JPH1022525A

JPH1022525A - ３族窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JPH1022525A
Application number: JP18837196A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Koike; 正好小池; Junichi Umezaki; 潤一梅崎; Shinya Asami; 慎也浅見; Norikatsu Koide; 典克小出
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: JP3543498B2

Abstract

(57)【要約】【課題】単一画素で任意の色度（彩度、色相）の光を発
光するようにすること、特に、純粋な白色発光を得るこ
と。【解決手段】多重量子井戸構造の各井戸層５１２の結晶
比を変化させることで禁制帯幅を変化させることができ
るので、発光のピーク波長を結晶比により変化させるこ
とができる。３族窒化物半導体を用いた多重量子井戸構
造の発光素子において、発光する複数の井戸層５１２の
結晶比を変化させることにより、各井戸層からの発光の
合成光の波長強度特性を所望の特性とした。よって、単
一画素から任意の色度を有する光を発光させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、白色発光が可能な
３族窒化物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、サファイア基板上に３族窒化物半導
体を形成した発光素子が知られている。その発光素子は
光の３原色の１つである青色を発光することから、フル
カラーディスプレイ等への応用が期待されている。

【０００３】一方、白色は人間の色感覚上、好感を持て
る色であり、白色発光の発光ダイオード（ＬＥＤ）の開
発が期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の発光
ダイオードにおいて、白色の発光を得るには、青色ＬＥ
Ｄ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの３つのチップを同一ステ
ム上に配置して、各チップから発光する光の混合により
白色発光を得ていた。このため、白色を得るためのチッ
プ数が多くなり、製造が複雑になり、製造に時間がかか
ると共にコストが高くなるという問題が存在した。又、
一般に、任意の混色発光のＬＥＤにおいても、３原色の
各色を発光するＬＥＤを同一面に配列しなければなら
ず、同様な問題がある。

【０００５】従って、本発明は、上記の課題を解決する
ために成されたものであり、単一画素で任意の色度（彩
度、色相）の光を発光するようにすることである。特
に、等エネルギー白色と、略、等価な白色発光が得られ
るようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】多重量子井戸構造の各井
戸層の混晶比を変化させることで禁制帯幅を変化させる
ことができるので、発光のピーク波長を混晶比により変
化させることができる。請求項１の発明では、３族窒化
物半導体を用いた多重量子井戸構造の発光素子におい
て、発光する複数の井戸層の混晶比を変化させることに
より、各井戸層からの発光の合成光の波長強度特性を所
望の特性としたので、単一画素から任意の色度を有する
光を発光させることができる。よって、従来のように、
複数チップ、又は、複数画素からの光の混合により任意
の色度を得るものではないので、製造が簡単となり、製
造コストを削減することができる。

【０００７】井戸層の混晶比を変化させることで、発光
のピーク波長を変化させることができるので、混晶比に
より発光のｘｙ色度図上における座標点を変化させるこ
とができる。よって、請求項２のように、発光する各井
戸層のそれぞれの混晶比を、ｘｙ色度図上において、各
井戸層の発光の各色度座標の平均値が、所望の座標とな
るような比とすることで、各井戸層からの光の合成光の
色度を所望の値とすることができる。

【０００８】又、請求項３のように、各井戸層からの発
光の色度座標を、その各光の明度により加重した平均値
が、所望の色度となるように、各井戸層の混晶比を選択
することで、所望の色度の合成光を得ることができる。

【０００９】又、請求項４のように、所望の色度座標
を、略、等エネルギー白色光の座標（1/3,1/3)とするこ
とで、１画素で白色光を得ることができる。

【００１０】又、請求項５のように、少なくとも２つの
発光する井戸層のそれぞれの混晶比を、各井戸層の発光
の色度座標が、ｘｙ色度図上補色関係にある２点となる
ような比とすることで、１画素で白色光を得ることがで
きる。

【００１１】又、人の感じる発光色の明度は、発光強度
に依存するが、その発光強度は井戸層の厚さにより制御
することができる。よって、請求項６のように構成する
ことで、合成光の波長強度特性を変化させることができ
る。即ち、１画素で色度を変化させることができる。

【００１２】又、請求項７のように、各井戸層から放射
された光の波長強度特性の総和が白色光の波長強度特性
となるように、各井戸層のそれぞれの混晶比を設定する
ことで、１画素により白色光を得ることができる。

【００１３】又、請求項８のように、複数の井戸層は、
光取出面に近い側から禁制帯幅が広くなるように混晶比
を設定することで、各井戸層からの発光を前方に存在す
る井戸層での光吸収を防止することができ、光の取出効
率が高くなるともに、色度の制御性が向上する。

【００１４】さらに、請求項９のように、３族窒化物半
導体として、(Al_xGa_1-X)_yIn_1-yN(0≦x ≦1;0 ≦y ≦1)
を用い、各井戸層の混晶比ｘ，ｙを変化させることで、
各井戸層の禁制帯幅を変化させ、発光のピーク波長を変
化させることができる。Alの混晶比が高くなるほど禁制
帯幅は広くなり、Inの混晶比が高くなるほど禁制帯幅は
狭くなる。

【００１５】さらに、請求項１０に示すように、各井戸
層の混晶比の変化に加えて、各井戸層又は／及びバリア
層に、アクセプタ不純物又は／及びドナー不純物を、そ
の種類又は／及び濃度を変化させて添加することで、各
井戸層からの発光の色度を変化させることができ、混晶
比と不純物とにより、発光の色度をより精密に制御する
ことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例の発光素子100 全体
図を示す。発光素子100 は、サファイア基板１を有して
おり、そのサファイア基板１上に0.05μｍのAlN バッフ
ァ層２が形成されている。

【００１７】そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約
4.0 μｍ、電子濃度2 ×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープ
GaN から成る高キャリア濃度ｎ⁺層３、膜厚約0.5 μｍ
の電子濃度5 ×10¹⁷/cm³のシリコン(Si)ドープのGaN か
ら成るｎ層４、全膜厚約65nmのInGaN の多重量子井戸か
ら成る発光層５、膜厚約10ｎｍ，ホール濃度 2×10¹⁷/c
m³, マグネシウム（Mg) 濃度 5×10¹⁹/cm³ドープのAl
_0.08Ga_0.92N から成るｐ伝導型のクラッド層７１、膜厚
約35ｎｍ，ホール濃度 3×10¹⁷/cm³のマグネシウム（M
g) 濃度 5×10¹⁹/cm³ドープのGaN から成る第１コンタ
クト層７２、膜厚約5 ｎｍ，ホール濃度 6×10¹⁷/cm³の
マグネシウム（Mg) 濃度 1×10²⁰/cm³ドープのGaN から
成るｐ⁺の第２コンタクト層７３が形成されている。そ
して、第２コンタクト層７３の上面全体にNi/Au の２重
層からなる透明電極９が形成されその透明電極９の隅の
部分にNi/Au の２重層からなるボンディングのためのパ
ッド１０が形成されている。又、ｎ⁺層３上にはAlから
成る電極８が形成されている。

【００１８】発光層５は、図２に示すように、In_0.1Ga
_0.9N から成るバリア層５１１とIn_0.68Ga_0.32N から成
る井戸層５１２で構成された厚さ35nmの第１多重量子井
戸５１と、In_0.3Ga_0.7N から成る井戸層５２２とIn_0.05
Ga_0.95N から成るバリア層５２１で構成された厚さ30nm
の第２多重量子井戸５２とで構成されている。

【００１９】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光素子100 は、有機金属気相成
長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH₃) 、キャリアガ
ス（H₂）、トリメチルガリウム(Ga(CH₃)₃)（以下「TMG
」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH₃)₃)（以
下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH₃)₃)
（以下「TMI 」と記す) 、シラン(SiH₄)、ジエチル亜鉛
(Zn(C₂H₅)₂) （以下、「DEZ 」と記す）とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C₅H₅)₂)(以下「CP₂Mg 」と記
す）である。

【００２０】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH₂を流速2 liter/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。

【００２１】次に、温度を 400℃まで低下させて、H₂を
20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMA を 1.8×10^-5
モル／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２を約0.
05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温
度を1150℃に保持し、H₂を20liter／分、NH₃ を10 lite
r／分、TMG を 1.7×10^-4モル／分、H₂ガスにより0.86p
pm に希釈されたシランを20×10^-8モル／分で40分導入
し、膜厚約4.0 μｍ、電子濃度 1×10¹⁸/cm³、シリコン
濃度 4×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)ドープGaN から成る高
キャリア濃度ｎ⁺層３を形成した。

【００２２】上記の高キャリア濃度ｎ⁺層３を形成した
後、続いて温度を1100°C に保持し、H₂を20 liter／
分、NH₃ を10 liter／分、TMG を 1.12 ×10^-4モル／
分、H₂ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを10×10
^-9モル／分で30分導入し、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5
×10¹⁷/cm³、シリコン濃度 1×10¹⁸/cm³のシリコン(Si)
ドープGaN から成るｎ層４を形成した。

【００２３】その後、サファイア基板１の温度を660 ℃
に保持し、N₂又はH₂を20 liter／分、NH₃ を10 liter／
分、TMG を2.0 ×10^-4モル／分、TMI を0.03×10^-4モル
／分で1.5 分間導入して、成長速度0.1 μm/h で、膜厚
約 5nmのIn_0.1Ga_0.9N から成るバリア層５１１を形成し
た。次に、サファイア基板１の温度を同一に保持して、
N₂又はH₂、NH₃ の供給量を一定として、TMG を7.2 ×10
^-5モル／分、TMI を0.19×10^-4モル／分で1.5 分間導入
して、成長速度0.1 μm/h で、膜厚約 5nmのIn_0.68Ga
_0.32N から成る井戸層５１２を形成した。このような手
順の繰り返しにより、図２に示すように、バリア層５１
１と井戸層５１２とを交互に、４層と３層だけ積層した
厚さ70nmの第１量子井戸５１を形成した。

【００２４】次に、同様に、サファイア基板１の温度を
660 ℃に保持し、N₂又はH₂の供給量は変化させることな
く、TMG を1.6 ×10^-4モル／分、TMI を0.08×10^-4モル
／分で1.5 分間導入して、成長速度0.1 μm/h で、膜厚
約 5nmのIn_0.3Ga_0.7N から成る井戸層５２２を形成し
た。次に、サファイア基板１の温度を同一に保持して、
N₂又はH₂の供給量を変化させることなく、TMG を2.1 ×
10^-4モル／分、TMI を0.01×10^-4モル／分で1.5 分間導
入し、成長速度0.1 μm/h で、膜厚約 5nmのIn_0.05Ga
_0.95N から成るバリア層５２１を形成した。このような
手順の繰り返しにより、図２に示すように、井戸層５２
２とバリア層５２１とを交互に、それぞれ、３層だけ積
層し厚さ60nmの第２量子井戸５２を形成した。

【００２５】続いて、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂
を20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を0.5 ×10
^-4モル／分、TMA を0.47×10^-5モル／分、及び、CP₂Mg
を2×10^-7モル／分で２分間導入し、膜厚約10ｎｍのマ
グネシウム(Mg)ドープのAl_0.08Ga_0.92N から成るクラッ
ド層７１を形成した。クラッド層７１のマグネシウム濃
度は 5×10¹⁹/cm³である。この状態では、クラッド層７
１は、まだ、抵抗率10⁸ Ωcm以上の絶縁体である。

【００２６】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を0.5 ×10^-4
モル／分、及び、CP₂Mg を 2×10^-8モル／分で４分間導
入し、膜厚約35ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成る第１コンタクト層７２を形成した。第１コンタク
ト層７２のマグネシウム濃度は 5×10¹⁹/cm³である。こ
の状態では、第１コンタクト層７２は、まだ、抵抗率10
⁸Ωcm以上の絶縁体である。

【００２７】次に、温度を1100℃に保持し、N₂又はH₂を
20 liter／分、NH₃ を10 liter／分、TMG を0.5 ×10^-4
モル／分、及び、CP₂Mg を 4×10^-8モル／分で１分間導
入し、膜厚約5 ｎｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るｐ⁺の第２コンタクト層７３を形成した。第２コ
ンタクト層７３のマグネシウム濃度は 1×10²⁰/cm³であ
る。この状態では、第２コンタクト層７３は、まだ、抵
抗率10⁸Ωcm以上の絶縁体である。

【００２８】次に、電子線照射装置を用いて、第２コン
タクト層７３，第１コンタクト層７２及びクラッド層７
１に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加
速電圧約10KV、資料電流１μＡ、ビームの移動速度0.2m
m/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0 ×10^-5Torrであ
る。この電子線の照射により、第２コンタクト層７３，
第１コンタクト層７２及びクラッド層７１は、それぞ
れ、ホール濃度 6×10¹⁷/cm³,3×10¹⁷/cm³,2×10¹⁷/c
m³、抵抗率 2Ωcm, 1 Ωcm,0.7Ωcmのｐ伝導型半導体と
なった。このようにして多層構造のウエハが得られた。

【００２９】次に、図２に示すように、第２コンタクト
層７３の上に、Tiを2000Åの厚さに形成し、そのTi層の
上にNiを9000Åの厚さに形成してTi/Ni の金属マスク層
１１を形成した。そして、その金属マスク層１１の上
に、フォトレジスト１２を塗布した。そして、フォトリ
ソグラフにより、図２に示すように、第２コンタクト層
７３上において、高キャリア濃度ｎ⁺層３に対する電極
形成部位Ａ^'のフォトレジスト１２を除去した。次に、
図３に示すように、フォトレジスト１２によって覆われ
ていない金属マスク層１１を酸性エッチング液で除去し
た。

【００３０】次に、金属マスク層１１によって覆われて
いない部位の第２コンタクト層７３、第１コンタクト層
７２、クラッド層７１、発光層５、ｎ層４を、真空度0.
04Torr、高周波電力0.44W/cm² 、BCl₃ガスを10 ml/分の
割合で供給しドライエッチングした後、Arでドライエッ
チングした。この工程で、図４に示すように、高キャリ
ア濃度ｎ⁺層３に対する電極取出しのための孔Ａが形成
された。その後、金属マスク層１１を除去した。

【００３１】次に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、第２コンタクト層７３の上に透明電極
９を形成した。そして、その透明電極９の一部にNi/Au
の２層を蒸着してパッド１０を形成した。一方、ｎ⁺層
３に対しては、アルミニウムを蒸着して電極８を形成し
た。その後、上記のごとく処理されたウエハは、各素子
毎に切断され、図１に示す構造の発光ダイオードを得
た。

【００３２】この構造の発光ダイオード100 は、第１多
重量子井戸５１からは、ピーク波長570nm の黄緑色を発
光し、第２多重量子井戸５２からは、ピーク波長450nm
の青色を発光した。この発光は、図４に示す色度図にお
いて、Ｖ点とＵ点とで表され、Ｖ点とＵ点とを結ぶ直線
は、座標（1/3,1/3)の等エネルギー白色点を通る。即
ち、Ｖ点の色度とＵ点の色度とは補色関係にある。よっ
て、この２つの発光の混合により、白色発光を得ること
ができる。

【００３３】尚、より精密な白色発光を得るためには、
Ｖ点発光の明度とＵ点発光の明度とで重み付けして、Ｖ
点の色度座標とＵ点の色度座標とを平均した値が座標
（1/3,1/3)になるように、設計すれば良い。

【００３４】即ち、

【数１】｛( ｘ_V,ｙ_V) ・Ｍ_V＋( ｘ_U,ｙ_U) ・Ｍ_U｝
／( Ｍ_V＋Ｍ_U)=（1/3,1/3) 但し、( ｘ_V,ｙ_V) はＶ点の色度座標、( ｘ_U,ｙ_U) は
Ｕ点の色度座標、Ｍ_V, Ｍ_Uは、それぞれ、Ｖ点, Ｕ点
の発光の明度である。

【００３５】明度を決める発光強度は、各井戸層５１
２、各井戸層５２２の厚さを変化させれば良い。量子井
戸構造の場合には、井戸層の厚さをより薄くすることで
発光効率が向上し、発光強度を増加させることができ
る。このように、第１多重量子井戸５１の混晶比を変化
させることで、Ｖ点の色度座標を変化させることがで
き、第２多重量子井戸５２の混晶比を変化させること
で、Ｕ点の色度座標を変化させることができる。よっ
て、第１多重量子井戸５１の発光の色度座標及び明度
と、第２多重量子井戸５２の発光の色度座標及び明度と
が、上記の数１式を満たすように、それらの混晶比及び
厚さを制御することで、純粋な白色発光を得ることがで
きる。

【００３６】又、上記の実施例では、発光波長の短い、
即ち、禁制帯幅の広い第２多重量子井戸５２が、発光波
長の長い、即ち、禁制帯幅の狭い第１多重量子井戸５１
よりも光の取出面（透明電極９）側に存在する。このた
め、波長の長い570nm の発光は、第２多重量子井戸で吸
収されることなく、外部に放出されるので、光の取出効
率を高くすることができる。

【００３７】上記の実施例では、発光波長を450nm と57
0nm に設定したが、上記の数１式の関係が満たされるな
らば、他の波長との組み合わせでも、純粋な白色光を得
ることができる。さらに、数１式の左辺が得たい光の色
度座標と等しくなるように、第１多重量子井戸５１と第
２多重量子井戸５２の混晶比と厚さを決定することで、
所望の色度の光を得ることができる。

【００３８】さらに、上記の多重量子井戸を３つ以上設
けても良い。例えば、図５に示すように、色度Ｔ，色度
Ｒ，色度Ｓの光を放射する第１多重量子井戸、第２多重
量子井戸、第３多重量子井戸を、基板１に近い側から設
けることで、三角形ＴＲＳの内部に存在する任意の色度
の光を得ることができる。この場合には、得たい光の色
度座標を( ｘ_O,ｙ_O) 、色度Ｔ，色度Ｒ，色度Ｓの座標
と明度を、それぞれ、( ｘ_T,ｙ_T) 、( ｘ_R,ｙ_R) 、(
ｘ_S,ｙ_S) 、Ｍ_T,Ｍ_R,Ｍ_Sとすれば、次式を満たすよう
に、各発光点の色度、明度を設定すれば良い。

【００３９】

【数２】( ｘ_O,ｙ_O) ＝｛( ｘ_T,ｙ_T) ・Ｍ_T＋( ｘ_R,
ｙ_R) ・Ｍ_R＋( ｘ_S,ｙ_S) ・Ｍ_S｝／( Ｍ_T＋Ｍ_R＋
Ｍ_S)

【００４０】尚、各点での発光の輝度をＩ_T,Ｉ_R,Ｉ_Sと
する時、Ｍ_T＝Ｉ_T／ｙ_T，Ｍ_R＝Ｉ_R／ｙ_{R ,}Ｍ_S＝
Ｉ_S／ｙ_Sでもある。この光の合成について、さらに、
説明する。図６において、発光層５が、井戸層がIn_0.5G
a_0.5N の第１多重量子井戸５１、井戸層がIn_0.46Ga_0.54
N の第２多重量子井戸５２、井戸層がIn_0.43Ga_0.57Nの
第３多重量子井戸５３とで構成されているとする。この
時、第１多重量子井戸５１はピーク波長510nm 、第２多
重量子井戸５２はピーク波長500nm 、第３多重量子井戸
５３はピーク波長490nm の光を発光し、その波長強度特
性は、図６に示すようになる。これらの光を合成するこ
とで、図７に示すように、スペクトルに広がりを持った
光を得ることができる。即ち、純粋な白色に近い光を得
ることができる。

【００４１】さらに、各井戸層の混晶比を変化させると
共に、井戸層の厚さを変化させることで、図８に示すよ
うな、波長強度特性を持つ光を各井戸層から発光させる
ことができる。この合成光は、図８に示す波長強度特性
を示し、より、等エネルギー白色を得ることができる。

【００４２】尚、上記実施例では、各色度座標の発光を
得るのに、多重量子井戸を用いているが、単一量子井戸
で構成しても良い。即ち、１井戸層毎に混晶比を変化さ
せた量子井戸構造で発光層５を構成しても良い。又、上
記実施例では、InGaN 半導体で井戸層とバリア層とを形
成したが、一般式(Al_xGa_1-X)_yIn_1-yN(0 ≦x1;0≦y ≦1)
を満たす半導体により井戸層とバアリ層とを形成しても
良い。

【００４３】さらに、上記実施例では、井戸層を不純物
無添加としたが、シリコン等のドナー不純物や、亜鉛等
のアクセプタ不純物、その他、２族、４族、６族元素を
不純物として添加しても良い。又、井戸層にドナー不純
物とアクセプタ不純物とを共に添加しても良い。例え
ば、図９に示すように、発光層５を(Al_xGa_1-X)_yIn_1-yN
で井戸層５５２とバリア層５５１とで構成し、井戸層５
５２にシリコンと亜鉛とを、それぞれ、1 ×10¹⁷〜1 ×
10²⁰/cm³範囲に添加しても良い。

【００４４】又、図１０に示すように、バリア層５６１
は無添加で、井戸層５６２について、ドナー不純物（例
えば、シリコン）とアクセプタ不純物（例えば、亜鉛）
を交互に添加しても良い。さらに、図１１に示すよう
に、井戸層５７２にドナー不純物（例えば、シリコン）
を添加し、バリア層５７１にアクセプタ不純物（例え
ば、亜鉛）を添加しても良いし、逆に、井戸層５７２に
アクセプタ不純物を添加し、バリア層５７１にドナー不
純物を添加しても良い。これらの不純物分布に関する特
徴は、井戸層及びバリア層の混晶比と共に発光波長を変
化させることができる。尚、井戸層、バリア層は、ｎ型
でもｐ型でも半絶縁性でも良い。

【００４５】上記実施例では、サファイア基板を用いた
がSiC 、MgAl₂O₄等を用いることができる。又、バッフ
ァ層にはAlN を用いたがAlGaN 、GaN 、InAlGaN 等を用
いることができる。さらに、ｎ層４には、GaN を用いて
いるが、In_xGa_yAl_1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いる
ことができる。同様に、クラッド層７１、第１コンタク
ト層７２、第２コンタクト層７３も、任意組成比のIn_xG
a_yAl_1-x-yN等の３族窒化物半導体を用いることができ
る。

【００４６】コンタクト層は２層構造としたが１層構造
でも良い。又、クラッド層７１の厚さは２nm〜70nm、第
１コンタクト層７２の厚さは２nm〜100nm 、第２コンタ
クト層７３の厚さは２nm〜50nmが望ましい。クラッド層
７１の厚さが２nmよりも薄いと、キャリアの閉じ込め効
果が低下するため発光効率が低下するので望ましくな
い。第１コンタクト層７２の厚さが２nmよりも薄いと、
注入されるホール数が減少するので発光効率が低下する
ので望ましくない。第２コンタクト層７３が２nmよりも
薄いと、オーミック性が悪くなり接触抵抗が増大するの
で望ましくない。又、各層が上記の上限厚さを越える
と、発光層がその成長温度以上に曝される時間が長くな
り発光層の結晶性の改善効果が低下するので望ましくな
い。

【００４７】又、クラッド層７１のホール濃度は1 ×10
¹⁷〜 1×10¹⁸／cm³ が望ましい。ホール濃度が 1×10¹⁸
／cm³ 以上となると、不純物濃度が高くなり結晶性が低
下し発光効率が低下するので望ましくなく、 1×10¹⁷／
cm³ 以下となると、直列抵抗が高くなり過ぎるので望ま
しくない。

【００４８】第１コンタクト層７２は、マグネシウム(M
g)が１×１０¹⁹〜５×１０²⁰／cm³の範囲で第２コンタ
クト層７３のマグネシウム(Mg)濃度より低濃度に添加さ
れｐ伝導型を示す層とすることで、その層のホール濃度
を３×10¹⁷〜８×10¹⁷／cm³と最大値を含む領域とする
ことができる。これにより、発光効率を低下させること
がない。

【００４９】第２コンタクト層７３は、マグネシウム(M
g)濃度を１×１０²⁰〜１×１０²¹／cm³ とする場合が望
ましい。マグネシウム(Mg)が１×１０²⁰〜１×１０²¹／
cm³に添加されたｐ伝導型を示す層は、金属電極に対し
てオーミック性を向上させることができるが、ホール濃
度が１×10¹⁷〜８×10¹⁷／cm³ とやや低下する。（駆動
電圧５Ｖ以下にできる範囲を含む、オーミック性の改善
からMg濃度が上記の範囲が良い。)

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオード
の構成を示した構成図。

【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。

【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。

【図４】同実施例の発光ダイオードの色度の合成を示し
た説明図。

【図５】他の実施例の発光ダイオードの色度の合成を示
した説明図。

【図６】他の実施例の発光ダイオードの量子井戸構造と
各井戸層からの発光の波長強度特性の合成を示した説明
図。

【図７】他の実施例の発光ダイオードの各井戸層からの
発光の波長強度特性における光の合成を示した説明図。

【図８】他の実施例の発光ダイオードの各井戸層からの
波長強度特性における光の合成を示した説明図。

【図９】他の実施例の発光ダイオードの発光層の構成を
示した断面図。

【図１０】他の実施例の発光ダイオードの発光層の構成
を示した断面図。

【図１１】他の実施例の発光ダイオードの発光層の構成
を示した断面図。

【符号の説明】

１００…発光ダイオード１…サファイア基板２…バッファ層３…高キャリア濃度ｎ⁺層４…ｎ層５…発光層５１…第１多重量子井戸５２…第２多重量子井戸５３…第３多重量子井戸５１２，５２２，５５２，５６２，５７２…井戸層５１１，５２１，５５１，５６１，５７１……バリア層７１…クラッド層７２…第１コンタクト層７２…第２コンタクト層９…透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅見慎也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)発明者小出典克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

【特許請求の範囲】

【請求項１】３族窒化物半導体を用いた多重量子井戸構
造の発光素子において、発光する複数の井戸層の混晶比
を変化させることにより、各井戸層からの発光の合成光
の波長強度特性を所望の特性としたことを特徴とする３
族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】前記各井戸層からの発光の強度は井戸層の
厚さにより制御されることを特徴とする請求項１に記載
の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】発光する各井戸層のそれぞれの混晶比を、
ｘｙ色度図上において、各井戸層の発光の各色度座標の
平均値が、所望の座標となるような比としたことを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の３族窒化物半導体
発光素子。
【請求項４】前記平均値は、前記各井戸層からの発光の
明度により加重された平均値であることを特徴とする請
求項３に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】前記所望の座標は、略、等エネルギー白色
光の座標（1/3,1/3)としたことを特徴とする請求項３又
は請求項４に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】少なくとも２つの発光する井戸層のそれぞ
れの混晶比を、各井戸層の発光の色度座標が、ｘｙ色度
図上補色関係にある２点となるような比としたことを特
徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】前記複数の井戸層は、各井戸層から放射さ
れた光の波長強度特性の総和が白色光の波長強度特性と
なるように、各井戸層のそれぞれの混晶比が設定されて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の３族窒化
物半導体発光素子。
【請求項８】前記複数の井戸層は、光取出面に近い側か
ら禁制帯幅が広くなるように混晶比が設定されているこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の３族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】前記３族窒化物半導体は(Al_xGa_1-X)_yIn_1-y
N(0 ≦x ≦1;0 ≦y ≦1)であることを特徴とする請求項
１乃至請求項８のいずれかに記載の３族窒化物半導体発
光素子。
【請求項１０】前記各井戸層の混晶比の変化に加えて、
前記各井戸層又は／及びバリア層に、アクセプタ不純物
又は／及びドナー不純物を、その種類又は／及び濃度を
変化させて添加することで、各井戸層からの発光の色度
を変化させることを特徴とする請求項１に記載の３族窒
化物半導体発光素子。