JP2007116147A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】静電気耐圧が改善された高信頼性窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】本発明による窒化物発光素子は、基板上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含むが、上記活性層は多数の量子障壁層と量子井戸層を具備する多重量子井戸構造から成り、上記量子障壁層のうち一部量子障壁層はバンドギャップ変調された多層膜から成っている。
【選択図】図５

Description

本発明は窒化物半導体発光素子に関することであって、特に静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ＥＳＤ）耐性の高い窒化物半導体発光素子に関する。

最近、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（簡単に、窒化物半導体と称する）は、青色または緑色波長帯の光を放出するＬＥＤ（発光ダイオード）或いはＬＤ（レーザダイオード）の半導体材料として広く使用されており、天然色電光板、交通信号灯、イメージスキャナ、照明装置など各種製品の光源として応用されている。ここで、窒化物半導体はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有するＧａＮ系半導体物質を意味する。このような窒化物半導体発光素子を使用するにおいて、発光性能だけではなく、素子の信頼性もまた漸次その重要度が大きくなりつつある。窒化物半導体発光素子は、大体静電気放電（ＥＳＤ）、特に逆方向ＥＳＤに弱いため、発光素子のＥＳＤ耐性電圧は重要な信頼性の評価項目中の一つである。

ＥＳＤによる窒化物半導体発光素子の損傷を抑えるため様々な研究が進行されてきた。例えば、ＧａＮ系ＬＥＤをＳｉ系ツェナーダイオード（ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅ）に並列で連結して静電気放電から発光素子を保護しようとする技術が提示された。しかし、このようなＥＳＤ保護方案は、別途のツェナーダイオードを購入してボンディング組立すべきであるため、資材費用及び工程費用が大きく増加し、素子の小型化を制限することと成る。また異なる従来の方案として、特許文献１は、同一基板にＬＥＤ素子とショットキーダイオードを集積してＬＥＤとショットキーダイオードを並列で連結させＥＳＤから発光素子を保護する技術を開示している。

図１は、ショットキーダイオードを具備する従来の窒化物半導体発光素子を示す断面図である。図１を参照すると、ＬＥＤ構造は、サファイア基板１１上に形成されたバッファ層１２ａ，１２ｂ、第１ｎ型窒化物半導体層１４ａ、活性層１８、ｐ型窒化物半導体層２２、透明電極２４及びｎ側電極２６を含む。また、上記サファイア基板１１上にはＬＥＤ構造と分離されたショットキーダイオードが形成されている。該ショットキーダイオードは、第２ｎ型窒化物半導体層１４ｂ、ショットキーコンタクト電極２８及びオーミックコンタクト電極３０を含む。

上記ＬＥＤ構造の透明電極２４は、オーミックコンタクト電極３０と連結され、ＬＥＤ構造のｎ側電極２６は、ショットキーコンタクト電極２８と連結されている。これによって、ＬＥＤ構造はショットキーダイオードに並列で連結される。上記の通り構成された発光素子においては、逆方向ＥＳＤ電圧が印加されると、そのＥＳＤ電圧はショットキーダイオードを通じて放電されることが出来る。これによって、逆方向ＥＳＤ電圧印加時殆どの電流は、ＬＥＤダイオードの代わりにショットキーダイオードを通じて流れることとなり、ＬＥＤ構造はＥＳＤから保護されることと成る。

しかし、このようなショットキーダイオードを用いたＥＳＤ保護方案は、別途にショットキー接触を形成させなければならない厄介さがあり、素子の製造費用を増加させることと成る。即ち、ＬＥＤ素子領域とショットキーダイオード領域を分離しなければならないだけでなく、ｎ型ＧａＮ系物質から成る第２ｎ型窒化物半導体層１４ｂ上にショットキーコンタクトを成す電極物質とオーミックコンタクトを成す電極物質を別途に蒸着すべきである。

米国特許第６，５９３，５９７号

本発明は上記の問題点を解決するためのことであって、本発明の目的は、改善されたＬＥＤ薄膜層構造を通じて強化されたＥＳＤ耐性電圧を示す窒化物半導体発光素子を提供することにある。

上述の技術的課題を達成すべく、本発明による窒化物半導体発光素子は、基板上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含むが、上記活性層は多数の量子障壁層と量子井戸層を具備する多重量子井戸構造から成り、上記量子障壁層のうち一部量子障壁層はバンドギャップ変調（ｂａｎｄ ｇａｐ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された多層膜から成っている。

本発明によると、上記多層膜はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成ることが出来る。上記多層膜の少なくとも一部はｎ型不純物でドーピングされることが出来る。上記多層膜を構成する各層のドーピング濃度は互いに異なることも出来る。上記多層膜を構成する各層の厚さは０．２乃至５ｎｍであることが好ましい。

本発明の実施形態によると、上記多層膜はバンドギャップが互いに異なる２層が繰り返され積層された構造を有することが出来る。互いに異なるバンドギャップを有する上記２層は互いに異なる組成を有している。

上記多層膜は、相対的に大きいバンドギャップを有するＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る第１窒化物半導体層と、相対的に小さいバンドギャップを有するＩｎ_ｍＡｌ_ｎＧａ_{１−ｍ−ｎ}Ｎ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、０≦ｍ＋ｎ≦１）から成る第２窒化物半導体層が互いに交代で積層された構造を有することが出来る。例えば、上記多層膜はバンドギャップが互いに異なるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１）とＩｎ_ｍＧａ_１−ｍＮ層（０＜ｍ≦１、ｘ＜ｍ）が交代で繰り返され積層された構造を有することが出来る。

上記第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層のうち少なくとも一つの組成は変わることが出来る。例えば、上記第２窒化物半導体層はＩｎＧａＮから成り、上記ｐ型窒化物半導体層に近いほど上記第２窒化物半導体層のＩｎ組成が大きいことが出来る。逆にＩｎＧａＮから成る上記第２窒化物半導体層は上記ｐ型窒化物半導体層に近いほどＩｎ組成が小さいことが出来る。

本発明の実施形態によると、上記多層膜はバンドギャップが互いに異なる２層以上が一つのグループを形成し、該グループが２回以上繰り返され積層された構造を有することが出来る。この場合、各グループのドーピング濃度は互いに異なることも出来る。また、上記各グループのバンドギャップ変調は互いに異なることが出来る。

例えば、上記多層膜は、第１バンドギャップを有する第１窒化物半導体層、上記第１バンドギャップより小さい第２バンドギャップを有する第２窒化物半導体層、及び上記第２バンドギャップより小さいバンドギャップを有する第３窒化物半導体層が一つのグループを成し、該グループが２回以上繰り返して積層された構造を有することが出来る。

本発明の好ましい実施形態によると、上記多層膜は、上記量子井戸層の間に介在された量子障壁層のうち上記ｎ型窒化物半導体層に隣接した１または２個の量子障壁層位置のみに形成されている。この場合、上記活性層は上記ｎ型窒化物半導体層上において量子井戸層から始まることもでき、量子障壁層から始まることも出来る。

本発明の実施形態によると、２個以上の量子障壁層が多層膜から成る場合、複数の上記多層膜量子障壁層は互いに同一の多層膜構成を有することが出来る。これとは異なり、複数の上記多層膜量子障壁層は互いに異なる多層膜構成を有することが出来る。例えば、複数の多層膜量子障壁層は互いに異なる多層膜組成を有するか、互いに異なるバンドギャップ変調を示すことが出来る。

本発明によると、活性層内の一部量子障壁層をバンドギャップ変調された多層膜で構成することにより、強化された電流拡散効果が得られる。このような電流拡散効果によって、局部的な電流集中現象が抑えられ静電気耐圧特性が向上される。結局、別途の積層構造物やツェナーダイオードまたはショットキー接合を形成させること無く、素子をＥＳＤから充分保護出来るため、製造工程及び製造費用の側面で有利である。

本発明によると、一部量子障壁層をバンドギャップ変調された多層膜で構成することにより、強化された電流拡散効果を得て素子のＥＳＤ耐圧を改善することが出来る。特に、別途のツェナーダイオードやショットキー接触無くも容易にＥＳＤ耐圧を向上させることが出来るため、低い製造費用で信頼性高い窒化物半導体発光素子を具現することが出来る。

以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明される実施形態で限定されるのではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有しているものに本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。

図２は、本発明の一実施形態による窒化物半導体発光素子の断面図である。図２を参照すると、発光素子１００はサファイア基板などの基板１０１上に順次形成されたｎ型窒化物半導体層１０３、活性層１２０及びｐ型窒化物半導体層１３０を含む。便宜上発光素子１００の電極構造は図示を省略した。活性層１２０は多重量子井戸構造から成っている。即ち、活性層１２０は互いに交代で積層された量子井戸層１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄと量子障壁層１１２，１１０を含む。また、活性層１２０内の一部量子障壁層１１２はバンドギャップ変調（ｂａｎｄ ｇａｐ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された多層膜から成っている。このようなバンドギャップ変調された多層膜量子障壁層１１２を有する活性層のエネルギーバンド構造の例が図５乃至図８に図示されている。

本発明によると、活性層１２０内の一部量子障壁層１１２がバンドギャップ変調された多層膜構造を有することにより、水平方向への電流拡散が大きく向上される。このような電流拡散効果によって、電流が局部的に集中される現象が抑えられ、ＥＳＤによる発光素子の損傷を防ぐこととなる。これによって、別途のツェナーダイオード或いはショットキー接触無くも窒化物半導体発光素子１００のＥＳＤ耐性電圧、即ち静電気耐圧が改善される。

図２に図示された通り、多層膜構造の量子障壁層１１２は量子井戸層の間に介在された量子障壁層１１２，１１０のうちｎ型窒化物半導体層１０３に最も隣接した量子障壁層１１２位置に配置されている。一般的に、バンドギャップ変調された多層膜構造の量子障壁層は量子井戸層の間に介在されていることが好ましく、特に量子井戸層の間に介在された量子障壁層のうちｎ型窒化物半導体層に隣接した１または２個の量子障壁層位置のみに配置されていることが好ましい。このようにすることで、静電気耐圧を向上させると共に輝度低下を抑えることが出来る。

具体的に説明すると、通常、活性層内において電子の濃度と移動度は正孔に比べ非常に高いため、大部分の電子−正孔再結合、特に発光型再結合はｐ型窒化物半導体層１３０に近接した井戸層から起きる。即ち、ｎ側に隣接するほど（即ち、ｎ型窒化物半導体層１０３に隣接するほど）、発光型再結合が大きく落ちることと成る。このような事実は図９及び図１０のグラフを通じて確認出来る。図９は、活性層内における電子と正孔の濃度分布を示すグラフで、図１０は活性層内における再結合率分布を示すグラフである。

図９に図示された通り、通常の活性層内では電子の濃度が正孔の濃度より大きい。また、各量子井戸層には電子が互いに類似な濃度で存在する。これに対して正孔の移動度は電子の移動度に比べ非常に低いため、大部分の正孔はｐ側に（即ち、ｐ型窒化物半導体層に）隣接した量子井戸層に存在し、ｎ側に（即ち、ｎ型窒化物半導体層に）行くほど正孔の濃度は急激に減少する。これによって、図１０に図示された通り、大部分の発光型再結合はｐ型窒化物半導体層（ｐ側）に隣接した量子井戸層から発生する。

このように大部分の発光型再結合は、ｐ型窒化物半導体層に隣接した量子井戸層から発生するため、ｎ型窒化物半導体層（ｎ側）の近くに位置した量子障壁層を上記したようなバンドギャップ変調された多層膜で構成しても発光効率または輝度の著しい減少無く効果的に静電気耐圧が改善されることが出来る。

上記多層膜障壁層１１２は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る窒化物半導体物質で形成される。多層膜障壁層１１２の少なくとも一部には、ｎ型不純物がドーピングされることが出来る。多層膜障壁層１１２にｎ型不純物をドーピングすることにより、多層膜の電気伝導度を高め動作電圧を低めることが出来る。この場合、多層膜障壁層１１２を構成する各層のドーピング濃度は同一であることも異なることも出来る。また、多層膜障壁層１１２の一部は同一のドーピング濃度を有し、他の一部は異なるドーピング濃度を有することも出来る。特に、上記多層膜障壁層１１２内にドーピング濃度が高い層とドーピング濃度が低い層を交代で配置することにより、電流拡散効果がさらに強化されることが出来る。

多層膜障壁層１１２を構成する各層の厚さは、互いに同一であることも互いに異なることも出来る。好ましくは、多層膜障壁層１１２を構成する各層の厚さは０．２乃至５ｎｍである。さらに好ましくは、多層膜障壁層１１２を構成する各層の厚さは０．５乃至５ｎｍである。

図２に図示された実施形態では、活性層１２０がｎ型窒化物半導体層１０３上において量子井戸層１０５ａから始まっている。しかし、本発明はこれに限定されない。活性層は、ｎ型窒化物半導体層上において量子障壁層から始まることも出来る。

図３及び図４は、本発明の他の実施形態による窒化物半導体発光素子の断面図を示す。図３及び図４の発光素子２００，３００では、活性層１４０，１５０はｎ型窒化物半導体層１０３上において量子障壁層から始まる。特に、図３の窒化物半導体発光素子２００では、量子井戸層１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄの間に介在された量子障壁層１１０，１１３のうちｎ型窒化物半導体層１０３に隣接した１個の量子障壁層１１３のみ上記のバンドギャップ変調された多層膜構造有する。また、図４の窒化物半導体発光素子３００では、量子井戸層１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄの間に介在された量子障壁層１１０，１１４，１１５のうちｎ型窒化物半導体層１０３に隣接した２個の量子障壁層１１４，１１５のみ上記のバンドギャップ変調された多層膜構造を有する。

図４に図示された発光素子４００のように、２個以上の量子障壁層１１４，１１５が多層膜から成る場合、複数の多層膜量子障壁層１１４，１１５は互いに同一の多層膜構成を有することが出来る。しかし、多層膜内のストレインを考慮して各々の多層膜量子障壁層１１４，１１５は、互いに異なる多層膜構成を有することが出来る。例えば各々の多層膜量子障壁層１１４，１１５は互いに異なる多層膜組成を有するか、互いに異なるバンドギャップ変調を示すことが出来る。

図５乃至図８は、様々な本実施形態による活性層の伝導帯域エッジ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）を示す図面として、多層膜量子障壁層のエネルギーバンド構造の例を図示している。

先ず、図５を参照すると、多層膜量子障壁層はバンドギャップが互いに異なる２層が繰り返され積層された構造を有する。図５に図示された多層膜量子障壁層は、第１バンドギャップを有するＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る第１窒化物半導体層と、上記第１バンドギャップより大きい第２バンドギャップを有するＩｎ_ｍＡｌ_ｎＧａ_{１−ｍ−ｎ}Ｎ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、０≦ｍ＋ｎ≦１）から成る第２窒化物半導体層が互いに交代で成長させることにより得ることが出来る。例えば、互いに異なるバンドギャップを有するＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１）とＩｎ_ｍＧａ_１−ｍＮ層（０＜ｍ≦１、ｘ＜ｍ）を交代で繰返し成長させることにより、図５に図示されたような多層膜量子障壁層のバンドギャップ変調を得ることが出来る。この場合、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層とＩｎ_ｍＧａ_１−ｍＮ層のうちＩｎ組成がより高い層（即ち、Ｉｎ_ｍＧａ_１−ｍＮ層）はより小さいバンドギャップを有することとなる。

図６を参照すると、多層膜量子障壁層はバンドギャップが互いに異なる第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層（第１窒化物半導体層のバンドギャップ＞第２窒化物半導体層のバンドギャップ）が繰り返され積層された構造を有するが、第２窒化物半導体層のバンドギャップがｐ側に行くほど（ｐ型半導体層に行くほど）漸次小さくなるよう第２窒化物半導体層の組成が変わることが出来る。例えば、第２窒化物半導体層がＩｎＧａＮ層から成り、第２窒化物半導体層のＩｎ組成がｐ側に行くほど大きくなることが出来る。

図７に図示された通り、図６とは逆に第２窒化物半導体層のバンドギャップがｐ側に行くほど漸次大きくなるよう第２窒化物半導体層の組成が変わることも出来る。例えば、第２窒化物半導体層がＩｎＧａＮ層から成り、第２窒化物半導体層のＩｎ組成がｐ側に行くほど小さくなることが出来る。また、第１窒化物半導体層の組成が変わることも出来る。このように、多層膜量子障壁層内の第１窒化物半導体層または第２窒化物半導体層のうち少なくとも一つの組成は変ることができ、その組成変化の形態は図５乃至図７に図示されたことに限られない。

図８は、また異なる実施形態による多層膜量子障壁層のエネルギーバンド構造を示す。図８を参照すると、バンドギャップが互いに異なる３層（第１窒化物半導体層、第２窒化物半導体層及び第３窒化物半導体層）が一つのグループを形成し、該３層グループが２回以上（図８では３回）繰り返され積層されることにより、多層膜量子障壁層を構成している。

さらに具体的に説明すると、第１バンドギャップを有する第１窒化物半導体層、第２バンドギャップを有する第２窒化物半導体層及び第３バンドギャップを有する第３窒化物半導体層（第１バンドギャップ＞第２バンドギャップ＞第３バンドギャップ）が一つのグループを形成し、該グループが２回以上繰り返して積層されることにより、多層膜量子障壁層を構成している。特に、図８の実施形態では、各グループが同一のバンドギャップ変調を有している。しかし、本発明はこれに限定されず、各グループが互いに異なるバンドギャップ変調を有することも出来る。また、各グループが互いに異なる組成（即ち、周期的に繰り返されない組成）を有することも出来る。

図８の実施形態においても、多層膜障壁層の少なくとも一部にはｎ型不純物がドーピングされることが出来る。また、各グループのドーピング濃度は互いに同一であることも互いに異なることも出来る。また、一部グループは同一のドーピング濃度を有し、他の一部は異なるドーピング濃度を有することも出来る。例えば、ドーピングされたグループとドーピングされないグループが交代で配置されることも出来る。この実施形態では、多層膜量子障壁層内において互いに異なるバンドギャップを有する３個の窒化物半導体層が一つのグループを形成しているが、互いに異なるバンドギャップを有する２個または４個以上の窒化物半導体層が一つのグループを形成することも出来る。

本発明によると、量子障壁層のうち一部量子障壁層（好ましくは、量子井戸層の間に介在された、そしてｎ型窒化物半導体層に隣接した１または２個の量子障壁層）をバンドギャップ変調された多層膜で構成することにより、輝度または発光効率の著しい損失無くＥＳＤ耐圧特性を大きく向上させることが出来る。このような利点は図１１に図示されたグラフを通じて確認出来る。

図１１を参照すると、ｎ型窒化物半導体層に近い（そして、量子井戸層の間に挟まれた）位置から多層膜量子障壁層（バンドギャップ変調された多層膜）の積層数を増やしていくにつれ、光パワー（輝度）は漸次減少する傾向を示すが、ＥＳＤ耐性電圧は急激に増加してからやや減少する。多層膜量子障壁層がｐ側に隣接するほど光パワーが減少される理由は、先に説明した通り、大部分の発光型再結合がｐ型窒化物半導体層に隣接した量子井戸層から発生するからである。

図１１のグラフから、バンドギャップ変調された多層膜を量子障壁層位置に挿入することによりＥＳＤ耐圧を上昇させることが確認出来る。さらに、量子井戸層の間に挟まれた量子障壁層位置のうちｎ型窒化物半導体層に隣接した１または２個の量子障壁層位置にバンドギャップ変調された多層膜を挿入することにより、輝度の著しい損失を防止することが可能となる。従って、量子井戸層の間に挟まれた量子障壁層位置のうちｎ側に隣接した１または２個の量子障壁層位置にバンドギャップ変調された多層膜を挿入することにより（図２乃至図４参照）、適切な輝度を維持しつつも向上されたＥＳＤ耐圧特性を確保することが可能となる。

しかし、ｐ側に隣接した量子障壁層を含んだ全ての量子障壁層を上記のバンドギャップ変調された多層膜で形成すると、輝度は逆に減少されることが出来る。即ち、大部分の発光型再結合が発生する量子井戸層の近くにバンドギャップ変調された多層膜が位置することにより、発光効率が低下されることが出来る。従って、一部量子障壁層のみにバンドギャップ変調された多層膜を形成すべきであり、特にｎ型窒化物半導体層に近い量子障壁層位置に多層膜を形成することが、輝度減少を防止するという側面から有利である。

本発明は上述の実施形態及び添付の図面によって限定されず、添付の請求範囲によって限定しようとする。また本発明は、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。

従来の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態による窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の他の実施形態による窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明のまた異なる実施形態による窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の種々の実施形態による活性層の多重量子井戸構造を概略的に説明するための図面として、活性層の伝導帯域エッジ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）を示す図面である。 本発明の種々の実施形態による活性層の多重量子井戸構造を概略的に説明するための図面として、活性層の伝導帯域エッジ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）を示す図面である。 本発明の種々の実施形態による活性層の多重量子井戸構造を概略的に説明するための図面として、活性層の伝導帯域エッジ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）を示す図面である。 本発明の種々の実施形態による活性層の多重量子井戸構造を概略的に説明するための図面として、活性層の伝導帯域エッジ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ）を示す図面である。 活性層内における電子と正孔の濃度分布を示すグラフである。 活性層内における再結合率分布を示すグラフである。 本発明による多層膜量子障壁層の数による光パワー及びＥＳＤ耐性電圧を示すグラフである。

符号の説明

１０１ 基板
１０３ ｎ型窒化物半導体層
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ 量子井戸層
１１０ 量子障壁層
１１２，１１３，１１４，１１５ 多層膜量子障壁層
１２０，１４０，１５０ 活性層
１３０ ｐ型窒化物半導体層

Claims (20)

1. 基板上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含み、
   前記活性層は多数の量子障壁層と量子井戸層を具備する多重量子井戸構造から成り、前記量子障壁層のうち一部量子障壁層はバンドギャップ変調された多層膜から成ることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記多層膜は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記多層膜の少なくとも一部は、ｎ型不純物でドーピングされることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記多層膜を構成する各層のドーピング濃度は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記多層膜を構成する各層の厚さは、０．２乃至５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記多層膜は、バンドギャップが互いに異なる２層が繰り返され積層された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
7. 互いに異なるバンドギャップを有する前記２層は、互いに異なる組成を有することを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記多層膜は、第１バンドギャップを有するＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る第１窒化物半導体層と、前記第１バンドギャップより小さい第２バンドギャップを有するＩｎ_ｍＡｌ_ｎＧａ_{１−ｍ−ｎ}Ｎ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、０≦ｍ＋ｎ≦１）から成る第２窒化物半導体層が互いに交代で積層された構造を有することを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
9. 前記多層膜は、バンドギャップが互いに異なるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１）とＩｎ_ｍＧａ_１−ｍＮ層（０＜ｍ≦１、ｘ＜ｍ）が交代で繰り返され積層された構造を有することを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
10. 前記第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層のうち少なくとも一つの組成が変わることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
11. 前記第２窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮから成り、前記ｐ型窒化物半導体層に近いほど前記第２窒化物半導体層のＩｎ組成が大きくなることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
12. 前記第２窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮから成り、前記ｐ型窒化物半導体層に近いほど前記第２窒化物半導体層のＩｎ組成が小さくなることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
13. 前記多層膜は、バンドギャップが互いに異なる２層以上が一つのグループを形成し、該グループが２回以上繰り返され積層された構造を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
14. 前記各グループのドーピング濃度は、互いに異なることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子。
15. 前記各グループのバンドギャップ変調は、互いに異なることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子。
16. 前記多層膜は、第１バンドギャップを有する第１窒化物半導体層、前記第１バンドギャップより小さい第２バンドギャップを有する第２窒化物半導体層、及び前記第２バンドギャップより小さいバンドギャップを有する第３窒化物半導体層が一つのグループを成し、該グループが２回以上繰り返して積層された構造を有することを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子。
17. 前記多層膜は、前記量子井戸層の間に介在された量子障壁層のうち前記ｎ型窒化物半導体層に隣接した１または２個の量子障壁層位置のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
18. ２個以上の量子障壁層がバンドギャップ変調された多層膜から成り、
    多層膜から成る前記２個以上の量子障壁層は互いに同一の多層膜構成を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
19. ２個以上の量子障壁層がバンドギャップ変調された多層膜から成り、
    多層膜から成る前記２個以上の量子障壁層は互いに異なる多層膜構成を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
20. 多層膜から成る前記２個以上の量子障壁層は、互いに異なる多層膜組成を有するか互いに異なるようバンドギャップ変調されることを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体発光素子。

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