JPH10135514A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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JPH10135514A
JPH10135514A JP29940496A JP29940496A JPH10135514A JP H10135514 A JPH10135514 A JP H10135514A JP 29940496 A JP29940496 A JP 29940496A JP 29940496 A JP29940496 A JP 29940496A JP H10135514 A JPH10135514 A JP H10135514A
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semiconductor
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潤一 梅崎
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正好 小池
Shiro Yamazaki
史郎 山崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超格子構造の発光層の上にクラッド層等の半
導体層を形成するとき発光層の最上層にくるバリア層の
表面が消失し、当該バリア層が薄くなって発光波長がシ
フトする。 【解決手段】 第１の半導体層を形成し、該第１の半導
体層の上にＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からなるバリ
ア層、ＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）か
らなる量子井戸層を積層して超格子構造の発光層を形成
し、該発光層の上に第２の半導体層を形成する半導体発
光素子の製造方法において、前記発光層の最上層となる
最上バリア層を他のバリア層よりも厚く形成する。そし
て、第２の半導体層を形成するとき、最上バリア層の上
面を消失させてその厚さを他のバリア層の厚さと実質的
に同一とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体発光素子及
びその製造方法に関する。この半導体発光素子は例えば
発光ダイオードやレーザダイオードとして利用できる。
【０００２】
【従来の技術】可視光短波長領域の発光素子として化合
物半導体を用いたものが知られている。中でもIII族窒
化物半導体は直接遷移型であることから発光効率が高く
かつ光の３原色の１つである青色を発光することから、
昨今特に注目を集めている。
【０００３】このような発光素子のひとつとして、サフ
ァイア基板の上に、ＡｌＮ製のバッファ層、第１のクラ
ッド層、発光層及び第２のクラッド層を順に積層して形
成されたものがある。ここに、第１及び第２のクラッド
層はＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）からなる。発光層は例えばＩｎY1Ｇａ1-Y1
Ｎ（Ｙ１≧０）からなるバリア層、ＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）からなる量子井戸層を繰り
返し積層して形成した超格子構造である。これら半導体
層は有機金属化合物気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ
法」という。）により、定法に従い形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような超格子構造
の発光層は、バリア層と量子井戸層との間で組成の違い
に急峻性が求められるため、比較的低い成長温度で形成
される。また、一般的に、バリア層はそれぞれが同じ厚
さになるように形成され、同様に各量子井戸層もそれぞ
れが同じ厚さになるように形成される。これは、各層の
厚さに違いがあると、量子効果により、量子井戸層から
発生する光が波長の点で微妙に変化するおそれがあるか
らである。一方、発光層の上に形成される第２のクラッ
ド層はその厚さ（バリア層や量子井戸層より厚い）や組
成の関係から、発光層よりも高い温度で形成される。本
発明者らはこのようにして半導体発光素子を製造すると
き、以下の課題のあることに気が付いた。
【０００５】超格子構造の発光層において、各クラッド
層に接する層が量子井戸層であると、以下の課題が生じ
る。クラッド層がｐ伝導型の場合これに量子井戸層が連
続していると、クラッド層とバリア層とではエネルギ順
位が異なるので、当該量子井戸層のいわゆる井戸の深さ
が他の量子井戸層のそれと比べて異なることとなる。従
って、光の波長がシフトするおそれがる。また、クラッ
ド層がｎ伝導型の場合これに量子井戸層が連続している
と、クラッド層のエネルギ順位は量子井戸層のそれより
低いため、当該量子井戸層においていわゆる井戸が形成
されなくなり、そこでの発光が期待できなくなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明によれば、ｎ伝導型のＧａＮ
からなる第１の半導体層と、該第１の半導体層の上に形
成され、意図的な不純物がドープされていないＩｎY1Ｇ
ａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からなるバリア層、意図的な不純
物がドープされていないＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１
かつＹ２＞０）からなる量子井戸層を積層してなる超格
子構造の発光層と、該発光層の上に形成され、ｐ伝導型
のＡｌＧａＮからなる第２の半導体層と、を含む半導体
発光素子において、発光層の各クラッド層に接する層を
バリア層とすることとした。即ち、発光層の構成を、バ
リア層−量子井戸層− … −量子井戸層−バリア層と
した。なお、この明細書において第１の半導体層及び第
２の半導体層にはクラッド層若しくは光ガイド層が該当
する。また、バリア層及び量子井戸層等の半導体層を成
長させるときのバックグラウンドに起因する不純物は意
図的な不純物に該当しない。
【０００７】しかしながら、本願発明者が更に検討を重
ねたところ、以下の課題が更に見つかった。即ち、超格
子構造の発光層の上に第２のクラッド層を形成すると、
発光層の最上層にくるバリア層（以下、「最上バリア
層」という。」）が薄くなることである。これは、第２
のクラッド層の形成温度が最上バリア層の形成温度より
も高いため、第２のクラッド層形成時に最上バリア層の
材料がその上面から飛ばされてしまうためと考えられ
る。最上バリア層が薄くなると量子効果により光の波長
が短波長側にシフトするので好ましくない。また、バリ
ア層が薄く（例えば厚さ数ｎｍ）設計されていた場合、
最上バリア層が実質的に存在しなくなるおそれもある。
【０００８】このような課題を解決するため、請求項２
に記載の発明によれば、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ＝
０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる第１の半導体
層を形成するステップと、該第１の半導体層の上に、Ｉ
ｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からなるバリア層、ＩｎY2
Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）からなる量子井
戸層を積層して超格子構造の発光層を形成するステップ
と、該発光層の上にＡｌAＩｎBＧａ1-A-BＮ（Ａ＝０、
Ｂ＝０、Ａ＝Ｂ＝０を含む）からなる第２の半導体層を
形成するステップと、を含んでいる半導体発光素子の製
造方法において、発光層の最上層となる最上バリア層を
他のバリア層よりも厚く形成する。
【０００９】請求項３に係る発明によれば、上記請求項
２に記載の発明において、前記第２の半導体層を形成す
るとき、前記最上バリア層の上面を消失させ、該最上バ
リア層の厚さを他のバリア層の厚さと実質的に同一とす
る。
【００１０】更にこの発明は、印加電流が変化しても発
光する光のピーク波長が実質的に変化しない半導体発光
素子を提供することを目的とする。この目的は、請求項
４〜１０に記載の発明により達成される。
【００１１】この発明の他の目的は、波長の分布が狭
い、即ち理想的な単色光に近い光を発光する半導体発光
素子を提供することにある。この目的は請求項５ないし
１０に記載の発明により達成される。
【００１２】この発明の他の目的は、発光効率が高く、
強い発光を示す超格子構造の活性層を有する半導体発光
素子を提供することにある。この目的は、請求項１０〜
１２に記載の発明により達成される。
【００１３】
【発明の作用・効果】請求項１に記載の発明によれば、
発光層において第１の半導体層及び第２の半導体層と接
する層がバリア層となるので、各半導体層に最も近い量
子井戸層においてもいわゆる量子井戸の形、即ちポテン
シャルの窪みが他の量子井戸層と実質的に同じとなる。
よって、各量子井戸から放出される光の波長は実質的に
等しくなる。また、請求項１に記載の発明によれば、ｎ
伝導型のＧａＮからなる第１の半導体層の上に発光層の
ＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎからなるバリア層が結晶成長される。
バリア層におけるＩｎの組成比は０若しくは量子井戸層
に比べて比較的小さいので、その組成はＧａＮからなる
第１の半導体層に近く、もって発光層の結晶に歪みが入
り難くなる。
【００１４】請求項２に記載の発明によれば、最上バリ
ア層が他のバリア層よりも厚く形成されるので、第２の
半導体層を形成するとき当該最上バリア層の表面の材料
が消失しても、その全体が実質的に存在しなくなること
はない。そのためには、勿論、第２の半導体層の形成時
に消失する厚さを見越して最上バリア層の厚さが設計さ
れる。
【００１５】請求項３に記載の発明によれば、第２の半
導体層形成後、最上バリア層の厚さが他のバリア層の厚
さと同じとなるように、第２の半導体層の形成時に消失
する厚さを見越して最上バリア層の厚さが設計される。
これにより、超格子構造の発光層において各バリア層の
厚さが実質的に同一となり、量子効果による波長のシフ
トを未然に防止できることとなる。
【００１６】請求項４ないし１０に記載の発明によれ
ば、印加電流が変化しても半導体発光素子から放出され
る光のピーク波長が実質的に変化しない。
【００１７】請求項５ないし１０に記載の発明によれ
ば、半導体発光素子から放出される光において波長の分
布が狭くなる。即ち、理想的な単色光に近い光が半導体
発光素子から発光される。
【００１８】請求項１０ないし１２に記載の発明によれ
ば、超格子構造の発光層における発光効率が高く、発光
強度が大きくなる。
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき更に詳細に説明する。
【００１９】第１実施例 この実施例の半導体発光素子は青色発光ダイオードであ
る。図１に実施例の発光ダイオード２０の断面図を示
す。
【００２０】厚さ１００μm のサファイア基板１のａ面
上に厚さ２０ nmのＡｌＮからなるバッファ層２が形成
されている。このバッファ層２の膜厚は２０〜５０nm
とすることができ、膜の成長温度は４００℃である。
【００２１】バッファ層２の上にはｎ伝導型の半導体層
３が２層に形成されている。このｎ層３は、下から、厚
さ２．５μm のシリコンが高濃度にドープされたｎ+−
ＧａＮ層３ａ（キャリア密度：２ X １０18／ｃｍ3、）
と厚さ０．５μm のシリコンがドープされたｎ−ＧａＮ
層３ｂ（第１のクラッド層（第１の半導体層）、キャリ
ア密度：２ X １０17／ｃｍ3）とで構成される。
【００２２】このｎ層３はＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ
＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる化合物半導
体で形成することができる。このｎ層３を１層から構成
することもできる。
【００２３】ｎ層３の上には超格子構造の発光層５が形
成されている。発光層５は厚さ３．５ nm 意図的な不純
物がドープされていないＧａＮからなるバリア層５ａと
厚さ３．５ nm の意図的な不純物がドープされていない
Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎからなる量子井戸層５ｂを繰り返し
積層した構成である。この実施例では繰り返し数を５と
した。そして、最も上に形成されるバリア層５ｃは厚さ
が３．５ nm の意図的な不純物がドープされていないＧ
ａＮからなる。
【００２４】上記において、バリア層５ａと量子井戸層
５ｂの繰り返し数は特に限定されるものではない。バリ
ア層５ａ、５ｃはＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からな
る化合物半導体、量子井戸層５ｂはＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ
（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）からなる化合物半導体でそ
れぞれ形成することができる。最上バリア層５ｃの厚さ
を他のバリア層５ａの厚さと実質的に等しくすること
が、量子効果の影響を排除することから、好ましい。バ
リア層５ａ、５ｃ及び量子井戸層５ｂにはこれへ不純分
をドープすることもできる。
【００２５】本発明者らの検討によれば、量子井戸層５
ｂの膜厚を３〜５ｎｍとしたとき、発光層から強い発光
の得られることがわかった。該検討を以下に説明する。
実施例の素子において、量子井戸層の膜厚を１０ｎｍ、
７ｎｍ、５ｎｍ及び３ｎｍと変化させ、それらの発光強
度を測定する。なお、バリア層の膜厚も量子井戸層の膜
厚と同じになるよう変化させる。発光強度は電解発光
（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、単位；a.
u.）の強度である。本発明者らの検討によれば、量子井
戸層の膜厚が１０ｎｍのときの発光強度に対して、量子
井戸層の膜厚を７ｎｍとすると約１０倍の発光強度が得
られ、同じく膜厚を５ｎｍとすると約６０倍、膜厚を３
ｎｍとすると約１５０倍の発光強度がそれぞれ得られ
た。以上の結果から、バリア層をノンドープトＧａＮと
し、量子井戸層をノンドープトＩｎＧａＮとしたとき、
量子井戸層の膜厚を３〜５ｎｍとすることが好ましいこ
とがわかる。バリア層の厚さは３ｎｍ以上とすることが
好ましい。
【００２６】この実施例では発光層５において第１のク
ラッド層３ｂと接する層がバリア層５ａであり、ｐ伝導
型の第２のクラッド層７と接する層が最上バリア層５ｃ
とされる。従って、各クラッド層に最も近い量子井戸層
５ｂにおいてもいわゆる量子井戸の形、即ちポテンシャ
ルの窪みが他の量子井戸層と実質的に同じとなる。よっ
て、各量子井戸層から発生する光の波長は実質的に等し
くなる。
【００２７】発光層５の上にはバリア層５ａよりも広い
バンドギャップを持つ第２のクラッド層（第２の半導体
層）７が２層に形成されている。この第２のクラッド層
７は、下から、厚さ３０．０ nm のマグネシウムがドー
プされたｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層７ａ（キャリア密
度：１〜２ X １０17／ｃｍ3）と厚さ７５．５ nm のマ
グネシウムがドープされたｐ−ＧａＮ層７ｂ（キャリア
密度：２ X １０17／ｃｍ3）とで構成される。Ａｌを含
むクラッド層７ａはその膜厚を２０ｎｍ以上とすること
が好ましい。２０ｎｍ未満ではヘテロバリアによる電子
の閉じ込め効果が弱くなる。このクラッド層７ａを１０
０ｎｍを超えて厚くする必要はない。
【００２８】この第２のクラッド層７はＡｌAＩｎBＧａ
1-A-BＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からな
る化合物半導体で形成することができる。この第２のク
ラッド層７を１層から構成することもできる。
【００２９】第２のクラッド層７の上には厚さ２５．０
nm のマグネシウムがｐ−ＧａＮ層７ｂより高濃度にド
ープされたＧａＮ層８（キャリア濃度：１ X １０17／
ｃｍ3）が形成されている。この層は電極に対するコン
タクト抵抗を下げるために設けられる。このＧａＮ層８
の膜厚は２０〜５０ｎｍとすることが好ましい。この膜
厚が２０ｎｍに満たないとコンタクト層の効果が弱くな
り抵抗が高くなる。また、この膜厚を５０ｎｍを超えて
厚くする必要はない。
【００３０】電極パッド９はＡｌ、Ｔｉ又はこれらを含
む合金からなる。符号１０は透明電極でありＧａＮ層８
の上にそのほぼ全面に渡って形成される。透明電極１０
の上に電極パッド１１が形成される。透明電極１０及び
電極パッド１１の形成材料として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、
Ｎｉ又はこれらを含む合金が挙げられる。
【００３１】次に、実施例の発光ダイオード２０の製造
方法を説明する。発光ダイオードの各半導体層はＭＯＶ
ＰＥ法により形成される。この成長法においては、アン
モニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例えば
トリメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適
当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応さ
せ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。なお、
キャリアガス、アンモニアガス及びIII族元素のアルキ
ル化合物ガスの流量、反応時間は目的とする結晶に応じ
て適宜調節する。
【００３２】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
a面を主面とする単結晶サファイア基板１を図示しない
気相反応装置内のサセプタに装着する。次に、常圧でＮ
2を当該反応装置に流しながら温度１１００℃でサファ
イア基板１を気相エッチングする。
【００３３】次に、温度を４００℃まで低下させて、Ｎ
2、ＮＨ3及びＴＭＡを供給して基板上にＡｌＮのバッフ
ァ層２を約２０ｎｍの厚さに形成する。
【００３４】次に温度を上げて、Ｎ2、シラン、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3を導入し、ｎ伝導型の半導体層において下側
の層３ａを形成し、更にシランの流量を下げて上側の層
３ｂを形成する。
【００３５】続いて、温度を９００℃に保持し、Ｎ2、
ＴＭＧ、ＮＨ3を導入して厚さ３．５nm のＧａＮからな
るバリア層５ａを形成する。次に温度を７５０℃に保持
し、Ｎ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＩを導入して厚さ３．
５ nm のＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎからなる量子井戸層５ｂを
形成する。これを繰り返して、図に示すとおり、それぞ
れ５層のバリア層５ａと量子井戸層５ｂを得る。反応時
間を調整することによりバリア層５ａ及び量子井戸層５
ｂの膜厚が調節される。
【００３６】温度を９００℃に保持し、Ｎ2、ＴＭＧ、
ＮＨ3を導入して厚さ１４．０ nm のＧａＮからなる最
上バリア層５ｃを５段目の量子井戸層５ｂの上に形成す
る。既述のとおり、第２のクラッド層７を形成するとき
この最上バリア層５ｃはその上面が消失する。この実施
例では、当初１４．０ nm あった最上バリア層５ｃが、
第２のクラッド層形成後、３．５ nm となった。最上バ
リア層５ｃは、第２のクラッド層形成後、他のバリア層
５ａと同じ厚さ、即ち３．５ nm となるように形成する
ことが好ましい。
【００３７】次に、温度を１０００℃に保持し、Ｎ2、
ＮＨ3、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＣＰ2Ｍｇを導入し、膜厚３０
nmのマグネシウムがドープされたｐ−Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎからなる層７ａを形成する。次に、温度を１００
０℃に保持し、Ｎ2、ＮＨ3、ＴＭＧ、ＣＰ2Ｍｇを導入
して厚さ７５．０ nm のマグネシウムがドープされたｐ
−ＧａＮ層７ｂを形成し、もって第２のクラッド層７と
する。
【００３８】層７ｂの形成に引き続き、温度を１０００
℃に維持したまま、ＣＰ2Ｍｇの流量を変えて最上層８
を形成する。
【００３９】この状態で第２のクラッド層７と最上層８
は半絶縁性を示す。そこで、電子線照射装置を用いて、
第２のクラッド層７及び最上層８へ一様に電子線を照射
する。電子線の照射条件は、例えば、加速電圧約１０ｋ
Ｖ、試料電流１μＡ、ビーム移動速度０．２mm/sec、ビ
ーム径６０μmΦ、真空度５．０ X １０ー5Torrである。
このような電子線照射によって第２のクラッド層７及び
最上層８は所望のｐ伝導型となる。
【００４０】このようにして形成された半導体ウエハを
周知の方法でエッチングして、図１に示した半導体層構
成とする。そして、電極パッド９を半導体層３ａの上へ
蒸着により形成し、続いて金製の透明電極１０を最上層
８の上に蒸着し、更に金製の電極パッド１１を蒸着す
る。
【００４１】このようにして形成された半導体ウエハを
素子毎に切り分けて、所望の青色発光ダイオード２０と
する。
【００４２】本発明者らの検討によれば、上記構成の実
施例の素子には下記の特性が認められた。図２は素子に
印加する順方向電流を変化させたときの発光スペクトル
の変化を示す。図３は図２の発光スペクトルを解析した
ものであって、素子に印加する順方向電流を変化させた
ときのピーク波長及び半値幅の変化を示す。
【００４３】これらの図からわかるように、素子に印加
する電流を変化させてもピーク波長は実質的に変化しな
い。即ち、電流を５〜１００ｍＡの範囲で変化させても
ピーク波長はほぼ４４５〜４５０ｎｍの範囲に収まって
いる。素子に対する実用的な印加電流を考慮すれば、順
方向に印加される電流は５〜５０ｍＡの範囲にあり、こ
の範囲で電流を変化させたときのピーク波長の変化は１
０ｎｍ以下、更に詳しくはほぼ５ｎｍ以下である。特
に、電流が２０〜５０ｍＡの範囲でピーク波長は殆ど変
化しない。
【００４４】一方、一般的な発光素子では、印加される
電流が大きくなると、即ち印加される電圧が高くなる
と、ピーク波長は短波長側にシフトする。その理由は次
のように考えられる。ヘテロ構造の発光層を構成する半
導体層には不純物が含まれている。このような半導体素
子では印加される電圧が大きくなると、半導体層の最低
のエネルギ準位にあったキャリアが発光層に含まれる不
純物の形成するエネルギ準位に持ち上がる。この不純物
の形成する準位は半導体層の最低のエネルギ準位よりも
高いので、このキャリアが再結合することにより放出さ
れる光の波長は短波長側へシフトする。同様に、単一の
量子井戸層を持つ発光層では、印加する電圧を高くする
と、量子井戸の最低のエネルギ準位にあったキャリアが
量子井戸においてより上位のエネルギ準位に持ち上げら
れる。従って、このキャリアが再結合することによって
放出される光の波長は短波長側にシフトする。
【００４５】一方、この実施例の半導体発光素子によれ
ば、発光層に不純物がドープされていない。更には、量
子井戸層が複数（実施例では５層）あるので量子井戸の
最低準位にあるキャリアは、高い電圧がかけられたと
き、量子井戸内でより上位のエネルギ準位へ持ち上げら
れる代わりに、前後に（図では上下に）連続する他の量
子井戸内において空きのある最低エネルギ準位又は比較
的低いエネルギ準位へ優先的にトンネルする。これによ
り短波長側への波長シフトが防止されると推定される。
なお、波長シフトを防止する見地から、量子井戸層の数
を３〜７とすることが好ましい。
【００４６】このように電流の大きさを変化させてもピ
ーク波長が実質的に一定であると、発光素子の特性上好
ましい。
【００４７】発光スペクトルの半値幅も印加する電流
（５〜１００ｍＡ）に無関係に実質的に一定であり、６
０ｎｍ以下である。実用的な印加電流の範囲（５〜５０
ｍＡ）では半値幅の変化が更に小さく、印加電流の範囲
を２０〜５０ｍＡとすると半値幅の変化はより一段と小
さくなる。半値幅が一定であることからも、各量子井戸
層において同じエネルギ準位にあるキャリアの再結合が
発光に寄与していると考えられる。
【００４８】このように、印加電流の変化に拘わらず、
発光スペクトルの半値幅が６０ｎｍ以下に維持されるこ
とは、発光される光の波長の分布が狭く、発光が理想的
な単色光により近づいていることを意味する。これによ
り色純度の高い発光素子が得られることとなる。
【００４９】第２実施例 この実施例の半導体発光素子は緑色発光ダイオードであ
る。この実施例の発光ダイオードは、上記第１実施例の
発光ダイオードにおいて量子井戸層の組成がIn0.23Ga
0.77N とされている。即ち、第１実施例に比べてＩｎの
組成が大きくされている。このような量子井戸層はＴＭ
Ｉの流量を大きくすること等により、第１実施例と同様
にして形成される。
【００５０】本発明者らの検討によれば、上記構成の実
施例の素子には下記の特性が認められた。図４は素子に
印加する順方向電流を変化させたときの発光スペクトル
の変化を示す。図５は図４の発光スペクトルを解析した
ものであって、素子に印加する順方向電流を変化させた
ときのピーク波長及び半値幅の変化を示す。
【００５１】これらの図からわかるように、素子に印加
する電流を変化させてもピーク波長は実質的に変化しな
い。即ち、電流を５〜１００ｍＡの範囲で変化させても
ピーク波長はほぼ５１５〜５２０ｎｍの範囲に収まって
いる。素子に対する実用的な印加電流を考慮すれば、順
方向に印加される電流は５〜５０ｍＡの範囲にあり、こ
の範囲で電流を変化させたときのピーク波長の変化は１
０ｎｍ以下、更に詳しくはほぼ５ｎｍ以下である。電流
の範囲が２０〜５０ｍＡ、更には２０〜１００ｍＡのと
き、ピーク波長はほぼ５１５ｎｍにあって殆ど変化しな
い。
【００５２】発光スペクトルの半値幅も印加する電流
（５〜１００ｍＡ）に無関係に６０ｎｍ以下、更に詳し
くは３５ｎｍ以下である。実用的な印加電流の範囲（５
〜５０ｍＡ）では半値幅は殆ど変化せず、印加電流の範
囲を２０〜５０ｍＡとすると半値幅の変化はより一段と
小さくなる。
【００５３】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で、当業者が想到し得る種々の変形
態様を包含する。この発明がレーザダイオードにも適用
できることは勿論である。
【００５４】以下次の事項を開示する。 (1) ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ
＝０を含む）からなる第１の半導体層と、該第１の半導
体層の上に、ＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からなるバ
リア層、ＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）
からなる量子井戸層を積層してなる超格子構造の発光層
と、該発光層の上にＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ＝０、
Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる第２の半導体層
と、を含んでいる半導体発光素子おいて、前記発光層に
おいて前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層と接
する層が前記バリア層であることを特徴とする半導体発
光素子。
【００５５】前記第２の半導体層に接するバリア層はそ
の厚さが他のバリア層より厚いことを特徴とする(1)に
記載の半導体発光素子。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施例の発光ダイオードの断
面図である。
【図２】図２はこの発明の一の実施例の発光ダイオード
において電流を変化させたときの発光スペクトルの変化
を示す図である。
【図３】図３は同じく電流を変化させたときのピーク波
長の変化及び半値幅の変化を示す図である。
【図４】図４はこの発明の他の実施例の発光ダイオード
において電流を変化させたときの発光スペクトルの変化
を示す図である。
【図５】図５は同じく電流を変化させたときのピーク波
長の変化及び半値幅の変化を示す図である。
【符号の説明】 １ サファイア基板 ２ バッファ層 ３ｂ 第１のクラッド層（第１の半導体層） ５ 発光層 ７ 第２のクラッド層（第２の半導体層） ２０ 発光ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅崎 潤一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ伝導型のＧａＮからなる第１の半導体層
    と、 該第１の半導体層の上に形成され、意図的な不純物がド
    ープされていないＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）からな
    るバリア層、意図的な不純物がドープされていないＩｎ
    Y2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞０）からなる量子
    井戸層を積層してなる超格子構造の発光層と、 該発光層の上に形成され、ｐ伝導型のＡｌＧａＮからな
    る第２の半導体層と、を含み、 前記発光層において前記第１の半導体層及び前記第２の
    半導体層と接する層が前記バリア層であることを特徴と
    する半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（Ｘ＝０、Ｙ＝
    ０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）からなる第１の半導体層を形成
    するステップと、 該第１の半導体層の上に、ＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧
    ０）からなるバリア層、ＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１
    かつＹ２＞０）からなる量子井戸層を積層して超格子構
    造の発光層を形成するステップと、 該発光層の上にＡｌAＩｎBＧａ1-A-BＮ（Ａ＝０、Ｂ＝
    ０、Ａ＝Ｂ＝０を含む）からなる第２の半導体層を形成
    するステップと、を含んでいる半導体発光素子の製造方
    法において、 前記発光層の最上層となる最上バリア層を他のバリア層
    よりも厚く形成することを特徴とする半導体発光素子の
    製造方法。
  3. 【請求項３】前記第２の半導体層を形成するとき、前記
    最上バリア層の上面を消失させ、該最上バリア層の厚さ
    を他のバリア層の厚さと実質的に同一とすることを特徴
    とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
  4. 【請求項４】三族窒化物からなる第１の半導体層と、 該第１の半導体層の上に、三族窒化物半導体からなるバ
    リア層及び量子井戸層を積層してなる超格子構造の発光
    層と、 該発光層の上に三族窒化物からなる第２の半導体層と、
    を含んでいる半導体発光素子おいて、 印加電流を５〜５０ｍＡの範囲で変化させたとき、発光
    のピーク波長の変化が１０ｎｍ以下であることを特徴と
    する半導体発光素子。
  5. 【請求項５】前記５〜５０ｍＡの印加電流に対し、前記
    発光のスペクトルの半値幅が６０ｎｍ以下であることを
    特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
  6. 【請求項６】前記発光層の前記バリア層は意図的な不純
    物がドープされていないＩｎY1Ｇａ1-Y1Ｎ（Ｙ１≧０）
    からなり、前記量子井戸層は意図的な不純物がドープさ
    れていないＩｎY2Ｇａ1-Y2Ｎ（Ｙ２＞Ｙ１かつＹ２＞
    ０）からなり、前記発光層において前記第１の半導体層
    及び前記第２の半導体層と接する層が前記バリア層であ
    ることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光
    素子。
  7. 【請求項７】前記バリア層はＧａＮからなることを特徴
    とする請求項６に記載の半導体発光素子。
  8. 【請求項８】前記第２の半導体層は厚さが２０〜１００
    ｎｍのマグネシウムがドープされたｐ伝導型のＡｌＧａ
    Ｎからなることを特徴とする請求項４ないし７のいずれ
    かに記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】前記第１の半導体層はｎ伝導型のＧａＮか
    らなることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素
    子。
  10. 【請求項１０】前記量子井戸層の膜厚が３〜５ｎｍであ
    ることを特徴とする請求項１、６及び７のいずれかに記
    載の半導体発光素子。
  11. 【請求項１１】三族窒化物半導体からなるバリア層及び
    量子井戸層を積層してなる超格子構造の発光層を有する
    半導体発光素子おいて、 前記発光層の量子井戸層の膜厚が３〜５ｎｍであること
    を特徴とする半導体発光素子。
  12. 【請求項１２】前記量子井戸層はＩｎＧａＮからなり、
    前記バリア層はＧａＮからなることを特徴とする請求項
    １１に記載の半導体発光素子。
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