JP2008198653A

JP2008198653A - 窒化物半導体発光素子

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Publication number: JP2008198653A
Application number: JP2007029433A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ota; 裕朗太田; Shigehide Chichibu; 重英秩父
Original assignee: Rohm Co Ltd; University of Tsukuba NUC
Current assignee: Rohm Co Ltd; University of Tsukuba NUC
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】紫外領域の発光効率に優れた窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｍ面を主面としたＡｌＮ基板１上に、III族窒化物半導体層２が形成されている。III族窒化物半導体層２は、ＡｌＮ基板１側から順に、ｎ型コンタクト層２１、発光層（活性層）としての多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）層２２、ＡｌＧａＮファイナルバリア層２５、ｐ型電子阻止層２３、およびｐ型コンタクト層２４を積層した積層構造を有している。多重量子井戸層２２は、量子井戸層とバリア層とを交互に複数回繰り返し積層した構造を有している。量子井戸層は、ＡｌＩｎＮからなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）に関する。

III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体は「III族窒化物半導体」と呼ばれ、その代表例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。一般には、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
III族窒化物半導体を用いた発光素子は、ｐ型半導体層、発光層およびｎ型半導体層を有する窒化物半導体積層構造を有している。発光素子は、たとえば、量子井戸層とバリア層（障壁層）とを交互に複数周期繰り返し積層したＭＱＷ（多重量子井戸）層で構成される。たとえば、バリア層はＧａＮからなり、量子井戸層はＩｎＧａＮ層からなる。

窒化物半導体積層構造の一般的な形成方法は、ｃ面を主面とする窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上にIII族窒化物半導体を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって成長させる方法である。この方法を適用することにより、ｐ型層、発光層およびｎ型層を有するＧａＮ半導体積層構造を形成することができ、この積層構造を利用した発光素子を作製できる。
T. Takeuchi et al., Jap. J. Appl. Phys. 39, 413-416, 2000

紫外領域で効率の良い発光を実現するには、量子井戸層にＡｌＩｎＮ層を適用するとよい。
この場合、基板には、紫外線を吸収しないように、バンドギャップの大きい材料のものを用いる必要がある。具体的には、ＧａＮ基板では紫外線を吸収してしまうので、ＡｌＮ基板を用いるのが適当である。

ところが、ＡｌＮとＡｌＩｎＮとは格子不整合が大きいため、ＡｌＩｎＮ層で構成された量子井戸層に圧電分極が生じやすく、その影響で、紫外線発光の効率が悪くなる。
そこで、この発明の目的は、紫外領域の発光効率に優れた窒化物半導体発光素子を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、非極性面または半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなり、ｐ型半導体層、発光層およびｎ型半導体層を含むIII族窒化物半導体積層構造を有する発光素子であって、前記発光層がＡｌＩｎＮからなる量子井戸層を含む、窒化物半導体発光素子である。この構成によれば、ＡｌＩｎＮからなる量子井戸層を含む発光層は、非極性面または半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなるIII族窒化物半導体積層構造内に備えられている。したがって、ｃ面のような極性面を成長主面としたIII族窒化物半導体でIII族窒化物半導体積層構造を形成する場合に比較して、ピエゾ分極を抑制することができる。その結果、ＡｌＩｎＮからなる量子井戸層に生じる分極を緩和することができるから、紫外領域の発光効率を改善することができる。

請求項２記載の発明は、前記量子井戸層を構成するＡｌＩｎＮのＩｎ組成が０．５％〜３％であり、前記発光層の発光波長が２３０ｎｍ〜２６０ｎｍである、請求項１記載の窒化物半導体発光素子である。また、請求項３記載の発明は、前記量子井戸層を構成するＡｌＩｎＮのＩｎ組成が７％〜１５％であり、前記発光層の発光波長が３００ｎｍ〜３５０ｎｍである、請求項１記載の窒化物半導体発光素子である。これらの構成により、紫外領域（波長２３０ｎｍ〜２６０ｎｍ、３００ｎｍ〜３５０ｎｍ）の光を効率良く発生させることができる。

前記III族窒化物半導体積層構造は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法のいずれかによって結晶成長されたIII族窒化物半導体からなるものであってもよい（請求項４）。分子線エピタキシー法は、ＮＨ₃ソースを用いたガスソース分子線エピタキシー法であってもよいし、高周波（ＲＦ）窒素ラジカル源からプラズマ状態の窒素を基板に供給する高周波プラズマ分子線エピタキシー（ＲＦ−ＭＢＥ）法であってもよい。

また、前記III族窒化物半導体積層構造は、トリイソブチルアルミ（ＴＩＢＡｌ）、エチルジメチルアミンアラン（ＥＤＭＡＡｌ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）およびジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）のうちのいずれかをＡｌ原料として用いた有機金属気相成長法によって結晶成長されたIII族窒化物半導体からなるものであってもよい（請求項５）。上記のようなＡｌ原料を用いることにより、III族窒化物半導体結晶を低温（たとえば、７００℃以下）で結晶成長させることができる。これにより、窒素原料として用いられるアンモニア等との気相反応を抑えることができるとともに、半導体結晶中へのＩｎの取り込み効率を上げることができる。また、半導体結晶中への不純物炭素の取り込みがほとんどなくなることから、転位や非発光結合中心の生成を抑制することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の発光素子の一実施形態に係る発光ダイオードの構造を説明するための図解的な断面図である。この発光ダイオードは、ｍ面を主面としたＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板１上にIII族窒化物半導体積層構造をなすIII族窒化物半導体層２を再成長させて構成されている。III族窒化物半導体層２は、ＡｌＮ基板１側から順に、ｎ型コンタクト層２１、発光層（活性層）としての多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）層２２、ＡｌＧａＮファイナルバリア層２５、ｐ型電子阻止層２３、およびｐ型コンタクト層２４を積層した積層構造を有している。ｐ型コンタクト層２４層の表面には、透明電極としてのアノード電極３が形成されており、さらに、このアノード電極３の一部には、配線接続のための接続部４が接合されている。また、ｎ型コンタクト層２１には、カソード電極５が接合されている。こうして、発光ダイオード構造が形成されている。

ＡｌＮ基板１は、支持基板（配線基板）１０に接合されている。支持基板１０の表面には、配線１１，１２が形成されている。そして、接続部４と配線１１とがボンディングワイヤ１３で接続されており、カソード電極５と配線１２とがボンディングワイヤ１４で接続されている。
ｎ型コンタクト層２１は、シリコンをｎ型ドーパントとして添加したｎ型ＡｌＧａＮ層からなる。

多重量子井戸層（活性層）２２は、量子井戸層とバリア層とを交互に積層して構成されている。より具体的には、たとえば３ｎｍ厚のＡｌ_x1Ｉｎ_1-x1Ｎ層（０＜ｘ１＜１）からなる量子井戸層と、たとえば１０ｎｍ厚のＡｌ_x2Ｉｎ_1-x2Ｎ層（０＜ｘ２＜１，ｘ１＜ｘ２）からなるバリア層とを、交互に所定周期（たとえば５周期）積層したものである。量子井戸層のＩｎ組成を調整することによって、発光波長を調整することができる。

この多重量子井戸層２２と、ｐ型電子阻止層２３との間に、ＡｌＧａＮファイナルバリア層２５（たとえば１０ｎｍ厚）が積層されている。
ｐ型電子阻止層２３は、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウムを添加したＡｌＧａＮ層からなる。
ｐ型コンタクト層２４は、ｐ型ドーパントとしてのマグネシウムを高濃度に添加したＡｌＧａＮ層からなる。ｐ型コンタクト層２４の表面はIII族窒化物半導体層２の表面２ａをなし、この表面２ａは、多重量子井戸層２２で発生した光が取り出される光取り出し側表面である。

発光波長を２３０ｎｍ〜２６０ｎｍとする場合の各層の構成例を表１に示す。
また、発光波長を３００ｎｍ〜３５０ｎｍとする場合の各層の構成例を表２に示す。

アノード電極３は、ＮｉとＡｕとから構成される透明な薄い金属層（たとえば、２００Å以下）で構成される。このアノード電極３の表面３ａから光が取り出される。
カソード電極５は、ＴｉとＡｌ層とから構成される膜である。

ＡｌＮ基板１は、非極性面または半極性面を主面とするものであり、図１の例ではｍ面を主面としている。ＡｌＮ基板１上に結晶成長されて形成されたIII族窒化物半導体層２の成長主面は、ＡｌＮ基板１の主面の面方位に従う。したがって、ＡｌＮ基板１の主面がｍ面であれば、III族窒化物半導体層２の成長主面はｍ面となる。
図２は、III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。III族窒化物半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、六角柱の軸方向に沿うｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。III族窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面（１０-１０）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１-２０）である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。さらに、ｃ面に対して傾斜している（平行でもなく直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例は、（１０-１-１）面、（１０-１-３）面、（１１-２２）面などである。

非特許文献１に、ｃ面に対する結晶面の偏角と当該結晶面の法線方向の分極との関係が示されている。この非特許文献１から、（１１-２４）面、（１０-１２）面なども分極の少ない結晶面であり、III族窒化物半導体層２の結晶成長に適した半極性面であると言える。
図３は、III族窒化物半導体層２を構成する各層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）で成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。処理室３０内に、ヒータ３１を内蔵したサセプタ３２が配置されている。サセプタ３２は、回転軸３３に結合されており、この回転軸３３は、処理室３０外に配置された回転駆動機構３４によって回転されるようになっている。これにより、サセプタ３２に処理対象のウエハ３５を保持させることにより、処理室３０内でウエハ３５を所定温度に昇温することができ、かつ、回転させることができる。ウエハ３５は、前述のＡｌＮ基板１を構成するＡｌＮウエハであり、たとえば、ｍ面を主面とするＡｌＮ単結晶ウエハである。

処理室３０には、排気配管３６が接続されている。排気配管３６はロータリポンプ等の排気設備に接続されている。これにより、処理室３０内の圧力は、１／１０気圧〜常圧力（好ましくは１／５気圧程度）とされ、処理室３０内の雰囲気は常時排気されている。
一方、処理室３０には、サセプタ３２に保持されたウエハ３５の表面に向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給路４０が導入されている。この原料ガス供給路４０には、窒素原料ガスとしてのアンモニアを供給する窒素原料配管４１と、ガリウム原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給するガリウム原料配管４２と、アルミニウム原料ガスとしてのトリイソブチルアルミ（ＴＩＢＡｌ）を供給するアルミニウム原料配管４３と、インジウム原料ガスとしてのトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給するインジウム原料配管４４と、マグネシウム原料ガスとしてのエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ₂Ｍｇ）を供給するマグネシウム原料配管４５と、シリコンの原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ₄）を供給するシリコン原料配管４６とが接続されている。これらの原料配管４１〜４６には、それぞれバルブ５１〜５６が介装されている。各原料ガスは、いずれも水素もしくは窒素またはこれらの両方からなるキャリヤガスとともに供給されるようになっている。

たとえば、ｍ面を主面とするＡｌＮウエハ３５をサセプタ３２に保持させる。この状態で、バルブ５２〜５６は閉じておき、窒素原料バルブ５１を開いて、処理室３０内に、キャリヤガスおよびアンモニアガス（窒素原料ガス）が供給される。さらに、ヒータ３１への通電が行われ、ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃（たとえば、１０５０℃）まで昇温される。これにより、表面の荒れを生じさせることなくIII族窒化物半導体結晶を成長させることができるようになる。

ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃に達するまで待機した後、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびシリコン原料バルブ５６が開かれる。これにより、原料ガス供給路４０から、キャリヤガスとともに、アンモニア、トリイソブチルアルミ、トリメチルガリウムおよびシランが供給される。その結果、ウエハ３５の表面に、シリコンがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層２１が成長する。

次に、シリコン原料バルブ５６が閉じられ、多重量子井戸層２２の成長が行われる。多重量子井戸層２２の成長は、窒素原料バルブ５１、アルミニウム原料バルブ５３およびインジウム原料バルブ５４を開いて、アンモニア、トリイソブチルアルミおよびトリメチルインジウムをウエハ３５へと供給するとともに、量子井戸層の成長時とバリア層の供給時とで、原料ガスの供給流量を変更することによって行われる。たとえば、インジウム原料ガス（トリメチルインジウム）の供給流量比を小さくしてバリア層を始めに形成し、次いで、インジウム原料ガスの供給流量比を大きくして量子井戸層を形成する。これを５回に渡って繰り返し行った後、最後に、ＩｎＧａＮ層上にＧａＮファイナルバリア層２５が形成される。多重量子井戸層２２およびＧａＮファイナルバリア層２５の形成時には、ウエハ３５の温度は、たとえば、７００℃〜８００℃（たとえば７３０℃）とされることが好ましい。

次いで、ｐ型電子阻止層２３が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子阻止層２３が形成されることになる。このｐ型電子阻止層２３の形成時には、ウエハ３５の温度は、１０００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。

次に、ｐ型コンタクト層２４が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５３，５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層２４が形成されることになる。ｐ型コンタクト層２４の形成時には、ウエハ３５の温度は、１０００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。

こうして、ウエハ３５上にIII族窒化物半導体層２が成長させられると、このウエハ３５は、エッチング装置に移され、たとえばプラズマエッチングによって、図１に示すように、ｎ型コンタクト層２１を露出させるための凹部７が形成される。凹部７は、多重量子井戸層２２、ｐ型電子阻止層２３およびｐ型コンタクト層２４を島状に取り囲むように形成されてもよく、これにより、多重量子井戸層２２、ｐ型電子阻止層２３およびｐ型コンタクト層２４をメサ形に整形するものであってもよい。

さらに、抵抗加熱または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極３、接続部４、カソード電極５が形成される。これにより、図１に示す発光ダイオード構造を得ることができる。
このようなウエハプロセスの後に、ウエハ３５から個別素子が切り出され、この個別素子は、ダイボンディングおよびワイヤボンディングによってリード電極に接続される。こうして、発光ダイオード素子が作製される。

アルミニウム原料ガスとして用いたトリイソブチルアルミは、Ａｌとイソブチル基との結合が弱く、１５０℃程度以上でＡｌとイソブチル基との分離が発生する。そのため、７００℃以下の低温の成長温度で結晶成長を行うことが可能である。これにより、アンモニアとの気相反応を抑えることができるうえに、インジウムを結晶中に効率的に取り込むことができるのでＩｎ組成の高い窒化物半導体結晶を形成できる。また、トリイソブチルアルミが熱分解したときの分解生成物は、Ａｌとイソブタンまたはイソブテンであるが、イソブタンおよびイソブテンの分子構造がいずれも大きいので半導体結晶中への取り込みはほとんどなく、不純物としての炭素（Ｃ）が結晶中に取り込まれることを抑制できる。これにより、半導体結晶中に転位や非発光結合中心が生じることを効果的に抑制できる。

同様の効果を得ることができる他のアルミニウム原料ガスとしては、エチルジメチルアミンアラン（ＥＤＭＡＡｌ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）およびジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）を例示することができる。
ＡｌＩｎＮ層からなる量子井戸層を含む多重量子井戸層２２の構成としては、前述の例のほかにも、量子井戸層としてのＡｌＩｎＮ層とバリア層としてのＡｌＩｎＧａＮ層とを交互に所定周期だけ積層した構造を採用してもよい。この場合には、バリア層の形成時に、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびインジウム原料バルブ５４を開いて、処理室３０内に、窒素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの各原料ガスを供給すればよい。

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、発光ダイオード構造の形成に本願発明が適用された例について説明したが、この発明は、レーザダイオード等の他の発光デバイスはもちろんのこと、トランジスタやダイオードといった他の電子デバイスの作製にも適用することができる。レーザダイオードを作製する場合には、ｎ型コンタクト層２１と多重量子井戸層２２（活性層）との間にｎ型クラッド層を設け、ｐ型電子阻止層２３とｐ型コンタクト層２４との間にｐ型クラッド層を設けることになる。さらに、多重量子井戸層２２とｎ型クラッド層との間にｎ型ガイド層を設け、ｐ型電子阻止層２３とｐ型クラッド層との間にｐ型ガイド層を設ける。一例としては、両ガイド層は活性層バリアと同じ組成とし、クラッド層は両ガイド層よりも大きなバンドギャップ（低屈折率）の組成とすれば、光導波路を形成できる。

また、前述の実施形態では、有機金属気相成長法によってIII族窒化物半導体結晶の成長を行う例について説明したが、このほかにも、分子線エピタキシー法を用いることができる。たとえば、高周波プラズマ分子線エピタキシー法によってIII族窒化物半導体結晶を行うための構成を図４に示す。
この分子線エピタキシー装置は、高真空処理室６１と、この処理室６１内に配置されウエハ３５を保持するためのサセプタ６２と、このサセプタ６２に付設されウエハ３５を加熱するための加熱機構６３と、サセプタ６２に保持されたウエハ３５に向けて原料の分子線を供給する原料セル７１〜７６と、各原料セルとサセプタ６２との間に配置されて原料の供給を制御するシャッタ８１〜８６と、反射高速電子線回折(RHEED: Reflection High Energy Electron Diffraction)電子銃６５と、この電子銃６５に対向配置されたRHEEDスクリーン６６とを備えている。

原料セル７１〜７６は、具体的には、窒素原料セル７１、ガリウム原料セル７２、アルミニウム原料セル７３、インジウム原料セル７４、マグネシウム原料セル７５、およびシリコン原料セル７６である。
窒素原料セル７１は、原料原子をプラズマ状態で供給するプラズマセルであり、セルに導入された原料ガスに高周波電界を印加する高周波印加装置としての高周波コイル７１ａを備えている。この窒素原料セル７１には、原料ガスとしての高純度窒素ガスが供給されるようになっている。これにより、窒素原料セル７１は、プラズマ化された窒素をウエハ３５に供給するプラズマ窒素源として機能することになる。また、このセルのプラズマを一切使用せずに、原料ガスに高純度アンモニアガスを供給する、いわゆるアンモニアガスソースＭＢＥ方式で窒素を基板に供給してもよい。

ガリウム原料セル７２、アルミニウム原料セル７３、インジウム原料セル７４、マグネシウム原料セル７５およびシリコン原料セル７６は、るつぼ内に配置した原料をヒータ加熱によって蒸発させて原料原子ビームを生成するクヌーセンセルである。むろん、これらの原料セル７２〜７６をプラズマセルとし、たとえば、これらの原料セル７２〜７６に対して、ガリウム原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルミニウム原料ガスとしてのトリイソブチルアルミ（ＴＩＢＡｌ）、インジウム原料ガスとしてのトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、マグネシウム原料ガスとしてのエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ₂Ｍｇ）、シリコンの原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ₄）を、それぞれ供給するようにしてもよい。また、前述の実施形態の場合と同じく、アルミニウム原料ガスとして、エチルジメチルアミンアラン（ＥＤＭＡＡｌ）、トリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡｌ）およびジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）を用いてもよい。

シャッタ８１〜８６の開閉によって、各原料セル７１〜７６からの各原料原子のビームの供給／非供給が制御される。
この構成により、加熱機構６３によってウエハ３５の温度を制御しながら、さらに、シャッタ８１〜８６の開閉を制御することによって、高周波プラズマ分子線エピタキシー法によって、III族窒化物半導体層２をウエハ３５上に結晶成長させることができる。成長表面の様子は、RHEEDスクリーン６６に投影されるRHEED像によって観測することができる。すなわち、RHEED電子銃６５からウエハ３５の表面に２〜３°の入射角で電子線が照射される。ウエハ３５の表面で反射した電子線は、RHEEDスクリーン６６の裏面に塗布された蛍光剤を発光させる。この蛍光パターンを観察することより、ウエハ３５の表面に成長する結晶の表面状態を観測できる。

なお、窒素をプラズマ状態で供給する代わりに、加熱したアンモニアガスをウエハ３５に吹き付けるガスソース分子線エピタキシー法を適用しても、ウエハ３５上にIII族窒化物半導体層２を成長させることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る発光ダイオードの構造を説明するための図解的な断面図である。 III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。 III族窒化物半導体層を構成する各層を有機金属気相成長法によって成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。 III族窒化物半導体層を構成する各層を分子線エピタキシー法によって成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。

符号の説明

１ＡｌＮ基板
２ III族窒化物半導体層
２ａ III族窒化物半導体層の表面
３アノード電極
３ａアノード電極の表面
４接続部
５カソード電極
７凹部
１０支持基板
１１，１２配線
１３，１４ボンディングワイヤ
２１ｎ型コンタクト層
２２多重量子井戸層
２３ｐ型電子阻止層
２４ｐ型コンタクト層
２５ファイナルバリア層
３０処理室
３１ヒータ
３２サセプタ
３３回転軸
３４回転駆動機構
３５ウエハ
３６排気配管
４０原料ガス供給路
４１窒素原料配管
４２ガリウム原料配管
４３アルミニウム原料配管
４４インジウム原料配管
４５マグネシウム原料配管
４６シリコン原料配管
５１窒素原料バルブ
５２ガリウム原料バルブ
５３アルミニウム原料バルブ
５４インジウム原料バルブ
５５マグネシウム原料バルブ
５６シリコン原料バルブ
６１高真空処理室
６２サセプタ
６３加熱機構
６５ RHEED電子銃
６６ RHEEDスクリーン
７１窒素原料セル
７１ａ高周波コイル
７２ガリウム原料セル
７３アルミニウム原料セル
７４インジウム原料セル
７５マグネシウム原料セル
７６シリコン原料セル
８１〜８６シャッタ

Claims

非極性面または半極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなり、ｐ型半導体層、発光層およびｎ型半導体層を含むIII族窒化物半導体積層構造を有する発光素子であって、
前記発光層がＡｌＩｎＮからなる量子井戸層を含む、窒化物半導体発光素子。
前記量子井戸層を構成するＡｌＩｎＮのＩｎ組成が０．５％〜３％であり、前記発光層の発光波長が２３０ｎｍ〜２６０ｎｍである、請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記量子井戸層を構成するＡｌＩｎＮのＩｎ組成が７％〜１５％であり、前記発光層の発光波長が３００ｎｍ〜３５０ｎｍである、請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記III族窒化物半導体積層構造が、有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法のいずれかによって結晶成長されたIII族窒化物半導体からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
前記III族窒化物半導体積層構造が、トリイソブチルアルミ、エチルジメチルアミンアラン、トリメチルアミンアランおよびジメチルアルミニウムハイドライドのうちのいずれかをＡｌ原料として用いた有機金属気相成長法によって結晶成長されたIII族窒化物半導体からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。