されたＡ
ｌを含んでいてもよい。また、本発明に係る発光素子に
おいて、前記第１障壁層は隣接する層から拡散されたＩ
ｎを含んでいてもよい。
は、窒化物半導体発光素子、特に黄色領域の波長よりも
長波長の光を発光する窒化物半導体層を有する発光素子
の発光出力を向上させることができる。また、井戸層お
よび第１障壁層の上に形成される半導体層の結晶性を向
上させることができる。また、本発明に係る発光素子で
は、井戸層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．６≦ｘ１≦１）か
らなる３元混晶としているので、井戸層およびその上に
形成される第１障壁層の結晶性を向上させることがで
き、第１障壁層の上に形成される半導体層の結晶性をさ
らに向上させることができる。尚、本発明に係る発光素
子において、前記井戸層は隣接する層から拡散されたＡ
ｌを含んでいてもよい。また、本発明に係る発光素子に
おいて、前記第１障壁層は隣接する層から拡散されたＩ
ｎを含んでいてもよい。
【０００９】また、本発明に係る発光素子において、井
戸層のＩｎの混晶比ｘ１が０．６以上として構成するこ
とによって、黄色の波長領域、またはそれ以上の長波長
の発光を得ることができる。また、本発明に係る発光素
子では、前記井戸層のＩｎ混晶比ｘ１は、該井戸層にお
いて５３０ｎｍ以上の波長の光を発光するように設定さ
れていることが好ましい。
戸層のＩｎの混晶比ｘ１が０．６以上として構成するこ
とによって、黄色の波長領域、またはそれ以上の長波長
の発光を得ることができる。また、本発明に係る発光素
子では、前記井戸層のＩｎ混晶比ｘ１は、該井戸層にお
いて５３０ｎｍ以上の波長の光を発光するように設定さ
れていることが好ましい。
【００１０】さらに、本発明に係る発光素子において、
第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２が０．１以上とすることが
好ましく、これによって、特に黄色領域又はそれ以上の
長波長の光を発光する素子の発光出力を向上させること
ができる。また、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を０．１
５以上とすることがさらに好ましく、よりいっそう好ま
しくは、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を０．２以上とす
る。このように、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を大きく
すると発光素子の閾値電圧を低減することができる。
第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２が０．１以上とすることが
好ましく、これによって、特に黄色領域又はそれ以上の
長波長の光を発光する素子の発光出力を向上させること
ができる。また、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を０．１
５以上とすることがさらに好ましく、よりいっそう好ま
しくは、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を０．２以上とす
る。このように、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２を大きく
すると発光素子の閾値電圧を低減することができる。
【００１１】また、本発明に係る発光素子において、前
記活性層は、Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3 -y3Ｎ（０≦ｘ３≦
０．３、０≦ｙ３≦０．１、ｘ３＋ｙ３≦０．３）から
なる第２障壁層を含むことが好ましく、これによって、
その上に形成される井戸層の結晶性を向上させることが
できる。また、本発明に係る発光素子において、第２障
壁層をＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（０≦ｘ３≦０．３）からなる
３元混晶あるいはｘ３＝０に相当するＧａＮからなる２
元混晶とすることがさらに好ましく、これにより、井戸
層との格子定数差による結晶欠陥を低減しつつかつＩｎ
の高混晶化に伴う第２障壁層自体の結晶性の劣化を抑制
することができ、井戸層の結晶性をより向上させること
ができる。
記活性層は、Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3 -y3Ｎ（０≦ｘ３≦
０．３、０≦ｙ３≦０．１、ｘ３＋ｙ３≦０．３）から
なる第２障壁層を含むことが好ましく、これによって、
その上に形成される井戸層の結晶性を向上させることが
できる。また、本発明に係る発光素子において、第２障
壁層をＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（０≦ｘ３≦０．３）からなる
３元混晶あるいはｘ３＝０に相当するＧａＮからなる２
元混晶とすることがさらに好ましく、これにより、井戸
層との格子定数差による結晶欠陥を低減しつつかつＩｎ
の高混晶化に伴う第２障壁層自体の結晶性の劣化を抑制
することができ、井戸層の結晶性をより向上させること
ができる。
【００１２】また、本発明に係る発光素子は、前記第２
障壁層、前記井戸層、前記第１障壁層を含むことにより
Ｉｎの混晶比が大きい場合においても、前記活性層を結
晶性よく形成することができるため、多重量子井戸構造
を有する活性層により適している。
障壁層、前記井戸層、前記第１障壁層を含むことにより
Ｉｎの混晶比が大きい場合においても、前記活性層を結
晶性よく形成することができるため、多重量子井戸構造
を有する活性層により適している。
【００１３】また、本発明に係る発光素子において、前
記ｎ型半導体層はキャリアを前記活性層に閉じ込めるた
めのｎ型クラッド層を有しかつ前記ｐ型半導体層はキャ
リアを前記活性層に閉じ込めるためのｐ型クラッド層を
有してなり、前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間
に、Ｉｎを含む窒化物半導体からなるｎ側第２クラッド
層を有し、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に、
Ｉｎを含む窒化物半導体からなるｐ側第２クラッド層を
有することが好ましい。このように構成された発光素子
において、前記ｎ側第２クラッド層及び前記ｐ側第２ク
ラッド層は、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層
との格子定数の違いに起因して前記活性層に生じる結晶
性の悪化及び不要な歪の発生等を防止することができる
ので、発光出力を向上させることができる。
記ｎ型半導体層はキャリアを前記活性層に閉じ込めるた
めのｎ型クラッド層を有しかつ前記ｐ型半導体層はキャ
リアを前記活性層に閉じ込めるためのｐ型クラッド層を
有してなり、前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間
に、Ｉｎを含む窒化物半導体からなるｎ側第２クラッド
層を有し、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に、
Ｉｎを含む窒化物半導体からなるｐ側第２クラッド層を
有することが好ましい。このように構成された発光素子
において、前記ｎ側第２クラッド層及び前記ｐ側第２ク
ラッド層は、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層
との格子定数の違いに起因して前記活性層に生じる結晶
性の悪化及び不要な歪の発生等を防止することができる
ので、発光出力を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１に本発明を発
光ダイオードに適用した実施の形態１の構造を模式的に
示す。本実施の形態１の発光ダイオードは、基板１０１
上にバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０３、ｎ
型コンタクト層１０４、ｎ型クラッド層１０５、活性層
１０６、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０
８が順に積層され、ｎ型コンタクト層１０４およびｐ型
コンタクト層１０８にはそれぞれｎ電極１１１およびｐ
電極１１２が形成されて構成される。
光ダイオードに適用した実施の形態１の構造を模式的に
示す。本実施の形態１の発光ダイオードは、基板１０１
上にバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０３、ｎ
型コンタクト層１０４、ｎ型クラッド層１０５、活性層
１０６、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０
８が順に積層され、ｎ型コンタクト層１０４およびｐ型
コンタクト層１０８にはそれぞれｎ電極１１１およびｐ
電極１１２が形成されて構成される。
【００１５】基板１０１は所望の窒化物半導体層（Ｉｎ
xＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を
成長させるためのものであり、適宜選択される。バッフ
ァ層１０２は、基板１０１と窒化物半導体（ＩｎxＡｌy
Ｇａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）との格子
定数不正を緩和するために形成される層である。アンド
ープＧａＮ層１０３は、その上に成長させるｎ型コンタ
クト層１０４の結晶性を良好にするための層である。ｎ
型コンタクト層１０４は、ｎ電極１１１とオーミック接
触を実現させるための層である。ｎ型クラッド層１０５
は、キャリアを活性層１０６に閉じ込めるための層であ
る。活性層１０６は、発光を行う層である。ｐ型クラッ
ド層１０７は、ｎ型クラッド層１０５と同じくキャリア
を活性層１０６に閉じ込めるための層である。ｐ型コン
タクト層１０８はｐ電極１１２とオーミック接触を実現
させるための層である。
xＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を
成長させるためのものであり、適宜選択される。バッフ
ァ層１０２は、基板１０１と窒化物半導体（ＩｎxＡｌy
Ｇａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）との格子
定数不正を緩和するために形成される層である。アンド
ープＧａＮ層１０３は、その上に成長させるｎ型コンタ
クト層１０４の結晶性を良好にするための層である。ｎ
型コンタクト層１０４は、ｎ電極１１１とオーミック接
触を実現させるための層である。ｎ型クラッド層１０５
は、キャリアを活性層１０６に閉じ込めるための層であ
る。活性層１０６は、発光を行う層である。ｐ型クラッ
ド層１０７は、ｎ型クラッド層１０５と同じくキャリア
を活性層１０６に閉じ込めるための層である。ｐ型コン
タクト層１０８はｐ電極１１２とオーミック接触を実現
させるための層である。
【００１６】上記発光素子の基板１０１、バッファ層１
０２、アンドープＧａＮ層１０３はその上の各層が形成
されたのち、発光出力の向上や光の内部吸収の低減等を
目的にエッチング等を用いて選択的に適宜取り除いても
よい。尚、本明細書においては、各層の成長方向を上と
して説明する。従って、本実施の形態１ではｎ型半導体
層から見てｐ型半導体層方向が上となる。
０２、アンドープＧａＮ層１０３はその上の各層が形成
されたのち、発光出力の向上や光の内部吸収の低減等を
目的にエッチング等を用いて選択的に適宜取り除いても
よい。尚、本明細書においては、各層の成長方向を上と
して説明する。従って、本実施の形態１ではｎ型半導体
層から見てｐ型半導体層方向が上となる。
【００１７】以下に本発明に係る実施の形態１の窒化物
半導体発光ダイオードにおける各構成要素について詳細
に説明する。
半導体発光ダイオードにおける各構成要素について詳細
に説明する。
【００１８】基板１０１にはＣ面を主面とするサファイ
アの他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、
スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板１０１
の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板１０１を用いる
ことができる。
アの他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、
スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板１０１
の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板１０１を用いる
ことができる。
【００１９】バッファ層１０２は基板１０１と窒化物半
導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋
ｙ≦１）との格子定数不正を緩和するために形成される
層であり、たとえばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＮ等を用いることができる。バッファ層１０２は好
ましくは９００℃以下の温度で成長させて、膜厚１０Å
〜５００Åに形成される。
導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋
ｙ≦１）との格子定数不正を緩和するために形成される
層であり、たとえばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＮ等を用いることができる。バッファ層１０２は好
ましくは９００℃以下の温度で成長させて、膜厚１０Å
〜５００Åに形成される。
【００２０】アンドープＧａＮ層１０３は、不純物を添
加せずに成長させるＧａＮ層であり、本実施の形態１の
ようにバッファ層１０２上にさらにアンドープＧａＮ層
１０３を成長させると、そのアンドープＧａＮ層１０３
の上に成長させるｎ型コンタクト層１０４の結晶性を良
好にできる。
加せずに成長させるＧａＮ層であり、本実施の形態１の
ようにバッファ層１０２上にさらにアンドープＧａＮ層
１０３を成長させると、そのアンドープＧａＮ層１０３
の上に成長させるｎ型コンタクト層１０４の結晶性を良
好にできる。
【００２１】ｎ型コンタクト層１０４はＳｉ等のｎ型不
純物が、通常、３×１０18／ｃｍ2以上、好ましくは５
×１０18／ｃｍ2以上の濃度にドープされてなる。ｎ型
コンタクト層１０４の組成は、Ｉｎx5Ａｌy5Ｇａ
1-x5-y5Ｎ（０≦ｘ５、０≦ｙ５、ｘ５＋ｙ５≦１）で
構成でき、本発明はその組成により限定されるものでは
ないが、ＧａＮ又は、y値０．２以下のＡｌyＧａ1-yＮ
とすることが好ましく、これにより結晶欠陥の少ない窒
化物半導体層が得られる。ｎ型コンタクト層１０４の膜
厚は、以下の範囲に限定されるものではないが、ｎ電極
１１１を形成する層であるので０．１〜２０μｍ、好ま
しくは０．５〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍに
設定する。
純物が、通常、３×１０18／ｃｍ2以上、好ましくは５
×１０18／ｃｍ2以上の濃度にドープされてなる。ｎ型
コンタクト層１０４の組成は、Ｉｎx5Ａｌy5Ｇａ
1-x5-y5Ｎ（０≦ｘ５、０≦ｙ５、ｘ５＋ｙ５≦１）で
構成でき、本発明はその組成により限定されるものでは
ないが、ＧａＮ又は、y値０．２以下のＡｌyＧａ1-yＮ
とすることが好ましく、これにより結晶欠陥の少ない窒
化物半導体層が得られる。ｎ型コンタクト層１０４の膜
厚は、以下の範囲に限定されるものではないが、ｎ電極
１１１を形成する層であるので０．１〜２０μｍ、好ま
しくは０．５〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍに
設定する。
【００２２】次に、ｎ型クラッド層１０５は、アンドー
プのｎ型クラッド第１層、ｎ型不純物ドープのｎ型クラ
ッド第２層、アンドープのｎ型クラッド第３層の少なく
とも３層から構成することが好ましい。また、ｎ型クラ
ッド層１０５は上記第１層〜第３層以外のその他の層を
さらに有していてもよい。またｎ型クラッド層１０５
は、活性層１０６と接していても、活性層１０６の間に
他の層を有していてもよい。
プのｎ型クラッド第１層、ｎ型不純物ドープのｎ型クラ
ッド第２層、アンドープのｎ型クラッド第３層の少なく
とも３層から構成することが好ましい。また、ｎ型クラ
ッド層１０５は上記第１層〜第３層以外のその他の層を
さらに有していてもよい。またｎ型クラッド層１０５
は、活性層１０６と接していても、活性層１０６の間に
他の層を有していてもよい。
【００２３】これらｎ型クラッド第１層〜第３層を構成
する窒化物半導体としては、（Ｉｎ xＡｌyＧａ
1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）で表される種
々の組成の窒化物半導体を用いることができるが、Ｇａ
Ｎからなる半導体を用いることが好ましい。またｎ型ク
ラッド層１０５の第１〜第３の各層は組成が互いに同一
であっても異なっていてもよい。ｎ型クラッド層１０５
の膜厚は、特に以下の範囲に限定されるものではない
が、好ましくは１７５〜１２０００Å、より好ましくは
１０００〜１００００Å、よりいっそう好ましくは２０
００〜６０００Åである。ｎ型クラッド層１０５の膜厚
が上記範囲であるとＶｆの最適化が図れかつ静電耐圧を
向上させることができる。
する窒化物半導体としては、（Ｉｎ xＡｌyＧａ
1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）で表される種
々の組成の窒化物半導体を用いることができるが、Ｇａ
Ｎからなる半導体を用いることが好ましい。またｎ型ク
ラッド層１０５の第１〜第３の各層は組成が互いに同一
であっても異なっていてもよい。ｎ型クラッド層１０５
の膜厚は、特に以下の範囲に限定されるものではない
が、好ましくは１７５〜１２０００Å、より好ましくは
１０００〜１００００Å、よりいっそう好ましくは２０
００〜６０００Åである。ｎ型クラッド層１０５の膜厚
が上記範囲であるとＶｆの最適化が図れかつ静電耐圧を
向上させることができる。
【００２４】上記範囲の膜厚を有するクラッド層の膜厚
の調整は、ｎ型クラッド第１層、第２層、及び第３層の
各膜厚を適宜調整して、ｎ型クラッド層１０５の総膜厚
を上記の範囲とすることが好ましい。上記ｎ型クラッド
層１０５を構成する各層の組成は、（ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）で表される組
成の半導体から選択することができるが、好ましくはＩ
ｎ及びＡｌの割合が小さい組成とし、より好ましくはＧ
ａＮからなる層とする。
の調整は、ｎ型クラッド第１層、第２層、及び第３層の
各膜厚を適宜調整して、ｎ型クラッド層１０５の総膜厚
を上記の範囲とすることが好ましい。上記ｎ型クラッド
層１０５を構成する各層の組成は、（ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）で表される組
成の半導体から選択することができるが、好ましくはＩ
ｎ及びＡｌの割合が小さい組成とし、より好ましくはＧ
ａＮからなる層とする。
【００２５】また、本実施の形態１において、ｎ型クラ
ッド層１０５上には図２に示す単一量子井戸構造の活性
層１０６が形成される。活性層１０６は、井戸層１２の
下に形成される第２障壁層１１と、キャリアの再結合に
より発光を行う井戸層１２と、井戸層１２の上に形成さ
れる第１障壁層１３とを有してなり、第１障壁層１３の
上にはさらにｐ型クラッド層１０７を結晶性よく成長さ
せるための最上部層１４が形成される。
ッド層１０５上には図２に示す単一量子井戸構造の活性
層１０６が形成される。活性層１０６は、井戸層１２の
下に形成される第２障壁層１１と、キャリアの再結合に
より発光を行う井戸層１２と、井戸層１２の上に形成さ
れる第１障壁層１３とを有してなり、第１障壁層１３の
上にはさらにｐ型クラッド層１０７を結晶性よく成長さ
せるための最上部層１４が形成される。
【００２６】第２障壁層１１は、たとえばインジウム
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）お
よび窒素（Ｎ）の２種以上からなる一般式Ｉｎx3Ａｌy3
Ｇａ1- x3-y3Ｎ（０≦ｘ３、０≦ｙ３、ｘ３＋ｙ３≦
０．１）で表される窒化物半導体から構成される。この
第２障壁層１１は、次に形成される黄色領域の波長の発
光を行うために必要なＩｎの混晶比の大きい窒化物半導
体からなる井戸層１２の結晶性を良好とするように、Ｉ
ｎあるいはＡｌの混晶比ｘ３、ｙ３をｘ３≦０．３、ｙ
３≦０．１でかつｘ３＋ｙ３≦０．３とすることが好ま
しい。特に、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（ｘ３≦０．３）の３元
混晶あるいはＧａＮからなる２元混晶とすることが、第
２障壁層１１と井戸層１２との格子定数差に起因する結
晶欠陥を低減しつつかつＩｎの高混晶化に伴う下部障壁
１１層自体の結晶性の劣化を抑制することができ、その
上に形成される井戸層１２の結晶性をより向上させるこ
とができることからより好ましい。膜厚は１０Å以上１
００Å以下とすることが、井戸層１２を結晶性良く成長
させる上で好ましい。
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）お
よび窒素（Ｎ）の２種以上からなる一般式Ｉｎx3Ａｌy3
Ｇａ1- x3-y3Ｎ（０≦ｘ３、０≦ｙ３、ｘ３＋ｙ３≦
０．１）で表される窒化物半導体から構成される。この
第２障壁層１１は、次に形成される黄色領域の波長の発
光を行うために必要なＩｎの混晶比の大きい窒化物半導
体からなる井戸層１２の結晶性を良好とするように、Ｉ
ｎあるいはＡｌの混晶比ｘ３、ｙ３をｘ３≦０．３、ｙ
３≦０．１でかつｘ３＋ｙ３≦０．３とすることが好ま
しい。特に、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（ｘ３≦０．３）の３元
混晶あるいはＧａＮからなる２元混晶とすることが、第
２障壁層１１と井戸層１２との格子定数差に起因する結
晶欠陥を低減しつつかつＩｎの高混晶化に伴う下部障壁
１１層自体の結晶性の劣化を抑制することができ、その
上に形成される井戸層１２の結晶性をより向上させるこ
とができることからより好ましい。膜厚は１０Å以上１
００Å以下とすることが、井戸層１２を結晶性良く成長
させる上で好ましい。
【００２７】井戸層１２は、たとえばインジウム（Ｉ
ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および
窒素ＮからなるＩｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（ｘ１＞
０、ｙ１≧０、ｘ１＋ｙ１≦１）から構成される。イン
ジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）の混晶比は、黄色の発光として有効な波長領域であ
るλdが５５０ｎｍ〜６１０ｎｍの範囲あるいはそれ以
上の長波長域に発光のピーク波長λdが得られるように
決定される。特に、井戸層１２のインジウム（Ｉｎ）の
混晶比ｘ１がｘ１≧０．６とすることによって黄色とし
て好ましい発光波長が得られる。
ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および
窒素ＮからなるＩｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（ｘ１＞
０、ｙ１≧０、ｘ１＋ｙ１≦１）から構成される。イン
ジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ
ａ）の混晶比は、黄色の発光として有効な波長領域であ
るλdが５５０ｎｍ〜６１０ｎｍの範囲あるいはそれ以
上の長波長域に発光のピーク波長λdが得られるように
決定される。特に、井戸層１２のインジウム（Ｉｎ）の
混晶比ｘ１がｘ１≧０．６とすることによって黄色とし
て好ましい発光波長が得られる。
【００２８】しかし、Ｉｎの混晶比ｘ１を大きくするに
したがい、格子定数が大きくなることから、他の層との
格子不整合が大きくなる。このため井戸層１２はその井
戸層１２との格子定数差が比較的小さく、かつ結晶性の
よい結晶からなる層上に形成する必要がある。本発明で
は、上述した第２障壁層１１との組み合わせで井戸層１
２を形成しているので、井戸層１２を結晶性良く形成す
ることができ、さらにその結晶性の良い井戸層１２上に
は、その井戸層１２とは格子定数差が大きい結晶からな
る層であっても結晶性よく形成することが可能になる。
また、井戸層１２はＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎの３元混晶、ある
いはＩｎＮの２元混晶として構成することが、結晶性良
く成長させる上より好ましい。井戸層１２の膜厚は１０
Å以上１００Å以下とすることが好ましい。
したがい、格子定数が大きくなることから、他の層との
格子不整合が大きくなる。このため井戸層１２はその井
戸層１２との格子定数差が比較的小さく、かつ結晶性の
よい結晶からなる層上に形成する必要がある。本発明で
は、上述した第２障壁層１１との組み合わせで井戸層１
２を形成しているので、井戸層１２を結晶性良く形成す
ることができ、さらにその結晶性の良い井戸層１２上に
は、その井戸層１２とは格子定数差が大きい結晶からな
る層であっても結晶性よく形成することが可能になる。
また、井戸層１２はＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎの３元混晶、ある
いはＩｎＮの２元混晶として構成することが、結晶性良
く成長させる上より好ましい。井戸層１２の膜厚は１０
Å以上１００Å以下とすることが好ましい。
【００２９】第１障壁層１３は、たとえばインジウム
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）お
よび窒素ＮからなるＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（ｘ２
≧０、ｙ２＞０、ｘ２＋ｙ２≦１）から構成される。こ
の第１障壁層１３は、アルミニウム（Ａｌ）を必須の構
成要素としており、それにより井戸層１２において発光
される黄色領域波長の発光出力を向上させることができ
る。また、上述の組成とすることにより、第１障壁層１
３の上に形成される最上部層１４の結晶性を向上するこ
とができる。さらに第１障壁層１３はＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ
の３元混晶として構成することが結晶性をより良好にす
る上で好ましい。また、より好ましくはＡｌの混晶比ｙ
２≧０．１とし、さらに好ましくはｙ２≧０．１５とす
る。また、本発明において、第１障壁層１３のバンドギ
ャップエネルギーは第２障壁層１１よりも大きくするこ
とが好ましい。第１障壁層１３の膜厚は１０Å以上１０
０Å以下することが好ましい。
（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）お
よび窒素ＮからなるＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（ｘ２
≧０、ｙ２＞０、ｘ２＋ｙ２≦１）から構成される。こ
の第１障壁層１３は、アルミニウム（Ａｌ）を必須の構
成要素としており、それにより井戸層１２において発光
される黄色領域波長の発光出力を向上させることができ
る。また、上述の組成とすることにより、第１障壁層１
３の上に形成される最上部層１４の結晶性を向上するこ
とができる。さらに第１障壁層１３はＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ
の３元混晶として構成することが結晶性をより良好にす
る上で好ましい。また、より好ましくはＡｌの混晶比ｙ
２≧０．１とし、さらに好ましくはｙ２≧０．１５とす
る。また、本発明において、第１障壁層１３のバンドギ
ャップエネルギーは第２障壁層１１よりも大きくするこ
とが好ましい。第１障壁層１３の膜厚は１０Å以上１０
０Å以下することが好ましい。
【００３０】最上部層１４は、たとえばインジウム（Ｉ
ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および
窒素ＮからなるＩｎx4Ａｌy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ（０≦ｘ
４、０≦ｙ４、ｘ４＋ｙ４≦０．１）から構成される。
この最上部層１４は、次に形成されるｐ型クラッド層を
結晶性よく成長させるために、ＩｎあるいはＡｌの混晶
比ｘ４、ｙ４を０≦ｘ４、ｙ４≦０．１でかつｘ４＋ｙ
４≦０．１に設定することが好ましい。さらに、Ａｌy4
Ｇａ1-y4Ｎの３元混晶あるいはＧａＮからなる２元混晶
とすることが、その上に形成されるｐ型クラッド層１０
７を結晶性よく成長させる上でより好ましい。膜厚は１
０Å以上１００Å以下とすることが好ましい。また、こ
の最上部層１４は第２障壁層１１と同じ構成としてもよ
い。
ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および
窒素ＮからなるＩｎx4Ａｌy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ（０≦ｘ
４、０≦ｙ４、ｘ４＋ｙ４≦０．１）から構成される。
この最上部層１４は、次に形成されるｐ型クラッド層を
結晶性よく成長させるために、ＩｎあるいはＡｌの混晶
比ｘ４、ｙ４を０≦ｘ４、ｙ４≦０．１でかつｘ４＋ｙ
４≦０．１に設定することが好ましい。さらに、Ａｌy4
Ｇａ1-y4Ｎの３元混晶あるいはＧａＮからなる２元混晶
とすることが、その上に形成されるｐ型クラッド層１０
７を結晶性よく成長させる上でより好ましい。膜厚は１
０Å以上１００Å以下とすることが好ましい。また、こ
の最上部層１４は第２障壁層１１と同じ構成としてもよ
い。
【００３１】以上説明した活性層１０６の各層は、不純
物を含まないアンドープ層、Ｓｉなどのｎ型不純物をド
ープしたｎ型ドープ層や、Ｍｇなどのｐ型不純物をドー
プしたｐ型ドープ層のうちから適宜選択して構成するこ
とができる。
物を含まないアンドープ層、Ｓｉなどのｎ型不純物をド
ープしたｎ型ドープ層や、Ｍｇなどのｐ型不純物をドー
プしたｐ型ドープ層のうちから適宜選択して構成するこ
とができる。
【００３２】本実施の形態１では、活性層１０６を、ｎ
型クラッド層１０５上に第２障壁層１１、井戸層１２、
第１障壁層１３、最上部層１４を順に形成することによ
り構成した。しかしながら、本発明はこれに限られるも
のではなく、活性層１０６に代えて、図３に示すよう
に、第１障壁層１３、第２障壁層１１、井戸層１２、第
１障壁層１３、最上部層１４を順に形成された活性層１
０６ａを用いて構成してもよい。このように井戸層１２
のｎ型クラッド層１０５側に、第２障壁層１１よりもバ
ンドギャップエネルギーの大きい第１障壁層１３を形成
することで、井戸層１２へのキャリアをより効果的に閉
じ込めることができる。
型クラッド層１０５上に第２障壁層１１、井戸層１２、
第１障壁層１３、最上部層１４を順に形成することによ
り構成した。しかしながら、本発明はこれに限られるも
のではなく、活性層１０６に代えて、図３に示すよう
に、第１障壁層１３、第２障壁層１１、井戸層１２、第
１障壁層１３、最上部層１４を順に形成された活性層１
０６ａを用いて構成してもよい。このように井戸層１２
のｎ型クラッド層１０５側に、第２障壁層１１よりもバ
ンドギャップエネルギーの大きい第１障壁層１３を形成
することで、井戸層１２へのキャリアをより効果的に閉
じ込めることができる。
【００３３】また、第１障壁層１３とｐ型クラッド層１
０７との格子整合がとれる範囲であれば、活性層１０６
に代えて、図４に示すように、最上部層１４を省略した
活性層１０６ｂを用いて構成することもできる。もちろ
ん、活性層を第１障壁層１３、第２障壁層１１、井戸層
１２、第１障壁層１３として構成することも可能であ
る。すなわち、本発明は少なくとも１つの井戸層の上に
Ａｌを含む第１障壁層１３を備えていればよく、その最
小限の条件を満足するようにして種々の変形が可能であ
る。
０７との格子整合がとれる範囲であれば、活性層１０６
に代えて、図４に示すように、最上部層１４を省略した
活性層１０６ｂを用いて構成することもできる。もちろ
ん、活性層を第１障壁層１３、第２障壁層１１、井戸層
１２、第１障壁層１３として構成することも可能であ
る。すなわち、本発明は少なくとも１つの井戸層の上に
Ａｌを含む第１障壁層１３を備えていればよく、その最
小限の条件を満足するようにして種々の変形が可能であ
る。
【００３４】活性層１０６上にはｐ型クラッド層１０７
が形成される。ｐ型クラッド層１０７は、バンドギャッ
プエネルギーの大きなｐ型クラッド第１層と、ｐ型クラ
ッド第１層よりもバンドギャップエネルギーの小さなｐ
型クラッド第２層とを積層することにより多層膜として
も良いし、ｐ型不純物を含有するＡｌbＧａ1-bＮ（０≦
ｂ≦１）からなる単一層としてもよい。また、多層膜と
する場合、ｐ型クラッド第１層とｐ型クラッド第２層と
は互いにｐ型不純物濃度が異なっていてもよいし、同一
であってもよい。
が形成される。ｐ型クラッド層１０７は、バンドギャッ
プエネルギーの大きなｐ型クラッド第１層と、ｐ型クラ
ッド第１層よりもバンドギャップエネルギーの小さなｐ
型クラッド第２層とを積層することにより多層膜として
も良いし、ｐ型不純物を含有するＡｌbＧａ1-bＮ（０≦
ｂ≦１）からなる単一層としてもよい。また、多層膜と
する場合、ｐ型クラッド第１層とｐ型クラッド第２層と
は互いにｐ型不純物濃度が異なっていてもよいし、同一
であってもよい。
【００３５】次に、まず、ｐ型クラッド層１０７を多層
膜構造（超格子構造）とした場合について詳細に説明す
る。
膜構造（超格子構造）とした場合について詳細に説明す
る。
【００３６】多層膜であるｐ側クラッド層１０７を構成
するｐ型クラッド第１層及びｐ型クラッド第２層の膜厚
は、１００Å以下、さらに好ましくは７０Å以下、最も
好ましくは１０〜４０Åの膜厚に調整され、ｐ型クラッ
ド第１層とｐ型クラッド第２層の膜厚は、互いに同一で
も異なっていてもよい。多層膜構造の各膜厚を上記範囲
に設定すると、各窒化物半導体層が弾性臨界膜厚以下と
なり、厚膜で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒
化物半導体層を成長させることができ、また窒化物半導
体層の結晶性を良くすることができるので、ｐ型不純物
を添加した場合にキャリア濃度が大きく抵抗率の小さい
ｐ型層が得られ、素子のＶｆ、閾値を低下させることが
できる。このような膜厚を有する２種類の層を１ペアと
して複数回積層して多層膜層を形成する。そして、ｐ型
多層膜クラッド層の総膜厚の調整は、このｐ型クラッド
第１層、ｐ型クラッド第２層の各膜厚を調整し積層回数
を調整することにより行う。ｐ型多層膜クラッド層の総
膜厚は、特に限定されないが、２０００Å以下、好まし
くは１０００Å以下、より好ましくは５００Å以下であ
る。
するｐ型クラッド第１層及びｐ型クラッド第２層の膜厚
は、１００Å以下、さらに好ましくは７０Å以下、最も
好ましくは１０〜４０Åの膜厚に調整され、ｐ型クラッ
ド第１層とｐ型クラッド第２層の膜厚は、互いに同一で
も異なっていてもよい。多層膜構造の各膜厚を上記範囲
に設定すると、各窒化物半導体層が弾性臨界膜厚以下と
なり、厚膜で成長させる場合に比較して結晶性の良い窒
化物半導体層を成長させることができ、また窒化物半導
体層の結晶性を良くすることができるので、ｐ型不純物
を添加した場合にキャリア濃度が大きく抵抗率の小さい
ｐ型層が得られ、素子のＶｆ、閾値を低下させることが
できる。このような膜厚を有する２種類の層を１ペアと
して複数回積層して多層膜層を形成する。そして、ｐ型
多層膜クラッド層の総膜厚の調整は、このｐ型クラッド
第１層、ｐ型クラッド第２層の各膜厚を調整し積層回数
を調整することにより行う。ｐ型多層膜クラッド層の総
膜厚は、特に限定されないが、２０００Å以下、好まし
くは１０００Å以下、より好ましくは５００Å以下であ
る。
【００３７】ｐ型クラッド第１層は少なくともＡｌを含
む窒化物半導体、好ましくはＡｌnＧａ1-nＮ（０＜ｎ≦
１）を成長させることが望ましく、ｐ型クラッド第２層
は好ましくはＡｌpＧａ1-pＮ（０≦ｐ＜１、ｎ＞ｐ）、
ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦１）のような２元混晶、３元
混晶の窒化物半導体を成長させることが望ましい。
む窒化物半導体、好ましくはＡｌnＧａ1-nＮ（０＜ｎ≦
１）を成長させることが望ましく、ｐ型クラッド第２層
は好ましくはＡｌpＧａ1-pＮ（０≦ｐ＜１、ｎ＞ｐ）、
ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦１）のような２元混晶、３元
混晶の窒化物半導体を成長させることが望ましい。
【００３８】ｐ型クラッド層１０７のｐ型クラッド第１
層、ｐ型クラッド第２層とのｐ型不純物濃度は異なり、
一方の層の不純物濃度を大きく、もう一方の層の不純物
濃度を小さくする。ｎ型クラッド層１０５と同様に、バ
ンドギャップエネルギーの大きなｐ型クラッド第１層の
方のｐ型不純物濃度を大きくして、バンドギャップエネ
ルギーの小さなｐ型クラッド第２層のｐ型不純物濃度を
小さくすることが好ましい。また、バンドギャップの小
さなｐ型クラッド第２層は、アンドープとすることが好
ましい。しかしながら、本発明は上述の構成に限定され
るものではなく、バンドギャップエネルギーの大きなｐ
型クラッド第１層のｐ型不純物濃度を小さくして、バン
ドギャップエネルギーの小さなｐ型クラッド第２層のｐ
型不純物濃度を大きくしても良い。
層、ｐ型クラッド第２層とのｐ型不純物濃度は異なり、
一方の層の不純物濃度を大きく、もう一方の層の不純物
濃度を小さくする。ｎ型クラッド層１０５と同様に、バ
ンドギャップエネルギーの大きなｐ型クラッド第１層の
方のｐ型不純物濃度を大きくして、バンドギャップエネ
ルギーの小さなｐ型クラッド第２層のｐ型不純物濃度を
小さくすることが好ましい。また、バンドギャップの小
さなｐ型クラッド第２層は、アンドープとすることが好
ましい。しかしながら、本発明は上述の構成に限定され
るものではなく、バンドギャップエネルギーの大きなｐ
型クラッド第１層のｐ型不純物濃度を小さくして、バン
ドギャップエネルギーの小さなｐ型クラッド第２層のｐ
型不純物濃度を大きくしても良い。
【００３９】ｐ型クラッド第１層への好ましいドープ量
としては１×１０18／cm3〜１×１０21／cm3、さらに好
ましくは１×１０19／cm3〜５×１０20／cm3の範囲に調
整する。１×１０18／cm3よりも少ないと、キャリア濃
度が小さくなり、また１×１０21／cm3よりも多いと、
結晶性が悪くなるからである。一方、ｐ型クラッド第２
層のｐ型不純物濃度は、ｐ型クラッド第１層よりも少な
ければ良く、好ましくは１／１０以上少なくすることが
望ましい。ｐ型クラッド第２層は、移動度を高くするた
めには、アンドープとすることが最も好ましい。しかし
ながら、ｐ型クラッド第２層は、膜厚が薄いため、ｐ型
クラッド第１層側から拡散してくるｐ型不純物があり、
ｐ型クラッド第２層のｐ型不純物濃度は、拡散されたｐ
型不純物を含めて、１×１０20／cm3以下でかつｐ型ク
ラッド第１層より小さくすることが望ましい。また、バ
ンドギャップエネルギーが大きいｐ型クラッド第１層に
ｐ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネル
ギーが小さいｐ型クラッド第２層にｐ型不純物を多くド
ープする場合も同様である。
としては１×１０18／cm3〜１×１０21／cm3、さらに好
ましくは１×１０19／cm3〜５×１０20／cm3の範囲に調
整する。１×１０18／cm3よりも少ないと、キャリア濃
度が小さくなり、また１×１０21／cm3よりも多いと、
結晶性が悪くなるからである。一方、ｐ型クラッド第２
層のｐ型不純物濃度は、ｐ型クラッド第１層よりも少な
ければ良く、好ましくは１／１０以上少なくすることが
望ましい。ｐ型クラッド第２層は、移動度を高くするた
めには、アンドープとすることが最も好ましい。しかし
ながら、ｐ型クラッド第２層は、膜厚が薄いため、ｐ型
クラッド第１層側から拡散してくるｐ型不純物があり、
ｐ型クラッド第２層のｐ型不純物濃度は、拡散されたｐ
型不純物を含めて、１×１０20／cm3以下でかつｐ型ク
ラッド第１層より小さくすることが望ましい。また、バ
ンドギャップエネルギーが大きいｐ型クラッド第１層に
ｐ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネル
ギーが小さいｐ型クラッド第２層にｐ型不純物を多くド
ープする場合も同様である。
【００４０】ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂ
ｅ等の周期律表第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、好まし
くはＭｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。
ｅ等の周期律表第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、好まし
くはＭｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。
【００４１】さらにまた多層膜であるｐ型クラッド層１
０７を構成する各窒化物半導体層において、不純物が高
濃度にドープされる層は、厚さ方向に対し、半導体層中
心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃
度が小さい（好ましくはアンドープ）とすることが、抵
抗率を低下させるのに望ましい。
０７を構成する各窒化物半導体層において、不純物が高
濃度にドープされる層は、厚さ方向に対し、半導体層中
心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃
度が小さい（好ましくはアンドープ）とすることが、抵
抗率を低下させるのに望ましい。
【００４２】次に、ｐ型クラッド層１０７を、ｐ型不純
物を含みＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）よりなる単一層
により構成する場合について説明する。ｐ側クラッド層
１０７の膜厚は、２０００Å以下、好ましくは１０００
Å以下、より好ましくは１００〜５００Åに設定する。
物を含みＡｌbＧａ1-bＮ（０≦ｂ≦１）よりなる単一層
により構成する場合について説明する。ｐ側クラッド層
１０７の膜厚は、２０００Å以下、好ましくは１０００
Å以下、より好ましくは１００〜５００Åに設定する。
【００４３】また、単一膜層のｐ型クラッド層１０７
は、前記多層膜構造のｐ型クラッド層１０７に比べ、結
晶性はやや劣るものの、多層膜構造を有するｎ型クラッ
ド層１０５と組み合わせることにより、結晶性良く成長
させることができる。更に、このように単一膜としても
その他の層構成と組み合わせにより素子の性能の低下を
少なくでき、しかも単一膜であるので、製造工程の簡易
化が可能となり、量産には適している。
は、前記多層膜構造のｐ型クラッド層１０７に比べ、結
晶性はやや劣るものの、多層膜構造を有するｎ型クラッ
ド層１０５と組み合わせることにより、結晶性良く成長
させることができる。更に、このように単一膜としても
その他の層構成と組み合わせにより素子の性能の低下を
少なくでき、しかも単一膜であるので、製造工程の簡易
化が可能となり、量産には適している。
【００４４】単一層のｐ型クラッド層１０７のｐ型不純
物の濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3、好ましくは
５×１０18〜５×１０20／cm3、より好ましくは５×１
０19〜１×１０20／cm3に設定する。不純物濃度が上記
範囲であると、良好なｐ型膜ができ好ましい。
物の濃度は１×１０18〜１×１０21／cm3、好ましくは
５×１０18〜５×１０20／cm3、より好ましくは５×１
０19〜１×１０20／cm3に設定する。不純物濃度が上記
範囲であると、良好なｐ型膜ができ好ましい。
【００４５】次に、本発明において、ｐ型コンタクト層
１０８は、Ｍｇドープとし、その組成をＩｎ、Ａｌを含
まない二元混晶の窒化物半導体であるＧａＮとすること
が好ましい。仮にＩｎ、Ａｌを含有していると、ｐ電極
１１２と良好なオーミック接触が得られなくなり、発光
効率が低下する。ｐ側コンタクト層１０８の膜厚は、
０．００１μｍ〜０．５μｍ、好ましくは０．０１μｍ
〜０．３μｍ、より好ましくは０．０５μｍ〜０．２μ
ｍである。膜厚が０．００１μｍよりも薄いとｐ電極１
１２がｐ型ＧａＡｌＮクラッド層と電気的に短絡しやす
くなり、ｐ側コンタクト層１０８のコンタクト層として
の機能が低下する。また、三元混晶のＧａＡｌＮクラッ
ド層の上に、組成の異なる二元混晶のＧａＮコンタクト
層を積層するため、その膜厚を０．５μｍよりも厚くす
ると、結晶間のミスフィットによる格子欠陥がｐ側Ｇａ
Ｎコンタクト層９中に発生しやすく、結晶性が低下する
傾向にある。なお、発光効率の点から言えば、コンタク
ト層の膜厚は薄いほどＶｆを低下させ発光効率を向上さ
せることができる。また、このｐ型ＧａＮコンタクト層
９のｐ型不純物はＭｇであることが好ましく、これによ
りｐ型特性が得られ易く、またオーミック接触が得られ
易くなる。Ｍｇの濃度は、１×１０18〜１×１０21／cm
3、好ましくは５×１０19〜３×１０20／cm3、より好ま
しくは１×１０ 20／cm3程度に設定する。
１０８は、Ｍｇドープとし、その組成をＩｎ、Ａｌを含
まない二元混晶の窒化物半導体であるＧａＮとすること
が好ましい。仮にＩｎ、Ａｌを含有していると、ｐ電極
１１２と良好なオーミック接触が得られなくなり、発光
効率が低下する。ｐ側コンタクト層１０８の膜厚は、
０．００１μｍ〜０．５μｍ、好ましくは０．０１μｍ
〜０．３μｍ、より好ましくは０．０５μｍ〜０．２μ
ｍである。膜厚が０．００１μｍよりも薄いとｐ電極１
１２がｐ型ＧａＡｌＮクラッド層と電気的に短絡しやす
くなり、ｐ側コンタクト層１０８のコンタクト層として
の機能が低下する。また、三元混晶のＧａＡｌＮクラッ
ド層の上に、組成の異なる二元混晶のＧａＮコンタクト
層を積層するため、その膜厚を０．５μｍよりも厚くす
ると、結晶間のミスフィットによる格子欠陥がｐ側Ｇａ
Ｎコンタクト層９中に発生しやすく、結晶性が低下する
傾向にある。なお、発光効率の点から言えば、コンタク
ト層の膜厚は薄いほどＶｆを低下させ発光効率を向上さ
せることができる。また、このｐ型ＧａＮコンタクト層
９のｐ型不純物はＭｇであることが好ましく、これによ
りｐ型特性が得られ易く、またオーミック接触が得られ
易くなる。Ｍｇの濃度は、１×１０18〜１×１０21／cm
3、好ましくは５×１０19〜３×１０20／cm3、より好ま
しくは１×１０ 20／cm3程度に設定する。
【００４６】また、ｐ型コンタクト層１０８を、アンド
ープＧａＮからなるｐ型コンタクト第１層とＭｇドープ
ＧａＮからなるｐ型コンタクト第２層から形成してもよ
い。
ープＧａＮからなるｐ型コンタクト第１層とＭｇドープ
ＧａＮからなるｐ型コンタクト第２層から形成してもよ
い。
【００４７】ｎ電極１１１はｎ型コンタクト層１０４上
に、ｐ電極１１２はＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
９上にそれぞれ形成されている。本発明は、ｎ電極１１
１及びｐ電極１１２の材料により特に限定されるもので
はないが、例えばｎ電極１１１としてはＷ／Ａｌ、ｐ電
極１１２としてはＮｉ／Ａｕなどを用いることができ
る。
に、ｐ電極１１２はＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
９上にそれぞれ形成されている。本発明は、ｎ電極１１
１及びｐ電極１１２の材料により特に限定されるもので
はないが、例えばｎ電極１１１としてはＷ／Ａｌ、ｐ電
極１１２としてはＮｉ／Ａｕなどを用いることができ
る。
【００４８】以上の実施の形態１の発光ダイオードは、
活性層１６において、井戸層の上に第１障壁層が形成さ
れているので、井戸層にキャリアをより効果的に閉じ込
めることができ、発光効率を向上させることができる。
活性層１６において、井戸層の上に第１障壁層が形成さ
れているので、井戸層にキャリアをより効果的に閉じ込
めることができ、発光効率を向上させることができる。
【００４９】実施の形態２．次に、本発明に係る実施の
形態２の発光ダイオードについて説明する。本発明は、
上述したように、井戸層１２および第１障壁層１３の上
に形成される層の結晶性を向上させることができるた
め、多重量子井戸構造に好適である。すなわち、本発明
に係る実施の形態２の発光素子は、実施の形態１の発光
素子における活性層１０６に代えて、図５に示す多重量
子井戸構造の活性層１０６ｃを用いて構成した発光ダイ
オードであり、それ以外は実施の形態１と同様に構成さ
れる。本実施の形態２の発光素子において、多重量子井
戸構造の活性層１０６ｃは、図５に示すように、第２障
壁層１１、井戸層１２、第１障壁層１３がこの順に繰り
返し形成されている。この場合、最も上部の第１障壁層
１３が形成されたあと、最上部層１４が形成される。こ
こで、活性層１０６ｃにおいて、第２障壁層１１、井戸
層１２、第１障壁層１３および最上部層１４は、実施の
形態１と同様に構成される。
形態２の発光ダイオードについて説明する。本発明は、
上述したように、井戸層１２および第１障壁層１３の上
に形成される層の結晶性を向上させることができるた
め、多重量子井戸構造に好適である。すなわち、本発明
に係る実施の形態２の発光素子は、実施の形態１の発光
素子における活性層１０６に代えて、図５に示す多重量
子井戸構造の活性層１０６ｃを用いて構成した発光ダイ
オードであり、それ以外は実施の形態１と同様に構成さ
れる。本実施の形態２の発光素子において、多重量子井
戸構造の活性層１０６ｃは、図５に示すように、第２障
壁層１１、井戸層１２、第１障壁層１３がこの順に繰り
返し形成されている。この場合、最も上部の第１障壁層
１３が形成されたあと、最上部層１４が形成される。こ
こで、活性層１０６ｃにおいて、第２障壁層１１、井戸
層１２、第１障壁層１３および最上部層１４は、実施の
形態１と同様に構成される。
【００５０】このように構成された実施の形態２の発光
素子は、以下のような優れた特徴を有する。すなわち、
Ａｌを含む第１障壁層１３を有していない従来の黄色発
光素子においては、活性層を複数の井戸層を有する多重
量子井戸構造にすることによって結晶性の劣化が顕著と
なり発光出力が低下していた。しかしながら、本発明の
Ａｌを必須とする第１障壁層１３を有する黄色発光素子
においては、井戸層１２を複数とした多重量子井戸構造
にすることによって、従来とは逆に発光出力を向上させ
ることができる。
素子は、以下のような優れた特徴を有する。すなわち、
Ａｌを含む第１障壁層１３を有していない従来の黄色発
光素子においては、活性層を複数の井戸層を有する多重
量子井戸構造にすることによって結晶性の劣化が顕著と
なり発光出力が低下していた。しかしながら、本発明の
Ａｌを必須とする第１障壁層１３を有する黄色発光素子
においては、井戸層１２を複数とした多重量子井戸構造
にすることによって、従来とは逆に発光出力を向上させ
ることができる。
【００５１】ここでは、ｎ型クラッド層１０５上に、第
２障壁層１１、井戸層１２、第１障壁層１３がこの順に
繰り返し形成され、最後に最上部層１４を形成する場合
を示した。しかしながら、本発明では図６に示すように
ｎ型クラッド層１０５上にまず第１障壁層１３を形成し
たのち、図５と同様にして第２障壁層１１、井戸層１
２、第１障壁層１３をこの順に繰り返し形成し、最後に
最上部層１４を形成してなる活性層１０６ｄを用いて構
成してもよい。このように最初の井戸層１２のｎ型クラ
ッド層１０５側において、第２障壁層１１よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい第１障壁層１３を形成する
ことで、最初の井戸層１２へのキャリアをより効果的に
閉じ込めることができる。
２障壁層１１、井戸層１２、第１障壁層１３がこの順に
繰り返し形成され、最後に最上部層１４を形成する場合
を示した。しかしながら、本発明では図６に示すように
ｎ型クラッド層１０５上にまず第１障壁層１３を形成し
たのち、図５と同様にして第２障壁層１１、井戸層１
２、第１障壁層１３をこの順に繰り返し形成し、最後に
最上部層１４を形成してなる活性層１０６ｄを用いて構
成してもよい。このように最初の井戸層１２のｎ型クラ
ッド層１０５側において、第２障壁層１１よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい第１障壁層１３を形成する
ことで、最初の井戸層１２へのキャリアをより効果的に
閉じ込めることができる。
【００５２】また、第１障壁層１３とｐ型クラッド層１
０７との格子整合がとれる範囲であれば、図７に示すよ
うに、図６の活性層１０６ｄにおいて最上部層１４を省
略することができる。尚、このようにして構成した活性
層を、図７では１０６ｅの符号を付して示している。も
ちろん、ｎ型クラッド層１０５上にまず第１障壁層１３
を形成したのち同様に第２障壁層１１、井戸層１２、第
１障壁層１３が順次繰り返し形成された活性層１０６ｄ
の最上部層１４を省略することもできる。
０７との格子整合がとれる範囲であれば、図７に示すよ
うに、図６の活性層１０６ｄにおいて最上部層１４を省
略することができる。尚、このようにして構成した活性
層を、図７では１０６ｅの符号を付して示している。も
ちろん、ｎ型クラッド層１０５上にまず第１障壁層１３
を形成したのち同様に第２障壁層１１、井戸層１２、第
１障壁層１３が順次繰り返し形成された活性層１０６ｄ
の最上部層１４を省略することもできる。
【００５３】以上のように本発明に係る発光素子では、
少なくとも１つの井戸層の上にＡｌを含む第１障壁層を
形成するという、最小限の条件を条件を満たした上で種
々の変形が可能である。従って、本発明は、次に説明す
るようにレーザ素子に適用することもできる。
少なくとも１つの井戸層の上にＡｌを含む第１障壁層を
形成するという、最小限の条件を条件を満たした上で種
々の変形が可能である。従って、本発明は、次に説明す
るようにレーザ素子に適用することもできる。
【００５４】実施の形態３．以下、本発明をレーザ素子
に適用した本発明に係る実施の形態３の発光素子につい
て説明する。図８に、本実施の形態３の発光素子である
窒化物半導体レーザ素子の構成を模式的に示す。本実施
の形態３の窒化物半導体レーザ素子は、基板２０１上に
バッファ層２０２、ｎ型コンタクト層２０３、ｎ型クラ
ッド層２０４、ｎ型光ガイド層２０５、活性層２０６、
ｐ型光ガイド層２０７、ｐ型クラッド層２０８、ｐ型コ
ンタクト層２０９が順に積層され、ｎ型コンタクト層２
０４およびｐ型コンタクト層２０８にはそれぞれｎ電極
２１１およびｐ電極２１２が形成されている。
に適用した本発明に係る実施の形態３の発光素子につい
て説明する。図８に、本実施の形態３の発光素子である
窒化物半導体レーザ素子の構成を模式的に示す。本実施
の形態３の窒化物半導体レーザ素子は、基板２０１上に
バッファ層２０２、ｎ型コンタクト層２０３、ｎ型クラ
ッド層２０４、ｎ型光ガイド層２０５、活性層２０６、
ｐ型光ガイド層２０７、ｐ型クラッド層２０８、ｐ型コ
ンタクト層２０９が順に積層され、ｎ型コンタクト層２
０４およびｐ型コンタクト層２０８にはそれぞれｎ電極
２１１およびｐ電極２１２が形成されている。
【００５５】基板２０１、バッファ層２０２、ｎ型コン
タクト層２０３およびｎ型クラッド層は２０４は、実施
の形態１、２と同様に構成される。ここで、本実施の形
態３では、バッファ層２０２とｎ型コンタクト層２０３
の間に、実施の形態１、２と同様、アンドープＧａＮ層
を形成してもよい。
タクト層２０３およびｎ型クラッド層は２０４は、実施
の形態１、２と同様に構成される。ここで、本実施の形
態３では、バッファ層２０２とｎ型コンタクト層２０３
の間に、実施の形態１、２と同様、アンドープＧａＮ層
を形成してもよい。
【００５６】ｎ型光ガイド層２０５は、活性層２０６と
ともに光導波路を構成するものである。したがって、ｎ
型光ガイド層２０５は活性層２０６と屈折率差が小さ
く、ｎ型クラッド層２０４と十分屈折率差が設けられる
組成として構成される。
ともに光導波路を構成するものである。したがって、ｎ
型光ガイド層２０５は活性層２０６と屈折率差が小さ
く、ｎ型クラッド層２０４と十分屈折率差が設けられる
組成として構成される。
【００５７】本実施の形態３において、活性層２０６
は、実施の形態１と同様に構成される。しかしながら、
本発明はこれに限られるものではなく、実施の形態２と
同様の多重量子井戸構造としてもよく、多重量子井戸構
造にすると高出力化を実現することができる。
は、実施の形態１と同様に構成される。しかしながら、
本発明はこれに限られるものではなく、実施の形態２と
同様の多重量子井戸構造としてもよく、多重量子井戸構
造にすると高出力化を実現することができる。
【００５８】ｐ型光ガイド層２０７は、ｎ型光ガイド層
１０５と同様、活性層２０６とともに光導波路を構成す
るものである。したがって、ｐ型光ガイド層２０７は活
性層２０６と屈折率差が小さく、ｐ型クラッド層２０８
と十分屈折率差が設けられる組成として構成される。
１０５と同様、活性層２０６とともに光導波路を構成す
るものである。したがって、ｐ型光ガイド層２０７は活
性層２０６と屈折率差が小さく、ｐ型クラッド層２０８
と十分屈折率差が設けられる組成として構成される。
【００５９】ｐ型クラッド層２０８およびｐ型コンタク
ト層２０９は、実施の形態１、２と同様に構成される
が、レーザの場合ｐ型クラッド層２０８およびｐ型コン
タクト層２０９はｐ型光ガイド層２０７の境界面付近ま
でエッチングを行い、幅１．５μmのストライプ状の導
波路を形成する。このように、活性層２０６よりも上部
にある層において、ストライプ状のリッジ（ストライプ
リッジ）を形状することによって、活性層２０６の発光
がストライプリッジの下に集中することになって閾値を
低下させることができる。特にｐ型クラッド層以上の層
をリッジ形状とすることが好ましい。
ト層２０９は、実施の形態１、２と同様に構成される
が、レーザの場合ｐ型クラッド層２０８およびｐ型コン
タクト層２０９はｐ型光ガイド層２０７の境界面付近ま
でエッチングを行い、幅１．５μmのストライプ状の導
波路を形成する。このように、活性層２０６よりも上部
にある層において、ストライプ状のリッジ（ストライプ
リッジ）を形状することによって、活性層２０６の発光
がストライプリッジの下に集中することになって閾値を
低下させることができる。特にｐ型クラッド層以上の層
をリッジ形状とすることが好ましい。
【００６０】ｎ電極２１１およびｐ電極２１２は、実施
の形態１、２と同様に構成され、さらに、レーザの外面
は絶縁膜２３０が形成される。
の形態１、２と同様に構成され、さらに、レーザの外面
は絶縁膜２３０が形成される。
【００６１】以上のように構成された実施の形態３の窒
化物半導体レーザ素子は、実施の形態１及び２と同様、
井戸層の上にＡｌを含む第１障壁層を有しているので、
閾値を低くすることができる。
化物半導体レーザ素子は、実施の形態１及び２と同様、
井戸層の上にＡｌを含む第１障壁層を有しているので、
閾値を低くすることができる。
【００６２】実施の形態４．本発明に係る実施の形態４
の発光素子（発光ダイオード）は、図１３に示すよう
に、実施の形態１の発光ダイオードにおいて、活性層１
０６に代えて、詳細後述する活性層１０６ｆを有しかつ
その活性層１０６ｆとｎ型クラッド層１０５の間にｎ型
多層膜１０５ａをさらに備えた以外は、実施の形態１の
発光ダイオードと同様に構成される。尚、図１３におい
て、実施の形態１と同様のものには同様の符号を付して
示している。
の発光素子（発光ダイオード）は、図１３に示すよう
に、実施の形態１の発光ダイオードにおいて、活性層１
０６に代えて、詳細後述する活性層１０６ｆを有しかつ
その活性層１０６ｆとｎ型クラッド層１０５の間にｎ型
多層膜１０５ａをさらに備えた以外は、実施の形態１の
発光ダイオードと同様に構成される。尚、図１３におい
て、実施の形態１と同様のものには同様の符号を付して
示している。
【００６３】本実施の形態４の発光素子において、活性
層１０６ｆは、図１９に示すように、ｎ型多層膜１０５
ａの上に、第２障壁層１１、井戸層１２及び第１障壁層
１３をこの順に複数回繰り返し、最後（最上層）に第２
障壁層１１を形成することにより構成している。そし
て、本実施の形態４では、特に第１障壁層１３の組成を
ＡｌZＧａ1-ZＮにおいてＡｌの混晶比を０．３０以上と
することにより、この第１障壁層１３を設ける効果がさ
らに顕著に現れるようにしたことを特徴としている。す
なわち、本実施の形態４は、本発明において、第１障壁
層１３を設けることの効果は、ＡｌZＧａ1-ZＮ（０．３
０≦Ｚ≦１）で表される第１障壁層１３を成長させた
後、第２障壁層１１の成長温度まで温度を上昇させたと
きにより顕著に表れることを見出しＬＥＤ素子に適用し
たものである。
層１０６ｆは、図１９に示すように、ｎ型多層膜１０５
ａの上に、第２障壁層１１、井戸層１２及び第１障壁層
１３をこの順に複数回繰り返し、最後（最上層）に第２
障壁層１１を形成することにより構成している。そし
て、本実施の形態４では、特に第１障壁層１３の組成を
ＡｌZＧａ1-ZＮにおいてＡｌの混晶比を０．３０以上と
することにより、この第１障壁層１３を設ける効果がさ
らに顕著に現れるようにしたことを特徴としている。す
なわち、本実施の形態４は、本発明において、第１障壁
層１３を設けることの効果は、ＡｌZＧａ1-ZＮ（０．３
０≦Ｚ≦１）で表される第１障壁層１３を成長させた
後、第２障壁層１１の成長温度まで温度を上昇させたと
きにより顕著に表れることを見出しＬＥＤ素子に適用し
たものである。
【００６４】また、この第１の障壁層１３を設けること
により得られる効果は、以下に説明するように第１障壁
層１３の表面形態と大きな関連があることもわかった。
図１４〜図１７は第１障壁層１３を８２０℃で形成後、
温度を１０５０℃まで昇温した際の第１障壁層１３の表
面形態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したものであ
る。図１４はＡｌの混晶比Ｚ＝０．１５、図１５はＺ＝
０．３０、図１６はＺ＝０．４５、図１７はＺ＝０．６
０であり、図を見てもわかるようにＡｌの混晶比がＺ≧
０．３０になると、第１障壁層１３は表面が陥没または
層を貫通する複数の領域を有する網目構造となる。これ
は第１障壁層１３であるＡｌＧａＮを低温で形成してい
るため、このＡｌＧａＮの結晶性および膜厚が不均一で
あり、第１障壁層１３を成長後、第２障壁層１１の成長
温度まで温度を上昇させたとき、ＡｌＧａＮの結晶性の
悪いところまたは膜厚の薄いところで井戸層１２の一部
のＩｎが分解してしまい、第１障壁層１３の表面が陥没
または層が貫通し、井戸層１２の表面の一部などが露出
したものである。さらにこの陥没または貫通した領域は
第１障壁層１３の表面積の１割以上となるＡｌ混晶比Ｚ
が０．３０以上の時、駆動電圧が大きく低下させること
がわかった。この結果を図１８のグラフに示す。図１８
のグラフは、本発明の窒化物半導体ＬＥＤ素子における
Ａｌ混晶比に対する駆動電圧の変化を示すものである。
により得られる効果は、以下に説明するように第１障壁
層１３の表面形態と大きな関連があることもわかった。
図１４〜図１７は第１障壁層１３を８２０℃で形成後、
温度を１０５０℃まで昇温した際の第１障壁層１３の表
面形態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したものであ
る。図１４はＡｌの混晶比Ｚ＝０．１５、図１５はＺ＝
０．３０、図１６はＺ＝０．４５、図１７はＺ＝０．６
０であり、図を見てもわかるようにＡｌの混晶比がＺ≧
０．３０になると、第１障壁層１３は表面が陥没または
層を貫通する複数の領域を有する網目構造となる。これ
は第１障壁層１３であるＡｌＧａＮを低温で形成してい
るため、このＡｌＧａＮの結晶性および膜厚が不均一で
あり、第１障壁層１３を成長後、第２障壁層１１の成長
温度まで温度を上昇させたとき、ＡｌＧａＮの結晶性の
悪いところまたは膜厚の薄いところで井戸層１２の一部
のＩｎが分解してしまい、第１障壁層１３の表面が陥没
または層が貫通し、井戸層１２の表面の一部などが露出
したものである。さらにこの陥没または貫通した領域は
第１障壁層１３の表面積の１割以上となるＡｌ混晶比Ｚ
が０．３０以上の時、駆動電圧が大きく低下させること
がわかった。この結果を図１８のグラフに示す。図１８
のグラフは、本発明の窒化物半導体ＬＥＤ素子における
Ａｌ混晶比に対する駆動電圧の変化を示すものである。
【００６５】なお、本発明の実施の形態４における活性
層の各層の好ましい膜厚等は実施の形態１と同様であ
る。
層の各層の好ましい膜厚等は実施の形態１と同様であ
る。
【００６６】尚、本実施の形態４では、多重量子井戸構
造について説明するが、この活性層１０６ｆの効果は単
一量子井戸の場合であっても同様に得られる。
造について説明するが、この活性層１０６ｆの効果は単
一量子井戸の場合であっても同様に得られる。
【００６７】本実施の形態４の活性層１０６ｆにおい
て、第１障壁層１３のバンドギャップエネルギーは、図
２０に示すように第２障壁層１１のバンドギャップエネ
ルギーより大きく設定されかつ、第１障壁層１３はかな
らず井戸層１２を形成した後、井戸層１２に接して形成
されている。なお、本実施の形態４では、最も好ましい
例として、第１障壁層１３を全ての井戸層１２の上にそ
れぞれ形成するようにしたが、本発明はこれに限られる
ものではなく、井戸層１２と第２障壁層１１の間の少な
くとも１箇所に第１障壁層１３を含んでいればよい。
て、第１障壁層１３のバンドギャップエネルギーは、図
２０に示すように第２障壁層１１のバンドギャップエネ
ルギーより大きく設定されかつ、第１障壁層１３はかな
らず井戸層１２を形成した後、井戸層１２に接して形成
されている。なお、本実施の形態４では、最も好ましい
例として、第１障壁層１３を全ての井戸層１２の上にそ
れぞれ形成するようにしたが、本発明はこれに限られる
ものではなく、井戸層１２と第２障壁層１１の間の少な
くとも１箇所に第１障壁層１３を含んでいればよい。
【００６８】また、第１障壁層１３の膜厚は第２障壁層
１１の膜厚より薄く、一原子層以上１００オングストロ
ーム以下とすることが好ましい。１００オングストロー
ムより厚くなると、第１障壁層１３と井戸層１２との間
でミニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなって
しまうからである。従って、この第１障壁層１３はでき
るだけ薄いことが望ましい。
１１の膜厚より薄く、一原子層以上１００オングストロ
ーム以下とすることが好ましい。１００オングストロー
ムより厚くなると、第１障壁層１３と井戸層１２との間
でミニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなって
しまうからである。従って、この第１障壁層１３はでき
るだけ薄いことが望ましい。
【００６９】また、第２障壁層１１の膜厚は１０オング
ストローム以上４００オングストローム以下とすること
ができ、また井戸層１２の膜厚は１０オングストローム
以上７０オングストローム以下にすることが好ましい。
ストローム以上４００オングストローム以下とすること
ができ、また井戸層１２の膜厚は１０オングストローム
以上７０オングストローム以下にすることが好ましい。
【００７０】また、本実施の形態４において、多層膜第
２クラッド層１０５ａは、例えば、アンドープＧａＮ層
とアンドープＩｎＧａＮ層からなる超格子構造のアンド
ープ層であり、発光出力を高くする目的で形成される。
ｎ型クラッド層１０５は、実施の形態１と同様に構成す
ることにより、静電耐圧を向上させることができる。こ
のように、実施の形態４では、ｎ側のクラッド層を、ｎ
型クラッド層１０５と多層膜第２クラッド層１０５ａに
よって構成することにより、発光出力を高くでき、かつ
静電耐圧を向上させることができる。
２クラッド層１０５ａは、例えば、アンドープＧａＮ層
とアンドープＩｎＧａＮ層からなる超格子構造のアンド
ープ層であり、発光出力を高くする目的で形成される。
ｎ型クラッド層１０５は、実施の形態１と同様に構成す
ることにより、静電耐圧を向上させることができる。こ
のように、実施の形態４では、ｎ側のクラッド層を、ｎ
型クラッド層１０５と多層膜第２クラッド層１０５ａに
よって構成することにより、発光出力を高くでき、かつ
静電耐圧を向上させることができる。
【００７１】以上説明したように、本実施の形態４の発
光ダイオードは、活性層１０６ｆにおいて、第２障壁層
よりバンドギャップの大きいＡｌを比較的多く含む第１
障壁層を設けることにより、駆動電圧を下げることがで
き、ｎ側のクラッド層を、ｎ型クラッド層１０５とｎ型
第２クラッド層１０５ａによって構成することにより、
発光出力を高くでき、かつ静電耐圧を向上させることが
できる。
光ダイオードは、活性層１０６ｆにおいて、第２障壁層
よりバンドギャップの大きいＡｌを比較的多く含む第１
障壁層を設けることにより、駆動電圧を下げることがで
き、ｎ側のクラッド層を、ｎ型クラッド層１０５とｎ型
第２クラッド層１０５ａによって構成することにより、
発光出力を高くでき、かつ静電耐圧を向上させることが
できる。
【００７２】以上の実施の形態４では、窒化物半導体Ｌ
ＥＤ素子を例に説明したが、本発明はＬＥＤ素子に限ら
れるものではなく、窒化物半導体レーザ素子に適用して
同様の効果が得られる。
ＥＤ素子を例に説明したが、本発明はＬＥＤ素子に限ら
れるものではなく、窒化物半導体レーザ素子に適用して
同様の効果が得られる。
【００７３】実施の形態５．次に、本発明に係る実施の
形態５の発光ダイオードについて説明する。本実施の形
態５の発光ダイオードは、図２１に示すように、実施の
形態２の発光ダイオードにおいてさらに、ｎ型クラッド
層１０５と活性層１０６ｃの間にＩｎを含む窒化物半導
体からなるｎ側第２クラッド層２１を形成し、ｐ型クラ
ッド層１０７と活性層１０６ｃの間にＩｎを含む窒化物
半導体からなるｐ側第２クラッド層２２を形成した以外
は、実施の形態２の発光ダイオードと同様に構成され
る。
形態５の発光ダイオードについて説明する。本実施の形
態５の発光ダイオードは、図２１に示すように、実施の
形態２の発光ダイオードにおいてさらに、ｎ型クラッド
層１０５と活性層１０６ｃの間にＩｎを含む窒化物半導
体からなるｎ側第２クラッド層２１を形成し、ｐ型クラ
ッド層１０７と活性層１０６ｃの間にＩｎを含む窒化物
半導体からなるｐ側第２クラッド層２２を形成した以外
は、実施の形態２の発光ダイオードと同様に構成され
る。
【００７４】この実施の形態５において、ｎ側第２クラ
ッド層２１及びｐ側第２クラッド層２２は、図２１に示
すように活性層１０６ｃの両側に形成され、ｎ型クラッ
ド層１０５とｐ型クラッド層１０７との格子定数の違い
に起因して活性層１０６ｃに生じる結晶性の悪化及び不
要な歪の発生等を防止している。従って、ｎ側第２クラ
ッド層２１及びｐ側第２クラッド層２２は、ｎ型クラッ
ド層１０５とｐ型クラッド層１０７との間で格子定数の
差がより大きい比較的Ｉｎの比率が高い活性層を形成す
る場合に特に効果的である。
ッド層２１及びｐ側第２クラッド層２２は、図２１に示
すように活性層１０６ｃの両側に形成され、ｎ型クラッ
ド層１０５とｐ型クラッド層１０７との格子定数の違い
に起因して活性層１０６ｃに生じる結晶性の悪化及び不
要な歪の発生等を防止している。従って、ｎ側第２クラ
ッド層２１及びｐ側第２クラッド層２２は、ｎ型クラッ
ド層１０５とｐ型クラッド層１０７との間で格子定数の
差がより大きい比較的Ｉｎの比率が高い活性層を形成す
る場合に特に効果的である。
【００７５】より具体的に説明すると、ｎ側第２クラッ
ド層２１は、井戸層１２を成長させるときに、Ｉｎが均
一になるように成長させるように作用し、これにより井
戸層における組成のゆらぎを低減させる効果がある。こ
れにより、特に、Ｉｎを比較的多く含む必要がある高混
晶の井戸層を含む活性層を有する発光素子の発光出力の
低下を防止することができる。この効果は、Ｉｎの比率
が比較的高い高混晶の井戸層１２を繰り返し形成する必
要がある多重量子井戸構造の活性層１０６ｃを成長させ
るときに特に顕著である。ここで、ｎ側第２クラッド層
２１は、Ｉｎを含む一般式Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ｎで表される
窒化物半導体で構成することができ、上述の作用をより
効果的に発揮させるために、ｘ６は、０．００２５≦ｘ
６≦０．１の範囲に設定することが好ましく、膜厚は、
１０００Å〜５０００Åの範囲に設定することが好まし
い。
ド層２１は、井戸層１２を成長させるときに、Ｉｎが均
一になるように成長させるように作用し、これにより井
戸層における組成のゆらぎを低減させる効果がある。こ
れにより、特に、Ｉｎを比較的多く含む必要がある高混
晶の井戸層を含む活性層を有する発光素子の発光出力の
低下を防止することができる。この効果は、Ｉｎの比率
が比較的高い高混晶の井戸層１２を繰り返し形成する必
要がある多重量子井戸構造の活性層１０６ｃを成長させ
るときに特に顕著である。ここで、ｎ側第２クラッド層
２１は、Ｉｎを含む一般式Ｉｎx6Ｇａ1-x6Ｎで表される
窒化物半導体で構成することができ、上述の作用をより
効果的に発揮させるために、ｘ６は、０．００２５≦ｘ
６≦０．１の範囲に設定することが好ましく、膜厚は、
１０００Å〜５０００Åの範囲に設定することが好まし
い。
【００７６】また、ｐ側第２クラッド層２２は、活性層
１０６ｃの上にｐ型クラッド層１０７を形成した時に、
活性層１０６ｃとｐ型クラッド層１０７との格子定数の
差に起因して、活性層の井戸層に不要な歪が生じるのを
緩和する作用がある。この作用により、特に、Ｉｎを比
較的く含む必要がある高混晶の井戸層を含む活性層を有
する発光素子の発光出力の低下を防止することができ
る。この効果は、Ｉｎの比率が比較的高い高混晶の井戸
層１２を繰り返し形成する必要がある多重量子井戸構造
の活性層１０６ｃを成長させるときに特に顕著である。
ここで、ｐ側第２クラッド層２１は、Ｉｎを含む一般式
Ｉｎx7Ｇａ1-x7Ｎで表される窒化物半導体で構成するこ
とができ、上述の作用をより効果的に発揮させるため
に、ｘ７は、０．００５≦ｘ７≦０．１の範囲に設定す
ることが好ましく、膜厚は、１００Å〜１０００Åの範
囲に設定することが好ましい。
１０６ｃの上にｐ型クラッド層１０７を形成した時に、
活性層１０６ｃとｐ型クラッド層１０７との格子定数の
差に起因して、活性層の井戸層に不要な歪が生じるのを
緩和する作用がある。この作用により、特に、Ｉｎを比
較的く含む必要がある高混晶の井戸層を含む活性層を有
する発光素子の発光出力の低下を防止することができ
る。この効果は、Ｉｎの比率が比較的高い高混晶の井戸
層１２を繰り返し形成する必要がある多重量子井戸構造
の活性層１０６ｃを成長させるときに特に顕著である。
ここで、ｐ側第２クラッド層２１は、Ｉｎを含む一般式
Ｉｎx7Ｇａ1-x7Ｎで表される窒化物半導体で構成するこ
とができ、上述の作用をより効果的に発揮させるため
に、ｘ７は、０．００５≦ｘ７≦０．１の範囲に設定す
ることが好ましく、膜厚は、１００Å〜１０００Åの範
囲に設定することが好ましい。
【００７７】図２３は、本発明に係る実施の形態５の発
光ダイオードの波長λｄ（ｎｍ）に対する発光出力Ｐｏ
（ｍＷ）を表すグラフであり、従来の発光ダイオードと
比較して示している。図２３のグラフから明らかなよう
に、本実施の形態５の構成によれば、５３５ｎｍ以上の
波長領域において、発光出力の低下を防止できる。ここ
で、本発明の発光ダイオード及び従来の発光ダイオード
はそれぞれ、以下のように構成された素子を用いて評価
した。
光ダイオードの波長λｄ（ｎｍ）に対する発光出力Ｐｏ
（ｍＷ）を表すグラフであり、従来の発光ダイオードと
比較して示している。図２３のグラフから明らかなよう
に、本実施の形態５の構成によれば、５３５ｎｍ以上の
波長領域において、発光出力の低下を防止できる。ここ
で、本発明の発光ダイオード及び従来の発光ダイオード
はそれぞれ、以下のように構成された素子を用いて評価
した。
【００７８】本願発明の発光ダイオードの層構成は、 （１）バッファ層１０２；アンドープＡｌxＧａ1-xＮ，
１００Å、 （２）アンドープＧａＮ層１０３；ＧａＮ，１．５μ
ｍ、 （３）ｎ型コンタクト層１０４；ＳｉドープＧａＮ，
４．１６５μｍ、 （４）ｎ型クラッド層１０５；アンドープＧａＮ（３０
００Å）／ＳｉドープＧａＮ（３００Å）／アンドープ
ＧａＮ（５０Å）の３層構造、 （５）ｎ側第２クラッド層２１；Ｉｎ0.005Ｇａ
0.995Ｎ，３５００Å、 （６）活性層１０６ｃ；（ＧａＮからなる第２障壁層７
０Å／ＩｎＧａＮからなる井戸層３０Å／ＡｌＧａＮか
らなる第１障壁層４０Å）×４サイクル＋ＧａＮからな
る最上部層７０Å、 （７）ｐ側第２クラッド層２２；ＭｇドープＩｎ0.014
Ｇａ0.986Ｎ，２００Å、 （８）ｐ型クラッド層１０７；アンドープＡｌ0.042Ｇ
ａ0.958Ｎ，２５００Å、 （９）ｐ型コンタクト層１０８；ＭｇドープＧａＮ，１
２００Å、 からなる。
１００Å、 （２）アンドープＧａＮ層１０３；ＧａＮ，１．５μ
ｍ、 （３）ｎ型コンタクト層１０４；ＳｉドープＧａＮ，
４．１６５μｍ、 （４）ｎ型クラッド層１０５；アンドープＧａＮ（３０
００Å）／ＳｉドープＧａＮ（３００Å）／アンドープ
ＧａＮ（５０Å）の３層構造、 （５）ｎ側第２クラッド層２１；Ｉｎ0.005Ｇａ
0.995Ｎ，３５００Å、 （６）活性層１０６ｃ；（ＧａＮからなる第２障壁層７
０Å／ＩｎＧａＮからなる井戸層３０Å／ＡｌＧａＮか
らなる第１障壁層４０Å）×４サイクル＋ＧａＮからな
る最上部層７０Å、 （７）ｐ側第２クラッド層２２；ＭｇドープＩｎ0.014
Ｇａ0.986Ｎ，２００Å、 （８）ｐ型クラッド層１０７；アンドープＡｌ0.042Ｇ
ａ0.958Ｎ，２５００Å、 （９）ｐ型コンタクト層１０８；ＭｇドープＧａＮ，１
２００Å、 からなる。
【００７９】従来例の発光ダイオードの層構成は、 （１）バッファ層；アンドープＡｌxＧａ1-xＮ，１００
Å、 （２）アンドープＧａＮ層；ＧａＮ，１．５μｍ、 （３）ｎ型コンタクト層；ＳｉドープＧａＮ，４．１６
５μｍ、 （４）ｎ型クラッド層；アンドープＧａＮ（３０００
Å）／ＳｉドープＧａＮ（３００Å）／アンドープＧａ
Ｎ（５０Å）の３層構造、 （５）バッファ超格子層；（ＧａＮ４０Å／Ｉｎ0.13Ｇ
ａ0.87Ｎ２０Å）×１０＋ＧａＮ４０Å （６）活性層１０６ｃ；（ＧａＮからなる障壁層２００
Å／ＩｎＧａＮからなる井戸層３０Å）×４サイクル＋
ＧａＮからなる障壁層２００Å、 （７）ｐ側クラッド層；（ＭｇドープＡｌ0.16Ｇａ0.84
Ｎ：４０Å／ＭｇドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：２５Å）
×５＋ＭｇドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎ：４０Å、 （８）アンドープＡｌＧａＮ；アンドープＡｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎ，２８００Å、 （９）ｐ型コンタクト層；ＭｇドープＧａＮ，１２００
Å、 からなる。
Å、 （２）アンドープＧａＮ層；ＧａＮ，１．５μｍ、 （３）ｎ型コンタクト層；ＳｉドープＧａＮ，４．１６
５μｍ、 （４）ｎ型クラッド層；アンドープＧａＮ（３０００
Å）／ＳｉドープＧａＮ（３００Å）／アンドープＧａ
Ｎ（５０Å）の３層構造、 （５）バッファ超格子層；（ＧａＮ４０Å／Ｉｎ0.13Ｇ
ａ0.87Ｎ２０Å）×１０＋ＧａＮ４０Å （６）活性層１０６ｃ；（ＧａＮからなる障壁層２００
Å／ＩｎＧａＮからなる井戸層３０Å）×４サイクル＋
ＧａＮからなる障壁層２００Å、 （７）ｐ側クラッド層；（ＭｇドープＡｌ0.16Ｇａ0.84
Ｎ：４０Å／ＭｇドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：２５Å）
×５＋ＭｇドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎ：４０Å、 （８）アンドープＡｌＧａＮ；アンドープＡｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎ，２８００Å、 （９）ｐ型コンタクト層；ＭｇドープＧａＮ，１２００
Å、 からなる。
【００８０】以上の実施の形態５の発光ダイオードで
は、ｎ側第２クラッド層２１の上に、第２障壁層を最初
に形成するようにして活性層１０６ｃを形成したが、本
発明は、図２２に示すように、ｎ側第２クラッド層２１
の上に、第１障壁層を最初に形成するようにした活性層
１０６ｄを用いて構成してもよい。以上のようにしても
実施の形態５と同様の作用効果が得られる。
は、ｎ側第２クラッド層２１の上に、第２障壁層を最初
に形成するようにして活性層１０６ｃを形成したが、本
発明は、図２２に示すように、ｎ側第２クラッド層２１
の上に、第１障壁層を最初に形成するようにした活性層
１０６ｄを用いて構成してもよい。以上のようにしても
実施の形態５と同様の作用効果が得られる。
【００８１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。念
のために言うが、本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
のために言うが、本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００８２】（実施例１）実施例１の素子を作製するに
あたって、主表面がＣ面であるサファイア基板を基板１
０１として用い、各層は有機金属気相成長方法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により成長が行われ、III族ガス源として、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびトリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）がそれぞれＧａ，Ｉｎ，Ａ
ｌの原料として用いられ、Ｖ族ガス源として、アンモニ
ア（ＮＨ3）がＮの原料として用いられている。ｎ型ド
ーパント源としてモノシラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドー
パント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）が各々用いられ、キャリアガスおよび副
流ガスとしてＨ2とＮ2が用いられる。まず、ＭＯＣＶＤ
装置内にサファイアからなる異種基板１０１をセット
し、基板１０１をＨ2中で基板温度が約１１４０℃にな
るように加熱し、基板１０１の表面処理を行う。
あたって、主表面がＣ面であるサファイア基板を基板１
０１として用い、各層は有機金属気相成長方法（ＭＯＣ
ＶＤ法）により成長が行われ、III族ガス源として、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびトリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）がそれぞれＧａ，Ｉｎ，Ａ
ｌの原料として用いられ、Ｖ族ガス源として、アンモニ
ア（ＮＨ3）がＮの原料として用いられている。ｎ型ド
ーパント源としてモノシラン（ＳｉＨ4）が、ｐ型ドー
パント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）が各々用いられ、キャリアガスおよび副
流ガスとしてＨ2とＮ2が用いられる。まず、ＭＯＣＶＤ
装置内にサファイアからなる異種基板１０１をセット
し、基板１０１をＨ2中で基板温度が約１１４０℃にな
るように加熱し、基板１０１の表面処理を行う。
【００８３】基板の表面処理した後、基板１０１温度を
約５１０℃まで下げ、反応ガスにＴＭＧ、ＮＨ3を用
い、ＧａＮからなるバッファ層１０２を約２００Åの膜
厚で基板１０１上に形成する。
約５１０℃まで下げ、反応ガスにＴＭＧ、ＮＨ3を用
い、ＧａＮからなるバッファ層１０２を約２００Åの膜
厚で基板１０１上に形成する。
【００８４】バッファ層１０２を形成した後、基板温度
を約１１５０℃まで上昇させ、反応ガスとしてＴＭＧ、
ＮＨ3を用い、アンドープＧａＮ層１０３を約１．５μm
の膜厚でバッファ層１０２上に形成する。
を約１１５０℃まで上昇させ、反応ガスとしてＴＭＧ、
ＮＨ3を用い、アンドープＧａＮ層１０３を約１．５μm
の膜厚でバッファ層１０２上に形成する。
【００８５】さらに、アンドープＧａＮ層１０３を形成
した後、反応ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ドーパ
ントのＳｉ源としてＳｉＨ4を用い、Ｓｉを５×１０18
／ｃｍ 3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１
０４を約２μmの膜厚で形成する。
した後、反応ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ドーパ
ントのＳｉ源としてＳｉＨ4を用い、Ｓｉを５×１０18
／ｃｍ 3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１
０４を約２μmの膜厚で形成する。
【００８６】次に、ｎ型コンタクト層１０４上にｎ型ク
ラッド層１０５を形成する。ｎ型クラッド層１０５は、
ｎ型クラッド第１層、第２層および第３層から構成され
る。ｎ型クラッド第１層および第３層としてはアンドー
プＧａＮ層を、反応ガスにＴＭＧ、ＮＨ3を用いて形成
する。ｎ型クラッド第２層についてはＳｉを５×１０1 8
／ｃｍ3ドープしたＳｉドープＧａＮ層を、ドーパント
のＳｉ源としてＳｉＨ4をさらに用いて形成する。ｎ型
クラッド第１層、第２層および第３層の膜厚は、それぞ
れ３０００Å、３００Å、５０Åとする。
ラッド層１０５を形成する。ｎ型クラッド層１０５は、
ｎ型クラッド第１層、第２層および第３層から構成され
る。ｎ型クラッド第１層および第３層としてはアンドー
プＧａＮ層を、反応ガスにＴＭＧ、ＮＨ3を用いて形成
する。ｎ型クラッド第２層についてはＳｉを５×１０1 8
／ｃｍ3ドープしたＳｉドープＧａＮ層を、ドーパント
のＳｉ源としてＳｉＨ4をさらに用いて形成する。ｎ型
クラッド第１層、第２層および第３層の膜厚は、それぞ
れ３０００Å、３００Å、５０Åとする。
【００８７】次に、基板温度を１０００℃まで低下さ
せ、ＴＭＧの代わりに新たにＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、
ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎを供給する。これにより、
膜厚約５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２障壁層１
１がｎ型コンタクト層１０４上に成長される。尚、第２
障壁層１１をＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎの３元混晶として形成す
る場合は、さらにＴＭＡを適宜供給する。
せ、ＴＭＧの代わりに新たにＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、
ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎを供給する。これにより、
膜厚約５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２障壁層１
１がｎ型コンタクト層１０４上に成長される。尚、第２
障壁層１１をＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎの３元混晶として形成す
る場合は、さらにＴＭＡを適宜供給する。
【００８８】次に、基板温度を７５０℃まで低下させ、
ＴＥＧ４．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉ
ｎ、さらにＴＭＩ４０ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これに
より、膜厚約３５ÅのＩｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸
層１２が第２障壁層１１上に形成される。
ＴＥＧ４．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉ
ｎ、さらにＴＭＩ４０ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これに
より、膜厚約３５ÅのＩｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸
層１２が第２障壁層１１上に形成される。
【００８９】そしてその後、基板温度を８００℃に上昇
させ、第１障壁層１３を成長させる。ＴＥＧを１８ｃｃ
／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎ、さらにＴＭＡ
４．５ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約３
０ÅのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３を井戸
層１２上に成長させる。
させ、第１障壁層１３を成長させる。ＴＥＧを１８ｃｃ
／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎ、さらにＴＭＡ
４．５ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約３
０ÅのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３を井戸
層１２上に成長させる。
【００９０】上記の第１障壁層１１、井戸層１２、第１
障壁層１３の成長工程を４回繰り返したのち、最後に、
基板温度を１０００℃まで上昇させ、ＴＥＧ４０ｃｃ／
ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎを供給する。これ
により、膜厚約５０ÅのアンドープＧａＮからなる最上
部層１４を最も上の第１障壁層１３上に成長させる。こ
のようにして、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１
０６を形成する。
障壁層１３の成長工程を４回繰り返したのち、最後に、
基板温度を１０００℃まで上昇させ、ＴＥＧ４０ｃｃ／
ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎを供給する。これ
により、膜厚約５０ÅのアンドープＧａＮからなる最上
部層１４を最も上の第１障壁層１３上に成長させる。こ
のようにして、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１
０６を形成する。
【００９１】次に、最上部層１４を形成した後、同温度
にて、反応ガスとしてＴＥＧ、ＮＨ 3、ＴＭＡ、ドーパ
ント源としてＣｐ2Ｍｇを用い、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎからなるｐ型クラッド層１０７が約２００Åの膜
厚で活性層１０６上に形成される。次に、９５０℃に温
度を下げて、反応ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ア
ンドープＧａＮからなるｐ型コンタクト第１層をクラッ
ド層上に約１３００Åの膜厚で形成させる。
にて、反応ガスとしてＴＥＧ、ＮＨ 3、ＴＭＡ、ドーパ
ント源としてＣｐ2Ｍｇを用い、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎからなるｐ型クラッド層１０７が約２００Åの膜
厚で活性層１０６上に形成される。次に、９５０℃に温
度を下げて、反応ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ア
ンドープＧａＮからなるｐ型コンタクト第１層をクラッ
ド層上に約１３００Åの膜厚で形成させる。
【００９２】さらに、ｐ型のドーパント源のＣｐ2Ｍｇ
を加え、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト第２
層を約２００Åの膜厚でｐ型コンタクト第１層上に形成
する。そして、反応装置内をＮ2で置換し約６００℃の
温度にて５分間熱アニーリングを行う。この熱アニーリ
ングによりｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１
０８を高いキャリア濃度のｐ型層に変化させる。
を加え、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト第２
層を約２００Åの膜厚でｐ型コンタクト第１層上に形成
する。そして、反応装置内をＮ2で置換し約６００℃の
温度にて５分間熱アニーリングを行う。この熱アニーリ
ングによりｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１
０８を高いキャリア濃度のｐ型層に変化させる。
【００９３】次にｎ電極１１１を形成するため、ｎ型コ
ンタクト層１０４が露出するまでエッチングを行い、エ
ッチングされたウェハ上の所定の位置にｎ電極１１１お
よびｐ電極１１２をそれぞれ形成する。
ンタクト層１０４が露出するまでエッチングを行い、エ
ッチングされたウェハ上の所定の位置にｎ電極１１１お
よびｐ電極１１２をそれぞれ形成する。
【００９４】このようにして得られたＩｎ0.75Ｇａ0.25
Ｎからなる井戸層１０６を有し、発光色が黄色の発光ダ
イオードは、順方向電流（Ｉｆ）＝２０ｍＡのもとで、
発光ピーク波長λd＝５９０ｎｍ、半値幅＝４５ｎｍ、
発光出力＝１．８ｍＷ、駆動電圧＝３．２Ｖの測定結果
が得られた。
Ｎからなる井戸層１０６を有し、発光色が黄色の発光ダ
イオードは、順方向電流（Ｉｆ）＝２０ｍＡのもとで、
発光ピーク波長λd＝５９０ｎｍ、半値幅＝４５ｎｍ、
発光出力＝１．８ｍＷ、駆動電圧＝３．２Ｖの測定結果
が得られた。
【００９５】（実施例２）実施例２の発光ダイオード
は、活性層を以下のようにした以外は実施例１と同様で
ある。すなわち、実施例２では、ｎ型クラッド層１０５
形成後、基板温度を１０００℃まで低下させ、ＴＭＧの
代わりに新たにＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リ
ットル／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約５０Å
のアンドープＧａＮからなる第２障壁層１１をｎ型コン
タクト層１０４上に成長させる。
は、活性層を以下のようにした以外は実施例１と同様で
ある。すなわち、実施例２では、ｎ型クラッド層１０５
形成後、基板温度を１０００℃まで低下させ、ＴＭＧの
代わりに新たにＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リ
ットル／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約５０Å
のアンドープＧａＮからなる第２障壁層１１をｎ型コン
タクト層１０４上に成長させる。
【００９６】次に、基板温度を７５０℃まで低下させ、
ＴＥＧ４．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉ
ｎ、さらにＴＭＩ４０ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これに
より、膜厚約３５ÅのＩｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸
層１２を第２障壁層１１上に成長させる。
ＴＥＧ４．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉ
ｎ、さらにＴＭＩ４０ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これに
より、膜厚約３５ÅのＩｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸
層１２を第２障壁層１１上に成長させる。
【００９７】そして、基板温度を８００℃に上昇させ、
第１障壁層１３を成長させる。ＴＥＧを１８ｃｃ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎ、さらにＴＭＡ４．５
ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約３０Åの
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３を井戸層１２
上に成長させる。
第１障壁層１３を成長させる。ＴＥＧを１８ｃｃ／ｍｉ
ｎ、ＮＨ3約３リットル／ｍｉｎ、さらにＴＭＡ４．５
ｃｃ／ｍｉｎを供給する。これにより、膜厚約３０Åの
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３を井戸層１２
上に成長させる。
【００９８】その後、基板温度を１０００℃まで上昇さ
せ、ＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ 3約３リットル／ｍ
ｉｎを供給する。これにより、膜厚約５０Åのアンドー
プＧａＮからなる最上部層１４を第１障壁層１３上に成
長させる。このようにして、単一井戸構造の活性層１０
６を形成する。
せ、ＴＥＧ４０ｃｃ／ｍｉｎ、ＮＨ 3約３リットル／ｍ
ｉｎを供給する。これにより、膜厚約５０Åのアンドー
プＧａＮからなる最上部層１４を第１障壁層１３上に成
長させる。このようにして、単一井戸構造の活性層１０
６を形成する。
【００９９】最上部層１４形成後は、実施例１と同様
に、ｐ型クラッド層１０７以降の層が順次形成される。
に、ｐ型クラッド層１０７以降の層が順次形成される。
【０１００】以上のようにして作製された実施例２の発
光ダイオードは、実施例１と同様の結果が得られた。
光ダイオードは、実施例１と同様の結果が得られた。
【０１０１】（第１障壁層に関する詳細説明）次に、多
重量子井戸構造を有する実施例１の発光ダイオードにお
いて、第１障壁層をＡｌy2Ｇａ1-y2ＮとしたときのＡｌ
の混晶比を順次変化させた場合について説明する。図９
は、この時の混晶比ｙ２に対する駆動電圧Ｖfとの関係
を示した図である。尚、ここでいう駆動電圧とは、発光
ダイオードを順方向電流Ｉf＝２０ｍＡで駆動させるた
めに必要な駆動電圧をいう。図からわかるように発光素
子を電流値２０ｍＡで駆動させるために必要な電圧は、
ｙ２＜０．１５では減少傾向にあるが、ｙ２≧０．１５
ではほぼ一定値になることがわかる。このことから第１
障壁層のＡｌ混晶比増加による駆動電圧の低減への効果
は、ｙ２≧０．１５では飽和傾向にあることがわかる。
重量子井戸構造を有する実施例１の発光ダイオードにお
いて、第１障壁層をＡｌy2Ｇａ1-y2ＮとしたときのＡｌ
の混晶比を順次変化させた場合について説明する。図９
は、この時の混晶比ｙ２に対する駆動電圧Ｖfとの関係
を示した図である。尚、ここでいう駆動電圧とは、発光
ダイオードを順方向電流Ｉf＝２０ｍＡで駆動させるた
めに必要な駆動電圧をいう。図からわかるように発光素
子を電流値２０ｍＡで駆動させるために必要な電圧は、
ｙ２＜０．１５では減少傾向にあるが、ｙ２≧０．１５
ではほぼ一定値になることがわかる。このことから第１
障壁層のＡｌ混晶比増加による駆動電圧の低減への効果
は、ｙ２≧０．１５では飽和傾向にあることがわかる。
【０１０２】次に、図１０に、多重量子井戸構造を有す
る上記実施例１の発光ダイオードにおける第１障壁層を
Ａｌy2Ｇａ1-y2ＮとしたときのＡｌの混晶比ｙ２に対す
る発光出力の関係を示した図である。図からわかるよう
に、ｙ２≧０．１の領域から、発光出力が大きく向上す
ることがわかる。
る上記実施例１の発光ダイオードにおける第１障壁層を
Ａｌy2Ｇａ1-y2ＮとしたときのＡｌの混晶比ｙ２に対す
る発光出力の関係を示した図である。図からわかるよう
に、ｙ２≧０．１の領域から、発光出力が大きく向上す
ることがわかる。
【０１０３】一般に、ＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓ
Ｐのダブルヘテロ構造のレーザダイオードにおけるキャ
リア閉じ込めに必要なバンドギャップエネルギー差ΔＥ
ｇ（＝Ｅｇ1−Ｅｇ2）は、ΔＥｇ≧０．３ｅＶとされて
いる（光通信素子工学−受光・発光素子−、７２頁８行
目〜１４行目（米津宏雄氏著、工学図書株式会社出
版）。
Ｐのダブルヘテロ構造のレーザダイオードにおけるキャ
リア閉じ込めに必要なバンドギャップエネルギー差ΔＥ
ｇ（＝Ｅｇ1−Ｅｇ2）は、ΔＥｇ≧０．３ｅＶとされて
いる（光通信素子工学−受光・発光素子−、７２頁８行
目〜１４行目（米津宏雄氏著、工学図書株式会社出
版）。
【０１０４】また、特開平６−１６４０５５号公報にお
いて、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋
ｙ≦１）からなる井戸層と障壁層（バリア層）を有する
半導体レーザも同様に、両者のバンドギャップエネルギ
ー差ΔＥｇは０．３ｅＶ以上とすることが好ましいと記
載されている。
いて、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋
ｙ≦１）からなる井戸層と障壁層（バリア層）を有する
半導体レーザも同様に、両者のバンドギャップエネルギ
ー差ΔＥｇは０．３ｅＶ以上とすることが好ましいと記
載されている。
【０１０５】これに対し、本実施例の発光ダイオードの
バンドギャップエネルギー差ΔＥｇをＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮとしたときのバンドギャップエネルギーＥgを下
式 Ｅg ＝ ３．４ − １．４５ｘ ＋ ２．８ｙ （ｅＶ） によって近似して概算すると、ＧａＮからなる第２障壁
層１１とＩｎ0.75Ｇａ0. 25Ｎからなる井戸層１２とした
ときのΔＥｇは約１．１ｅＶであり、さらにＩｎ 0.75Ｇ
ａ0.25Ｎからなる井戸層１２とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからな
る第１障壁層１３としたときのΔＥｇに至っては約１．
６ｅＶである レーザダイオードのキャリア閉じ込めは発光ダイオード
よりも高密度で行う必要があることから、レーザダイオ
ードに必要なΔＥｇは発光ダイオードに必要なΔＥｇよ
りも大きいことを考慮すると、本発明の発光ダイオード
における第２障壁層１１および第１障壁層１３は、井戸
層１２に対し、一般に用いられている障壁層に比べて極
めて大きなバンドギャップエネルギー差を有しているこ
とがわかる。
バンドギャップエネルギー差ΔＥｇをＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮとしたときのバンドギャップエネルギーＥgを下
式 Ｅg ＝ ３．４ − １．４５ｘ ＋ ２．８ｙ （ｅＶ） によって近似して概算すると、ＧａＮからなる第２障壁
層１１とＩｎ0.75Ｇａ0. 25Ｎからなる井戸層１２とした
ときのΔＥｇは約１．１ｅＶであり、さらにＩｎ 0.75Ｇ
ａ0.25Ｎからなる井戸層１２とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからな
る第１障壁層１３としたときのΔＥｇに至っては約１．
６ｅＶである レーザダイオードのキャリア閉じ込めは発光ダイオード
よりも高密度で行う必要があることから、レーザダイオ
ードに必要なΔＥｇは発光ダイオードに必要なΔＥｇよ
りも大きいことを考慮すると、本発明の発光ダイオード
における第２障壁層１１および第１障壁層１３は、井戸
層１２に対し、一般に用いられている障壁層に比べて極
めて大きなバンドギャップエネルギー差を有しているこ
とがわかる。
【０１０６】第１障壁層１３と井戸層１２の間のΔＥｇ
は、第１障壁層１３のＡｌの混晶比ｙ２および井戸層１
２のＩｎの混晶比ｘ１の値が小さい場合の組み合わせに
おいて最小となるが、発光出力の向上に大きな効果が見
られる下限値ｙ２＝０．１と、黄色として好ましい発光
波長を得るためのＩｎ混晶比ｘ１の下限値ｘ１＝０．６
としたｘ１、ｙ２それぞれの下限値の組み合わせにおい
てもΔＥｇは約１．２ｅＶと依然極めて大きいことがわ
かる。さらに、閾値電圧の低減に効果が見られる下限値
ｙ２＝０．１５と、黄色として好ましい発光波長を得る
ためのＩｎ混晶比ｘ１の下限値ｘ１＝０．６としたｘ
１、ｙ２それぞれの下限値の組み合わせにおいてもΔＥ
ｇは約１．３ｅＶとさらに大きな値となる。
は、第１障壁層１３のＡｌの混晶比ｙ２および井戸層１
２のＩｎの混晶比ｘ１の値が小さい場合の組み合わせに
おいて最小となるが、発光出力の向上に大きな効果が見
られる下限値ｙ２＝０．１と、黄色として好ましい発光
波長を得るためのＩｎ混晶比ｘ１の下限値ｘ１＝０．６
としたｘ１、ｙ２それぞれの下限値の組み合わせにおい
てもΔＥｇは約１．２ｅＶと依然極めて大きいことがわ
かる。さらに、閾値電圧の低減に効果が見られる下限値
ｙ２＝０．１５と、黄色として好ましい発光波長を得る
ためのＩｎ混晶比ｘ１の下限値ｘ１＝０．６としたｘ
１、ｙ２それぞれの下限値の組み合わせにおいてもΔＥ
ｇは約１．３ｅＶとさらに大きな値となる。
【０１０７】Ｉｎの混晶比ｘ１が大きい井戸層１２の上
にＡｌの混晶比ｙ２が大きい第１障壁層１３を形成する
ことによって、発光ダイオードの発光出力が大きく向上
する理由は、井戸層と障壁層との極めて大きなバンドギ
ャップエネルギー差によるものと考えられる。そこで、
我々は、種々の他の要因を取り除いて評価することを目
的とし、活性層１０６を第２障壁層１１、井戸層１２お
よび第１障壁層１３を一層ずつ形成した段階のｐ型半導
体層のない中間的な素子状態でＰＬ評価を行った。図１
１に示す通り、第１障壁層のＡｌの混晶比ｙ2に対する
ＰＬ発光出力の関係においても、ｙ２の値が０．１２付
近から向上が見られた。このことから、本発明の黄色領
域の波長の光を発光する窒化物半導体層を有する発光ダ
イオードの発光出力を向上させるという効果は、井戸層
上にＡｌの混晶比ｙ２を高く設定した第１障壁層を形成
することによって主に達成されていると考えられる。言
い換えれば、活性層における井戸層と障壁層との極めて
大きなバンドギャップエネルギー差による効果と言うこ
ともできる。
にＡｌの混晶比ｙ２が大きい第１障壁層１３を形成する
ことによって、発光ダイオードの発光出力が大きく向上
する理由は、井戸層と障壁層との極めて大きなバンドギ
ャップエネルギー差によるものと考えられる。そこで、
我々は、種々の他の要因を取り除いて評価することを目
的とし、活性層１０６を第２障壁層１１、井戸層１２お
よび第１障壁層１３を一層ずつ形成した段階のｐ型半導
体層のない中間的な素子状態でＰＬ評価を行った。図１
１に示す通り、第１障壁層のＡｌの混晶比ｙ2に対する
ＰＬ発光出力の関係においても、ｙ２の値が０．１２付
近から向上が見られた。このことから、本発明の黄色領
域の波長の光を発光する窒化物半導体層を有する発光ダ
イオードの発光出力を向上させるという効果は、井戸層
上にＡｌの混晶比ｙ２を高く設定した第１障壁層を形成
することによって主に達成されていると考えられる。言
い換えれば、活性層における井戸層と障壁層との極めて
大きなバンドギャップエネルギー差による効果と言うこ
ともできる。
【０１０８】さらに、先の特開平６−１６４０５５号公
報において、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる井戸層と障壁層（バリア層）
を有する半導体レーザの井戸層と障壁層（バリア層）と
の格子定数差は１％以下であることが好ましいと記載さ
れている。これに対し、井戸層Ｉｎ0.6Ｇａ0.4Ｎと第１
障壁層Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎのそれぞれの格子定数は３．４
０２Å、３．１８１Åであり、井戸層の格子定数に対す
る第１障壁層の格子定数差の比率は約６．５％となり、
特開平６−１６４０５５号公報において好ましいとされ
る格子定数差１％に比較して極めて大きい値となる。ま
た、井戸層Ｉｎ0.6Ｇａ0.4Ｎと第１障壁層Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎのそれぞれの格子定数は３．４０２Å、３．１７
４Åであり、その格子定数差の比率は約６．７％とな
り、さらに大きい値となる。しかしながら、本発明者ら
は、本発明に係る第２障壁層を設けることによって、そ
の第２障壁層上に形成される井戸層の結晶性をより向上
させることができ、その井戸層上に格子定数差の大きい
第１障壁層を結晶性よく形成可能であることを見出さし
た。さらに、その第１障壁層上に再度第２障壁層を形成
することによって、結晶性を損なうことなく多重量子井
戸構造を形成することが可能となった。また、本発明を
別な側面から見れば、井戸層と第１障壁層との大きな格
子定数差に起因する格子歪みの効果ということもでき
る。
報において、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる井戸層と障壁層（バリア層）
を有する半導体レーザの井戸層と障壁層（バリア層）と
の格子定数差は１％以下であることが好ましいと記載さ
れている。これに対し、井戸層Ｉｎ0.6Ｇａ0.4Ｎと第１
障壁層Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎのそれぞれの格子定数は３．４
０２Å、３．１８１Åであり、井戸層の格子定数に対す
る第１障壁層の格子定数差の比率は約６．５％となり、
特開平６−１６４０５５号公報において好ましいとされ
る格子定数差１％に比較して極めて大きい値となる。ま
た、井戸層Ｉｎ0.6Ｇａ0.4Ｎと第１障壁層Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎのそれぞれの格子定数は３．４０２Å、３．１７
４Åであり、その格子定数差の比率は約６．７％とな
り、さらに大きい値となる。しかしながら、本発明者ら
は、本発明に係る第２障壁層を設けることによって、そ
の第２障壁層上に形成される井戸層の結晶性をより向上
させることができ、その井戸層上に格子定数差の大きい
第１障壁層を結晶性よく形成可能であることを見出さし
た。さらに、その第１障壁層上に再度第２障壁層を形成
することによって、結晶性を損なうことなく多重量子井
戸構造を形成することが可能となった。また、本発明を
別な側面から見れば、井戸層と第１障壁層との大きな格
子定数差に起因する格子歪みの効果ということもでき
る。
【０１０９】次に、本発明の黄色領域の光を発光する窒
化物半導体層を有する発光ダイオードと従来のＡｌＧａ
ＩｎＰからなる発光ダイオードとの温度特性の比較を図
１２に示す。図１２中の窒化物半導体層を有する発光ダ
イオードは、本実施例に示したアンドープＧａＮからな
る第２障壁層１１、Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸層
と、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３によって
多重量子井戸構造として構成される活性層１０６を有す
る発光ダイオードの例である。図１２の温度特性は、駆
動電流Ｉｆ＝２０ｍＡとしたときの発光出力として示さ
れている。図から本発明の窒化物半導体からなる発光ダ
イオードの方が、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオー
ドと比較して、高温における発光出力の低下が小さいこ
とがわかる。
化物半導体層を有する発光ダイオードと従来のＡｌＧａ
ＩｎＰからなる発光ダイオードとの温度特性の比較を図
１２に示す。図１２中の窒化物半導体層を有する発光ダ
イオードは、本実施例に示したアンドープＧａＮからな
る第２障壁層１１、Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ｎからなる井戸層
と、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第１障壁層１３によって
多重量子井戸構造として構成される活性層１０６を有す
る発光ダイオードの例である。図１２の温度特性は、駆
動電流Ｉｆ＝２０ｍＡとしたときの発光出力として示さ
れている。図から本発明の窒化物半導体からなる発光ダ
イオードの方が、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオー
ドと比較して、高温における発光出力の低下が小さいこ
とがわかる。
【０１１０】発光ダイオードから構成される信号機など
の表示器を屋外で用いる場合、太陽光線が強い状況にお
いて、発光ダイオードは視認性上大きな発光出力を確保
する必要がある。一般に、太陽光線が強い夏場といった
時期あるいは熱帯といった地域においては表示器内の温
度が非常に高温となることから、屋外で用いられる表示
器では高温にさらされた場合であっても発光出力の低下
が小さい発光素子によって構成されることが好ましい。
屋外の使用においては表示器内の温度が７５℃に達する
ことも稀ではなく、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオ
ードでは７５℃における発光出力が室温である２５℃の
約５０％まで低下するが、本発明の窒化物半導体からな
る発光ダイオードでは、７５℃における発光出力が２５
℃における発光出力の８０％以上を維持しており、発光
出力の低下を抑えることができる。
の表示器を屋外で用いる場合、太陽光線が強い状況にお
いて、発光ダイオードは視認性上大きな発光出力を確保
する必要がある。一般に、太陽光線が強い夏場といった
時期あるいは熱帯といった地域においては表示器内の温
度が非常に高温となることから、屋外で用いられる表示
器では高温にさらされた場合であっても発光出力の低下
が小さい発光素子によって構成されることが好ましい。
屋外の使用においては表示器内の温度が７５℃に達する
ことも稀ではなく、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオ
ードでは７５℃における発光出力が室温である２５℃の
約５０％まで低下するが、本発明の窒化物半導体からな
る発光ダイオードでは、７５℃における発光出力が２５
℃における発光出力の８０％以上を維持しており、発光
出力の低下を抑えることができる。
【０１１１】このことから、本発明の窒化物半導体から
なる発光素子は、同じ黄色領域の光を発光するＡｌＧａ
ＩｎＰからなる発光ダイオードと比較して、優れた温度
特性を有していると言える。
なる発光素子は、同じ黄色領域の光を発光するＡｌＧａ
ＩｎＰからなる発光ダイオードと比較して、優れた温度
特性を有していると言える。
【０１１２】（実施例３）図１３は本発明の一実施例に
係る窒化物半導体ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面
図である。以下、この図を元に実施例３について説明す
る。なお本発明の発光素子は図１３の構造に限定される
ものではない。 （バッファ層２０２）２インチφ、Ｃ面を主面とするサ
ファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板１
０１（サファイア基板でもよい）をＭＯＶＰＥの反応容
器内にセットし、ＴＭＧとアンモニアを用い、ＧａＮ基
板１０１上にＧａＮよりなるバッファ層１０２を約２０
０オングストロームの膜厚で成長させる。
係る窒化物半導体ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面
図である。以下、この図を元に実施例３について説明す
る。なお本発明の発光素子は図１３の構造に限定される
ものではない。 （バッファ層２０２）２インチφ、Ｃ面を主面とするサ
ファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板１
０１（サファイア基板でもよい）をＭＯＶＰＥの反応容
器内にセットし、ＴＭＧとアンモニアを用い、ＧａＮ基
板１０１上にＧａＮよりなるバッファ層１０２を約２０
０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１１３】（アンドープＧａＮ層１０３）バッファ層
１０２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃ま
で上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層
１０３を１μｍの膜厚で成長させる。
１０２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃ま
で上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層
１０３を１μｍの膜厚で成長させる。
【０１１４】（ｎ型コンタクト層１０４）続いて１０５
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０19／ｃｍ
3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４を
４μｍの膜厚で成長させる。
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０19／ｃｍ
3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４を
４μｍの膜厚で成長させる。
【０１１５】（ｎ型クラッド層１０５）次にシランガス
のみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを
用い、アンドープＧａＮからなる第１層を３０００オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープし
たＧａＮからなる第２層を３００オングストロームの膜
厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温
度にてアンドープＧａＮからなる第３層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５
０オングストロームのｎ型クラッド層１０５を成長させ
る。
のみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを
用い、アンドープＧａＮからなる第１層を３０００オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシラ
ンガスを追加しＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープし
たＧａＮからなる第２層を３００オングストロームの膜
厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温
度にてアンドープＧａＮからなる第３層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５
０オングストロームのｎ型クラッド層１０５を成長させ
る。
【０１１６】（ｎ型多層膜層１０５ａ）次に、同様の温
度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層
を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃
にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドー
プＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を
２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作
を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層さ
せ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０
オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなる
ｎ型多層膜層１０５ａを６４０オングストロームの膜厚
で成長させる。
度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層
を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃
にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドー
プＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を
２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作
を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層さ
せ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０
オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなる
ｎ型多層膜層１０５ａを６４０オングストロームの膜厚
で成長させる。
【０１１７】（活性層１０６ｆ）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アン
モニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１
０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第２
障壁層１１を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ア
ンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１２
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにＴ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第１障壁層１３を１０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。この第２障壁層１１、井戸
層１２、第１障壁層１３の３層構造をさらに４回繰り返
して積層し、最後に第２障壁層１１を形成して、総膜厚
１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）か
らなる活性層１０６ｆを成長させる。
モニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１
０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第２
障壁層１１を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ア
ンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１２
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにＴ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第１障壁層１３を１０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。この第２障壁層１１、井戸
層１２、第１障壁層１３の３層構造をさらに４回繰り返
して積層し、最後に第２障壁層１１を形成して、総膜厚
１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）か
らなる活性層１０６ｆを成長させる。
【０１１８】（ｐ型クラッド層１０７）次に、温度１０
５０℃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５×
１０19／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚
で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、Ｃｐ 2Ｍｇを用いＭｇを５×１０19
／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第４の
窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順
で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層
を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造
の多層膜よりなるｐ型クラッド層１０７を３６５オング
ストロームの膜厚で成長させる。
５０℃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５×
１０19／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚
で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、Ｃｐ 2Ｍｇを用いＭｇを５×１０19
／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第４の
窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順
で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層
を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造
の多層膜よりなるｐ型クラッド層１０７を３６５オング
ストロームの膜厚で成長させる。
【０１１９】（ｐ型コンタクト層１０８）続いて１０５
０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇ
を１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層１０８を７００オングストロームの膜厚
で成長させる。
０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇ
を１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層１０８を７００オングストロームの膜厚
で成長させる。
【０１２０】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
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す
る。さらにアニーリング後、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１０８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１３に示すようにｎ型コンタクト層１０４の表面
を露出させる。
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す
る。さらにアニーリング後、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１０８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１３に示すようにｎ型コンタクト層１０４の表面
を露出させる。
【０１２１】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層１０８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側電極２１０と、エッチン
グにより露出させたｎ型コンタクト層１０４の表面には
ＷとＡｌを含むｎ側電極２１１を形成してＬＥＤ素子と
した。
ト層１０８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側電極２１０と、エッチン
グにより露出させたｎ型コンタクト層１０４の表面には
ＷとＡｌを含むｎ側電極２１１を形成してＬＥＤ素子と
した。
【０１２２】このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにお
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．０
Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の第１
障壁層１３の表面形態は図１５であった。
いて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．０
Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の第１
障壁層１３の表面形態は図１５であった。
【０１２３】［比較例１］実施例３と比較するために活
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープし
たＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにこの障壁層、井戸層を４回繰り返し
て積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚１３５０オ
ングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性
層を成長させる。以上のようにした他は実施例３と同様
に作製したところ発光ピークはブロードしており、駆動
電圧は３．８Ｖであった。
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープし
たＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにこの障壁層、井戸層を４回繰り返し
て積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚１３５０オ
ングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性
層を成長させる。以上のようにした他は実施例３と同様
に作製したところ発光ピークはブロードしており、駆動
電圧は３．８Ｖであった。
【０１２４】（比較例２）実施例３と比較するために活
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープし
たＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにバンドギャップエネルギーが障壁層
と井戸層との間にあるアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
よりなる第１障壁層１３を１０オングストロームの膜厚
で成長させる。この障壁層、井戸層、第１障壁層１３の
３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層
を形成して、総膜厚１４００オングストロームの多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。以上の
ように第１障壁層１３のバンドギャップエネルギーを障
壁層より小さく、井戸層よりも大きくした他は実施例３
と同様に作製したところ、駆動電圧は下がることなく
４．０Ｖであった。
性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。 （活性層）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを
用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープし
たＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で
成長させる。さらにバンドギャップエネルギーが障壁層
と井戸層との間にあるアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
よりなる第１障壁層１３を１０オングストロームの膜厚
で成長させる。この障壁層、井戸層、第１障壁層１３の
３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層
を形成して、総膜厚１４００オングストロームの多重量
子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。以上の
ように第１障壁層１３のバンドギャップエネルギーを障
壁層より小さく、井戸層よりも大きくした他は実施例３
と同様に作製したところ、駆動電圧は下がることなく
４．０Ｖであった。
【０１２５】（実施例４）実施例３において、活性層１
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.45Ｇａ0.55Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は３．０Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１６
であった。
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.45Ｇａ0.55Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は３．０Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１６
であった。
【０１２６】（実施例５）実施例３において、活性層１
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.60Ｇａ0.40Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は２．８Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１７
であった。
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.60Ｇａ0.40Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は２．８Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１７
であった。
【０１２７】（実施例６）実施例３において、活性層１
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は３．６Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１４
であった。
０６ｆの第１障壁層１３をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとした他
は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子は
順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を
示し、駆動電圧は３．６Ｖであった。また、障壁層の成
長温度まで昇温時の第１障壁層１３の表面形態は図１４
であった。
【０１２８】（実施例７）実施例３において、活性層１
０６ｆを以下のようにした。 （活性層２０７）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シラン
ガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ド
ープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第２障壁層１１を２
００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を
８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、
Ｉｎ0.8Ｇａ0.2Ｎよりなる井戸層１２を３０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、ＴＭＡ、ア
ンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
る第１障壁層１３を１０オングストロームの膜厚で成長
させる。この第２障壁層１１、井戸層１２、第１障壁層
１３の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に
第２障壁層１１を形成して、総膜厚１４００オングスト
ロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２０７
を成長させる。以上のように井戸層１２のＩｎの混晶比
を０．８とした他は実施例３と同様にしてＬＥＤ素子を
作製したところ、順方向電圧２０ｍＡにおいて、５７０
ｎｍの黄色発光を示し、駆動電圧は２．９Ｖと、同条件
で第１障壁層１３を形成しないときの駆動電圧３．７Ｖ
と比べて大きな低下が見られた。
０６ｆを以下のようにした。 （活性層２０７）ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シラン
ガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ド
ープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第２障壁層１１を２
００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を
８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、
Ｉｎ0.8Ｇａ0.2Ｎよりなる井戸層１２を３０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、ＴＭＡ、ア
ンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
る第１障壁層１３を１０オングストロームの膜厚で成長
させる。この第２障壁層１１、井戸層１２、第１障壁層
１３の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に
第２障壁層１１を形成して、総膜厚１４００オングスト
ロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２０７
を成長させる。以上のように井戸層１２のＩｎの混晶比
を０．８とした他は実施例３と同様にしてＬＥＤ素子を
作製したところ、順方向電圧２０ｍＡにおいて、５７０
ｎｍの黄色発光を示し、駆動電圧は２．９Ｖと、同条件
で第１障壁層１３を形成しないときの駆動電圧３．７Ｖ
と比べて大きな低下が見られた。
【０１２９】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明を用いること
によって、窒化物半導体発光素子、特に黄色領域の波長
よりも長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発光する窒化物
半導体発光素子の発光出力を向上することができる。さ
らに、黄色領域の波長の光を発光する窒化物半導体層の
上に形成される半導体層の結晶性を向上することができ
る。
によって、窒化物半導体発光素子、特に黄色領域の波長
よりも長波長（５５０ｎｍ以上）の光を発光する窒化物
半導体発光素子の発光出力を向上することができる。さ
らに、黄色領域の波長の光を発光する窒化物半導体層の
上に形成される半導体層の結晶性を向上することができ
る。
【０１３０】特に上記効果は、第１障壁層におけるＡｌ
の混晶比ｙ２がｙ２≧０．１において顕著に現れる。さ
らに、ｙ２≧０．１５、より好ましくはｙ２≧０．２と
することで発光素子の閾値電圧の低減にも効果が見られ
る。
の混晶比ｙ２がｙ２≧０．１において顕著に現れる。さ
らに、ｙ２≧０．１５、より好ましくはｙ２≧０．２と
することで発光素子の閾値電圧の低減にも効果が見られ
る。
【図１】 本発明に係る実施の形態１の発光ダイオード
の模式的な断面図である。
の模式的な断面図である。
【図２】 実施の形態１の活性層の構成を示す模式的な
断面図である。
断面図である。
【図３】 実施の形態１における一変形例の活性層の構
成を示す模式的な断面図である。
成を示す模式的な断面図である。
【図４】 実施の形態１における他の変形例の活性層の
構成を示す模式的な断面図である。
構成を示す模式的な断面図である。
【図５】 本発明に係る実施の形態２の活性層の構成を
示す模式的な断面図である。
示す模式的な断面図である。
【図６】 実施の形態２における一変形例の活性層の構
成を示す模式的な断面図である。
成を示す模式的な断面図である。
【図７】 実施の形態２における他の変形例の活性層の
構成を示す模式的な断面図である。
構成を示す模式的な断面図である。
【図８】 本発明に係る実施の形態３のレーザダイオー
ドの構成を示す模式的な断面図である。
ドの構成を示す模式的な断面図である。
【図９】 本発明に係る発光ダイオードにおける、第１
障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する閾値電圧を示すグラフ
である。
障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する閾値電圧を示すグラフ
である。
【図１０】 本発明に係る発光ダイオードにおける、第
１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する発光出力を示すグラ
フである。
１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する発光出力を示すグラ
フである。
【図１１】 本発明に係る発光ダイオードの中間的な素
子状態における、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する
ＰＬ発光出力を示すグラフである。
子状態における、第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２に対する
ＰＬ発光出力を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る発光ダイオードの温度特性と、
従来のＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオードの温度特
性とを比較して示すグラフである。
従来のＡｌＧａＩｎＰからなる発光ダイオードの温度特
性とを比較して示すグラフである。
【図１３】 本発明に係る実施の形態４の発光ダイオー
ドの構成を示す模式的な断面図である。
ドの構成を示す模式的な断面図である。
【図１４】 本発明に係る発光ダイオードの第１障壁層
１３（Ａｌ混晶比０．１５）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
１３（Ａｌ混晶比０．１５）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
【図１５】 本発明に係る発光ダイオードの第１障壁層
１３（Ａｌ混晶比０．３０）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
１３（Ａｌ混晶比０．３０）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
【図１６】 本発明に係る発光ダイオードの第１障壁層
１３（Ａｌ混晶比０．４５）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
１３（Ａｌ混晶比０．４５）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
【図１７】 本発明に係る発光ダイオードの第１障壁層
１３（Ａｌ混晶比０．６０）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
１３（Ａｌ混晶比０．６０）の表面形態を示したＡＦＭ
像である。
【図１８】 本発明に係る発光ダイオードにおける、Ａ
ｌ混晶比Ｚに対する駆動電圧を示すグラフである。
ｌ混晶比Ｚに対する駆動電圧を示すグラフである。
【図１９】 本発明に係る実施の形態４の発光ダイオー
ドの活性層の構成を模式的に示す断面図である。
ドの活性層の構成を模式的に示す断面図である。
【図２０】 本発明に係る実施の形態４の発光ダイオー
ドの活性層とその近傍のエネルギーレベルを示す図であ
る。
ドの活性層とその近傍のエネルギーレベルを示す図であ
る。
【図２１】 本発明に係る実施の形態５の発光ダイオー
ドの活性層の構成を模式的に示す断面図である。
ドの活性層の構成を模式的に示す断面図である。
【図２２】 本発明に係る実施の形態５の変形例の活性
層の構成を模式的に示す断面図である。
層の構成を模式的に示す断面図である。
【図２３】 本発明に係る実施の形態５の発光ダイオー
ドにおける、波長に対する発光出力を示すグラフであ
る。
ドにおける、波長に対する発光出力を示すグラフであ
る。
１１・・・第２障壁層、 １２・・・井戸層、 １３・・・第１障壁層、 １４・・・最上部層、 ２１・・・ｎ側第２クラッド層、 ２２・・・ｐ側第２クラッド層、 １０１、２０１・・・基板、 １０２、２０２・・・バッファ層、 １０３・・・アンドープＧａＮ層、 １０４、２０３・・・ｎ型コンタクト層、 １０５、２０４・・・ｎ型クラッド層、 １０６、２０６・・・活性層、 １０７、２０８・・・ｐ型クラッド層、 １０８、２０９・・・ｐ型コンタクト層、 １１１、２１１・・・ｎ電極、 １１２、２１２・・・ｐ電極、 ２０５・・・ｎ型光ガイド層、 ２０７・・・ｐ型光ガイド層、 ２３０・・・絶縁膜。
Claims (10)
- 【請求項１】ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に活性層
が形成された発光素子であって、 前記活性層は、Ｉｎを含むＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＞
０）からなる井戸層と、前記井戸層上に形成されるＡｌ
を含むＡｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＞０）からなる第１障壁
層とを含むことを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】前記井戸層のＩｎ混晶比ｘ１が、０．６以
上である請求項１の発光素子。 - 【請求項３】前記井戸層のＩｎ混晶比ｘ１は、該井戸層
において５３０ｎｍ以上の波長の光を発光するように設
定されている請求項１の発光素子。 - 【請求項４】前記第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２が０．１
以上である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載
の発光素子。 - 【請求項５】前記第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２が０．１
５以上である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記
載の発光素子。 - 【請求項６】前記第１障壁層のＡｌ混晶比ｙ２が０．２
以上である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載
の発光素子。 - 【請求項７】前記活性層は、Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ1-x3-y3
Ｎ（０≦ｘ３≦０．３、０≦ｙ３≦０．１、ｘ３＋ｙ３
≦０．３）からなる第２障壁層を含み、前記井戸層は前
記第２障壁層上に形成される請求項１乃至６のうちのい
ずれか１項に記載の発光素子。 - 【請求項８】前記第２障壁層はＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（０≦
ｘ３≦０．３）からなる請求項７の発光素子。 - 【請求項９】前記活性層は、前記第２障壁層、前記井戸
層、前記第１障壁層が複数層繰り返し形成された多重量
子井戸構造である請求項７または８に記載の発光素子。 - 【請求項１０】前記ｎ型半導体層はキャリアを前記活性
層に閉じ込めるためのｎ型クラッド層を有しかつ前記ｐ
型半導体層はキャリアを前記活性層に閉じ込めるための
ｐ型クラッド層を有してなり、 前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に、Ｉｎを含む
窒化物半導体からなるｎ側第２クラッド層を有し、 前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に、Ｉｎを含む
窒化物半導体からなるｐ側第２クラッド層を有する請求
項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の発光素子。
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