JP2004055719A

JP2004055719A - Gallium nitride compound semiconductor device

Info

Publication number: JP2004055719A
Application number: JP2002209295A
Authority: JP
Inventors: Shiro Sakai; 酒井　士郎; Wan Tao; タオ　ワン
Original assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Current assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED which is superior in luminous efficiency at a wavelength of at most 380 nm. <P>SOLUTION: An n-clad layer 20, a light-emitting layer 22, a p-block layer 24 and a p-clad layer 26 are formed on a substrate 10. As the light-emitting layer 22, a quantum well structure of an AlInGaN well layer/an AlGaN barrier layer is used. By optimizing the composition and thickness of the well layer and the barrier layer, luminous efficiency is improved. For example, an SQW constituted of n-Al<SB>0.2</SB>Ga<SB>0.8</SB>N barrier layer (10 nm)/undoped Al<SB>0.1</SB>In<SB>0.05</SB>Ga<SB>0.85</SB>N quantum layer (1.25 nm)/undoped Al<SB>0.2</SB>Ga<SB>0.5</SB>N barrier layer is set as the light-emitting layer 22. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、特に波長３８０ｎｍ以下の光を発する発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩｎＧａＮを発光層とした波長３７５ｎｍ〜６００ｎｍのＬＥＤが開発されている。Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮは、Ｉｎ組成ｘの増大と共に発光波長が長波長側にシフトし、すなわち、ｘ＝０（ＧａＮ）の場合の３６３ｎｍからｘ＝１（ＩｎＮ）の場合の６００ｎｍまで変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光波長が３７５ｎｍ以下になるとＩｎ組成ｘが非常に小さくなり、Ｉｎ組成揺らぎが減ることで発光効率が著しく低下してしまう。特に、発光波長が３６０ｎｍ以下になるとその効率はほとんど０となってしまう。近年においては、波長３８０ｎｍ以下の光を発する短波長ＬＥＤ（あるいは紫外線ＵＶＬＥＤ）は、医療用や照明用、分析用、光ディスク装置用などの幅広い用途が期待されており、発光効率に優れた発光素子が要求されている。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、波長３８０ｎｍ以下において発光効率に優れたＧａＮ系化合物半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に形成されたＧａＮ系発光層を有する窒化ガリウム系化合物半導体装置であって、前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層を積層した量子井戸層であることを特徴とする。量子井戸層としては、１周期のＳＱＷと多層（多重）のＭＱＷのいずれを用いることも可能であるが、ＳＱＷが好適である。
【０００６】
ここで、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は１％以上１５％以下でＩｎ組成は０．５％以上１０％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は４％以上２５％以下とすることが好適である。
【０００７】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は６％以上１２％以下でＩｎ組成は１％以上７％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は１０％以上２２％以下とすることが好適である。
【０００８】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
【０００９】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．９ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが好適である。
【００１０】
本装置において、さらに、前記発光層を挟むｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層とを有することができる。
【００１１】
前記ｎ型クラッド層はｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮを積層してなることが好適であり、あるいは、前記ｎ型クラッド層はｎ型ＡｌＩｎＧａＮで構成することもできる。
【００１２】
前記ｐ型クラッド層はｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮを積層してなることが好適であり、あるいは、前記ｐ型クラッド層はｐ型ＡｌＩｎＧａＮで構成することもできる。
【００１３】
本装置において、前記発光層と前記ｐ型クラッド層との間に、さらに前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの広いｐ型ＡｌＧａＮ層、あるいはｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層を有することが好適である。
【００１４】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は２０％以上４０％以下であることが好適であり、２０％以上３０％以下であることがより好適である。
【００１５】
また、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好適であり、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好適である。
【００１６】
また、本発明のＧａＮ系化合物半導体装置は、基板と、前記基板上に形成されたＧａＮ系バッファ層と、前記ＧａＮ系バッファ層上に形成されたｎ型電極層と、
前記ｎ型電極層上に形成されたｎ型ＧａＮ系クラッド層と、前記ＧａＮ系クラッド層上に形成された、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層をＡｌＧａＮバリア層で挟んでなる量子井戸発光層と、前記量子井戸発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ系ブロック層と、前記ｐ型ブロック層上に形成されたｐ型ＧａＮ系クラッド層と、前記ｐ型ＧａＮ系クラッド層上に形成されたｐ型電極層と、前記ｐ型電極層に接続されたｐ電極と、前記ｎ型電極層に接続されたｎ電極と、前記ｎ電極とｐ電極間に電圧を印加する電源とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る装置を光源として組み込むことで波長３８０ｎｍ以下の光を照射する装置が得られる。
【００１８】
【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、半導体装置としてＬＥＤを例にとり説明する。
【００１９】
図１には、本実施形態に係るＬＥＤの構成が示されている。基板１０上に不連続的なＳｉＮバッファ層１２、低温（ＬＴ）成長バッファ層１４、アンドープＧａＮ層１６が順次形成される。これらの層は転位を抑制するための層である。ＧａＮ層１６上に動作電圧を低くするためのｎ−ＧａＮ層（ｎ電極層）１８が形成される。ｎ型は、例えばＳｉ等をドープして得られる。そして、ｎ−ＧａＮ層１８上にｎ−クラッド層２０が形成される。ｎ−クラッド層２０は、ｎ−ＧａＮとｎ−ＡｌＧａＮ層を交互に積層したＳＬＳ（Ｓｔｒａｉｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ　Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ　歪超格子）構造である。ｎ−クラッド層２０上に発光層２２が形成される。発光層２２は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを積層した量子井戸構造からなる。ＡｌＧａＮバリア層は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層よりもバンドギャップが広くなるように設定される。量子井戸構造としては、ｎ−ＡｌＧａＮバリア層／アンドープＡｌＧａＮ井戸層／アンドープＡｌＧａＮバリア層を積層したシングル量子井戸構造ＳＱＷとすることもでき、あるいはｎ−ＡｌＧａＮバリア層／アンドープＡｌＩｎＧａＮ井戸層／アンドープＡｌＧａＮバリア層を複数周期形成した多層量子井戸構造ＭＱＷとすることもできる。ＳＱＷとＭＱＷでは発光効率が相違するが、これについては後述する。量子井戸構造の発光層２２上に、ｐ−ブロック層としてｐ−ＡｌＧａＮ層２４が形成される。このｐ−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で発光効率が低下するのを抑制するためである。従って、そのバンドギャップはｐ−クラッド層２６のバンドギャップより広く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップより広くなるように設定される。ｐ−ブロック層上には、ｐ−クラッド層２６が形成される。ｐ−クラッド層２６は、具体的にはｐ−ＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮを交互に積層したＳＬＳ構造である。ｐ−クラッド層２６上に動作電圧を低くするためのｐ−ＧａＮ層（ｐ電極層）２８が形成され、さらにｐ−ＧａＮ層２８上にｐ電極３０、ｎ−ＧａＮ層１８上にｎ電極３２がそれぞれ形成される。
【００２０】
このように、発光層２２としてＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸層を用いており、特に発光領域としてＩｎＧａＮにＡｌを加えることでＩｎＧａＮのバンドギャップを拡大したＡｌＩｎＧａＮを用いているため、波長３８０ｎｍ以下の光を射出することができる。但し、構成材料が４種類となり、自由度が増大する分だけ組成や厚さ等を最適化することが必要となる。本実施形態においては、各層の組成や層厚等を種々変化させて最適化することにより十分な発光効率を得ている。
【００２１】
以下、図１に示されたＬＥＤの製造方法及び各層が満たすべき組成や厚さについて説明する。
【００２２】
本実施形態のＬＥＤは、ＭＯＣＶＤ法により製造される。常圧ＭＯＣＶＤ装置の反応管内に設けられたサセプタ上にサファイアｃ面基板１０を載置し、サファイアｃ面基板１０を１１００℃にて水素雰囲気中で１０分間熱処理する。その後、温度を５００℃まで下げる。モノメチルシランガスとアンモニアガスをガス導入管から１００秒間供給することで、基板１０上に不連続的あるいは島状にＳｉＮ層１２を成長させる。次に、同じ５００℃でＧａＮバッファ層１４をトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して２５ｎｍ成長させる。温度を１０７５℃まで上げ、再びトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して厚さ１．５μｍのアンドープＧａＮ層１６を成長させ、さら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２．０μｍだけ成長させる。ｎ−ＧａＮ層１８中のキャリア密度は、およそ５×１０^１８ｃｍ^−３である。
【００２３】
次に、１０７５℃でＳｉドープのｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ（２ｎｍ）／Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ（２ｎｍ）を５０ペア形成してＳＬＳのｎ−クラッド層２０を成長させる。Ａｌの原料は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。ＳＬＳ中の平均電子密度は５×１０^１８ｃｍ^−３である。その後、温度を７９５℃まで下げてＳｉドープのｎ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎバリア層（１０ｎｍ）／アンドープＡｌ_０．１Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ井戸層／アンドープＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎバリア層からなるＳＱＷの発光層２２を成長させる。アンドープＡｌ_０．１Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ井戸層は、例えば１．２５ｎｍ形成する。発光層２２を成長させた後、１０２５℃まで温度を上げてｐ−ブロック層としてＭｇドープのｐ−Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎ層２４を１０ｎｍ成長させる。ｐ−ブロック層上にＭｇドープのｐ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ（２ｎｍ）／Ｍｇドープのｐ−ＧａＮ（１ｎｍ）を５０周期だけ成長させてＳＬＳのｐ−クラッド層２６を成長させる。ＳＬＳ中の平均正孔濃度は３×１０^１８ｃｍ^−３である。ｐ−クラッド層２６上にｐ−ＧａＮ層２８を７ｎｍ成長させる。
【００２４】
以上のようにして各層を成長させた後、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形成し、５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中、５２０℃で熱処理してｐ型の透明電極３０を形成する。そして、全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の一部が表面に露出するまでエッチングし、露出したｎ−ＧａＮ層１８上にＴｉ（５ｎｍ）、Ａｌ（５ｎｍ）を順次真空蒸着し、窒素ガス中、４５０℃で３０分間熱処理してｎ電極３２を形成する。
【００２５】
ｐ電極３０及びｎ電極３２の一部にワイヤボンディング用の金パッドを５００ｎｍ形成し、基板裏面を１００μｍまで研磨してスクラブによりチップを切り出し、マウントしてＬＥＤデバイスが得られる。
【００２６】
以上のようにして作製したＬＥＤデバイスを積分球の中に入れ、電流を注入してデバイスから射出した全光出力を測定した。光出力は注入電流２０ｍＡのときにおよそ１ｍＷであった。発光波長は、２インチ直径のウエハ面内で多少のバラツキはあるものの、３５０ｎｍ±３ｎｍの範囲内であった。発光強度は、従来の波長３５０ｎｍ帯のＬＥＤよりも１０倍以上大きいものである。
【００２７】
本実施形態のＬＥＤは、ｎ−クラッド層２０や発光層２２、ｐ−ブロック層、ｐ−クラッド層２６を変化させることで発光効率が変化する。
【００２８】
図２には、ｎ−クラッド層２０中のＡｌ組成と発光出力との関係が示されている。発光出力は相対値である。図から分かるように、ｎ−クラッド層２０中のＡｌ組成は小さすぎる、あるいは大きすぎる場合のいずれも発光出力が低下し、Ａｌ組成が１５％のときに発光出力が最大となる。図１の構成において、ｎ−クラッド層２０としてｎ−Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎを用いているのはこのためである。図２より、発光出力の観点からは、Ａｌ組成は１０％以上２０％以下が好ましく、１３％以上１８％以下がより好ましい。Ａｌ組成が小さすぎても大きすぎても好ましくないのは、Ａｌ組成が小さすぎる場合には発光層２２への電子注入が不十分となり、Ａｌ組成が大きすぎる場合にはｎ−クラッド層２０の結晶性が劣化するためと考えられる。
【００２９】
図３には、Ａｌ組成を１５％としたときのｎ−クラッド層２０のＳＬＳ周期と発光出力との関係が示されている。発光出力はＳＬＳ周期が小さすぎても大きすぎても低下し、５０周期近傍で最大となる。図３より、発光効率の観点からは、ＳＬＳ周期は４０周期以上６０周期以下が好ましく、４５周期以上５５周期がより好ましい。これは、ＳＬＳ周期が小さすぎると光閉じこめが十分に行われず、大きすぎるとクラックが発生して発光効率が低下するためと考えられる。なお、ｎ−クラッド層２０におけるｎ−ＡｌＧａＮ及びｎ−ＧａＮの厚さはそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましく、それぞれ２ｎｍとするのがより好ましいとの結果を得ている。ｐ−クラッド層２６についても同様の測定を行った結果、ｐ−クラッド層２６におけるＡｌ組成は１０％以上３５％以下が好ましく、１３％以上３０％以下がより好ましく、ｐ−クラッド層２６のＳＬＳ周期としては、４０周期以上６０周期以下が好ましく、４５周期以上５５周期以下がより好ましいことを確認している。
【００３０】
図４には、発光層２２におけるＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さと発光出力との関係が示されている。ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さが１．２５ｎｍのときに発光出力は最大となる。これは、１．２５ｎｍより薄い場合は電子・正孔の波動関数がバリア層中に滲み出すためであり、１．２５ｎｍより厚い場合は量子閉じ込めシュタルク効果（面内に圧縮あるいは引張応力が印加された場合にｃ軸方向に電界が発生し、井戸層中に注入された電子正孔対が電界により逆方向に移動し、それらの波動関数の空間重なりが小さくなって再結合率を小さくしてしまう）により発光効率が低下するためと考えられる。したがって、発光層２２におけるＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましく、０．９ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。井戸層とバリア層の組成に関しては、Ａｌ組成及びＩｎ組成を種々変化させて同様に発光出力を測定した結果、井戸層のＡｌ組成は１％以上１５％以下でＩｎ組成は０．５％以上１０％以下、バリア層のＡｌ組成は４％以上２５％以下が好ましく、井戸層のＡｌ組成は６％以上１２％以下、Ｉｎ組成は１％以上７％以下、バリア層のＡｌ組成は１０％以上２２％以下がより好ましいことを確認している。井戸層におけるＩｎ組成は短波長化のために少ない方がよいが、あまりに少ないとＩｎ組成の揺らぎが減少するため上記の範囲がよく、Ａｌ組成は少ないとバンドギャップ拡大の効果がなく、多すぎると電流注入が行われにくくなるため上記の範囲が適当であると考えられる。
【００３１】
図４では井戸層の厚さを変化させた場合の発光出力結果であるが、井戸層を１．２５ｎｍに固定してバリア層を変化させた場合、バリア層は３ｎｍ以上２５ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましいことを確認している。
【００３２】
図５には、発光層２２の井戸層をアンドープＡｌ_０．１Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ（１．２５ｎｍ）とし、ｎ−クラッド層２０側のバリア層をｎ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎバリア層（１０ｎｍ）とし、反対側のバリア層をアンドープＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ（１０ｎｍ）とした場合の量子井戸周期と発光出力との関係が示されている。量子井戸の周期が１、すなわちバリア層／井戸層／バリア層のＳＱＷが最大となることが分かる。
【００３３】
また、ｐ−ブロック層としてのｐ−ＡｌＧａＮ層２４のＡｌ組成と厚さを変化させて発光出力を測定したところ、Ａｌ組成が２５％、厚さが１０ｎｍで発光出力が最大となることを確認している。Ａｌ組成が少なすぎると井戸層あるいはｐ−クラッド層２６のバンドギャップより狭くなり、多すぎると結晶性が劣化するので、Ａｌ組成としては２０％以上４０％以下が好ましく、２０％以上３０％以下がより好ましい。厚さに関しては、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。
【００３４】
以下に、各層の組成、厚さ等の条件を表にまとめて示す。
【００３５】
【表１】

表１において、（　）内の数値は発光効率が最大となる最適値を示す。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【００３７】
例えば、本実施形態においては不連続ＳｉＮバッファ層１２及び低温成長バッファ層１４を用いて転位を低減しているが、これらの層の代わりにＧａＮＰバッファ層を用いることも可能である。
【００３８】
また、本実施形態において、ｎ−クラッド層２０としてｎ−ＧａＮとｎ−ＡｌＧａＮのＳＬＳ構造を用いているが、ｎ−ＡｌＩｎＧａＮ単層を用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップが発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００３９】
また、ｐ−クラッド層２６としてｐ−ＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮのＳＬＳ構造を用いているが、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ単層を用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップがｐ−ブロック層２４のバンドギャップよりも狭く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００４０】
さらに、ｐ−ブロック層２４としてｐ−ＡｌＧａＮを用いているが、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮを用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップがｐ−クラッド層２６のバンドギャップよりも広く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００４１】
本実施形態のＬＥＤは波長３８０ｎｍ以下で発光効率が高いため、種々の装置に光源として組み込むことが可能である。装置例を以下に示す。
【００４２】
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。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。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。
【００４３】
また、波長３６５〜３８０ｎｍ帯のＬＥＤは人体の日焼けを起こす。そこで、本実施形態のＬＥＤを光源として用いて日焼け装置を作製できる。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。また、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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
また、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。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可能である。
【００４６】
また、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を使用することで昆虫を駆除することができる。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。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明のＬＥＤを用いて他の装置も作製可能である。例えば、紙幣の判定や紙幣の真偽を見分けるための装置や酸化チタンを照射することで得られる光触媒反応を利用した空気や水の洗浄にも使用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長３８０ｎｍ以下で発光効率に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＬＥＤの構成図である。
【図２】ｎ−クラッド層中におけるＡｌ組成と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図３】ｎ−クラッド層におけるＳＬＳ周期と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図４】発光層における井戸層厚さと発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図５】発光層における量子井戸周期と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０　基板、１２　ＳｉＮバッファ層、１４　低温成長（ＬＴ）バッファ層、１６　ＧａＮ層、１８　ｎ−ＧａＮ層（ｎ電極層）、２０　ｎ−クラッド層、２２　発光層、２４　ｐ−ＡｌＧａＮ層（ｐ−ブロック層）、２６　ｐ−クラッド層、２８　ｐ−ＧａＮ層（ｐ電極層）、３０　ｐ電極、３２　ｎ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 a light emitting element that emits light having a wavelength of 380 nm or less.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an LED having a wavelength of 375 nm to 600 nm using InGaN as a light emitting layer has been developed. In _x Ga _1-x N, the emission wavelength shifts to the longer wavelength side as the In composition x increases, that is, changes from 363 nm when x = 0 (GaN) to 600 nm when x = 1 (InN). I do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the emission wavelength is 375 nm or less, the In composition x becomes extremely small, and the fluctuation of the In composition is reduced, so that the luminous efficiency is significantly reduced. In particular, the efficiency becomes almost zero when the emission wavelength becomes 360 nm or less. In recent years, short-wavelength LEDs (or ultraviolet UVLEDs) that emit light having a wavelength of 380 nm or less are expected to be used in a wide range of applications such as medical use, illumination use, analysis use, and optical disk devices. Is required.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to provide a GaN-based compound semiconductor device having excellent luminous efficiency at a wavelength of 380 nm or less.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a gallium nitride-based compound semiconductor device having a GaN-based light emitting layer formed on a substrate, wherein the light-emitting layer is a quantum well in which an AlInGaN well layer and an AlGaN barrier layer are stacked. It is a well layer. As the quantum well layer, either one-period SQW or multi-layer (multiple) MQW can be used, but SQW is preferable.
[0006]
Here, the Al composition of the AlInGaN well layer is 1% or more and 15% or less, the In composition is 0.5% or more and 10% or less, and the Al composition of the AlGaN barrier layer is 4% or more and 25% or less. It is suitable.
[0007]
Preferably, the Al composition of the AlInGaN well layer is 6% or more and 12% or less, the In composition is 1% or more and 7% or less, and the Al composition of the AlGaN barrier layer is 10% or more and 22% or less. .
[0008]
Preferably, the thickness of the AlInGaN well layer is 0.3 nm or more and 3 nm or less, and the thickness of the AlGaN barrier layer is 3 nm or more and 25 nm or less.
[0009]
Preferably, the thickness of the AlInGaN well layer is 0.9 nm or more and 2 nm or less, and the thickness of the AlGaN barrier layer is 5 nm or more and 15 nm or less.
[0010]
The device may further include an n-type cladding layer and a p-type cladding layer sandwiching the light emitting layer.
[0011]
The n-type cladding layer is preferably formed by laminating n-type GaN and n-type AlGaN, or the n-type cladding layer may be formed of n-type AlInGaN.
[0012]
The p-type cladding layer is preferably formed by laminating p-type GaN and p-type AlGaN, or the p-type cladding layer may be made of p-type AlInGaN.
[0013]
In this device, it is preferable that a p-type AlGaN layer having a wider band gap than the p-type cladding layer or a p-type AlInGaN layer is further provided between the light emitting layer and the p-type cladding layer.
[0014]
The Al composition of the p-type AlGaN layer is preferably 20% or more and 40% or less, and more preferably 20% or more and 30% or less.
[0015]
Further, the thickness of the p-type AlGaN layer is preferably 3 nm or more and 20 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 15 nm or less.
[0016]
Further, the GaN-based compound semiconductor device of the present invention includes a substrate, a GaN-based buffer layer formed on the substrate, an n-type electrode layer formed on the GaN-based buffer layer,
An n-type GaN-based cladding layer formed on the n-type electrode layer, a quantum well light-emitting layer formed on the GaN-based cladding layer and having an AlInGaN well layer sandwiched between AlGaN barrier layers, A p-type GaN-based block layer formed on the layer, a p-type GaN-based clad layer formed on the p-type block layer, a p-type electrode layer formed on the p-type GaN-based clad layer, It has a p-electrode connected to the p-type electrode layer, an n-electrode connected to the n-type electrode layer, and a power supply for applying a voltage between the n-electrode and the p-electrode.
[0017]
By incorporating the device according to the present invention as a light source, a device that emits light having a wavelength of 380 nm or less can be obtained.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an LED as an example of a semiconductor device.
[0019]
FIG. 1 shows the configuration of an LED according to the present embodiment. A discontinuous SiN buffer layer 12, a low-temperature (LT) growth buffer layer 14, and an undoped GaN layer 16 are sequentially formed on a substrate 10. These layers are layers for suppressing dislocations. An n-GaN layer (n-electrode layer) 18 for lowering the operating voltage is formed on the GaN layer 16. The n-type is obtained by doping, for example, Si or the like. Then, an n-clad layer 20 is formed on the n-GaN layer 18. The n-cladding layer 20 has an SLS (Strained Layer Superlattice) structure in which n-GaN and n-AlGaN layers are alternately stacked. The light emitting layer 22 is formed on the n-cladding layer 20. The light emitting layer 22 has a quantum well structure in which an AlInGaN well layer and an AlGaN barrier layer are stacked. The AlGaN barrier layer is set to have a wider band gap than the AlInGaN well layer. The quantum well structure may be a single quantum well structure SQW in which an n-AlGaN barrier layer / undoped AlGaN well layer / undoped AlGaN barrier layer is stacked, or an n-AlGaN barrier layer / undoped AlInGaN well layer / undoped AlGaN barrier. A multilayer quantum well structure MQW in which a plurality of layers are formed can also be used. The luminous efficiency differs between the SQW and the MQW, which will be described later. On the light emitting layer 22 having the quantum well structure, a p-AlGaN layer 24 is formed as a p-block layer. This p-block layer is used to suppress a decrease in luminous efficiency due to electrons being injected into the p-type layer and recombining. Therefore, the band gap is set to be wider than the band gap of the p-cladding layer 26 and wider than the band gap of the well layer in the light emitting layer 22. A p-cladding layer 26 is formed on the p-block layer. The p-cladding layer 26 has an SLS structure in which p-GaN and p-AlGaN are alternately stacked. A p-GaN layer (p-electrode layer) 28 for lowering the operating voltage is formed on the p-cladding layer 26, and a p-electrode 30 on the p-GaN layer 28 and an n-electrode 32 on the n-GaN layer 18. Are respectively formed.
[0020]
As described above, the quantum well layer including the AlInGaN well layer and the AlGaN barrier layer is used as the light emitting layer 22, and in particular, AlInGaN in which the band gap of InGaN is enlarged by adding Al to InGaN is used as the light emitting region. Light with a wavelength of 380 nm or less can be emitted. However, there are four types of constituent materials, and it is necessary to optimize the composition, the thickness, and the like by an amount corresponding to the increase in the degree of freedom. In the present embodiment, sufficient luminous efficiency is obtained by optimizing the composition and thickness of each layer by variously changing them.
[0021]
Hereinafter, the method of manufacturing the LED shown in FIG. 1 and the composition and thickness that each layer should satisfy will be described.
[0022]
The LED of the present embodiment is manufactured by the MOCVD method. The sapphire c-plane substrate 10 is placed on a susceptor provided in a reaction tube of a normal pressure MOCVD apparatus, and the sapphire c-plane substrate 10 is heat-treated at 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere for 10 minutes. Thereafter, the temperature is lowered to 500 ° C. By supplying monomethylsilane gas and ammonia gas from the gas introduction tube for 100 seconds, the SiN layer 12 is grown discontinuously or in an island shape on the substrate 10. Next, the GaN buffer layer 14 is grown to 25 nm at the same temperature of 500 ° C. by supplying trimethylgallium and ammonia gas. The temperature was increased to 1075 ° C., and trimethylgallium and ammonia gas were supplied again to grow an undoped GaN layer 16 having a thickness of 1.5 μm. Further, monomethylsilane gas was added to reduce the Si-doped n-GaN layer 18 by 2.0 μm. Let it grow. The carrier density in the n-GaN layer 18 is about 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ .
[0023]
Next, 50 pairs of Si-doped n-Al _0.15 Ga _0.85 N (2 nm) / Si-doped n-GaN (2 nm) are formed at 1075 ° C. to grow the n-clad layer 20 of SLS. As a raw material of Al, trimethyl aluminum (TMA) can be used. The average electron density in SLS is 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . After that, the temperature was lowered to 795 ° C., and the Si-doped n-Al _0.2 Ga _0.8 N barrier layer (10 nm) / undoped Al _0.1 In _0.05 Ga _0.85 N well layer / undoped Al _0. A light emitting layer 22 of SQW composed of a ₂ Ga _0.8 N barrier layer is grown. The undoped Al _0.1 In _0.05 Ga _0.85 N well layer is formed, for example, at 1.25 nm. After growing the light emitting layer 22, the temperature is increased to 1025 ° C., and a Mg-doped p-Al _0.25 Ga _0.75 N layer 24 is grown as a p-block layer to a thickness of 10 nm. p- blocking layer on the Mg-doped _{_{p-Al 0.2 Ga 0.8 N (}} 2nm) / Mg doped p-GaN to (1 nm) by 50 cycles grown grow p- cladding layer 26 of SLS . The average hole concentration in SLS is 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . On the p-cladding layer 26, a p-GaN layer 28 is grown to a thickness of 7 nm.
[0024]
After each layer is grown as described above, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, Ni (10 nm) and Au (10 nm) are sequentially vacuum-deposited to form on the surface, and in a nitrogen gas atmosphere containing 5% oxygen, Heat treatment is performed at 520 ° C. to form a p-type transparent electrode 30. Then, a photoresist is applied to the entire surface and etched using an etching mask until a part of the n-GaN layer 18 is exposed on the surface, and Ti (5 nm) and Al (5 nm) are formed on the exposed n-GaN layer 18. Are sequentially vacuum-deposited and heat-treated at 450 ° C. for 30 minutes in a nitrogen gas to form an n-electrode 32.
[0025]
A gold pad for wire bonding is formed on a part of the p-electrode 30 and the n-electrode 32 in a thickness of 500 nm, the back surface of the substrate is polished to 100 μm, chips are cut out by scrubbing, and mounted to obtain an LED device.
[0026]
The LED device manufactured as described above was placed in an integrating sphere, current was injected, and the total light output emitted from the device was measured. The light output was about 1 mW at an injection current of 20 mA. The emission wavelength was within the range of 350 nm ± 3 nm, although there was some variation in the plane of the wafer having a diameter of 2 inches. The emission intensity is 10 times or more higher than that of the conventional LED in the 350 nm wavelength band.
[0027]
In the LED of the present embodiment, the luminous efficiency changes by changing the n-clad layer 20, the light-emitting layer 22, the p-block layer, and the p-clad layer 26.
[0028]
FIG. 2 shows the relationship between the Al composition in the n-cladding layer 20 and the light emission output. The light emission output is a relative value. As can be seen from the figure, the luminous output decreases when the Al composition in the n-cladding layer 20 is too small or too large, and the luminous output becomes maximum when the Al composition is 15%. For this reason, n-Al _0.15 Ga _0.85 N is used as the n-cladding layer 20 in the configuration of FIG. From FIG. 2, from the viewpoint of light emission output, the Al composition is preferably from 10% to 20%, and more preferably from 13% to 18%. It is not preferable that the Al composition is too small or too large. If the Al composition is too small, the electron injection into the light emitting layer 22 becomes insufficient. It is considered that the crystallinity deteriorated.
[0029]
FIG. 3 shows the relationship between the SLS cycle of the n-cladding layer 20 and the light emission output when the Al composition is 15%. The light output decreases when the SLS cycle is too small or too large, and reaches a maximum near 50 cycles. From FIG. 3, from the viewpoint of luminous efficiency, the SLS cycle is preferably from 40 cycles to 60 cycles, and more preferably from 45 cycles to 55 cycles. This is considered to be because light confinement is not sufficiently performed when the SLS cycle is too small, and cracks occur and light emission efficiency is reduced when the SLS cycle is too large. Note that the thickness of n-AlGaN and n-GaN in the n-cladding layer 20 is preferably 1 nm or more and 3 nm or less, respectively, and more preferably 2 nm. As a result of the same measurement performed on the p-cladding layer 26, the Al composition in the p-cladding layer 26 is preferably 10% or more and 35% or less, more preferably 13% or more and 30% or less. It has been confirmed that the cycle is preferably 40 cycles or more and 60 cycles or less, and more preferably 45 cycles or more and 55 cycles or less.
[0030]
FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the AlInGaN well layer in the light emitting layer 22 and the light emission output. The emission output becomes maximum when the thickness of the AlInGaN well layer is 1.25 nm. This is because when the thickness is smaller than 1.25 nm, the wave function of electrons and holes leaks into the barrier layer, and when the thickness is larger than 1.25 nm, the quantum confined Stark effect (compressive or tensile stress is applied to the plane). In this case, an electric field is generated in the c-axis direction, and the electron-hole pairs injected into the well layer move in the opposite direction due to the electric field, and the spatial overlap of their wave functions is reduced and the recombination rate is reduced. It is considered that the luminous efficiency is reduced due to the above. Therefore, the thickness of the AlInGaN well layer in the light emitting layer 22 is preferably 0.3 nm or more and 3 nm or less, more preferably 0.9 nm or more and 2 nm or less. As for the composition of the well layer and the barrier layer, the luminescence output was similarly measured by changing the Al composition and the In composition in various ways. As a result, the Al composition of the well layer was 1% or more and 15% or less, and the In composition was 0.5% or more. The Al composition of the barrier layer is preferably 4% to 25%, the Al composition of the well layer is 6% to 12%, the In composition is 1% to 7%, and the Al composition of the barrier layer is 10%. It has been confirmed that 22% or less is more preferable. It is better that the In composition in the well layer is small in order to shorten the wavelength, but if it is too small, the fluctuation of the In composition is reduced, so the above range is good. Therefore, it is considered that the above range is appropriate because current injection becomes difficult.
[0031]
FIG. 4 shows the emission output result when the thickness of the well layer is changed. When the barrier layer is changed while the well layer is fixed at 1.25 nm, the barrier layer is preferably 3 nm or more and 25 nm or less, preferably 5 nm. It has been confirmed that the thickness is more preferably 15 nm or less.
[0032]
In FIG. 5, the well layer of the light emitting layer 22 is undoped Al _0.1 In _0.05 Ga _0.85 N (1.25 nm), and the barrier layer on the side of the n-cladding layer 20 is n-Al _0.2 Ga. The relationship between the quantum well period and the luminous output when the _0.8 N barrier layer (10 nm) is used and the barrier layer on the opposite side is undoped Al _0.2 Ga _0.8 N (10 nm) is shown. It can be seen that the period of the quantum well is 1, that is, the SQW of the barrier layer / well layer / barrier layer is maximized.
[0033]
Further, when the luminescence output was measured while changing the Al composition and the thickness of the p-AlGaN layer 24 as the p-block layer, it was confirmed that the luminescence output was maximum when the Al composition was 25% and the thickness was 10 nm. are doing. If the Al composition is too small, it becomes narrower than the band gap of the well layer or the p-cladding layer 26, and if it is too large, the crystallinity deteriorates. Therefore, the Al composition is preferably 20% or more and 40% or less, and 20% or more and 30% or less. Is more preferred. The thickness is preferably from 3 nm to 20 nm, more preferably from 5 nm to 15 nm.
[0034]
Hereinafter, conditions such as the composition and thickness of each layer are shown in a table.
[0035]
[Table 1]

In Table 1, the numerical values in parentheses indicate the optimum values at which the luminous efficiency is maximized.
[0036]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
[0037]
For example, in the present embodiment, the dislocation is reduced by using the discontinuous SiN buffer layer 12 and the low-temperature growth buffer layer 14, but a GaNP buffer layer may be used instead of these layers.
[0038]
In the present embodiment, the n-cladding layer 20 has the SLS structure of n-GaN and n-AlGaN, but a single n-AlInGaN layer may be used. In this case, the Al and In compositions are set such that the band gap is wider than the band gap of the well layer in the light emitting layer 22.
[0039]
Although the SLS structure of p-GaN and p-AlGaN is used as the p-cladding layer 26, a single p-AlInGaN layer may be used. In this case, the Al and In compositions are set such that the band gap is narrower than the band gap of the p-block layer 24 and wider than the band gap of the well layer in the light emitting layer 22.
[0040]
Furthermore, although p-AlGaN is used as the p-block layer 24, p-AlInGaN can also be used. In this case, the Al and In compositions are set such that the band gap is wider than the band gap of the p-cladding layer 26 and wider than the band gap of the well layer in the light emitting layer 22.
[0041]
Since the LED of this embodiment has a high luminous efficiency at a wavelength of 380 nm or less, it can be incorporated as a light source in various devices. An example of the apparatus is shown below.
[0042]
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. 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 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.
[0043]
In addition, LEDs in the wavelength band of 365 to 380 nm cause sunburn of the human body. Therefore, a tanning device can be manufactured using the LED of the present embodiment as a light source. 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. Further, the LED of the present embodiment can also be used as an apparatus for evaluating the performance of UV cut cosmetics.
[0044]
Conventionally, this type of inspection device is large and requires a large skin surface to examine its effect. The inspection device of the present embodiment can make a tan on an arbitrary shape or part such as a point or a line, so that the degree of tan for each part of the human body is examined, or the irradiation effect over a long period of time is carried by carrying it. You can also.
[0045]
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. With a display device using an LED in a wavelength band of 365 to 400 nm and a luminous agent, power consumption can be significantly reduced as compared with a conventional display device.
[0046]
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. Insects can be exterminated by using the LED of the embodiment as a light source for collecting insects. The insect control apparatus using the LED of the present embodiment as a light source has advantages in that the power consumption is small and the LED is small, so that the degree of freedom in the layout of the light source increases. Furthermore, since it is almost invisible to the naked eye, it can be used in environments where lighting is disliked.
[0047]
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and other devices can be manufactured using the LEDs of the present invention. For example, the present invention can be used for a device for judging bills and discriminating the authenticity of bills, and for washing air or water using a photocatalytic reaction obtained by irradiating titanium oxide.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a semiconductor device having excellent luminous efficiency at a wavelength of 380 nm or less can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an LED according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an Al composition and an emission output in an n-cladding layer.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an SLS cycle and an emission output in an n-cladding layer.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a well layer thickness and a light emission output in a light emitting layer.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a quantum well period and a light emission output in a light emitting layer.
[Explanation of symbols]
10 substrate, 12 SiN buffer layer, 14 low temperature growth (LT) buffer layer, 16 GaN layer, 18 n-GaN layer (n electrode layer), 20 n-cladding layer, 22 light emitting layer, 24 p-AlGaN layer (p- Block layer), 26 p-cladding layer, 28 p-GaN layer (p electrode layer), 30 p electrode, 32 n electrode.

Claims

A gallium nitride-based compound semiconductor device having a GaN-based light-emitting layer formed on a substrate,
The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the light emitting layer is a quantum well layer in which an AlInGaN well layer and an AlGaN barrier layer are stacked.

The device of claim 1,
The Al composition of the AlInGaN well layer is 1% or more and 15% or less, the In composition is 0.5% or more and 10% or less, and the Al composition of the AlGaN barrier layer is 4% or more and 25% or less. Gallium nitride based compound semiconductor device.

The device of claim 1,
Gallium nitride, wherein the Al composition of the AlInGaN well layer is 6% or more and 12% or less, the In composition is 1% or more and 7% or less, and the Al composition of the AlGaN barrier layer is 10% or more and 22% or less. -Based compound semiconductor devices.

The device of claim 1,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the thickness of the AlInGaN well layer is 0.3 nm or more and 3 nm or less, and the thickness of the AlGaN barrier layer is 3 nm or more and 25 nm or less.

The device of claim 1,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the thickness of the AlInGaN well layer is 0.9 nm or more and 2 nm or less, and the thickness of the AlGaN barrier layer is 5 nm or more and 15 nm or less.

The apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
An n-type cladding layer and a p-type cladding layer sandwiching the light emitting layer;
A gallium nitride-based compound semiconductor device comprising:

The device according to claim 6,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the n-type cladding layer is formed by laminating n-type GaN and n-type AlGaN.

The device according to claim 6,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the n-type cladding layer is n-type AlInGaN.

The device according to claim 6,
The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the p-type cladding layer is formed by laminating p-type GaN and p-type AlGaN.

The device according to claim 6,
The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the p-type cladding layer is p-type AlInGaN.

The apparatus of claim 6, further comprising:
A gallium nitride-based compound semiconductor device, comprising a p-type AlGaN layer having a wider band gap than the p-type cladding layer, between the light-emitting layer and the p-type cladding layer.

The apparatus of claim 6, further comprising:
A gallium nitride-based compound semiconductor device comprising a p-type AlInGaN layer having a wider band gap than the p-type cladding layer between the light-emitting layer and the p-type cladding layer.

The apparatus according to claim 11,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the Al composition of the p-type AlGaN layer is 20% or more and 40% or less.

The apparatus according to claim 11,
A gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the Al composition of the p-type AlGaN layer is 20% or more and 30% or less.

The apparatus according to claim 11,
The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the thickness of the p-type AlGaN layer is 3 nm or more and 20 nm or less.

The apparatus according to claim 11,
The gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the thickness of the p-type AlGaN layer is 5 nm or more and 15 nm or less.

Board and
A GaN-based buffer layer formed on the substrate,
An n-type electrode layer formed on the GaN-based buffer layer,
An n-type GaN-based cladding layer formed on the n-type electrode layer,
A quantum well light-emitting layer formed on the GaN-based cladding layer and having an AlInGaN well layer sandwiched between AlGaN barrier layers;
A p-type GaN-based block layer formed on the quantum well light emitting layer;
A p-type GaN-based cladding layer formed on the p-type block layer;
A p-type electrode layer formed on the p-type GaN-based cladding layer;
A p-electrode connected to the p-type electrode layer;
An n-electrode connected to the n-type electrode layer;
A power supply for applying a voltage between the n-electrode and the p-electrode;
A gallium nitride-based compound semiconductor device comprising:

An apparatus for irradiating light having a wavelength of 380 nm or less using the apparatus according to claim 17 as a light source.