JP2004186509A - Gallium nitride system compound semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体装置に関し、特に発光効率の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、窒化物半導体を用いた波長370〜550nm帯の発光素子が実用化されている。これらの発光素子では、主にInxGa1−xN(0<x<1)を発光材料として使用している。InxGa1−xNにおけるIn組成比xを変化させることで発光波長が変化し、具体的にはxが大きくなるほど発光波長も長くなる。また、In組成比xを変化させると発光波長とともに発光効率も変化する。具体的には、In組成比xがあまりに大きくなると、
(1)InGaNを挟む層であるGaNやAlGaNとの格子定数差が大きくなる
(2)高いIn組成を持つInGaNを結晶成長するために結晶成長温度を低くする必要がある
等の理由によりInGaNの結晶品質が劣化し、波長が530nmより長くなると発光効率が低下してしまう。波長400〜530nmの範囲では一般に発光効率は高くなるが、波長が400nm以下になると再び発光効率が低下する。
【0003】
波長400nm以下の短波長側で発光効率が低下するのは、結晶中に存在する転位に起因すると考えられる。適当なIn組成比を有する波長400〜530nmの発光素子(LED等)の効率が転位密度によらず高いのは、InGaN層中のIn組成の揺らぎによるものである。すなわち、Inの組成揺らぎが存在すると、In組成が部分的に大きい部位で発光するので注入されたキャリアはその部位で捕獲され、転位に到達できずに効率が低下しない。発光波長を短くするためには上述したようにIn組成比xを小さくする必要があり、必然的にIn組成揺らぎも小さくなる。組成揺らぎが小さいとキャリアの捕獲が十分に行われず、キャリアは転位に到達してしまい発光効率が低下することになる。
【0004】
このように、発光波長が400nm以下では、発光効率は転位密度に大きく依存し、転位の存在により発光効率が低下してしまう。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−289591号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
波長400nm以下における発光効率の低下を防止するためには転位密度を抑制することが必要である。従来においては、例えばELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)法や溝を形成したサファイア基板等の上に発光層を成長させる方法を用いて転位密度を低減しており、これらの手法ではフォトリソグラフィなどの手法を伴うため手間が掛かり、結果として発光素子としてのコストが増大してしまう問題があった。
【0007】
本発明の目的は、短波長(特に波長400nm以下)における発光効率に優れた装置を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に窒化ガリウム系活性層を有する窒化ガリウム系化合物半導体装置であって、前記窒化ガリウム系活性層は、第1のAlxGa1−xNバリア層と、前記第1のAlxGa1−xNバリア層上に形成されたInyGa1−yN井戸層と、前記InyGa1−yN井戸層上に形成された第2のAlzGa1−zNバリア層とを有し、前記組成比xと組成比zの差、すなわち|x−z|は3%以下に設定される。井戸層を挟むバリア層のAl組成比の差を3%以下、言い換えれば、井戸層を挟むバリア層のAl組成比を実質的に同一とすることで、井戸層中の歪みを緩和して発光効率を向上させる。
【0009】
具体的には、第1バリア層の組成比xは5%≦x≦25%の範囲であり、井戸層の組成比yは0%<y≦15%の範囲であり、第2バリア層の組成比zは5%≦z≦25%の範囲とすることが好適である。第1バリア層と第2バリア層のAl組成比の差は3%以内に維持される。井戸層の組成比は発光波長から規定される。第1バリア層及び第2バリア層の組成比は井戸層よりもバンドギャップが大きくなるように規定され、かつ、その下限はキャリア閉じ込め効果から規定され、その上限は結晶性等から規定される。より限定的には、第1バリア層の組成比xは10%≦x≦15%の範囲であり、井戸層の組成比yは0%<y≦15%の範囲であり、第2バリア層の組成比zは10%≦z≦15%の範囲とすることが好適である。
【0010】
活性層の各層の厚さについては、例えば第1バリア層の厚さt1は5nm≦t1≦20nmの範囲であり、井戸層の厚さt2は1nm≦t2≦2.5nmの範囲であり、第2バリア層の厚さt3は5nm≦t3≦20nmの範囲とすることが好適である。
【0011】
本発明の半導体装置において、さらに第1バリア層下にn型SLS層を有し、前記n型SLS層はAlαGa1−αN層とGaN層とを交互に積層して構成され、組成比αは5%≦α≦30%の範囲とすることができる。n型SLS層はクラッド層として機能し、キャリアを活性層に注入して閉じ込める。n型SLS層のバンドギャップは活性層のバンドギャップより大きくなるように設定される。
【0012】
本発明の半導体装置において、さらに第2バリア層上にp型SLS層を有し、前記p型SLS層はAlβGa1−βN層とGaN層とを交互に積層して構成され、組成比βは5%≦β≦30%の範囲とすることができる。p型SLS層もクラッド層として機能し、キャリアを活性層に注入して閉じ込める。p型SLS層のバンドギャップは活性層にバンドギャップより大きくなるように設定される。
【0013】
本発明の半導体装置において、さらに第2バリア層と前記p型SLS層の間にp型AlγGa1−γNブロック層を有し、組成比γはz+5%≦γの範囲とすることができる。p型ブロック層は電子がp型層中に注入されて再結合することを抑制して発光効率の低下を抑制する。p型ブロック層は、活性層のうちp型ブロック層と接する第2バリア層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するように設定され、具体的には第2バリア層のAl組成比よりも5%程度大きいAl組成を有することでその機能が達成される。p型ブロック層のAl組成は第2バリア層のAl組成に応じて設定され、一般的には10%≦γ≦30%の範囲に設定される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0015】
<第1実施形態>
図1には、本実施形態に係るGaN系化合物半導体装置として発光素子(LED)の構成が示されている。発光素子は基板上に複数の層をMOCVD法(金属有機化学気相成長法)を用いて成長させることで作製される。具体的には、以下のように製造される。なお、MOCVD装置自体は公知であるが、その装置構成について概説すると、反応管内にサセプタ及びガス導入管を設ける。サセプタに基板を載置し、ヒータで基板を加熱しながら原料ガスを供給して基板上で反応させる。ガス導入部は例えば反応管の2方に設け、一つは基板の側方からトリメチルガリウムやシランガスなどの原料ガスを導入し、他方は基板の上部から通気性を有する微多孔質部材を介して水素と窒素の混合ガス等を供給する。
【0016】
サファイアc面基板10を用意し、常圧MOCVD装置のサセプタにセットして基板温度1100℃にて水素雰囲気中で10分間熱処理する。その後、基板10の温度を500℃まで下げ、モノメチルシランガスとアンモニアガスを100秒間流すことで基板10上に不連続的にSiNバッファ膜12を形成する。なお、この不連続SiN膜12は層中の転位を確実に低減するためのものであるが、本実施形態においては省略することも可能である。次に、温度を500℃に維持しつつトリメチルガリウム(TMG)及びアンモニアガスを流してGaNバッファ層14を25nm形成する。このGaNバッファ層14は、いわゆる低温バッファ層として機能するものである。次に、温度を1075℃まで昇温して、再びトリメチルガリウム(TMG)及びアンモニアガスを流してアンドープGaN(u−GaN)層16を2μm形成する。さらに、トリメチルガリウム(TMG)及びアンモニアガスにモノメチルシランガスを加えて、Siドープのn−GaN層18を1μm形成する。モノメチルシランガスはGaNにSiをドープしてn型にするためであり、Siドープのn−GaN層18内のキャリア密度はおよそ5×1018cm−3である。
【0017】
次に、基板10の温度を1075℃のまま維持してSiドープのn−AlαGa1−aN(2.5nm)/Siドープのn−GaN(2.5nm)を交互に50ペア形成してn−SLS(Strained Layer Superlattice:歪超格子)層20を形成する。AlGaNを形成するには、トリメチルガリウム(TMG)及びアンモニアガスに加えてトリメチルアルミニウム(TMA)を供給すればよい(Siをドープするため、実際にはさらにモノメチルシランガスを供給する)。n−SLS層20はクラッド層として機能する。
【0018】
その後、基板温度を800℃程度まで下げて、アンドープAlxGa1−xN/InyGa1−yN/アンドープAlzGa1−zNを積層してSQW(単層量子井戸)活性層(発光層)22を形成する。InGaNはトリメチルガリウム、トリメチルインジウム及びアンモニアガスを供給して形成される。アンドープInyGa1−yNが井戸層として機能し、この井戸層を挟むアンドープAlxGa1−xN及びAlzGa1−zNがそれぞれn型バリア層及びp型バリア層として機能する。
【0019】
SQW活性層22形成後、温度を975℃まで上昇させて12nm厚のMgドープのp−AlγGa1−γNブロック層24を形成する。このp−ブロック層24は、電子がp型層中に注入されて再結合することにより発光効率が低下することを確実に抑制するための層である。
【0020】
p−ブロック層24を形成した後、Mgドープのp−AlβGa1−βN(2.5nm)/Mgドープのp−GaN(2.5nm)を交互に20ペア形成してp−SLS層26を形成し、さらに、p−GaN層28を30nmだけ形成する。p−SLS層26もクラッド層として機能する。
【0021】
以上の構成を要約すると、活性層22をn型クラッド層20とp型クラッド層26で挟んだpn接合構造であり、活性層22はInGaN井戸層をAlGaN層で挟んだ量子井戸構造である。
【0022】
以上のようにしてLEDウエハを作成した後、LEDウエハをMOCVD装置から取り出し、Ni(10nm)、Au(10nm)を順次、真空蒸着して表面に積層し、5%の酸素を含む窒素ガス雰囲気中520℃で熱処理して金属膜をp型透明電極30とする。p型透明電極30を形成した後、表面にフォトレジストを塗布し、エッチングマスクとして用いてn−GaN層18を露出するようにエッチングし、露出したn−GaN層18上にTi(30nm)、Al(300nm)を蒸着して窒素ガス中450℃で30分間熱処理してn型電極32を形成する。
【0023】
その後、図示していないが、p型電極30及びn型電極32の一部にワイヤボンディング用の厚さ500nmの金パッドを形成し、基板裏面を100μmまで研磨してスクライブによりチップを切り出し、マウントしてLEDデバイスが作製される。
【0024】
活性層22における各層のAl組成比(x、y、z)、膜厚、n−SLS層20におけるAl組成比α、p−SLS層26におけるAl組成比β、p−ブロック層24におけるAl組成比γを種々変化させてチップを作製し、作製したチップを積分球の中に入れ、電流を注入してチップから射出した全光出力及び発光波長を測定した。その結果、発光ピーク波長が400nm以下、特に340nm〜380nm帯の場合には、以下の表1に示される組成比及び膜厚のときに1mW以上の光出力が得られることを見いだした。
【0025】
【表1】
【0026】
図2には、図1において活性層22のみを抜き出した構成が示されている。活性層22は、既述したようにAlxGa1−xN層(n側バリア層22a)、InyGa1−yN層(井戸層22b)、AlzGa1−zN層(p側バリア層22c)から構成されており、表1に示すように組成比x、y、zは、
5%≦x≦25%
0%<y≦15%
5%≦z≦25% ・・・・(1)
を満たす場合に1mW以上の発光出力が得られる。井戸層22bを挟むバリア層22a、22cに関しては、その組成比xとzは実質的に等しいことが好適であり、具体的には
|x−z|≦3% ・・・・(2)
であることが望ましい。
【0027】
表2には、井戸層22bのAl組成比yを固定し、n側バリア層22a及びp側バリア層22cのAl組成比x、zを変化させたときの発光強度が示されている。
【0028】
【表2】
【0029】
表2において、サンプル(a)はn側バリア層22a及びp側バリア層22cがともに7%と対称の場合、サンプル(b)はn側バリア層22aが7%、p側バリア層22cが12%と非対称な場合、サンプル(c)はn側バリア層22a及びp側バリア層22cがともに12%と対称な場合である。光出力は、20mA及び100mAを注入したときのサンプル(c)の光出力を基準値1とする相対値である。また、図3には、注入電流を変化させたときのサンプル(a)、(b)、(c)の光出力が示されており、図4にはサンプルの発光スペクトルが示されている。各サンプルの発光波長は、ウエハ面内で多少のばらつきはあるものの370nm±5nmの範囲内である。
【0030】
表2及び図3から分かるように、n側バリア層22a及びp側バリア層22cのAl組成比を変化させることで発光出力は大きく変化する。そして、n側バリア層22aとp側バリア層22cのAl組成比x、zをほぼ同一とし、これらの組成比をある値以上に設定することが有効である。
【0031】
すなわち、サンプル(a)とサンプル(b)とを比較すると、サンプル(a)はサンプル(b)よりもp側バリア層22cのAl組成比が小さいにもかかわらず、注入電流が小さい場合に高い光出力が得られる。一般に、Al組成比を大きくするとバンドギャップが増大してキャリアの閉じ込め効果が増大すると考えられるが、本実施形態の結果はこの考えでは説明できない。一方、Al組成比がサンプル(a)より大きいサンプル(c)では光出力が増大していることから、Al組成比の増大による結晶の劣化が原因とは考えられない。したがって、表2及び図3の結果は、結晶歪みによるものと考えられる。バリア層の材料であるAlGaNと井戸層の材料であるInGaNは格子定数が異なるためこれらのヘテロ接合をGaN層の上に形成すると両者に結晶歪みが生じる。特に、これらの層が薄い場合には結晶は弾性的に歪むため転位は生じない。また、c軸が基板面に対して垂直となるように結晶成長されたAlGaNとInGaNに面内歪みが加わった場合、これらの材料が有する圧電性により基板面に垂直に電界が発生する。この垂直電界は活性層22のバンド構造に傾きを形成し、活性層22に注入された電子・正孔対を分離させて発光効率を低下させる。
【0032】
図5及び図6には、活性層22のバンド図が示されている。図5はサンプル(a)、(c)のようにAl組成比がn側バリア層22aとp側バリア層22cで対称(実質的に同一)の場合のバンド図であり、図6はサンプル(b)のようにAl組成比がn側バリア層22aとp側バリア層22cで非対称(実質的に非同一)の場合のバンド図である。また、両図において、(A)は伝導帯の予想バンド図、(B)は価電子帯のバンド図である。
【0033】
図6に示される様に、非対称バリアに挟まれたInGaN井戸層22bの中には図5で示される対称バリアの場合よりも大きな歪みがかかり、その結果、より大きな電界が印加されて電子・正孔対を空間的に分離し発光効率の低下を招く。電流を増加させると井戸層22bの中に注入されたキャリア密度が増加し、その電荷により歪み電界が打ち消される(クーロンスクリーニング効果)。従って、サンプル(b)のように非対称構造の場合、電流を増加させると発光効率が急激に増大し、50mAを超えるとp側バリア層22cのより高いキャリア閉じ込め効果により発光効率はサンプル(a)を上回るようになると考えられる。一方、サンプル(c)においては対称バリアと高い閉じ込め効果により発光効率はサンプル(a)、(b)よりも大きくなる。
【0034】
このように、n側バリア層22aとp側バリア層22cのAl組成を実質的に同一として対称バリアを形成することで井戸層22b中の歪みを抑制し、低注入電流時の発光効率を向上させることができる。また、n側バリア層22a及びp側バリア層22cのAl組成比は高注入電流時のキャリア閉じ込め効果に影響を与え、Al組成比が小さすぎると高注入電流時の発光効率が低下してしまう。以上より、(1)の条件と(2)の条件が発光効率向上に有効であることがわかる。
【0035】
活性層22のより好ましい組成比を示すと以下のようになる。
【0036】
10%≦x≦15%
0%<y≦15%
10%≦z≦15% ・・・・(3)
x及びyの下限は高注入電流時のキャリア閉じ込め効果を考慮したものであり、上限は結晶劣化を考慮したものである。
【0037】
なお、活性層22の各層の膜厚に関しては、表1に示されるように、n側バリア層22aは5nm以上20nm以下、井戸層22bは1nm以上2.5nm以下、p側バリア層22cは5nm以上20nm以下であれば所望の発光出力が得られることを確認している。
【0038】
また、n−SLS層20及びp−SLS層26に関しては、活性層22よりもバンドギャップが大きく活性層22にキャリアを注入するクラッド層として機能することからAl組成比が決定される。活性層22が上記の(1)、(2)の条件を満たす場合、n−SLS層20及びp−SLS層26が満たすべき条件は以下の通りである。
【0039】
5%≦α≦30%
5%≦β≦30% ・・・・(4)
また、p−ブロック層24に関しては、電子がp型層中に注入されて再結合することにより発光効率が低下することを抑制するため、活性層22の井戸層22b及びp側バリア層22cよりもバンドギャップが大きくなるように設定される。すなわち、p−ブロック層24が満たすべき条件は
z+5%≦γ ・・・・(5)
であり、具体的に示すと
10%≦γ≦30% ・・・・(6)
である。
【0040】
本実施形態において、最良と考えられる組成比を示すと以下の通りである。
【0041】
n−SLS層20:
n−Al0.18Ga0.82N/n−GaN
活性層(発光層)22:
Al0.12Ga0.88N/In0.13Ga0.87N/Al0.12Ga0.88N
p−ブロック層24:
Al0.18Ga0.82N
p−SLS層26
p−Al0.18Ga0.82N/p−GaN
もちろん、これらの組成は例示であり、当業者であれば上記の範囲内において任意の組成を選択することが可能である。また、本実施形態では、基本的にn型クラッド層20/活性層22/p型ブロック層24/p型クラッド層26の構成であるが、例えばp型ブロック層24を省く、あるいは活性層22とクラッド層との間にさらに機能層を追加することも可能であり、これらはいずれも本発明の変形例である。
【0042】
本実施形態では、活性層22として井戸層22bをバリア層22a、22cで挟んだSQW構造を用いているが、n側バリア層22a/井戸層22b/p側バリア層22cの構成を複数周期積層したMQW(多層量子井戸)構造を用いることも可能である。MQWを用いた場合にも、井戸層を挟むバリア層のAl組成比の差を3%以下に抑えることで、特に低注入電流における発光効率を向上させることができる。
【0043】
このように、本実施形態におけるLEDは、波長400nm以下で高い発光効率を有するため、この特性を専ら利用して種々の製品を作製することが可能である。以下では、図1に示されたLEDあるいは発光素子を光源として用いるいくつかの装置例を示す。
【0044】
<第2実施形態>
市販のブラックペン(蛍光ペン)(シンロイヒ製)は可視照明下で文字や図形等を描いても見えないが、そこに紫外線を照射すると描いた文字や図形が現れる。カラーのブラックペン(紫外線を照射するとカラーの図形が現れる)も市販されているが、カラーを再現するためには照射する紫外線の波長が400nm以下、より正確には波長380nm以下でなければならない。従来においては、蛍光灯ブラックライトや水銀ランプ等の光源が使用されているが、大型で消費電力も大きく、電源も大掛かりになる欠点がある。
【0045】
そこで、図形再現用光源として図1に示された発光素子デバイス(LED)を用いると、小型で電池駆動も可能となる。ブラックペンで描いた図形を、ピーク波長400nm、385nm、372nmのLEDで照射して図形の再現を試みた。照射光強度はおよそ5mW(400nm)、3mW(385nm)、1mW(372nm)である。
【0046】
400nmLEDの場合、図形が現れるものの色は再現されず、蛍光の強度もかろうじて見える程度の非常に低いレベルであった。385nmLEDで照射すると、図形の形ははっきり見える程度に強い蛍光強度は得られたが、色は再現されなかった。特に、赤色の再現性が悪かった。一方、波長372nmLEDの場合、照射強度が1mWと弱いにもかかわらず、蛍光は明るい室内でも全く問題なく見える程度に強く、かつ3原色を忠実に再現できた。
【0047】
これらより、波長365〜380nm帯のLEDは、安価に市販されているブラックペン(蛍光ペン)で描いた図形の再現用光源として非常に適していることが確認された。本実施形態のLEDを電池と共にキーホルダやブラックペン、消しゴムその他の製品に組み込んで簡単に再現できる、見えない文字や図形を描画するシステムが得られる。
【0048】
<第3実施形態>
本実施形態におけるLEDからの光を人体の皮膚に短時間照射してその影響を調べた。ピーク波長400nm(5mW)、385nm(3mW)、372nm(1mW)のLED光をそれぞれ10分間皮膚に照射して皮膚の変化(いわゆる日焼け)を調べた。その結果、ピーク波長400nm(5mW)の場合はほとんど影響が見られなかったのに対し、385nm(3mW)の場合は少し変化が見られた。一方、372nm(1mW)の場合には、はっきりした跡が見られた。このことは、波長365〜380nm帯のLEDが人体の日焼けを起こすことを示している。このLEDを光源として用いて日焼け装置を製作した。直径5mmのスポットだけを日焼けする装置及びLEDを長さ3cmの直線上に配置して線条に日焼けする装置を作製し、実験を行った。いずれの装置も10分間照射することで日焼けが得られた。なお、30分以上照射すると皮膚の損傷が認められた。
【0049】
従来、日焼け装置は紫外線のランプを使用しているため、照射面積が大きい用途には適当であったが、小さな領域だけの日焼けを作ることはできず、例えば日焼けしたい部位以外をタオルなどで覆うなどの工夫が必要であるところ、本実施形態の日焼け装置では、点や線などの日焼けを任意に作ることが可能である。
【0050】
<第4実施形態>
市販されているUVカット化粧品(SPF50+PA+++)を塗った皮膚に対し、ピーク波長372nm(1mW)のLEDを光源に組み込んだ第3実施形態の日焼け装置で10分間照射した。その結果、UVカット化粧品を塗らない場合と比べて日焼けの程度が非常に小さいことを確認した。このように、本実施形態のLEDは、UVカット化粧品の性能を評価する装置として用いることもできる。
【0051】
従来、この種の検査装置は大型であり、効果を調べるために広い皮膚表面が必要である。本実施形態の検査装置は、上述した実施形態で述べたように点あるいは線等の任意の形状あるいは部位に日焼けを作ることができるので、人体の部位毎の日焼けの程度を調べたり、あるいは携帯して長時間にわたる照射効果を調べることもできる。
【0052】
<第5実施形態>
時計の文字盤や避難誘導等の標識類には蓄光材料が使用されている。これは、蓄光剤に光が当たると、光を消しても蛍光が続くことを利用して暗闇でも字等が読める仕組みを利用したものである。近年、蓄光時間も長くなり3原色も出せるようになっている。例えば、硫化亜鉛に銅を結合させた短残光タイプやストロンチウムアルミネイトに希土類金属を結合させた長残光タイプなどが知られている。このような蓄光剤の感度は一般に波長400nm以下にある。したがって、蓄光剤と本実施形態のLEDとを組み合わせることで、短時間のみ光を照射して光を消すという操作を繰り返すことで消費電力の非常に小さい表示装置を作製することができる。また、電源が切れても表示は消えない(不揮発な)非常用表示装置も可能となる。
【0053】
ピーク波長400nm(5mW)、385nm(3mW)、372nm(1mW)のLEDと3原色の蓄光剤を組み合わせて表示装置を作製した。蓄光剤を板状に加工し、その裏面から実施形態のLEDの光を照射して表面からの発光を観測した。10分間照射し、決められた時間だけ照射を切るサイクルを繰り返した。30分程度照射を切っても、事務室程度の明るさの部屋で蓄光剤からの発光が確認された。なお、暗闇中では1時間程度切っても蓄光剤からの発光が確認された。全ての波長で同様の効果が得られたが、ピーク波長400nm(5mW)を光源として使用した場合に最も残光が強かった。
【0054】
このように、波長365〜400nm帯のLEDと蓄光剤を使用した表示装置により、従来の表示装置と比べて消費電力を著しく低減することができる。
【0055】
さらに、色の再現性についても観測した。ピーク波長400nm(5mW)、385nm(3mW)のLEDは、肉眼には青色〜紫色に見えるため、蓄光剤で赤色を出すと両者が混じり合い純粋な赤の再現はできない。緑も同様である。一方、ピーク波長372nm(1mW)のLEDは肉眼ではほとんど見えないため、3原色を忠実に再現することができる。したがって、波長365〜380nm帯のLEDを光源として用い、蓄光剤を使用した表示装置は低消費電力で、かつ、フルカラーを再現することができる。
【0056】
<第6実施形態>
蛾等の昆虫の複眼は、波長360nmにピーク感度を有する。その性質を利用して、紫外線ランプを使った昆虫の駆除装置が市販されている。紫外線ランプを街頭に付け、その周辺に昆虫駆除装置を取り付けたものである。紫外線ランプは、可視光も射出するので一般的には明るく見える。また、消費電力が大きいという問題がある。この昆虫収集用の光源として実施形態のLEDを使用した。ピーク波長は372nmである。暗闇にLEDを設置し、昆虫の集まり状況を確認した。同時に、2Wの水銀ランプも比較のため別の場所に設置した。LEDの消費電力を節約するため及び発光ピーク強度を増すため、ピーク電流200mA、ピーク出力約10mW、パルス幅10mS、繰り返し周波数10Hz(平均出力1mW)のパルス駆動を行った。光出力は、LEDの方が小さいにもかかわらずより多くの昆虫がLEDに集まることが観測された。水銀ランプは肉眼には青色〜紫色に見えたが、LEDはほとんど肉眼では確認できなかった。このことから、昆虫収集用の光源として、波長365〜380nm帯のLEDが使えることがわかる。
【0057】
そこで、市販の昆虫駆除装置のランプをLEDに取り替えて装置を作製した。波長372nmのLEDを200個使用して、上述した実験と同様にパルス駆動して動作させた。その結果、一晩で改造前と同程度の昆虫を駆除することができた。本実施形態のLEDを光源に用いた昆虫駆除装置は、消費電力が小さく、LEDが小型であるため光源のレイアウトに自由度が増すというメリットがある。さらに、肉眼ではほとんど見えないので、照明を嫌う環境にも用いることが可能である。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長400nm以下、特に340nm〜380nm帯における発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のLEDの構成図である。
【図2】図1における活性層の構成図である。
【図3】各サンプルの注入電流と光出力(相対値)との関係を示すグラフ図である。
【図4】各サンプルの発光スペクトル説明図である。
【図5】対称バリアのバンド図である。
【図6】非対称バリアのバンド図である。
【符号の説明】
10 基板 12 SiN膜、14 GaN層、16 u−GaN層、18 n−GaN層、20 n−SLS層、22 活性層、24 p−ブロック層、26 p−SLS層、28 p−GaN層、30 p型電極、32 n型電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor device, and more particularly to an improvement in luminous efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a light emitting device using a nitride semiconductor in a wavelength range of 370 to 550 nm has been put to practical use. In these light-emitting elements, mainly In x Ga 1-x N (0 <x <1) is used as the light emitting material. In x Ga 1-x The emission wavelength changes by changing the In composition ratio x in N. Specifically, the emission wavelength increases as x increases. Further, when the In composition ratio x is changed, the luminous efficiency changes together with the emission wavelength. Specifically, when the In composition ratio x becomes too large,
(1) Difference in lattice constant from GaN or AlGaN, which is a layer sandwiching InGaN, increases.
(2) It is necessary to lower the crystal growth temperature in order to grow InGaN having a high In composition.
For example, the crystal quality of InGaN deteriorates, and when the wavelength is longer than 530 nm, the luminous efficiency decreases. The luminous efficiency generally increases in the wavelength range of 400 to 530 nm, but decreases in the wavelength range of 400 nm or less.
[0003]
The decrease in luminous efficiency on the short wavelength side of a wavelength of 400 nm or less is considered to be due to dislocations present in the crystal. The reason why the efficiency of a light-emitting element (LED or the like) having an appropriate In composition ratio and having a wavelength of 400 to 530 nm is high regardless of the dislocation density is due to fluctuation of the In composition in the InGaN layer. That is, if there is a fluctuation in the In composition, light is emitted at a site where the In composition is partially large, so that the injected carriers are captured at the site and cannot reach dislocations, so that the efficiency does not decrease. In order to shorten the emission wavelength, it is necessary to reduce the In composition ratio x as described above, and inevitably the In composition fluctuation also decreases. When the composition fluctuation is small, the carrier is not sufficiently captured, and the carrier reaches the dislocation and the luminous efficiency is reduced.
[0004]
As described above, when the emission wavelength is 400 nm or less, the luminous efficiency largely depends on the dislocation density, and the luminous efficiency decreases due to the presence of the dislocation.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-289591
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to prevent a decrease in luminous efficiency at a wavelength of 400 nm or less, it is necessary to suppress the dislocation density. Conventionally, the dislocation density has been reduced by using, for example, an ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) method or a method of growing a light-emitting layer on a sapphire substrate having a groove formed therein. In these methods, a method such as photolithography is used. As a result, there is a problem that it takes time and effort, and as a result, the cost as a light emitting element increases.
[0007]
An object of the present invention is to obtain a device having excellent luminous efficiency at a short wavelength (especially, a wavelength of 400 nm or less).
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a gallium nitride-based compound semiconductor device having a gallium nitride-based active layer on a substrate, wherein the gallium nitride-based active layer comprises a first Al x Ga 1-x An N barrier layer and the first Al x Ga 1-x In formed on the N barrier layer y Ga 1-y An N well layer and the In y Ga 1-y Second Al formed on N well layer z Ga 1-z An N barrier layer, and the difference between the composition ratio x and the composition ratio z, that is, | xz |, is set to 3% or less. The difference in the Al composition ratio between the barrier layers sandwiching the well layers is 3% or less, in other words, by making the Al composition ratios in the barrier layers sandwiching the well layers substantially the same, the strain in the well layers is alleviated and light emission is performed. Improve efficiency.
[0009]
Specifically, the composition ratio x of the first barrier layer is in the range of 5% ≦ x ≦ 25%, the composition ratio y of the well layer is in the range of 0% <y ≦ 15%, and the composition ratio x of the second barrier layer is The composition ratio z is preferably in the range of 5% ≦ z ≦ 25%. The difference in the Al composition ratio between the first barrier layer and the second barrier layer is maintained within 3%. The composition ratio of the well layer is determined from the emission wavelength. The composition ratio of the first barrier layer and the second barrier layer is defined so that the band gap is larger than that of the well layer, and the lower limit is defined by the carrier confinement effect, and the upper limit is defined by crystallinity and the like. More specifically, the composition ratio x of the first barrier layer is in the range of 10% ≦ x ≦ 15%, the composition ratio y of the well layer is in the range of 0% <y ≦ 15%, and the second barrier layer Is preferably in the range of 10% ≦ z ≦ 15%.
[0010]
Regarding the thickness of each layer of the active layer, for example, the thickness t1 of the first barrier layer is in the range of 5 nm ≦ t1 ≦ 20 nm, and the thickness t2 of the well layer is in the range of 1 nm ≦ t2 ≦ 2.5 nm. The thickness t3 of the two barrier layers is preferably in the range of 5 nm ≦ t3 ≦ 20 nm.
[0011]
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device further includes an n-type SLS layer below the first barrier layer, wherein the n-type SLS layer is formed of AlαGa 1- An αN layer and a GaN layer are alternately laminated, and the composition ratio α can be in a range of 5% ≦ α ≦ 30%. The n-type SLS layer functions as a cladding layer and injects carriers into the active layer to confine the active layer. The band gap of the n-type SLS layer is set to be larger than the band gap of the active layer.
[0012]
In the semiconductor device of the present invention, a p-type SLS layer is further provided on the second barrier layer, and the p-type SLS layer is formed of AlβGa 1- βN layers and GaN layers are alternately laminated, and the composition ratio β can be in the range of 5% ≦ β ≦ 30%. The p-type SLS layer also functions as a cladding layer, and injects carriers into the active layer to confine it. The band gap of the p-type SLS layer is set to be larger than the band gap of the active layer.
[0013]
In the semiconductor device of the present invention, a p-type AlγGa is further provided between the second barrier layer and the p-type SLS layer. 1- It has a γN block layer, and the composition ratio γ can be in the range of z + 5% ≦ γ. The p-type block layer suppresses electrons from being injected into the p-type layer and recombination, thereby suppressing a decrease in luminous efficiency. The p-type block layer is set to have a band gap larger than the band gap of the second barrier layer in contact with the p-type block layer in the active layer. The function is achieved by having an Al composition that is about% larger. The Al composition of the p-type block layer is set according to the Al composition of the second barrier layer, and is generally set in a range of 10% ≦ γ ≦ 30%.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
<First embodiment>
FIG. 1 shows a configuration of a light emitting element (LED) as a GaN-based compound semiconductor device according to the present embodiment. A light-emitting element is manufactured by growing a plurality of layers on a substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Specifically, it is manufactured as follows. Although the MOCVD apparatus itself is publicly known, the outline of the apparatus configuration is that a susceptor and a gas introduction pipe are provided in a reaction tube. A substrate is placed on a susceptor, and a raw material gas is supplied while heating the substrate with a heater to cause a reaction on the substrate. The gas introduction part is provided, for example, on two sides of the reaction tube, one is for introducing a raw material gas such as trimethylgallium or silane gas from the side of the substrate, and the other is via a gas-permeable microporous member from the top of the substrate. A mixed gas of hydrogen and nitrogen is supplied.
[0016]
A sapphire c-
[0017]
Next, while maintaining the temperature of the
[0018]
Thereafter, the substrate temperature is lowered to about 800 ° C., and undoped Al x Ga 1-x N / In y Ga 1-y N / undoped Al z Ga 1-z N is stacked to form an SQW (single layer quantum well) active layer (light emitting layer) 22. InGaN is formed by supplying trimethylgallium, trimethylindium, and ammonia gas. Undoped In y Ga 1-y N functions as a well layer, and undoped Al sandwiches the well layer. x Ga 1-x N and Al z Ga 1-z N functions as an n-type barrier layer and a p-type barrier layer, respectively.
[0019]
After the formation of the SQW
[0020]
After forming the p-
[0021]
To summarize the above configuration, the
[0022]
After the LED wafer is prepared as described above, the LED wafer is taken out of the MOCVD apparatus, Ni (10 nm) and Au (10 nm) are sequentially vacuum-deposited and laminated on the surface, and a nitrogen gas atmosphere containing 5% oxygen is used. The heat treatment is performed at 520 ° C. to make the metal film into a p-type
[0023]
Thereafter, although not shown, a gold pad having a thickness of 500 nm for wire bonding is formed on a part of the p-
[0024]
Al composition ratio (x, y, z) and film thickness of each layer in
[0025]
[Table 1]
[0026]
FIG. 2 shows a configuration in which only the
5% ≦ x ≦ 25%
0% <y ≦ 15%
5% ≦ z ≦ 25% (1)
When the above condition is satisfied, a light emission output of 1 mW or more can be obtained. Regarding the barrier layers 22a and 22c sandwiching the
| X−z | ≦ 3% (2)
It is desirable that
[0027]
Table 2 shows the emission intensity when the Al composition ratio y of the
[0028]
[Table 2]
[0029]
In Table 2, in the sample (a), when the n-
[0030]
As can be seen from Table 2 and FIG. 3, the emission output greatly changes by changing the Al composition ratio of the n-
[0031]
That is, comparing the sample (a) with the sample (b), the sample (a) is higher when the injection current is smaller, though the Al composition ratio of the p-
[0032]
5 and 6 show band diagrams of the
[0033]
As shown in FIG. 6, a larger strain is applied to the
[0034]
As described above, the Al composition of the n-
[0035]
The more preferable composition ratio of the
[0036]
10% ≦ x ≦ 15%
0% <y ≦ 15%
10% ≦ z ≦ 15% (3)
The lower limits of x and y take into account the carrier confinement effect at high injection current, and the upper limits take into account crystal degradation.
[0037]
As shown in Table 1, the n-
[0038]
Further, the n-
[0039]
5% ≦ α ≦ 30%
5% ≦ β ≦ 30% (4)
Further, regarding the p-
z + 5% ≦ γ (5)
And specifically,
10% ≦ γ ≦ 30% (6)
It is.
[0040]
The composition ratio considered to be the best in the present embodiment is as follows.
[0041]
n-SLS layer 20:
n-Al 0.18 Ga 0.82 N / n-GaN
Active layer (light emitting layer) 22:
Al 0.12 Ga 0.88 N / In 0.13 Ga 0.87 N / Al 0.12 Ga 0.88 N
p-block layer 24:
Al 0.18 Ga 0.82 N
p-
p-Al 0.18 Ga 0.82 N / p-GaN
Of course, these compositions are examples, and those skilled in the art can select any composition within the above range. Further, in the present embodiment, the structure is basically n-
[0042]
In the present embodiment, the SQW structure in which the
[0043]
As described above, since the LED in the present embodiment has a high luminous efficiency at a wavelength of 400 nm or less, various products can be manufactured by exclusively utilizing this characteristic. Hereinafter, some examples of devices using the LED or the light emitting element shown in FIG. 1 as a light source will be described.
[0044]
<Second embodiment>
Commercially available black pens (highlighters) (made by Shinloich) are invisible even when characters or figures are drawn under visible illumination, but the characters or figures drawn appear when irradiated with ultraviolet light. Colored black pens (colored graphics appear when irradiated with ultraviolet light) are also commercially available, but in order to reproduce color, the wavelength of the ultraviolet light to be irradiated must be 400 nm or less, more precisely 380 nm or less. Conventionally, a light source such as a fluorescent black light or a mercury lamp is used. However, there are drawbacks in that the light source is large, consumes large power, and requires a large power supply.
[0045]
Therefore, if the light emitting device (LED) shown in FIG. 1 is used as a light source for graphic reproduction, it can be small and can be driven by a battery. A figure drawn with a black pen was irradiated with LEDs having peak wavelengths of 400 nm, 385 nm and 372 nm to try to reproduce the figure. The irradiation light intensity is about 5 mW (400 nm), 3 mW (385 nm), and 1 mW (372 nm).
[0046]
In the case of the 400 nm LED, although a figure appeared, the color was not reproduced, and the intensity of the fluorescence was at a very low level that was barely visible. When illuminated with a 385 nm LED, the fluorescence intensity was strong enough to clearly see the shape of the figure, but the color was not reproduced. In particular, the reproducibility of the red color was poor. On the other hand, in the case of the LED with the wavelength of 372 nm, the fluorescence was strong enough to be seen without any problem even in a bright room, and the three primary colors could be faithfully reproduced even though the irradiation intensity was as low as 1 mW.
[0047]
From these, it was confirmed that the LED in the wavelength band of 365 to 380 nm is very suitable as a light source for reproducing a figure drawn with a commercially available black pen (fluorescent pen). A system for drawing invisible characters and figures that can be easily reproduced by incorporating the LED of this embodiment together with a battery in a key holder, a black pen, an eraser, and other products is obtained.
[0048]
<Third embodiment>
In this embodiment, the light from the LED was irradiated on the skin of the human body for a short time, and the effect was examined. The skin was irradiated with LED light having peak wavelengths of 400 nm (5 mW), 385 nm (3 mW), and 372 nm (1 mW) for 10 minutes, respectively, to examine changes in the skin (so-called sunburn). As a result, almost no effect was observed when the peak wavelength was 400 nm (5 mW), whereas a slight change was observed when the peak wavelength was 385 nm (3 mW). On the other hand, in the case of 372 nm (1 mW), a clear trace was seen. This indicates that the LED in the wavelength band of 365 to 380 nm causes sunburn on the human body. A tanning device was manufactured using this LED as a light source. An apparatus for tanning only the spot having a diameter of 5 mm and an apparatus for arranging the LED on a straight line having a length of 3 cm to tan on the striatum were manufactured, and an experiment was conducted. Both devices were tanned by irradiation for 10 minutes. In addition, skin irradiation was observed when irradiated for 30 minutes or more.
[0049]
Conventionally, tanning equipment uses ultraviolet lamps, so it was suitable for applications with a large irradiation area, but it was not possible to create tanning in only a small area. However, in the tanning device of the present embodiment, it is possible to arbitrarily create a tan such as a point or a line.
[0050]
<Fourth embodiment>
The skin coated with a commercially available UV-cut cosmetic (SPF50 + PA ++) was irradiated for 10 minutes with the tanning device of the third embodiment in which an LED having a peak wavelength of 372 nm (1 mW) was incorporated in the light source. As a result, it was confirmed that the degree of sunburn was extremely small as compared with the case where the UV cut cosmetic was not applied. Thus, the LED of the present embodiment can be used as an apparatus for evaluating the performance of UV cut cosmetics.
[0051]
Conventionally, this type of inspection device is large and requires a large skin surface to examine its effect. As described in the above embodiment, the inspection apparatus according to the present embodiment can make a tan on an arbitrary shape or site such as a point or a line. It is also possible to examine the irradiation effect over a long period of time.
[0052]
<Fifth embodiment>
Luminescent materials are used for signs such as clock faces and evacuation guidance. This utilizes a mechanism in which, when light is applied to a luminous agent, characters are read even in darkness by utilizing the fact that fluorescence continues even if the light is turned off. In recent years, the luminous time has become longer and three primary colors can be produced. For example, a short afterglow type in which copper is bonded to zinc sulfide and a long afterglow type in which rare earth metal is bonded to strontium aluminate are known. The sensitivity of such a luminous agent is generally at a wavelength of 400 nm or less. Therefore, by combining the luminous agent and the LED of this embodiment, a display device with extremely low power consumption can be manufactured by repeating the operation of irradiating light for a short time and extinguishing the light. Further, an emergency display device in which the display is not erased (non-volatile) even when the power is turned off can be realized.
[0053]
A display device was manufactured by combining LEDs having peak wavelengths of 400 nm (5 mW), 385 nm (3 mW), and 372 nm (1 mW) with a luminous agent of three primary colors. The phosphorescent agent was processed into a plate shape, and the light of the LED of the embodiment was irradiated from the back surface to observe the light emission from the front surface. The cycle of irradiating for 10 minutes and turning off the irradiation for a predetermined time was repeated. Even after the irradiation was stopped for about 30 minutes, light emission from the luminous agent was confirmed in a room having a brightness as low as an office. In addition, light emission from the luminous agent was confirmed even in the dark for about one hour. Similar effects were obtained at all wavelengths, but the afterglow was strongest when a peak wavelength of 400 nm (5 mW) was used as the light source.
[0054]
As described above, with the display device using the LED in the wavelength band of 365 to 400 nm and the luminous agent, the power consumption can be significantly reduced as compared with the conventional display device.
[0055]
Furthermore, color reproducibility was also observed. LEDs with peak wavelengths of 400 nm (5 mW) and 385 nm (3 mW) appear blue to violet to the naked eye. Therefore, if red light is emitted with a luminous agent, the two will be mixed and pure red cannot be reproduced. The same is true for green. On the other hand, since an LED having a peak wavelength of 372 nm (1 mW) is hardly visible to the naked eye, the three primary colors can be faithfully reproduced. Therefore, a display device using an LED in a wavelength band of 365 to 380 nm as a light source and using a light storage agent can reproduce low power consumption and full color.
[0056]
<Sixth embodiment>
The compound eyes of insects such as moths have a peak sensitivity at a wavelength of 360 nm. Utilizing this property, insect control devices using ultraviolet lamps are commercially available. An ultraviolet lamp was attached to the street and an insect control device was installed around the street. Ultraviolet lamps generally appear bright because they also emit visible light. In addition, there is a problem that power consumption is large. The LED of the embodiment was used as a light source for collecting insects. The peak wavelength is 372 nm. An LED was installed in the dark to check the status of insect gathering. At the same time, a 2 W mercury lamp was installed at another location for comparison. In order to save the power consumption of the LED and increase the emission peak intensity, pulse driving was performed at a peak current of 200 mA, a peak output of about 10 mW, a pulse width of 10 mS, and a repetition frequency of 10 Hz (average output of 1 mW). Light output was observed to attract more insects to the LED despite the smaller LED. The mercury lamp appeared blue to purple to the naked eye, but the LED was hardly visible to the naked eye. From this, it is understood that an LED in a wavelength band of 365 to 380 nm can be used as a light source for collecting insects.
[0057]
Therefore, a lamp of a commercially available insect control apparatus was replaced with an LED to manufacture the apparatus. Using 200 LEDs having a wavelength of 372 nm, pulse driving was performed in the same manner as in the experiment described above to operate. As a result, the same level of insects as before the remodeling could be eliminated overnight. The insect control apparatus using the LED of the present embodiment as a light source has advantages in that power consumption is small, and since the LED is small, the degree of freedom in the layout of the light source is increased. Furthermore, since it is almost invisible to the naked eye, it can be used in environments where lighting is disliked.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the luminous efficiency in a wavelength of 400 nm or less, particularly in a 340 nm to 380 nm band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an LED according to an embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of an active layer in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an injection current and a light output (relative value) of each sample.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an emission spectrum of each sample.
FIG. 5 is a band diagram of a symmetric barrier.
FIG. 6 is a band diagram of an asymmetric barrier.
[Explanation of symbols]
10
Claims (8)
前記窒化ガリウム系活性層は、
第1のAlxGa1−xNバリア層と、
前記第1のAlxGa1−xNバリア層上に形成されたInyGa1−yN井戸層と、
前記InyGa1−yN井戸層上に形成された第2のAlzGa1−zNバリア層と、
を有し、
前記組成比xと組成比zの差|x−z|は3%以下に設定されることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。A gallium nitride-based compound semiconductor device having a gallium nitride-based active layer on a substrate,
The gallium nitride based active layer,
A first Al x Ga 1-x N barrier layer,
And In y Ga 1-y N well layer formed on the first Al x Ga 1-x N barrier layer,
A second Al z Ga 1-z N barrier layer formed on said In y Ga 1-y N well layer,
Has,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the difference | xz | between the composition ratio x and the composition ratio z is set to 3% or less.
前記組成比xは5%≦x≦25%の範囲であり、組成比yは0%<y≦15%の範囲であり、組成比zは5%≦z≦25%の範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The device of claim 1,
The composition ratio x is in the range of 5% ≦ x ≦ 25%, the composition ratio y is in the range of 0% <y ≦ 15%, and the composition ratio z is in the range of 5% ≦ z ≦ 25%. A gallium nitride-based compound semiconductor device.
前記組成比xは10%≦x≦15%の範囲であり、組成比yは0%<y≦15%の範囲であり、組成比zは10%≦z≦15%の範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The device of claim 1,
The composition ratio x is in the range of 10% ≦ x ≦ 15%, the composition ratio y is in the range of 0% <y ≦ 15%, and the composition ratio z is in the range of 10% ≦ z ≦ 15%. A gallium nitride-based compound semiconductor device.
前記第1のAlxGa1−xNバリア層の厚さt1は5nm≦t1≦20nmの範囲であり、前記InyGa1−yN井戸層の厚さt2は1nm≦t2≦2.5nmの範囲であり、前記第2のAlzGa1−zNバリア層の厚さt3は5nm≦t3≦20nmの範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The device of claim 1,
The first Al x Ga 1-x N thickness t1 of the barrier layer is in the range of 5 nm ≦ t1 ≦ 20 nm, the In y Ga 1-y N thickness t2 of the well layer is 1 nm ≦ t2 ≦ 2.5 nm of the range, the second Al z Ga 1-z N barrier layer gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the thickness t3 is in the range of 5 nm ≦ t3 ≦ 20 nm of.
前記第1のAlxGa1−xNバリア層下に形成されたn型SLS層
を有し、前記n型SLS層はAlαGa1−αN層とGaN層とを交互に積層して構成され、組成比αは5%≦α≦30%の範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The device of claim 1, further comprising:
The first Al x Ga 1-x N has a n-type SLS layer formed under the barrier layer, the n-type SLS layer is constructed by alternately laminating AlαGa 1- αN layer and the GaN layer, The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the composition ratio α is in the range of 5% ≦ α ≦ 30%.
前記第2のAlzGa1−zNバリア層上に形成されたp型SLS層
を有し、前記p型SLS層はAlβGa1−βN層とGaN層とを交互に積層して構成され、組成比βは5%≦β≦30%の範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The device according to any one of claims 1 and 5, further comprising:
A p-type SLS layer formed on the second Al z Ga 1-z N barrier layer, wherein the p-type SLS layer is formed by alternately stacking an AlβGa 1- βN layer and a GaN layer; The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the composition ratio β is in the range of 5% ≦ β ≦ 30%.
前記第2のAlzGa1−zNバリア層と前記p型SLS層の間に形成されたp型AlγGa1−γNブロック層
を有し、組成比γはz+5%≦γの範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The apparatus of claim 6, further comprising:
Has a p-type AlγGa 1- γN blocking layer formed between the second Al z Ga 1-z N barrier layer and the p-type SLS layer, it is gamma compositional ratio in the range of z + 5% ≦ γ A gallium nitride-based compound semiconductor device, comprising:
前記第2のAlzGa1−zNバリア層と前記p型SLS層の間に形成されたp型AlγGa1−γNブロック層
を有し、組成比γは10%≦γ≦30%の範囲であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。The apparatus of claim 6, further comprising:
The second Al z Ga 1-z N barrier layer and has p-type AlγGa 1- γN blocking layer formed between the p-type SLS layer, the range of 10% ≦ γ ≦ 30% γ composition ratio A gallium nitride-based compound semiconductor device, characterized in that:
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