JP2010098151A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光ピーク強度比の安定した２ピークの発光スペクトルを得ることが可能な窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の窒化物半導体発光素子１は、ｎ型窒化物半導体層１１とｐ型窒化物半導体層１３との間に活性層１２を備える。活性層１２は、第１の井戸層１４と、井戸層の中で最も外側に設けられ、第１の井戸層１４を挟む第２の井戸層１５と、各井戸層間に設けられた障壁層１６、１７と、を有し、第２の井戸層１５は第１の井戸層１４を構成する窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体からなり、第１の井戸層１４及び第２の井戸層１５のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子に係り、特に、発光スペクトルのピークを複数有する窒化物半導体発光素子に関する。

近年、紫外領域の光が発光可能な半導体発光素子が実用化されてきており、露光装置や殺菌装置などにも用いられている。しかしながら、半導体発光素子を用いた紫外線照射装置の場合、被照射物が厚くなるにつれて、その深部が硬化しにくくなることがある。これは、深部にまで紫外線が入り込めなくなることが理由として挙げられる。被照射物の表面近傍から深部まで光を透過させるためにはピーク波長を複数有する紫外線照射装置とすることが効果的である。このような装置を得るためには、異なるピーク波長の半導体発光素子を複数用いるか、もしくは組成の異なる複数の活性層を有する半導体発光素子を用いることができる（特許文献１参照）。

また、複数の井戸層の組成を変化させた半導体発光素子としては、１つの半導体発光素子により白色光を得ることを目的とするものもある。具体的には、発光波長の異なる井戸層を波長順に積層した構造や、それを繰り返した構造がある（特許文献２〜４参照）。

その他、活性層中の組成を変化させる例としては、障壁層と井戸層の間に、障壁層よりもバンドギャップエネルギーの大きい歪補償層を介在させた量子井戸構造がある（特許文献５参照）。
特開２００７−３０５７０３号公報 特開平１０−２２５２５号公報 特開２００１−２８４５８号公報 特開２００４−１２８４４３号公報 特開２００４−８７７６３号公報

しかしながら、このように発光波長の異なる井戸層を単に波長順に積層した構造の半導体発光素子では、十分に安定な発光ピーク強度比を得ることは困難である。例えば、バンドギャップエネルギーの小さい長波発光の井戸層をｎ型半導体層側に設けた場合は、長波の発光効率が低下し、安定した発光ピーク強度比が得られ難い。このように不安定な発光ピーク強度比の窒化物半導体発光素子では、樹脂やインクの硬化用光源として不適である。

また、逆に、ｐ型窒化物半導体層側に長波発光の井戸層を設けると、長波発光の井戸層が極端に発光し易くなってしまい、場合によっては短波発光の井戸層が発光しないこともある。

本発明者は上記課題を見出し、本発明に至ったものである。

上述したように、バンドギャップエネルギーの小さい方の井戸層をｐ型半導体層側に設けた場合、単一ピークの発光となる傾向にあるのは、窒化物半導体、特に窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層の場合、バンドギャップエネルギーの小さい井戸層やｐ型半導体層に近い井戸層から発光し易いためであると考えられる。一方、このような井戸層をｎ型半導体層側に設けると、バンドギャップエネルギーが小さいために、電子閉じ込め効果が小さくなってしまい、発光効率が低下し、電流により発光ピーク強度比が変化し易い素子となってしまう。

そこで、本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性層を備え、活性層は、第１の井戸層と、井戸層の中で最も外側に設けられ、第１の井戸層を挟む第２の井戸層と、各井戸層間に設けられた障壁層と、を有し、第２の井戸層は第１の井戸層を構成する窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体からなり、第１の井戸層及び第２の井戸層のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークを有する。

本発明の窒化物半導体発光素子は、以下の構成を組み合わせることができる。

最も外側に設けられた第２の井戸層間において、第１の井戸層を複数有する。最も外側に設けられた第２の井戸層間において、ｐ型半導体層側に第２の井戸層を一層以上有し、第２の井戸層よりもｎ型半導体層側に第１の井戸層を一層以上有する。第２の井戸層の積層数は、第１の井戸層の積層数よりも多い。また、第１の井戸層と第２の井戸層が交互に複数積層されている。

さらに、第１の井戸層及び第２の井戸層のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークは、近紫外領域または紫外領域である。第１の井戸層はＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜１）であり、第２の井戸層はＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜１、ａ−ｂ≧０．０２）である。第１の井戸層はＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ≦０．１）であり、第２の井戸層はＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜０．１、ａ−ｂ≧０．０２）であり、障壁層はＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０＜ｃ≦０．４）である。ｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層はＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）である。

本発明の窒化物半導体発光素子によれば、最も外側の井戸層をバンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層とし、その内側にバンドギャップエネルギーの小さい第１の井戸層を配置するので、バンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層も発光できると共に、第１の井戸層をバンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層で挟むことで電子閉じ込めの効果も得られ、発光ピーク強度比の安定した２ピークの発光スペクトルを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の半導体発光素子を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子を模式的に示す断面図である。窒化物半導体発光素子１は、基板１０上に順に積層された、ｎ型窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ型窒化物半導体層１３を有し、ｐ型窒化物半導体層１３の一部が除去されて露出されたｎ型窒化物半導体層１１にｎ電極１８が設けられ、ｐ型窒化物半導体層１３にｐ電極１９が設けられている。活性層１２は、第１の井戸層１４と、第１の井戸層１４を挟む第２の井戸層１５と、障壁層１６、１７とを有する。第２の井戸層１５は井戸層の中で最も外側、つまり最もｎ型窒化物半導体層１１側と最もｐ型窒化物半導体層１３側に１層ずつ設けられており、第２の井戸層１５は第１の井戸層１４を構成する窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体からなる。このような窒化物半導体発光素子１は、第１の井戸層１４及び第２の井戸層１５のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークを有する。

図２に、活性層１２のエネルギーバンドを説明する模式図を示す。本実施形態の窒化物半導体素子において、短波側のピークに対応する第２の井戸層１５は、長波側のピークに対応する第１の井戸層１４よりもバンドギャップエネルギーが大きい。このように、バンドギャップエネルギーの小さい第１の井戸層１４をバンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層１５で挟むことで、第１の井戸層１４と第２の井戸層１５の両方を発光させると共に、活性層内での電子閉じ込めができ、発光ピーク強度比を安定化させることができる。

以下に、活性層１２の変形例について説明する。

図３は、活性層１２の第１変形例を模式的に示す図であり、第２の井戸層１５の間に、第１の井戸層１４が２層積層されている。このように、最も外側の第２の井戸層１５の間に複数の第１の井戸層１４を設けることができ、第１の井戸層１４を３層以上とすることもできる。このような活性層１２は、バンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層１５が第１の井戸層１４を挟む構造であるので、活性層内での電子閉じ込めができ、発光ピーク強度比を安定化させることができる。

図４は、活性層１２の第２変形例を模式的に示す図であり、最外の第２の井戸層１５ａの間に、ｎ型窒化物半導体層１１側から、第１の井戸層１４が２層、第２の井戸層１５ｂが１層、順に設けられている。このように、井戸層の中で最も外側に設けられた第２の井戸層１５ａの間には、１以上の第１の井戸層１４を設けるほかに、内側の第２の井戸層１５ｂを複数設けることもできる。

第１変形例や第２変形例のように第１の井戸層１４や内側の第２の井戸層１５ｂを複数設ける場合、積層する井戸層の数や順序は、求める発光スペクトルのピーク強度比に応じて調整することができる。上述のように、バンドギャップエネルギーの大きい第２の井戸層は第１の井戸層よりも発光し難い傾向があるため、例えば発光スペクトルの２種のピークを同程度の強度としたい場合は、第２の井戸層の積層数を第１の井戸層の積層数よりも多くすることが好ましい。また、上述のようにｐ型窒化物半導体層に近い方が発光し易い傾向にあることから、第２の井戸層をｐ型窒化物半導体層側により多く配置することも好ましい。図４に示す例であれば、第２の井戸層１５ａ、１５ｂの積層数が第１の井戸層１４よりも多く、且つ第２の井戸層１５ａ、１５ｂがｐ型窒化物半導体層１３側に偏って配置されているので、各井戸層に対応した２種の発光ピークの強度が同程度となることが期待できる。

また、図５に示す第３変形例のように、第２の井戸層１５ａ、１５ｂと第１の井戸層１４とを交互に積層することもできる。このような構造であれば、第１の井戸層をそれぞれ第２の井戸層で挟むことができるので、効率的に電子閉じ込めでき、発光効率を向上させ、発光ピークの強度比をさらに安定化することができる。また、最も外側の井戸層が第２の井戸層１５ａであるので、積層数は必然的に第２の井戸層の方が多くなり、各井戸層に対応した２種の発光ピーク強度を同程度のものとし易い。

以下に図１における窒化物半導体発光素子の各部材の詳細な説明を記す。

（基板１０）
基板１０は、半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板で、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。窒化物半導体における基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイヤやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板、ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板があり、そのオフアングルした基板（例えば、サファイヤＣ面で０．０１°〜３．０°）も用いることができる。

（ｎ型窒化物半導体層１１、ｐ型窒化物半導体層１３）
ｎ型窒化物半導体層１１及びｐ型窒化物半導体層１３としては、一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ型窒化物半導体層１１及びｐ型窒化物半導体層１３としてはＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）が例示される。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０^１６／ｃｍ^３〜１×１０^２１／ｃｍ^３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。

（活性層１２）
活性層１２は、第１の井戸層１４と、第２の井戸層１５と、障壁層１６、１７とを有する。井戸層１４、１５と障壁層１６、１７は、一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。また、活性層１２は多重量子井戸構造とすることもできる。

（井戸層１４、１５）
第１の井戸層１４と第２の井戸層１５はそれぞれ、組成の異なる窒化物半導体からなり、窒化物半導体発光素子の発光スペクトルが各井戸層に対応した２種のピークを有するものとなる組成で形成される。２種のピークを有する発光スペクトルとは、例えば、発光ピークの山が２つあり、その間に谷が存在する状態や、２種の波長のピーク間に変曲点が存在する状態がある。具体的な組成としては、例えば、少なくともＩｎを含む窒化物半導体の場合、第２の井戸層１５のＩｎ組成比が第１の井戸層１４のＩｎ組成比よりも小さいものとし、より具体的には、第１の井戸層をＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜１）、第２の井戸層をＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜１、ｂ＜ａ）とする。また、２種の発光ピークの波長差が１０ｎｍ程度以上とすると、２種のピークを有する発光スペクトルが得られやすいと考えられる。具体的な組成としては、第１の井戸層をＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜１）、第２の井戸層をＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜１、ａ−ｂ≧０．０２）とすることができる。また、井戸層の組成が異なると最適な成長条件も異なってくるため、例えば第１の井戸層であるＩｎ_ａＧａ_１−ａＮと第２の井戸層であるＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮのＩｎ組成比の差は、０．１０以下、さらには０．０４以下とすることが好ましい。

第１の井戸層１４及び第２の井戸層１５は、素子の発光スペクトルのピークが近紫外領域または紫外領域の波長となる組成とすると、樹脂等の硬化用光源として用いることができ、好ましい。また、４２０ｎｍ以下のピーク波長となる組成とすることが好ましい。このような組成としては、第１の井戸層をＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ≦０．１）であり、第２の井戸層をＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜０．１、ｂ＜ａ、より好ましくはａ−ｂ≧０．０２）とすることができる。また、第１の井戸層を複数設ける場合、素子の発光スペクトルが２種のピークを有する範囲であれば井戸層間の組成のばらつきは許容される。第２の井戸層についても同様である。

各井戸層の膜厚を変化させることで、発光ピーク強度を調整することもできる。しかし、発光ピーク強度の安定化を考慮すると、第１の井戸層と第２の井戸層とが同程度の膜厚であることが好ましい。また、各井戸層を近紫外領域または紫外領域の波長を発光させる組成とする場合には、井戸層の膜厚を１００オングストローム以上、１０００オングストローム以下とすることで、出力が向上する傾向にある。

（障壁層１６、１７）
障壁層１６、１７は、各井戸層１４、１５間に少なくとも設けられる。具体的な組成としては、例えば井戸層１４、１５が近紫外領域または紫外領域の発光ピークとなる組成で形成される場合には、障壁層をＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０＜ｃ≦０．４）とすることが好ましい。図１において、障壁層１６は各井戸層１４、１５の間に設けられており、障壁層１７は井戸層の中で最も外側に設けられた第２の井戸層１５のさらに外側に設けられている。このような障壁層１７は、ｎ型窒化物半導体層１１側またはｐ型窒化物半導体層１３側のいずれか一方もしくは両方を省略することもできる。第２の井戸層１５のキャリア閉じ込めを考慮すると、このような障壁層１７を設けることが好ましい。

障壁層１６、１７は、複数の層が積層された多層構造としてもよい。異なる材料からなる層を積層した多層構造とすることもできるが、このような場合は、得られる発光スペクトルのピークが２種よりも多くならないように、また、活性層中で発光する層が第１の井戸層及び第２の井戸層のみとなるように、材料を選択する。好ましくは単層か、同じ材料の層の多層構造とする。また、障壁層１６、１７の膜厚は、第１の井戸層及び第２の井戸層と等しいか、それよりも大きいことが好ましい。

（ｎ電極１８、ｐ電極１９）
ｎ電極１８及びｐ電極１９は、各々の導電型の窒化物半導体層とオーミック接触が可能な電極材料であれば、特に限定されない。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属材料や合金材料により形成することができる。また、これらの材料の酸化物又は窒化物も、電極４０の材料として利用できる。これらの材料からなる単層膜であってもよいが、２種以上の材料を積層した多層膜が好ましい。また、ｎ電極１８とｐ電極１９は同じ構成で形成できる。

〔実施形態２〕
図６は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子を模式的に示す断面図である。窒化物半導体発光素子２は、支持基板２００上に、導電性接着層２０１を介して、ｐ型窒化物半導体層２３、活性層２２、ｎ型窒化物半導体層２１が順に積層された積層構造を有し、その積層構造の両面にはｎ電極２８とｐ電極２９が設けられている。このように、実施形態２の窒化物半導体発光素子２は、ｐ電極２９とｎ電極２８が積層構造の対向する面側にそれぞれ設けられた対向電極構造であり、ｐ電極２９側が支持基板２００に接合されている。活性層、半導体層、電極などの実施形態１と共通する部材は実施形態１と同じものを用いることができる。このような対向電極構造の窒化物半導体発光素子２においても、上述の活性層とすることで、安定した２種のピークの発光スペクトルを得ることができる。

（支持基板２００）
支持基板２００には、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体から成る半導体基板、または、金属単体基板、または相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることもできる。

（導電性接着層２０１）
導電性接着層２０１は導電性の材料が選択され、支持基板２００とｐ電極２９とを接合している。導電性接着層２０１は、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有する合金から選択することができる。ｐ電極２９側に第１金属層を形成し、支持基板２００側に第２金属層を形成して、この２つの金属層を共晶接合することによって導電性接着層を形成することもできる。各金属層は、密着層、バリア層、共晶層から成る構造が好ましい。

（実施例１）
実施例１の窒化物半導体発光素子は、図６に示すように、ＣｕとＷの合金からなる支持基板２００上に、導電性接着層２０１を介して、ｐ型窒化物半導体層２３、活性層２２、ｎ型窒化物半導体層２１が積層された積層構造を有し、ｐ型窒化物半導体層２３側にｐ電極、ｎ型窒化物半導体層２１側にｎ電極２８が設けられている。

この窒化物半導体発光素子は、以下のように作製することができる。
まず、成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、その基板上に、膜厚２００オングストロームのＧａＮよりなるバッファ層と、膜厚４μｍのアンドープＧａＮよりなる下地層を順に成長させる。次に、ｎ型窒化物半導体層２１として、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型コンタクト層を約２μｍの膜厚で形成する。

次に、活性層２２として、ＳｉをドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎよりなる第２の井戸層、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる第１の井戸層を、障壁層(1)／第２の井戸層／障壁層(2)／第１の井戸層／障壁層(3)／第２の井戸層／障壁層(4)／第１の井戸層／障壁層(5)／第２の井戸層／障壁層(6)の順に積層する。この時、障壁層(1)〜(5)を２００オングストローム、障壁層(6)を４００オングストローム、第１の井戸層と第２の井戸層を１５０オングストロームの膜厚で形成する。障壁層(6)のみアンドープとする。

活性層２２上に、ｐ型窒化物半導体層２３として、膜厚２２０オングストロームのＭｇドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚０．１μｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層、膜厚０．０２μｍのＭｇドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を順に成長させる。そして、第２のｐ型コンタクト層の上にＡｇを含む金属膜を形成してｐ電極２９とした後、図示しないが、ｐ電極２９以外の露出面にＳｉＯ_２で構成される絶縁性の保護膜を形成する。

次に、ｐ電極２９の上に、Ｓｎを含む第１金属層を形成する。一方、支持基板２００として、ＣｕとＷの複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｐｄを含む第２金属層を形成する。そして、第１金属層と第２金属層を対向させ、窒化物半導体積層構造と金属基板とを、プレス加圧して加熱圧接する。これにより、第１金属層と第２金属層の一部の金属を互いに拡散させて共晶を形成させる。

その後、成長用基板であるサファイヤ基板の裏面からレーザ光を照射することで下地層の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板を除去する。こうして露出したｎ型コンタクト層に、ｎ電極２８を形成する。その後、図示しないが、導電性の支持基板２００の裏面に基板裏面電極を形成する。そして、ダイシングにより素子を分離して、サイズが約１ｍｍ×約１ｍｍの窒化物半導体発光素子２とする。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて発光スペクトルを測定した。その結果を図７にグラフで示す。図７に示すように、実施例１の窒化物半導体発光素子は、その発光スペクトルが３６７ｎｍ付近と３８０ｎｍ付近にピークを有しており、電流を変化させても発光強度比がほぼ変化せずに安定することが確認された。

（比較例１）
比較例１の窒化物半導体発光素子は、活性層２２を以下の構成とする他は実施例１と同様に作製する。

活性層として、障壁層、第１の井戸層、第２の井戸層を、障壁層(1)／第１の井戸層／障壁層(2)／第１の井戸層／障壁層(3)／第２の井戸層／障壁層(4)／第２の井戸層／障壁層(5)／第２の井戸層／障壁層(6)の順に積層する。つまり、ｎ型窒化物半導体層側から、第１の井戸層を２層、第２の井戸層を３層、順に積層する。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて発光スペクトルを測定した。その結果を図８にグラフで示す。図８に示すように、比較例１の窒化物半導体発光素子では、３６７ｎｍ付近と３８０ｎｍ付近にピークを有する発光スペクトルとなるが、電流を変化させると３７０ｎｍ〜３８０ｎｍ付近の発光強度が低下してしまい、安定した発光強度比を得ることができなかった。また、実施例１と比較例１の窒化物半導体発光素子にそれぞれ０．５Ａの電流を流したときの発光スペクトルを図９にグラフで示す。図９に示すグラフにおいて、横軸が波長であり、縦軸が発光強度である。実施例１も比較例１も短波長側ピークの発光強度は同程度であるが、比較例１は実施例１よりも長波長側ピーク付近の発光強度が小さくなっており、発光効率が低下することが確認された。

（比較例２）
比較例２の窒化物半導体発光素子は、活性層２２を以下の構成とする他は実施例１と同様に作製する。

活性層として、障壁層、第１の井戸層、第２の井戸層を、障壁層(1)／第２の井戸層／障壁層(2)／第２の井戸層／障壁層(3)／第２の井戸層／障壁層(4)／第１の井戸層／障壁層(5)／第１の井戸層／障壁層(6)の順に積層する。つまり、ｎ型窒化物半導体層側から、第２の井戸層を３層、第１の井戸層を２層、順に積層する。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて発光スペクトルを測定した。その結果を図１０にグラフで示す。図１０に示すように、比較例２の窒化物半導体発光素子では、３８０ｎｍ付近にピークを有する単一ピークの発光スペクトルとなり、２種のピークを得られなかった。

（比較例３）
比較例３の窒化物半導体発光素子は、活性層２２を以下の構成とする他は実施例１と同様に作製する。

活性層として、障壁層、第１の井戸層、第２の井戸層を、障壁層(1)／第２の井戸層／障壁層(2)／第１の井戸層／障壁層(3)／第２の井戸層／障壁層(4)／第１の井戸層／障壁層(6)の順に積層する。つまり、ｎ型窒化物半導体層側から順に、第２の井戸層と第１の井戸層を交互に積層し、最後の第２の井戸層を積層させない。この構造ではｐ型窒化物半導体層に最も近い井戸層は第１の井戸層となる。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて発光スペクトルを測定した。その結果を図１０にグラフで示す。図１０に示すように、比較例３の窒化物半導体発光素子では、比較例２と同様、３８０ｎｍ付近にピークを有する単一ピークの発光スペクトルとなり、２種のピークを得られなかった。

（実施例２）
実施例２の窒化物半導体発光素子は、第１の井戸層をアンドープのＩｎ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎとする他は実施例１と同様に作製する。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて測定した発光スペクトルを図１２にグラフで示す。図１２に示すように、実施例２の窒化物半導体発光素子は、その発光スペクトルが３６７ｎｍ付近と３８２ｎｍ付近にピークを有しており、電流を変化させても発光強度比がほぼ変化せずに安定することが確認された。

（実施例３）
実施例３の窒化物半導体発光素子は、第１の井戸層をアンドープのＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ、第２の井戸層をアンドープのＩｎ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎとする他は実施例１と同様に作製する。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて測定した発光スペクトルを図１３にグラフで示す。図１３に示すように、実施例３の窒化物半導体発光素子は、その発光スペクトルが３８２ｎｍ付近と３９９ｎｍ付近にピークを有している。電流に対する発光強度比の変化は、０．０２Ａの場合のみやや他と異なる発光強度比となるが、０．１Ａ以上であれば電流を変化させても発光強度比がほぼ変化せずに安定することが確認された。

（実施例４）
実施例４の窒化物半導体発光素子は、第１の井戸層をアンドープのＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎとする他は実施例１と同様に作製する。

得られた窒化物半導体発光素子について、順方向電流を０．０２Ａ〜２Ａの範囲で変化させて測定した発光スペクトルを図１４にグラフで示す。図１４に示すように、実施例４の窒化物半導体発光素子は、その発光スペクトルが３６７ｎｍ付近と４００ｎｍ付近にピークを有している。電流に対する発光強度比の変化は、０．０２Ａの場合のみやや他と異なる発光強度比となるが、０．１Ａ以上であれば電流を変化させても発光強度比がほぼ変化せずに安定することが確認された。

本発明の半導体発光素子は、各種光源として用いることができ、特に、光硬化樹脂、接着剤、塗料等の硬化のための露光装置用光源として好適に利用できる。

本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示した窒化物半導体発光素子の活性層におけるエネルギーバンドを説明する模式図である。 活性層の第１変形例の断面を模式的に示す図である。 活性層の第２変形例の断面を模式的に示す図である。 活性層の第３変形例の断面を模式的に示す図である。 実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 実施例１の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 比較例１の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 実施例１および比較例１の窒化物半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 比較例２の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 比較例３の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 実施例２の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 実施例３の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。 実施例４の窒化物半導体発光素子の電流と発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１、２ 窒化物半導体発光素子
１０ 基板
１１、２１ ｎ型窒化物半導体層
１２、２２ 活性層
１３、２３ ｐ型窒化物半導体層
１４ 第１の井戸層
１５、１５ａ、１５ｂ 第２の井戸層
１６、１７ 障壁層
１８、２８ ｎ電極
１９、２９ ｐ電極
２００ 支持基板

Claims (9)

1. ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性層を備え、
   前記活性層は、第１の井戸層と、井戸層の中で最も外側に設けられ、前記第１の井戸層を挟む第２の井戸層と、各井戸層間に設けられた障壁層と、を有し、
   前記第２の井戸層は前記第１の井戸層を構成する窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体からなり、前記第１の井戸層及び前記第２の井戸層のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークを有する窒化物半導体発光素子。
2. 最も外側に設けられた前記第２の井戸層間において、前記第１の井戸層を複数有する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 最も外側に設けられた前記第２の井戸層間において、前記ｐ型半導体層側に前記第２の井戸層を一層以上有し、前記第２の井戸層よりも前記ｎ型半導体層側に前記第１の井戸層を一層以上有する請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記第２の井戸層の積層数は、前記第１の井戸層の積層数よりも多い請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記第１の井戸層と前記第２の井戸層が交互に複数積層されている請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記第１の井戸層及び前記第２の井戸層のそれぞれに対応した発光スペクトルのピークは、近紫外領域または紫外領域である請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記第１の井戸層はＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜１）であり、前記第２の井戸層はＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜１、ａ−ｂ≧０．０２）である１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記第１の井戸層はＩｎ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ≦０．１）であり、前記第２の井戸層はＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜０．１、ａ−ｂ≧０．０２）であり、前記障壁層はＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０＜ｃ≦０．４）である請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
9. 前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層はＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）である請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。

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