JP2005311119A

JP2005311119A - 窒化ガリウム系発光装置

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Publication number: JP2005311119A
Application number: JP2004126959A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Sato; 壽朗佐藤; Naoki Wada; 直樹和田; Shiro Sakai; 士郎酒井; Taku Noda; 卓納田; Yasushi Yamamoto; 裕史山本
Original assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Current assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】窒化ガリウム系発光装置において、発光強度の増大と発光スペクトルの狭帯化をはかる。
【解決手段】窒化ガリウム系発光装置は、サファイア基板１０上に低温ＳｉＮバッファ層１２、低温ＧａＮ系バッファ層１３、高温ＧａＮ系バッファ層１４を下地層として形成し、その上にｎ型コンタクト層１６、ｎ型クラッド層１８、発光層２０、ｐ型クラッド層２２及びｐ型コンタクト層２４を積層して構成される。低温ＧａＮ系バッファ層１３と高温ＧａＮ系バッファ層１４のトータル膜厚を１０ｎｍ以上０．５μｍ以下とし、ｎ型コンタクト層１６を発光波長に対して透明となるバンドギャップに設定することで、光の吸収を抑制し、発光スペクトルの拡がりを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は窒化ガリウム系発光装置に関し、特に発光スペクトルの制御に関する。

近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた発光装置が開発され、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）として種々の分野に応用されている。

図８には、従来のＧａＮ系発光装置の構成が示されている。発光装置（ＬＥＤ）は、サファイア基板１０上に低温バッファ層１２及び高温バッファ層１４を形成して下地層とし、これら下地層の上にＬＥＤやＬＤ等のデバイス構造を作製して構成される。

下地層の上に積層されるデバイス構造として、ｎ型コンタクト層１６、ｎ型クラッド層１８、発光層（活性層）２０、ｐ型クラッド層２２、ｐ型コンタクト層２４が順次形成される。ｐ型コンタクト層２４上にはｐ型透明電極２６が形成され、ｎ型コンタクト層１６上にはｎ電極２８が形成される。

ｎ型クラッド層１８及びｐ型クラッド層２２としては、ＡｌＩｎＧａＮなどを用いた超格子構造とし、発光層（活性層）２０としては、ＡｌＩｎＧａＮの井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造として発光強度を増大させている。

ＷＯ２００４／００８５５１Ａ１

低温バッファ層１２や高温バッファ層１４は、クラックやピットのない高品質膜を積層するために必要な下地層であるが、バッファ層としてＧａＮ半導体層を用いると、ＧａＮは３６５ｎｍに光の吸収端を有するため発光層２０からの波長３５５ｎｍ〜３７５ｎｍの光を吸収してしまい、発光装置としての発光強度が減じてしまうとともに、光の吸収に起因して発光スペクトルが拡がる問題があった。

図９には、ＬＥＤチップの真上、斜め及び真横から射出される光の発光スペクトルが示されている。真横から射出される光は、ＧａＮバッファ層による短波長成分の吸収により長波長成分のみとなり、真上あるいは斜めから射出される光は、本来の短波長成分にＧａＮバッファ層により吸収された後の未吸収の成分とＧａＮバッファ層のフォトルミネセンス発光とが重なったスペクトルとなる。したがって、ＬＥＤチップから全方向に射出される光のスペクトルは、これらのスペクトルの重ね合わせとして図１０に示されるようにメインピークの他に長波長側にサブピークを有するブロードなスペクトルとなってしまう。

ＧａＮ系発光装置を例えばセンサなどの用途に用いる場合、励起媒体を励起する波長以外はノイズとなるため、図１０に示されるようなブロードな発光スペクトルを有する発光装置は望ましくなく、センサ性能の低下を生じ得る。

本発明の目的は、発光強度の向上を図り、また、発光スペクトルの拡がりを抑制できる発光装置を得ることにある。

本発明は、基板と、前記基板上に形成された低温バッファ層と高温バッファ層からなる窒化ガリウム系バッファ層と、前記窒化ガリウム系バッファ層上に形成された第１導電型コンタクト層と、前記第１導電型コンタクト層上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成された窒化ガリウム系発光層と、前記窒化ガリウム系発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層上に形成された第２導電型コンタクト層とを有する窒化ガリウム系発光装置であって、前記窒化ガリウム系バッファ層は、その厚さ（すなわち低温バッファ層と高温バッファ層のトータルの厚さ）が１０ｎｍ以上０．５μｍ以下であり、前記第１導電型コンタクト層及び前記第１導電型クラッド層は前記窒化ガリウム系発光層からの発光波長に対して透明となるバンドギャップエネルギを有することを特徴とする。

また、本発明は、基板と、前記基板上に形成された低温バッファ層と高温バッファ層からなる窒化ガリウム系バッファ層と、前記窒化ガリウム系バッファ層上に形成された第１導電型コンタクト層と、前記第１導電型コンタクト層上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成された窒化ガリウム系発光層と、前記窒化ガリウム系発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層上に形成された第２導電型コンタクト層とを有する窒化ガリウム系発光装置であって、前記窒化ガリウム系バッファ層は、面内方向に連続膜となっておらず凹凸が形成されており、前記第１導電型コンタクト層は、前記発光層からの発光波長に対して透明となるバンドギャップエネルギを有することを特徴とする。

本発明では、デバイス構造の下地層となる窒化ガリウム（ＧａＮ）系バッファ層、すなわち低温ＧａＮ系バッファ層と高温ＧａＮ系バッファ層を極薄く（１０ｎｍ以上０．５μｍ以下）形成し、その上に発光層の発光波長に対して透明な第１導電型コンタクト層を形成する。極薄く形成されたＧａＮバッファ層上に積層されるコンタクト層の面内応力はその膜厚に比例して増大せず、十分厚く形成してもクラックやピット等が生じず、デバイス構造のクラック発生を抑制できる。また、極薄く形成されたＧａＮ系バッファ層では発光層からの光の吸収が低減され、発光装置からの発光強度が増大する。ＧａＮ系バッファ層での光の吸収が低減されるため、ＧａＮ系バッファ層でのフォトルミネセンス成分による長波長化も抑制され、発光スペクトルの拡大が抑制される。

本発明では、低温バッファ及び高温バッファからなるＧａＮ系バッファ層のトータル膜厚を極薄く形成する結果、ＧａＮ系バッファ層の表面は平坦ではなく凹凸が生じる。この凹凸は、その上に形成されるコンタクト層を十分厚く（１μｍ以上）形成することで平坦化され得る。本発明において、例えば第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とすることができる。低温ＧａＮ系バッファ層の下地層として、さらに低温ＳｉＮバッファ層を有していてもよい。この低温ＳｉＮバッファ層は、発光層からの光吸収にはほとんど関与しないので、光吸収を抑制することを目的としてその膜厚を制御する必要はない。本発明における低温ＧａＮ系バッファ層と高温ＧａＮ系バッファ層は、そのトータル膜厚の上限が０．５μｍ以下であればよく、低温ＧａＮ系バッファ層、高温ＧａＮ系バッファ層それぞれの膜厚は任意である。さらに、本発明における「ＧａＮ系」バッファ層には、ＧａＮの他、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等、ＧａＮにおけるＧａの一部又は全部をＡｌやＩｎで置換した化合物が含まれる。また、ＧａＮにおけるＮの一部をＰやＡｓで置換した化合物も含まれる。

本発明によれば、発光層からの光の吸収を抑制して発光強度を増大させ、また、発光スペクトルの拡がりを抑制できる。特に、ＧａＮ系バッファ層が吸収する波長３７５ｎｍ以下の発光波長を有する発光装置において効果的に機能する。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１には、本実施形態に係る発光装置（ＬＥＤ）の構成が示されている。サファイア基板１０上に低温ＳｉＮバッファ層１２と低温ＧａＮ系バッファ層１３及び高温ＧａＮ系バッファ層１４を積層して下地層とし、これら下地層の上にｎ型コンタクト層１６、ｎ型クラッド層１８、発光層（活性層）２０、ｐ型クラッド層２２及びｐ型コンタクト層２４を積層する構成である。低温ＧａＮ系バッファ層１３は４００℃以上７５０℃以下で形成され、高温ＧａＮ系バッファ層１４は８００℃以上１１００℃以下で形成される。ｐ型コンタクト層２４上にｐ型透明電極２６が形成され、ｎ型コンタクト層１６上にｎ電極２８が形成される。図１０に示された従来装置と異なる点は、第１に、ＧａＮ系バッファ層１３、１４が極めて薄く形成されており、具体的には１０ｎｍ以上０．５μｍ以下の厚さで形成されている点である。このように低温ＧａＮ系バッファ層１３と高温ＧａＮ系バッファ層１４のトータル膜厚を１０ｎｍ以上０．５μｍ以下で形成した場合、高温ＧａＮ系バッファ層１４の状態は、図１に示されるように面内方向に連続膜とならず島状に形成された状態となる。実施形態の発光装置は、このように高温ＧａＮ系バッファ層１４が面内方向に連続膜となっておらず島状の凹凸となっている状態において発光層の波長に対して透明なｎ型コンタクト層１６が積層される。高温ＧａＮ系バッファ層１４を０．５μｍ以下と薄く形成することで、発光層２０からの短波長（３５５〜３７５ｎｍ）の光の吸収を大幅に削減することができ、高温ＧａＮ系バッファ層１４におけるフォトルミネッセンス発光が重畳されることによる発光スペクトルの拡がりも抑制される。

第２に、図１に示される発光装置では、高温ＧａＮ系バッファ層１４と発光層２０との間に形成されるｎ型コンタクト層１６及びｎ型クラッド層１８のバンドギャップエネルギを所定値以上、すなわち発光層２０からの短波長光に対して透明となるバンドギャップエネルギに設定している点である。これにより、発光層２０からの光はｎ型コンタクト層１６、ｎ型クラッド層１８のいずれにおいても吸収されないため、発光強度の減少並びに発光スペクトルの拡がりが一層抑制される。

図１における各層の材料及びその厚さは以下の通りである。
低温ＳｉＮバッファ層１２：ＳｉＮ
低温ＧａＮ系バッファ層１３：ＧａＮ（２５ｎｍ）
高温ＧａＮ系バッファ層１４：アンドープＧａＮ（０．５μｍ）
ｎ型コンタクト層１６：Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（２．５μｍ）
ｎ型クラッド層１８：アンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ障壁層（２ｎｍ）／ＳｉドープＧａＮ井戸層（２ｎｍ）を５０層
発光層（活性層）２０：Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ井戸層（２ｎｍ）／Ａｌ_0.28Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.71Ｎ障壁層（１０ｎｍ）を３層
ｐ型クラッド層２２：ＭｇドープＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ障壁層（２ｎｍ）／ＭｇドープＧａＮ井戸層（２ｎｍ）を５０層
ｐ型コンタクト層２４：ＭｇドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（２０ｎｍ）

なお、発光層（活性層）２０とｎ型クラッド層１８との境界にホールを閉じ込めるためのキャリア閉じ込め層を形成してもよく、キャリア閉じ込め層は例えばＡｌ_0.28Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.71Ｎ（２６ｎｍ）を形成する。同様に、発光層２０とｐ型クラッド層２２との境界に電子を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め層を形成してもよい。

図１に示される発光装置は以下のプロセスを経て作製される。すなわち、
（１）ＭＯＣＶＤ装置のサセプタにサファイアＣ面基板１０を載置し、１１５０℃で１０分間水素雰囲気中にて熱処理する。
（２）次に、５００℃まで降温し、アンモニアガス、シランガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を原料ガスとして供給し、低温ＳｉＮバッファ層１２と低温ＧａＮバッファ層１３を成長させる。
（３）次に、１０７５℃まで昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニアガスを原料ガスとして供給し、高温ＧａＮ系バッファ層１４としてアンドープｎ型ＧａＮ層を成長させる。
（４）次に、１０７５℃にてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニアガス、シランガスを原料ガスとして供給し、ｎ型コンタクト層１６としてＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させる。
（５）次に、１０７５℃でｎ型クラッド層１８としてアンドープＡｌＧａＮ障壁層とＳｉドープＧａＮ井戸層を交互に合計５０層堆積させた超格子構造を成長させる。
（６）次に、８４０℃まで降温して発光層（活性層）２０としてＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＩｎＧａＮ障壁層を交互に合計３層堆積させる。
（７）次に、１０２５℃まで昇温してｐ型クラッド層２２としてＭｇドープｐ型ＡｌＧａＮ障壁層とＭｇドープｐ型ＧａＮ井戸層を交互に５０層堆積させた超格子構造を成長させる。
（８）次に、１０２５℃でｐ型コンタクト層２４としてＭｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層を成長させる。

以上のようにして各層を成長させた後、ＭＯＣＶＤ装置からウエハーを取り出し、ｐ型透明電極２６を形成する。すなわち、Ｎｉ（１０ｎｍ）、Ａｕ（１０ｎｍ）をウエハー表面に順次真空蒸着し、５％の酸素を含む窒素雰囲気中５２０℃で熱処理してｐ型透明電極２６を形成する。つぎに、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型コンタクト層１６の一部が表面に露出するまでエッチングし、露出したｎ型コンタクト層１６上にｎ電極２８を形成する。すなわち、Ｔｉ（５ｎｍ）、Ａｌ（５ｎｍ）を順次真空蒸着し、窒素ガス中４５０℃で３０分熱処理してｎ電極２８を形成する。ｐ型透明電極２６及びｎ型電極２８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イブによりＬＥＤチップを切り出し、マウントしてＬＥＤデバイスが得られる。

図２には、本実施形態において高温ＧａＮ系バッファ層１４上にｎ型コンタクト層１６を形成する際の前提となる高温ＧａＮ系バッファ層１４の成長の様子が模式的に示されている。なお、図においては、低温ＳｉＮバッファ層１２は光を吸収せず、また、低温ＧａＮ系バッファ層１３はその膜厚が非常に薄く光吸収にはほとんど関与しないため、説明の都合上省略してある。

サファイア基板１０上に高温ＧａＮ系バッファ層１４としてＧａＮ層を成長させる際、基板１０との界面に結晶格子の不整合領域が存在するため、成長初期にはＧａＮは一様に成長するのではなく島状に成長する（図中一点鎖線）。そして、成長が進むにつれ面内方向の成長が支配的となり、最終的に連続膜となって高温ＧａＮ系バッファ層１４が形成される（図中実線）。したがって、高温ＧａＮ系バッファ層１４の膜厚がある程度薄い（０．５μｍ程度以下）と、ＧａＮ層の表面はいまだ平坦になっておらず島状の成長が残っている状態にある。本実施形態では、ＧａＮの表面が面内方向に連続膜となっておらず島状となっている段階でＡｌＧａＮのｎ型コンタクト層１６を成長させる。なお、このような島状の成長が残っている段階でのＡｌＧａＮコンタクト層１６の成長に関しては、適宜、本願出願人の出願に係る特開２００３−１７７４４号公報を参照されたい。

図３（Ａ）、（Ｂ）には、ｎ型コンタクト層１６の形成の様子が示されている。図中一点鎖線は高温バッファ層１４としてのＧａＮ層であり、面内方向に連続膜となっておらず島状となっている。この段階で（Ａ）に示されるようにｎ型コンタクト層１６としてのＡｌＧａＮ層を成長させる。ＡｌＧａＮ層の各領域には図中ａ、ｂで示される方向の引っ張り応力が生じるが、島状成長部分の斜面ではその応力の向きが面内に平行ではない。このため、ＡｌＧａＮ層を厚く成長させると応力は大きくなるが、応力はベクトルであるため合成応力はＡｌＧａＮ層の膜厚に比例して増大することはない。したがって、最終的に（Ｂ）に示されるようにＡｌＧａＮ層を厚く形成（１μｍ以上）してその表面を平坦化しても合成応力は大きく増大せず、クラック、ピット、転位の発生を抑制することができる。

以上のようにして、低温ＧａＮ系バッファ層１３と高温ＧａＮ系バッファ層１４のトータル膜厚を１０ｎｍ以上０．５μｍ以下に形成し、かつｎ型コンタクト層１６を１μｍ以上形成してその表面を平坦化することで、その上に形成されるデバイス構造においてクラック、ピット、転位の発生を抑制でき、さらに高温ＧａＮ系バッファ層１４における光吸収を効果的に抑制できる。

図４には、図１におけるｎ型コンタクト層１６、ｎ型超格子（ＳＬ）クラッド層１８、発光層（活性層）２０のバンドギャップエネルギが示されている。図においては、発光層２０のうちｎ型超格子クラッド層１８との境界には上記したようにホール閉じ込め層が形成されている場合が示されている。ｎ型コンタクト層１６としてＡｌＧａＮ、発光層（活性層）２０としてＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＩｎＧａＮ障壁層のＭＱＷとした場合、Ａｌの組成やＩｎの組成を調整することで、（ｎ型コンタクト層１６のバンドギャップエネルギ）＞（発光層２０の実効バンドギャップエネルギ）としてｎ型コンタクト層１６を発光層２０からの光に対して透明とすることができる。具体的には、ｎ型コンタクト層１６をＳｉドープＮ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層とし、発光層２０としてＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ井戸層／Ａl_0.28Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.71Ｎ障壁層のＭＱＷとすることでｎ型コンタクト層１６を発光層２０からの光に対して透明としている。

実施形態において、低温ＧａＮ系バッファ層１３の膜厚は全て２５ｎｍである。この膜厚は高温ＧａＮ系バッファ層１４に比べ無視できる程度に十分薄いため、以下は低温ＧａＮ系バッファ層１３は無視し、高温ＧａＮ系バッファ層１４としてのＧａＮ層の厚さと発光スペクトルとの関係についてより詳細に説明する。

図５には、高温ＧａＮ系バッファ層１４としてのＧａＮ層の厚さを０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍずつ成長させたＬＥＤチップを作製し、その発光スペクトルを測定した結果が示されている。発光スペクトルは、作製したＬＥＤチップを積分球の中に入れ、電流を注入してＬＥＤチップから射出した全方向成分を測定したものである。図において、実線はＧａＮ層を１μｍ成長させた場合、一点鎖線はＧａＮ層を０．５μｍ成長させた場合、破線はＧａＮ層を０．１μｍ成長させた場合である。ＧａＮ層が１μｍの場合には３６９ｎｍ程度にスペクトルの肩（サブピーク）が見られるが、ＧａＮ層が０．５μｍ及び０．１μｍの場合にはこのようなサブピークは存在せず、半値幅が狭く鋭いピークが得られている。

図６には、ＧａＮ層の膜厚と発光スペクトルの半値幅との関係が示されている。ＧａＮ層が１μｍ以上の厚さでは発光スペクトルの半値幅に変化は見られず、ＧａＮ層の厚さが０．５μｍ、０．１μｍと薄くなるにしたがい半値幅は１５ｎｍから順次１０ｎｍ、８ｎｍと減少しており、半値幅が狭く鋭い発光スペクトルが得られることがわかる。

これらの結果より、高温バッファ層１４としてのＧａＮ層の厚さを薄くし、特に０．５μｍ以下とすることにより発光層２０からの光の吸収を抑制し、かつ長波長のフォトルミネッセンス成分の射出を抑制できる。

図７には、ＧａＮ層の膜厚と発光強度との関係が示されている。発光強度はＧａＮ層の厚さが１μｍの場合を基準とした相対値で示されている。ＧａＮ層を薄く形成することで発光層２０からの光の吸収量が低減するため、ＬＥＤチップからの発光強度も増大する。図に示すように、ＧａＮ層の厚さが１μｍ以上ではほとんど変化はないが、０．５μｍ以下に薄くすると発光強度が増大していく。特にＧａＮ層の厚さを０．１μｍとすることで、１μｍの場合に比べて発光強度が６０％程度増大する。ＧａＮ層を薄くすることで、発光強度が増大し、かつ、発光スペクトルの半値幅も減少して鋭いピークを有する良好な発光スペクトルが得られる。なお、サファイア基板とＧａＮ層を完全に除去した場合には発光効率が３〜４倍になるとの報告がなされているが（「２００３年春季第５０回応用物理学関係連合講演会」３０ｐ−Ｔ−１）、サファイア基板上にデバイス構造を作製し、その後に基板とＧａＮ層を除去する方法は技術的に複雑であり、高い歩留まりで安定して生産することが困難である。これに対し、本実施形態では、高温ＧａＮ系バッファ層１４の厚さ及びｎ型コンタクト層１６の成長を制御することで発光強度と発光スペクトルを制御できるので、安定して高品質のＬＥＤチップを得ることが可能である。

さらに、本実施形態の発光装置は、発光層２０からの光の吸収が少ないことから上下を逆にして基板側を上に配置するフリップチップマウントも可能であり、ｐ型層側に光反射層を設け、サファイア基板１０側から光を外部に取り出すことで発光強度をさらに向上させることも可能である。

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。

例えば、本実施形態では発光層２０としてＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＩｎＧａＮ障壁層を用いているが、他の材料を用いることも可能であり、０．５μｍ以下に形成したＧａＮ層は３６５ｎｍよりも短波長の光に対してもその吸収量が少なく、発光スペクトルの狭帯化に有効である。

また、本実施形態では高温バッファ層１４としてＧａＮ、ｎ型コンタクト層１６としてＡｌＧａＮを用いているが、高温バッファ層１４及びｎ型コンタクト層１６をともにＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、あるいはＡｌＩｎＧａＮとしてもよい。すなわち、バッファ層１４（ＡｌＩｎＧａＮ）／ｎ型コンタクト層１６（ＡｌＩｎＧａＮ）やバッファ層１４（ＡｌＧａＮ）／ｎ型コンタクト層１６（ＡｌＧａＮ）、バッファ層１４（ＧａＮ）／ｎ型コンタクト層１６（ＡｌＩｎＧａＮ）などとすることもできる。Ｉｎを入れる場合、成長温度を９００℃前後まで下げる必要がある。これは、Ｉｎの取り込み量を増加させるためである。また、高温ＧａＮ系バッファ層１４のＡｌ組成を２０％以上とすると、Ａｌ原子がマイグレーションしにくいため、目的とする島状の凹凸膜が形成されにくい。また、本実施形態では高温ＧａＮ系バッファ層１４上に直接Ｓｉドープのｎ型コンタクト層１６を形成しているが、高温ＧａＮ系バッファ層１４とｎ型コンタクト層１６の間にアンドープの透明層を挿入してもよい。この透明層は発光層の光に対して透明であれば、ｎ型コンタクト層１６と組成が異なっていてもよい。さらに、ｎ型コンタクト層１６を超格子構造としてもよい。ｎ型コンタクト層１６をＡｌＧａＮで構成する場合、ｎ電極２８とのオーミックコンタクトを得るためにＡｌの組成比を０．１以下（１０％以下）とすることが好適であり、この範囲内において発光層２０のバンドギャップエネルギよりも大きいバンドギャップエネルギに設定する。

高温バッファ層１４、ｎ型コンタクト層１６、発光層２０のバンドギャップエネルギをそれぞれＥｇｂ、Ｅｇｃ、Ｅｇａとすると、Ｅｇｃ＞Ｅｇａ≧Ｅｇｂの関係にある。本実施形態においては、このようなバンドギャップエネルギの大小関係において、高温バッファ層１４の厚さ、さらにはｎ型コンタクト層１６の厚さを調整したものといえる。

なお、高温バッファ層１４の厚さを０、すなわちバッファ層１４自体をなくし、ｎ型コンタクト層１６をバッファ層としても機能させて光の吸収を低減することも考えられるが、ｎ型コンタクト層１６はオーミックコンタクトを得る機能とバッファとしての機能をともに有する必要があるためその組成に大きな制約が生じ、発光強度や膜の品質に影響を与えるおそれがある。したがって、高温バッファ層１４の厚さｔは、０＜ｔ≦０．５μｍとする必要があり、低温ＧａＮ系バッファ層１３の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ程度以下であるので、低温ＧａＮ系バッファ層１３と高温ＧａＮ系バッファ層１４のトータル膜厚ｔ２は、１０ｎｍ≦ｔ２≦０．５μｍとなる。

実施形態に係る発光装置（ＬＥＤ）の構成図である。バッファ層の成長説明図である。バッファ層及びｎ型コンタクト層の成長説明図である。ｎ型コンタクト層、ｎ型超格子クラッド層、活性層のバンドギャップの大きさの説明図である。ＧａＮ層の厚さを０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍと変化させた場合の発光スペクトルの変化を示すグラフ図である。ＧａＮ層の厚さと発光スペクトルの半値幅との関係を示す図である。ＧａＮ層の厚さと発光強度との関係を示す図である。従来装置の構成図である。ＬＥＤチップの射出方向と発光スペクトルとの関係を示すグラフ図である。従来のＬＥＤチップの発光スペクトルを示すグラフ図である。

符号の説明

１０サファイア基板、１２低温ＳｉＮバッファ層、１３低温ＧａＮ系バッファ層、１４高温ＧａＮ系バッファ層、１６ｎ型コンタクト層、１８ｎ型クラッド層、２０発光層、２２ｐ型クラッド層、２４ｐ型コンタクト層。

Claims

基板と、
前記基板上に形成された低温バッファ層と高温バッファ層からなる窒化ガリウム系バッファ層と、
前記窒化ガリウム系バッファ層上に形成された第１導電型コンタクト層と、
前記第１導電型コンタクト層上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された窒化ガリウム系発光層と、
前記窒化ガリウム系発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
を有する窒化ガリウム系発光装置であって、
前記窒化ガリウム系バッファ層は、その厚さが１０ｎｍ以上０．５μｍ以下であり、
前記第１導電型コンタクト層及び前記第１導電型クラッド層は、前記窒化ガリウム系発光層からの発光波長に対して透明となるバンドギャップエネルギを有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
基板と、
前記基板上に形成された低温バッファ層と高温バッファ層からなる窒化ガリウム系バッファ層と、
前記窒化ガリウム系バッファ層上に形成された第１導電型コンタクト層と、
前記第１導電型コンタクト層上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された窒化ガリウム系発光層と、
前記窒化ガリウム系発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
を有する窒化ガリウム系発光装置であって、
前記窒化ガリウム系バッファ層は、面内方向に連続膜となっておらず凹凸が形成されており、
前記第１導電型コンタクト層は、前記発光層からの発光波長に対して透明となるバンドギャップエネルギを有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記基板と前記低温バッファ層との間に、さらに低温窒化シリコンバッファ層を有することを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記低温バッファ層は、４００℃以上７５０℃以下の温度で形成されるバッファ層であり、
前記高温バッファ層は、８００℃から１１００℃以下の温度で形成されるバッファ層である
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記第１導電型コンタクト層は、その厚さが１μｍ以上であることを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記窒化ガリウム系バッファ層及び前記第１導電型コンタクト層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮの少なくともいずれかを含んで構成されることを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の装置において、
前記発光層は量子井戸構造を有し、その発光波長が３７５ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。
請求項６記載の装置において、
前記窒化ガリウム系バッファ層がＡｌを含んで構成される場合に、Ａｌ組成比は２０％以下である
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光装置。