JP2002246642A - 窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体発光素子Info
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- JP2002246642A JP2002246642A JP2001035170A JP2001035170A JP2002246642A JP 2002246642 A JP2002246642 A JP 2002246642A JP 2001035170 A JP2001035170 A JP 2001035170A JP 2001035170 A JP2001035170 A JP 2001035170A JP 2002246642 A JP2002246642 A JP 2002246642A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば、ＩｎxＧａ1-xＮを発光活性層に持つ
発光素子においても、低いＩｎの混晶比でも、長波長側
に大きく発光波長をシフトさせる事が可能になり、十分
な寿命を有し、且つ青色から赤色など幅広い波長領域に
おいて発光波長を選択することができる窒化物半導体発
光素子を提供すること。 【解決手段】 半導体絶縁性の基板１０１の上に、格子
緩和が十分生じる膜厚を有する第１の半導体層１０３が
積層され、１０３の上に第１の半導体よりもバンドギャ
ップが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない第
２の半導体層１０４が積層され、１０４の上に電子およ
び正孔がトンネルできる十分、薄い第１の半導体と同じ
か、第１の半導体よりもバンドギャップの小さい第３の
半導体層１０５が積層していて、１０５の上部にｐｎ接
合を形成する第４の半導体層１０６、第５の半導体層１
０７が順次積層された構造を有する事を特徴とする。
発光素子においても、低いＩｎの混晶比でも、長波長側
に大きく発光波長をシフトさせる事が可能になり、十分
な寿命を有し、且つ青色から赤色など幅広い波長領域に
おいて発光波長を選択することができる窒化物半導体発
光素子を提供すること。 【解決手段】 半導体絶縁性の基板１０１の上に、格子
緩和が十分生じる膜厚を有する第１の半導体層１０３が
積層され、１０３の上に第１の半導体よりもバンドギャ
ップが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない第
２の半導体層１０４が積層され、１０４の上に電子およ
び正孔がトンネルできる十分、薄い第１の半導体と同じ
か、第１の半導体よりもバンドギャップの小さい第３の
半導体層１０５が積層していて、１０５の上部にｐｎ接
合を形成する第４の半導体層１０６、第５の半導体層１
０７が順次積層された構造を有する事を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＥＤプリンターや、
照明、ディスプレイ等に用いられる発光素子、および、
発光装置に属し、詳しくは、少なくともＧａとＮを発光
活性層に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光素
子および、発光装置に関し、さらに詳しくは、紫外から
赤外の広い波長領域に渡って発光する事の可能な発光素
子、および、発光装置にする。
照明、ディスプレイ等に用いられる発光素子、および、
発光装置に属し、詳しくは、少なくともＧａとＮを発光
活性層に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光素
子および、発光装置に関し、さらに詳しくは、紫外から
赤外の広い波長領域に渡って発光する事の可能な発光素
子、および、発光装置にする。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系半導体は、その光学遷移
が直接遷移型であるため高効率の発光再結合が可能であ
り、またその遷移エネルギーが２〜６．２ｅＶと広い。
このため、短波長半導体レーザあるいは高輝度可視ＬＥ
Ｄは（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）な
どの高効率発光素子あるいは半導体発光装置の材料とし
てその開発が行われている。
が直接遷移型であるため高効率の発光再結合が可能であ
り、またその遷移エネルギーが２〜６．２ｅＶと広い。
このため、短波長半導体レーザあるいは高輝度可視ＬＥ
Ｄは（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）な
どの高効率発光素子あるいは半導体発光装置の材料とし
てその開発が行われている。
【０００３】なお、本願において「窒化ガリウム系半導
体」とは、少なくとも発光活性層にＧａとＮの元素を含
む半導体として定義する。
体」とは、少なくとも発光活性層にＧａとＮの元素を含
む半導体として定義する。
【０００４】ここで、最も良く用いられる窒化ガリウム
系半導体であるＩｎｘＧａｌ−ｘＮはＩｎ組成ｘを調節
することにより、バンドギャップエネルギーをＧａＮの
３．４ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変えることができ
る。
系半導体であるＩｎｘＧａｌ−ｘＮはＩｎ組成ｘを調節
することにより、バンドギャップエネルギーをＧａＮの
３．４ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変えることができ
る。
【０００５】このため、可視光の全ての波長帯をカバー
する発光素子用の活性層として用いることができる。
する発光素子用の活性層として用いることができる。
【０００６】現在のところ、このＩｎＧａＮ混晶を発光
層としたＬＥＤが実現され、また半導体レーザにおいて
も電流注入によるレーザ発振が実現されている。
層としたＬＥＤが実現され、また半導体レーザにおいて
も電流注入によるレーザ発振が実現されている。
【０００７】しかし、ＩｎＧａＮ混晶の問題点として、
結晶成長が困難とされるミスシビリティギャップの存在
がある。
結晶成長が困難とされるミスシビリティギャップの存在
がある。
【０００８】このため、現在のところ実現されている可
視光ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ混晶発光層を薄膜化して歪み
格子系の接合を形成し、この格子歪エネルギーによって
得られる準安定領域を用いてその結晶成長を可能にして
いる。
視光ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ混晶発光層を薄膜化して歪み
格子系の接合を形成し、この格子歪エネルギーによって
得られる準安定領域を用いてその結晶成長を可能にして
いる。
【０００９】しかしながら、このようにして成長した混
晶は、もともと不安定であるために、電流注入により発
生する熱やデバイスの使用環境条件などの影響を受けや
すく、これらが原因で特性劣化を起こしてしまうという
問題があった。
晶は、もともと不安定であるために、電流注入により発
生する熱やデバイスの使用環境条件などの影響を受けや
すく、これらが原因で特性劣化を起こしてしまうという
問題があった。
【００１０】特に、緑色や黄色に対応する長波長の発光
素子では、Ｉｎ組成ｘが高い混晶が必要とされるが、結
晶の安定性はＩｎ組成の増加と共に低下していく。
素子では、Ｉｎ組成ｘが高い混晶が必要とされるが、結
晶の安定性はＩｎ組成の増加と共に低下していく。
【００１１】従って、従来はこれらの混晶系を用いた半
導体発光素子において、高出力と長寿命とを実現するこ
とが困難であった。
導体発光素子において、高出力と長寿命とを実現するこ
とが困難であった。
【００１２】これに対して、アプライド・フィジクス・
レターズｖｏｌ．７５，Ｎｏ．７，ｐ．９６２にＧａＮ
の量子ドットを形成して、この量子ドットのサイズを変
える事により、青色から赤色の発光、さらにこれらを組
み合わせることにより、白色の発光を得た実験結果が示
されている。
レターズｖｏｌ．７５，Ｎｏ．７，ｐ．９６２にＧａＮ
の量子ドットを形成して、この量子ドットのサイズを変
える事により、青色から赤色の発光、さらにこれらを組
み合わせることにより、白色の発光を得た実験結果が示
されている。
【００１３】この例では、まず、Ｓｉ（１１１）基板を
用い、この上に厚く（０．３μｍ）ＡｌＮをエピタキシ
ャル成長する事により、完全に格子の緩和されたＡｌＮ
層を形成する。
用い、この上に厚く（０．３μｍ）ＡｌＮをエピタキシ
ャル成長する事により、完全に格子の緩和されたＡｌＮ
層を形成する。
【００１４】この次に、ＧａＮを数モノレイヤー分を堆
積した後に、３０秒程度、成長中断して、ＡｌＮの上に
ＧａＮの３次元的な島を形成する事により、量子ドット
を形成している。
積した後に、３０秒程度、成長中断して、ＡｌＮの上に
ＧａＮの３次元的な島を形成する事により、量子ドット
を形成している。
【００１５】さらに、この後、このＧａＮの３次元的に
成長した島の上に３００ÅのＡｌＮを積層している。
成長した島の上に３００ÅのＡｌＮを積層している。
【００１６】このような構成において、この従来例で
は、ＧａＮの堆積する膜厚を４モノレイヤから１２モノ
レイヤに制御して成長する事により、青色から赤色まで
発光する活性層を作る事に成功し、フォトルミネッセン
スによって実験的に、可視光の全領域に渡って発光する
事を確かめている。
は、ＧａＮの堆積する膜厚を４モノレイヤから１２モノ
レイヤに制御して成長する事により、青色から赤色まで
発光する活性層を作る事に成功し、フォトルミネッセン
スによって実験的に、可視光の全領域に渡って発光する
事を確かめている。
【００１７】なお、この従来例においては、ＡｌＮに挟
まれたＧａＮのドットから発光する光の波長がバルクの
ＧａＮの発光波長よりも長くなるのは、ＡｌＮに挟まれ
たＧａＮが格子不整合から生じる大きな歪みを受けてい
るため、ピエゾエレクトリック効果により、非常に強い
ビルトイン電界（約５．５ＭＶ／ｃｍ）を受け、ＱＣＳ
Ｅ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ
Ｅｆｆｅｃｔ）により、発光波長が長波長側にシフトし
たためと説明されている。
まれたＧａＮのドットから発光する光の波長がバルクの
ＧａＮの発光波長よりも長くなるのは、ＡｌＮに挟まれ
たＧａＮが格子不整合から生じる大きな歪みを受けてい
るため、ピエゾエレクトリック効果により、非常に強い
ビルトイン電界（約５．５ＭＶ／ｃｍ）を受け、ＱＣＳ
Ｅ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ
Ｅｆｆｅｃｔ）により、発光波長が長波長側にシフトし
たためと説明されている。
【００１８】したがって、この場合、このような発光素
子が実現されるための条件としては、ｌ）ＡｌＮが完全
に格子緩和している事。２）このＡｌＮ上のＧａＮが３
次元成長して量子ドットを形成している事。３）ＡｌＮ
上のＧａＮが格子緩和せずに、歪みを受ける事。が必須
となる。
子が実現されるための条件としては、ｌ）ＡｌＮが完全
に格子緩和している事。２）このＡｌＮ上のＧａＮが３
次元成長して量子ドットを形成している事。３）ＡｌＮ
上のＧａＮが格子緩和せずに、歪みを受ける事。が必須
となる。
【００１９】このため、この従来例では、２）と３）の
条件を満たすため、ＧａＮの膜厚は格子不整合系の結晶
成長において、レイヤ・バイ・レイヤの成長から、３次
元成長に移る膜厚である４モノレイヤ以上とし、ＡｌＮ
上のＧａＮの臨界膜厚である１２モノレイヤ以下の膜厚
の間で、ＧａＮの量子ドットのサイズを調整している。
条件を満たすため、ＧａＮの膜厚は格子不整合系の結晶
成長において、レイヤ・バイ・レイヤの成長から、３次
元成長に移る膜厚である４モノレイヤ以上とし、ＡｌＮ
上のＧａＮの臨界膜厚である１２モノレイヤ以下の膜厚
の間で、ＧａＮの量子ドットのサイズを調整している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例では、制御された青色から赤色の発光は、フォト
ルミネッセンスのみによって確認されていた。
従来例では、制御された青色から赤色の発光は、フォト
ルミネッセンスのみによって確認されていた。
【００２１】これを発光素子として実現するためには、
電流に注入を行って、活性層となる量子ドットに電荷を
注入する必要がある。
電流に注入を行って、活性層となる量子ドットに電荷を
注入する必要がある。
【００２２】ところがこの従来例の構成では、量子ドッ
トを挟むＡｌＮ層のバンドギャップが６．２ｅＶと非常
に大きいため、トンネル効果を使わない限り、室温で
は、電流注入が難しい。
トを挟むＡｌＮ層のバンドギャップが６．２ｅＶと非常
に大きいため、トンネル効果を使わない限り、室温で
は、電流注入が難しい。
【００２３】また、トンネル効果を使うと仮定しても、
そのためには、ＡｌＮ層の厚さを非常に薄く、たとえ
ば、１ｎｍ程度以下にしなければならないが、ＡｌＮ層
の厚さをこのように薄くすると、臨界膜厚よりも薄くな
るので、ＡｌＮ層が完全に格子緩和しなくなり、ＡｌＮ
特有の格子定数を持つ事ができなくなる。このために、
この上に積層するＧａＮの格子定数は、逆に、本来のＧ
ａＮの格子定数の値に近くなり、おおきなピエゾ電界を
生じさせることができなくなってしまう。なお、臨界膜
厚とはある格子定数を持つ基板の上に別の格子定数を持
つ材料をエピタキシャル成長させたとき、前記材料にお
いて、格子緩和が起こらない最大膜厚である。
そのためには、ＡｌＮ層の厚さを非常に薄く、たとえ
ば、１ｎｍ程度以下にしなければならないが、ＡｌＮ層
の厚さをこのように薄くすると、臨界膜厚よりも薄くな
るので、ＡｌＮ層が完全に格子緩和しなくなり、ＡｌＮ
特有の格子定数を持つ事ができなくなる。このために、
この上に積層するＧａＮの格子定数は、逆に、本来のＧ
ａＮの格子定数の値に近くなり、おおきなピエゾ電界を
生じさせることができなくなってしまう。なお、臨界膜
厚とはある格子定数を持つ基板の上に別の格子定数を持
つ材料をエピタキシャル成長させたとき、前記材料にお
いて、格子緩和が起こらない最大膜厚である。
【００２４】つまり、発光波長をバルクのＧａＮのもの
から大きく変化させる事はできない。したがって、従来
型のＬＥＤの構成では、電流を注入して、かつ、大きな
ピエゾ電界を発光活性層に印加することはできなかっ
た。
から大きく変化させる事はできない。したがって、従来
型のＬＥＤの構成では、電流を注入して、かつ、大きな
ピエゾ電界を発光活性層に印加することはできなかっ
た。
【００２５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のである。
のである。
【００２６】すなわち、その目的は、ピエゾ電界を発光
活性層に印加することによって、発光波長をバルクのバ
ンド端波長から大きく変化させる発光素子において、電
流注入によって発光させる構造を提供する事にある。
活性層に印加することによって、発光波長をバルクのバ
ンド端波長から大きく変化させる発光素子において、電
流注入によって発光させる構造を提供する事にある。
【００２７】さらにこのような構造を用いる事によっ
て、例えば、ＩｎxＧａl-xＮを発光活性層に持つ発光素
子において、低いＩｎの混晶比でも、長波長側に大きく
発光波長をシフトさせる事ができるようになる。
て、例えば、ＩｎxＧａl-xＮを発光活性層に持つ発光素
子において、低いＩｎの混晶比でも、長波長側に大きく
発光波長をシフトさせる事ができるようになる。
【００２８】このため、十分な寿命を有し、且つ青色か
ら赤色など幅広い波長領域において発光波長を選択する
ことができる半導体発光素子および半導体発光装置を提
供することができる。
ら赤色など幅広い波長領域において発光波長を選択する
ことができる半導体発光素子および半導体発光装置を提
供することができる。
【００２９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明では、少なくともＧａ及びＮを元素として含
む窒化ガリウム系の化合物半導体発光素子において、半
導体、或は、絶縁性の基板の上に、格子緩和が十分生じ
る程度の厚い膜厚を有する第１の半導体層が積層され、
該第１の半導体層の上に該第１の半導体よりもバンドギ
ャップが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない
第２の半導体層が積層され、さらに、該第２の半導体層
の上に電子および正孔がトンネルできる十分、薄い第１
の半導体層と同じか、あるいは、第１の半導体よりもバ
ンドギャップの小さい第３の半導体層が積層していて、
さらに、該第３の半導体層の上部に互いにｐｎ接合を形
成する第４の半導体層、第５の半導体層が順次、積層さ
れた構造を用いる事により、上記の課題は解決される。
に、本発明では、少なくともＧａ及びＮを元素として含
む窒化ガリウム系の化合物半導体発光素子において、半
導体、或は、絶縁性の基板の上に、格子緩和が十分生じ
る程度の厚い膜厚を有する第１の半導体層が積層され、
該第１の半導体層の上に該第１の半導体よりもバンドギ
ャップが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない
第２の半導体層が積層され、さらに、該第２の半導体層
の上に電子および正孔がトンネルできる十分、薄い第１
の半導体層と同じか、あるいは、第１の半導体よりもバ
ンドギャップの小さい第３の半導体層が積層していて、
さらに、該第３の半導体層の上部に互いにｐｎ接合を形
成する第４の半導体層、第５の半導体層が順次、積層さ
れた構造を用いる事により、上記の課題は解決される。
【００３０】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子
は、少なくともＧａ及びＮを元素として含む窒化ガリウ
ム系の化合物半導体発光素子において、半導体、或は、
絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚を有する第１
の半導体層が積層され、該第１の半導体層の上に該第１
の半導体よりもバンドギャップが小さく、かつ、第１の
半導体と格子整合しない第２の半導体層が積層され、さ
らに、該第２の半導体層の上に電子および正孔がトンネ
ルできる十分薄い第３の半導体層が積層していている事
を特徴とする。
は、少なくともＧａ及びＮを元素として含む窒化ガリウ
ム系の化合物半導体発光素子において、半導体、或は、
絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚を有する第１
の半導体層が積層され、該第１の半導体層の上に該第１
の半導体よりもバンドギャップが小さく、かつ、第１の
半導体と格子整合しない第２の半導体層が積層され、さ
らに、該第２の半導体層の上に電子および正孔がトンネ
ルできる十分薄い第３の半導体層が積層していている事
を特徴とする。
【００３１】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の
製造方法は、Ｇａ及びＮを元素として含む窒化ガリウム
系の化合物半導体発光素子の製造方法において、半導
体、或は、絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚を
有する第１の半導体層が積層する工程、該第１の半導体
層の上に該第１の半導体よりもバンドギャップが小さ
く、かつ、第１の半導体と格子整合しない第２の半導体
層が積層Ｒこいていする工程、及び該第２の半導体層の
上に電子および正孔がトンネルできるに十分薄い第３の
半導体層を積層する工程を有することを特徴とする。
製造方法は、Ｇａ及びＮを元素として含む窒化ガリウム
系の化合物半導体発光素子の製造方法において、半導
体、或は、絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚を
有する第１の半導体層が積層する工程、該第１の半導体
層の上に該第１の半導体よりもバンドギャップが小さ
く、かつ、第１の半導体と格子整合しない第２の半導体
層が積層Ｒこいていする工程、及び該第２の半導体層の
上に電子および正孔がトンネルできるに十分薄い第３の
半導体層を積層する工程を有することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。
説明する。
【００３３】図１は本発明の好適な実施の形態としての
発光素子の構造を示す模式的断面図である。この図にお
いて、１０１は基板、１０２は結晶性を良好に保つため
のバッファ層、１０３はバンドギャップ幅の広い第１の
半導体層、１０４は１０３と格子整合せず、かつ、第１
の半導体層１０３よりも狭いバンドギャップ幅をもつ発
光活性層（第２の半導体層）、１０５は第１の半導体層
とほぼ同じ材料から成る層、１０６は第１の導電型を持
ち、１０４と同じか、それよりもバンドギャップの広い
層、１０７は第２の導電型を持ち、１０６と同じか、そ
れよりもバンドギャップの広い層、１０８は第２の導電
型を持つオーミック電極のためのコンタクト層、１０９
は第１の導電型のオーミック電極、１１０は第２の導電
型のオーミック電極である。
発光素子の構造を示す模式的断面図である。この図にお
いて、１０１は基板、１０２は結晶性を良好に保つため
のバッファ層、１０３はバンドギャップ幅の広い第１の
半導体層、１０４は１０３と格子整合せず、かつ、第１
の半導体層１０３よりも狭いバンドギャップ幅をもつ発
光活性層（第２の半導体層）、１０５は第１の半導体層
とほぼ同じ材料から成る層、１０６は第１の導電型を持
ち、１０４と同じか、それよりもバンドギャップの広い
層、１０７は第２の導電型を持ち、１０６と同じか、そ
れよりもバンドギャップの広い層、１０８は第２の導電
型を持つオーミック電極のためのコンタクト層、１０９
は第１の導電型のオーミック電極、１１０は第２の導電
型のオーミック電極である。
【００３４】本発明において、１０１は少なくともＧａ
とＮを元素として含む半導体をエピタキシャル成長させ
るための基板であり、絶縁性基板であっても導電性の基
板であっても構わない。
とＮを元素として含む半導体をエピタキシャル成長させ
るための基板であり、絶縁性基板であっても導電性の基
板であっても構わない。
【００３５】さらに詳しくは、良質のＧａＮを結晶成長
させるための基板であり、配向性の良いＧａＮ結晶が成
長できれば、その材質等は、特に問わない。通常のＬＥ
Ｄを作製できている実績のあるサファイヤや、炭化シリ
コンが望ましい。また、近年、その上に良質のＧａＮ結
晶ができるようになってきたシリコンや、ガリウム砒
素、あるいは、ＭｇＡｌＯ4、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ
2などでも構わない。
させるための基板であり、配向性の良いＧａＮ結晶が成
長できれば、その材質等は、特に問わない。通常のＬＥ
Ｄを作製できている実績のあるサファイヤや、炭化シリ
コンが望ましい。また、近年、その上に良質のＧａＮ結
晶ができるようになってきたシリコンや、ガリウム砒
素、あるいは、ＭｇＡｌＯ4、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ
2などでも構わない。
【００３６】１０２は基板１０１上に良質の第１の半導
体層１０３を積層するためのバッファ層であり、その構
成も特に問わないが、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮから成る
層をＧａＮ、あるいはＡｌＮをミクロンオーダーで積層
したり、ＩｎxＡｌyＧａ1-x- yＮにより構成される超格
子バッファ層を積層したりする事により作製される。
体層１０３を積層するためのバッファ層であり、その構
成も特に問わないが、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮから成る
層をＧａＮ、あるいはＡｌＮをミクロンオーダーで積層
したり、ＩｎxＡｌyＧａ1-x- yＮにより構成される超格
子バッファ層を積層したりする事により作製される。
【００３７】発光活性層１０４（第２の半導体層）の構
成は、第１の半導体層１０３と組み合わせて、巨大なピ
エゾ電界が加わる構成であれば、特に限定されるもので
はないが、基本的にＩｎxＡｌyＧａl-x-yＮをＩｎx〓Ａ
ｌy〓Ｇａ1-x〓-y〓Ｎ上に積層した構成（ただし、（０
≦ｘ、ｘ′≦１， ０≦ｙ， ｙ′≦１， ０≦ｘ＋
ｙ，ｘ′＋ｙ′≦１））を持つものである。
成は、第１の半導体層１０３と組み合わせて、巨大なピ
エゾ電界が加わる構成であれば、特に限定されるもので
はないが、基本的にＩｎxＡｌyＧａl-x-yＮをＩｎx〓Ａ
ｌy〓Ｇａ1-x〓-y〓Ｎ上に積層した構成（ただし、（０
≦ｘ、ｘ′≦１， ０≦ｙ， ｙ′≦１， ０≦ｘ＋
ｙ，ｘ′＋ｙ′≦１））を持つものである。
【００３８】この時の構成Ｉｎの混晶比ｘが大きく、Ａ
ｌの混晶比ｙ′が大きい程、ピエゾエレクトリック効果
により発光活性層１０４に印加されるビルトイン電界は
巨大になるが、その代わり、格子不整合の大きさが大き
くなるので、臨界膜厚が小さくなり、広い幅の量子井戸
あるいは、量子箱構造を作ることができなくなる。
ｌの混晶比ｙ′が大きい程、ピエゾエレクトリック効果
により発光活性層１０４に印加されるビルトイン電界は
巨大になるが、その代わり、格子不整合の大きさが大き
くなるので、臨界膜厚が小さくなり、広い幅の量子井戸
あるいは、量子箱構造を作ることができなくなる。
【００３９】 この結果として、狭い井戸幅の量子構造
を作らざるを得なくなるが、このようにすると、ＱＣＳ
Ｅによる発光波長のシフトは小さくなってしまう。
を作らざるを得なくなるが、このようにすると、ＱＣＳ
Ｅによる発光波長のシフトは小さくなってしまう。
【００４０】従って、可視光全領域に渡って、発光する
発光素子を設計する場合、Ｉｎの混晶比ｘとＡｌの混晶
比には適当な制限が生ずる。
発光素子を設計する場合、Ｉｎの混晶比ｘとＡｌの混晶
比には適当な制限が生ずる。
【００４１】本発明においては、第１の半導体層１０３
と発光活性層（第２の半導体層）１０４の格子不整合の
大きさは、１０％以内、好ましくは、５％以内、より、
好ましくは２．５％以内に設定すると良い。
と発光活性層（第２の半導体層）１０４の格子不整合の
大きさは、１０％以内、好ましくは、５％以内、より、
好ましくは２．５％以内に設定すると良い。
【００４２】第１の半導体層１０３の厚さは格子緩和が
十分生じる程度の厚さであり、第１の半導体と第２の半
導体との格子定数により異なるが、例えばＡｌＮの上に
ＧａＮを積層した場合は、1nm以上が好ましく１０ｎｍ
以上がより好ましい。上限としては特に無いが、製造コ
スト上からは、１ミクロンより薄くするのが好ましい。
十分生じる程度の厚さであり、第１の半導体と第２の半
導体との格子定数により異なるが、例えばＡｌＮの上に
ＧａＮを積層した場合は、1nm以上が好ましく１０ｎｍ
以上がより好ましい。上限としては特に無いが、製造コ
スト上からは、１ミクロンより薄くするのが好ましい。
【００４３】さて、次に、本発明の発光素子における動
作原理について説明する。ここで、発光活性層１０４に
ＧａＮの量子箱、バンドギャップ幅の広い第１の半導体
層１０３にＡｌＮを使用した例について説明する。
作原理について説明する。ここで、発光活性層１０４に
ＧａＮの量子箱、バンドギャップ幅の広い第１の半導体
層１０３にＡｌＮを使用した例について説明する。
【００４４】いま、第３の半導体層１０５がＡｌＮ、第
４の半導体層１０６がｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎであると
し、第５の半導体層１０７がｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎで
あるとする。
４の半導体層１０６がｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎであると
し、第５の半導体層１０７がｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎで
あるとする。
【００４５】この時のバンド構造は電極１０９と電極１
１０に順バイアスをかけた状態で、図２のようになる。
１０に順バイアスをかけた状態で、図２のようになる。
【００４６】図２において、（ａ）は量子箱１０４が存
在しない部分（図１のＡＡ〓断面）のバンド構造であ
り、（ｂ）は量子箱１０４が存在する部分（図１のＢＢ
〓断面）のバンド構造である。
在しない部分（図１のＡＡ〓断面）のバンド構造であ
り、（ｂ）は量子箱１０４が存在する部分（図１のＢＢ
〓断面）のバンド構造である。
【００４７】この図のように、不図示の電源より電極１
０９に正電圧を印加し、電極１１０に負電圧を印加する
と、第５の半導体層１０７から電子が第４の半導体層１
０６に少数キャリアとして注入される。
０９に正電圧を印加し、電極１１０に負電圧を印加する
と、第５の半導体層１０７から電子が第４の半導体層１
０６に少数キャリアとして注入される。
【００４８】この電子は、層１０６の厚さＨが、薄けれ
ば、拡散によって、層１０５を形成するＡｌＮとの境界
付近まで移動する。
ば、拡散によって、層１０５を形成するＡｌＮとの境界
付近まで移動する。
【００４９】ここで、さらに、第３の半導体層１０５の
厚さを電子及び正孔がトンネルできるだけ充分薄く設計
すれば、この電子は、第５の半導体層１０５をトンネリ
ングによって通過し、発光活性層となる量子箱１０４に
注入される事になる。
厚さを電子及び正孔がトンネルできるだけ充分薄く設計
すれば、この電子は、第５の半導体層１０５をトンネリ
ングによって通過し、発光活性層となる量子箱１０４に
注入される事になる。
【００５０】ここで、層１０６と層１０７を順バイアス
する事により、注入された電子が、効率良く発光活性層
１０４に到達するための条件は、以上の考察により、以
下のように表される。 Ｈ＜（Ｄτl）1/2 （１） τt＜τl （２）
する事により、注入された電子が、効率良く発光活性層
１０４に到達するための条件は、以上の考察により、以
下のように表される。 Ｈ＜（Ｄτl）1/2 （１） τt＜τl （２）
【００５１】ここで、Ｈは第４の半導体層１０６の厚
さ、Ｄは層１０６での少数キャリアの拡散定数、τlは
層１０６での少数キャリアのライフタイム、τminは層
１０５を通して発光活性層１０４に少数キャリアがトン
ネリングする事などによって、発光活性層に移動する時
間である。
さ、Ｄは層１０６での少数キャリアの拡散定数、τlは
層１０６での少数キャリアのライフタイム、τminは層
１０５を通して発光活性層１０４に少数キャリアがトン
ネリングする事などによって、発光活性層に移動する時
間である。
【００５２】さらに、発光活性層１０４での発光が、効
率良く行われる為には、以下の条件が加わる事が望まし
い。 Ｎmin／τmin＜Ｎr／τr （３）
率良く行われる為には、以下の条件が加わる事が望まし
い。 Ｎmin／τmin＜Ｎr／τr （３）
【００５３】ここで、Ｎminは層１０６中での少数キャ
リアの数、Ｎrは発光活性層１０４中での少数キャリア
数、τrは発光活性層中での発光ライフタイムである。
リアの数、Ｎrは発光活性層１０４中での少数キャリア
数、τrは発光活性層中での発光ライフタイムである。
【００５４】また、層１０５は多数キャリアがトンネリ
ングなどによって発光活性層に移動する時間τmajに対
して、以下の条件に設定する事が望ましい。 Ｎmaj／τmay＜Ｎr／τr （４）
ングなどによって発光活性層に移動する時間τmajに対
して、以下の条件に設定する事が望ましい。 Ｎmaj／τmay＜Ｎr／τr （４）
【００５５】ここで、Ｎmajは層１０６中での多数キャ
リアの数である。以上、説明したように、本発明によれ
ば、層１０５を電子や正孔がトンネリングできる程度に
薄く設定すれば、どちらのキャリアもこの薄いバリアを
通過させる事ができるので、発光活性層１０４に歪みを
生じさせたまま、発光活性層に電子と正孔を同時に注入
でき、ＩｎxＧａ1-xＮを発光活性層に使う場合において
も、比較的低いＩｎの混晶比、場合によっては、上記の
ようにＩｎを全く含まない場合でも、巨大なピエゾ電界
効果によるＱＣＳＥにより、可視光全領域、特に、波長
の長い赤色の発光を電流注入により容易に実現できるよ
うになる。具体的な厚みとしては０．３ｎｍ〜１０ｎｍ
が好ましく１ｎｍ〜３ｎｍがより好ましい。
リアの数である。以上、説明したように、本発明によれ
ば、層１０５を電子や正孔がトンネリングできる程度に
薄く設定すれば、どちらのキャリアもこの薄いバリアを
通過させる事ができるので、発光活性層１０４に歪みを
生じさせたまま、発光活性層に電子と正孔を同時に注入
でき、ＩｎxＧａ1-xＮを発光活性層に使う場合において
も、比較的低いＩｎの混晶比、場合によっては、上記の
ようにＩｎを全く含まない場合でも、巨大なピエゾ電界
効果によるＱＣＳＥにより、可視光全領域、特に、波長
の長い赤色の発光を電流注入により容易に実現できるよ
うになる。具体的な厚みとしては０．３ｎｍ〜１０ｎｍ
が好ましく１ｎｍ〜３ｎｍがより好ましい。
【００５６】なお、本説明では、層１０６をｐ型、層１
０７をｎ型の半導体として、説明したが、層１０６をｎ
型、層１０７をｐ型の半導体として、上記とは逆方向に
電圧を印加して、正孔を層１０６に注入する事にしても
同様に、電流注入型の発光素子が実現される。
０７をｎ型の半導体として、説明したが、層１０６をｎ
型、層１０７をｐ型の半導体として、上記とは逆方向に
電圧を印加して、正孔を層１０６に注入する事にしても
同様に、電流注入型の発光素子が実現される。
【００５７】また、上記と、成長する結晶の方位が逆で
も、つまり、窒化ガリウム系の半導体のｃ軸の方位が
（０００１）面でも、（０００−１）面でも発光活性層
に印加される電界の向きが逆方向になる以外はほとんど
同一の機構により、可視光前領域にわたる発光が得られ
る。
も、つまり、窒化ガリウム系の半導体のｃ軸の方位が
（０００１）面でも、（０００−１）面でも発光活性層
に印加される電界の向きが逆方向になる以外はほとんど
同一の機構により、可視光前領域にわたる発光が得られ
る。
【００５８】また、上記の説明では層１０５はそのバン
ドギャップが層１０３と同じであるとして説明したが、
本発明はこれに限るものではなく、このバンドギャップ
の大きさは層１０６と同じか或は、層１０４と層１０３
の中間のバンドギャップを持っている構成としても良
い。
ドギャップが層１０３と同じであるとして説明したが、
本発明はこれに限るものではなく、このバンドギャップ
の大きさは層１０６と同じか或は、層１０４と層１０３
の中間のバンドギャップを持っている構成としても良
い。
【００５９】さらに、上記の説明では、層１０４は層１
０５を介して層１０６と隣接されていたが、層１０４が
厚さに揺らぎをもっていて、且つ、層１０４の一部が層
１０５を介さずに、直接層１０６と接している構成にし
ても良い。第２の半導体層１０４が厚さに揺らぎをもつ
場合、電子及び正孔が膜厚の厚い場所に集中して、量子
ドット構造が形成されるため、発光効率の向上が得られ
るという利点がある。
０５を介して層１０６と隣接されていたが、層１０４が
厚さに揺らぎをもっていて、且つ、層１０４の一部が層
１０５を介さずに、直接層１０６と接している構成にし
ても良い。第２の半導体層１０４が厚さに揺らぎをもつ
場合、電子及び正孔が膜厚の厚い場所に集中して、量子
ドット構造が形成されるため、発光効率の向上が得られ
るという利点がある。
【００６０】
【実施例】（実施例１）本発明の実施例１の発光素子は
図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用いて
説明する。
図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用いて
説明する。
【００６１】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【００６２】２インチのｃ面（（０００１）面）のサフ
ァイア基板をＨ3ＳＯ4：ＨＰＯ4＝３：１の溶液にて、
洗浄を行った後に、この基板の裏面をＭｏでメタライジ
ングし、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）装置の中にセットした。
ァイア基板をＨ3ＳＯ4：ＨＰＯ4＝３：１の溶液にて、
洗浄を行った後に、この基板の裏面をＭｏでメタライジ
ングし、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）装置の中にセットした。
【００６３】この後、準備室で４００℃で加熱した後、
成長室に搬送した。
成長室に搬送した。
【００６４】成長前に、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕ
ａｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純
化された窒素ガスを供給して、窒素ラジカルを生成し
た。次に、この窒素ラジカルを基板温度３００℃に保っ
たサファイア基板に１ｓｃｃｍ供給し、２００ＷのＲＦ
電力をプラズマセルに印加して、３０分間窒素ラジカル
を照射した。
ａｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純
化された窒素ガスを供給して、窒素ラジカルを生成し
た。次に、この窒素ラジカルを基板温度３００℃に保っ
たサファイア基板に１ｓｃｃｍ供給し、２００ＷのＲＦ
電力をプラズマセルに印加して、３０分間窒素ラジカル
を照射した。
【００６５】この工程により、サファイア基板の表面を
窒化した。
窒化した。
【００６６】次に、基板温度５００℃において、この表
面にＡｌＮの層２０ｎｍを積層した。なお、Ａｌはクヌ
ードセンセルにより金属アルミニウムを加熱して、アル
ミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する事に
より行った。
面にＡｌＮの層２０ｎｍを積層した。なお、Ａｌはクヌ
ードセンセルにより金属アルミニウムを加熱して、アル
ミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する事に
より行った。
【００６７】次に、基板温度を８２０℃に上昇させ、Ｇ
ａＮ層１０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａは、クヌー
ドセンセルにより金属ガリウムを加熱して、ガリウムの
分子線を窒素ラジカルと同時に照射すする事により行っ
た。以上の工程により、ＡｌＮ／ＧａＮバッファ層１０
２を作製した。
ａＮ層１０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａは、クヌー
ドセンセルにより金属ガリウムを加熱して、ガリウムの
分子線を窒素ラジカルと同時に照射すする事により行っ
た。以上の工程により、ＡｌＮ／ＧａＮバッファ層１０
２を作製した。
【００６８】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ）のパターン
は、Ｇａ面が得られている事を示す（２Ｘ２）構造が確
認され、さらに、平坦面が得られている事を示すストリ
ークなパターンが得られた。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ）のパターン
は、Ｇａ面が得られている事を示す（２Ｘ２）構造が確
認され、さらに、平坦面が得られている事を示すストリ
ークなパターンが得られた。
【００６９】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【００７０】さらに、この次に、ＡｌＮ（第１の半導体
層）１０３を２００ｎｍ積層した。
層）１０３を２００ｎｍ積層した。
【００７１】この時、ＡｌＮの成長開始直後のＲＨＥＥ
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
【００７２】２００ｎｍ積層した後は、完全にＡｌＮの
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのの回折パターンの間
隔が確認された。
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのの回折パターンの間
隔が確認された。
【００７３】この次に、ＧａＮ層（第２の半導体）を積
層した。本実施例では、まず、ＧａＮを積層する時のＲ
ＨＥＥＤパターンの変化の様子を確認した。
層した。本実施例では、まず、ＧａＮを積層する時のＲ
ＨＥＥＤパターンの変化の様子を確認した。
【００７４】この実験においては、窒素プラズマセルは
窒素流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦ電力１５０Ｗの条件で行
い、０．３ＭＬ／ｓｅｃ程度の成長レートを保った。
窒素流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦ電力１５０Ｗの条件で行
い、０．３ＭＬ／ｓｅｃ程度の成長レートを保った。
【００７５】この時のＲＨＥＥＤパターンの変化の様子
を図３に示す。
を図３に示す。
【００７６】ＧａＮを成長して１５秒程度の間はＲＨＥ
ＥＤパターンはストリークのままで、大きな変化は無か
ったが、その後、スポットパターンに変化し始めた。
ＥＤパターンはストリークのままで、大きな変化は無か
ったが、その後、スポットパターンに変化し始めた。
【００７７】さらにＧａＮの成長を続けると、ＲＨＥＥ
Ｄパターンは、スポットライクなままで、ＧａＮが本来
持っている格子定数に対応した回折パターン間の間隔に
なるように変化し始めた。その後、次第に、ＲＨＥＥＤ
パターンはスポットからストリークパターンに変化し
た。
Ｄパターンは、スポットライクなままで、ＧａＮが本来
持っている格子定数に対応した回折パターン間の間隔に
なるように変化し始めた。その後、次第に、ＲＨＥＥＤ
パターンはスポットからストリークパターンに変化し
た。
【００７８】次に、同じ工程を用いて、５枚のサファイ
ア基板上に各々、膜厚の異なるＧａＮの数モノレイヤの
発光活性層１０４を積層した。
ア基板上に各々、膜厚の異なるＧａＮの数モノレイヤの
発光活性層１０４を積層した。
【００７９】それぞれのＧａＮの成長時間を１０秒、２
０秒、３０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプル
を、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
０秒、３０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプル
を、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
【００８０】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
【００８１】この後、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０６、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
【００８２】なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを
用いた。
用いた。
【００８３】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層１０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層１０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。３）エッチング終了
後レジストを剥離し、再び、フォトレジストを用いて所
定のパターンに露光する事により、電極１０９、１１０
のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層１０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層１０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極１１０、ｐ型オーミック電極１０９とする。な
お、本実施例においては、１０７、１０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極１０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極１１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとし
た。 ５）電極をアニールする事により、オーミック化する。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層１０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層１０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。３）エッチング終了
後レジストを剥離し、再び、フォトレジストを用いて所
定のパターンに露光する事により、電極１０９、１１０
のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層１０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層１０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極１１０、ｐ型オーミック電極１０９とする。な
お、本実施例においては、１０７、１０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極１０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極１１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとし
た。 ５）電極をアニールする事により、オーミック化する。
【００８４】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して１ｎｍ／ｃｍ2
の電流を流したところ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して１ｎｍ／ｃｍ2
の電流を流したところ、発光が確認された。
【００８５】この発光のスペクトルを調べたところ、Ａ
のサンプルはＧａＮのバンド端からの発光にほぼ等しい
３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、４
３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１０
ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍに
ピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピーク
を持つ発光が得られた。
のサンプルはＧａＮのバンド端からの発光にほぼ等しい
３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、４
３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１０
ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍに
ピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピーク
を持つ発光が得られた。
【００８６】さらに流す電流を増したところ、各々の発
光波長は短波長側にシフトした。
光波長は短波長側にシフトした。
【００８７】（実施例２）本発明の実施例２の発光素子
も図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
も図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
【００８８】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【００８９】２インチの（１１１）面のシリコン基板
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、ＭＢＥ
装置の中にセットした。
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、ＭＢＥ
装置の中にセットした。
【００９０】この後、準備室で４００℃、２時間の加熱
を施した後、成長室に搬送した。
を施した後、成長室に搬送した。
【００９１】成長前に、（１１１）Ｓｉ基板の温度を９
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により。ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により。ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
【００９２】その後、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕａ
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
【００９３】次に、基板温度８００℃において、Ｓｉ表
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照
射する事により行った。
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照
射する事により行った。
【００９４】次に、同じ基板温度において、ＧａＮ層１
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する
事により、行った。
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する
事により、行った。
【００９５】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
【００９６】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【００９７】さらに、この次に、ＡｌＮ層１０３を２０
０ｎｍ積層した。
０ｎｍ積層した。
【００９８】この時、ＡｌＮの成長開始直後のＲＨＥＥ
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
【００９９】２００ｎｍ積層した後は、完全にＡｌＮの
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパターンになった。
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパターンになった。
【０１００】この次に、実施例１と同じく、ＡｌＮ上の
ＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）との関
係を調べた、同様の結果を確認した後、同じ工程を用い
て、５枚のＳｉ（１１１）基板上にＧａＮのそれぞれ膜
厚の異なる数モノレイヤの発光活性層１０４を積層し
た。
ＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）との関
係を調べた、同様の結果を確認した後、同じ工程を用い
て、５枚のＳｉ（１１１）基板上にＧａＮのそれぞれ膜
厚の異なる数モノレイヤの発光活性層１０４を積層し
た。
【０１０１】それぞれのＧａＮの成長時間を１０秒、２
０秒、３０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプル
を、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
０秒、３０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプル
を、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
【０１０２】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
【０１０３】この後、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０６、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次積層した。
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次積層した。
【０１０４】なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを
用いた。
用いた。
【０１０５】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層１０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層１０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。 ３）エッチング終了後レジストを剥離し、再び、フォト
レジストを用いて所定のパターンに露光する事により、
電極１０９、１１０のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層１０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層１０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極１１０、ｐ型オーミック電極１０９とする。な
お、本実施例においては、１０７、１０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極１０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極１１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとして
いる。 ５）電極をアニールする事により、オーミック化する。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層１０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層１０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。 ３）エッチング終了後レジストを剥離し、再び、フォト
レジストを用いて所定のパターンに露光する事により、
電極１０９、１１０のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層１０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層１０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極１１０、ｐ型オーミック電極１０９とする。な
お、本実施例においては、１０７、１０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極１０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極１１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとして
いる。 ５）電極をアニールする事により、オーミック化する。
【０１０６】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
【０１０７】この発光のスぺクトルを調べたところ、Ａ
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
【０１０８】（実施例３）本発明の実施例３の発光素子
を図４に示す。
を図４に示す。
【０１０９】この図において、４０１は基板、４０２は
結晶性を良好に保つためのバッファ層、４０３はバンド
ギャップ幅の広い第１の半導体層、４０４は４０３と格
子整合せず、かつ、４０３よりも狭いバンドギャップ幅
をもつの発光活性層、４０５は第１の半導体層とほぼ同
じ材料から成る層、４０６は第１の導電型を持ち、４０
４と同じか、それよりもバンドギャップの広い層、４０
７は第２の導電型を持ち、４０６と同じか、それよりも
バンドギャップの広い層、４０８は第２の導電型を持つ
オーミック電極のためのコンタクト層、４０９は第１の
導電型のオーミック電極、４１０は第２の導電型のオー
ミック電極である。
結晶性を良好に保つためのバッファ層、４０３はバンド
ギャップ幅の広い第１の半導体層、４０４は４０３と格
子整合せず、かつ、４０３よりも狭いバンドギャップ幅
をもつの発光活性層、４０５は第１の半導体層とほぼ同
じ材料から成る層、４０６は第１の導電型を持ち、４０
４と同じか、それよりもバンドギャップの広い層、４０
７は第２の導電型を持ち、４０６と同じか、それよりも
バンドギャップの広い層、４０８は第２の導電型を持つ
オーミック電極のためのコンタクト層、４０９は第１の
導電型のオーミック電極、４１０は第２の導電型のオー
ミック電極である。
【０１１０】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【０１１１】２インチの（１１１）面のシリコン基板
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％０のＨＦ溶液
にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、
ＭＢＥ装置の中にセットした。
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％０のＨＦ溶液
にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、
ＭＢＥ装置の中にセットした。
【０１１２】この後、準備室で４００℃、２時間の加熱
を施した後、成長室に搬送した。成長前に、（１１１）
Ｓｉ基板の温度を９００℃に上昇させ、その後、基板温
度を８００℃に下降させる事により、ＲＨＥＥＤにて、
清浄な原子面である（７Ｘ７）のパターンを確認した。
を施した後、成長室に搬送した。成長前に、（１１１）
Ｓｉ基板の温度を９００℃に上昇させ、その後、基板温
度を８００℃に下降させる事により、ＲＨＥＥＤにて、
清浄な原子面である（７Ｘ７）のパターンを確認した。
【０１１３】次に、基板温度８００℃において、Ｓｉ表
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌとＮＨ3を同時に供
給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍのバッフ
ァー層を積層した。なお、第１の実施例と同様にＡｌは
クヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱して、
アルミニウムの分子線を照射する事により行ったが、本
実施例では、窒素の供給源としてアンモニアを用いた。
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌとＮＨ3を同時に供
給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍのバッフ
ァー層を積層した。なお、第１の実施例と同様にＡｌは
クヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱して、
アルミニウムの分子線を照射する事により行ったが、本
実施例では、窒素の供給源としてアンモニアを用いた。
【０１１４】次に、同じ基板温度において、ＧａＮ層１
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線をアンモニアと同時に照射する事
により、行った。
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線をアンモニアと同時に照射する事
により、行った。
【０１１５】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
【０１１６】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【０１１７】さらに、この次に、ＡｌＮ層４０３を２０
０ｎｍ積層した。
０ｎｍ積層した。
【０１１８】この時、ＡｌＮの成長開始直後のＲＨＥＥ
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
Ｄパターンは、一瞬、スポットライクになった後に、回
折線の間隔が広がって、さらにストリークなパターンに
回復した。
【０１１９】２００ｎｍ積層した後は、完全にＡｌＮの
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパターンになった。
格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパターンになった。
【０１２０】この次に、実施例１と同じく、ＡｌＮ上の
ＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）との関
係を調べた、同様の結果を確認した後、同じ工程を用い
て、５枚のＳｉ（１１１）基板上にそれぞれ膜厚の異な
るＧａＮの数モノレイヤの発光活性層１０４を積層し
た。それぞれのＧａＮの成長時間を１０秒、２０秒、３
０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプルを、各
々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
ＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）との関
係を調べた、同様の結果を確認した後、同じ工程を用い
て、５枚のＳｉ（１１１）基板上にそれぞれ膜厚の異な
るＧａＮの数モノレイヤの発光活性層１０４を積層し
た。それぞれのＧａＮの成長時間を１０秒、２０秒、３
０秒、４０秒、５０秒とし、これらのサンプルを、各
々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとした。
【０１２１】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートもＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。
【０１２２】なお、この時、第１の実施例と異なるの
は、この時のＡｌＮの膜厚を非常に薄くして、発光活性
層１０４がすべてＡｌＮによって覆われないようにした
事である。
は、この時のＡｌＮの膜厚を非常に薄くして、発光活性
層１０４がすべてＡｌＮによって覆われないようにした
事である。
【０１２３】この後、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０６、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
【０１２４】なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを
用いた。
用いた。
【０１２５】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、実施例１と同
様の方法で発光素子を作製した。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、実施例１と同
様の方法で発光素子を作製した。
【０１２６】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
【０１２７】この発光のスペクトルを調べたところ、Ａ
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
【０１２８】（実施例４）本発明の実施例４の発光素子
は図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
は図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
【０１２９】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【０１３０】２インチの（１１１）面のシリコン基板
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％０のＨＦ溶液
にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、
ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の中
にセットした。
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％０のＨＦ溶液
にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、
ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の中
にセットした。
【０１３１】次に、成長室を１１００℃まで、昇温した
後、水素雰囲気で熱処理を行い、シリコン基板の表面の
酸化膜を完全に除去するとともに、表面を原子層オーダ
ーで平坦化した。
後、水素雰囲気で熱処理を行い、シリコン基板の表面の
酸化膜を完全に除去するとともに、表面を原子層オーダ
ーで平坦化した。
【０１３２】その後、１１００℃に保ったまま、トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニア（ＮＨ3）を
供給し、ＡｌＮを５０ｎｍ成長した。
チルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニア（ＮＨ3）を
供給し、ＡｌＮを５０ｎｍ成長した。
【０１３３】続いて、１０８０℃まで降温し、ＴＭＡと
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の混合気体とＮＨ3を供
給して、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎを２００ｎｍ結晶成長し
た。
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の混合気体とＮＨ3を供
給して、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎを２００ｎｍ結晶成長し
た。
【０１３４】さらに、基板温度を１０８０℃に保ったま
ま、ＧａＮ層１０２を１μｍ積層した。
ま、ＧａＮ層１０２を１μｍ積層した。
【０１３５】さらに、この次に、ＡｌＮ層１０３を２０
０ｎｍ積層した。
０ｎｍ積層した。
【０１３６】この次に、この上にＧａＮを積層した。
【０１３７】これには、同じ工程を用いて、５枚のシリ
コン基板上にＧａＮの各々膜厚の異なる数モノレイヤの
発光活性層１０４を積層した。
コン基板上にＧａＮの各々膜厚の異なる数モノレイヤの
発光活性層１０４を積層した。
【０１３８】それぞれのＧａＮの膜厚を３モノレイヤ、
５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイヤ、４モノ
レイヤとし、これらを、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ
とした。
５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイヤ、４モノ
レイヤとし、これらを、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ
とした。
【０１３９】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。
【０１４０】この後、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０６、
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０
８を順次、積層した。
【０１４１】なお、ドーパントには各々、ビスシクロペ
ンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）によって供
給されたＭｇとＳｉＨ4によって供給されたＳｉを用い
た。
ンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）によって供
給されたＭｇとＳｉＨ4によって供給されたＳｉを用い
た。
【０１４２】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、実施例１と同
様の方法で発光素子を作製した。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、実施例１と同
様の方法で発光素子を作製した。
【０１４３】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
【０１４４】この発光のスペクトルを調べたところ、Ａ
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
のサンプルはＧａＮのバンド端にからの発光にほぼ等し
い３６５ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサンプルは、
４３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプルは、５１
０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは５６０ｎｍ
にピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６００ｎｍにピー
クを持つ発光が得られた。
【０１４５】（実施例５）本発明の実施例５の発光素子
は図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
は図１に示すものと同様の構造を持つので、図１を用い
て説明する。
【０１４６】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【０１４７】２インチの（１１１）面のシリコン基板
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
て、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、Ｍ
ＢＥ装置の中にセットした。
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
て、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、Ｍ
ＢＥ装置の中にセットした。
【０１４８】この後、準備室で４００℃、２時間の加熱
を施した後、成長室に搬送した。
を施した後、成長室に搬送した。
【０１４９】成長前に、（１１１）Ｓｉ基板の温度を９
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
【０１５０】その後、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕａ
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
【０１５１】次に、基板温度８００℃において、Ｓｉ表
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照
射する事により行った。
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照
射する事により行った。
【０１５２】次に、同じ基板温度において、ＧａＮ層１
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する
事により行った。
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を窒素ラジカルと同時に照射する
事により行った。
【０１５３】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパターン
は、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリークな
パターンが得られた。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパターン
は、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリークな
パターンが得られた。
【０１５４】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【０１５５】さらに、この次に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
１０３を２００ｎｍ積層した。
１０３を２００ｎｍ積層した。
【０１５６】この時、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎの成長開始直
後のＲＨＥＥＤパターンは、一瞬、スポットライクにな
った後に、回折線の間隔が広がって、さらにストリーク
なパターンに回復した。
後のＲＨＥＥＤパターンは、一瞬、スポットライクにな
った後に、回折線の間隔が広がって、さらにストリーク
なパターンに回復した。
【０１５７】２００ｎｍ積層した後は、完全にＡｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎの格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパター
ンになった。
Ｇａ0.85Ｎの格子間隔を反映した、ＲＨＥＥＤのパター
ンになった。
【０１５８】この次に、実施例１と同じく、Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ上のＩｎ0.2Ｇａ0.8ＮのＲＨＥＥＤパターンと
膜厚（成長時間）との関係を調る同様の結果を確認した
後、同じ工程を用いて、５枚のＳｉ（１１１）基板上に
各々膜厚の異なるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの数モノレイヤの発
光活性層１０４を積層した。
ａ0.85Ｎ上のＩｎ0.2Ｇａ0.8ＮのＲＨＥＥＤパターンと
膜厚（成長時間）との関係を調る同様の結果を確認した
後、同じ工程を用いて、５枚のＳｉ（１１１）基板上に
各々膜厚の異なるＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの数モノレイヤの発
光活性層１０４を積層した。
【０１５９】それぞれのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの膜厚を３モ
ノレイヤ、５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイ
ヤ、１４モノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
ノレイヤ、５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイ
ヤ、１４モノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
【０１６０】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、Ａl0.15Ｇａ0.8 5Ｎを成長した。こ
の時の成長レートもＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎを成長する時の成
長レートとほぼ、同程度に保った。
０秒程度行った後、Ａl0.15Ｇａ0.8 5Ｎを成長した。こ
の時の成長レートもＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎを成長する時の成
長レートとほぼ、同程度に保った。
【０１６１】この後、ＧａＮ層１０６、ｎ−Ａｌ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０８を順次、積層
した。なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを用い
た。
ａ0.95Ｎ層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０８を順次、積層
した。なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを用い
た。
【０１６２】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、第１の実施例
と同様な工程で発光素子を作製した。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、第１の実施例
と同様な工程で発光素子を作製した。
【０１６３】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
【０１６４】この発光のスペクトルを調べたところ、Ａ
のサンプル４２０ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサン
プルは、４８０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプル
は、５６０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは６
１０ｎｍにピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６５０ｎ
ｍにピークを持つ発光が得られた。
のサンプル４２０ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサン
プルは、４８０ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプル
は、５６０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは６
１０ｎｍにピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６５０ｎ
ｍにピークを持つ発光が得られた。
【０１６５】（実施例６）本発明の実施例５の発光素子
も図４に示すものと同様の構造を持つので、図４を用い
て説明する。
も図４に示すものと同様の構造を持つので、図４を用い
て説明する。
【０１６６】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【０１６７】２インチの（１１１）面のシリコン基板
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
て、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、Ｍ
ＢＥ装置の中にセットした。
を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ溶液に
て、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後に、Ｍ
ＢＥ装置の中にセットした。
【０１６８】この後、準備室で４００℃、２時間の加熱
を施した後、成長室に搬送した。
を施した後、成長室に搬送した。
【０１６９】成長前に、（１１１）Ｓｉ基板の温度を９
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
【０１７０】その後、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕａ
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
【０１７１】次に、基板温度８００℃において、Ｓｉ表
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を照射する事により行っ
た。
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を照射する事により行っ
た。
【０１７２】次に、同じ基板温度において、ＧａＮ層１
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を照射する事により、行った。
０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例と同
じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱し
て、ガリウムの分子線を照射する事により、行った。
【０１７３】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｌ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｌ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、（２Ｘ２）構造が確認され、さらに、ストリーク
なパターンが得られた。
【０１７４】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【０１７５】さらに、この次に、ＧａＮ層４０３を２０
０ｎｍ積層した。
０ｎｍ積層した。
【０１７６】この次に、実施例１と同じように、ＧａＮ
上のＩｎ0.4Ｇａ0.6ＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成
長時間）との関係を調べた。第１の実施例と同様の結果
を確認した後、同じ工程を用いて、５枚のＳｉ（１１
１）基板上にそれぞれ膜厚の異なるＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎの
数モノレイヤの発光活性層４０４を積層した。
上のＩｎ0.4Ｇａ0.6ＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成
長時間）との関係を調べた。第１の実施例と同様の結果
を確認した後、同じ工程を用いて、５枚のＳｉ（１１
１）基板上にそれぞれ膜厚の異なるＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎの
数モノレイヤの発光活性層４０４を積層した。
【０１７７】それぞれのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎの膜厚を３モ
ノレイヤ、５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイ
ヤ、１４モノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
ノレイヤ、５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイ
ヤ、１４モノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
【０１７８】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＧａＮを成長した。この時の成長レ
ートもＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎを成長する時の成長レートとほ
ぼ、同程度に保った。
０秒程度行った後、ＧａＮを成長した。この時の成長レ
ートもＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎを成長する時の成長レートとほ
ぼ、同程度に保った。
【０１７９】なお、この時、Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｎの膜厚を
非常に薄くして、発光活性層４０４がすべてＩｎ0.4Ｇ
ａ0.6Ｎによって覆われないようにした事である。
非常に薄くして、発光活性層４０４がすべてＩｎ0.4Ｇ
ａ0.6Ｎによって覆われないようにした事である。
【０１８０】この後、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４０６、ｎ
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４０７、ｎ型のＧａＮ層４０８
を順次、積層した。
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４０７、ｎ型のＧａＮ層４０８
を順次、積層した。
【０１８１】なお、ドーパントには各々、ＭｇとＳｉを
用いた。
用いた。
【０１８２】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、第１の実施例
と同様な工程で発光素子を作製した。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、第１の実施例
と同様な工程で発光素子を作製した。
【０１８３】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源により、順方向に電圧を印加して電流を流したと
ころ、発光が確認された。
【０１８４】この発光のスペクトルを調べたところ、Ａ
のサンプル４４０ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサン
プルは、５００ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプル
は、５８０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは６
３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６７０ｎ
ｍにピークを持つ発光が得られた。
のサンプル４４０ｎｍにピークを持つ発光が、Ｂのサン
プルは、５００ｎｍにピークを持つ発光、Ｃのサンプル
は、５８０ｎｍにピークを持つ発光、Ｄのサンプルは６
３０ｎｍにピークを持つ発光、Ｅのサンプルは６７０ｎ
ｍにピークを持つ発光が得られた。
【０１８５】（実施例７）本発明の実施例７の発光素子
を表す概略構成図を図６に示す。
を表す概略構成図を図６に示す。
【０１８６】この図において、６０１はｎ−型の導電型
を有する基板、６０２はｎ−型の半導体層、６０３は真
性導電型で、バンドギャップの広い半導体層、６０４は
６０６は６０３と格子整合せず、かつ、６０３よりも狭
いバンドギャップ幅の量子箱列から成る発光活性層、６
０５は第１の半導体層とほぼ同じ材料から成る層、６０
６はｐ−型の導電型を持ち、６０４と同じか、それより
もバンドギャップの広い層、６０７はｎ−型の導電型を
持ち、６０６と同じか、それよりもバンドギャップの広
い層、６０８はｎ−型の導電型を持つオーミック電極の
ためのコンタクト層、６０９はｐ−型の導電型のオーミ
ック電極、６１０、６１１はｎ−型の導電型のオーミッ
ク電極である。
を有する基板、６０２はｎ−型の半導体層、６０３は真
性導電型で、バンドギャップの広い半導体層、６０４は
６０６は６０３と格子整合せず、かつ、６０３よりも狭
いバンドギャップ幅の量子箱列から成る発光活性層、６
０５は第１の半導体層とほぼ同じ材料から成る層、６０
６はｐ−型の導電型を持ち、６０４と同じか、それより
もバンドギャップの広い層、６０７はｎ−型の導電型を
持ち、６０６と同じか、それよりもバンドギャップの広
い層、６０８はｎ−型の導電型を持つオーミック電極の
ためのコンタクト層、６０９はｐ−型の導電型のオーミ
ック電極、６１０、６１１はｎ−型の導電型のオーミッ
ク電極である。
【０１８７】この発光素子を作製するために、以下のよ
うな工程にしたがった。
うな工程にしたがった。
【０１８８】２インチのｎ−型の（１１１）面のシリコ
ン基板を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ
溶液にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後
に、ＭＢＥ装置の中にセットした。
ン基板を、アセトン、アルコールで洗浄後、５％のＨＦ
溶液にて、ディッピングして、酸化膜の除去を行った後
に、ＭＢＥ装置の中にセットした。
【０１８９】この後、準備室で４００℃、２時間の加熱
を施した後、成長室に搬送した。
を施した後、成長室に搬送した。
【０１９０】成長前に、（１１１）Ｓｉ基板の温度を９
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
００℃に上昇させ、その後、基板温度を８００℃に下降
させる事により、ＲＨＥＥＤにて、清浄な原子面である
（７Ｘ７）のパターンを確認した。
【０１９１】その後、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕａ
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
ｅｎｃｙ）プラズマセルを用いて、純化器により、純化
された窒素ガスを供給して、ＲＦ電力を供給する事によ
り、窒素ラジカルを生成した。
【０１９２】次に、基板温度８００℃において、Ｓｉ表
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を照射する事により行っ
た。
面にまず、Ａｌを供給し、次にＡｌと窒素ラジカルを同
時に供給する事により、Ｓｉ表面にＡｌＮの２０ｎｍの
バッファー層を積層した。なお、第１の実施例と同様に
Ａｌはクヌードセンセルにより金属アルミニウムを加熱
して、アルミニウムの分子線を照射する事により行っ
た。
【０１９３】次に、同じ基板温度において、ｎ−ＧａＮ
層６０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例
と同じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱
して、ガリウムの分子線を照射する事により、行った。
また、ドーパントはＳｉを用いた。
層６０２を１μｍ積層した。なお、Ｇａも第１の実施例
と同じく、クヌードセンセルにより金属ガリウムを加熱
して、ガリウムの分子線を照射する事により、行った。
また、ドーパントはＳｉを用いた。
【０１９４】ＧａＮ層を１μｍ成長した後に、ＲＨＥＥ
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、ガリウム面が表面を形成している事を示す（２Ｘ
２）構造が確認され、さらに、パターンはストリークで
あった。
Ｄ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のパター
ンは、ガリウム面が表面を形成している事を示す（２Ｘ
２）構造が確認され、さらに、パターンはストリークで
あった。
【０１９５】この結果、ＧａＮの成長は二次元的に行わ
れている事が示唆された。
れている事が示唆された。
【０１９６】さらに、この次に、ノンドープのＡｌＮ層
６０３を２００ｎｍ積層した。
６０３を２００ｎｍ積層した。
【０１９７】この次に、実施例１と同じように、ＡｌＮ
上のＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）と
の関係を調べた。同様の結果を確認した後、同じ工程を
用いて、５枚のＳｉ（１１１）基板上にＧａＮの数モノ
レイヤの発光活性層６０４を積層した。
上のＧａＮのＲＨＥＥＤパターンと膜厚（成長時間）と
の関係を調べた。同様の結果を確認した後、同じ工程を
用いて、５枚のＳｉ（１１１）基板上にＧａＮの数モノ
レイヤの発光活性層６０４を積層した。
【０１９８】それぞれのＧａＮの膜厚を３モノレイヤ、
５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイヤ、１４モ
ノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅとする。
５モノレイヤ、８モノレイヤ、１１モノレイヤ、１４モ
ノレイヤとし。これらを、各々、順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅとする。
【０１９９】次にこれらを積層した後に、成長中断を３
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートはＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。 この後、ｐ−Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層６０
６、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層６０７、ｎ型のＧａＮ層
６０８を順次、積層した。
０秒程度行った後、ＡｌＮを成長した。この時の成長レ
ートはＧａＮを成長する時の成長レートとほぼ、同程度
に保った。 この後、ｐ−Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層６０
６、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層６０７、ｎ型のＧａＮ層
６０８を順次、積層した。
【０２００】なお、ｐ型のドーパントにはＳｉを用い
た。
た。
【０２０１】以上のような、工程で作製された発光素子
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層６０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層６０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。 ３）エッチング終了後レジストを剥離し、再び、フォト
レジストを用いて所定のパターンに露光する事により、
電極６０９、６１０のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層６０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層６０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極６１０、ｐ型オーミック電極６０９とする。な
お、本実施例においては、６０７、６０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極６０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極６１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとして
いる。 ５）Ｓｉ基板の裏面にｎ型のオーミック電極６１１を形
成する。 ６）電極をアニールする事により、各々の電極をオーミ
ック化する。
のウエハーを結晶成長装置から取り出し、次のような工
程で発光素子を作製した。 １）ｎ型ＧａＮ層６０８の上にフォトレジストで所定の
パターンを作成する。 ２）ｎ型ＧａＮ層６０８の一部をｐ型ＡｌＧａＮ層１０
６が露出するまでエッチングする。 ３）エッチング終了後レジストを剥離し、再び、フォト
レジストを用いて所定のパターンに露光する事により、
電極６０９、６１０のパターンを作成する。 ４）ｎ型ＧａＮ層６０８にはＡｌを蒸着し、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ層６０６にはＮｉを蒸着して、それぞれｎ型オーミ
ック電極６１０、ｐ型オーミック電極６０９とする。な
お、本実施例においては、６０７、６０８は同心円状に
エッチングし、ｐ型オーミック電極６０９はこの同心円
を取り囲むようにリング状に形成し、ｎ型オーミック電
極６１０はこの同心円の頂上にリング状に形成する。同
心円の直径は３００μｍ、電極の幅は１００μｍとして
いる。 ５）Ｓｉ基板の裏面にｎ型のオーミック電極６１１を形
成する。 ６）電極をアニールする事により、各々の電極をオーミ
ック化する。
【０２０２】以上のような工程により、作製した発光素
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源を６０９と６１０に接続し、ｐｎ接合に順方向に
電圧を印加して電流を流したところ、発光が確認され
た。
子をウエハーから１チップづつ切り離した後に、不図示
の電源を６０９と６１０に接続し、ｐｎ接合に順方向に
電圧を印加して電流を流したところ、発光が確認され
た。
【０２０３】これと同時に、不図示の電源を電極６０９
と６１１に接続し、ｐｎ接合逆方向に電圧を印加した。
と６１１に接続し、ｐｎ接合逆方向に電圧を印加した。
【０２０４】このときのバンド図は図７のようになる。
注入された少数キャリア（この図では電子）が、ＧａＮ
発光活性層に供給されるのは図５と同じであるが、この
とき電極６１１に加える電圧によって、ＡｌＮ層に印加
される電界が変化する。これにより、発光活性層に加え
られる電圧を変調でき、ＱＣＳＥにより、発光波長を制
御する事ができる。
注入された少数キャリア（この図では電子）が、ＧａＮ
発光活性層に供給されるのは図５と同じであるが、この
とき電極６１１に加える電圧によって、ＡｌＮ層に印加
される電界が変化する。これにより、発光活性層に加え
られる電圧を変調でき、ＱＣＳＥにより、発光波長を制
御する事ができる。
【０２０５】この時、電圧を変化させながら、発光波長
を調べたところ、電圧に対する、発光波長のピークは図
８のようになり、発光波長を印加電圧で制御する事が可
能になった。
を調べたところ、電圧に対する、発光波長のピークは図
８のようになり、発光波長を印加電圧で制御する事が可
能になった。
【０２０６】なお、本実施例では、結晶成長は、Ｇａ
（ＩＩＩ族）面が常に露出するような条件で行ったが、
逆にＮ面が常に露出するような条件で結晶成長を行って
も良い。
（ＩＩＩ族）面が常に露出するような条件で行ったが、
逆にＮ面が常に露出するような条件で結晶成長を行って
も良い。
【０２０７】この場合は、発光活性層６０４にかかるビ
ルトイン電界の方向が逆になり、電圧の変化に対する波
長の変化の様子は、図８とは逆になる。
ルトイン電界の方向が逆になり、電圧の変化に対する波
長の変化の様子は、図８とは逆になる。
【０２０８】（実施例８）図９は本発明の第８の実施例
の照明装置を示す概略構成図である。
の照明装置を示す概略構成図である。
【０２０９】この図において、９０１は発光素子９０
２、９０３、９０４を支持する機体であり、発光素子９
０２、９０３、９０４は、それぞれ、この発光素子の構
造を実施例１から実施例６に述べたいずれかの構造に
し、かつ、発光活性層の膜厚を変化させる事により、青
（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光が得られるように調
整する。 また、発光素子９０２、９０３、９０４はそ
れぞれ、電源９０５、９０６、９０７に接続されてい
て、それぞれの素子に独立に電流を流す。
２、９０３、９０４を支持する機体であり、発光素子９
０２、９０３、９０４は、それぞれ、この発光素子の構
造を実施例１から実施例６に述べたいずれかの構造に
し、かつ、発光活性層の膜厚を変化させる事により、青
（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の発光が得られるように調
整する。 また、発光素子９０２、９０３、９０４はそ
れぞれ、電源９０５、９０６、９０７に接続されてい
て、それぞれの素子に独立に電流を流す。
【０２１０】流す電流を調節する事により、白色光が得
られ、ファックス、コピー機、スキャナー等に用いられ
る白色の照明装置が実現できる。
られ、ファックス、コピー機、スキャナー等に用いられ
る白色の照明装置が実現できる。
【０２１１】（実施例９）図１０は本発明の第９の実施
例の発光素子アレーを示す概略構成図である。
例の発光素子アレーを示す概略構成図である。
【０２１２】この図において、（ａ）は発光素子アレー
を上面から見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）にお
けるＡＡ〓断面を横方向から見た概略構成図である。
を上面から見た概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）にお
けるＡＡ〓断面を横方向から見た概略構成図である。
【０２１３】図において、１００１は発光素子アレーを
形成する化合物半導体、１００２は第一の導電型のオー
ミック電極、１００３は第二の導電型のオーミック電
極、１００４は第一の導電型のオーミック電極１００２
に電気的に接触された電極パッド、１００５は第二の導
電型のオーミック電極１００３に電気的に接触された電
極パッドを表す。 本発光素子アレーを、ＬＥＤプリン
タの光源として用いる場合は、原稿からの反射光や透過
光、あるいは、原稿を読み取り信号化し、この信号によ
り、本発光素子アレイを駆動する事により行われる。
形成する化合物半導体、１００２は第一の導電型のオー
ミック電極、１００３は第二の導電型のオーミック電
極、１００４は第一の導電型のオーミック電極１００２
に電気的に接触された電極パッド、１００５は第二の導
電型のオーミック電極１００３に電気的に接触された電
極パッドを表す。 本発光素子アレーを、ＬＥＤプリン
タの光源として用いる場合は、原稿からの反射光や透過
光、あるいは、原稿を読み取り信号化し、この信号によ
り、本発光素子アレイを駆動する事により行われる。
【０２１４】また、本発光素子アレーを照明装置として
用いる場合は、その一例として、図１１のように、導光
板１１０１の端部に発光素子アレー１１０２を配置し、
発光素子アレイからの光を、導光板に導き、導光板１１
０１の光放射面１１０３から面上に光を放射させる事に
より、照明装置を形成する事ができる。
用いる場合は、その一例として、図１１のように、導光
板１１０１の端部に発光素子アレー１１０２を配置し、
発光素子アレイからの光を、導光板に導き、導光板１１
０１の光放射面１１０３から面上に光を放射させる事に
より、照明装置を形成する事ができる。
【０２１５】（実施例１０）図１２は本発明の発光素子
を備えた電子写真装置並びにファクシミリの記録装置に
用いられるドラム型感光体を用いた一般的な転写式電子
写真装置の概略構成図である。
を備えた電子写真装置並びにファクシミリの記録装置に
用いられるドラム型感光体を用いた一般的な転写式電子
写真装置の概略構成図である。
【０２１６】図において、１２０１は像担持体としての
ドラム型感光体であり矢印方向に所定の周速度で回転駆
動される。
ドラム型感光体であり矢印方向に所定の周速度で回転駆
動される。
【０２１７】該感光体１２０１はその回転過程で帯電手
段１２０２によりその周面に正または負の所定電位の均
一帯電を受け、次いで露光部１２０３にて発光素子アレ
ー１２０４からの光を像露光手段１２０５により光像露
光を受ける。
段１２０２によりその周面に正または負の所定電位の均
一帯電を受け、次いで露光部１２０３にて発光素子アレ
ー１２０４からの光を像露光手段１２０５により光像露
光を受ける。
【０２１８】これにより感光体周面に露光像に対応した
静電潜像が順次形成されていく。その静電潜像は、次い
で現像手段１２０６でトナー現像され、そのトナー現像
像が転写手段１２０７により不図示の給紙部から感光体
１２０１と転写手段１２０７との間に感光体１２０１の
回転と同期取りされて給送された転写材１２０８の面に
順次転写されていく。
静電潜像が順次形成されていく。その静電潜像は、次い
で現像手段１２０６でトナー現像され、そのトナー現像
像が転写手段１２０７により不図示の給紙部から感光体
１２０１と転写手段１２０７との間に感光体１２０１の
回転と同期取りされて給送された転写材１２０８の面に
順次転写されていく。
【０２１９】像転写を受けた転写材１２０８は感光体面
から分離されて像定着手段１２０９へ導入されて像定着
を受けて複写物（コピー）として機外へプリントアウト
される。
から分離されて像定着手段１２０９へ導入されて像定着
を受けて複写物（コピー）として機外へプリントアウト
される。
【０２２０】像転写後の感光体１２０１の表面はクリー
ニング手段１２１０にて転写残りトナーの除去を受けて
清浄面化され、前露光手段１２１１により除電処理がさ
れて繰り返して像形成に使用される。
ニング手段１２１０にて転写残りトナーの除去を受けて
清浄面化され、前露光手段１２１１により除電処理がさ
れて繰り返して像形成に使用される。
【０２２１】感光体１２０１の均一帯電手段１２０２と
してはコロナ帯電装置が一般に広く使用されている。
してはコロナ帯電装置が一般に広く使用されている。
【０２２２】また、転写装置１２０７もコロナ転写手段
が一般に広く使用されている。
が一般に広く使用されている。
【０２２３】電子写真装置として、上述の感光体や現像
手段、クリーニング手段などの構成要素のうち、複数の
ものを装置ユニットとして一体に結合して構成し、この
ユニットを装置本体に対して着脱自在に構成しても良
い。
手段、クリーニング手段などの構成要素のうち、複数の
ものを装置ユニットとして一体に結合して構成し、この
ユニットを装置本体に対して着脱自在に構成しても良
い。
【０２２４】例えば、感光体１２０１とクリーニング手
段１２１０とを一体化してひとつの装置ユニットとし、
装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在の構
成にしてもよい。
段１２１０とを一体化してひとつの装置ユニットとし、
装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在の構
成にしてもよい。
【０２２５】このとき、上記の装置ユニットのほうに帯
電手段および／または現像手段を伴って構成してもよ
い。
電手段および／または現像手段を伴って構成してもよ
い。
【０２２６】また、光像露光は、電子写真装置を複写機
やプリンターとして使用する場合には、原稿からの反射
光や透過光、あるいは、原稿を読み取り信号化し、この
信号により、発光ダイオードアレイを駆動する事により
行われる。
やプリンターとして使用する場合には、原稿からの反射
光や透過光、あるいは、原稿を読み取り信号化し、この
信号により、発光ダイオードアレイを駆動する事により
行われる。
【０２２７】また、ファクシミリのプリンターとして使
用する場合には、光像露光は受信データをプリントする
ための露光になる。
用する場合には、光像露光は受信データをプリントする
ための露光になる。
【０２２８】
【発明の効果】本発明により、ピエゾ電界を発光活性層
に印加することによって、発光波長をバルクのバンド端
波長から大きく変化させる発光素子において、電流注入
によって発光させる構造を提供する事ができる。
に印加することによって、発光波長をバルクのバンド端
波長から大きく変化させる発光素子において、電流注入
によって発光させる構造を提供する事ができる。
【０２２９】さらにこのような構造を用いる事によっ
て、例えば、ＩｎxＧａ1-xＮを発光活性層に持つ発光素
子においても、低いＩｎの混晶比でも、長波長側に大き
く発光波長をシフトさせる事が可能になった。
て、例えば、ＩｎxＧａ1-xＮを発光活性層に持つ発光素
子においても、低いＩｎの混晶比でも、長波長側に大き
く発光波長をシフトさせる事が可能になった。
【０２３０】このため、十分な寿命を有し、且つ青色か
ら赤色など幅広い波長領域において発光波長を選択する
ことができる半導体発光素子および半導体発光装置を提
供することができた。
ら赤色など幅広い波長領域において発光波長を選択する
ことができる半導体発光素子および半導体発光装置を提
供することができた。
【図１】本発明の第１，２，５の実施例を表す概略構成
図
図
【図２】本発明の第１の実施例の発光素子の動作原理を
示すバンド図
示すバンド図
【図３】本発明の第１の実施例における発光活性層の成
長時間に対するＲＨＥＥＤパターンの変化の様子を示し
た図
長時間に対するＲＨＥＥＤパターンの変化の様子を示し
た図
【図４】本発明の第３，４，６の実施例を表す概略構成
図
図
【図５】本発明の第３の実施例の発光素子の動作原理を
示すバンド図
示すバンド図
【図６】本発明の第７の実施例を表す概略構成図
【図７】本発明の第７の実施例の発光素子の動作原理を
示すバンド図
示すバンド図
【図８】本発明の第７の実施例における印加電圧と発光
波長ピークの関係を表す図
波長ピークの関係を表す図
【図９】本発明の第８の実施例の照明装置を表す構成図
【図１０】本発明の第９の実施例のプリンタ用光源を表
す構成図
す構成図
【図１１】本発明の第９の実施例の発光素子アレーを照
明装置として用いた例を示す斜視図
明装置として用いた例を示す斜視図
【図１２】本発明の第１０の実施例の転写式電子写真装
置の概略構成図
置の概略構成図
１０１ 基板 １０２ バッファ層 １０３ バンドギャップ幅の広い第１の半導体層 １０４ 発光活性層（第２の半導体層） １０５ 第１の半導体層とほぼ同じ材料から成る層（第
３の半導体層） １０６ 第１の導電型を持ち、１０４と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層（第４の半導体層） １０７ 第２の導電型を持ち、１０６と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層（第５の半導体層） １０８ 第２の導電型を持つオーミック電極のためのコ
ンタクト層 １０９ 第１の導電型のオーミック電極 １１０ 第２の導電型のオーミック電極 ４０１ 基板 ４０２ バッファ層 ４０３ バンドギャップ幅の広い第１の半導体層 ４０４ 発光活性層４０５は第１の半導体層とほぼ同じ
材料から成る層 ４０６ 第１の導電型を持ち、４０４と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層 ４０７ 第２の導電型を持ち、４０６と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層 ４０８ 第２の導電型を持つオーミック電極のためのコ
ンタクト層 ４０９ 第１の導電型のオーミック電極 ４１０ 第２の導電型のオーミック電極 ６０１ ｎ−型の導電型を有する基板 ６０２ ｎ−型の半導体層 ６０３ 真性導電型で、バンドギャップの広い半導体層 ６０４ 発光活性層 ６０５ 第１の半導体層とほぼ同じ材料から成る層 ６０６ ｐ−型の導電型を持ち、６０４と同じか、それ
よりもバンドギャップの広い層 ６０７ ｎ−型の導電型を持ち、６０６と同じか、それ
よりもバンドギャップの広い層 ６０８ ｎ−型の導電型を持つオーミック電極のための
コンタクト層 ６０９ ｐ−型の導電型のオーミック電極 ６１０、６１１ ｎ−型の導電型のオーミック電極
３の半導体層） １０６ 第１の導電型を持ち、１０４と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層（第４の半導体層） １０７ 第２の導電型を持ち、１０６と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層（第５の半導体層） １０８ 第２の導電型を持つオーミック電極のためのコ
ンタクト層 １０９ 第１の導電型のオーミック電極 １１０ 第２の導電型のオーミック電極 ４０１ 基板 ４０２ バッファ層 ４０３ バンドギャップ幅の広い第１の半導体層 ４０４ 発光活性層４０５は第１の半導体層とほぼ同じ
材料から成る層 ４０６ 第１の導電型を持ち、４０４と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層 ４０７ 第２の導電型を持ち、４０６と同じか、それよ
りもバンドギャップの広い層 ４０８ 第２の導電型を持つオーミック電極のためのコ
ンタクト層 ４０９ 第１の導電型のオーミック電極 ４１０ 第２の導電型のオーミック電極 ６０１ ｎ−型の導電型を有する基板 ６０２ ｎ−型の半導体層 ６０３ 真性導電型で、バンドギャップの広い半導体層 ６０４ 発光活性層 ６０５ 第１の半導体層とほぼ同じ材料から成る層 ６０６ ｐ−型の導電型を持ち、６０４と同じか、それ
よりもバンドギャップの広い層 ６０７ ｎ−型の導電型を持ち、６０６と同じか、それ
よりもバンドギャップの広い層 ６０８ ｎ−型の導電型を持つオーミック電極のための
コンタクト層 ６０９ ｐ−型の導電型のオーミック電極 ６１０、６１１ ｎ−型の導電型のオーミック電極
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA11 CA04 CA05 CA22 CA34 CA49 CA65 CA66 CA74 CB22 FF11 FF13 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AD09 AD12 AD14 AD15 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 CA09 CA10 DA53 DA56 DA63 EB13 EB15 HA01 HA04
Claims (41)
- 【請求項１】 少なくともＧａ及びＮを元素として含む
窒化ガリウム系の化合物半導体発光素子において、半導
体、或は、絶縁性の基板の上に、格子緩和が十分生じる
程度の厚い膜厚を有する第１の半導体層が積層され、該
第１の半導体層の上に該第１の半導体よりもバンドギャ
ップが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない第
２の半導体層が積層され、さらに、該第２の半導体層の
上に電子および正孔がトンネルできる十分、薄い第１の
半導体と同じか、あるいは、第１の半導体よりもバンド
ギャップの小さい第３の半導体層が積層していて、さら
に、該第３の半導体層の上部にｐｎ接合を形成する第４
の半導体層、第５の半導体層が順次、積層された構造を
有する事を特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記格子緩和が十分生じる程度の厚い膜
厚とは、臨界膜厚以上の膜厚である請求項1に記載の窒
化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 該第２の半導体層が臨界膜厚以下の膜厚
で積層されている事を特徴とする請求項１に記載の窒化
物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 該第４の半導体層および該第５の半導体
層のバンドギャップが該第２の半導体層のバンドギャッ
プと同じか、あるいは、該第２の半導体層のバンドギャ
ップよりも広い事を特徴とする請求項１に記載の窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項５】 該第１の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦＋ｙ≦１）で
ある事を特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項６】 該第２の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１， ０≦ｘ＋ｙ≦
１）である事を特徴とする請求項１に記載の窒化物系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項７】 該第２の半導体層がその厚さに揺らぎを
持っている事を特徴とする請求項１に記載の窒化物系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項８】 該第４の半導体層の膜厚が該第３の半導
体の上に積層される時の臨界膜厚よりも厚い事を特徴と
する請求項１に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項９】 該第４の半導体層と該第５の半導体層を
各々に配されたオーミック電極を通じて順バイアスする
ことにより、該第４の半導体層に注入した少数キャリア
の再結合寿命をτlとし、少数キャリアの拡散定数をＤ
として、第４の半導体層の膜厚が（Ｄτl）1/2よりも薄
い事を特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項１０】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
にオーミック電極を通じて順バイアスすることにより、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の
半導体をトンネリングにより通過して、該第２の半導体
層に注入される時間をτtとし、該第２の半導体層に電
子と正孔が注入されて発光する時の発光再結合時間をτ
lとした時、τt＜τlである事を特徴とする請求項１に
記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１１】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
にオーミック電極を通じて順バイアスすることにより、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の
半導体層をトンネリングして該第２の半導体層に到達す
る事により該第２の半導体層に存在する少数キャリア数
をＮrとし、該第４の半導体層に注入された少数キャリ
ア数をＮminとし、少数キャリアの再結合寿命をτlとし
た時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮr／
（Ｎmin×τl）よりも短い事を特徴とする請求項１に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１２】 該第４の半導体層の多数キャリア数を
Ｎmaj、該多数キャリア数が該第３の半導体層をトンネ
リングして該第２の半導体層に到達する時間をＮmag、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアの再結合寿
命をτlとした時、少数キャリアのの再結合寿命をτlと
した時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮｒ／
（Ｎmay×τmay）よりも短くなるように該第３の半導体
層の膜厚が設定されている事を特徴とする請求項１に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１３】 少なくともＧａ及びＮを元素として含
む窒化ガリウム系の窒化物系化合物半導体発光素子にお
いて、半導体、或は、絶縁性の基板の上に、少なくとも
格子緩和が十分生じた第１の半導体層が積層され、該第
１の半導体層の上に該第１の半導体よりもバンドギャッ
プが小さく、かつ、第１の半導体と格子整合しない第２
の半導体層が積層され、さらに、第１の半導体と第２の
半導体の中間の格子定数を持つ半導体材料によって構成
される第３の半導体層が積層していて、さらに、該第３
の半導体層の上部にｐｎ接合を形成する第４の半導体
層、第５の半導体層が順次、積層された構造を有する事
を特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１４】 該第２の半導体が膜厚の揺らぎを持っ
ていて、かつ、該第３の半導体層が前記膜厚の揺らぎを
減少させるように積層されている事を特徴とする請求項
１３１２に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１５】 該第２の半導体層と該第４の半導体層
が該第３の半導体層を介せずに接触している部分を持つ
ように積層されている事を特徴とする請求項１４に記載
の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１６】 該第２の半導体層が臨界膜厚以下の膜
厚で積層されている事を特徴とする請求項１３に記載の
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１７】 該第４の半導体層および該第５の半導
体層のバンドギャップが該第２の半導体層のバンドギャ
ップと同じか、あるいは、該第２の半導体層のバンドギ
ャップよりも広い事を特徴とする発明の請求項１３に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１８】 該第１の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
である事を特徴とする請求項１３に記載の窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項１９】 該第１の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
である事を特徴とする発明の請求項１３に記載の窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２０】 該第２の半導体層がその厚さに揺らぎ
を持っている事を特徴とする請求項１３に記載の窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２１】 該第４の半導体層が該第３の半導体の
上に積層される時の臨界膜厚よりも厚い膜厚を持ってい
る事を特徴とする請求項１３に記載の窒化物系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項２２】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
を各々に配されたオーミック電極を通じて順バイアスす
ることにより、該第４の半導体層に注入した少数キャリ
アの再結合寿命をτｌとし、少数キャリアの拡散定数を
Ｄとして、第４の半導体層の膜厚が（Ｄτl）1/2よりも
薄い事を特徴とする請求項１３に記載の窒化物系化合物
半導体発光素子。 - 【請求項２３】 第４の半導体層と該第５の半導体層に
オーミック電極を通じて順バイアスすることにより、該
第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の半
導体をトンネリングにより通過して、該第２の半導体層
に注入される時間をτtとし、該第２の半導体層に電子
と正孔が注入されて発光する時の発光再結合時間をτl
とした時、τt＜τlである事を特徴とする請求項１３に
記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２４】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
にオーミック電極を通じて順バイアスすることにより、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の
半導体層をトンネリングして該第２の半導体層に到達す
る事により該第２の半導体層に存在する少数キャリア数
をＮrとし、該第４の半導体層に注入された少数キャリ
ア数をＮminとし、少数キャリアのの再結合寿命をτｌ
とした時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮr
／Ｎmin×τlよりも短い事を特徴とする請求項１３に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２５】 該第４の半導体層の多数キャリア数を
Ｎmaj、該多数キャリア数が該第３の半導体層をトンネ
リングして該第２の半導体層に到達する時間をＮmag、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアの再結合寿
命をτlとした時、少数キャリアのの再結合寿命をτlと
した時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮr／
Ｎmaj×τmajよりも短い事を特徴とする請求項１３に記
載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２６】 該第２の半導体層を作製する方法が、
該第２の半導体層を積層した後、１秒以上１０分以下の
成長中断をするで作製される事を特徴とする請求項７お
よび２０に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２７】 少なくともＧａ及びＮを元素として含
む窒化ガリウム系の窒化物系化合物半導体発光素子にお
いて、導電性の半導体基板の上に、少なくとも格子緩和
が十分生じた該半導体基板と同一の導電型を有する第１
の半導体層が積層され、該第１の半導体層の上に該第１
の半導体よりもバンドギャップが小さく、かつ、第１の
半導体と格子整合しない第２の半導体層が積層され、さ
らに、第１の半導体と第２の半導体の中間の格子定数を
持つ半導体材料によって構成される第３の半導体層が積
層していて、さらに、該第３の半導体層の上部にｐｎ接
合を形成する第４の半導体層、第５の半導体層が順次、
積層された構造を有し、かつ、導電性の半導体基板と第
４の半導体層の間に印加する電圧を制御する事により、
発光波長を変化させる構造を有する事を特徴とする窒化
物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２８】 請求項２７の窒化物系化合物半導体発
光素子において、該第２の半導体が膜厚の揺らぎを持っ
ていて、かつ、該第３の半導体層が前記膜厚の揺らぎを
減少させるように積層されている事を特徴とする窒化物
系化合物半導体発光素子。 - 【請求項２９】 該第２の半導体層と該第４の半導体層
が該第３の半導体層を介せずに接触している部分を持つ
ように積層されている事を特徴とする請求項２７に記載
の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３０】 該第２の半導体層が臨界膜厚以下の膜
厚で積層されている事を特徴とする請求項２７に記載の
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３１】 該第４の半導体層および該第５の半導
体層のバンドギャップが該第２の半導体層のバンドギャ
ップと同じか、あるいは、該第２の半導体層のバンドギ
ャップよりも広い事を特徴とする請求項２７に記載の窒
化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３２】 該第１の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）
である事を特徴とする請求項２７に記載の窒化物系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項３３】 該第１の半導体層がＡｌxＩｎyＧａ
l-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１， ０≦ｘ＋ｙ≦
１）である事を特徴とする請求項２７に記載の窒化物系
化合物半導体発光素子。 - 【請求項３４】 請求項２７の窒化物系化合物半導体発
光素子において、該第２の半導体層がその厚さに揺らぎ
を持っている事を特徴とする窒化物系化合物半導体発光
素子。 - 【請求項３５】 請求項２７の窒化物系化合物半導体発
光素子において、該第４の半導体層が該第３の半導体の
上に積層される時の臨界膜厚よりも厚い膜厚を持ってい
る事を特徴とする窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３６】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
を各々に配されたオーミック電極を通じて順バイアスす
ることにより、該第４の半導体層に注入した少数キャリ
アの再結合寿命をτｌとし、少数キャリアの拡散定数を
Ｄとして、第４の半導体層の膜厚が（Ｄτl）1/2よりも
薄い事を特徴とする請求項２７に記載の窒化物系化合物
半導体発光素子。 - 【請求項３７】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
にオーミック電極を通じて順バイアスすることにより、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の
半導体をトンネリングにより通過して、該第２の半導体
層に注入される時間をτtとし、該第２の半導体層に電
子と正孔が注入されて発光する時の発光再結合時間をτ
ｌとした時、τｔ＜τｌである事を特徴とする請求項２
７に記載の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３８】 該第４の半導体層と該第５の半導体層
にオーミック電極を通じて順バイアスすることにより、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアが該第３の
半導体層をトンネリングして該第２の半導体層に到達す
る事により該第２の半導体層に存在する少数キャリア数
をＮrとし、該第４の半導体層に注入された少数キャリ
ア数をＮminとし、少数キャリアのの再結合寿命をτlと
した時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮr／
Ｎmin×τlよりも短い事を特徴とする請求項２７に記載
の窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項３９】 該第４の半導体層の多数キャリア数を
Ｎmaj、該多数キャリア数が該第３の半導体層をトンネ
リングして該第２の半導体層に到達する時間をＮmag、
該第４の半導体層に注入された少数キャリアの再結合寿
命をτｌとした時、少数キャリアのの再結合寿命をτｌ
とした時、該第２の半導体層での発光再結合時間がＮr
／Ｎmaj×τmajよりも短い事を特徴とする請求項２７の
窒化物系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４０】 少なくともＧａ及びＮを元素として含
む窒化ガリウム系の化合物半導体発光素子において、半
導体、或は、絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚
を有する第１の半導体層が積層され、該第１の半導体層
の上に該第１の半導体よりもバンドギャップが小さく、
かつ、第１の半導体と格子整合しない第２の半導体層が
積層され、さらに、該第２の半導体層の上に電子および
正孔がトンネルできる十分薄い第３の半導体層が積層し
ていている事を特徴とする窒化物系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項４１】 Ｇａ及びＮを元素として含む窒化ガリ
ウム系の化合物半導体発光素子の製造方法において、半
導体、或は、絶縁性の基板の上に、臨界膜厚以上の膜厚
を有する第１の半導体層が積層する工程、該第１の半導
体層の上に該第１の半導体よりもバンドギャップが小さ
く、かつ、第１の半導体と格子整合しない第２の半導体
層が積層Ｒこいていする工程、及び該第２の半導体層の
上に電子および正孔がトンネルできるに十分薄い第３の
半導体層を積層する工程を有することを特徴とする窒化
物系化合物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001035170A JP2002246642A (ja) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | 窒化物系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001035170A JP2002246642A (ja) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | 窒化物系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004207610A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 白色発光素子およびその製造方法 |
| JP2005128539A (ja) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Samsung Electronics Co Ltd | 感光性半導体ナノ結晶、半導体ナノ結晶パターン形成用感光性組成物及びこれらを用いたパターン形成方法 |
| WO2006038665A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2009505377A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-02-05 | 日本碍子株式会社 | 半導体積層構造とその形成方法、および発光素子 |
| US7518162B2 (en) | 2006-02-02 | 2009-04-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light emitting device |
| JP2009530803A (ja) * | 2006-03-13 | 2009-08-27 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ スィヤンティフィック（セーエヌエルエス） | モノリシック白色発光ダイオード |
| JP4880456B2 (ja) * | 2004-11-22 | 2012-02-22 | パナソニック株式会社 | 窒素化合物系半導体装置およびその製造方法 |
| JP2018113324A (ja) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | 国立大学法人 和歌山大学 | 光デバイス及び光デバイスの製造方法 |
| CN108574029A (zh) * | 2017-03-13 | 2018-09-25 | 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 | 发光二极管 |
| CN116111012A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-05-12 | 南京邮电大学 | 一种可调控偏振发光模式的发光二极管 |
| CN116914051A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-10-20 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种半导体器件及其制备方法和应用 |
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Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207610A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 白色発光素子およびその製造方法 |
| US8758864B2 (en) | 2003-10-21 | 2014-06-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photosensitive semiconductor nanocrystals, photosensitive composition comprising semiconductor nanocrystals and method for forming semiconductor nanocrystal pattern using the same |
| JP2005128539A (ja) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Samsung Electronics Co Ltd | 感光性半導体ナノ結晶、半導体ナノ結晶パターン形成用感光性組成物及びこれらを用いたパターン形成方法 |
| US8911883B2 (en) | 2003-10-21 | 2014-12-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photosensitive semiconductor nanocrystals, photosensitive composition comprising semiconductor nanocrystals and method for forming semiconductor nanocrystal pattern using the same |
| WO2006038665A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4880456B2 (ja) * | 2004-11-22 | 2012-02-22 | パナソニック株式会社 | 窒素化合物系半導体装置およびその製造方法 |
| JP2009505377A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-02-05 | 日本碍子株式会社 | 半導体積層構造とその形成方法、および発光素子 |
| US7518162B2 (en) | 2006-02-02 | 2009-04-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light emitting device |
| JP2009530803A (ja) * | 2006-03-13 | 2009-08-27 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ スィヤンティフィック（セーエヌエルエス） | モノリシック白色発光ダイオード |
| JP2018113324A (ja) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | 国立大学法人 和歌山大学 | 光デバイス及び光デバイスの製造方法 |
| CN108574029A (zh) * | 2017-03-13 | 2018-09-25 | 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 | 发光二极管 |
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