JP2002134786A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子の
Ｖｆをさらに低下させることにより発光効率に優れた素
子を提供する。 【構成】 ｎ型窒化物半導体層４とｐ型窒化物半導体層
６との間に発光する活性層５を有し、ｐ型窒化物半導体
層表面に正電極９が形成されてなる窒化物半導体発光素
子において、前記ｐ型窒化物半導体層は正電極と接する
側から順にアクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型窒
化物半導体層７１と、第一のｐ型窒化物半導体層よりも
アクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型窒化物半導体
層７２とを含むことを特徴とする
Ｖｆをさらに低下させることにより発光効率に優れた素
子を提供する。 【構成】 ｎ型窒化物半導体層４とｐ型窒化物半導体層
６との間に発光する活性層５を有し、ｐ型窒化物半導体
層表面に正電極９が形成されてなる窒化物半導体発光素
子において、前記ｐ型窒化物半導体層は正電極と接する
側から順にアクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型窒
化物半導体層７１と、第一のｐ型窒化物半導体層よりも
アクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型窒化物半導体
層７２とを含むことを特徴とする
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される窒化物
半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦
b、a＋b≦１）よりなる発光素子に係り、特にｎ型窒化
物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性層を有す
るダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子に関する。
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される窒化物
半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦
b、a＋b≦１）よりなる発光素子に係り、特にｎ型窒化
物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性層を有す
るダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外〜赤色に発光するＬＥＤ、ＬＤ等の
発光素子の材料として窒化物半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ
１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）が知られてい
る。我々はこの半導体材料を用いて、１９９３年１１月
に光度１ｃｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に
光度２ｃｄの青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月
には光度２ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥ
Ｄは全て製品化されて、現在ディスプレイ、道路信号等
の実用に供されている。
発光素子の材料として窒化物半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ
１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）が知られてい
る。我々はこの半導体材料を用いて、１９９３年１１月
に光度１ｃｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に
光度２ｃｄの青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月
には光度２ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥ
Ｄは全て製品化されて、現在ディスプレイ、道路信号等
の実用に供されている。
【０００３】図２に窒化物半導体よりなる従来の青色、
青緑色ＬＥＤの発光チップの構造を示す。基本的には、
基板２１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層２２、ｎ型
ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２３と、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ型クラッド層２４と、ｎ型ＩｎＧａＮより
なる活性層２５と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッ
ド層２６と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層２７
とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。活
性層２５のｎ型ＩｎＧａＮにはＳｉ、Ｇｅ等のドナー不
純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物
がドープされており、ＬＥＤ素子の発光波長は、その活
性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比を変更するか、若しくは
活性層にドープする不純物の種類を変更することで、紫
外〜赤色まで変化させることが可能となっている。現
在、活性層にドナー不純物とアクセプター不純物とが同
時にドープされた発光波長５１０ｎｍ以下のＬＥＤが実
用化されている。
青緑色ＬＥＤの発光チップの構造を示す。基本的には、
基板２１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層２２、ｎ型
ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２３と、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ型クラッド層２４と、ｎ型ＩｎＧａＮより
なる活性層２５と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッ
ド層２６と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層２７
とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。活
性層２５のｎ型ＩｎＧａＮにはＳｉ、Ｇｅ等のドナー不
純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物
がドープされており、ＬＥＤ素子の発光波長は、その活
性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比を変更するか、若しくは
活性層にドープする不純物の種類を変更することで、紫
外〜赤色まで変化させることが可能となっている。現
在、活性層にドナー不純物とアクセプター不純物とが同
時にドープされた発光波長５１０ｎｍ以下のＬＥＤが実
用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の青色ＬＥＤは順
方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで順方向電圧（Ｖｆ）が３．
６Ｖ〜３．８Ｖ、発光出力は３ｍＷ近くあり、ＳｉＣよ
りなる青色ＬＥＤと比較して２０倍以上の発光出力を有
している。順方向電圧が低いのはｐ−ｎ接合を形成して
いるためであり、発光出力が高いのはダブルへテロ構造
を実現しているためである。このように、現在実用化さ
れているＬＥＤは非常に性能の高いものであるが、さら
に高性能なＬＥＤ、ＬＤのような発光素子が求められて
いる。例えばＬＥＤのＶｆは前記のように３．６Ｖ〜
３．８Ｖという低い値を達成しているが、ＬＤのように
電極幅や電極面積の小さい発光素子を実現するために
は、さらにＶｆを低下させる必要がある。
方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで順方向電圧（Ｖｆ）が３．
６Ｖ〜３．８Ｖ、発光出力は３ｍＷ近くあり、ＳｉＣよ
りなる青色ＬＥＤと比較して２０倍以上の発光出力を有
している。順方向電圧が低いのはｐ−ｎ接合を形成して
いるためであり、発光出力が高いのはダブルへテロ構造
を実現しているためである。このように、現在実用化さ
れているＬＥＤは非常に性能の高いものであるが、さら
に高性能なＬＥＤ、ＬＤのような発光素子が求められて
いる。例えばＬＥＤのＶｆは前記のように３．６Ｖ〜
３．８Ｖという低い値を達成しているが、ＬＤのように
電極幅や電極面積の小さい発光素子を実現するために
は、さらにＶｆを低下させる必要がある。
【０００５】従って、本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、ダブル
へテロ構造の窒化物半導体よりなる発光素子の性能をさ
らに向上させることにあり、具体的には、発光素子のＶ
ｆをさらに低下させることにより発光効率に優れた素子
を提供することにある。
成されたものであり、その目的とするところは、ダブル
へテロ構造の窒化物半導体よりなる発光素子の性能をさ
らに向上させることにあり、具体的には、発光素子のＶ
ｆをさらに低下させることにより発光効率に優れた素子
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子は、ｎ
型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に発光す
る活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層表面に正電極が形
成されてなる窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型
窒化物半導体層は正電極と接する側から順にアクセプタ
ー不純物濃度の高い第一のｐ型窒化物半導体層と、第一
のｐ型窒化物半導体層よりもアクセプター不純物濃度の
低い第二のｐ型窒化物半導体層とを含むことを特徴とす
る。
型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に発光す
る活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層表面に正電極が形
成されてなる窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型
窒化物半導体層は正電極と接する側から順にアクセプタ
ー不純物濃度の高い第一のｐ型窒化物半導体層と、第一
のｐ型窒化物半導体層よりもアクセプター不純物濃度の
低い第二のｐ型窒化物半導体層とを含むことを特徴とす
る。
【０００７】さらに前記発光素子において、第一のｐ型
窒化物半導体の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましく
は５００オングストローム以下、最も好ましくは２００
オングストローム以下に調整する。０．１μｍよりも厚
いと結晶自体に不純物による結晶欠陥が多くなり、逆に
Ｖｆが高くなる傾向にある。
窒化物半導体の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましく
は５００オングストローム以下、最も好ましくは２００
オングストローム以下に調整する。０．１μｍよりも厚
いと結晶自体に不純物による結晶欠陥が多くなり、逆に
Ｖｆが高くなる傾向にある。
【０００８】
【作用】ｐ層を高キャリア濃度のｐ＋型と低キャリア濃
度のｐ型とする技術が特開平６−１５１９６４号、特開
平６−１５１９６５号、特開平６−１５１９６６号等に
記載されている。これらの公報に開示される発光素子は
ＧａＮのホモ接合により発光する。このためｐ−ｎ接合
界面を基準として、この接合界面より遠ざかる方向にｎ
型ＧａＮ層を低キャリア濃度のｎ型と高キャリア濃度の
ｎ+型とし、ｐ型ＧａＮを低キャリア濃度のｐ型と、高
キャリア濃度のｐ+型としている。そしてこれら二段の
キャリア濃度よりなるｎ層とｐ層とを組み合わせること
により、発光素子の長寿命と発光輝度の向上を図ってい
る。
度のｐ型とする技術が特開平６−１５１９６４号、特開
平６−１５１９６５号、特開平６−１５１９６６号等に
記載されている。これらの公報に開示される発光素子は
ＧａＮのホモ接合により発光する。このためｐ−ｎ接合
界面を基準として、この接合界面より遠ざかる方向にｎ
型ＧａＮ層を低キャリア濃度のｎ型と高キャリア濃度の
ｎ+型とし、ｐ型ＧａＮを低キャリア濃度のｐ型と、高
キャリア濃度のｐ+型としている。そしてこれら二段の
キャリア濃度よりなるｎ層とｐ層とを組み合わせること
により、発光素子の長寿命と発光輝度の向上を図ってい
る。
【０００９】一方、本発明の発光素子が前記公報と異な
るところは、ダブルへテロ構造の発光素子のｐ型層をア
クセプター不純物濃度の低い第二のｐ型層と、アクセプ
ター不純物濃度の高い第一のｐ型層とにしている点であ
る。ダブルへテロ構造の発光素子はホモ接合の発光素子
に比較して１０倍以上発光出力が高い。従って、前記公
報のようにｐ型層をｐ+型とｐ型との組み合わせにして
も、出力の増加はほとんどない。むしろ本発明では発光
出力よりも、ダブルへテロ構造のＶｆを低下させ、発光
効率を改善している点が従来の技術と異なる。また、ア
クセプター不純物に関して、一般にキャリア濃度はアク
セプター不純物の濃度とおおよそ比例しているが、窒化
物半導体の場合、半導体層にアクセプター不純物をドー
プした後、４００℃以上でアニーリングを行うことによ
り完全なｐ型として作用する。このためホールキャリア
濃度はアニーリング状態、アニール温度等により変動す
ることが多く、素子構造とした時の正確なキャリア濃度
を測定することは困難であるので、本発明ではアクセプ
ター不純物濃度で発光素子を特徴づけている。
るところは、ダブルへテロ構造の発光素子のｐ型層をア
クセプター不純物濃度の低い第二のｐ型層と、アクセプ
ター不純物濃度の高い第一のｐ型層とにしている点であ
る。ダブルへテロ構造の発光素子はホモ接合の発光素子
に比較して１０倍以上発光出力が高い。従って、前記公
報のようにｐ型層をｐ+型とｐ型との組み合わせにして
も、出力の増加はほとんどない。むしろ本発明では発光
出力よりも、ダブルへテロ構造のＶｆを低下させ、発光
効率を改善している点が従来の技術と異なる。また、ア
クセプター不純物に関して、一般にキャリア濃度はアク
セプター不純物の濃度とおおよそ比例しているが、窒化
物半導体の場合、半導体層にアクセプター不純物をドー
プした後、４００℃以上でアニーリングを行うことによ
り完全なｐ型として作用する。このためホールキャリア
濃度はアニーリング状態、アニール温度等により変動す
ることが多く、素子構造とした時の正確なキャリア濃度
を測定することは困難であるので、本発明ではアクセプ
ター不純物濃度で発光素子を特徴づけている。
【００１０】次に、本発明の発光素子は従来のようにｐ
−ｎ接合界面を基準としているのではなく、正電極の接
触面を基準とし、この正電極と接する面を高不純物濃度
の第一のｐ型層として、その第一のｐ型層に接して低不
純物濃度の第二のｐ型層としている点で異なる。正電極
に接する層を基準としてｐ層を構成することにより、Ｖ
ｆを低下させることができる。
−ｎ接合界面を基準としているのではなく、正電極の接
触面を基準とし、この正電極と接する面を高不純物濃度
の第一のｐ型層として、その第一のｐ型層に接して低不
純物濃度の第二のｐ型層としている点で異なる。正電極
に接する層を基準としてｐ層を構成することにより、Ｖ
ｆを低下させることができる。
【００１１】さらに前記公報に開示される発光素子と、
本発明の発光素子とが最も異なる点はｐ+層の膜厚であ
る。つまり、前記公報では高キャリア濃度のｐ+型の半
導体層の膜厚が０．２μｍ以上なければ発光素子の発光
出力が低下するが、本発明の発光素子では高不純物濃度
の第一のｐ型層の膜厚を０．２μｍ以上にすると、Ｖｆ
が高くなる。これは不純物ドープによる結晶性の悪化に
よるものである。逆に本発明の発光素子では高不純物濃
度の第一のｐ型層の膜厚は０．１μｍ以下であることが
好ましい。０．１μｍ以下とすることにより、効果的に
発光素子のＶｆを低下させることが可能である。
本発明の発光素子とが最も異なる点はｐ+層の膜厚であ
る。つまり、前記公報では高キャリア濃度のｐ+型の半
導体層の膜厚が０．２μｍ以上なければ発光素子の発光
出力が低下するが、本発明の発光素子では高不純物濃度
の第一のｐ型層の膜厚を０．２μｍ以上にすると、Ｖｆ
が高くなる。これは不純物ドープによる結晶性の悪化に
よるものである。逆に本発明の発光素子では高不純物濃
度の第一のｐ型層の膜厚は０．１μｍ以下であることが
好ましい。０．１μｍ以下とすることにより、効果的に
発光素子のＶｆを低下させることが可能である。
【００１２】
【実施例】［実施例１］以下、図面を元に本発明の発光
素子を詳説する。図１は本発明の一実施例の発光素子の
構造を示す模式断面図である。この発光素子は基板１の
上にバッファ層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド
層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、アクセプター不純
物濃度の低い第二のｐ型コンタクト層７２、アクセプタ
ー不純物濃度が高い第一のｐ型コンタクト層７１を順に
積層した構造を示している。さらに第一のｐ型コンタク
ト層７１には正電極９が形成され、ｎ型コンタクト層３
には負電極８が形成されている。
素子を詳説する。図１は本発明の一実施例の発光素子の
構造を示す模式断面図である。この発光素子は基板１の
上にバッファ層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド
層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、アクセプター不純
物濃度の低い第二のｐ型コンタクト層７２、アクセプタ
ー不純物濃度が高い第一のｐ型コンタクト層７１を順に
積層した構造を示している。さらに第一のｐ型コンタク
ト層７１には正電極９が形成され、ｎ型コンタクト層３
には負電極８が形成されている。
【００１３】基板１にはサファイア（Ａ面、Ｃ面、Ｒ面
を含む）の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む）、ＺｎＯ、
Ｓｉ、ＧａＡｓのような窒化物半導体と格子不整合の基
板、またＮＧＯ（ネオジウムガリウム酸化物）のような
酸化物単結晶よりなる窒化物半導体と格子定数の近い基
板等を使用することができる。
を含む）の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む）、ＺｎＯ、
Ｓｉ、ＧａＡｓのような窒化物半導体と格子不整合の基
板、またＮＧＯ（ネオジウムガリウム酸化物）のような
酸化物単結晶よりなる窒化物半導体と格子定数の近い基
板等を使用することができる。
【００１４】バッファ層２はＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌ
Ｎ等を例えば５０オングストローム〜０．１μｍの膜厚
で成長させることが好ましく、例えばＭＯＶＰＥ法によ
ると４００℃〜６００℃の低温で成長させることにより
形成できる。バッファ層２は基板１と窒化物半導体との
格子不整合を緩和するために設けられるが、ＳｉＣ、Ｚ
ｎＯのような窒化物半導体と格子定数が近い基板、窒化
物半導体と格子整合した基板を使用する際にはバッファ
層が形成されないこともある。
Ｎ等を例えば５０オングストローム〜０．１μｍの膜厚
で成長させることが好ましく、例えばＭＯＶＰＥ法によ
ると４００℃〜６００℃の低温で成長させることにより
形成できる。バッファ層２は基板１と窒化物半導体との
格子不整合を緩和するために設けられるが、ＳｉＣ、Ｚ
ｎＯのような窒化物半導体と格子定数が近い基板、窒化
物半導体と格子整合した基板を使用する際にはバッファ
層が形成されないこともある。
【００１５】ｎ型コンタクト層３は負電極８を形成する
層であり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を例
えば１μｍ〜１０μｍの膜厚で成長させることが好まし
く、その中でもＧａＮを選択することにより負電極の材
料と好ましいオーミック接触を得ることができる。負電
極８の材料としては例えばＴｉとＡｌ、ＴｉとＡｕ等を
好ましく用いることができる。
層であり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を例
えば１μｍ〜１０μｍの膜厚で成長させることが好まし
く、その中でもＧａＮを選択することにより負電極の材
料と好ましいオーミック接触を得ることができる。負電
極８の材料としては例えばＴｉとＡｌ、ＴｉとＡｕ等を
好ましく用いることができる。
【００１６】ｎ型クラッド層４はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、
ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中
でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の
良い層が得られる。また、ｎ型クラッド層４、ｎ型コン
タクト層３のいずれかを省略することも可能である。ど
ちらかを省略すると、残った層がｎ型クラッド層および
ｎ型コンタクト層として作用する。
ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中
でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の
良い層が得られる。また、ｎ型クラッド層４、ｎ型コン
タクト層３のいずれかを省略することも可能である。ど
ちらかを省略すると、残った層がｎ型クラッド層および
ｎ型コンタクト層として作用する。
【００１７】活性層５はクラッド層よりもバンドギャッ
プエネルギーが小さいＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ等の窒化物半導体であれば良く、特に所望のバ
ンドギャップによってインジウムの組成比を適宜変更し
たＩｎＧａＮにすることが好ましい。また活性層５を例
えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（組
成が異なる）等の組み合わせで、それぞれの薄膜を積層
した多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構
造、多重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性
層はｎ型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無
添加）とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励
起子発光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ
素子、ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を
単一量子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若
しくは多重量子井戸（ＭＱＷ：multiquantum well）構
造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱ
Ｗ、ＭＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位
間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷ
では活性層を単一組成のＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦X＜
１）で構成した層であり、ＩｎＸＧａ１−ＸＮの膜厚を
１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オ
ングストローム以下とすることにより量子準位間の強い
発光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎＸＧ
ａ１−ＸＮ（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複
数積層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、
ＭＱＷとすることにより量子準位間発光で、約３６５ｎ
ｍ〜６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸
層の厚さとしては、前記のように７０オングストローム
以下が好ましい。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎＸ
Ｇａ１−ＸＮで構成し、障壁層は同じくＩｎＹＧａ
１−ＹＮ（Y＜X、この場合Y＝０を含む）で構成するこ
とが望ましい。特に好ましくは井戸層と障壁層をＩｎＧ
ａＮで形成すると同一温度で成長できるので結晶性のよ
い活性層が得られる。障壁層の膜厚は１５０オングスト
ローム以下、さらに好ましくは１２０オングストローム
以下にすると高出力な発光素子が得られる。また、活性
層５にドナー不純物および／またはアクセプター不純物
をドープしてもよい。不純物をドープした活性層の結晶
性がノンドープと同じであれば、ドナー不純物をドープ
するとノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさ
らに強くすることができる。アクセプター不純物をドー
プするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅＶ
低エネルギー側にピーク波長を持っていくことができる
が、半値幅は広くなる。アクセプター不純物とドナー不
純物を同時にドープすると、アクセプター不純物のみド
ープした活性層の発光強度をさらに大きくすることがで
きる。特にアクセプター不純物をドープした活性層を実
現する場合、活性層の導電型はＳｉ等のドナー不純物を
同時にドープしてｎ型とすることが好ましい。活性層５
は例えば数オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長
させることができる。但し、活性層を単一量子井戸構造
若しくは多重量子井戸構造として、活性層を構成する窒
化物半導体層の膜厚を薄くするときはｎ型クラッド層４
と活性層５との間にＩｎを含むｎ型の窒化物半導体より
なる第二のｎ型クラッド層４０を形成することが望まし
い。
プエネルギーが小さいＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ等の窒化物半導体であれば良く、特に所望のバ
ンドギャップによってインジウムの組成比を適宜変更し
たＩｎＧａＮにすることが好ましい。また活性層５を例
えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（組
成が異なる）等の組み合わせで、それぞれの薄膜を積層
した多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構
造、多重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性
層はｎ型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無
添加）とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励
起子発光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ
素子、ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を
単一量子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若
しくは多重量子井戸（ＭＱＷ：multiquantum well）構
造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱ
Ｗ、ＭＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位
間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷ
では活性層を単一組成のＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦X＜
１）で構成した層であり、ＩｎＸＧａ１−ＸＮの膜厚を
１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オ
ングストローム以下とすることにより量子準位間の強い
発光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎＸＧ
ａ１−ＸＮ（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複
数積層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、
ＭＱＷとすることにより量子準位間発光で、約３６５ｎ
ｍ〜６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸
層の厚さとしては、前記のように７０オングストローム
以下が好ましい。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎＸ
Ｇａ１−ＸＮで構成し、障壁層は同じくＩｎＹＧａ
１−ＹＮ（Y＜X、この場合Y＝０を含む）で構成するこ
とが望ましい。特に好ましくは井戸層と障壁層をＩｎＧ
ａＮで形成すると同一温度で成長できるので結晶性のよ
い活性層が得られる。障壁層の膜厚は１５０オングスト
ローム以下、さらに好ましくは１２０オングストローム
以下にすると高出力な発光素子が得られる。また、活性
層５にドナー不純物および／またはアクセプター不純物
をドープしてもよい。不純物をドープした活性層の結晶
性がノンドープと同じであれば、ドナー不純物をドープ
するとノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさ
らに強くすることができる。アクセプター不純物をドー
プするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅＶ
低エネルギー側にピーク波長を持っていくことができる
が、半値幅は広くなる。アクセプター不純物とドナー不
純物を同時にドープすると、アクセプター不純物のみド
ープした活性層の発光強度をさらに大きくすることがで
きる。特にアクセプター不純物をドープした活性層を実
現する場合、活性層の導電型はＳｉ等のドナー不純物を
同時にドープしてｎ型とすることが好ましい。活性層５
は例えば数オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長
させることができる。但し、活性層を単一量子井戸構造
若しくは多重量子井戸構造として、活性層を構成する窒
化物半導体層の膜厚を薄くするときはｎ型クラッド層４
と活性層５との間にＩｎを含むｎ型の窒化物半導体より
なる第二のｎ型クラッド層４０を形成することが望まし
い。
【００１８】ｐ型クラッド層６はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、
ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中
でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の
良い層が得られる。なおこのｐ型クラッド層６を省略す
ることも可能である。
ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中
でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の
良い層が得られる。なおこのｐ型クラッド層６を省略す
ることも可能である。
【００１９】次に、本発明の特徴であるコンタクト層７
１、７２について述べる。このコンタクト層７１、７２
は正電極９を形成して、正電極９と好ましいオーミック
接触を得る層であり完全なオーミックに近ければ近いほ
ど、発光素子のＶｆを低下させることができる。そのた
め、このコンタクト層は、正電極９に接する層をアクセ
プター不純物濃度が高い第一の窒化物半導体層である第
一のｐ型コンタクト層７１と、その第一のｐ型コンタク
ト層よりもアクセプター不純物濃度が低い第二の窒化物
半導体である第二のｐ型コンタクト層７２とで構成され
ている。
１、７２について述べる。このコンタクト層７１、７２
は正電極９を形成して、正電極９と好ましいオーミック
接触を得る層であり完全なオーミックに近ければ近いほ
ど、発光素子のＶｆを低下させることができる。そのた
め、このコンタクト層は、正電極９に接する層をアクセ
プター不純物濃度が高い第一の窒化物半導体層である第
一のｐ型コンタクト層７１と、その第一のｐ型コンタク
ト層よりもアクセプター不純物濃度が低い第二の窒化物
半導体である第二のｐ型コンタクト層７２とで構成され
ている。
【００２０】第一のｐ型コンタクト層７１、および第二
のｐ型コンタクト層７２は同一組成の窒化物半導体で形
成することが望ましく、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉ
ｎＡｌＧａＮ等を成長させることができる。その中でも
ＧａＮを選択することにより正電極９の材料と好ましい
オーミック接触を得ることができる。
のｐ型コンタクト層７２は同一組成の窒化物半導体で形
成することが望ましく、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ｉ
ｎＡｌＧａＮ等を成長させることができる。その中でも
ＧａＮを選択することにより正電極９の材料と好ましい
オーミック接触を得ることができる。
【００２１】高濃度の第一のｐ型コンタクト層７１のア
クセプター不純物濃度は１×１０１ ７〜５×１０２１／
ｃｍ３に調整することが望ましい。１×１０１７／ｃｍ
３よりも低いと、電極とオーミック接触を得ることが難
しく、５×１０２１／ｃｍ３よりも高いと不純物により
窒化物半導体の結晶性が悪くなり、Ｖｆが高くなる傾向
にある。
クセプター不純物濃度は１×１０１ ７〜５×１０２１／
ｃｍ３に調整することが望ましい。１×１０１７／ｃｍ
３よりも低いと、電極とオーミック接触を得ることが難
しく、５×１０２１／ｃｍ３よりも高いと不純物により
窒化物半導体の結晶性が悪くなり、Ｖｆが高くなる傾向
にある。
【００２２】一方、低濃度の第二のｐ型コンタクト層７
２のアクセプター不純物濃度は２×１０１５〜５×１０
２０／ｃｍ３の範囲に調整することが望ましい。２×１
０１ ５／ｃｍ３よりも低いと、ｐ型としての抵抗が高く
なるのでＶｆが高くなる傾向にある。５×１０２０／ｃ
ｍ３よりも高いと高濃度の第一のｐ型コンタクト層７１
とのバランスが取りにくく、Ｖｆの向上があまり望めな
くなる傾向にある。
２のアクセプター不純物濃度は２×１０１５〜５×１０
２０／ｃｍ３の範囲に調整することが望ましい。２×１
０１ ５／ｃｍ３よりも低いと、ｐ型としての抵抗が高く
なるのでＶｆが高くなる傾向にある。５×１０２０／ｃ
ｍ３よりも高いと高濃度の第一のｐ型コンタクト層７１
とのバランスが取りにくく、Ｖｆの向上があまり望めな
くなる傾向にある。
【００２３】コンタクト層７１、７２のホールキャリア
濃度は前にも述べたように、窒化物半導体にドープする
アクセプター不純物の濃度を変化させるか、あるいはア
クセプター不純物をドープしたコンタクト層７１、７２
を、４００℃以上でアニーリングすることにより調整で
きるが、正確な値を測定することは困難である。おおよ
その値としては、前記アクセプター不純物濃度で４００
℃以上のアニールを行うことにより、例えばホールキャ
リア濃度およそ１×１０１６〜５×１０１９／ｃｍ３の
第一のｐ型コンタクト層７１が得られ、同じくホールキ
ャリア濃度およそ１×１０１５〜１×１０１９／ｃｍ３
の第二のｐ型コンタクト層７２が得られる。
濃度は前にも述べたように、窒化物半導体にドープする
アクセプター不純物の濃度を変化させるか、あるいはア
クセプター不純物をドープしたコンタクト層７１、７２
を、４００℃以上でアニーリングすることにより調整で
きるが、正確な値を測定することは困難である。おおよ
その値としては、前記アクセプター不純物濃度で４００
℃以上のアニールを行うことにより、例えばホールキャ
リア濃度およそ１×１０１６〜５×１０１９／ｃｍ３の
第一のｐ型コンタクト層７１が得られ、同じくホールキ
ャリア濃度およそ１×１０１５〜１×１０１９／ｃｍ３
の第二のｐ型コンタクト層７２が得られる。
【００２４】第一のｐ型コンタクト層７１と好ましいオ
ーミックが得られる正電極９の材料としてはＮｉおよび
Ａｕを含む金属を用いることができる。ＮｉおよびＡｕ
を含む正電極は特にｐ型ＧａＮと好ましいオーミックを
得ることができる。
ーミックが得られる正電極９の材料としてはＮｉおよび
Ａｕを含む金属を用いることができる。ＮｉおよびＡｕ
を含む正電極は特にｐ型ＧａＮと好ましいオーミックを
得ることができる。
【００２５】本発明の発光素子は例えばＭＯＶＰＥ（有
機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、Ｈ
ＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相成長法を
用いて、基板上にＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦
a、０≦b、a＋b≦１）をｎ型、ｐ型等の導電型で積層す
ることによって得られる。ｎ型の窒化物半導体はノンド
ープの状態でも得られるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー
不純物を結晶成長中に半導体層中に導入することによっ
て得られる。
機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、Ｈ
ＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相成長法を
用いて、基板上にＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦
a、０≦b、a＋b≦１）をｎ型、ｐ型等の導電型で積層す
ることによって得られる。ｎ型の窒化物半導体はノンド
ープの状態でも得られるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー
不純物を結晶成長中に半導体層中に導入することによっ
て得られる。
【００２６】一方、ｐ型の窒化物半導体層はＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を同
じく結晶成長中に半導体層中に導入することにより得ら
れるが、前にも述べたように、アクセプター不純物導入
後４００℃以上でアニーリングを行うことにより、さら
に好ましいｐ型が得られる。
ｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を同
じく結晶成長中に半導体層中に導入することにより得ら
れるが、前にも述べたように、アクセプター不純物導入
後４００℃以上でアニーリングを行うことにより、さら
に好ましいｐ型が得られる。
【００２７】次に図１の発光素子を具体的に述べる。以
下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示してい
る。
下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示してい
る。
【００２８】まず、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮ
Ｈ３とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板１
のＣ面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５０
０オングストロームの膜厚で成長させる。
Ｈ３とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板１
のＣ面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５０
０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００２９】次に温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧ、
ＮＨ３に加えシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型コンタクト層２３を４μｍの膜厚で成長さ
せる。
ＮＨ３に加えシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型コンタクト層２３を４μｍの膜厚で成長さ
せる。
【００３０】続いて原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ型
Ａｌ０．３Ｇａ０．７ｎ相よりなるｎ型クラッド層４を
０．１μｍの膜厚で成長させる。
ミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ型
Ａｌ０．３Ｇａ０．７ｎ相よりなるｎ型クラッド層４を
０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００３１】次に温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、シランガス、Ｄ
ＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｓｉ＋Ｚｎドープｎ型
Ｉｎ ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる活性層５を０．１
μｍの膜厚で成長させる。
Ｉ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、シランガス、Ｄ
ＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｓｉ＋Ｚｎドープｎ型
Ｉｎ ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる活性層５を０．１
μｍの膜厚で成長させる。
【００３２】次に温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグ
ネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．３Ｇａ
０．７Ｎよりなるｐ型クラッド層６を０．１μｍの膜厚
で成長させる。
ＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグ
ネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．３Ｇａ
０．７Ｎよりなるｐ型クラッド層６を０．１μｍの膜厚
で成長させる。
【００３３】次に１０５０℃でＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２
Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第二のｐ型
コンタクト層７２を０．５μｍの膜厚で成長させる。な
おこの第二のｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０
１８／ｃｍ３であった。
Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第二のｐ型
コンタクト層７２を０．５μｍの膜厚で成長させる。な
おこの第二のｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０
１８／ｃｍ３であった。
【００３４】続いて１０５０℃でＣｐ２Ｍｇの流量を多
くして、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第一のｐ型コン
タクト層７１を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。なおこの第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度
は２×１０１９／ｃｍ３であった。
くして、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第一のｐ型コン
タクト層７１を２００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。なおこの第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度
は２×１０１９／ｃｍ３であった。
【００３５】反応終了後、温度を室温まで下げてウェー
ハを反応容器から取り出し、７００℃でウェーハのアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。次に最
上層のｐ型コンタクト層７の表面に所定の形状のマスク
を形成し、ｎ型コンタクト層３の表面が露出するまでエ
ッチングする。エッチング後、ｎ型コンタクト層３の表
面にＴｉとＡｌよりなる負電極８、第一のｐ型コンタク
ト層７１の表面にＮｉとＡｕよりなる正電極９を形成す
る。電極形成後、ウェーハを３５０μｍ角のチップに分
離した後、ＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子はＩｆ２
０ｍＡで、Ｖｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４５０ｎｍ、
半値幅７０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は３ｍＷで
あった。
ハを反応容器から取り出し、７００℃でウェーハのアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。次に最
上層のｐ型コンタクト層７の表面に所定の形状のマスク
を形成し、ｎ型コンタクト層３の表面が露出するまでエ
ッチングする。エッチング後、ｎ型コンタクト層３の表
面にＴｉとＡｌよりなる負電極８、第一のｐ型コンタク
ト層７１の表面にＮｉとＡｕよりなる正電極９を形成す
る。電極形成後、ウェーハを３５０μｍ角のチップに分
離した後、ＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子はＩｆ２
０ｍＡで、Ｖｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４５０ｎｍ、
半値幅７０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は３ｍＷで
あった。
【００３６】［実施例２］実施例１において第一のｐ型
コンタクト層７１の膜厚を５００オングストロームとす
る他は同様にして発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．２Ｖ、発光出力はほぼ同一であっ
た。
コンタクト層７１の膜厚を５００オングストロームとす
る他は同様にして発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．２Ｖ、発光出力はほぼ同一であっ
た。
【００３７】［実施例３］実施例１において第一のｐ型
コンタクト層７１の膜厚を０．１μｍとする他は同様に
して発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖ
ｆが３．３Ｖ、発光出力２．９ｍＷであった。
コンタクト層７１の膜厚を０．１μｍとする他は同様に
して発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖ
ｆが３．３Ｖ、発光出力２．９ｍＷであった。
【００３８】［実施例４］実施例１において第一のｐ型
コンタクト層７１の膜厚を０．３μｍとする他は同様に
して発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいてＶｆ
は３．７Ｖとなり、発光出力は２．８ｍＷであった。
コンタクト層７１の膜厚を０．３μｍとする他は同様に
して発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいてＶｆ
は３．７Ｖとなり、発光出力は２．８ｍＷであった。
【００３９】［実施例５］実施例１において、第二のｐ
型コンタクト層７２のＭｇ濃度を５×１０１７／ｃｍ３
とし、第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度を１×１
０１９／ｃｍ３とする他は、同様にしてＬＥＤ素子を得
たところ、実施例１とほぼ同一の特性を示した。
型コンタクト層７２のＭｇ濃度を５×１０１７／ｃｍ３
とし、第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度を１×１
０１９／ｃｍ３とする他は、同様にしてＬＥＤ素子を得
たところ、実施例１とほぼ同一の特性を示した。
【００４０】［実施例６］図３は実施例５に係る発光素
子の構造を示す模式的な断面図である。この発光素子が
図１の発光素子と異なるところは、ｎ型クラッド層４と
活性層５との間に新たなバッファ層としてＩｎを含むｎ
型の窒化物半導体よりなる第二のｎ型クラッド層４０を
形成しているところである。この第二のクラッド層４０
は１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜厚で
形成することが望ましく、さらに第二のｎ型クラッド層
４０と活性層５の膜厚を３００オングストローム以上に
すると、Ｉｎを含む第一のｎ型クラッド層４０とＩｎを
含む活性層５とがバッファ層として作用し、ｎ型クラッ
ド層４、ｐ型クラッド層６にクラックが入らず結晶性良
く成長できる。さらに、この第二のｎ型クラッド層４０
を成長させることにより、不純物をドープしない量子構
造の活性層が実現でき、半値幅が狭く、出力の高い発光
を得ることができる。なおこの第二のｎ型クラッド層４
０はＧａＮでもよい。
子の構造を示す模式的な断面図である。この発光素子が
図１の発光素子と異なるところは、ｎ型クラッド層４と
活性層５との間に新たなバッファ層としてＩｎを含むｎ
型の窒化物半導体よりなる第二のｎ型クラッド層４０を
形成しているところである。この第二のクラッド層４０
は１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜厚で
形成することが望ましく、さらに第二のｎ型クラッド層
４０と活性層５の膜厚を３００オングストローム以上に
すると、Ｉｎを含む第一のｎ型クラッド層４０とＩｎを
含む活性層５とがバッファ層として作用し、ｎ型クラッ
ド層４、ｐ型クラッド層６にクラックが入らず結晶性良
く成長できる。さらに、この第二のｎ型クラッド層４０
を成長させることにより、不純物をドープしない量子構
造の活性層が実現でき、半値幅が狭く、出力の高い発光
を得ることができる。なおこの第二のｎ型クラッド層４
０はＧａＮでもよい。
【００４１】この第二のｎ型クラッド層４０は、活性層
５とＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層４との間のバッ
ファ層として作用する。つまりＩｎとＧａとを含む第二
のｎ型クラッド層４０が結晶の性質として柔らかい性質
を有しているので、ＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層
４と活性層５との格子定数不整と熱膨張係数差によって
生じる歪を吸収する働きがある。従って活性層を単一量
子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造として、活性層
を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くしても、活性層
５、ｎ型クラッド層４にクラックが入らないので、活性
層が弾性的に変形し、活性層の結晶欠陥が少なくなる。
つまり活性層を量子井戸構造としたことにより、活性層
の結晶性が良くなるので発光出力が増大する。さらに、
活性層を量子井戸構造とすると、量子効果および励起子
効果により発光出力が増大する。言い換えると、従来の
発光素子では活性層の膜厚を例えば１０００オングスト
ローム以上と厚くすることにより、クラッド層、活性層
にクラックが入るのを防止していた。しかしながら活性
層には常に熱膨張係数差、格子不整による歪が係ってお
り、従来の発光素子では活性層の厚さが弾性的に変形可
能な臨界膜厚を超えているので、弾性的に変形すること
ができず、活性層中に多数の結晶欠陥を生じ、バンド間
発光ではあまり光らない。この第二のｎ型クラッド層４
０を形成することにより、活性層が量子構造の状態にお
いて、発光素子の発光出力を飛躍的に向上させることが
可能である。
５とＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層４との間のバッ
ファ層として作用する。つまりＩｎとＧａとを含む第二
のｎ型クラッド層４０が結晶の性質として柔らかい性質
を有しているので、ＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層
４と活性層５との格子定数不整と熱膨張係数差によって
生じる歪を吸収する働きがある。従って活性層を単一量
子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造として、活性層
を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くしても、活性層
５、ｎ型クラッド層４にクラックが入らないので、活性
層が弾性的に変形し、活性層の結晶欠陥が少なくなる。
つまり活性層を量子井戸構造としたことにより、活性層
の結晶性が良くなるので発光出力が増大する。さらに、
活性層を量子井戸構造とすると、量子効果および励起子
効果により発光出力が増大する。言い換えると、従来の
発光素子では活性層の膜厚を例えば１０００オングスト
ローム以上と厚くすることにより、クラッド層、活性層
にクラックが入るのを防止していた。しかしながら活性
層には常に熱膨張係数差、格子不整による歪が係ってお
り、従来の発光素子では活性層の厚さが弾性的に変形可
能な臨界膜厚を超えているので、弾性的に変形すること
ができず、活性層中に多数の結晶欠陥を生じ、バンド間
発光ではあまり光らない。この第二のｎ型クラッド層４
０を形成することにより、活性層が量子構造の状態にお
いて、発光素子の発光出力を飛躍的に向上させることが
可能である。
【００４２】具体的には、実施例１においてｎ型クラッ
ド層４を成長させた後、温度を８００℃に下げ、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ３、シラン
ガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９
Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４０を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
ド層４を成長させた後、温度を８００℃に下げ、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ３、シラン
ガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９
Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４０を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
【００４３】続いてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を用い８０
０℃でノンドープｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎより
なる活性層５を８０オングストロームの膜厚で成長させ
る。後は実施例１と同様にして、ｐ型クラッド層６、第
二のｐ型コンタクト層７２、第一のｐ型コンタクト層７
１を成長させてＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素
子は、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４
００ｎｍの青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであっ
た。さらに、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであ
り、非常に色純度の良い発光を示した。
０℃でノンドープｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎより
なる活性層５を８０オングストロームの膜厚で成長させ
る。後は実施例１と同様にして、ｐ型クラッド層６、第
二のｐ型コンタクト層７２、第一のｐ型コンタクト層７
１を成長させてＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素
子は、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４
００ｎｍの青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであっ
た。さらに、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであ
り、非常に色純度の良い発光を示した。
【００４４】［実施例７］実施例６において、活性層５
の組成をノンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりな
る井戸層を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ
０．０１Ｇａ０．９ ９Ｎよりなる障壁層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させる。この操作を２６回繰り返
し、最後に井戸層を積層して総厚約２０００オングスト
ロームの活性層６を成長させた。後は実施例６と同様に
して、ＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素子も、Ｉ
ｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４００ｎｍ
の青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであった。さら
に、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に
色純度の良い発光を示した。
の組成をノンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりな
る井戸層を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ
０．０１Ｇａ０．９ ９Ｎよりなる障壁層を５０オングス
トロームの膜厚で成長させる。この操作を２６回繰り返
し、最後に井戸層を積層して総厚約２０００オングスト
ロームの活性層６を成長させた。後は実施例６と同様に
して、ＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素子も、Ｉ
ｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４００ｎｍ
の青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであった。さら
に、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に
色純度の良い発光を示した。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
はダブルへテロ構造の発光素子において、正電極を形成
するｐ型層を高アクセプター不純物濃度の第一のｐ型層
と、低不純物濃度の第二のｐ型層とすることにより、Ｖ
ｆを低下させることができるので発光効率が向上する。
従ってＬＥＤを大量に用いた大型ディスプレイ、屋外広
告板等を実現した際には消費電力の少ないデバイスを実
現でき、その産業上の利用価値は大きい。
はダブルへテロ構造の発光素子において、正電極を形成
するｐ型層を高アクセプター不純物濃度の第一のｐ型層
と、低不純物濃度の第二のｐ型層とすることにより、Ｖ
ｆを低下させることができるので発光効率が向上する。
従ってＬＥＤを大量に用いた大型ディスプレイ、屋外広
告板等を実現した際には消費電力の少ないデバイスを実
現でき、その産業上の利用価値は大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図２】 従来の発光素子の構造を示す模式断面図。
【図３】 本発明の他の実施例に係る発光素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
１・・・・基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・・ｎ型クラッド層 ５・・・・活性層 ６・・・・ｐ型クラッド層 ７２・・・・第二のｐ型コンタクト層 ７１・・・・第一のｐ型コンタクト層 ８・・・・負電極 ９・・・・正電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体
層との間に発光する活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層
表面に正電極が形成されてなる窒化物半導体発光素子に
おいて、前記ｐ型窒化物半導体層は正電極と接する側か
ら順にアクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型窒化物
半導体層と、第一のｐ型窒化物半導体層よりもアクセプ
ター不純物濃度の低い第二のｐ型窒化物半導体層とを含
むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第一のｐ型窒化物半導体層の膜厚が
０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載
の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記正電極がニッケルおよび金を含むこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物
半導体発光素子。
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