JP2735057B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化物半導体発光素子Info
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- JP2735057B2 JP2735057B2 JP32292495A JP32292495A JP2735057B2 JP 2735057 B2 JP2735057 B2 JP 2735057B2 JP 32292495 A JP32292495 A JP 32292495A JP 32292495 A JP32292495 A JP 32292495A JP 2735057 B2 JP2735057 B2 JP 2735057B2
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される窒化物
半導体（Ｉｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ、０≦ａ' 、０≦
ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）よりなる発光素子に関する。
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される窒化物
半導体（Ｉｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ、０≦ａ' 、０≦
ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）よりなる発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外領域から赤色領域までの波長領域に
発光するＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子の材料として窒化物
半導体（Ｉｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ、０≦ａ' 、０≦
ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）が有望視されている。事実、本
出願人は、この半導体材料を用いて、１９９３年１１月
に光度１ｃｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に
光度２ｃｄの青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月
には光度２ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥ
Ｄは全て製品化されて、現在ディスプレイ、信号等の実
用に供されている。
発光するＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子の材料として窒化物
半導体（Ｉｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ、０≦ａ' 、０≦
ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）が有望視されている。事実、本
出願人は、この半導体材料を用いて、１９９３年１１月
に光度１ｃｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に
光度２ｃｄの青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月
には光度２ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥ
Ｄは全て製品化されて、現在ディスプレイ、信号等の実
用に供されている。
【０００３】現在実用化されている青色、青緑色ＬＥＤ
の発光チップは、基本的には、サファイア基板の上に、
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ型クラッド層と、ｎ型ＩｎＧａＮよりなる
活性層と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層と、
ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順に積層され
た構造を有している。サファイア基板とｎ型コンタクト
層との間にはＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮよりなる
バッファ層が形成されている。活性層のｎ型ＩｎＧａＮ
はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型ドーパントおよび／またはＺｎ、
Ｍｇ等のｐ型ドーパントがドープされており、ＬＥＤ素
子の発光波長は、その活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比
を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を
変えることにより、紫外から赤色領域まで変化させるこ
とが可能となっている。
の発光チップは、基本的には、サファイア基板の上に、
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎよりなるｎ型クラッド層と、ｎ型ＩｎＧａＮよりなる
活性層と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層と、
ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順に積層され
た構造を有している。サファイア基板とｎ型コンタクト
層との間にはＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮよりなる
バッファ層が形成されている。活性層のｎ型ＩｎＧａＮ
はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型ドーパントおよび／またはＺｎ、
Ｍｇ等のｐ型ドーパントがドープされており、ＬＥＤ素
子の発光波長は、その活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比
を変えるか、または活性層にドープする不純物の種類を
変えることにより、紫外から赤色領域まで変化させるこ
とが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のＬＥＤは、２０
ｍＡにおいて発光出力は３ｍＷ近くあり、ＳｉＣよりな
るＬＥＤと比較して２００倍以上の出力を有している
が、短波長ＬＤの実現、さらに高輝度なＬＥＤを実現す
るためには、さらなる発光出力の向上が望まれている。
従って、本発明は窒化物半導体よりなる発光素子の出力
向上を目的とし、その目的達成のために新規な窒化物半
導体発光素子の構造を提供するものである。
ｍＡにおいて発光出力は３ｍＷ近くあり、ＳｉＣよりな
るＬＥＤと比較して２００倍以上の出力を有している
が、短波長ＬＤの実現、さらに高輝度なＬＥＤを実現す
るためには、さらなる発光出力の向上が望まれている。
従って、本発明は窒化物半導体よりなる発光素子の出力
向上を目的とし、その目的達成のために新規な窒化物半
導体発光素子の構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、窒化物半
導体で形成されるダブルへテロ構造においてＩｎとＧａ
を含む窒化物半導体よりなる活性層を挟むクラッド層に
ついて鋭意研究した結果、少なくとも一方の、好ましく
は両方のクラッド層をＩｎとＧａとを含む窒化物半導体
で形成することにより、発光素子の出力が飛躍的に向上
することを新たに見い出し、本発明をなすに至った。
導体で形成されるダブルへテロ構造においてＩｎとＧａ
を含む窒化物半導体よりなる活性層を挟むクラッド層に
ついて鋭意研究した結果、少なくとも一方の、好ましく
は両方のクラッド層をＩｎとＧａとを含む窒化物半導体
で形成することにより、発光素子の出力が飛躍的に向上
することを新たに見い出し、本発明をなすに至った。
【０００６】即ち、本発明によれば、インジウムとガリ
ウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２の
面とを有する活性層を有し、該活性層の第１の面に接し
て活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウ
ムとガリウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１の
ｎ型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
ウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２の
面とを有する活性層を有し、該活性層の第１の面に接し
て活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウ
ムとガリウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１の
ｎ型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
【０００７】また、本発明によれば、インジウムとガリ
ウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２の
面とを有する活性層を有し、該活性層の第２の面に接し
て活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウ
ムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１の
ｐ型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
ウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２の
面とを有する活性層を有し、該活性層の第２の面に接し
て活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウ
ムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１の
ｐ型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体
発光素子が提供される。
【０００８】さらに、本発明によれば、インジウムとガ
リウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２
の面とを有する活性層を有し、該活性層の第１の面に接
して活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジ
ウムとガリウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１
のｎ型クラッド層を備え、該活性層の第２の面に接して
活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウム
とガリウムとを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ
型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体発
光素子が提供される。
リウムとを含む窒化物半導体よりなり、第１の面と第２
の面とを有する活性層を有し、該活性層の第１の面に接
して活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジ
ウムとガリウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１
のｎ型クラッド層を備え、該活性層の第２の面に接して
活性層よりもバンドギャップが大きく、かつインジウム
とガリウムとを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ
型クラッド層を備えることを特徴とする窒化物半導体発
光素子が提供される。
【０００９】上記各発明において、第１のｎ型クラッド
層上にｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を形成し、
および／または第１のｐ型クラッド層上にｐ型ＧａＮよ
りなるｐ型コンタクト層を形成することができる。
層上にｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を形成し、
および／または第１のｐ型クラッド層上にｐ型ＧａＮよ
りなるｐ型コンタクト層を形成することができる。
【００１０】また、上記各発明において、第１のｎ型ク
ラッド層に接して第１のｎ型クラッド層よりもバンドギ
ャップが大きく、かつアルミニウムとガリウムとを含む
ｎ型窒化物半導体よりなる第２のｎ型クラッド層を形成
し、および／または第１のｐ型クラッド層に接して第１
のｐ型クラッド層よりもバンドギャップが大きく、かつ
アルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体より
なる第２のｐ型クラッド層を形成することができる。こ
の場合、第２のｎ型クラッド層上にｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層を形成し、および／または第２のｐ型
クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成することができ
る。本発明の１つのより好ましい態様において、活性層
は、量子井戸構造として形成される。
ラッド層に接して第１のｎ型クラッド層よりもバンドギ
ャップが大きく、かつアルミニウムとガリウムとを含む
ｎ型窒化物半導体よりなる第２のｎ型クラッド層を形成
し、および／または第１のｐ型クラッド層に接して第１
のｐ型クラッド層よりもバンドギャップが大きく、かつ
アルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体より
なる第２のｐ型クラッド層を形成することができる。こ
の場合、第２のｎ型クラッド層上にｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層を形成し、および／または第２のｐ型
クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成することができ
る。本発明の１つのより好ましい態様において、活性層
は、量子井戸構造として形成される。
【００１１】
【作用】従来の窒化物半導体発光素子はＩｎＧａＮより
なる活性層をＡｌＧａＮよりなるクラッド層で挟んだ構
造を有していた。一方、本発明では新たにこのＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層を、その活性層よりもバンドギャップ
の大きいＩｎＧａＮで挟むことにより発光出力が飛躍的
に向上することを見いだした。これは新たなＩｎＧａＮ
クラッド層がＩｎＧａＮ活性層とＡｌＧａＮクラッド層
との間のバッファ層として働いているからである。Ｉｎ
ＧａＮは結晶の性質として柔らかい性質を有しており、
ＡｌＧａＮクラッド層とＩｎＧａＮとの格子定数不整と
熱膨張係数差によって生じる結晶欠陥を吸収する働きが
あると考えられる。このため新たに形成したＩｎＧａＮ
クラッド層が、これら結晶欠陥を吸収してＩｎＧａＮ活
性層の結晶欠陥が大幅に減少するので、ＩｎＧａＮ活性
層の結晶性が飛躍的に良くなるので発光出力が増大する
のである。
なる活性層をＡｌＧａＮよりなるクラッド層で挟んだ構
造を有していた。一方、本発明では新たにこのＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層を、その活性層よりもバンドギャップ
の大きいＩｎＧａＮで挟むことにより発光出力が飛躍的
に向上することを見いだした。これは新たなＩｎＧａＮ
クラッド層がＩｎＧａＮ活性層とＡｌＧａＮクラッド層
との間のバッファ層として働いているからである。Ｉｎ
ＧａＮは結晶の性質として柔らかい性質を有しており、
ＡｌＧａＮクラッド層とＩｎＧａＮとの格子定数不整と
熱膨張係数差によって生じる結晶欠陥を吸収する働きが
あると考えられる。このため新たに形成したＩｎＧａＮ
クラッド層が、これら結晶欠陥を吸収してＩｎＧａＮ活
性層の結晶欠陥が大幅に減少するので、ＩｎＧａＮ活性
層の結晶性が飛躍的に良くなるので発光出力が増大する
のである。
【００１２】一方、従来のＩｎＧａＮ活性層をＡｌＧａ
Ｎクラッド層を挟んだ構造では、例えばＩｎＧａＮ活性
層の厚さを２００オングストローム未満にすると、Ａｌ
ＧａＮクラッド層とＩｎＧａＮ活性層とにクラックが多
数生じる。これはＡｌＧａＮクラッド層が結晶の性質
上、非常に硬い性質を有しており、薄い膜厚のＩｎＧａ
Ｎ活性層のみではＡｌＧａＮクラッド層との界面から生
じる格子不整合と、熱膨張係数差から生じる歪をＩｎＧ
ａＮ活性層で弾性的に緩和できないことを示している。
このためＩｎＧａＮ活性層、ＡｌＧａＮクラッド層にク
ラックが生じるので発光出力の大幅な向上が望めないの
である。従って従来ではＩｎＧａＮ活性層の膜厚を例え
ば２００オングストーム以上にしないとクラックが生じ
素子作製は困難であった。
Ｎクラッド層を挟んだ構造では、例えばＩｎＧａＮ活性
層の厚さを２００オングストローム未満にすると、Ａｌ
ＧａＮクラッド層とＩｎＧａＮ活性層とにクラックが多
数生じる。これはＡｌＧａＮクラッド層が結晶の性質
上、非常に硬い性質を有しており、薄い膜厚のＩｎＧａ
Ｎ活性層のみではＡｌＧａＮクラッド層との界面から生
じる格子不整合と、熱膨張係数差から生じる歪をＩｎＧ
ａＮ活性層で弾性的に緩和できないことを示している。
このためＩｎＧａＮ活性層、ＡｌＧａＮクラッド層にク
ラックが生じるので発光出力の大幅な向上が望めないの
である。従って従来ではＩｎＧａＮ活性層の膜厚を例え
ば２００オングストーム以上にしないとクラックが生じ
素子作製は困難であった。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一例に係る窒化
物半導体発光素子の構造を示す概略断面図である。この
発光素子は、基板１を有し、基板１上には、基板１とそ
の上に形成される窒化物半導体層との格子不整合を緩和
するバッファ層２が形成されている。バッファ層２上に
は、負電極を形成するためのｎ型コンタクト層３が形成
され、このコンタクト層３上には、第２のｎ型クラッド
層４が形成され、第２のｎ型クラッド層４上には、第１
のｎ型クラッド層５が形成されている。第１のｎ型クラ
ッド層５上には、活性層６が、活性層６の上には、第１
のｐ型クラッド層７がそれぞれ形成されている。第１の
ｐ型クラッド層７上には、第２のｐ型クラッド層８が、
その上には正電極を形成するためのｐ型コンタクト層９
が形成されている。
物半導体発光素子の構造を示す概略断面図である。この
発光素子は、基板１を有し、基板１上には、基板１とそ
の上に形成される窒化物半導体層との格子不整合を緩和
するバッファ層２が形成されている。バッファ層２上に
は、負電極を形成するためのｎ型コンタクト層３が形成
され、このコンタクト層３上には、第２のｎ型クラッド
層４が形成され、第２のｎ型クラッド層４上には、第１
のｎ型クラッド層５が形成されている。第１のｎ型クラ
ッド層５上には、活性層６が、活性層６の上には、第１
のｐ型クラッド層７がそれぞれ形成されている。第１の
ｐ型クラッド層７上には、第２のｐ型クラッド層８が、
その上には正電極を形成するためのｐ型コンタクト層９
が形成されている。
【００１４】本発明において、活性層６は、Ｉｎおよび
Ｇａを含有する窒化物半導体、好ましくは、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）で形成され、ｎ型、ｐ型いずれで
もよいが、ノンドープ（不純物無添加）とすることによ
り強いバンド間発光が得られ発光波長の半値幅が狭くな
り、レーザ素子を実現する上で特に好ましい。活性層６
にｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントをドー
プしてもよい。活性層６にｎ型ドーパントをドープする
とノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさらに
強くすることができる。活性層６にｐ型ドーパントをド
ープするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅ
Ｖ低エネルギー側にピーク波長をシフトさせることがで
きるが、半値幅は広くなる。活性層６にｐ型ドーパント
とｎ型ドーパントとの双方をドープすると、前述したｐ
型ドーパントのみドープした活性層の発光強度をさらに
大きくすることができる。特にｐ型ドーパントをドープ
した活性層を形成する場合、活性層の導電型はＳｉ等の
ｎ型ドーパントをもドープして全体をｎ型とすることが
好ましい。結晶性のよい活性層を成長させてレーザ素子
とするには、ノンドープが最も好ましい。
Ｇａを含有する窒化物半導体、好ましくは、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）で形成され、ｎ型、ｐ型いずれで
もよいが、ノンドープ（不純物無添加）とすることによ
り強いバンド間発光が得られ発光波長の半値幅が狭くな
り、レーザ素子を実現する上で特に好ましい。活性層６
にｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントをドー
プしてもよい。活性層６にｎ型ドーパントをドープする
とノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさらに
強くすることができる。活性層６にｐ型ドーパントをド
ープするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅ
Ｖ低エネルギー側にピーク波長をシフトさせることがで
きるが、半値幅は広くなる。活性層６にｐ型ドーパント
とｎ型ドーパントとの双方をドープすると、前述したｐ
型ドーパントのみドープした活性層の発光強度をさらに
大きくすることができる。特にｐ型ドーパントをドープ
した活性層を形成する場合、活性層の導電型はＳｉ等の
ｎ型ドーパントをもドープして全体をｎ型とすることが
好ましい。結晶性のよい活性層を成長させてレーザ素子
とするには、ノンドープが最も好ましい。
【００１５】活性層６の厚さは、全体を単一組成の窒化
物半導体で構成する場合、０．５μｍ以下、さらに好ま
しくは０．１μｍ以下、最も好ましくは０．０５μｍ
（５００オングストローム）以下の厚さに調整すること
ができる。インジウムを含む窒化物半導体は、単一組成
である場合、厚さが増すほど結晶欠陥が生じやすく、そ
の厚さが薄いほど結晶性が良くなる傾向にあるからであ
る。
物半導体で構成する場合、０．５μｍ以下、さらに好ま
しくは０．１μｍ以下、最も好ましくは０．０５μｍ
（５００オングストローム）以下の厚さに調整すること
ができる。インジウムを含む窒化物半導体は、単一組成
である場合、厚さが増すほど結晶欠陥が生じやすく、そ
の厚さが薄いほど結晶性が良くなる傾向にあるからであ
る。
【００１６】ところで、活性層６を量子井戸構造（単一
量子井戸構造または多重量子井戸構造）とすることによ
り、発光波長の半値幅がより狭くなり、発光出力も向上
することがわかった。
量子井戸構造または多重量子井戸構造）とすることによ
り、発光波長の半値幅がより狭くなり、発光出力も向上
することがわかった。
【００１７】ここで、量子井戸構造とは、ノンドープの
活性層構成窒化物半導体（好ましくは、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１））による量子準位間の発光が得られる
活性層の構造をいい、単一量子井戸構造とは、井戸層が
単一組成の１層よりなる構造を指す。すなわち、単一量
子井戸構造の活性層は、単一の井戸層のみにより構成さ
れる。また、多重量子井戸構造とは、井戸層と障壁層を
交互に積層した多層膜構造を指す。この多層膜構造にお
いて、両側の２つ最外層は、それぞれ井戸層により構成
される。すなわち、多重量子井戸構造の活性層は、例え
ばＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（組成
が異なる）等の井戸層／障壁層の組み合わせからなり、
これら井戸層および障壁層を交互に積層した薄膜積層構
造である。このように、活性層６を多重量子井戸構造と
する場合、障壁層は、ＩｎＧａＮばかりでなく、ＧａＮ
で形成することもできる。活性層６を多重量子井戸構造
とすると、単一量子井戸構造の活性層よりも発光出力が
向上する。その場合、井戸層は１００オングストローム
以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下の膜
厚が望ましい。この井戸層の膜厚の範囲は単一量子井戸
構造の活性層（単一の井戸層により構成される）につい
ても同様である。一方、多重量子井戸構造における障壁
層は、１５０オングストローム以下、さらに好ましくは
１００オングストローム以下の厚さが望ましい。すなわ
ち、多重量子井戸構造の活性層において、井戸層の厚さ
を数オングストローム〜数十オングストロームとし、障
壁層も同様に数オングストローム〜数十オングストロー
ムの厚さとし、これら井戸層と障壁層を積層して、多重
量子井戸構造とすることができる。
活性層構成窒化物半導体（好ましくは、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０＜ｘ＜１））による量子準位間の発光が得られる
活性層の構造をいい、単一量子井戸構造とは、井戸層が
単一組成の１層よりなる構造を指す。すなわち、単一量
子井戸構造の活性層は、単一の井戸層のみにより構成さ
れる。また、多重量子井戸構造とは、井戸層と障壁層を
交互に積層した多層膜構造を指す。この多層膜構造にお
いて、両側の２つ最外層は、それぞれ井戸層により構成
される。すなわち、多重量子井戸構造の活性層は、例え
ばＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（組成
が異なる）等の井戸層／障壁層の組み合わせからなり、
これら井戸層および障壁層を交互に積層した薄膜積層構
造である。このように、活性層６を多重量子井戸構造と
する場合、障壁層は、ＩｎＧａＮばかりでなく、ＧａＮ
で形成することもできる。活性層６を多重量子井戸構造
とすると、単一量子井戸構造の活性層よりも発光出力が
向上する。その場合、井戸層は１００オングストローム
以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下の膜
厚が望ましい。この井戸層の膜厚の範囲は単一量子井戸
構造の活性層（単一の井戸層により構成される）につい
ても同様である。一方、多重量子井戸構造における障壁
層は、１５０オングストローム以下、さらに好ましくは
１００オングストローム以下の厚さが望ましい。すなわ
ち、多重量子井戸構造の活性層において、井戸層の厚さ
を数オングストローム〜数十オングストロームとし、障
壁層も同様に数オングストローム〜数十オングストロー
ムの厚さとし、これら井戸層と障壁層を積層して、多重
量子井戸構造とすることができる。
【００１８】本発明において、第１のｎ型クラッド層５
は、ＩｎとＧａを含有するｎ型窒化物半導体、好ましく
は、ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）で形成され
る。また、第１のｐ型クラッド層７は、ＩｎとＧａを含
有するｐ型窒化物半導体、好ましくは、ｐ型Ｉｎz Ｇａ
1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）で形成される。これらクラッド層
５および７は、いずれか一方のみを形成してもよいが、
特に好ましくは、図１に示すように、両者を形成する。
インジウムを含む第１のｎ型クラッド層５および第２の
ｐ型クラッド層７は結晶が柔らかいので、これらのクラ
ッド層５、７がクッションのようにバッファ層の作用を
して、これらのクラッド層５、７の外側に、後述する第
２のｎ型クラッド層４、第２のｐ型クラッド層８、ｎ型
コンタクト層３、ｐ型コンタクト層９を形成した際に、
これらの層（３、４、８、９）中にクラックが入るのを
防止することができる。ＩｎＧａＮがバッファ層として
作用する膜厚の好ましい範囲は、活性層６と第１のｎ型
クラッド層５、活性層６と第１のｐ型クラッド層７、活
性層６と第１のｎ型クラッド層５と第１のｐ型クラッド
層７の組み合わせにおいて、その組み合わせたＩｎＧａ
Ｎ層の総膜厚を３００オングストローム以上にすること
が好ましい。また、発光素子の場合には第１のｎ型クラ
ッド層５を省略すれば、後に述べる第２のｎ型クラッド
層４が第１のｎ型クラッド層５として作用し、また第１
のｐ型クラッド層７を省略すれば同じく後に述べる第２
のｐ型クラッド層８が第１のｐ型クラッド層７として作
用する。
は、ＩｎとＧａを含有するｎ型窒化物半導体、好ましく
は、ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）で形成され
る。また、第１のｐ型クラッド層７は、ＩｎとＧａを含
有するｐ型窒化物半導体、好ましくは、ｐ型Ｉｎz Ｇａ
1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）で形成される。これらクラッド層
５および７は、いずれか一方のみを形成してもよいが、
特に好ましくは、図１に示すように、両者を形成する。
インジウムを含む第１のｎ型クラッド層５および第２の
ｐ型クラッド層７は結晶が柔らかいので、これらのクラ
ッド層５、７がクッションのようにバッファ層の作用を
して、これらのクラッド層５、７の外側に、後述する第
２のｎ型クラッド層４、第２のｐ型クラッド層８、ｎ型
コンタクト層３、ｐ型コンタクト層９を形成した際に、
これらの層（３、４、８、９）中にクラックが入るのを
防止することができる。ＩｎＧａＮがバッファ層として
作用する膜厚の好ましい範囲は、活性層６と第１のｎ型
クラッド層５、活性層６と第１のｐ型クラッド層７、活
性層６と第１のｎ型クラッド層５と第１のｐ型クラッド
層７の組み合わせにおいて、その組み合わせたＩｎＧａ
Ｎ層の総膜厚を３００オングストローム以上にすること
が好ましい。また、発光素子の場合には第１のｎ型クラ
ッド層５を省略すれば、後に述べる第２のｎ型クラッド
層４が第１のｎ型クラッド層５として作用し、また第１
のｐ型クラッド層７を省略すれば同じく後に述べる第２
のｐ型クラッド層８が第１のｐ型クラッド層７として作
用する。
【００１９】以上、ＩｎＧａＮよりなる第１のｎ型クラ
ッド層５、活性層６、第１のｐ型クラッド層７について
説明したが、これらのＩｎＧａＮのＩｎ組成比、つまり
上記各組成式におけるｘ値、ｙ値、ｚ値は、それぞれ、
０．５以下、好ましくは０．３以下、最も好ましくは
０．２以下に調整することが望ましい。インジウムのモ
ル比が大きくなるに従って、ＩｎＧａＮの結晶性が悪く
なり発光出力が低下する傾向にあるからである。さら
に、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ、Ｉｎz
Ｇａ1-z Ｎとは、その式中においてＩｎＧａＮの効果を
変化させない範囲でＧａの一部を微量のＡｌで置換した
ＩｎＡｌＧａＮも前記式中に含まれるものとする。例え
ばＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ式中でｂ' 値が０．１以
下であれば第１のｎ型クラッド層、活性層、第２のｐ型
クラッド層の効果は変わることがない。ただ、Ａｌを含
有させると結晶が硬くなる傾向にあるので四元混晶の窒
化物半導体よりも、Ａｌを含まない三元混晶のＩｎＧａ
Ｎのみで活性層６、第１のｎ型クラッド層５、第１のｐ
型クラッド層７を構成するのが発光出力が大きくなり最
も良い。
ッド層５、活性層６、第１のｐ型クラッド層７について
説明したが、これらのＩｎＧａＮのＩｎ組成比、つまり
上記各組成式におけるｘ値、ｙ値、ｚ値は、それぞれ、
０．５以下、好ましくは０．３以下、最も好ましくは
０．２以下に調整することが望ましい。インジウムのモ
ル比が大きくなるに従って、ＩｎＧａＮの結晶性が悪く
なり発光出力が低下する傾向にあるからである。さら
に、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ、Ｉｎz
Ｇａ1-z Ｎとは、その式中においてＩｎＧａＮの効果を
変化させない範囲でＧａの一部を微量のＡｌで置換した
ＩｎＡｌＧａＮも前記式中に含まれるものとする。例え
ばＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ式中でｂ' 値が０．１以
下であれば第１のｎ型クラッド層、活性層、第２のｐ型
クラッド層の効果は変わることがない。ただ、Ａｌを含
有させると結晶が硬くなる傾向にあるので四元混晶の窒
化物半導体よりも、Ａｌを含まない三元混晶のＩｎＧａ
Ｎのみで活性層６、第１のｎ型クラッド層５、第１のｐ
型クラッド層７を構成するのが発光出力が大きくなり最
も良い。
【００２０】次に、アルミニウムとガリウムとを含むｎ
型窒化物半導体、好ましくは、ｎ型Ａｌa Ｇａ1-a Ｎ
（０＜ａ＜１）よりなる第２のｎ型クラッド層４と、ア
ルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体好まし
くは、ｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなる第
２のｐ型クラッド層８は、いずれか一方のみを形成する
ことができるが、望ましくは、図１に示すように、第１
のｎ型クラッド層３に接して第２のｎ型クラッド層４を
形成すると共に、第１のｐ型クラッド層７に接して第２
のｐ型クラッド層８を形成する。第２のｎ型クラッド層
４、第２のｐ型クラッド層８は５０オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で形成することが望ましい。また、Ａ
ｌＧａＮのＡｌ混晶比、つまり上記各組成式におけるａ
値、ｂ値は、それぞれ、０．６以下、さらに好ましくは
０．４以下にすることが望ましい。ＡｌＧａＮは結晶が
硬く、ａ値、ｂ値が０．６より大きいとＡｌＧａＮ層に
クラックが発生しやすいからである。前記ＩｎＧａＮか
らなる半導体層がバッファ層として作用しても、これら
の値がそれぞれ０．６よりも大きいと、クラックが発生
しやすくなる。
型窒化物半導体、好ましくは、ｎ型Ａｌa Ｇａ1-a Ｎ
（０＜ａ＜１）よりなる第２のｎ型クラッド層４と、ア
ルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体好まし
くは、ｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなる第
２のｐ型クラッド層８は、いずれか一方のみを形成する
ことができるが、望ましくは、図１に示すように、第１
のｎ型クラッド層３に接して第２のｎ型クラッド層４を
形成すると共に、第１のｐ型クラッド層７に接して第２
のｐ型クラッド層８を形成する。第２のｎ型クラッド層
４、第２のｐ型クラッド層８は５０オングストローム〜
０．５μｍの膜厚で形成することが望ましい。また、Ａ
ｌＧａＮのＡｌ混晶比、つまり上記各組成式におけるａ
値、ｂ値は、それぞれ、０．６以下、さらに好ましくは
０．４以下にすることが望ましい。ＡｌＧａＮは結晶が
硬く、ａ値、ｂ値が０．６より大きいとＡｌＧａＮ層に
クラックが発生しやすいからである。前記ＩｎＧａＮか
らなる半導体層がバッファ層として作用しても、これら
の値がそれぞれ０．６よりも大きいと、クラックが発生
しやすくなる。
【００２１】また、前記Ａｌa Ｇａ1-a Ｎ、Ａｌb Ｇａ
1-b Ｎとは、その式中においてＡｌＧａＮの効果を変化
させない範囲でＧａの一部を微量のＩｎで置換したＩｎ
ＡｌＧａＮも前記式中に含まれるものとする。例えばＩ
ｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ式中でａ' 値が０．１以下で
あればＡｌＧａＮの効果はほとんど変わることがない。
但し、微量のＩｎを含有させるとバンドギャップが小さ
くなるので、第１のｎ型クラッド層５、活性層６、第２
のｐ型クラッド層７よりもバンドギャップを大きくしな
ければならない。また、Ｉｎを含有させると結晶性が悪
くなり発光出力が低下する傾向にあるので、四元混晶の
窒化物半導体よりも、Ｉｎを含まない三元混晶のＡｌＧ
ａＮのみで第２のｎ型クラッド層４、第２のｐ型クラッ
ド層８を構成するのが発光出力が大きくなり最も好まし
い。このように、Ａｌを含む層を第２のｎ型クラッド層
４、および前記第２のｐ型クラッド層８とすることによ
り、活性層６、第１のｎ型クラッド層５、第１のｐ型ク
ラッド層７とのバンドオフセットを大きくできるので発
光効率を上げることができる。
1-b Ｎとは、その式中においてＡｌＧａＮの効果を変化
させない範囲でＧａの一部を微量のＩｎで置換したＩｎ
ＡｌＧａＮも前記式中に含まれるものとする。例えばＩ
ｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ式中でａ' 値が０．１以下で
あればＡｌＧａＮの効果はほとんど変わることがない。
但し、微量のＩｎを含有させるとバンドギャップが小さ
くなるので、第１のｎ型クラッド層５、活性層６、第２
のｐ型クラッド層７よりもバンドギャップを大きくしな
ければならない。また、Ｉｎを含有させると結晶性が悪
くなり発光出力が低下する傾向にあるので、四元混晶の
窒化物半導体よりも、Ｉｎを含まない三元混晶のＡｌＧ
ａＮのみで第２のｎ型クラッド層４、第２のｐ型クラッ
ド層８を構成するのが発光出力が大きくなり最も好まし
い。このように、Ａｌを含む層を第２のｎ型クラッド層
４、および前記第２のｐ型クラッド層８とすることによ
り、活性層６、第１のｎ型クラッド層５、第１のｐ型ク
ラッド層７とのバンドオフセットを大きくできるので発
光効率を上げることができる。
【００２２】活性層と第１のクラッド層の好ましい組み
合わせは、第１のｎ型クラッド層をＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、
活性層をＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、第１のｐ型クラッド層をＩ
ｎzＧａ1-z Ｎで形成するものである。但し、この組み
合わせにおいて、バンドギャップの関係からｙ＜ｘ、ｚ
＜ｘを満たしていることはいうまでもない。活性層は、
ｎ型またはノンドープの方がバンド間発光による半値幅
の狭い発光が得られるので好ましい。
合わせは、第１のｎ型クラッド層をＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、
活性層をＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、第１のｐ型クラッド層をＩ
ｎzＧａ1-z Ｎで形成するものである。但し、この組み
合わせにおいて、バンドギャップの関係からｙ＜ｘ、ｚ
＜ｘを満たしていることはいうまでもない。活性層は、
ｎ型またはノンドープの方がバンド間発光による半値幅
の狭い発光が得られるので好ましい。
【００２３】さらに最も好ましい組み合わせは、第２の
ｎ型クラッド層をＡｌa Ｇａ1-a Ｎ、第１のｎ型クラッ
ド層をＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、活性層をＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、
第１のｐ型クラッド層をＩｎz Ｇａ1-z Ｎ、第２のｐ型
クラッド層をＡｌb Ｇａ1-bＮで形成するものである。
この組み合わせによると、最も結晶性に優れた窒化物半
導体を積層したダブルへテロ構造となり、飛躍的に発光
出力が向上する。
ｎ型クラッド層をＡｌa Ｇａ1-a Ｎ、第１のｎ型クラッ
ド層をＩｎy Ｇａ1-y Ｎ、活性層をＩｎx Ｇａ1-x Ｎ、
第１のｐ型クラッド層をＩｎz Ｇａ1-z Ｎ、第２のｐ型
クラッド層をＡｌb Ｇａ1-bＮで形成するものである。
この組み合わせによると、最も結晶性に優れた窒化物半
導体を積層したダブルへテロ構造となり、飛躍的に発光
出力が向上する。
【００２４】次に、ｎ型コンタクト層３は、望ましく
は、図１に示すように、第２のｎ型クラッド層４に接し
てｎ型コンタクト層３を形成し、第２のｐ型クラッド層
８に接してｐ型コンタクト層９を形成することが最も良
い。また、ｎ型コンタクト層３は、第２のｎ型クラッド
層４、若しくは第１のｎ型クラッド層５のいずれかに形
成可能であり、ｐ型コンタクト層９は第２のｐ型クラッ
ド層８、若しくは第１のｐ型クラッド層７のいずれかに
も形成可能である。つまり、第２のｎ型クラッド層４を
省略すれば、第１のｎ型クラッド層５に接して形成する
ことができ、ｐ型コンタクト層９も同様に第２のｐ型ク
ラッド層８を省略すれば第１のｐ型クラッド層７に接し
て形成することができる。極端な場合では、第１のｎ型
クラッド層５と第２のｎ型クラッド層４とを共に省略し
て、ｎ型コンタクト層９をクラッド層としたり、第１の
ｐ型クラッド層７と第２のｐ型クラッド層８とを共に省
略して、ｐ型コンタクト層９をクラッド層とすることも
可能であるが、発光出力は省略しないものに比較して極
端に低下する傾向にあるので望ましくない。即ち、本発
明の発光素子では、図１に示す構造のものが最も高出力
が得られる。
は、図１に示すように、第２のｎ型クラッド層４に接し
てｎ型コンタクト層３を形成し、第２のｐ型クラッド層
８に接してｐ型コンタクト層９を形成することが最も良
い。また、ｎ型コンタクト層３は、第２のｎ型クラッド
層４、若しくは第１のｎ型クラッド層５のいずれかに形
成可能であり、ｐ型コンタクト層９は第２のｐ型クラッ
ド層８、若しくは第１のｐ型クラッド層７のいずれかに
も形成可能である。つまり、第２のｎ型クラッド層４を
省略すれば、第１のｎ型クラッド層５に接して形成する
ことができ、ｐ型コンタクト層９も同様に第２のｐ型ク
ラッド層８を省略すれば第１のｐ型クラッド層７に接し
て形成することができる。極端な場合では、第１のｎ型
クラッド層５と第２のｎ型クラッド層４とを共に省略し
て、ｎ型コンタクト層９をクラッド層としたり、第１の
ｐ型クラッド層７と第２のｐ型クラッド層８とを共に省
略して、ｐ型コンタクト層９をクラッド層とすることも
可能であるが、発光出力は省略しないものに比較して極
端に低下する傾向にあるので望ましくない。即ち、本発
明の発光素子では、図１に示す構造のものが最も高出力
が得られる。
【００２５】さらにまた、ｎ型コンタクト層３、ｐ型コ
ンタクト層９を構成する窒化物半導体はＡｌ、Ｉｎを含
まないＧａＮとする必要がある。コンタクト層は電極を
形成する層であるので、結晶性が良く、キャリア濃度が
大きい層を形成すれば電極材料とオーミックが得られや
すくなる。そのためにはＧａＮが最も好ましい。また、
ｎ型コンタクト層３とオーミックが得られやすい電極材
料としてはＴｉとＡｌを含む金属材料が好ましく、ｐ型
コンタクト層９とオーミックが得られやすい電極材料に
はＮｉとＡｕを含む金属材料が好ましい。このように電
極を形成すべき層としてＧａＮよりなるコンタクト層を
形成すると、発光素子のＶｆ（順方向電圧）を低下さ
せ、発光効率を向上させることができる。
ンタクト層９を構成する窒化物半導体はＡｌ、Ｉｎを含
まないＧａＮとする必要がある。コンタクト層は電極を
形成する層であるので、結晶性が良く、キャリア濃度が
大きい層を形成すれば電極材料とオーミックが得られや
すくなる。そのためにはＧａＮが最も好ましい。また、
ｎ型コンタクト層３とオーミックが得られやすい電極材
料としてはＴｉとＡｌを含む金属材料が好ましく、ｐ型
コンタクト層９とオーミックが得られやすい電極材料に
はＮｉとＡｕを含む金属材料が好ましい。このように電
極を形成すべき層としてＧａＮよりなるコンタクト層を
形成すると、発光素子のＶｆ（順方向電圧）を低下さ
せ、発光効率を向上させることができる。
【００２６】次に、図２に本発明の一実施例に係る発光
素子（レーザーダイオード）の構造を示す概略断面図を
示し、図３に図２の発光素子の斜視図を示す。図２にお
いて、図１と同様の部分には同じ符号を付している。こ
の発光素子は、ｎ型コンタクト層３と第２のｎ型クラッ
ド層５との間に形成されたｎ型多層膜４４を有し、また
ｐ型コンタクト層９と第２のｐ型クラッド層８との間に
形成されたｐ型多層膜５５を有する。なお、ｎ型多層膜
４４およびｐ型多層膜５５は互いに組成の異なる窒化物
半導体、つまり互いに屈折率の異なる２種類の窒化物半
導体が、例えばλ／４ｎ（λ：波長、ｎ：屈折率）で交
互に２層以上積層されて、活性層６の発光波長を多層膜
４４、５５で反射できるように設計されている。第２の
ｎ型クラッド層４とｎ型コンタクト層３との間にｎ型多
層膜４４を形成し、さらに第２のｐ型クラッド層８とｐ
型コンタクト層９との間にｐ型多層膜５５を形成するこ
とにより、図２、図３に示すように例えば正電極を１０
μｍ以下のストライプ電極としてレーザ発振を試みた
際、活性層６の発光を多層膜反射層で活性層に閉じこめ
可能となるので、容易にレーザ発振できる。なお前記多
層膜４４、５５にはそれぞれｎ型ドーパント、ｐ型ドー
パントがドープされて導電型が決定されている。
素子（レーザーダイオード）の構造を示す概略断面図を
示し、図３に図２の発光素子の斜視図を示す。図２にお
いて、図１と同様の部分には同じ符号を付している。こ
の発光素子は、ｎ型コンタクト層３と第２のｎ型クラッ
ド層５との間に形成されたｎ型多層膜４４を有し、また
ｐ型コンタクト層９と第２のｐ型クラッド層８との間に
形成されたｐ型多層膜５５を有する。なお、ｎ型多層膜
４４およびｐ型多層膜５５は互いに組成の異なる窒化物
半導体、つまり互いに屈折率の異なる２種類の窒化物半
導体が、例えばλ／４ｎ（λ：波長、ｎ：屈折率）で交
互に２層以上積層されて、活性層６の発光波長を多層膜
４４、５５で反射できるように設計されている。第２の
ｎ型クラッド層４とｎ型コンタクト層３との間にｎ型多
層膜４４を形成し、さらに第２のｐ型クラッド層８とｐ
型コンタクト層９との間にｐ型多層膜５５を形成するこ
とにより、図２、図３に示すように例えば正電極を１０
μｍ以下のストライプ電極としてレーザ発振を試みた
際、活性層６の発光を多層膜反射層で活性層に閉じこめ
可能となるので、容易にレーザ発振できる。なお前記多
層膜４４、５５にはそれぞれｎ型ドーパント、ｐ型ドー
パントがドープされて導電型が決定されている。
【００２７】また、図２に示すようにサファイアを基板
としてレーザ素子を作製する場合、レーザ素子の構造は
フリップチップ方式となる。つまり同一面側から正電
極、負電極を取り出す構造となる。この場合、図２に示
すようにｎ型層側に形成するｎ型多層膜４４は、負電極
を形成するコンタクト層３の水平面よりもｐ層側に形成
することが好ましい。なぜなら、ｎ型多層膜４４をコン
タクト層３の水平面よりも基板１側に形成すると、第２
のｎ型クラッド層４とｎ型コンタクト層３との屈折率差
が小さいので、活性層６の発光が活性層６よりも下のｎ
型コンタクト層３中で広がってしまい、光閉じこめがで
きないからである。これはサファイアのような絶縁性基
板を使用した窒化物半導体レーザ特有の効果である。
としてレーザ素子を作製する場合、レーザ素子の構造は
フリップチップ方式となる。つまり同一面側から正電
極、負電極を取り出す構造となる。この場合、図２に示
すようにｎ型層側に形成するｎ型多層膜４４は、負電極
を形成するコンタクト層３の水平面よりもｐ層側に形成
することが好ましい。なぜなら、ｎ型多層膜４４をコン
タクト層３の水平面よりも基板１側に形成すると、第２
のｎ型クラッド層４とｎ型コンタクト層３との屈折率差
が小さいので、活性層６の発光が活性層６よりも下のｎ
型コンタクト層３中で広がってしまい、光閉じこめがで
きないからである。これはサファイアのような絶縁性基
板を使用した窒化物半導体レーザ特有の効果である。
【００２８】図２および図３はレーザ素子を示すもので
あるが、前記ｎ型多層膜４４、ｐ型多層膜５５は、ｎ型
層、ｐ型層のいずれか一方にのみ形成することもでき
る。いずれか一方に形成すると、例えばＬＥＤ素子を作
製した場合に、多層膜で活性層の発光を発光観測面側に
全反射できるので、発光素子の発光出力が向上する。ま
たｎ型多層膜４４はｎ型コンタクト層３の内部にも形成
することができる。つまりｎ型ＧａＮ＋ｎ型多層膜４４
＋ｎ型ＧａＮの積層構造としても、多層膜の作用は変わ
ることがない。但し、上に述べたように、サファイアを
基板とするフリップチップ方式のレーザ素子を実現する
場合には、ｎ型多層膜４４の位置を負電極を形成するｎ
型コンタクト層３の水平面よりも上、つまりｐ型層側に
することが好ましいことはいうまでもない。また同様に
ｐ型多層膜５５もｐ型コンタクト層９の内部に形成する
ことも可能である。
あるが、前記ｎ型多層膜４４、ｐ型多層膜５５は、ｎ型
層、ｐ型層のいずれか一方にのみ形成することもでき
る。いずれか一方に形成すると、例えばＬＥＤ素子を作
製した場合に、多層膜で活性層の発光を発光観測面側に
全反射できるので、発光素子の発光出力が向上する。ま
たｎ型多層膜４４はｎ型コンタクト層３の内部にも形成
することができる。つまりｎ型ＧａＮ＋ｎ型多層膜４４
＋ｎ型ＧａＮの積層構造としても、多層膜の作用は変わ
ることがない。但し、上に述べたように、サファイアを
基板とするフリップチップ方式のレーザ素子を実現する
場合には、ｎ型多層膜４４の位置を負電極を形成するｎ
型コンタクト層３の水平面よりも上、つまりｐ型層側に
することが好ましいことはいうまでもない。また同様に
ｐ型多層膜５５もｐ型コンタクト層９の内部に形成する
ことも可能である。
【００２９】前記多層膜を構成する２種類の窒化物半導
体は、少なくとも一方がインジウムとガリウムとを含む
窒化物半導体｛例えばＩｎc Ｇａ1-c Ｎ（０＜ｃ＜
１）｝またはＧａＮであることが好ましい。なぜなら、
単一層を積層して多層膜とする場合、その単一層の一方
にＩｎc Ｇａ1-c Ｎ、ＧａＮを形成することにより、Ｇ
ａＮ、Ｉｎc Ｇａ1-c Ｎ層がバッファ層のような作用を
して、もう一方の単一層にクラックが入るのを防止する
ことができるからである。これはＩｎc Ｇａ1-c Ｎ層、
ＧａＮ層の結晶がＡｌＧａＮに比べて柔らかいことによ
るものである。これに対し、多層膜を例えば互いにＡｌ
組成の異なるＡｌＧａＮ層により、例えば総膜厚０．５
μｍ以上となるように多層形成すると、多層膜中にクラ
ックが入り、素子作製が困難となる。
体は、少なくとも一方がインジウムとガリウムとを含む
窒化物半導体｛例えばＩｎc Ｇａ1-c Ｎ（０＜ｃ＜
１）｝またはＧａＮであることが好ましい。なぜなら、
単一層を積層して多層膜とする場合、その単一層の一方
にＩｎc Ｇａ1-c Ｎ、ＧａＮを形成することにより、Ｇ
ａＮ、Ｉｎc Ｇａ1-c Ｎ層がバッファ層のような作用を
して、もう一方の単一層にクラックが入るのを防止する
ことができるからである。これはＩｎc Ｇａ1-c Ｎ層、
ＧａＮ層の結晶がＡｌＧａＮに比べて柔らかいことによ
るものである。これに対し、多層膜を例えば互いにＡｌ
組成の異なるＡｌＧａＮ層により、例えば総膜厚０．５
μｍ以上となるように多層形成すると、多層膜中にクラ
ックが入り、素子作製が困難となる。
【００３０】多層膜を構成する２種類の窒化物半導体の
好ましい組み合わせは、一方が前記のようにＩｎc Ｇａ
1-c Ｎ若しくはＧａＮよりなり、もう一方がアルミニウ
ムとガリウムとを含む窒化物半導体｛例えば、Ａｌd Ｇ
ａ1-d Ｎ（０＜ｄ＜１）｝で構成することが最良であ
る。なぜなら、Ｉｎc Ｇａ1-c ＮとＡｌd Ｇａ1-d Ｎと
は屈折率の差が大きいのでこれらの材料で多層膜を構成
することにより、発光波長に応じて反射率の大きい多層
膜の設計が可能であるからである。また、ＩｎcＧａ1-c
Ｎがバッファ層の作用をしているため、Ａｌd Ｇａ1-d
Ｎ層にクラックが入ることなく１０層以上積層可能と
なる。なお、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの屈折率はそれぞ
れ、２．９、２．５、２．１５である。これらの混晶の
屈折率はベガードの法則に従うと仮定し、組成に比例す
るとして求めることができる。
好ましい組み合わせは、一方が前記のようにＩｎc Ｇａ
1-c Ｎ若しくはＧａＮよりなり、もう一方がアルミニウ
ムとガリウムとを含む窒化物半導体｛例えば、Ａｌd Ｇ
ａ1-d Ｎ（０＜ｄ＜１）｝で構成することが最良であ
る。なぜなら、Ｉｎc Ｇａ1-c ＮとＡｌd Ｇａ1-d Ｎと
は屈折率の差が大きいのでこれらの材料で多層膜を構成
することにより、発光波長に応じて反射率の大きい多層
膜の設計が可能であるからである。また、ＩｎcＧａ1-c
Ｎがバッファ層の作用をしているため、Ａｌd Ｇａ1-d
Ｎ層にクラックが入ることなく１０層以上積層可能と
なる。なお、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの屈折率はそれぞ
れ、２．９、２．５、２．１５である。これらの混晶の
屈折率はベガードの法則に従うと仮定し、組成に比例す
るとして求めることができる。
【００３１】ここで、Ｉｎc Ｇａ1-c Ｎのｃ値は上述し
たように０．５以下、好ましくは０．３以下、最も好ま
しくは０．２以下に調整することが望ましい。なぜな
ら、インジウムのモル比が大きくなるに従って、ＩｎＧ
ａＮの結晶性が悪くなるからである。またＡｌd Ｇａ
1-d Ｎのｄ値は０．６以下、さらに好ましくは０．４以
下にすることが望ましい。０．６より大きいとＡｌＧａ
Ｎ層にクラックが発生しやすいからである。
たように０．５以下、好ましくは０．３以下、最も好ま
しくは０．２以下に調整することが望ましい。なぜな
ら、インジウムのモル比が大きくなるに従って、ＩｎＧ
ａＮの結晶性が悪くなるからである。またＡｌd Ｇａ
1-d Ｎのｄ値は０．６以下、さらに好ましくは０．４以
下にすることが望ましい。０．６より大きいとＡｌＧａ
Ｎ層にクラックが発生しやすいからである。
【００３２】以上、発光素子の構造について説明した
が、次に製造方法について簡単に説明する。窒化物半導
体よりなる発光素子を製造するには、例えばＭＯＶＰＥ
（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長
法）、ＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相
成長法を用いて、基板上にＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ
（０≦ａ' 、０≦ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）をｎ型、ｐ型
等の導電型でダブルへテロ構造になるように積層するこ
とによって得られる。基板１には例えばサファイア（Ｃ
面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ
−ＳｉＣも含む）、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、特にそ
の（１１１）面）、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が使用で
き、図２ではサファイア基板を示している。ｎ型の窒化
物半導体はノンドープの状態でも得られるが、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｓ等のｎ型ドーパントを結晶成長中に半導体層中に
導入することによって得られる。またｐ型の窒化物半導
体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のｐ型ドー
パントを同じく結晶成長中に半導体層中に導入するか、
または導入後４００℃以上でアニーリングを行うことに
より得られる。バッファ層２は基板１と窒化物半導体と
の格子不整合を緩和するために設けられ、例えばＭＯＶ
ＰＥ法では５００℃前後の低温でＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇａ
ＡｌＮ等が形成されることが多い。またＳｉＣ、ＺｎＯ
のような窒化物半導体と格子定数の近い基板を使用する
際にはバッファ層が形成されないこともある。
が、次に製造方法について簡単に説明する。窒化物半導
体よりなる発光素子を製造するには、例えばＭＯＶＰＥ
（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長
法）、ＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相
成長法を用いて、基板上にＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b' Ｎ
（０≦ａ' 、０≦ｂ' 、ａ' ＋ｂ' ≦１）をｎ型、ｐ型
等の導電型でダブルへテロ構造になるように積層するこ
とによって得られる。基板１には例えばサファイア（Ｃ
面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ
−ＳｉＣも含む）、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、特にそ
の（１１１）面）、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等が使用で
き、図２ではサファイア基板を示している。ｎ型の窒化
物半導体はノンドープの状態でも得られるが、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｓ等のｎ型ドーパントを結晶成長中に半導体層中に
導入することによって得られる。またｐ型の窒化物半導
体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のｐ型ドー
パントを同じく結晶成長中に半導体層中に導入するか、
または導入後４００℃以上でアニーリングを行うことに
より得られる。バッファ層２は基板１と窒化物半導体と
の格子不整合を緩和するために設けられ、例えばＭＯＶ
ＰＥ法では５００℃前後の低温でＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇａ
ＡｌＮ等が形成されることが多い。またＳｉＣ、ＺｎＯ
のような窒化物半導体と格子定数の近い基板を使用する
際にはバッファ層が形成されないこともある。
【００３３】
【実施例】以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明
する。以下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示
している。 実施例１ 図１を参照して本実施例を説明する。
する。以下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示
している。 実施例１ 図１を参照して本実施例を説明する。
【００３４】ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ3 と
を用い、反応容器にセットしたサファイア基板１のＣ面
に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５００オン
グストロームの膜厚で成長させた。
を用い、反応容器にセットしたサファイア基板１のＣ面
に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５００オン
グストロームの膜厚で成長させた。
【００３５】次に温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧ、
ＮＨ3 に加えＳｉＨ4 ガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍの膜厚で成長さ
せた。
ＮＨ3 に加えＳｉＨ4 ガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層３を４μｍの膜厚で成長さ
せた。
【００３６】続いて原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ型
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型クラッド層４
を０．１μｍの膜厚で成長させた。
ミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ型
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型クラッド層４
を０．１μｍの膜厚で成長させた。
【００３７】次に、温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3 、ＳｉＨ4 を用
い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１の
ｎ型クラッド層５を５００オングストロームの膜厚で成
長させた。
ＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3 、ＳｉＨ4 を用
い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１の
ｎ型クラッド層５を５００オングストロームの膜厚で成
長させた。
【００３８】続いてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 を用い８０
０℃でノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層６
を４００オングストロームの膜厚で成長させた。続いて
ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 に加え新たにＣｐ2 Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用い８００℃でＭｇ
ドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｐ型クラ
ッド層７を５００オングストロームの膜厚で成長させ
た。
０℃でノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層６
を４００オングストロームの膜厚で成長させた。続いて
ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 に加え新たにＣｐ2 Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用い８００℃でＭｇ
ドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｐ型クラ
ッド層７を５００オングストロームの膜厚で成長させ
た。
【００３９】次に温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層８を０．
１μｍの膜厚で成長させた。
ＭＡ、ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層８を０．
１μｍの膜厚で成長させた。
【００４０】続いて１０５０℃でＴＭＧ、ＮＨ3 、Ｃｐ
2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コン
タクト層９を０．５μｍの膜厚で成長させた。反応終了
後、温度を室温まで下げてウェーハを反応容器から取り
出し、７００℃でウェーハのアニーリングを行い、ｐ型
層をさらに低抵抗化した。次に最上層のｐ型コンタクト
層９の表面に所定の形状のマスクを形成し、ｎ型コンタ
クト層３の表面が露出するまでエッチングした。エッチ
ング後、ｎ型コンタクト層３の表面にＴｉとＡｌよりな
る負電極、ｐ型コンタクト層９の表面にＮｉとＡｕより
なる正電極を形成した。電極形成後、ウェーハを３５０
μｍ角のチップに分離した後、常法に従い半値角１５度
の指向特性を持つＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子は
Ｉｆ（順方向電流）２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピー
ク波長３９０ｎｍの紫色発光を示し、光度は４ｃｄあ
り、発光出力は６ｍＷであった。さらに、発光スペクト
ルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に色純度の良い発光
を示した。
2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コン
タクト層９を０．５μｍの膜厚で成長させた。反応終了
後、温度を室温まで下げてウェーハを反応容器から取り
出し、７００℃でウェーハのアニーリングを行い、ｐ型
層をさらに低抵抗化した。次に最上層のｐ型コンタクト
層９の表面に所定の形状のマスクを形成し、ｎ型コンタ
クト層３の表面が露出するまでエッチングした。エッチ
ング後、ｎ型コンタクト層３の表面にＴｉとＡｌよりな
る負電極、ｐ型コンタクト層９の表面にＮｉとＡｕより
なる正電極を形成した。電極形成後、ウェーハを３５０
μｍ角のチップに分離した後、常法に従い半値角１５度
の指向特性を持つＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子は
Ｉｆ（順方向電流）２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピー
ク波長３９０ｎｍの紫色発光を示し、光度は４ｃｄあ
り、発光出力は６ｍＷであった。さらに、発光スペクト
ルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に色純度の良い発光
を示した。
【００４１】実施例２ 活性層６をＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎで形成した以外は、実施
例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ
は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．１Ｖ、発光ピーク
波長５１０ｎｍ、半値幅２０ｎｍの緑色発光を示し、光
度１６ｃｄ、発光出力６ｍＷとバンド間発光による高輝
度な緑色ＬＥＤが実現できた。
例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ
は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．１Ｖ、発光ピーク
波長５１０ｎｍ、半値幅２０ｎｍの緑色発光を示し、光
度１６ｃｄ、発光出力６ｍＷとバンド間発光による高輝
度な緑色ＬＥＤが実現できた。
【００４２】実施例３ ｐ型ドーパント源としてＤＥＺ（ジエチルジンク）、ｎ
型ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いて、活性層６として
ＳｉとＺｎをドープしたｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を１
０００オングストロームの膜厚で形成した以外は実施例
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、発光ピーク波長４５０ｎ
ｍ、半値幅７０ｎｍの青色発光を示し、光度１０ｃｄ、
発光出力７ｍＷと優れた特性を示した。
型ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いて、活性層６として
ＳｉとＺｎをドープしたｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を１
０００オングストロームの膜厚で形成した以外は実施例
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、発光ピーク波長４５０ｎ
ｍ、半値幅７０ｎｍの青色発光を示し、光度１０ｃｄ、
発光出力７ｍＷと優れた特性を示した。
【００４３】実施例４ 第１のｐ型クラッド層７を形成しなかった以外は実施例
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、光度が３ｃｄ、発光出力が５ｍＷであった以外は実
施例１のＬＥＤ素子と同等であった。
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、光度が３ｃｄ、発光出力が５ｍＷであった以外は実
施例１のＬＥＤ素子と同等であった。
【００４４】実施例５ 第１のｎ型クラッド層５を形成しなかった以外は実施例
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、光度が３ｃｄ、発光出力が５ｍＷであった以外は実
施例１のＬＥＤと同等であった。
１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子
は、光度が３ｃｄ、発光出力が５ｍＷであった以外は実
施例１のＬＥＤと同等であった。
【００４５】実施例６ 活性層をノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎにより２０オン
グストロームの厚さに形成して単一量子井戸構造とした
以外は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。こ
のＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．１
Ｖ、発光波長４５０ｎｍの青色発光を示し、光度が５ｃ
ｄ、発光出力が６ｍＷであり、発光スペクトルの半値幅
は２０ｎｍとシャープなバンド間発光であった。
グストロームの厚さに形成して単一量子井戸構造とした
以外は実施例１と同様にしてＬＥＤ素子を作製した。こ
のＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．１
Ｖ、発光波長４５０ｎｍの青色発光を示し、光度が５ｃ
ｄ、発光出力が６ｍＷであり、発光スペクトルの半値幅
は２０ｎｍとシャープなバンド間発光であった。
【００４６】実施例７ この実施例は図２および図３を参照して説明する。実施
例１の手法に従いｎ型コンタクト層３までを成長させた
後、温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 、
ＳｉＨ4 を用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよ
りなる薄膜を３８０オングストロームの膜厚で成長させ
た。次に、温度を１０５０℃に上げＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｎ
Ｈ3 、ＳｉＨ4 を用い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎよりなる薄膜を３９０オングストロームの膜厚で
成長させた。これらの操作を２０回繰り返し、Ｓｉドー
プｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層とＳｉドープＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ層を交互に１０層づつ積層した第１のｎ型多層膜
４４を形成した。
例１の手法に従いｎ型コンタクト層３までを成長させた
後、温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 、
ＳｉＨ4 を用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよ
りなる薄膜を３８０オングストロームの膜厚で成長させ
た。次に、温度を１０５０℃に上げＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｎ
Ｈ3 、ＳｉＨ4 を用い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎよりなる薄膜を３９０オングストロームの膜厚で
成長させた。これらの操作を２０回繰り返し、Ｓｉドー
プｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層とＳｉドープＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ層を交互に１０層づつ積層した第１のｎ型多層膜
４４を形成した。
【００４７】次に第２のｎ型クラッド層４、第１のｎ型
クラッド層５、活性層６、第１のｐ型クラッド層７、お
よび第２のｐ型クラッド層８を実施例１と同様に成長さ
せた。 次に、温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭＩ、
ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ｎ層を３８０オングストローム成長させ、続いて
温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｃ
ｐ2 Ｍｇガスを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層を３９０オングストロームの膜厚で成長させ、それ
ぞれ交互に１０層づつ積層した第２のｐ型多層膜５５を
形成した。
クラッド層５、活性層６、第１のｐ型クラッド層７、お
よび第２のｐ型クラッド層８を実施例１と同様に成長さ
せた。 次に、温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭＩ、
ＮＨ3 、Ｃｐ2 Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ｎ層を３８０オングストローム成長させ、続いて
温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 、Ｃ
ｐ2 Ｍｇガスを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層を３９０オングストロームの膜厚で成長させ、それ
ぞれ交互に１０層づつ積層した第２のｐ型多層膜５５を
形成した。
【００４８】ｐ型多層膜５５形成後、そのｐ型多層膜５
５の表面に実施例１と同様にしてｐ型コンタクト層９を
成長させたウェーハを作製した。次に、実施例１と同様
にして窒化物半導体層をエッチングした後、最上層であ
るｐ型コンタクト層９の表面に所定の形状のマスクを形
成し、ｎ型コンタクト層３に５０μｍの幅で負電極、ｐ
型コンタクト層９に１０μｍの幅で正電極をそれぞれ形
成した。このようにｎ型コンタクト層の表面にｎ型多層
膜４４を形成すると、自然に負電極を形成する水平面が
ｎ型多層膜４４よりも下、つまり図２に示すように基板
側となる。
５の表面に実施例１と同様にしてｐ型コンタクト層９を
成長させたウェーハを作製した。次に、実施例１と同様
にして窒化物半導体層をエッチングした後、最上層であ
るｐ型コンタクト層９の表面に所定の形状のマスクを形
成し、ｎ型コンタクト層３に５０μｍの幅で負電極、ｐ
型コンタクト層９に１０μｍの幅で正電極をそれぞれ形
成した。このようにｎ型コンタクト層の表面にｎ型多層
膜４４を形成すると、自然に負電極を形成する水平面が
ｎ型多層膜４４よりも下、つまり図２に示すように基板
側となる。
【００４９】次に、窒化物半導体層を形成していない方
のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを９０μｍに
し、サファイア基板表面のＭ面（六方晶系において六角
柱の側面に相当する面）をスクライブした。スクライブ
後、ウェーハを７００μｍ角のチップに分割し、図３に
示すようなストライプ型のレーザを作製した。なお図３
は本実施例によるレーザ素子の斜視図を示しており、ス
トライプ状の正電極と直交した窒化物半導体層面を光共
振面としている。またこのレーザ素子の電極を除いた表
面をＳｉＯ2 よりなる絶縁膜で被覆しているが、絶縁膜
は特に図示していない。次に、このチップをヒートシン
クに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンドした後、
常温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度
１．５ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長３９０ｎｍのレーザ発振
が確認された。
のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを９０μｍに
し、サファイア基板表面のＭ面（六方晶系において六角
柱の側面に相当する面）をスクライブした。スクライブ
後、ウェーハを７００μｍ角のチップに分割し、図３に
示すようなストライプ型のレーザを作製した。なお図３
は本実施例によるレーザ素子の斜視図を示しており、ス
トライプ状の正電極と直交した窒化物半導体層面を光共
振面としている。またこのレーザ素子の電極を除いた表
面をＳｉＯ2 よりなる絶縁膜で被覆しているが、絶縁膜
は特に図示していない。次に、このチップをヒートシン
クに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンドした後、
常温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度
１．５ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長３９０ｎｍのレーザ発振
が確認された。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光素子
は、ＩｎＧａＮ活性層の両側またはその一方に接してＩ
ｎＧａＮクラッド層を形成することにより、活性層の結
晶性が良化して発光出力が格段に向上する。例えば従来
の青色ＬＥＤでは４５０ｎｍにおいて、光度２ｃｄ、発
光出力が３ｍＷ程度であったが、本発明では青色ＬＥＤ
でその倍以上の発光出力を達成することができる。ま
た、従来では活性層のインジウム組成比を大きくすると
結晶性が悪くなって、バンド間発光で５２０ｎｍ付近の
緑色発光を得ることは難しかったが、本発明によると活
性層の結晶性が良くなるので、従来では困難であった高
輝度な緑色ＬＥＤも実現できた。このように本発明の発
光素子は、従来では実現できなかった高輝度な緑色ＬＥ
Ｄを初めて実現させできたことにより、この効果は非常
に大きく、高輝度のフルカラーＬＥＤディスプレイが初
めて製作可能となり、また照明用光源、読み取り用光源
等、その産業上の利用価値は多大なものがある。
は、ＩｎＧａＮ活性層の両側またはその一方に接してＩ
ｎＧａＮクラッド層を形成することにより、活性層の結
晶性が良化して発光出力が格段に向上する。例えば従来
の青色ＬＥＤでは４５０ｎｍにおいて、光度２ｃｄ、発
光出力が３ｍＷ程度であったが、本発明では青色ＬＥＤ
でその倍以上の発光出力を達成することができる。ま
た、従来では活性層のインジウム組成比を大きくすると
結晶性が悪くなって、バンド間発光で５２０ｎｍ付近の
緑色発光を得ることは難しかったが、本発明によると活
性層の結晶性が良くなるので、従来では困難であった高
輝度な緑色ＬＥＤも実現できた。このように本発明の発
光素子は、従来では実現できなかった高輝度な緑色ＬＥ
Ｄを初めて実現させできたことにより、この効果は非常
に大きく、高輝度のフルカラーＬＥＤディスプレイが初
めて製作可能となり、また照明用光源、読み取り用光源
等、その産業上の利用価値は多大なものがある。
【図１】 本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示
す模式断面図。
す模式断面図。
【図２】 本発明の他の実施例に係る発光素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図３】 図２の発光素子の構造を示す斜視図。
１…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…ｎ型コンタクト層 ４…第２のｎ型クラッド層 ５…第１のｎ型クラッド層 ６…活性層 ７…第１のｐ型クラッド層 ８…第２のｐ型クラッド層 ９…ｐ型コンタクト層 ４４…ｎ型多層膜 ５５…ｐ型多層膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−167735（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−260682（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−229475（ＪＰ，Ａ)
Claims (18)
- 【請求項１】 インジウムとガリウムとを含む窒化物半
導体よりなり、第１の面と第２の面とを有する活性層
と、この活性層の第１の面側に設けられたｎ型ＧａＮよ
りなるｎ型コンタクト層との間に、該活性層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きく、かつインジウムとガリ
ウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１のｎ型クラ
ッド層を備え、該第１のｎ型クラッド層が活性層の第１
の面に接して形成されていることを特徴とする窒化物半
導体発光素子。 - 【請求項２】 ｎ型コンタクト層が第１のｎ型クラッド
層に接して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。 - 【請求項３】 第１のｎ型クラッド層に接して、第１の
ｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大き
く、かつアルミニウムとガリウムとを含むｎ型窒化物半
導体よりなる第２のｎ型クラッド層が形成されているこ
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。 - 【請求項４】 インジウムとガリウムとを含む窒化物半
導体よりなり、第１の面と第２の面とを有する活性層
と、その活性層の第２の面側に設けられたｐ型ＧａＮよ
りなるｐ型コンタクト層との間に、その活性層よりもバ
ンドギャップエネルギーが大きく、かつインジウムとガ
リウムとを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型ク
ラッド層を備え、その第１のｐ型クラッド層が活性層の
第２の面に接して形成されていることを特徴とする窒化
物半導体発光素子。 - 【請求項５】 ｐ型コンタクト層が第１のｐ型クラッド
層に接して形成されていることを特徴とする請求項４に
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】 第１のｐ型クラッド層に接して、第１の
ｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大き
く、かつアルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半
導体よりなる第２のｐ型クラッド層が形成されているこ
とを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項７】 インジウムとガリウムとを含む窒化物半
導体よりなり、第１の面と第２の面とを有する活性層
と、この活性層の第１の面側に設けられたｎ型ＧａＮよ
りなるｎ型コンタクト層との間に、該活性層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きく、かつインジウムとガリ
ウムとを含むｎ型窒化物半導体よりなる第１のｎ型クラ
ッド層を備え、該第１のｎ型クラッド層が活性層の第１
の面に接して形成されており、さらに前記活性層の第２
の面側には、その活性層よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きく、かつインジウムとガリウムとを含むｐ型窒
化物半導体よりなる第１のｐ型クラッド層を備え、その
第１のｐ型クラッド層が活性層の第２の面に接して形成
されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項８】 ｎ型コンタクト層が第１のｎ型クラッド
層に接して形成されていることを特徴とする請求項７に
記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層が
第１のｐ型クラッド層に接して形成されていることを特
徴とする請求項７または８記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項１０】 第１のｎ型クラッド層に接して、第１
のｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大
きく、かつアルミニウムとガリウムとを含むｎ型窒化物
半導体よりなる第２のｎ型クラッド層が形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項１１】 ｎ型コンタクト層が第２のｎ型クラッ
ド層に接して形成されていることを特徴とする請求項１
０記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１２】 第１のｐ型クラッド層に接して、第１
のｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大
きく、かつアルミニウムとガリウムとを含むｐ型窒化物
半導体よりなる第２のｐ型クラッド層が形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項１３】 ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層
が第２のｐ型クラッド層に接して形成されていることを
特徴とする請求項１２記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１４】 インジウムとガリウムとを含む窒化物
半導体よりなり、第１の面と第２の面とを有する活性層
を有し、この活性層の第１の面に接して、活性層よりも
バンドギャップが大きく、かつｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ
（０＜ｙ＜１）よりなる第１のｎ型クラッド層を備え、
該活性層の第２の面に接して、ｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ
（０＜ｂ＜１）よりなるｐ型クラッド層を備えることを
特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１５】 インジウムとガリウムとを含む窒化物
半導体よりなり、第１の面と第２の面とを有する活性層
を有し、その活性層の第２の面に接して、活性層よりも
バンドギャップエネルギーが大きく、かつｐ型Ｉｎz Ｇ
ａ1-z Ｎ（０＜ｚ＜１）よりなる第１のｐ型クラッド層
を備え、その活性層の第１の面に接して、ｎ型Ａｌa Ｇ
ａ1-a Ｎ（０＜ａ＜１）よりなるｎ型クラッド層を備え
ることを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１６】 活性層が量子井戸構造を有することを
特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項記載の窒
化物半導体発光素子。 - 【請求項１７】 活性層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）よりなる井戸層を有することを特徴とする請求項１
６に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１８】 活性層がＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜
１）よりなる井戸層と、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜
１、 ｘ＞ｙ）、 若しくはＧａＮよりなる障壁層との組み
合わせからなることを特徴とする請求項１６または１７
に記載の窒化物半導体発光素子。
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