JP3538275B2 - 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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- JP3538275B2 JP3538275B2 JP03625096A JP3625096A JP3538275B2 JP 3538275 B2 JP3538275 B2 JP 3538275B2 JP 03625096 A JP03625096 A JP 03625096A JP 3625096 A JP3625096 A JP 3625096A JP 3538275 B2 JP3538275 B2 JP 3538275B2
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- nitride semiconductor
- cladding layer
- type cladding
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光
素子に係り、特には、基板上に積層される半導体層構造
が窒化物半導体により構成される窒化物半導体発光素子
に発光素子に関する。
（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光
素子に係り、特には、基板上に積層される半導体層構造
が窒化物半導体により構成される窒化物半導体発光素子
に発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外から赤色領域までの波長領域に発光
するＬＥＤ、ＬＤ等の半導体発光素子の材料としてＩｎ
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等の窒化物半導体が有望視
されている。現在、これら窒化物半導体材料で構成され
た青色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤが実用化され、ディスプレ
イ、信号等に用いられている。
するＬＥＤ、ＬＤ等の半導体発光素子の材料としてＩｎ
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等の窒化物半導体が有望視
されている。現在、これら窒化物半導体材料で構成され
た青色ＬＥＤ、青緑色ＬＥＤが実用化され、ディスプレ
イ、信号等に用いられている。
【０００３】これらの青色、青緑色発光窒化物半導体Ｌ
ＥＤ素子は、ダブルヘテロ構造を有し、基本的には、基
板の上に、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ
型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層と、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ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
次積層された構造を有している。活性層には、Ｓｉ、Ｇ
ｅ等のドナー不純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアク
セプター不純物がドープされている。このＬＥＤ素子の
発光波長は、活性層を構成するＩｎＧａＮのＩｎの比率
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
とができる。
ＥＤ素子は、ダブルヘテロ構造を有し、基本的には、基
板の上に、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、ｎ
型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層と、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ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
次積層された構造を有している。活性層には、Ｓｉ、Ｇ
ｅ等のドナー不純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアク
セプター不純物がドープされている。このＬＥＤ素子の
発光波長は、活性層を構成するＩｎＧａＮのＩｎの比率
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
とができる。
【０００４】他方、ＬＤ素子については、従来より種々
の構造が提案されている。例えば特開平６−２１５１１
号公報には、分離閉じ込め型のＬＤ素子が開示されてい
る。このＬＤ素子は、ＩｎＧａＮよりなる膜厚１００オ
ングストローム以下の活性層をｎ型ＧａＮ層とｐ型Ｇａ
Ｎ層とにより挟持し、さらにｎ型ＧａＮ層およびｐ型Ｇ
ａＮ層のそれぞれの上にｐ型ＡｌＧａＮ層およびｎ型Ａ
ｌＧａＮ層を設けた構造を有する。この素子において、
ＡｌＧａＮ層が光閉じ込め層として作用している。
の構造が提案されている。例えば特開平６−２１５１１
号公報には、分離閉じ込め型のＬＤ素子が開示されてい
る。このＬＤ素子は、ＩｎＧａＮよりなる膜厚１００オ
ングストローム以下の活性層をｎ型ＧａＮ層とｐ型Ｇａ
Ｎ層とにより挟持し、さらにｎ型ＧａＮ層およびｐ型Ｇ
ａＮ層のそれぞれの上にｐ型ＡｌＧａＮ層およびｎ型Ａ
ｌＧａＮ層を設けた構造を有する。この素子において、
ＡｌＧａＮ層が光閉じ込め層として作用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体ＬＥＤ素
子については、上に述べたようなダブルへテロ構造が実
現されたことにより、発光出力は実用レベルまで向上す
るに至っている。しかしながら、ＬＥＤ素子であっても
さらに高い発光出力を示す素子が望ましいばかりでな
く、従来のＬＥＤ素子においては、活性層（発光層）に
不純物がドープされているために、発光スペクトルの半
値幅が広くなるきらいがある。発光スペクトルの半値幅
が広いと、その発光色は白色味を帯びて見えるので、そ
のようなＬＥＤ素子を用いて例えばフルカラーディスプ
レイを作製した際には、そのカラーディスプレイの色再
現領域が狭くなることとなる。
子については、上に述べたようなダブルへテロ構造が実
現されたことにより、発光出力は実用レベルまで向上す
るに至っている。しかしながら、ＬＥＤ素子であっても
さらに高い発光出力を示す素子が望ましいばかりでな
く、従来のＬＥＤ素子においては、活性層（発光層）に
不純物がドープされているために、発光スペクトルの半
値幅が広くなるきらいがある。発光スペクトルの半値幅
が広いと、その発光色は白色味を帯びて見えるので、そ
のようなＬＥＤ素子を用いて例えばフルカラーディスプ
レイを作製した際には、そのカラーディスプレイの色再
現領域が狭くなることとなる。
【０００６】他方、窒化物半導体ＬＤ素子は、前記特開
平６−２１５１１号公報に記載されているように、ノン
ドープのＩｎＧａＮで形成された活性層を有するダブル
へテロ構造により、理論的には、実現可能であるが、実
際にはそのＬＤ素子は発振するには至っていない。特に
この公報に記載されているように、活性層を量子井戸構
造とすることにより、発光出力が大幅に向上するはずで
あるが、前述のように、実際はレーザ発振するに至って
いない。
平６−２１５１１号公報に記載されているように、ノン
ドープのＩｎＧａＮで形成された活性層を有するダブル
へテロ構造により、理論的には、実現可能であるが、実
際にはそのＬＤ素子は発振するには至っていない。特に
この公報に記載されているように、活性層を量子井戸構
造とすることにより、発光出力が大幅に向上するはずで
あるが、前述のように、実際はレーザ発振するに至って
いない。
【０００７】従って、本発明は、ＬＥＤ素子に適用した
場合には、発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が
狭いＬＥＤ素子を実現でき、またＬＤ素子に適用した場
合には、現実のレーザ発振を行えるＬＤ素子を実現でき
る新規な構造の窒化物半導体発光素子を提供することを
課題とする。
場合には、発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が
狭いＬＥＤ素子を実現でき、またＬＤ素子に適用した場
合には、現実のレーザ発振を行えるＬＤ素子を実現でき
る新規な構造の窒化物半導体発光素子を提供することを
課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、活性層を
ｐ型半導体層とｎ型半導体層で挟持した構造の窒化物半
導体発光素子について鋭意研究した結果、活性層をＩｎ
ＧａＮで形成するとともに、これを量子井戸構造（単一
量子井戸および多重量子井戸構造の双方を含む）とする
ことによって当該活性層からの発光をＩｎＧａＮのバン
ド間発光に基づくものとすることができ、もって半値幅
の狭い発光を得ることができること、および特定のｐ型
層またはｎ型層を当該活性層に接して設けることによっ
て、高い発光出力を示すおよび／または現実のレーザ発
振を行える窒化物半導体発光素子が得られることを見い
だした。これらの知見に基づいてさらに研究を進め、本
発明を完成するに至った。
ｐ型半導体層とｎ型半導体層で挟持した構造の窒化物半
導体発光素子について鋭意研究した結果、活性層をＩｎ
ＧａＮで形成するとともに、これを量子井戸構造（単一
量子井戸および多重量子井戸構造の双方を含む）とする
ことによって当該活性層からの発光をＩｎＧａＮのバン
ド間発光に基づくものとすることができ、もって半値幅
の狭い発光を得ることができること、および特定のｐ型
層またはｎ型層を当該活性層に接して設けることによっ
て、高い発光出力を示すおよび／または現実のレーザ発
振を行える窒化物半導体発光素子が得られることを見い
だした。これらの知見に基づいてさらに研究を進め、本
発明を完成するに至った。
【０００９】
【００１０】より具体的には、本発明の第１の側面によ
れば、第１および第２の主面を有し、かつインジウムと
ガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の
活性層、該活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型
窒化物半導体層、該活性層の第２の主面に接して設けら
れ、かつｐ型Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ（ここで、０＜ｋ＜１）
からなる第１のｐ型クラッド層、該第１のｐ型層よりも
活性層から離れた位置に設けられ、５０オングストロー
ムから０．５μｍまでの厚さを有し、かつｐ型Ａｌb Ｇ
ａ1-b Ｎ（ここで、０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型ク
ラッド層、該第２のｐ型層よりも活性層から離れた位置
に設けられ、かつｐ型ＧａＮもしくはＡｌＧａＮからな
るｐ型コンタクト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。ここで、ｎ型窒化物半導体
層は、活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化
物半導体からなるｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層
よりも活性層から離れた位置に設けられたｎ型ＧａＮか
らなるｎ型コンタクト層を含むことができる。また、活
性層と第１のｐ型クラッド層とは、合計で３００オング
ストローム以上の厚さを有することが好ましい。
れば、第１および第２の主面を有し、かつインジウムと
ガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の
活性層、該活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型
窒化物半導体層、該活性層の第２の主面に接して設けら
れ、かつｐ型Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ（ここで、０＜ｋ＜１）
からなる第１のｐ型クラッド層、該第１のｐ型層よりも
活性層から離れた位置に設けられ、５０オングストロー
ムから０．５μｍまでの厚さを有し、かつｐ型Ａｌb Ｇ
ａ1-b Ｎ（ここで、０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型ク
ラッド層、該第２のｐ型層よりも活性層から離れた位置
に設けられ、かつｐ型ＧａＮもしくはＡｌＧａＮからな
るｐ型コンタクト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。ここで、ｎ型窒化物半導体
層は、活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化
物半導体からなるｎ型クラッド層と、該ｎ型クラッド層
よりも活性層から離れた位置に設けられたｎ型ＧａＮか
らなるｎ型コンタクト層を含むことができる。また、活
性層と第１のｐ型クラッド層とは、合計で３００オング
ストローム以上の厚さを有することが好ましい。
【００１１】
【００１２】
【００１３】また、本発明の第２の側面によれば、第１
および第２の主面を有し、かつインジウムとガリウムを
含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該
活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化物半導
体層、該活性層の第２の主面に接して設けられ、かつア
ルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体からなる
第１のｐ型クラッド層、該第１のｐ型層よりも活性層か
ら離れた位置に設けられ、該第１のｐ型層よりも大きな
バンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを
含むｐ型窒化物半導体からなる第２のｐ型クラッド層、
および該第１のｐ型層と第２のｐ型層との間に設けら
れ、１０オングストロームから１μｍまでの厚さを有す
るｐ型ＩｎＧａＮもしくはＧａＮからなるｐ型層を備え
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。
および第２の主面を有し、かつインジウムとガリウムを
含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該
活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化物半導
体層、該活性層の第２の主面に接して設けられ、かつア
ルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体からなる
第１のｐ型クラッド層、該第１のｐ型層よりも活性層か
ら離れた位置に設けられ、該第１のｐ型層よりも大きな
バンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを
含むｐ型窒化物半導体からなる第２のｐ型クラッド層、
および該第１のｐ型層と第２のｐ型層との間に設けら
れ、１０オングストロームから１μｍまでの厚さを有す
るｐ型ＩｎＧａＮもしくはＧａＮからなるｐ型層を備え
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。
【００１４】上記第２の側面において、ｎ型窒化物半導
体層は、活性層の第１の主面に接して設けられ、ｎ型Ｉ
ｎＧａＮ、ＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなるｎ型クラ
ッド層を含むことができ、その場合、ｎ型窒化物半導体
層は、ｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層を含
むことができる。また、第１のｐ型層は、１０オングス
トロームから１．０μｍまでの厚さを有することが好ま
しく、ｎ型クラッド層は、１００オングストロームから
１μｍまでの厚さを有することが好ましい。
体層は、活性層の第１の主面に接して設けられ、ｎ型Ｉ
ｎＧａＮ、ＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなるｎ型クラ
ッド層を含むことができ、その場合、ｎ型窒化物半導体
層は、ｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層を含
むことができる。また、第１のｐ型層は、１０オングス
トロームから１．０μｍまでの厚さを有することが好ま
しく、ｎ型クラッド層は、１００オングストロームから
１μｍまでの厚さを有することが好ましい。
【００１５】
【００１６】本発明の第３の側面によれば、第１および
第２の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒
化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層
の第１の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリ
ウムを含むｎ型窒化物半導体からなる第１のｎ型クラッ
ド層、該第１のｎ型層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつｎ型Ａｌf Ｇａ1-f Ｎ（ここで、０＜ｆ＜
１）からなる第２のｎ型クラッド層、該第２のｎ型クラ
ッド層よりも活性層から離れた位置に設けられたｎ型コ
ンタクト層、該第２のｎ型クラッド層と該ｎ型コンタク
ト層との間に設けられたｎ型ＩｎＧａＮからなる第３の
ｎ型層、および該活性層の第２の主面に設けられたｐ型
窒化物半導体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。
第２の主面を有し、かつインジウムとガリウムを含む窒
化物半導体を包含する量子井戸構造の活性層、該活性層
の第１の主面に接して設けられ、かつインジウムとガリ
ウムを含むｎ型窒化物半導体からなる第１のｎ型クラッ
ド層、該第１のｎ型層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつｎ型Ａｌf Ｇａ1-f Ｎ（ここで、０＜ｆ＜
１）からなる第２のｎ型クラッド層、該第２のｎ型クラ
ッド層よりも活性層から離れた位置に設けられたｎ型コ
ンタクト層、該第２のｎ型クラッド層と該ｎ型コンタク
ト層との間に設けられたｎ型ＩｎＧａＮからなる第３の
ｎ型層、および該活性層の第２の主面に設けられたｐ型
窒化物半導体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。
【００１７】上記第３の側面において、ｐ型窒化物半導
体はｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層と、ｐ型Ａ
ｌＧａＮもしくはＧａＮからなるｐ型コンタクト層を含
むことができる。また、第１のｎ型層は、１０オングス
トローム以上の厚さを有することが好ましく、第２のｎ
型層は、５００オングストローム以上の厚さを有するこ
とが好ましい。また、ｐ型クラッド層は、１００オング
ストローム以上の厚さを有することが好ましい。
体はｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層と、ｐ型Ａ
ｌＧａＮもしくはＧａＮからなるｐ型コンタクト層を含
むことができる。また、第１のｎ型層は、１０オングス
トローム以上の厚さを有することが好ましく、第２のｎ
型層は、５００オングストローム以上の厚さを有するこ
とが好ましい。また、ｐ型クラッド層は、１００オング
ストローム以上の厚さを有することが好ましい。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】さらに、本発明の第４の側面によれば、第
１および第２の主面を有し、インジウムとガリウムとを
含む窒化物半導体を包含する活性層、該活性層の第１の
主面上に設けられ、該活性層の第１の主面に接して設け
られ、かつインジウムとガリウムを含むｎ型窒化物半導
体またはｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型クラッド層、該
第１のｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつ該第１のｎ型クラッド層よりも大きなバン
ドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムとを含
むｎ型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮよりなる第２のｎ
型クラッド層、および最外層としてのｎ型ＧａＮよりな
るｎ型コンタクト層を含むｎ型窒化物半導体層、並びに
該活性層の第２の主面上に設けられ、該活性層の第２の
主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムを
含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型クラッド層、
該第１のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むｐ型窒化
物半導体またはｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型クラッド
層、該第２のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位
置に設けられ、該第２のｐ型クラッド層よりも大きなバ
ンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含
むｐ型の窒化物半導体よりなる第３のｐ型クラッド層、
および最外層としてのｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層を含むｐ型窒化物半導体層を備え、該活性層は、該
インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位
間発光を生じさせる構造を構成す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。
１および第２の主面を有し、インジウムとガリウムとを
含む窒化物半導体を包含する活性層、該活性層の第１の
主面上に設けられ、該活性層の第１の主面に接して設け
られ、かつインジウムとガリウムを含むｎ型窒化物半導
体またはｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型クラッド層、該
第１のｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に設
けられ、かつ該第１のｎ型クラッド層よりも大きなバン
ドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムとを含
むｎ型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮよりなる第２のｎ
型クラッド層、および最外層としてのｎ型ＧａＮよりな
るｎ型コンタクト層を含むｎ型窒化物半導体層、並びに
該活性層の第２の主面上に設けられ、該活性層の第２の
主面に接して設けられ、かつアルミニウムとガリウムを
含むｐ型窒化物半導体よりなる第１のｐ型クラッド層、
該第１のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むｐ型窒化
物半導体またはｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型クラッド
層、該第２のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位
置に設けられ、該第２のｐ型クラッド層よりも大きなバ
ンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含
むｐ型の窒化物半導体よりなる第３のｐ型クラッド層、
および最外層としてのｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層を含むｐ型窒化物半導体層を備え、該活性層は、該
インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位
間発光を生じさせる構造を構成す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。
【００２３】本発明において、活性層は、厚さ１００オ
ングストローム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造
を構成するか、または活性層は、インジウムおよびガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体
よりなる障壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構
成することが好ましい。
ングストローム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造
を構成するか、または活性層は、インジウムおよびガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体
よりなる障壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構
成することが好ましい。
【００２４】本発明において、活性層は、ノンドープの
ものであることが好ましい。
ものであることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。なお、全図に渡り、しばしば、同
様の部分は、同一符号をもって示されている。
施の形態を説明する。なお、全図に渡り、しばしば、同
様の部分は、同一符号をもって示されている。
【００２６】図１は、本発明の一態様による窒化物半導
体発光素子の構造を示す概略断面図である。
体発光素子の構造を示す概略断面図である。
【００２７】図１に示す窒化物半導体発光素子１０は、
活性層１５、並びに活性層１５を両側で挟んでいる第１
のｎ型クラッド層１４およびｐ型クラッド層１６からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バ
ッファ層１２およびｎ型コンタクト層１３を介して、基
板１１上に設けられている。
活性層１５、並びに活性層１５を両側で挟んでいる第１
のｎ型クラッド層１４およびｐ型クラッド層１６からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、バ
ッファ層１２およびｎ型コンタクト層１３を介して、基
板１１上に設けられている。
【００２８】活性層１５は、インジウムとガリウムとを
含む窒化物半導体を包含する。インジウムとガリウムを
含む窒化物半導体は、Ｉｎm Ａｌn Ｇａ1-m-n Ｎ（ここ
で、０＜ｍ＜１、０≦ｎ＜１、ｍ＋ｎ＝１）で示すこと
ができる。最も好ましくは、活性層１５は、式Ｉｎm Ｇ
ａ1-m Ｎ（ここで、０＜ｍ＜１）で示される窒化物半導
体を包含する。インジウムの比率、すなわち各式におけ
るｍの値を変えることにより、紫外から赤色までの領域
の発光光を得るようにバンドギャップを変えることがで
きる。なお、以下の記載において、式Ｉｎm Ｇａ1-m Ｎ
（ここで、０＜ｍ＜１）または同等の式をもって表され
る窒化物半導体を単にＩｎＧａＮと表示することがあ
る。
含む窒化物半導体を包含する。インジウムとガリウムを
含む窒化物半導体は、Ｉｎm Ａｌn Ｇａ1-m-n Ｎ（ここ
で、０＜ｍ＜１、０≦ｎ＜１、ｍ＋ｎ＝１）で示すこと
ができる。最も好ましくは、活性層１５は、式Ｉｎm Ｇ
ａ1-m Ｎ（ここで、０＜ｍ＜１）で示される窒化物半導
体を包含する。インジウムの比率、すなわち各式におけ
るｍの値を変えることにより、紫外から赤色までの領域
の発光光を得るようにバンドギャップを変えることがで
きる。なお、以下の記載において、式Ｉｎm Ｇａ1-m Ｎ
（ここで、０＜ｍ＜１）または同等の式をもって表され
る窒化物半導体を単にＩｎＧａＮと表示することがあ
る。
【００２９】活性層１５は、量子井戸構造のものであ
る。活性層１５を量子井戸構造にすることにより、ＬＥ
Ｄ素子であれ、ＬＤ素子であれ、歪量子井戸効果、エキ
シトン発光効果等により、高出力の発光素子が実現でき
る。
る。活性層１５を量子井戸構造にすることにより、ＬＥ
Ｄ素子であれ、ＬＤ素子であれ、歪量子井戸効果、エキ
シトン発光効果等により、高出力の発光素子が実現でき
る。
【００３０】本発明において、量子井戸構造とは、活性
層を構成する窒化物半導体（ＩｎＧａＮ）の量子準位間
発光を生じさせる構造をいい、単一量子井戸構造および
多重量子井戸構造の双方を含む概念である。
層を構成する窒化物半導体（ＩｎＧａＮ）の量子準位間
発光を生じさせる構造をいい、単一量子井戸構造および
多重量子井戸構造の双方を含む概念である。
【００３１】単一量子井戸構造とは、井戸層が単一組成
の窒化物半導体の一層からなる構造を指す。すなわち、
単一量子井戸構造の活性層は、単一の井戸層だけで構成
され、この活性層（すなわち、例えば、単一組成のＩｎ
ＧａＮからなる）を両側で挟持する２つのクラッド層が
障壁層を構成することとなる。
の窒化物半導体の一層からなる構造を指す。すなわち、
単一量子井戸構造の活性層は、単一の井戸層だけで構成
され、この活性層（すなわち、例えば、単一組成のＩｎ
ＧａＮからなる）を両側で挟持する２つのクラッド層が
障壁層を構成することとなる。
【００３２】また、多重量子井戸構造とは、井戸層と障
壁層とを順次積層した多層膜構造を指す。多重量子井戸
構造の最少積層構造は、１つの障壁層とこの障壁層の両
側に設けられた（２つの）井戸層とからなる３層構造ま
たは１つの井戸層とその両側に設けられた（２つの）障
壁層とからなる３層構造であり得る。多重量子井戸構造
において、両側の２つ最外層は、それぞれ井戸層または
障壁層により構成される。活性層の２つ最外層がそれぞ
れ井戸層によって構成される多重量子井戸構造の場合に
は、当該活性層を両側で挟持する２つのクラッド層が障
壁層を構成する。この多重量子井戸構造の活性層におい
て、井戸層および障壁層は、両者をインジウムとガリウ
ムを含む窒化物半導体（好ましくはＩｎＧａＮ）で形成
することができる（ただし、両者の組成は異なる）が、
井戸層をインジウムとガリウムを含む窒化物半導体（好
ましくは、ＩｎＧａＮ）で形成し、障壁層を他の窒化物
半導体で、例えばＩｎＮやＧａＮで形成することもでき
る。すなわち、この多重量子井戸構造の活性層も、イン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する。
壁層とを順次積層した多層膜構造を指す。多重量子井戸
構造の最少積層構造は、１つの障壁層とこの障壁層の両
側に設けられた（２つの）井戸層とからなる３層構造ま
たは１つの井戸層とその両側に設けられた（２つの）障
壁層とからなる３層構造であり得る。多重量子井戸構造
において、両側の２つ最外層は、それぞれ井戸層または
障壁層により構成される。活性層の２つ最外層がそれぞ
れ井戸層によって構成される多重量子井戸構造の場合に
は、当該活性層を両側で挟持する２つのクラッド層が障
壁層を構成する。この多重量子井戸構造の活性層におい
て、井戸層および障壁層は、両者をインジウムとガリウ
ムを含む窒化物半導体（好ましくはＩｎＧａＮ）で形成
することができる（ただし、両者の組成は異なる）が、
井戸層をインジウムとガリウムを含む窒化物半導体（好
ましくは、ＩｎＧａＮ）で形成し、障壁層を他の窒化物
半導体で、例えばＩｎＮやＧａＮで形成することもでき
る。すなわち、この多重量子井戸構造の活性層も、イン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する。
【００３３】活性層１５は、単一量子井戸構造の場合で
は井戸層を１００オングストローム以下の厚さに形成
し、多重量子井戸構造の場合では各井戸層を１００オン
グストローム以下の厚さにかつ各障壁層を１５０オング
ストローム以下の厚さに形成することが好ましい。いず
れの場合でも、井戸層は７０オングストローム以下の厚
さを有することがさらに好ましく、５０オングストロー
ム以下の厚さを有することが最も好ましい。活性層中の
障壁層は、１００オングストローム以下の厚さに形成す
ることがさらに好ましい。多重量子井戸構造の活性層
は、２００オングストローム以上の厚さを有することが
特に好ましく、通常、０．５μｍまでの厚さを有し得
る。
は井戸層を１００オングストローム以下の厚さに形成
し、多重量子井戸構造の場合では各井戸層を１００オン
グストローム以下の厚さにかつ各障壁層を１５０オング
ストローム以下の厚さに形成することが好ましい。いず
れの場合でも、井戸層は７０オングストローム以下の厚
さを有することがさらに好ましく、５０オングストロー
ム以下の厚さを有することが最も好ましい。活性層中の
障壁層は、１００オングストローム以下の厚さに形成す
ることがさらに好ましい。多重量子井戸構造の活性層
は、２００オングストローム以上の厚さを有することが
特に好ましく、通常、０．５μｍまでの厚さを有し得
る。
【００３４】単一量子井戸構造、多重量子井戸構造いず
れの活性層１５においても、活性層はｎ型、ｐ型いずれ
でもよいが、特にノンドープ（不純物無添加）とするこ
とにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、ある
いは量子井戸準位発光が得られるので、特に好ましい。
れの活性層１５においても、活性層はｎ型、ｐ型いずれ
でもよいが、特にノンドープ（不純物無添加）とするこ
とにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、ある
いは量子井戸準位発光が得られるので、特に好ましい。
【００３５】活性層１５にドナー不純物および／または
アクセプター不純物をドープする場合、当該不純物をド
ープした活性層の結晶性がノンドープの活性層の結晶性
と実質的に同じであれば、ドナー不純物をドープした活
性層は、ノンドープの活性層よりもバンド間発光強度が
さらに強くなり得、他方、アクセプター不純物をドープ
した活性層は、本来のバンド間発光のピーク波長よりも
約０．５ｅＶ低エネルギー側にシフトした発光ピーク波
長を示すが、半値幅は広くなる傾向にある。また、アク
セプター不純物とドナー不純物の双方をドープすると、
アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強度を
さらに増大させることができる。特にアクセプター不純
物をドープした活性層を得ようとする場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物をもドープしてｎ型とする
ことが好ましい。
アクセプター不純物をドープする場合、当該不純物をド
ープした活性層の結晶性がノンドープの活性層の結晶性
と実質的に同じであれば、ドナー不純物をドープした活
性層は、ノンドープの活性層よりもバンド間発光強度が
さらに強くなり得、他方、アクセプター不純物をドープ
した活性層は、本来のバンド間発光のピーク波長よりも
約０．５ｅＶ低エネルギー側にシフトした発光ピーク波
長を示すが、半値幅は広くなる傾向にある。また、アク
セプター不純物とドナー不純物の双方をドープすると、
アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強度を
さらに増大させることができる。特にアクセプター不純
物をドープした活性層を得ようとする場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物をもドープしてｎ型とする
ことが好ましい。
【００３６】しかしながら、本発明においては、活性層
はバンド間発光により強力に発光するのが理想であるの
で、活性層１５には不純物をドープしないことが最も好
ましい。また、ノンドープの活性層を有する発光素子
は、不純物をドープした活性層を有する発光素子よりも
Ｖｆ（順方向電圧）を低くすることができる。
はバンド間発光により強力に発光するのが理想であるの
で、活性層１５には不純物をドープしないことが最も好
ましい。また、ノンドープの活性層を有する発光素子
は、不純物をドープした活性層を有する発光素子よりも
Ｖｆ（順方向電圧）を低くすることができる。
【００３７】活性層１５の第１の主面に接して設けられ
ている第１のｎ型クラッド層１４は、インジウムとガリ
ウムとを含むｎ型の窒化物半導体で形成される。Ｉｎと
Ｇａを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに、活性層１５およびそれ自体に、あるいはその上に
形成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにく
くさせてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子
の発光出力を向上させる。第１のｎ型クラッド層１４
は、ｎ型Ｉｎj Ｇａ1-j Ｎ（０＜ｊ＜１）で形成するこ
とが望ましい。このＩｎj Ｇａ1-j Ｎにおいて、ｊの値
は、０＜ｊ≦０．５の範囲内にあることが好ましい。一
般にＩｎＧａＮは、Ｉｎの比率を多くするに従い、結晶
性が次第に悪くなる傾向にあり、ｎ型クラッド層として
当該発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせる
ためには、ｊ値が０．５以下であることが好ましいので
ある。ｊ値は、さらに好ましくは０＜ｊ≦０．３、最も
好ましくは０＜ｊ≦０．２の範囲内にある。
ている第１のｎ型クラッド層１４は、インジウムとガリ
ウムとを含むｎ型の窒化物半導体で形成される。Ｉｎと
Ｇａを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに、活性層１５およびそれ自体に、あるいはその上に
形成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにく
くさせてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子
の発光出力を向上させる。第１のｎ型クラッド層１４
は、ｎ型Ｉｎj Ｇａ1-j Ｎ（０＜ｊ＜１）で形成するこ
とが望ましい。このＩｎj Ｇａ1-j Ｎにおいて、ｊの値
は、０＜ｊ≦０．５の範囲内にあることが好ましい。一
般にＩｎＧａＮは、Ｉｎの比率を多くするに従い、結晶
性が次第に悪くなる傾向にあり、ｎ型クラッド層として
当該発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせる
ためには、ｊ値が０．５以下であることが好ましいので
ある。ｊ値は、さらに好ましくは０＜ｊ≦０．３、最も
好ましくは０＜ｊ≦０．２の範囲内にある。
【００３８】また、第１のｎ型クラッド層１４のキャリ
ア濃度は、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。ｎ型クラッド層１４中の
キャリア濃度が１×１０18／ｃｍ3 よりも少ないと活性
層１５への電子注入効率が低下し、発光出力が低下する
傾向にあり、他方ｎ型クラッド層１４中のキャリア濃度
が１×１０20／ｃｍ3 よりも大きいと第１のｎ型クラッ
ド層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。
ア濃度は、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。ｎ型クラッド層１４中の
キャリア濃度が１×１０18／ｃｍ3 よりも少ないと活性
層１５への電子注入効率が低下し、発光出力が低下する
傾向にあり、他方ｎ型クラッド層１４中のキャリア濃度
が１×１０20／ｃｍ3 よりも大きいと第１のｎ型クラッ
ド層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。
【００３９】第１のｎ型クラッド層１４は、その厚さに
特に制限はないが、活性層１５と第１のｎ型クラッド層
１４とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。ＩｎとＧａとを含む窒化物半
導体層（活性層＋第１のｎ型クラッド層）の総厚が３０
０オングストロームよりも薄いと、活性層１５および第
１のｎ型クラッド層１４に、さらには第１のｎ型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、ＩｎとＧａを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を３００オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、１μｍ以下
であることが好ましい。
特に制限はないが、活性層１５と第１のｎ型クラッド層
１４とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。ＩｎとＧａとを含む窒化物半
導体層（活性層＋第１のｎ型クラッド層）の総厚が３０
０オングストロームよりも薄いと、活性層１５および第
１のｎ型クラッド層１４に、さらには第１のｎ型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、ＩｎとＧａを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を３００オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、１μｍ以下
であることが好ましい。
【００４０】活性層１５の第２の主面に接して形成され
ているｐ型クラッド層１６は、ｐ型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Ｉｎs Ａｌt Ｇ
ａ1-s-t Ｎ（ここで、０≦ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）で
示すことができる。
ているｐ型クラッド層１６は、ｐ型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Ｉｎs Ａｌt Ｇ
ａ1-s-t Ｎ（ここで、０≦ｓ、０≦ｔ、ｓ＋ｔ≦１）で
示すことができる。
【００４１】基板１１は、サファイア（Ｃ面、Ｒ面、Ａ
面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣを含
む。）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、スピネル（ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 、特にその（１１１）面）、ＧａＮ、窒化物半導
体と格子定数の近い酸化物単結晶等で形成することがで
きるが、一般的には、サファイア、スピネル、ＧａＮま
たはＳｉＣが使用される。
面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣを含
む。）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、スピネル（ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 、特にその（１１１）面）、ＧａＮ、窒化物半導
体と格子定数の近い酸化物単結晶等で形成することがで
きるが、一般的には、サファイア、スピネル、ＧａＮま
たはＳｉＣが使用される。
【００４２】基板１１上に形成されているバッファ層１
２は、基板１１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ために通常形成されるものであ
り、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等により数百オ
ングストロームの厚さに形成される。なお、基板１１が
その上に形成される窒化物半導体と格子定数が近いＳｉ
ＣやＺｎＯのような材料で形成されている場合、また基
板１１がその上に形成される窒化物半導体と格子整合し
ている場合には、このバッファ層１２は形成されないこ
ともある。
２は、基板１１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ために通常形成されるものであ
り、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等により数百オ
ングストロームの厚さに形成される。なお、基板１１が
その上に形成される窒化物半導体と格子定数が近いＳｉ
ＣやＺｎＯのような材料で形成されている場合、また基
板１１がその上に形成される窒化物半導体と格子整合し
ている場合には、このバッファ層１２は形成されないこ
ともある。
【００４３】バッファ層１２上には、第１のｎ型クラッ
ド層１４にも接してｎ型コンタクト層１３が形成されて
いる。このｎ型コンタクト層１３は、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等で形成することが好ましい。
ド層１４にも接してｎ型コンタクト層１３が形成されて
いる。このｎ型コンタクト層１３は、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等で形成することが好ましい。
【００４４】基板１１に所定の各半導体層を形成した
後、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層の表
面上には、負電極１８が形成されている。
後、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層の表
面上には、負電極１８が形成されている。
【００４５】ｎ型コンタクト層１３は、ＧａＮで形成す
ると、負電極１８とのより一層好ましいオーミックコン
タクトが達成され、発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）をよ
り一層低下させる。また、ＧａＮはその結晶性が他の三
元混晶、四元混晶の窒化物半導体に比べて優れているた
め、その上に成長させる第１のｎ型クラッド層１４等の
窒化物半導体層の結晶性を向上させることができるの
で、発光素子の発光出力を向上させる。
ると、負電極１８とのより一層好ましいオーミックコン
タクトが達成され、発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）をよ
り一層低下させる。また、ＧａＮはその結晶性が他の三
元混晶、四元混晶の窒化物半導体に比べて優れているた
め、その上に成長させる第１のｎ型クラッド層１４等の
窒化物半導体層の結晶性を向上させることができるの
で、発光素子の発光出力を向上させる。
【００４６】また、ｎ型コンタクト層１３のキャリア濃
度は、負電極１８との好ましいオーミック接触の達成お
よびその結果としてのＶｆの低下並びに発光出力の低下
防止の観点から、５×１０17／ｃｍ3 〜５×１０19／ｃ
ｍ3 の範囲内にあることが望ましい。
度は、負電極１８との好ましいオーミック接触の達成お
よびその結果としてのＶｆの低下並びに発光出力の低下
防止の観点から、５×１０17／ｃｍ3 〜５×１０19／ｃ
ｍ3 の範囲内にあることが望ましい。
【００４７】負電極１８は、ｎ型コンタクト層１３との
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、チタ
ン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）とを含む金属材料、例えばそれ
らの積層構造または合金、またはＴｉとアルミニウム
（Ａｌ）とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造ま
たは合金で形成することが最も好ましい。この場合にお
いて、負電極１８は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３に直
接接して設けられたチタン層とその上に形成されたアル
ミニウム層との２層構造として形成することが特に好ま
しい。
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、チタ
ン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）とを含む金属材料、例えばそれ
らの積層構造または合金、またはＴｉとアルミニウム
（Ａｌ）とを含む金属材料、例えばそれらの積層構造ま
たは合金で形成することが最も好ましい。この場合にお
いて、負電極１８は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３に直
接接して設けられたチタン層とその上に形成されたアル
ミニウム層との２層構造として形成することが特に好ま
しい。
【００４８】ｐ型クラッド層１６上には、ｐ型コンタク
ト層１７が形成され、その上には、正電極１９が形成さ
れている。ｐ型コンタクト層１７は、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等で形成することが好ましい。特にｐ型コンタクト層
１７をＧａＮで形成すると、正電極１９とのより一層好
ましいオーミックコンタクトが達成され、発光素子のＶ
ｆを低下させることができる。
ト層１７が形成され、その上には、正電極１９が形成さ
れている。ｐ型コンタクト層１７は、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等で形成することが好ましい。特にｐ型コンタクト層
１７をＧａＮで形成すると、正電極１９とのより一層好
ましいオーミックコンタクトが達成され、発光素子のＶ
ｆを低下させることができる。
【００４９】正電極１９との好ましいオーミック接触の
達成およびその結果としてのＶｆの低下並びに発光出力
の低下防止の観点から、ｐ型コンタクト層１７のキャリ
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。
達成およびその結果としてのＶｆの低下並びに発光出力
の低下防止の観点から、ｐ型コンタクト層１７のキャリ
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。
【００５０】正電極１９は、ｐ型コンタクト層１７との
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、ニッ
ケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを含む金属材料、例えばそ
れらの積層構造または合金で形成することが最も好まし
い。この場合において、正電極１９は、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１７に直接接して設けられたニッケル層とその
上に形成された金層との２層構造として形成することが
特に好ましい。
好ましいオーミックコンタクトの達成の観点から、ニッ
ケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを含む金属材料、例えばそ
れらの積層構造または合金で形成することが最も好まし
い。この場合において、正電極１９は、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１７に直接接して設けられたニッケル層とその
上に形成された金層との２層構造として形成することが
特に好ましい。
【００５１】図２は、本発明の窒化物半導体発光素子の
別の態様を示す。
別の態様を示す。
【００５２】図２に示す発光素子２０は、第１のｎ型ク
ラッド層１４とｎ型コンタクト層１３との間に、第２の
ｎ型クラッド層２１を設けた以外は、図１に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。
ラッド層１４とｎ型コンタクト層１３との間に、第２の
ｎ型クラッド層２１を設けた以外は、図１に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。
【００５３】この発光素子２０において、図１に示す発
光素子構造に付加して設けられている第２のｎ型クラッ
ド層２１は、アルミニウムとガリウムを含むｎ型窒化物
半導体で形成されている。このような第２のｎ型クラッ
ド層２１を設けることによって、第１のｎ型クラッド層
１４との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。
光素子構造に付加して設けられている第２のｎ型クラッ
ド層２１は、アルミニウムとガリウムを含むｎ型窒化物
半導体で形成されている。このような第２のｎ型クラッ
ド層２１を設けることによって、第１のｎ型クラッド層
１４との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００５４】この第２のｎ型クラッド層２１は、好まし
くは、ｎ型Ａｌa Ｇａ1-a Ｎ（ここで、０＜ａ＜１）で
形成される。この場合において、ａの値は、０＜ａ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第１のｎ型
クラッド層１４の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。ａ値は、０＜ａ≦０．４の範囲内
にあることが最も好ましい。なお、本明細書において、
Ａｌa Ｇａ1-a Ｎまたは同等の式をもって表される窒化
物半導体を単にＡｌＧａＮと表示することがある。
くは、ｎ型Ａｌa Ｇａ1-a Ｎ（ここで、０＜ａ＜１）で
形成される。この場合において、ａの値は、０＜ａ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第１のｎ型
クラッド層１４の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。ａ値は、０＜ａ≦０．４の範囲内
にあることが最も好ましい。なお、本明細書において、
Ａｌa Ｇａ1-a Ｎまたは同等の式をもって表される窒化
物半導体を単にＡｌＧａＮと表示することがある。
【００５５】また、第２のｎ型クラッド層２１のキャリ
ア濃度は、５×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が５×
１０17／ｃｍ3 よりも低いと、ＡｌＧａＮの抵抗率が高
くなるので、発光素子のＶｆが高くなり、発光効率が低
下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が１×１０
19／ｃｍ3 よりも高いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり
発光効率が低下するからである。第２のｎ型クラッド層
２１は、通常、５０オングストローム〜０．５μｍの厚
さをもって形成することができる。
ア濃度は、５×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が５×
１０17／ｃｍ3 よりも低いと、ＡｌＧａＮの抵抗率が高
くなるので、発光素子のＶｆが高くなり、発光効率が低
下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が１×１０
19／ｃｍ3 よりも高いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり
発光効率が低下するからである。第２のｎ型クラッド層
２１は、通常、５０オングストローム〜０．５μｍの厚
さをもって形成することができる。
【００５６】基板１１、バッファ層１２、ｎ型コンタク
ト層１３、ｎ型クラッド層１４、活性層１５、ｐ型クラ
ッド層１６、ｐ型コンタクト層１７、負電極１８および
正電極１９は、図１に関して説明した通りのものであ
る。
ト層１３、ｎ型クラッド層１４、活性層１５、ｐ型クラ
ッド層１６、ｐ型コンタクト層１７、負電極１８および
正電極１９は、図１に関して説明した通りのものであ
る。
【００５７】図３は、本発明による窒化物半導体発光素
子の他の構造を示す概略断面図である。
子の他の構造を示す概略断面図である。
【００５８】図３に示す窒化物半導体発光素子３０は、
活性層１５、並びに活性層１５を両側で挟んでいるｎ型
クラッド層３４および第１のｐ型クラッド層３６からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、図
１に示す構造と同様、バッファ層１２およびｎ型コンタ
クト層１３を介して、基板１１上に設けられている。
活性層１５、並びに活性層１５を両側で挟んでいるｎ型
クラッド層３４および第１のｐ型クラッド層３６からな
る半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、図
１に示す構造と同様、バッファ層１２およびｎ型コンタ
クト層１３を介して、基板１１上に設けられている。
【００５９】活性層１５の第２の主面に接して設けられ
ている第１のｐ型クラッド層３６は、インジウムとガリ
ウムとを含むｐ型の窒化物半導体で形成される。Ｉｎと
Ｇａを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに活性層１５およびそれ自体に、あるいはその上に形
成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにくく
させてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子の
発光出力を向上させる。第１のｐ型クラッド層３６は、
ｐ型Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ（０＜ｋ＜１）で形成することが
望ましい。このＩｎk Ｇａ1-k Ｎにおいて、ｋの値は、
０＜ｋ≦０．５の範囲内にあることが好ましい。一般に
ＩｎＧａＮは、Ｉｎの比率を多くするに従い、結晶性が
次第に悪くなる傾向にあり、ｐ型クラッド層として当該
発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせるため
には、ｋ値が０．５以下であることが好ましいのであ
る。ｋ値は、さらに好ましくは０＜ｋ≦０．３、最も好
ましくは０＜ｋ≦０．２の範囲内にある。
ている第１のｐ型クラッド層３６は、インジウムとガリ
ウムとを含むｐ型の窒化物半導体で形成される。Ｉｎと
Ｇａを含む窒化物半導体は、結晶が比較的柔らかいの
で、いわばバッファ層として作用し、以下にも述べるよ
うに活性層１５およびそれ自体に、あるいはその上に形
成され得る他の窒化物半導体層にクラックを生じにくく
させてそれらの結晶性を悪化させず、もって発光素子の
発光出力を向上させる。第１のｐ型クラッド層３６は、
ｐ型Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ（０＜ｋ＜１）で形成することが
望ましい。このＩｎk Ｇａ1-k Ｎにおいて、ｋの値は、
０＜ｋ≦０．５の範囲内にあることが好ましい。一般に
ＩｎＧａＮは、Ｉｎの比率を多くするに従い、結晶性が
次第に悪くなる傾向にあり、ｐ型クラッド層として当該
発光素子に実用的に発光出力の高い発光を行わせるため
には、ｋ値が０．５以下であることが好ましいのであ
る。ｋ値は、さらに好ましくは０＜ｋ≦０．３、最も好
ましくは０＜ｋ≦０．２の範囲内にある。
【００６０】また、第１のｐ型クラッド層３６のキャリ
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。第１のｐ型クラッド層３
６中のキャリア濃度が１×１０17／ｃｍ3 よりも少ない
と活性層１５への電子注入効率が低下し、発光出力が低
下する傾向にあり、他方ｐ型クラッド層３６中のキャリ
ア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも大きいと第１のｐ型
クラッド層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。第１のｐ型クラッド層３６は、図
１に示す構造におけるｐ型クラッド層１６に関して述べ
た方法により好ましく得られる。
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。第１のｐ型クラッド層３
６中のキャリア濃度が１×１０17／ｃｍ3 よりも少ない
と活性層１５への電子注入効率が低下し、発光出力が低
下する傾向にあり、他方ｐ型クラッド層３６中のキャリ
ア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも大きいと第１のｐ型
クラッド層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。第１のｐ型クラッド層３６は、図
１に示す構造におけるｐ型クラッド層１６に関して述べ
た方法により好ましく得られる。
【００６１】第１のｐ型クラッド層３６は、その厚さに
特に制限はないが、活性層１５と第１のｐ型クラッド層
３６とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。ＩｎとＧａとを含む窒化物半
導体層（活性層＋第１のｐ型クラッド層）の総厚が３０
０オングストロームよりも薄いと、活性層１５および第
１のｐ型クラッド層３６に、さらには第１のｐ型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、ＩｎとＧａを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を３００オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、１μｍ以下
であることが好ましい。
特に制限はないが、活性層１５と第１のｐ型クラッド層
３６とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましい。ＩｎとＧａとを含む窒化物半
導体層（活性層＋第１のｐ型クラッド層）の総厚が３０
０オングストロームよりも薄いと、活性層１５および第
１のｐ型クラッド層３６に、さらには第１のｐ型クラッ
ド層に接して設けられる別の窒化物半導体層に、格子定
数不整、熱膨張率の差等によりそれらの界面に存在し得
る歪応力によって、クラックが生じやすくなるからであ
る。上にも述べたように、ＩｎとＧａを含む窒化物半導
体は、その結晶が比較的柔らかいので、この応力を緩和
させるのに有益であるが、その総厚を３００オングスト
ローム以上の厚さに形成することにより、当該応力をよ
り一層緩和させるようになる。この総厚は、１μｍ以下
であることが好ましい。
【００６２】活性層１５の第１の主面に接して形成され
ているｎ型クラッド層３４は、ｎ型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Ｉｎu Ａｌv Ｇ
ａ1-u-v Ｎ（ここで、０≦ｕ、０≦ｖ、ｕ＋ｖ≦１）で
示すことができる。
ているｎ型クラッド層３４は、ｎ型窒化物半導体で形成
される。そのような窒化物半導体は、式Ｉｎu Ａｌv Ｇ
ａ1-u-v Ｎ（ここで、０≦ｕ、０≦ｖ、ｕ＋ｖ≦１）で
示すことができる。
【００６３】基板１１、バッファ層１２、ｎ型コンタク
ト層１３、活性層１５、ｐ型コンタクト層１７、負電極
１８および正電極１９は、図１に関して説明した通りの
ものである。
ト層１３、活性層１５、ｐ型コンタクト層１７、負電極
１８および正電極１９は、図１に関して説明した通りの
ものである。
【００６４】図４は、本発明による窒化物半導体発光素
子の別の態様を示す。
子の別の態様を示す。
【００６５】図４に示す発光素子４０は、第１のｐ型ク
ラッド層３６とｐ型コンタクト層１７との間に、第２の
ｐ型クラッド層４１を設けた以外は、図３に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。
ラッド層３６とｐ型コンタクト層１７との間に、第２の
ｐ型クラッド層４１を設けた以外は、図３に示す窒化物
半導体素子と同様の構造を有する。
【００６６】この発光素子４０において、図３に示す発
光素子構造に付加して設けられている第２のｐ型クラッ
ド層４１は、アルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物
半導体で形成されている。このような第２のｐ型クラッ
ド層４１を設けることによって、第１のｐ型クラッド層
３６との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。
光素子構造に付加して設けられている第２のｐ型クラッ
ド層４１は、アルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物
半導体で形成されている。このような第２のｐ型クラッ
ド層４１を設けることによって、第１のｐ型クラッド層
３６との間のバンドギャップ差を大きくすることがで
き、発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００６７】この第２のｐ型クラッド層４１は、好まし
くは、ｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ（ここで、０＜ｂ＜１）で
形成される。この場合において、ｂの値は、０＜ｂ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第１のｐ型
クラッド層３６の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。ｂ値は、０＜ｂ≦０．４の範囲内
にあることが最も好ましい。
くは、ｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ（ここで、０＜ｂ＜１）で
形成される。この場合において、ｂの値は、０＜ｂ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第１のｐ型
クラッド層３６の存在にもかかわらず、その層にクラッ
クが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる傾
向にあるからである。ｂ値は、０＜ｂ≦０．４の範囲内
にあることが最も好ましい。
【００６８】また、第２のｐ型クラッド層４１のキャリ
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１×
１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層１５への正孔の注
入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一
方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高い
とＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下するか
らである。第２のｐ型クラッド層４１は、通常、５０オ
ングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成するこ
とができる。
ア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の
範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１×
１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層１５への正孔の注
入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、一
方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高い
とＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下するか
らである。第２のｐ型クラッド層４１は、通常、５０オ
ングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成するこ
とができる。
【００６９】基板１１、バッファ層１２、ｎ型コンタク
ト層１３、活性層１５、ｐ型コンタクト層１７、負電極
１８および正電極１９は、図１に関して説明した通りの
ものであり、ｎ型クラッド層３４および第１のｐ型クラ
ッド層３６は、図３に関して説明した通りのものであ
る。
ト層１３、活性層１５、ｐ型コンタクト層１７、負電極
１８および正電極１９は、図１に関して説明した通りの
ものであり、ｎ型クラッド層３４および第１のｐ型クラ
ッド層３６は、図３に関して説明した通りのものであ
る。
【００７０】図５は、本発明による窒化物半導体発光素
子の別の形態の構造を示す概略断面図である。
子の別の形態の構造を示す概略断面図である。
【００７１】図５に示す窒化物半導体発光素子５０は、
活性層１５、並びに活性層１５をその両側で挟む第１の
ｎ型クラッド層５４を含むｎ型半導体層５０１および第
２のｐ型クラッド層４１を含むｐ型半導体層５０２から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
図１に示す構造と同様、バッファ層１２およびｎ型コン
タクト層１３を介して、基板１１上に設けられている。
図５では、ｎ型半導体層５０１は、第１のｎ型クラッド
層５４により構成されている。
活性層１５、並びに活性層１５をその両側で挟む第１の
ｎ型クラッド層５４を含むｎ型半導体層５０１および第
２のｐ型クラッド層４１を含むｐ型半導体層５０２から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
図１に示す構造と同様、バッファ層１２およびｎ型コン
タクト層１３を介して、基板１１上に設けられている。
図５では、ｎ型半導体層５０１は、第１のｎ型クラッド
層５４により構成されている。
【００７２】この発光素子５０は、図１に示す発光素子
１０におけるｎ型クラッド層構造と図４に示すｐ型クラ
ッド層構造を組み合わせた半導体積層構造を有するもの
といえるが、この特別の場合においては、第１のｎ型ク
ラッド層５４は、図１に示す第１のｎ型クラッド層１４
を構成するインジウムとガリウムを含む窒化物半導体ば
かりでなく、ＧａＮによってもこれを形成でき、同様の
効果を奏することがわかった。また、この場合には、第
１のｐ型クラッド層５６は、図１に示す発光素子１０に
おけるｐ型クラッド層１６と同様、いずれのｐ型窒化物
半導体で形成してもよいこともわかった。このような半
導体積層構造によっても、発光素子は同様の優れた特性
を示す。
１０におけるｎ型クラッド層構造と図４に示すｐ型クラ
ッド層構造を組み合わせた半導体積層構造を有するもの
といえるが、この特別の場合においては、第１のｎ型ク
ラッド層５４は、図１に示す第１のｎ型クラッド層１４
を構成するインジウムとガリウムを含む窒化物半導体ば
かりでなく、ＧａＮによってもこれを形成でき、同様の
効果を奏することがわかった。また、この場合には、第
１のｐ型クラッド層５６は、図１に示す発光素子１０に
おけるｐ型クラッド層１６と同様、いずれのｐ型窒化物
半導体で形成してもよいこともわかった。このような半
導体積層構造によっても、発光素子は同様の優れた特性
を示す。
【００７３】より詳しく説明すると、第１のｎ型クラッ
ド層５４は、アルミニウムを含まないｎ型窒化物半導体
により形成される。この第１のｎ型クラッド層５４は、
ｎ型Ｉｎw Ｇａ1-w Ｎ（ここで、０≦ｗ＜１）で形成す
ることが好ましい。すなわち、この第１のｎ型クラッド
層５４は、図１に示す発光素子１０における第１のｎ型
クラッド層１４に関して説明したｎ型窒化物半導体で形
成することもできるし、ｎ型ＧａＮで形成することがで
きる。図１に示す発光素子１０における第１のｎ型クラ
ッド層１４に関して説明した理由と同様の理由から、ｗ
の値は、０≦ｗ≦０．５の範囲内にあることが好まし
く、さらに好ましくは０＜ｗ≦０．３、最も好ましくは
０＜ｗ≦０．２の範囲内にある。第１のｎ型クラッド層
５４のキャリア濃度も、同様の理由から、１×１０18／
ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ま
しい。第１のｎ型クラッド層５４も、その厚さに特に制
限はないが、同様の理由から、活性層１５と第１のｎ型
クラッド層５４とは、合計で、３００オングストローム
以上の厚さを有することが望ましく、１μｍ以下の厚さ
を有し得る。
ド層５４は、アルミニウムを含まないｎ型窒化物半導体
により形成される。この第１のｎ型クラッド層５４は、
ｎ型Ｉｎw Ｇａ1-w Ｎ（ここで、０≦ｗ＜１）で形成す
ることが好ましい。すなわち、この第１のｎ型クラッド
層５４は、図１に示す発光素子１０における第１のｎ型
クラッド層１４に関して説明したｎ型窒化物半導体で形
成することもできるし、ｎ型ＧａＮで形成することがで
きる。図１に示す発光素子１０における第１のｎ型クラ
ッド層１４に関して説明した理由と同様の理由から、ｗ
の値は、０≦ｗ≦０．５の範囲内にあることが好まし
く、さらに好ましくは０＜ｗ≦０．３、最も好ましくは
０＜ｗ≦０．２の範囲内にある。第１のｎ型クラッド層
５４のキャリア濃度も、同様の理由から、１×１０18／
ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ま
しい。第１のｎ型クラッド層５４も、その厚さに特に制
限はないが、同様の理由から、活性層１５と第１のｎ型
クラッド層５４とは、合計で、３００オングストローム
以上の厚さを有することが望ましく、１μｍ以下の厚さ
を有し得る。
【００７４】図５に示す発光素子５０において、活性層
の第２の主面に接して形成されている第１のｐ型クラッ
ド層５６は、いずれのｐ型窒化物半導体で形成してもよ
いが、アルミニウムを含まないｐ型窒化物半導体で形成
することが好ましい。より具体的には、第１のｐ型クラ
ッド層５６は、ｐ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（ここで、０≦ｘ
＜１）で形成することが望ましい。図３の発光素子３０
における第１のｐ型クラッド層３６に関して説明した理
由と同様の理由から、ｘ値は、０≦ｘ≦０．５の範囲内
にあることが好ましく、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．
３の範囲内、最も好ましくは０≦ｘ≦０．２の範囲内に
ある。この第１のｐ型クラッド層５６も同様にＧａＮに
より形成してもいわばバッファ層として同様に作用す
る。また、この第１のｐ型クラッド層５６のキャリア濃
度も、同様の理由から、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０
19／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ましい。さらに、第
１のクラッド層５６の厚さに特に制限はないが、同様の
理由から、活性層１５との合計で、３００オングストロ
ーム以上の厚さを有することが望ましく、１μｍ以下の
厚さが好ましい。なお、この第１のｐ型クラッド層５６
は省略してもよいが、これを形成すれば、第１のｐ型ク
ラッド層がバッファ層として作用するのでクラックが生
じにくくなり、その発光素子は、より一層優れた特性を
示すことは明らかであろう。
の第２の主面に接して形成されている第１のｐ型クラッ
ド層５６は、いずれのｐ型窒化物半導体で形成してもよ
いが、アルミニウムを含まないｐ型窒化物半導体で形成
することが好ましい。より具体的には、第１のｐ型クラ
ッド層５６は、ｐ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（ここで、０≦ｘ
＜１）で形成することが望ましい。図３の発光素子３０
における第１のｐ型クラッド層３６に関して説明した理
由と同様の理由から、ｘ値は、０≦ｘ≦０．５の範囲内
にあることが好ましく、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．
３の範囲内、最も好ましくは０≦ｘ≦０．２の範囲内に
ある。この第１のｐ型クラッド層５６も同様にＧａＮに
より形成してもいわばバッファ層として同様に作用す
る。また、この第１のｐ型クラッド層５６のキャリア濃
度も、同様の理由から、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０
19／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ましい。さらに、第
１のクラッド層５６の厚さに特に制限はないが、同様の
理由から、活性層１５との合計で、３００オングストロ
ーム以上の厚さを有することが望ましく、１μｍ以下の
厚さが好ましい。なお、この第１のｐ型クラッド層５６
は省略してもよいが、これを形成すれば、第１のｐ型ク
ラッド層がバッファ層として作用するのでクラックが生
じにくくなり、その発光素子は、より一層優れた特性を
示すことは明らかであろう。
【００７５】第２のｐ型クラッド層４１は、図４に示す
発光素子４０における第２のクラッド層４１について説
明した通りのものである。
発光素子４０における第２のクラッド層４１について説
明した通りのものである。
【００７６】また、基板１１、バッファ層１２、ｎ型コ
ンタクト層１３、ｐ型コンタクト層１７、負電極１８お
よび正電極１９は、図１に示す発光素子１０に関して説
明した通りのものである。
ンタクト層１３、ｐ型コンタクト層１７、負電極１８お
よび正電極１９は、図１に示す発光素子１０に関して説
明した通りのものである。
【００７７】図６は、本発明による半導体発光素子のさ
らに別の形態の構造を示す概略断面図である。この発光
素子６０は、ｎ型コンタクト層１３と第１のｎ型クラッ
ド層５４との間に、第２のｎ型クラッド層２１が追加形
成されている以外は、図５に示す発光素子５０と同様の
構造を有する。この第２のｎ型クラッド層２１は、図２
に示す発光素子２０における第２のｎ型クラッド層２１
について説明した通りのものである。なお、第１のｐ型
クラッド層５６は、省略するよりも、これを設けた方が
好ましいことも、図５に示す発光素子５０の場合と同様
である。
らに別の形態の構造を示す概略断面図である。この発光
素子６０は、ｎ型コンタクト層１３と第１のｎ型クラッ
ド層５４との間に、第２のｎ型クラッド層２１が追加形
成されている以外は、図５に示す発光素子５０と同様の
構造を有する。この第２のｎ型クラッド層２１は、図２
に示す発光素子２０における第２のｎ型クラッド層２１
について説明した通りのものである。なお、第１のｐ型
クラッド層５６は、省略するよりも、これを設けた方が
好ましいことも、図５に示す発光素子５０の場合と同様
である。
【００７８】以上、本発明による窒化物半導体発光素子
についていくつか説明したが、これら発光素子の構造
は、ＬＥＤ素子にも、ＬＤ素子にも適用できることはい
うまでもない。ＬＤの構造は、例えば図７に斜視図とし
て示す構造をとる。図７において、基板１１上の半導体
層７１は、上記バッファ層１２、ｎ型コンタクト層１
３、第１のｎ型クラッド層および形成された場合の第２
のｎ型層からなる半導体層である。活性層１５上に形成
されている半導体層７２は、上記形成された場合の第１
のクラッド層および第２のクラッド層並びにｐ型コンタ
クト１７層からなる半導体層である。印加された電流
は、活性層１５において、正電極１９に対応する領域１
５ａに集中して流れる。
についていくつか説明したが、これら発光素子の構造
は、ＬＥＤ素子にも、ＬＤ素子にも適用できることはい
うまでもない。ＬＤの構造は、例えば図７に斜視図とし
て示す構造をとる。図７において、基板１１上の半導体
層７１は、上記バッファ層１２、ｎ型コンタクト層１
３、第１のｎ型クラッド層および形成された場合の第２
のｎ型層からなる半導体層である。活性層１５上に形成
されている半導体層７２は、上記形成された場合の第１
のクラッド層および第２のクラッド層並びにｐ型コンタ
クト１７層からなる半導体層である。印加された電流
は、活性層１５において、正電極１９に対応する領域１
５ａに集中して流れる。
【００７９】なお、ＬＤ素子の場合には、上記発光素子
１０ないし６０のいずれかの第１のｎ型クラッド層とｎ
型コンタクト層１３との間、第２のｎ型クラッド層が形
成されている場合には、その第２のｎ型クラッド層とｎ
型コンタクト層１３との間に、および／または上記発光
素子１０ないし６０のいずれかの第１のｐ型クラッド層
とｐ型コンタクト層１７との間、第２のｐ型クラッド層
が形成されている場合には、その第２のｐ型クラッド層
とｎ型コンタクト層１３との間に、互いに組成の異なる
少なくとも２種類の窒化物半導体層を積層してなる多層
膜を光反射膜として形成することもできる。
１０ないし６０のいずれかの第１のｎ型クラッド層とｎ
型コンタクト層１３との間、第２のｎ型クラッド層が形
成されている場合には、その第２のｎ型クラッド層とｎ
型コンタクト層１３との間に、および／または上記発光
素子１０ないし６０のいずれかの第１のｐ型クラッド層
とｐ型コンタクト層１７との間、第２のｐ型クラッド層
が形成されている場合には、その第２のｐ型クラッド層
とｎ型コンタクト層１３との間に、互いに組成の異なる
少なくとも２種類の窒化物半導体層を積層してなる多層
膜を光反射膜として形成することもできる。
【００８０】図６に示す発光素子構造に上記多層光反射
膜を適用した例を図８に示す。図８に示す窒化物半導体
発光素子８０は、ｎ型コンタクト層１３と第２のｎ型ク
ラッド層２１との間に第１の多層光反射膜（ｎ型）８１
を、また第２のｐ型クラッド層４１とｐ型コンタクト層
１７との間に第２の多層光反射膜（ｐ型）８２を備え
る。
膜を適用した例を図８に示す。図８に示す窒化物半導体
発光素子８０は、ｎ型コンタクト層１３と第２のｎ型ク
ラッド層２１との間に第１の多層光反射膜（ｎ型）８１
を、また第２のｐ型クラッド層４１とｐ型コンタクト層
１７との間に第２の多層光反射膜（ｐ型）８２を備え
る。
【００８１】第１の多層膜８１および第２の多層膜８２
は、いずれも、互いに組成の異なる窒化物半導体、すな
わち互いに屈折率の異なる窒化物半導体を、各層を例え
ばλ／４ｎ（ここで、λは活性層１５からの発光光の波
長、ｎは屈折率）で算出される厚さで交互に２層以上積
層して形成されるものであり、活性層１５からの発光光
をそれら膜により反射できるように設計されている。正
電極１９を図７に示すような形状のストライプ電極とし
て例えば幅１０μｍ以下に形成し、レーザ発振を行わせ
ると、活性層１５の発光光を多層膜反射層により活性層
１５内に閉じこめることがより一層容易となり得るの
で、容易にレーザ発振できる。また、ＬＥＤモードにお
いても、多層膜反射層により発光光の漏れが抑えられ、
外部量子効率が向上する。
は、いずれも、互いに組成の異なる窒化物半導体、すな
わち互いに屈折率の異なる窒化物半導体を、各層を例え
ばλ／４ｎ（ここで、λは活性層１５からの発光光の波
長、ｎは屈折率）で算出される厚さで交互に２層以上積
層して形成されるものであり、活性層１５からの発光光
をそれら膜により反射できるように設計されている。正
電極１９を図７に示すような形状のストライプ電極とし
て例えば幅１０μｍ以下に形成し、レーザ発振を行わせ
ると、活性層１５の発光光を多層膜反射層により活性層
１５内に閉じこめることがより一層容易となり得るの
で、容易にレーザ発振できる。また、ＬＥＤモードにお
いても、多層膜反射層により発光光の漏れが抑えられ、
外部量子効率が向上する。
【００８２】多層光反射膜８１および８２には、それぞ
れ、ドナー不純物およびアクセプター不純物がドープさ
れて所定の導電型となっている。
れ、ドナー不純物およびアクセプター不純物がドープさ
れて所定の導電型となっている。
【００８３】なお、図８に示す構造においては、第１の
多光反射層膜８１は、ｎ型コンタクト層１３と第２のｎ
型クラッド層２１との間に形成されているが、その代り
に、これをｎ型コンタクト層１３内に形成することもで
きる。同様に、第２の多層光反射膜８２をｐ型コンタク
ト層１７内に形成してもよい。多層光反射膜は、コンタ
クト層内に形成しても、活性層１６からの発光光を同様
に閉じ込めることができる。また、第１の多層光反射膜
８１および第２の多層光反射膜８２のいずれかを省略し
てもよい。
多光反射層膜８１は、ｎ型コンタクト層１３と第２のｎ
型クラッド層２１との間に形成されているが、その代り
に、これをｎ型コンタクト層１３内に形成することもで
きる。同様に、第２の多層光反射膜８２をｐ型コンタク
ト層１７内に形成してもよい。多層光反射膜は、コンタ
クト層内に形成しても、活性層１６からの発光光を同様
に閉じ込めることができる。また、第１の多層光反射膜
８１および第２の多層光反射膜８２のいずれかを省略し
てもよい。
【００８４】また、図８に示すように、サファイアのよ
うな絶縁性材料を基板１１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。
すなわち、基板１１の同一面側に、より具体的には、基
板１１の窒化物半導体層形成側に正、負両電極１９，１
８を形成する構造となる。この場合、図８に示すよう
に、ｎ型層側に形成する第１の多層光反射膜８１は、負
電極１８が形成されているｎ型コンタクト層１３の水平
面よりもｐ層側すなわち上方に位置して形成することが
好ましい。第１の多層光反射膜８１をｎ型コンタクト層
１３の水平面よりも基板１１側に形成すると、第２のｎ
型クラッド層２１とｎ型コンタクト層１３との屈折率の
差が小さいために、活性層１５からの発光光が、活性層
１５よりも下側に位置するｎ型コンタクト層１３中に広
がってしまい、十分な光閉じこめができない場合がある
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に特有の現象である。
うな絶縁性材料を基板１１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。
すなわち、基板１１の同一面側に、より具体的には、基
板１１の窒化物半導体層形成側に正、負両電極１９，１
８を形成する構造となる。この場合、図８に示すよう
に、ｎ型層側に形成する第１の多層光反射膜８１は、負
電極１８が形成されているｎ型コンタクト層１３の水平
面よりもｐ層側すなわち上方に位置して形成することが
好ましい。第１の多層光反射膜８１をｎ型コンタクト層
１３の水平面よりも基板１１側に形成すると、第２のｎ
型クラッド層２１とｎ型コンタクト層１３との屈折率の
差が小さいために、活性層１５からの発光光が、活性層
１５よりも下側に位置するｎ型コンタクト層１３中に広
がってしまい、十分な光閉じこめができない場合がある
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に特有の現象である。
【００８５】さて、各多層光反射膜８１，８２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Ｉｎq Ｇａ
1-qＮ（ここで、０＜ｑ＜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光反射膜
とする場合、その単一層の一方をＩｎＧａＮまたはＧａ
Ｎで形成することにより、そのＩｎＧａＮまたはＧａＮ
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、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層の結晶がＡｌＧａ
Ｎに比べて柔らかいことによるものである。これに対
し、多層光反射膜を例えば互いにＡｌ組成の異なるＡｌ
ＧａＮ層により、例えば総膜厚０．５μｍ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。
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Ｉｎq Ｇａ
1-qＮ（ここで、０＜ｑ＜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光反射膜
とする場合、その単一層の一方をＩｎＧａＮまたはＧａ
Ｎで形成することにより、そのＩｎＧａＮまたはＧａＮ
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、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層の結晶がＡｌＧａ
Ｎに比べて柔らかいことによるものである。これに対
し、多層光反射膜を例えば互いにＡｌ組成の異なるＡｌ
ＧａＮ層により、例えば総膜厚０．５μｍ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。
【００８６】各多層光反射膜を構成する２種類の窒化物
半導体層の最良の組み合わせは、一方を前記のようにＩ
ｎc Ｇａ1-c ＮまたはＧａＮで形成し、もう一方をアル
ミニウムおよび／またはガリウムを含む窒化物半導体
（例えば、Ａｌc Ｇａ1-c Ｎ（ここで、０≦ｃ＜１））
で形成するものある。Ｉｎq Ｇａ1-q ＮとＡｌc Ｇａ
1-c Ｎとは屈折率の差が大きいので、これらの材料で多
層光反射膜を構成することにより、発光波長に応じて反
射率の大きい多層光反射膜の設計が可能となる。また、
Ｉｎq Ｇａ1-q Ｎがバッファ層として作用し得るため、
Ａｌc Ｇａ1-c Ｎ層にクラックが入ることなく１０層以
上積層することができる。なお、ＩｎＮ、ＧａＮ、およ
びＡｌＮの屈折率は、それぞれ、２．９、２．５、およ
び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、組成に比例するものとして求める
ことができる。
半導体層の最良の組み合わせは、一方を前記のようにＩ
ｎc Ｇａ1-c ＮまたはＧａＮで形成し、もう一方をアル
ミニウムおよび／またはガリウムを含む窒化物半導体
（例えば、Ａｌc Ｇａ1-c Ｎ（ここで、０≦ｃ＜１））
で形成するものある。Ｉｎq Ｇａ1-q ＮとＡｌc Ｇａ
1-c Ｎとは屈折率の差が大きいので、これらの材料で多
層光反射膜を構成することにより、発光波長に応じて反
射率の大きい多層光反射膜の設計が可能となる。また、
Ｉｎq Ｇａ1-q Ｎがバッファ層として作用し得るため、
Ａｌc Ｇａ1-c Ｎ層にクラックが入ることなく１０層以
上積層することができる。なお、ＩｎＮ、ＧａＮ、およ
びＡｌＮの屈折率は、それぞれ、２．９、２．５、およ
び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、組成に比例するものとして求める
ことができる。
【００８７】図９は、本発明による窒化物半導体発光素
子のさらに他の形態の構造を示す概略断面図であって、
ＬＤ素子としての構造を示す。
子のさらに他の形態の構造を示す概略断面図であって、
ＬＤ素子としての構造を示す。
【００８８】図９に示す窒化物半導体発光素子９０は、
活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいるｎ型
窒化物半導体層９４およびｐ型窒化物半導体層９６から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を介して、
基板９１上に設けられている。
活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいるｎ型
窒化物半導体層９４およびｐ型窒化物半導体層９６から
なる半導体積層構造を有する。この半導体積層構造は、
バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を介して、
基板９１上に設けられている。
【００８９】活性層９５は、図１に示す半導体発光素子
１０における活性層１５と同様、インジウムとガリウム
とを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造（単一量
子井戸構造または多重量子井戸構造）のものであり、活
性層１５についての上記説明は、この活性層９５にもそ
のまま適用される。
１０における活性層１５と同様、インジウムとガリウム
とを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造（単一量
子井戸構造または多重量子井戸構造）のものであり、活
性層１５についての上記説明は、この活性層９５にもそ
のまま適用される。
【００９０】ｐ型窒化物半導体層９６は、活性層９５の
第２の主面に直接接して形成された第１のｐ型クラッド
層９６ａおよびこの第１のｐ型クラッド層９６ａ上に形
成された第２のｐ型クラッド層９６ｂを含む。
第２の主面に直接接して形成された第１のｐ型クラッド
層９６ａおよびこの第１のｐ型クラッド層９６ａ上に形
成された第２のｐ型クラッド層９６ｂを含む。
【００９１】第１のｐ型クラッド層９６ａは、アルミニ
ウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成されてい
る。第１のｐ型クラッド層９６ａをアルミニウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体で形成すると、量子井戸構造故
に不十分であり得る活性層９５中の光閉じ込めがより完
全なものとなり、このように第１のｐ型クラッド層９５
は活性層９５中に光を閉じ込めるための良好な光ガイド
層として作用することが見い出された。
ウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成されてい
る。第１のｐ型クラッド層９６ａをアルミニウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体で形成すると、量子井戸構造故
に不十分であり得る活性層９５中の光閉じ込めがより完
全なものとなり、このように第１のｐ型クラッド層９５
は活性層９５中に光を閉じ込めるための良好な光ガイド
層として作用することが見い出された。
【００９２】第１のｐ型クラッド層９６ａは、ｐ型Ａｌ
d Ｇａ1-d Ｎ（ここで、０＜ｄ＜１）で形成することが
最も好ましい。ＡｌＧａＮは高キャリア濃度のｐ型のも
のが得られやすく、しかもＩｎＧａＮを包含する活性層
９５に対し、バンドギャップ差および屈折率差を、他の
窒化物半導体に比べて、大きくできるからである。その
上、ｐ型ＡｌＧａＮは、他の窒化物半導体に比べて、成
長時に分解しにくいという性質を有しており、例えば有
機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ法）によ
りこれを成長させる際、下側の活性層９５のＩｎＧａＮ
の分解を抑制し、その結果として結晶性に優れた活性層
９５を提供し、もって発光素子の出力を向上させること
となる。
d Ｇａ1-d Ｎ（ここで、０＜ｄ＜１）で形成することが
最も好ましい。ＡｌＧａＮは高キャリア濃度のｐ型のも
のが得られやすく、しかもＩｎＧａＮを包含する活性層
９５に対し、バンドギャップ差および屈折率差を、他の
窒化物半導体に比べて、大きくできるからである。その
上、ｐ型ＡｌＧａＮは、他の窒化物半導体に比べて、成
長時に分解しにくいという性質を有しており、例えば有
機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ法）によ
りこれを成長させる際、下側の活性層９５のＩｎＧａＮ
の分解を抑制し、その結果として結晶性に優れた活性層
９５を提供し、もって発光素子の出力を向上させること
となる。
【００９３】第１のｐ型クラッド層９６ａは、１０オン
グストローム以上、１．０μｍ以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが１０オングストロームよりも薄
いと、第１のｐ型クラッド層を設けた効果が得られず、
他方その厚さが１．０μｍよりも厚いと、第１のｐ型ク
ラッド層自体にクラックが入りやすくなるため、素子作
成が難しくなる傾向にある。第１のｐ型クラッド層９６
ａは、１０オングストローム以上０．５μｍ以下の厚さ
を有することがさらに好ましい。
グストローム以上、１．０μｍ以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが１０オングストロームよりも薄
いと、第１のｐ型クラッド層を設けた効果が得られず、
他方その厚さが１．０μｍよりも厚いと、第１のｐ型ク
ラッド層自体にクラックが入りやすくなるため、素子作
成が難しくなる傾向にある。第１のｐ型クラッド層９６
ａは、１０オングストローム以上０．５μｍ以下の厚さ
を有することがさらに好ましい。
【００９４】第１のｐ型クラッド層９６ａは、ＬＥＤ素
子の場合を含めて一般的には上記範囲内の厚さを有する
ことが好ましいが、特にＬＤ素子の場合には、１００オ
ングストローム以上（同様の理由から、１．０μｍ以
下）の厚さを有することがさらに好ましい。その厚さが
１００オングストロームより薄いと、第１のｐ型クラッ
ド層が光ガイド層として作用しにくくなるのである。こ
の場合において、第１のｐ型クラッド層９６ａは、１０
０オングストローム以上０．５μｍ以下の厚さを有する
ことが最も好ましい。
子の場合を含めて一般的には上記範囲内の厚さを有する
ことが好ましいが、特にＬＤ素子の場合には、１００オ
ングストローム以上（同様の理由から、１．０μｍ以
下）の厚さを有することがさらに好ましい。その厚さが
１００オングストロームより薄いと、第１のｐ型クラッ
ド層が光ガイド層として作用しにくくなるのである。こ
の場合において、第１のｐ型クラッド層９６ａは、１０
０オングストローム以上０．５μｍ以下の厚さを有する
ことが最も好ましい。
【００９５】第１のｐ型クラッド層９６ａ上に設けられ
る第２のｐ型クラッド層９６ｂは、第１のｐ型クラッド
層９６ａよりもバンドギャップが大きく、アルミニウム
とガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成される。この
ようなｐ型窒化物半導体により第２のｐ型クラッド層９
６ｂを形成することにより、当該第２のクラッド層が光
閉じ込め層として効果的に作用し、有効なＬＤ素子等を
提供できることがわかった。
る第２のｐ型クラッド層９６ｂは、第１のｐ型クラッド
層９６ａよりもバンドギャップが大きく、アルミニウム
とガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成される。この
ようなｐ型窒化物半導体により第２のｐ型クラッド層９
６ｂを形成することにより、当該第２のクラッド層が光
閉じ込め層として効果的に作用し、有効なＬＤ素子等を
提供できることがわかった。
【００９６】第２のｐ型クラッド層９６ｂも、第１のｐ
型クラッド層９６ａの場合と同様に、高キャリア濃度の
ｐ型のものが得られやすいことから、三元混晶のｐ型Ａ
ｌeＧａ1-e Ｎ（ここで、０＜ｅ＜１）で形成すること
が最も好ましい。加えて、第２のｐ型クラッド層９６ｂ
は、これをｐ型ＡｌＧａＮで形成すると、第１のｐ型ク
ラッド層とのバンドギャップの差および屈折率の差を大
きすることができるので、光閉じ込め層としてより一層
効果的に作用するようになる。なお、第２のｐ型クラッ
ド層９６ｂは、第１のｐ型クラッド層９６ａよりもバン
ドギャップが大きいので、例えば、前者を構成するＡｌ
e Ｇａ1-e Ｎにおけるｆの値は、後者を構成するＡｌd
Ｇａ1-d Ｎにおけるｅの値よりも大きい値をとる。この
場合でも、できれば、これら式におけるｄ値およびｅ値
は、０を超え０．６までであることが望ましく、０を超
え０．４までであることがさらに望ましい。
型クラッド層９６ａの場合と同様に、高キャリア濃度の
ｐ型のものが得られやすいことから、三元混晶のｐ型Ａ
ｌeＧａ1-e Ｎ（ここで、０＜ｅ＜１）で形成すること
が最も好ましい。加えて、第２のｐ型クラッド層９６ｂ
は、これをｐ型ＡｌＧａＮで形成すると、第１のｐ型ク
ラッド層とのバンドギャップの差および屈折率の差を大
きすることができるので、光閉じ込め層としてより一層
効果的に作用するようになる。なお、第２のｐ型クラッ
ド層９６ｂは、第１のｐ型クラッド層９６ａよりもバン
ドギャップが大きいので、例えば、前者を構成するＡｌ
e Ｇａ1-e Ｎにおけるｆの値は、後者を構成するＡｌd
Ｇａ1-d Ｎにおけるｅの値よりも大きい値をとる。この
場合でも、できれば、これら式におけるｄ値およびｅ値
は、０を超え０．６までであることが望ましく、０を超
え０．４までであることがさらに望ましい。
【００９７】第２のｐ型クラッド層９６ｂは、その厚さ
に特に制限はないが、５００オングストロームないし１
μｍ程度の厚さを有することが好ましい。第２のｐ型ク
ラッド層をこのような厚さに形成することにより、それ
自体におけるクラックの発生がより少なく、従って結晶
性がより良好で、しかも高キャリア濃度のｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層が得られるのである。
に特に制限はないが、５００オングストロームないし１
μｍ程度の厚さを有することが好ましい。第２のｐ型ク
ラッド層をこのような厚さに形成することにより、それ
自体におけるクラックの発生がより少なく、従って結晶
性がより良好で、しかも高キャリア濃度のｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層が得られるのである。
【００９８】なお、第１のｐ型クラッド層９６ａおよび
第２のｐ型クラッド層９６ｂは、いずれも、１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3 という高キャリア濃度を有するも
のとして提供することができる。
第２のｐ型クラッド層９６ｂは、いずれも、１×１０17
〜１×１０19／ｃｍ3 という高キャリア濃度を有するも
のとして提供することができる。
【００９９】また、第１のｐ型クラッド層９６ａと第２
のｐ型クラッド９６ｂ層との間に、ｐ型ＩｎＧａＮまた
はｐ型ＧａＮよりなる層を１０オングストロームから１
μｍまでの厚さに形成してもよい。この層は、光ガイド
層およびバッファ層として作用する。
のｐ型クラッド９６ｂ層との間に、ｐ型ＩｎＧａＮまた
はｐ型ＧａＮよりなる層を１０オングストロームから１
μｍまでの厚さに形成してもよい。この層は、光ガイド
層およびバッファ層として作用する。
【０１００】活性層９５の第１の主面に接して設けられ
ているｎ型クラッド層９４は、いずれものｎ型窒化物半
導体で形成することができる。しかしながら、ｎ型クラ
ッド層９４は、結晶性がより一層優れた層として形成さ
れ得ることから、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の
二元混晶、三元混晶の窒化物半導体で形成することが好
ましい。特にＩｎＧａＮまたはＧａＮによりｎ型クラッ
ド層９４を形成することにより、その上により一層良好
な活性層９５を設けることができ、発光素子の出力が格
段に向上する。
ているｎ型クラッド層９４は、いずれものｎ型窒化物半
導体で形成することができる。しかしながら、ｎ型クラ
ッド層９４は、結晶性がより一層優れた層として形成さ
れ得ることから、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の
二元混晶、三元混晶の窒化物半導体で形成することが好
ましい。特にＩｎＧａＮまたはＧａＮによりｎ型クラッ
ド層９４を形成することにより、その上により一層良好
な活性層９５を設けることができ、発光素子の出力が格
段に向上する。
【０１０１】ｎ型クラッド層９４は、ＬＤ素子の場合に
は、１００オングストローム以上、１μｍ以下の膜厚で
形成することが望ましい。
は、１００オングストローム以上、１μｍ以下の膜厚で
形成することが望ましい。
【０１０２】基板９１は、図１に示す発光素子１０にお
ける基板１１と同様のものであり、基板１１についての
上記説明がこの基板９１についてもそのまま適用でき
る。
ける基板１１と同様のものであり、基板１１についての
上記説明がこの基板９１についてもそのまま適用でき
る。
【０１０３】基板９２上に形成されているバッファ層９
２も、図１に示す発光素子１０におけるバッファ層１２
と同様のものであり、バッファ層１２についての上記説
明がこのバッファ層１２についてもそのまま適用でき
る。特別の場合には、このバッファ層９２を省略するこ
とができることも同様である。
２も、図１に示す発光素子１０におけるバッファ層１２
と同様のものであり、バッファ層１２についての上記説
明がこのバッファ層１２についてもそのまま適用でき
る。特別の場合には、このバッファ層９２を省略するこ
とができることも同様である。
【０１０４】バッファ層９２上に設けられているｎ型コ
ンタクト層９３も、図１に示す発光素子１０におけるｎ
型コンタクト層１３と同様のものであり、ｎ型コンタク
ト層１３についての上記説明がこのｎ型コンタクト層９
３についてもそのまま適用できる。
ンタクト層９３も、図１に示す発光素子１０におけるｎ
型コンタクト層１３と同様のものであり、ｎ型コンタク
ト層１３についての上記説明がこのｎ型コンタクト層９
３についてもそのまま適用できる。
【０１０５】第２のｐ型クラッド層９６ｂ上に設けられ
ているｐ型コンタクト層９７も、図１に示す発光素子に
おけるｐ型コンタクト層１７と同様のものであり、ｐ型
コンタクト層１７についての上記説明がこのｐ型コンタ
クト層９７についてもそのまま適用できる。
ているｐ型コンタクト層９７も、図１に示す発光素子に
おけるｐ型コンタクト層１７と同様のものであり、ｐ型
コンタクト層１７についての上記説明がこのｐ型コンタ
クト層９７についてもそのまま適用できる。
【０１０６】ｎ型コンタクト層９３の露出表面に形成さ
れている負電極９８も、図１に示す発光素子における負
電極１８と同様のものであり、負電極１８についての上
記説明がこの負電極９８についてもそのまま適用でき
る。
れている負電極９８も、図１に示す発光素子における負
電極１８と同様のものであり、負電極１８についての上
記説明がこの負電極９８についてもそのまま適用でき
る。
【０１０７】ｐ型コンタクト層９７に接続して設けられ
ている正電極９９も、図１に示す発光素子における正電
極１９と同様のものであり、正電極１９についての上記
説明がこの正電極９９についてもそのまま適用できる。
ただし、図９に示すＬＤ構造において、ｐ型コンタクト
層９７上には、透孔１００ａを有し、二酸化ケイ素等の
絶縁材料で形成された電流狭窄層１００が設けられてお
り、正電極９９は、この電流狭窄層１００の透孔１００
ａを通してｐ型コンタクト層９７と接している。
ている正電極９９も、図１に示す発光素子における正電
極１９と同様のものであり、正電極１９についての上記
説明がこの正電極９９についてもそのまま適用できる。
ただし、図９に示すＬＤ構造において、ｐ型コンタクト
層９７上には、透孔１００ａを有し、二酸化ケイ素等の
絶縁材料で形成された電流狭窄層１００が設けられてお
り、正電極９９は、この電流狭窄層１００の透孔１００
ａを通してｐ型コンタクト層９７と接している。
【０１０８】さて、本発明について、図９に関し、主と
してＬＤ素子について説明したが、ＬＥＤ素子の場合に
は、電流狭窄層１００を設ける必要はない。また、ＬＥ
Ｄ素子の場合には、第２のｐ型クラッド層９６ｂを省略
することもできる。さらに、ＬＥＤ素子の場合には、ｎ
型クラッド層９４の好ましい厚さは１０オングストロー
ム以上、１．０μｍ以下、さらに好ましくは３０オング
ストロームないし１．０μｍとなり、あるいはこのｎ型
クラッド層９４自体を省略することもできる。ｎ型クラ
ッド層９４を省略した場合、ｎ型コンタクト層９３がク
ラッド層として作用し得る。ＬＥＤ素子の場合、図９に
示す構造において、ｎ型クラッド層９４を省略し、かつ
第２のｐ型クラッド層９６ｂを省略し、当然電流狭窄層
１００をも省略し、ｎ型コンタクト層をｎ型ＧａＮで形
成し、ｐ型コンタクト層９７をｐ型ＧａＮで形成した構
造、すなわち、インジウムとガリウムを含む窒化物半導
体を包含する量子井戸構造の活性層を有し、その第１の
主面上にｎ型ＧａＮ層が形成され、活性層の第２の主面
上にアルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体層
が形成され、このｐ型窒化物半導体上にｐ型ＧａＮ層が
形成された構造を有するものが最も好ましいＬＥＤ素子
構造である。これは、本発明の１つの側面による窒化物
半導体発光素子に相当する。
してＬＤ素子について説明したが、ＬＥＤ素子の場合に
は、電流狭窄層１００を設ける必要はない。また、ＬＥ
Ｄ素子の場合には、第２のｐ型クラッド層９６ｂを省略
することもできる。さらに、ＬＥＤ素子の場合には、ｎ
型クラッド層９４の好ましい厚さは１０オングストロー
ム以上、１．０μｍ以下、さらに好ましくは３０オング
ストロームないし１．０μｍとなり、あるいはこのｎ型
クラッド層９４自体を省略することもできる。ｎ型クラ
ッド層９４を省略した場合、ｎ型コンタクト層９３がク
ラッド層として作用し得る。ＬＥＤ素子の場合、図９に
示す構造において、ｎ型クラッド層９４を省略し、かつ
第２のｐ型クラッド層９６ｂを省略し、当然電流狭窄層
１００をも省略し、ｎ型コンタクト層をｎ型ＧａＮで形
成し、ｐ型コンタクト層９７をｐ型ＧａＮで形成した構
造、すなわち、インジウムとガリウムを含む窒化物半導
体を包含する量子井戸構造の活性層を有し、その第１の
主面上にｎ型ＧａＮ層が形成され、活性層の第２の主面
上にアルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体層
が形成され、このｐ型窒化物半導体上にｐ型ＧａＮ層が
形成された構造を有するものが最も好ましいＬＥＤ素子
構造である。これは、本発明の１つの側面による窒化物
半導体発光素子に相当する。
【０１０９】図１０は、本発明による窒化物半導体発光
素子の他の形態の構造を示す概略断面図であって、図９
と同様、ＬＤ素子としての構造を示す。
素子の他の形態の構造を示す概略断面図であって、図９
と同様、ＬＤ素子としての構造を示す。
【０１１０】図１０に示す窒化物半導体発光素子２００
は、活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいる
ｎ型窒化物半導体層２９４およびｐ型窒化物半導体層２
９６からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層
構造は、バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を
介して、基板９１上に設けられている。
は、活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいる
ｎ型窒化物半導体層２９４およびｐ型窒化物半導体層２
９６からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層
構造は、バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を
介して、基板９１上に設けられている。
【０１１１】ｎ型窒化物半導体層２９４は、活性層９５
の第１の主面に直接接して形成された第１のｎ型クラッ
ド層２９４ａおよびこの第１のｎ型クラッド層２９４ａ
上に形成された第２のｎ型クラッド層２９４ｂを含む。
の第１の主面に直接接して形成された第１のｎ型クラッ
ド層２９４ａおよびこの第１のｎ型クラッド層２９４ａ
上に形成された第２のｎ型クラッド層２９４ｂを含む。
【０１１２】第１のｎ型クラッド層２９４ａは、ｎ型Ｇ
ａＮまたはインジウムとガリウムを含むｎ型窒化物半導
体で形成されている。第１のｎ型クラッド層２９４ａを
ＧａＮまたはインジウムとガリウムを含む窒化物半導体
で形成すると、量子井戸構造故に不十分であり得る活性
層９５中の光閉じ込めがより完全なものとなり、このよ
うに第１のｎ型クラッド層２９４ａは、活性層９５中に
光を閉じ込めるための良好な光ガイド層として作用する
（ＬＤ素子の場合）ばかりでなく、当該第１のｎ型クラ
ッド層がいわばバッファ層として作用してその上に形成
される活性層９５にクラックの発生を少なくさせ、発光
素子の発光出力を増大させることができることが見い出
された。
ａＮまたはインジウムとガリウムを含むｎ型窒化物半導
体で形成されている。第１のｎ型クラッド層２９４ａを
ＧａＮまたはインジウムとガリウムを含む窒化物半導体
で形成すると、量子井戸構造故に不十分であり得る活性
層９５中の光閉じ込めがより完全なものとなり、このよ
うに第１のｎ型クラッド層２９４ａは、活性層９５中に
光を閉じ込めるための良好な光ガイド層として作用する
（ＬＤ素子の場合）ばかりでなく、当該第１のｎ型クラ
ッド層がいわばバッファ層として作用してその上に形成
される活性層９５にクラックの発生を少なくさせ、発光
素子の発光出力を増大させることができることが見い出
された。
【０１１３】第１のｎ型クラッド層２９４ａは、Ｉｎr
Ｇａ1-r Ｎ（ここで、０＜ｒ＜１）で形成することが最
も好ましい。この場合において、ｒの値は、上記理由と
同様の理由から、好ましくは０．５まで、より好ましく
は０．３まで、さらに好ましくは０．２までの値をと
る。また、そのキャリア濃度も、上記理由と同様の理由
から、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 である
ことが好ましい。
Ｇａ1-r Ｎ（ここで、０＜ｒ＜１）で形成することが最
も好ましい。この場合において、ｒの値は、上記理由と
同様の理由から、好ましくは０．５まで、より好ましく
は０．３まで、さらに好ましくは０．２までの値をと
る。また、そのキャリア濃度も、上記理由と同様の理由
から、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１０20／ｃｍ3 である
ことが好ましい。
【０１１４】第１のｎ型クラッド層２９４ａは、１０オ
ングストローム以上の厚さを有することが好ましい。第
１のｎ型クラッド層２９４ａは、１０オングストローム
以上の厚さに形成することにより、活性層９５と以後述
べる第２のｎ型クラッド層２９４ｂとの間のバッファ層
としてより一層効果的に作用する。すなわち、第１のｎ
型クラッド層２９４ａを構成するＩｎＧａＮまたはＧａ
Ｎは、その結晶が比較的柔らかいので、第２のｎ型クラ
ッド層２９４ｂと活性層２３との間の格子定数不整合と
熱膨張係数差によって生じる歪をより一層効果的に吸収
することができ、バッファ層としてより一層有効に作用
することとなる。その結果、活性層９５が十分に薄いも
のであっても、この第１のｎ型クラッド層２９４ａの存
在により、活性層９５、第２のｎ型クラッド層２９４
ｂ、ひいてはｐ型クラッド層２９６にクラックが入りに
くくなり、それらの結晶性が良好なものとなるので、発
光素子の発光出力をより一層増大させる。
ングストローム以上の厚さを有することが好ましい。第
１のｎ型クラッド層２９４ａは、１０オングストローム
以上の厚さに形成することにより、活性層９５と以後述
べる第２のｎ型クラッド層２９４ｂとの間のバッファ層
としてより一層効果的に作用する。すなわち、第１のｎ
型クラッド層２９４ａを構成するＩｎＧａＮまたはＧａ
Ｎは、その結晶が比較的柔らかいので、第２のｎ型クラ
ッド層２９４ｂと活性層２３との間の格子定数不整合と
熱膨張係数差によって生じる歪をより一層効果的に吸収
することができ、バッファ層としてより一層有効に作用
することとなる。その結果、活性層９５が十分に薄いも
のであっても、この第１のｎ型クラッド層２９４ａの存
在により、活性層９５、第２のｎ型クラッド層２９４
ｂ、ひいてはｐ型クラッド層２９６にクラックが入りに
くくなり、それらの結晶性が良好なものとなるので、発
光素子の発光出力をより一層増大させる。
【０１１５】第１のｎ型クラッド層２９４ａは、ＬＥＤ
素子の場合には、上記範囲内の厚さを有することが好ま
しいが、特にＬＤ素子の場合には、１００オングストロ
ーム以上厚さを有することが特に好ましい。その厚さが
１００オングストローム未満であると、光ガイド層とし
て作用しにくくなるのである。
素子の場合には、上記範囲内の厚さを有することが好ま
しいが、特にＬＤ素子の場合には、１００オングストロ
ーム以上厚さを有することが特に好ましい。その厚さが
１００オングストローム未満であると、光ガイド層とし
て作用しにくくなるのである。
【０１１６】また、第１のｎ型クラッド層２９４ａは、
いずれの場合でも、１．０μｍ以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが１．０μｍよりも厚いと、その
結晶の色が黒味を帯びるとともに、多数のピットが結晶
中に生成する傾向にあり、そのため、高出力のＬＥＤ、
ＬＤ素子を得ることが困難となり得る。
いずれの場合でも、１．０μｍ以下の厚さを有すること
が好ましい。その厚さが１．０μｍよりも厚いと、その
結晶の色が黒味を帯びるとともに、多数のピットが結晶
中に生成する傾向にあり、そのため、高出力のＬＥＤ、
ＬＤ素子を得ることが困難となり得る。
【０１１７】第１のｎ型クラッド層２９４ａに接して設
けられている第２のｎ型クラッド層２９４ｂは、バンド
ギャップが第１のｎ型クラッド層２９４ａよりも大きけ
ればいずれの窒化物半導体で形成してもよく、例えば、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の二元混晶、三元混晶の窒化物半
導体で形成することができる。このようなｎ型窒化物半
導体により第２のｎ型クラッド層２９４ｂを形成するこ
とにより、当該第２のｎ型クラッド層２９４ｂが光閉じ
込め層として効果的に作用し、有効なＬＤ素子等を提供
できることがわかった。
けられている第２のｎ型クラッド層２９４ｂは、バンド
ギャップが第１のｎ型クラッド層２９４ａよりも大きけ
ればいずれの窒化物半導体で形成してもよく、例えば、
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の二元混晶、三元混晶の窒化物半
導体で形成することができる。このようなｎ型窒化物半
導体により第２のｎ型クラッド層２９４ｂを形成するこ
とにより、当該第２のｎ型クラッド層２９４ｂが光閉じ
込め層として効果的に作用し、有効なＬＤ素子等を提供
できることがわかった。
【０１１８】第２のｎ型クラッド層２９４ｂは、ｎ型Ａ
ｌf Ｇａ1-f Ｎ（ここで、０＜ｆ＜１）で形成すること
が最も好ましい。ｎ型ＡｌＧａＮは、ＩｎＧａＮを包含
する活性層９５に対し、バンドギャップ差および屈折率
差を、他の窒化物半導体に比べて、大きくできるからで
ある。この場合において、ｆの値は、上記理由と同様の
理由から、０．６までの値をとることが好ましく、０．
４までの値をとることがさらに好ましい。そのキャリア
濃度も、上記理由と同様の理由から、５×１０17／ｃｍ
3 〜１×１０19／ｃｍ3 であることが好ましい。また第
２のｎ型クラッド層２９４ｂとｎ型コンタクト層９３と
の間に、ｎ型ＩｎＧａＮよりなる層を設けることによ
り、ＡｌＧａＮよりなる第２のｎ型クラッド層を良好な
結晶性をもってクラックの発生を少なくして成長させる
ことができる。
ｌf Ｇａ1-f Ｎ（ここで、０＜ｆ＜１）で形成すること
が最も好ましい。ｎ型ＡｌＧａＮは、ＩｎＧａＮを包含
する活性層９５に対し、バンドギャップ差および屈折率
差を、他の窒化物半導体に比べて、大きくできるからで
ある。この場合において、ｆの値は、上記理由と同様の
理由から、０．６までの値をとることが好ましく、０．
４までの値をとることがさらに好ましい。そのキャリア
濃度も、上記理由と同様の理由から、５×１０17／ｃｍ
3 〜１×１０19／ｃｍ3 であることが好ましい。また第
２のｎ型クラッド層２９４ｂとｎ型コンタクト層９３と
の間に、ｎ型ＩｎＧａＮよりなる層を設けることによ
り、ＡｌＧａＮよりなる第２のｎ型クラッド層を良好な
結晶性をもってクラックの発生を少なくして成長させる
ことができる。
【０１１９】第２のｎ型クラッド層２９４ｂは、その厚
さに特に制限はないが、５００オングストローム以上、
１．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。第２の
ｎ型クラッド層２９４ｂをこの範囲内の厚さに形成する
ことによって、クラックがない結晶性の優れた第２のｎ
型クラッド層２９４ｂが得られるのである。
さに特に制限はないが、５００オングストローム以上、
１．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。第２の
ｎ型クラッド層２９４ｂをこの範囲内の厚さに形成する
ことによって、クラックがない結晶性の優れた第２のｎ
型クラッド層２９４ｂが得られるのである。
【０１２０】活性層９５の第２の主面に接して設けられ
ているｐ型半導体層（クラッド層）２９６は、いずれも
のｐ型窒化物半導体で形成することができる。しかしな
がら、ｐ型クラッド層２９６は、結晶性がより一層優れ
た層として形成され得ることから、ｐ型ＡｌＧａＮで形
成することが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮは、他の窒化物
半導体に比べて、成長時に分解しにくいという性質を有
しており、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ法）によりこれを成長させる際、下側の活
性層９５のＩｎＧａＮの分解を抑制し、その結果として
結晶性に優れた活性層９５を提供し、もって発光素子の
出力を向上させることとなる。この場合において、アル
ミニウムの比率やキャリア濃度については、図９に示す
発光素子９０における第１のｐ型クラッド層９６ａおよ
び第２のｐ型クラッド層９６ｂについて好ましいとした
値をとることが同様に好ましい。
ているｐ型半導体層（クラッド層）２９６は、いずれも
のｐ型窒化物半導体で形成することができる。しかしな
がら、ｐ型クラッド層２９６は、結晶性がより一層優れ
た層として形成され得ることから、ｐ型ＡｌＧａＮで形
成することが好ましい。ｐ型ＡｌＧａＮは、他の窒化物
半導体に比べて、成長時に分解しにくいという性質を有
しており、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ法）によりこれを成長させる際、下側の活
性層９５のＩｎＧａＮの分解を抑制し、その結果として
結晶性に優れた活性層９５を提供し、もって発光素子の
出力を向上させることとなる。この場合において、アル
ミニウムの比率やキャリア濃度については、図９に示す
発光素子９０における第１のｐ型クラッド層９６ａおよ
び第２のｐ型クラッド層９６ｂについて好ましいとした
値をとることが同様に好ましい。
【０１２１】ｐ型クラッド層２９６は、ＬＤ素子の場合
には、１００オングストローム以上、１μｍ以下の膜厚
で形成することが望ましい。
には、１００オングストローム以上、１μｍ以下の膜厚
で形成することが望ましい。
【０１２２】活性層９５、基板９１、基板９１上に形成
されているバッファ層９２、バッファ層９２上に設けら
れているｎ型コンタクト層９３、さらにはｐ型コンタク
ト層９７、負電極９８、正電極９９および電流狭窄層１
００は、図９に示す発光素子に関して説明した通りのも
のである。
されているバッファ層９２、バッファ層９２上に設けら
れているｎ型コンタクト層９３、さらにはｐ型コンタク
ト層９７、負電極９８、正電極９９および電流狭窄層１
００は、図９に示す発光素子に関して説明した通りのも
のである。
【０１２３】さて、本発明について、図１０に関し、主
としてＬＤ素子について説明したが、ＬＥＤ素子の場合
には、電流狭窄層１００を設ける必要はない。また、Ｌ
ＥＤ素子の場合には、第２のｎ型クラッド層２９４ｂを
省略することもできる。その場合、ｎ型コンタクト層９
３が第２のｎ型クラッド層として作用する。
としてＬＤ素子について説明したが、ＬＥＤ素子の場合
には、電流狭窄層１００を設ける必要はない。また、Ｌ
ＥＤ素子の場合には、第２のｎ型クラッド層２９４ｂを
省略することもできる。その場合、ｎ型コンタクト層９
３が第２のｎ型クラッド層として作用する。
【０１２４】図１１は、本発明による窒化物半導体発光
素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図であっ
て、図９および図１０と同様、ＬＤ素子としての構造を
示す。
素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図であっ
て、図９および図１０と同様、ＬＤ素子としての構造を
示す。
【０１２５】図１１に示す窒化物半導体発光素子３００
は、活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいる
ｎ型窒化物半導体層２９４およびｐ型窒化物半導体層９
６からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構
造は、バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を介
して、基板９１上に設けられている。
は、活性層９５、並びに活性層９５を両側で挟んでいる
ｎ型窒化物半導体層２９４およびｐ型窒化物半導体層９
６からなる半導体積層構造を有する。この半導体積層構
造は、バッファ層９２およびｎ型コンタクト層９３を介
して、基板９１上に設けられている。
【０１２６】図１１に示す発光素子３００は、ｎ型窒化
物半導体層については図１０に示す発光素子２００にお
けるｎ型窒化物半導体層２９４（第１のｎ型クラッド層
２９４ａおよび第２のｎ型クラッド層２９４ｂからな
る）を、ｐ型窒化物半導体層については図９に示す発光
素子９０におけるｐ型窒化物半導体層９６（第１のｐ型
クラッド層９６ａおよび第２のｐ型クラッド層９６ｂか
らなる）を適用したものであり、本発明の最も好ましい
実施の形態の一つである。各半導体層その他の構成につ
いては、特にＬＥＤ素子の場合に省略し得る窒化物半導
体層および特にＬＥＤ素子の場合の窒化物半導体層の厚
さについての上記説明を含めて、図９および図１０に関
して説明したことがそのまま適用でき、他言を要しな
い。従って、図１１に示す発光素子において、ｎ型コン
タクト層９３をｎ型ＧａＮで、第２のｎ型クラッド層２
９４ｂをｎ型ＡｌＧａＮで、第１のｎ型クラッド層２９
４ａをｎ型ＩｎＧａＮまたはｎ型ＧａＮで、第１のｐ型
クラッド層９６ａをｐ型ＡｌＧａＮで、第２のｐ型クラ
ッド層９６ｂをｐ型ＡｌＧａＮで、ｐ型コンタクト層９
７をｐ型ＧａＮでそれぞれ形成し、活性層９５をノンド
ープとすることが最も好ましい。なお、図１１に示すＬ
Ｄ素子構造の場合には、いうまでもなく、第１のｎ型ク
ラッド層２９４ａが光ガイド層、第２のクラッド層２９
４ｂが光閉じ込め層、第１のｐ型クラッド層９６ａが光
ガイド層、第２のｐ型クラッド層９６ｂが光閉じ込め層
として作用することも明らかである。また第１のｐ型ク
ラッド層９６ａと第２のｐ型クラッド層９６ｂとの間
に、ｐ型ＩｎＧａＮまたはｐ型ＧａＮよりなる層をバッ
ファ層として形成してもよいし、ｎ型コンタクト層９３
と第２のｎ型クラッド層２９４ｂとの間に、ｎ型ＩｎＧ
ａＮよりなる層をバッファ層として形成してもよい。
物半導体層については図１０に示す発光素子２００にお
けるｎ型窒化物半導体層２９４（第１のｎ型クラッド層
２９４ａおよび第２のｎ型クラッド層２９４ｂからな
る）を、ｐ型窒化物半導体層については図９に示す発光
素子９０におけるｐ型窒化物半導体層９６（第１のｐ型
クラッド層９６ａおよび第２のｐ型クラッド層９６ｂか
らなる）を適用したものであり、本発明の最も好ましい
実施の形態の一つである。各半導体層その他の構成につ
いては、特にＬＥＤ素子の場合に省略し得る窒化物半導
体層および特にＬＥＤ素子の場合の窒化物半導体層の厚
さについての上記説明を含めて、図９および図１０に関
して説明したことがそのまま適用でき、他言を要しな
い。従って、図１１に示す発光素子において、ｎ型コン
タクト層９３をｎ型ＧａＮで、第２のｎ型クラッド層２
９４ｂをｎ型ＡｌＧａＮで、第１のｎ型クラッド層２９
４ａをｎ型ＩｎＧａＮまたはｎ型ＧａＮで、第１のｐ型
クラッド層９６ａをｐ型ＡｌＧａＮで、第２のｐ型クラ
ッド層９６ｂをｐ型ＡｌＧａＮで、ｐ型コンタクト層９
７をｐ型ＧａＮでそれぞれ形成し、活性層９５をノンド
ープとすることが最も好ましい。なお、図１１に示すＬ
Ｄ素子構造の場合には、いうまでもなく、第１のｎ型ク
ラッド層２９４ａが光ガイド層、第２のクラッド層２９
４ｂが光閉じ込め層、第１のｐ型クラッド層９６ａが光
ガイド層、第２のｐ型クラッド層９６ｂが光閉じ込め層
として作用することも明らかである。また第１のｐ型ク
ラッド層９６ａと第２のｐ型クラッド層９６ｂとの間
に、ｐ型ＩｎＧａＮまたはｐ型ＧａＮよりなる層をバッ
ファ層として形成してもよいし、ｎ型コンタクト層９３
と第２のｎ型クラッド層２９４ｂとの間に、ｎ型ＩｎＧ
ａＮよりなる層をバッファ層として形成してもよい。
【０１２７】本発明の１つの側面によれば、ｎ型窒化物
半導体層とｐ型窒化物半導体層との間にインジウムとガ
リウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の
活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層は、活性層と接して
形成されかつアルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物
半導体よりなる第１のｐ型クラッド層を含み、第１のｐ
型クラッド層は、１０オングストローム以上、１．０μ
ｍ以下の厚さを有す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。
半導体層とｐ型窒化物半導体層との間にインジウムとガ
リウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井戸構造の
活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層は、活性層と接して
形成されかつアルミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物
半導体よりなる第１のｐ型クラッド層を含み、第１のｐ
型クラッド層は、１０オングストローム以上、１．０μ
ｍ以下の厚さを有す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。
【０１２８】この側面による発光素子は、基本的には、
図９に示す発光素子９０の構造から第２のｐ型クラッド
層９６ｂを省略した特別の場合に該当する。この特別の
場合には、さらに、図９に示す発光素子の構造からｎ型
コンタクト層９３およびｎ型クラッド層９４のうちのい
ずれかを省略してもよく（ｎ型クラッド層を９４を省略
した場合、ｎ型コンタクト層９３がｎ型クラッド層とし
て作用する）、またｐ型コンタクト層９７をも省略して
もよい。
図９に示す発光素子９０の構造から第２のｐ型クラッド
層９６ｂを省略した特別の場合に該当する。この特別の
場合には、さらに、図９に示す発光素子の構造からｎ型
コンタクト層９３およびｎ型クラッド層９４のうちのい
ずれかを省略してもよく（ｎ型クラッド層を９４を省略
した場合、ｎ型コンタクト層９３がｎ型クラッド層とし
て作用する）、またｐ型コンタクト層９７をも省略して
もよい。
【０１２９】さらにまた、この特別の場合には、図９に
示す発光素子９０における第２のｐ型クラッド層９６ｂ
に相当する第２のｐ型クラッド層をｐ型ＧａＮまたはイ
ンジウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体（好まし
くは、ＩｎＧａＮ）で形成することができ、これについ
ては、図１に示す発光素子１０におけるｎ型クラッド層
１４についての説明が適用できる。さらにまた、図９に
示す発光素子９０におけるｎ型クラッド層９４に相当す
るｎ型クラッド層（第１のｎ型半導体層）に接して、す
なわち第１のｎ型クラッド層９４とｎ型コンタクト層９
３との間に、ｎ型ＧａＮまたはアルミニウムとガリウム
とを含む第２のｎ型窒化物半導体（好ましくは、ＡｌＧ
ａＮ）を設けることも好ましい。この場合については、
ｎ型ＧａＮ層を含めて、図２に示す発光素子２０におけ
る第２のｎ型クラッド層２１についての説明が適用でき
る。
示す発光素子９０における第２のｐ型クラッド層９６ｂ
に相当する第２のｐ型クラッド層をｐ型ＧａＮまたはイ
ンジウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半導体（好まし
くは、ＩｎＧａＮ）で形成することができ、これについ
ては、図１に示す発光素子１０におけるｎ型クラッド層
１４についての説明が適用できる。さらにまた、図９に
示す発光素子９０におけるｎ型クラッド層９４に相当す
るｎ型クラッド層（第１のｎ型半導体層）に接して、す
なわち第１のｎ型クラッド層９４とｎ型コンタクト層９
３との間に、ｎ型ＧａＮまたはアルミニウムとガリウム
とを含む第２のｎ型窒化物半導体（好ましくは、ＡｌＧ
ａＮ）を設けることも好ましい。この場合については、
ｎ型ＧａＮ層を含めて、図２に示す発光素子２０におけ
る第２のｎ型クラッド層２１についての説明が適用でき
る。
【０１３０】図１２は、本発明による窒化物半導体発光
素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図であっ
て、ＬＤ素子として特に好ましい構造の一つを示してい
る。図１２の窒化物半導体発光素子は、以下述べる第１
のｐ型クラッド層を除くと、図６に関して説明した本発
明の好ましい形態にほぼ相当するということができる。
素子のさらに別の形態の構造を示す概略断面図であっ
て、ＬＤ素子として特に好ましい構造の一つを示してい
る。図１２の窒化物半導体発光素子は、以下述べる第１
のｐ型クラッド層を除くと、図６に関して説明した本発
明の好ましい形態にほぼ相当するということができる。
【０１３１】図１２に示す窒化物半導体発光素子４００
は、活性層４０５を備え、その第１の主面上には、第１
のｎ型クラッド層４１４、第２のｎ型クラッド層４２４
およびｎ型コンタクト層４０３を含むｎ型半導体層が設
けられている。加えて、活性層４０５の第２の主面に
は、第１のｐ型クラッド層４１６、第２のｐ型クラッド
層４２６、第３のｐ型クラッド層４３６、および最外層
としてのｐ型コンタクト層４０７を含むｐ型窒化物半導
体層を有する。このような積層構造は、図１２に示す構
造では、バッファ層４０２を介して、基板４０１上に設
けられている。
は、活性層４０５を備え、その第１の主面上には、第１
のｎ型クラッド層４１４、第２のｎ型クラッド層４２４
およびｎ型コンタクト層４０３を含むｎ型半導体層が設
けられている。加えて、活性層４０５の第２の主面に
は、第１のｐ型クラッド層４１６、第２のｐ型クラッド
層４２６、第３のｐ型クラッド層４３６、および最外層
としてのｐ型コンタクト層４０７を含むｐ型窒化物半導
体層を有する。このような積層構造は、図１２に示す構
造では、バッファ層４０２を介して、基板４０１上に設
けられている。
【０１３２】活性層４０５は、インジウムとガリウムと
を含む窒化物半導体を包含するものであり、当該インジ
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位間発光
を生じさせる構造、言い換えると量子井戸構造を構成す
る。このような構造については、図１に示す発光素子１
０の活性層１５に関して説明したことがすべてそのまま
適用される。ＬＤ素子の場合は、活性層４０５は多重量
子井戸構造をとることが最も好ましい。
を含む窒化物半導体を包含するものであり、当該インジ
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体の量子準位間発光
を生じさせる構造、言い換えると量子井戸構造を構成す
る。このような構造については、図１に示す発光素子１
０の活性層１５に関して説明したことがすべてそのまま
適用される。ＬＤ素子の場合は、活性層４０５は多重量
子井戸構造をとることが最も好ましい。
【０１３３】活性層４０５の第１の主面に接して設けら
れている第１のｎ型クラッド層４１４は光ガイド層とし
て作用するものであり、インジウムとガリウムを含むｎ
型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮで形成されている。よ
り具体的には、この第１のｎ型クラッド層５４は、ｎ型
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ここで、０≦ｙ＜１）で形成され
る。すなわち、この第１のｎ型クラッド層４１４は、図
１に示す発光素子１０における第１のｎ型クラッド層１
４に関して説明したｎ型ＩｎＧａＮで形成することもで
きるし、ｎ型ＧａＮで形成することもできる。図１に示
す発光素子１０における第１のｎ型クラッド層１４に関
して説明した理由と同様の理由から、ｙの値は、０≦ｙ
≦０．５の範囲内にあることが好ましく、さらに好まし
くは０＜ｙ≦０．３、最も好ましくは０＜ｙ≦０．２の
範囲内にある。第１のｎ型クラッド層４１４のキャリア
濃度も、同様の理由から、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１
０20／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ましい。第１のｎ
型クラッド層４１４も、その厚さに特に制限はないが、
同様の理由から、活性層１５と第１のｎ型クラッド層４
１４とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましく、１μｍ以下の厚さを有し得
る。
れている第１のｎ型クラッド層４１４は光ガイド層とし
て作用するものであり、インジウムとガリウムを含むｎ
型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮで形成されている。よ
り具体的には、この第１のｎ型クラッド層５４は、ｎ型
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ここで、０≦ｙ＜１）で形成され
る。すなわち、この第１のｎ型クラッド層４１４は、図
１に示す発光素子１０における第１のｎ型クラッド層１
４に関して説明したｎ型ＩｎＧａＮで形成することもで
きるし、ｎ型ＧａＮで形成することもできる。図１に示
す発光素子１０における第１のｎ型クラッド層１４に関
して説明した理由と同様の理由から、ｙの値は、０≦ｙ
≦０．５の範囲内にあることが好ましく、さらに好まし
くは０＜ｙ≦０．３、最も好ましくは０＜ｙ≦０．２の
範囲内にある。第１のｎ型クラッド層４１４のキャリア
濃度も、同様の理由から、１×１０18／ｃｍ3 〜１×１
０20／ｃｍ3 の範囲内にあることが望ましい。第１のｎ
型クラッド層４１４も、その厚さに特に制限はないが、
同様の理由から、活性層１５と第１のｎ型クラッド層４
１４とは、合計で、３００オングストローム以上の厚さ
を有することが望ましく、１μｍ以下の厚さを有し得
る。
【０１３４】第１のｎ型クラッド層上に設けられている
第２のｎ型クラッド層４２４は、光閉じ込め層として作
用するものであり、第１のｎ型クラッド層４１４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型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮで形成され
ている。このような第２のｎ型クラッド層４２４を設け
ることによって、第１のｎ型クラッド層４１４との間の
バンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の
発光効率を向上させることができる。
第２のｎ型クラッド層４２４は、光閉じ込め層として作
用するものであり、第１のｎ型クラッド層４１４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型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮで形成され
ている。このような第２のｎ型クラッド層４２４を設け
ることによって、第１のｎ型クラッド層４１４との間の
バンドギャップ差を大きくすることができ、発光素子の
発光効率を向上させることができる。
【０１３５】この第２のｎ型クラッド層４２４は、ｎ型
Ａｌg Ｇａ1-g Ｎ（ここで、０＜ｇ＜１）で形成する場
合には、ｇの値は、０＜ｇ≦０．６の範囲内にあること
が好ましい。ＡｌＧａＮはその結晶が比較的硬く、０．
６より大きいと、第１のｎ型クラッド層４１４の存在に
もかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすく
なり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。ｇ
値は、０＜ｇ≦０．４の範囲内にあることが最も好まし
い。
Ａｌg Ｇａ1-g Ｎ（ここで、０＜ｇ＜１）で形成する場
合には、ｇの値は、０＜ｇ≦０．６の範囲内にあること
が好ましい。ＡｌＧａＮはその結晶が比較的硬く、０．
６より大きいと、第１のｎ型クラッド層４１４の存在に
もかかわらず、その層にクラックが比較的発生しやすく
なり、発光出力を低下させる傾向にあるからである。ｇ
値は、０＜ｇ≦０．４の範囲内にあることが最も好まし
い。
【０１３６】また、第２のｎ型クラッド層４２４のキャ
リア濃度は、５×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が５
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、特にＡｌＧａＮの抵抗
率が高くなるので、発光素子のＶｆが高くなり、発光効
率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が１
×１０19／ｃｍ3 よりも高いと特にＡｌＧａＮの結晶性
が悪くなり発光効率が低下するからである。
リア濃度は、５×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が５
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、特にＡｌＧａＮの抵抗
率が高くなるので、発光素子のＶｆが高くなり、発光効
率が低下する傾向にあり、一方、そのキャリア濃度が１
×１０19／ｃｍ3 よりも高いと特にＡｌＧａＮの結晶性
が悪くなり発光効率が低下するからである。
【０１３７】第２のｎ型クラッド層４２４は、通常、５
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
【０１３８】ｎ型半導体層の最外層（活性層から最も離
れて位置する層）として形成されている（図１２では、
第２のｎ型クラッド層４２４に接して形成されている）
ｎ型コンタクト層４０３は、ｎ型ＧａＮで形成されてい
る。図１の発光素子１０におけるｎ型コンタクト層１３
をｎ型ＧａＮで形成することが好ましいとした理由と同
様の理由から、ｎ型コンタクト層４０３は、ｎ型ＧａＮ
で形成される。その他の例えばキャリア濃度は、図１に
示す発光素子１０におけるｎ型コンタクト層１３の場合
に好ましいとして記載した濃度であることが同様に好ま
しい。
れて位置する層）として形成されている（図１２では、
第２のｎ型クラッド層４２４に接して形成されている）
ｎ型コンタクト層４０３は、ｎ型ＧａＮで形成されてい
る。図１の発光素子１０におけるｎ型コンタクト層１３
をｎ型ＧａＮで形成することが好ましいとした理由と同
様の理由から、ｎ型コンタクト層４０３は、ｎ型ＧａＮ
で形成される。その他の例えばキャリア濃度は、図１に
示す発光素子１０におけるｎ型コンタクト層１３の場合
に好ましいとして記載した濃度であることが同様に好ま
しい。
【０１３９】活性層４０５の第２の主面に接して設けら
れている第１のｐ型クラッド層４１６は、キャップ層と
して作用するものであり、これまで説明してきた他の形
態における第１のｐ型クラッド層と同様に活性層の分解
を防止して発光素子の発光出力を向上させるものであ
る。この第１のｐ型クラッド層４１６は、アルミニウム
とガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成されている。
このような第１のｐ型クラッド層４１６を設けることに
よって、より一層優れたＬＤ素子を提供できることがわ
かった。
れている第１のｐ型クラッド層４１６は、キャップ層と
して作用するものであり、これまで説明してきた他の形
態における第１のｐ型クラッド層と同様に活性層の分解
を防止して発光素子の発光出力を向上させるものであ
る。この第１のｐ型クラッド層４１６は、アルミニウム
とガリウムを含むｐ型窒化物半導体で形成されている。
このような第１のｐ型クラッド層４１６を設けることに
よって、より一層優れたＬＤ素子を提供できることがわ
かった。
【０１４０】この第１のｐ型クラッド層４１６は、好ま
しくは、ｐ型Ａｌh Ｇａ1-h Ｎ（ここで、０＜ｈ＜１）
で形成される。この場合において、ｈの値は、０＜ｈ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、その層にクラックが比較的発生し
やすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからであ
る。ｈ値は、０＜ｈ≦０．４の範囲内にあることが最も
好ましい。
しくは、ｐ型Ａｌh Ｇａ1-h Ｎ（ここで、０＜ｈ＜１）
で形成される。この場合において、ｈの値は、０＜ｈ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、その層にクラックが比較的発生し
やすくなり、発光出力を低下させる傾向にあるからであ
る。ｈ値は、０＜ｈ≦０．４の範囲内にあることが最も
好ましい。
【０１４１】また、第１のｐ型クラッド層４１６のキャ
リア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層４０５への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高
いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。
リア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層４０５への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高
いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。
【０１４２】第１のｐ型クラッド層４１６は、通常、５
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
【０１４３】第１のｐ型クラッド層４１６上に設けられ
ている第２のｐ型クラッド層４２６は、光ガイド層とし
て作用し、インジウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半
導体またはｐ型ＧａＮで形成されている。より具体的に
は、第１のｐ型クラッド層４１６は、ｐ型Ｉｎz Ｇａ
1-z Ｎ（ここで、０≦ｚ＜１）で形成することが望まし
い。図３の発光素子３０における第１のｐ型クラッド層
３６に関して説明した理由と同様の理由から、ｚ値は、
０≦ｚ≦０．５の範囲内にあることが好ましく、さらに
好ましくは０≦ｚ≦０．３の範囲内、最も好ましくは０
≦ｚ≦０．２の範囲内にある。この第１のｐ型クラッド
層４１６も同様にＧａＮにより形成してもいわばバッフ
ァ層として同様に作用する。また、この第１のｐ型クラ
ッド層４１６のキャリア濃度も、同様の理由から、１×
１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の範囲内にあるこ
とが望ましい。さらに、第１のクラッド層４１６の厚さ
に特に制限はないが、同様の理由から、活性層４０５と
の合計で、３００オングストローム以上の厚さを有する
ことが望ましく、１μｍ以下の厚さを有し得る。
ている第２のｐ型クラッド層４２６は、光ガイド層とし
て作用し、インジウムとガリウムとを含むｐ型窒化物半
導体またはｐ型ＧａＮで形成されている。より具体的に
は、第１のｐ型クラッド層４１６は、ｐ型Ｉｎz Ｇａ
1-z Ｎ（ここで、０≦ｚ＜１）で形成することが望まし
い。図３の発光素子３０における第１のｐ型クラッド層
３６に関して説明した理由と同様の理由から、ｚ値は、
０≦ｚ≦０．５の範囲内にあることが好ましく、さらに
好ましくは０≦ｚ≦０．３の範囲内、最も好ましくは０
≦ｚ≦０．２の範囲内にある。この第１のｐ型クラッド
層４１６も同様にＧａＮにより形成してもいわばバッフ
ァ層として同様に作用する。また、この第１のｐ型クラ
ッド層４１６のキャリア濃度も、同様の理由から、１×
１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3 の範囲内にあるこ
とが望ましい。さらに、第１のクラッド層４１６の厚さ
に特に制限はないが、同様の理由から、活性層４０５と
の合計で、３００オングストローム以上の厚さを有する
ことが望ましく、１μｍ以下の厚さを有し得る。
【０１４４】第２のｐ型クラッド層４２６上に設けられ
ている第３のｐ型クラッド層４３６は、光閉じ込め層と
して作用し、第２のｐ型クラッド層４２６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を含む
ｐ型の窒化物半導体で形成されている。このような第３
のｐ型クラッド層４３６を設けることによって、第２の
ｐ型クラッド層４２６との間のバンドギャップ差を大き
くすることができ、発光素子の発光効率を向上させるこ
とができる。
ている第３のｐ型クラッド層４３６は、光閉じ込め層と
して作用し、第２のｐ型クラッド層４２６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を含む
ｐ型の窒化物半導体で形成されている。このような第３
のｐ型クラッド層４３６を設けることによって、第２の
ｐ型クラッド層４２６との間のバンドギャップ差を大き
くすることができ、発光素子の発光効率を向上させるこ
とができる。
【０１４５】この第３のｐ型クラッド層４３６は、好ま
しくは、ｐ型Ａｌi Ｇａ1-i Ｎ（ここで、０＜ｉ＜１）
で形成される。この場合において、ｉの値は、０＜ｉ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第２のｐ型
クラッド層４２６の存在にもかかわらず、その層にクラ
ックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる
傾向にあるからである。ｂ値は、０＜ｂ≦０．４の範囲
内にあることが最も好ましい。
しくは、ｐ型Ａｌi Ｇａ1-i Ｎ（ここで、０＜ｉ＜１）
で形成される。この場合において、ｉの値は、０＜ｉ≦
０．６の範囲内にあることが好ましい。ＡｌＧａＮはそ
の結晶が比較的硬く、０．６より大きいと、第２のｐ型
クラッド層４２６の存在にもかかわらず、その層にクラ
ックが比較的発生しやすくなり、発光出力を低下させる
傾向にあるからである。ｂ値は、０＜ｂ≦０．４の範囲
内にあることが最も好ましい。
【０１４６】また、第３のｐ型クラッド層４３６のキャ
リア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層４０５への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高
いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。第３のｐ型クラッド層４３６は、通常、５
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
リア濃度は、１×１０17／ｃｍ3 〜１×１０19／ｃｍ3
の範囲内にあることが望ましい。そのキャリア濃度が１
×１０17／ｃｍ3 よりも低いと、活性層４０５への正孔
の注入効率が低下し、発光効率が低下する傾向にあり、
一方、そのキャリア濃度が１×１０19／ｃｍ3 よりも高
いとＡｌＧａＮの結晶性が悪くなり発光効率が低下する
からである。第３のｐ型クラッド層４３６は、通常、５
０オングストローム〜０．５μｍの厚さをもって形成す
ることができる。
【０１４７】ｐ型半導体層の最外層（活性層４０５から
最も離れて位置する層）として形成されている（図１２
では、第３のｐ型クラッド層４３６に接して設けられて
いる）ｐ型コンタクト層４０７は、ｐ型ＧａＮで形成さ
れている。図１の発光素子１０におけるｐ型コンタクト
層１７をｐ型ＧａＮで形成することが好ましいとした理
由と同様の理由から、ｐ型コンタクト層４０７は、ｐ型
ＧａＮで形成される。その他の例えばキャリア濃度は、
図１に示す発光素子１０におけるｐ型コンタクト層１７
の場合に好ましいとして記載した濃度であることが同様
に好ましい。
最も離れて位置する層）として形成されている（図１２
では、第３のｐ型クラッド層４３６に接して設けられて
いる）ｐ型コンタクト層４０７は、ｐ型ＧａＮで形成さ
れている。図１の発光素子１０におけるｐ型コンタクト
層１７をｐ型ＧａＮで形成することが好ましいとした理
由と同様の理由から、ｐ型コンタクト層４０７は、ｐ型
ＧａＮで形成される。その他の例えばキャリア濃度は、
図１に示す発光素子１０におけるｐ型コンタクト層１７
の場合に好ましいとして記載した濃度であることが同様
に好ましい。
【０１４８】基板４０１、バッファ層４０２、負電極４
０８および正電極４０９は、それぞれ、図１に示す発光
素子１０における基板１１、バッファ層１２、負電極１
８および正電極１９について説明した通りのものであ
る。また、透孔４４０ａを有する電流狭窄層４４０につ
いても、図９に示す発光素子９０における電流狭窄層１
００について説明した通りのものである。
０８および正電極４０９は、それぞれ、図１に示す発光
素子１０における基板１１、バッファ層１２、負電極１
８および正電極１９について説明した通りのものであ
る。また、透孔４４０ａを有する電流狭窄層４４０につ
いても、図９に示す発光素子９０における電流狭窄層１
００について説明した通りのものである。
【０１４９】本発明の１つの側面によれば、第１および
第２の主面を有し、インジウムとガリウムとを含む窒化
物半導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性層の第
１の主面上に設けられたｎ型窒化物半導体層、および該
活性層の第２の主面上に設けられたｐ型窒化物半導体層
を有する半導体積層構造を備え、該ｐ型窒化物半導体層
は、該活性層の第２の主面に接して形成され、かつアル
ミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体よりなる第
１のｐ型層、および該第１のｐ型層に接して設けられた
ｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型層を含むことを特徴とす
る窒化物半導体発光素子が提供される。この側面による
発光素子は、図９に示す発光素子９０の構造から第２の
ｐ型クラッド層９６ｂとｎ型クラッド層９４を省略し、
かつｐ型コンタクト層９７をｐ型ＧａＮで形成した特別
の場合に該当する。この場合、ｎ型コンタクト層９３を
最も好ましくはｎ型ＧａＮで形成することができる。
第２の主面を有し、インジウムとガリウムとを含む窒化
物半導体よりなる量子井戸構造の活性層、該活性層の第
１の主面上に設けられたｎ型窒化物半導体層、および該
活性層の第２の主面上に設けられたｐ型窒化物半導体層
を有する半導体積層構造を備え、該ｐ型窒化物半導体層
は、該活性層の第２の主面に接して形成され、かつアル
ミニウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体よりなる第
１のｐ型層、および該第１のｐ型層に接して設けられた
ｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型層を含むことを特徴とす
る窒化物半導体発光素子が提供される。この側面による
発光素子は、図９に示す発光素子９０の構造から第２の
ｐ型クラッド層９６ｂとｎ型クラッド層９４を省略し、
かつｐ型コンタクト層９７をｐ型ＧａＮで形成した特別
の場合に該当する。この場合、ｎ型コンタクト層９３を
最も好ましくはｎ型ＧａＮで形成することができる。
【０１５０】図１３は、量子井戸構造の活性層の井戸層
の厚さを変えて本発明の種々の窒化物半導体発光素子を
作製し、その発光出力（相対値）と井戸層の厚さとの関
係を調べた結果をグラフで示したものである。図１３か
らわかるように、本発明の窒化物半導体発光素子におけ
る量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを７０オングス
トローム以下にすると、発光素子の発光出力が顕著に向
上することがわかる。井戸層の厚さが５０オングストロ
ーム以下となると、発光素子の発光出力は、さらに向上
することもわかる。このような傾向は、本発明のすべて
の窒化物半導体発光素子について、単一量子井戸構造の
活性層においても、多重量子井戸構造の活性層において
も、確認されたばかりでなく、広く、活性層を挟持する
２つのクラッド層の一方がｐ型窒化物半導体で形成さ
れ、他方がｎ型窒化物半導体で形成された場合にも確認
された。
の厚さを変えて本発明の種々の窒化物半導体発光素子を
作製し、その発光出力（相対値）と井戸層の厚さとの関
係を調べた結果をグラフで示したものである。図１３か
らわかるように、本発明の窒化物半導体発光素子におけ
る量子井戸構造の活性層の井戸層の厚さを７０オングス
トローム以下にすると、発光素子の発光出力が顕著に向
上することがわかる。井戸層の厚さが５０オングストロ
ーム以下となると、発光素子の発光出力は、さらに向上
することもわかる。このような傾向は、本発明のすべて
の窒化物半導体発光素子について、単一量子井戸構造の
活性層においても、多重量子井戸構造の活性層において
も、確認されたばかりでなく、広く、活性層を挟持する
２つのクラッド層の一方がｐ型窒化物半導体で形成さ
れ、他方がｎ型窒化物半導体で形成された場合にも確認
された。
【０１５１】そこで、本発明の一側面によれば、ｎ型窒
化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間にインジウム
とガリウムとを含む窒化物半導体を包含する少なくとも
１層の井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備え、井
戸層は、７０オングストローム以下の厚さを有すること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間にインジウム
とガリウムとを含む窒化物半導体を包含する少なくとも
１層の井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備え、井
戸層は、７０オングストローム以下の厚さを有すること
を特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【０１５２】図１４は、多重量子井戸構造の活性層の井
戸層の厚さを一定にし、障壁層の厚さを変えて本発明の
種々の窒化物半導体発光素子を作製し、その発光出力
（相対値）と障壁層の厚さとの関係を調べた結果をグラ
フとして示したものである。図１４からわかるように、
本発明の窒化物半導体発光素子における量子井戸構造の
活性層の障壁層の厚さを１５０オングストローム以下に
すると、発光素子の発光出力が顕著に向上することがわ
かる。障壁層の厚さが１００オングストローム以下とな
ると、発光素子の発光出力は、さらに向上することもわ
かる。このような傾向は、本発明のすべての窒化物半導
体発光素子について確認されたばかりでなく、広く、活
性層を挟持する２つのクラッド層の一方がｐ型窒化物半
導体で形成され、他方がｎ型窒化物半導体で形成された
場合にも確認された。
戸層の厚さを一定にし、障壁層の厚さを変えて本発明の
種々の窒化物半導体発光素子を作製し、その発光出力
（相対値）と障壁層の厚さとの関係を調べた結果をグラ
フとして示したものである。図１４からわかるように、
本発明の窒化物半導体発光素子における量子井戸構造の
活性層の障壁層の厚さを１５０オングストローム以下に
すると、発光素子の発光出力が顕著に向上することがわ
かる。障壁層の厚さが１００オングストローム以下とな
ると、発光素子の発光出力は、さらに向上することもわ
かる。このような傾向は、本発明のすべての窒化物半導
体発光素子について確認されたばかりでなく、広く、活
性層を挟持する２つのクラッド層の一方がｐ型窒化物半
導体で形成され、他方がｎ型窒化物半導体で形成された
場合にも確認された。
【０１５３】図１５は、図９に示す構造に類似する構造
の発光素子について、第１のｐ型クラッド層９６ａの厚
さを変えた場合におけるその厚さと発光出力（相対値）
との関係を示すグラフである。図１５は、より具体的に
は、図９に示す構造において、サファイア基板９１上に
ＧａＮバッファ層９２を介してｎ型ＧａＮコンタクト層
９３を４μｍの厚さに、ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層９４
を５００オングストロームの厚さに、単一量子井戸構造
のＩｎＧａＮ活性層９５を２０オングストロームの厚さ
に形成し、その上に第１のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９
６ａを厚さを変えて形成し、さらにその上に第２のｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層９６ｂを０．１μｍの厚さに形成
し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９７を１μｍの厚さに形成
し、負電極９８を形成し、電流狭窄層１００を設けるこ
となく正電極９９を形成したＬＥＤ素子についてのもの
である。
の発光素子について、第１のｐ型クラッド層９６ａの厚
さを変えた場合におけるその厚さと発光出力（相対値）
との関係を示すグラフである。図１５は、より具体的に
は、図９に示す構造において、サファイア基板９１上に
ＧａＮバッファ層９２を介してｎ型ＧａＮコンタクト層
９３を４μｍの厚さに、ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層９４
を５００オングストロームの厚さに、単一量子井戸構造
のＩｎＧａＮ活性層９５を２０オングストロームの厚さ
に形成し、その上に第１のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９
６ａを厚さを変えて形成し、さらにその上に第２のｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層９６ｂを０．１μｍの厚さに形成
し、ｐ型ＧａＮコンタクト層９７を１μｍの厚さに形成
し、負電極９８を形成し、電流狭窄層１００を設けるこ
となく正電極９９を形成したＬＥＤ素子についてのもの
である。
【０１５４】図１５に示すように、第１のｐ型クラッド
層９６ａの厚さが１μｍよりも厚くなると発光出力は急
激に低下する傾向にある。そのような厚さになると、第
１のｐ型クラッド層９６ａにクラックが入り、素子の結
晶性が悪くなることによるものである。図１５から、Ｌ
ＥＤ素子の場合には、第１のｐ型クラッド層９６ａの膜
さは１０オングストローム（０．００１μｍ）以上、１
μｍ以下の厚さが好ましいことがわかる。このような傾
向は、第１のｐ型クラッド層をＡｌＧａＮで形成する本
発明の他の形態の窒化物半導体発光素子のすべてについ
て確認された。なお、ＬＤ素子の場合に第１のｐ型クラ
ッド層の好ましい厚さが１００オングストローム以上で
あるのは、上記の通り、別の理由による。
層９６ａの厚さが１μｍよりも厚くなると発光出力は急
激に低下する傾向にある。そのような厚さになると、第
１のｐ型クラッド層９６ａにクラックが入り、素子の結
晶性が悪くなることによるものである。図１５から、Ｌ
ＥＤ素子の場合には、第１のｐ型クラッド層９６ａの膜
さは１０オングストローム（０．００１μｍ）以上、１
μｍ以下の厚さが好ましいことがわかる。このような傾
向は、第１のｐ型クラッド層をＡｌＧａＮで形成する本
発明の他の形態の窒化物半導体発光素子のすべてについ
て確認された。なお、ＬＤ素子の場合に第１のｐ型クラ
ッド層の好ましい厚さが１００オングストローム以上で
あるのは、上記の通り、別の理由による。
【０１５５】図１６は、図１０に示す構造に類似する構
造の発光素子について、第１のｎ型クラッド層２９４ａ
の厚さを変えた場合におけるその厚さと発光出力（相対
値）との関係を示すグラフである。図１６は、より具体
的には、図１０に示す構造において、サファイア基板９
１上にＧａＮバッファ層９２を介してｎ型ＧａＮコンタ
クト層９３を４μｍの厚さに、第２のｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層２９４ｂを０．１μｍの厚さに形成し、第１の
ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層２９４ａを厚さを変えて形成
し、さらにその上に、単一量子井戸構造のＩｎＧａＮ活
性層９５を２０オングストロームの厚さに、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９６を０．１μｍの厚さに形成し、負
電極９８を形成し、電流狭窄層１００を設けることなく
正電極９９を形成したＬＥＤ素子についてのものであ
る。
造の発光素子について、第１のｎ型クラッド層２９４ａ
の厚さを変えた場合におけるその厚さと発光出力（相対
値）との関係を示すグラフである。図１６は、より具体
的には、図１０に示す構造において、サファイア基板９
１上にＧａＮバッファ層９２を介してｎ型ＧａＮコンタ
クト層９３を４μｍの厚さに、第２のｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層２９４ｂを０．１μｍの厚さに形成し、第１の
ｎ型ＩｎＧａＮクラッド層２９４ａを厚さを変えて形成
し、さらにその上に、単一量子井戸構造のＩｎＧａＮ活
性層９５を２０オングストロームの厚さに、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２９６を０．１μｍの厚さに形成し、負
電極９８を形成し、電流狭窄層１００を設けることなく
正電極９９を形成したＬＥＤ素子についてのものであ
る。
【０１５６】図１６からわかるように、第１のｎ型クラ
ッド層２９４ａの厚さが１μｍよりも厚くなると発光出
力は急激に低下する傾向にある。これは第１のｎ型クラ
ッド層２９４ａ自体の結晶性が悪くなり、例えば結晶が
黒くなったり、ピットが発生するためである。また第１
のｎ型クラッド層２９４ａの厚さが３０オングストロー
ムよりも薄くなっても、発光出力が低下する傾向にあ
る。これはＩｎＧａＮよりなる第１のｎ型クラッド層２
９４ａがバッファ層として効果的に作用する好ましい膜
厚が３０オングストローム以上であることを示してい
る。このような傾向は、第１のｎ型クラッド層をＩｎＧ
ａＮまたはＧａＮで形成する本発明の他の形態の窒化物
半導体発光素子のすべてについて確認された。なお、既
に説明したように、第１のｎ型クラッド層２９４ａが１
０オングストロームよりも薄くなると、バッファ層とし
て作用せず、その上に形成される活性層９５およびクラ
ッド層２９４ｂ、２９６に多数のクラックが発生するた
め、素子作製も難しくなり、発光出力は大幅に低下す
る。
ッド層２９４ａの厚さが１μｍよりも厚くなると発光出
力は急激に低下する傾向にある。これは第１のｎ型クラ
ッド層２９４ａ自体の結晶性が悪くなり、例えば結晶が
黒くなったり、ピットが発生するためである。また第１
のｎ型クラッド層２９４ａの厚さが３０オングストロー
ムよりも薄くなっても、発光出力が低下する傾向にあ
る。これはＩｎＧａＮよりなる第１のｎ型クラッド層２
９４ａがバッファ層として効果的に作用する好ましい膜
厚が３０オングストローム以上であることを示してい
る。このような傾向は、第１のｎ型クラッド層をＩｎＧ
ａＮまたはＧａＮで形成する本発明の他の形態の窒化物
半導体発光素子のすべてについて確認された。なお、既
に説明したように、第１のｎ型クラッド層２９４ａが１
０オングストロームよりも薄くなると、バッファ層とし
て作用せず、その上に形成される活性層９５およびクラ
ッド層２９４ｂ、２９６に多数のクラックが発生するた
め、素子作製も難しくなり、発光出力は大幅に低下す
る。
【０１５７】さて、本発明において、窒化物半導体は、
いずれも、ドナー不純物をドープしないで成長させても
ｎ型を示すが、最も好ましくは窒化物半導体の結晶成長
中にＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。ドナー不純物濃度を調整することにより、ｎ型窒化
物半導体層のキャリア濃度を調整できる。
いずれも、ドナー不純物をドープしないで成長させても
ｎ型を示すが、最も好ましくは窒化物半導体の結晶成長
中にＳｉ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。ドナー不純物濃度を調整することにより、ｎ型窒化
物半導体層のキャリア濃度を調整できる。
【０１５８】また、本発明において、ｐ型窒化物半導体
層は、いずれも、窒化物半導体の結晶成長中にＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を窒
化物半導体の結晶成長中にドープすることによって得ら
れる。このようにアクセプター不純物をドープして成長
させた窒化物半導体層を４００℃以上の温度でアニーリ
ングを行うことによりより一層好ましいｐ型窒化物半導
体層が得られる。アクセプター不純物の濃度を調整する
ことにより、ｐ型窒化物半導体層のキャリア濃度を調整
することができる。
層は、いずれも、窒化物半導体の結晶成長中にＭｇ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を窒
化物半導体の結晶成長中にドープすることによって得ら
れる。このようにアクセプター不純物をドープして成長
させた窒化物半導体層を４００℃以上の温度でアニーリ
ングを行うことによりより一層好ましいｐ型窒化物半導
体層が得られる。アクセプター不純物の濃度を調整する
ことにより、ｐ型窒化物半導体層のキャリア濃度を調整
することができる。
【０１５９】本発明の窒化物半導体発光素子は、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、基板上に各窒化物半導体層を形
成することによって好ましく製造することができる。例
えば、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有
機アルミニウム化合物、アンモニア等の窒化物半導体源
を用い、必要に応じて不純物源をも用いて有機ＭＯＶＰ
Ｅ法により基板上に各窒化物半導体層を形成し、正電極
および負電極を形成して本発明の窒化物半導体発光素子
を製造することができる。
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、基板上に各窒化物半導体層を形
成することによって好ましく製造することができる。例
えば、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有
機アルミニウム化合物、アンモニア等の窒化物半導体源
を用い、必要に応じて不純物源をも用いて有機ＭＯＶＰ
Ｅ法により基板上に各窒化物半導体層を形成し、正電極
および負電極を形成して本発明の窒化物半導体発光素子
を製造することができる。
【０１６０】以上、図面を参照して本発明の実施の形態
を説明したが、本発明は、これらに限定されるものでは
ない。例えば図９における電流狭窄層１００は、ＬＤ素
子とした場合における本発明の半導体発光素子にも適用
できる。また、１つのｎ型もしくはｐ型ＩｎＧａＮ層に
ついてのインジウムの比率およびキャリア濃度に関する
説明は、他のｎ型もしくはｐ型ＩｎＧａＮ層についても
同様にあてはまり、１つのｎ型もしくはｐ型ＡｌＧａＮ
層についてのアルミニウムの比率およびキャリア濃度に
関する説明は、他のｎ型もしくはｐ型ＡｌＧａＮ層につ
いても同様にあてはまることが明らかであろう。なお、
以上の説明からも明らかなように、主面とは、窒化物半
導体層（具体的には、活性層）において他の層が形成さ
れる面を意味する。
を説明したが、本発明は、これらに限定されるものでは
ない。例えば図９における電流狭窄層１００は、ＬＤ素
子とした場合における本発明の半導体発光素子にも適用
できる。また、１つのｎ型もしくはｐ型ＩｎＧａＮ層に
ついてのインジウムの比率およびキャリア濃度に関する
説明は、他のｎ型もしくはｐ型ＩｎＧａＮ層についても
同様にあてはまり、１つのｎ型もしくはｐ型ＡｌＧａＮ
層についてのアルミニウムの比率およびキャリア濃度に
関する説明は、他のｎ型もしくはｐ型ＡｌＧａＮ層につ
いても同様にあてはまることが明らかであろう。なお、
以上の説明からも明らかなように、主面とは、窒化物半
導体層（具体的には、活性層）において他の層が形成さ
れる面を意味する。
【０１６１】
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて説明する。以
下の実施例では、全ての窒化物半導体層をＭＯＶＰＥ法
により成長させている。
下の実施例では、全ての窒化物半導体層をＭＯＶＰＥ法
により成長させている。
【０１６２】実施例１
まず、原料ガスとして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
のＣ面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層を５００
オングストロームの厚さに成長させた。
ＮＨ3 とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板
のＣ面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層を５００
オングストロームの厚さに成長させた。
【０１６３】次に温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧと
ＮＨ3 からなる上記原料ガスにシランガスを加え、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの
厚さに成長させた。このｎ型コンタクト層の電子キャリ
ア濃度は、２×１０19／ｃｍ3 であった。
ＮＨ3 からなる上記原料ガスにシランガスを加え、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの
厚さに成長させた。このｎ型コンタクト層の電子キャリ
ア濃度は、２×１０19／ｃｍ3 であった。
【０１６４】続いて、上記原料ガスにさらにＴＭＡ（ト
リメチルアルミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳ
ｉドープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型
クラッド層を０．１μｍの厚さに成長させた。この第２
のｎ型クラッド層の電子キャリア濃度は１×１０19／ｃ
ｍ3 であった。
リメチルアルミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳ
ｉドープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型
クラッド層を０．１μｍの厚さに成長させた。この第２
のｎ型クラッド層の電子キャリア濃度は１×１０19／ｃ
ｍ3 であった。
【０１６５】次に、温度を８００℃に下げ、原料ガスと
してＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3
およびシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッド層を５００オングス
トロームの厚さに成長させた。この第１のｎ型クラッド
層の電子キャリア濃度は、５×１０18／ｃｍ3 であっ
た。
してＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3
およびシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッド層を５００オングス
トロームの厚さに成長させた。この第１のｎ型クラッド
層の電子キャリア濃度は、５×１０18／ｃｍ3 であっ
た。
【０１６６】続いて、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩお
よびＮＨ3 を用い、８００℃でノンドープＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎを３０オングストロームの厚さに成長させて単一
量子井戸構造の活性層を形成した。
よびＮＨ3 を用い、８００℃でノンドープＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎを３０オングストロームの厚さに成長させて単一
量子井戸構造の活性層を形成した。
【０１６７】次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ
型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を
０．１μｍの厚さに成長させた。この第２のｐ型クラッ
ド層のホールキャリア濃度は１×１０18／ｃｍ3 であっ
た。
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇ（シク
ロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ
型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を
０．１μｍの厚さに成長させた。この第２のｐ型クラッ
ド層のホールキャリア濃度は１×１０18／ｃｍ3 であっ
た。
【０１６８】続いて、原料ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ3 お
よびＣｐ2 Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの厚さに成
長させた。このｐ型コンタクト層のホールキャリア濃度
は５×１０19／ｃｍ3 であった。
よびＣｐ2 Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの厚さに成
長させた。このｐ型コンタクト層のホールキャリア濃度
は５×１０19／ｃｍ3 であった。
【０１６９】しかる後、温度を室温まで下げ、ウエーハ
を反応容器から取り出し、７００℃でウエーハのアニー
リングを行って各ｐ型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマ
スクを形成し、ｎ型コンタクト層の表面が露出するまで
エッチングした。ｎ型コンタクト層の露出表面にＴｉと
Ａｌよりなる負電極を形成し、ｐ型コンタクト層の表面
にＮｉとＡｕよりなる正電極を形成した。
を反応容器から取り出し、７００℃でウエーハのアニー
リングを行って各ｐ型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマ
スクを形成し、ｎ型コンタクト層の表面が露出するまで
エッチングした。ｎ型コンタクト層の露出表面にＴｉと
Ａｌよりなる負電極を形成し、ｐ型コンタクト層の表面
にＮｉとＡｕよりなる正電極を形成した。
【０１７０】電極形成後、ウエーハを３５０μｍ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において、Ｖｆ（順方向電圧）３．５
Ｖ、発光ピーク波長４１５ｎｍの青色発光を示し、発光
出力は６ｍＷであった。また、その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。
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において、Ｖｆ（順方向電圧）３．５
Ｖ、発光ピーク波長４１５ｎｍの青色発光を示し、発光
出力は６ｍＷであった。また、その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。
【０１７１】実施例２
実施例１と同様にしてサファイア基板の上にＳｉドープ
ｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7Ｎ層よりなる第２のｎ型クラッド
層まで成長させた後、第２のクラッド層の上に実施例１
と同様の条件で、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。
ｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7Ｎ層よりなる第２のｎ型クラッド
層まで成長させた後、第２のクラッド層の上に実施例１
と同様の条件で、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。
【０１７２】次に、活性層の上に、原料ガスとしてＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用い、８００℃
で、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１の
ｐ型クラッド層を５００オングストロームの厚さに成長
させた。この第１のｐ型層のアニーリング後のホールキ
ャリア濃度は２×１０17／ｃｍ3 であった。
Ｇ、ＴＭＩ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用い、８００℃
で、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１の
ｐ型クラッド層を５００オングストロームの厚さに成長
させた。この第１のｐ型層のアニーリング後のホールキ
ャリア濃度は２×１０17／ｃｍ3 であった。
【０１７３】これ以降の第２のｐ型クラッド層、ｐ型コ
ンタクト層の成長、その他は実施例１と同様にして所望
のＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、
発光スペクトルの半値幅２０ｎｍであり、発光出力は５
ｍＷであった。
ンタクト層の成長、その他は実施例１と同様にして所望
のＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、
発光スペクトルの半値幅２０ｎｍであり、発光出力は５
ｍＷであった。
【０１７４】実施例３
実施例１と同様にして、サファイア基板の上に、Ｓｉド
ープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッ
ド層まで成長させた後、その第１のｎ型クラッド層の上
に、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０オングストロ
ームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形
成した。
ープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッ
ド層まで成長させた後、その第１のｎ型クラッド層の上
に、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０オングストロ
ームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を形
成した。
【０１７５】続いて、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩ、
ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇ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
層を５００オングストロームの厚さに成長させた。この
第１のｐ型クラッド層のアニール後のホールキャリア濃
度は、２×１０17／ｃｍ3 であった。
ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇ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
層を５００オングストロームの厚さに成長させた。この
第１のｐ型クラッド層のアニール後のホールキャリア濃
度は、２×１０17／ｃｍ3 であった。
【０１７６】次に、実施例１と同様にして、第１のｐ型
クラッド層上にＭｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎより
なる第２のｐ型クラッド層を成長させ、そしてその上に
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を成長
させた。その後、実施例１と同様にして、所望のＬＥＤ
素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ
３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、発光スペクトル
の半値幅２０ｎｍであり、発光出力は６ｍＷであった。
クラッド層上にＭｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎより
なる第２のｐ型クラッド層を成長させ、そしてその上に
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を成長
させた。その後、実施例１と同様にして、所望のＬＥＤ
素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ
３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、発光スペクトル
の半値幅２０ｎｍであり、発光出力は６ｍＷであった。
【０１７７】実施例４
実施例１と同様にして、サファイア基板の上に、Ｓｉド
ープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型クラ
ッド層まで成長させた後、その第２のｎ型クラッド層の
上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型クラッ
ド層を５００オングストロームの厚さに成長させた。こ
の第１のｎ型クラッド層の電子キャリア濃度は２×１０
19／ｃｍ3 であった。
ープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層よりなる第２のｎ型クラ
ッド層まで成長させた後、その第２のｎ型クラッド層の
上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型クラッ
ド層を５００オングストロームの厚さに成長させた。こ
の第１のｎ型クラッド層の電子キャリア濃度は２×１０
19／ｃｍ3 であった。
【０１７８】次に、実施例３と同様に第１のｎ型クラッ
ド層５５の上に、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。
ド層５５の上に、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを４０
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成した。
【０１７９】次に、活性層の上に、実施例１と同様にし
て、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２の
ｐ型クラッド層とＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層を順次成長させた。これ以降は実施例１と同
様にしてＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２
０ｍＡでＶｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１５ｎｍ、発
光スペクトルの半値幅２０ｎｍであり、発光出力は５ｍ
Ｗであった。
て、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２の
ｐ型クラッド層とＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層を順次成長させた。これ以降は実施例１と同
様にしてＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２
０ｍＡでＶｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１５ｎｍ、発
光スペクトルの半値幅２０ｎｍであり、発光出力は５ｍ
Ｗであった。
【０１８０】実施例５
活性層を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素子
は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク
波長４５５ｎｍ、半値幅２０ｎｍの青色発光を示し、発
光出力は５ｍＷであった。
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、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク
波長４５５ｎｍ、半値幅２０ｎｍの青色発光を示し、発
光出力は５ｍＷであった。
【０１８１】実施例６
本実施例は、活性層の形成以外は実施例１と同様に行っ
た。すなわち、本実施例では、活性層を形成するため
に、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮＨ3を用
い、８００℃で、ノンドープＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ薄膜
（井戸層）を２０オングストロームの厚さに成長させ
た。続いて、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ薄膜（障壁層）を２０
オングストローム厚さに成長させた。この操作を交互に
それぞれ３回ずつ繰り返し、最後にＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
薄膜（障壁層）を２０オングストロームの厚さに成長さ
せ、総膜厚１４０オングストロームの多重量子井戸構造
の活性層を形成した。こうして得られたＬＥＤ素子は、
Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長
４２０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は７ｍＷであっ
た。
た。すなわち、本実施例では、活性層を形成するため
に、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩおよびＮＨ3を用
い、８００℃で、ノンドープＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ薄膜
（井戸層）を２０オングストロームの厚さに成長させ
た。続いて、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ薄膜（障壁層）を２０
オングストローム厚さに成長させた。この操作を交互に
それぞれ３回ずつ繰り返し、最後にＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
薄膜（障壁層）を２０オングストロームの厚さに成長さ
せ、総膜厚１４０オングストロームの多重量子井戸構造
の活性層を形成した。こうして得られたＬＥＤ素子は、
Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長
４２０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は７ｍＷであっ
た。
【０１８２】実施例７
アクセプター不純物源としてＤＥＺ（ジエチルジン
ク）、ドナー不純物としてシランガスを用い、活性層と
してＳｉとＺｎをドープした単一量子井戸構造のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ層を５０オングストロームの厚さに形成
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、Ｖｆ３．
５Ｖ、発光ピーク波長４５０ｎｍ、半値幅７０ｎｍの青
色発光を示し、発光出力３ｍＷであった。
ク）、ドナー不純物としてシランガスを用い、活性層と
してＳｉとＺｎをドープした単一量子井戸構造のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ層を５０オングストロームの厚さに形成
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、Ｖｆ３．
５Ｖ、発光ピーク波長４５０ｎｍ、半値幅７０ｎｍの青
色発光を示し、発光出力３ｍＷであった。
【０１８３】実施例８
実施例１の手法に従い、ｎ型コンタクト層の上にＳｉド
ープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッ
ド層、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層、
Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型
クラッド層、およびＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型
コンタクト層を成長させた。すなわち、第２のｎ型クラ
ッド層を形成しなかった以外は実施例１と同様にしてＬ
ＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにお
いて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、発光
出力は５ｍＷであった。
ープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第１のｎ型クラッ
ド層、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層、
Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型
クラッド層、およびＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型
コンタクト層を成長させた。すなわち、第２のｎ型クラ
ッド層を形成しなかった以外は実施例１と同様にしてＬ
ＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにお
いて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光ピーク波長４１０ｎｍ、発光
出力は５ｍＷであった。
【０１８４】実施例９
実施例１と同様にして、サファイア基板の上に、ｎ型コ
ンタクト層までの各半導体層を成長させた後、温度を８
００℃に下げ、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3
およびシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる薄膜を３８０オングストロームの厚さに
成長させた。次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびシランガスを用
い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎよりなる薄膜を
３９０オングストロームの厚さに成長させた。これらの
操作を２０回繰り返し、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎ層とＳｉドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層を交互に１
０層づつ積層したｎ型多層膜（第１の多層反射膜）を形
成した。
ンタクト層までの各半導体層を成長させた後、温度を８
００℃に下げ、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3
およびシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる薄膜を３８０オングストロームの厚さに
成長させた。次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびシランガスを用
い、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎよりなる薄膜を
３９０オングストロームの厚さに成長させた。これらの
操作を２０回繰り返し、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎ層とＳｉドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層を交互に１
０層づつ積層したｎ型多層膜（第１の多層反射膜）を形
成した。
【０１８５】次に、ｎ型多層膜上に、実施例３と同様に
して、第２のｎ型クラッド層、第１のｎ型クラッド層、
活性層、第１のｐ型クラッド層、および第２のｐ型クラ
ッド層を順次成長させた。
して、第２のｎ型クラッド層、第１のｎ型クラッド層、
活性層、第１のｐ型クラッド層、および第２のｐ型クラ
ッド層を順次成長させた。
【０１８６】次に、温度を８００℃に設定して、原料ガ
スとしてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用
い、第２のｐ型クラッド層上にＭｇドープｐ型Ｉｎ0.01
Ｇａ0.99Ｎ層を３８０オングストロームの厚さに成長さ
せた後、温度を１０５０℃に上げ、原料ガスとしてＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 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
ームの厚さに成長させた。これらの操作を繰り返し、Ｍ
ｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層とＭｇドープｐ型Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層とを交互に１０層づつ積層したｐ型
多層膜（第２の多層反射膜）を形成した。
スとしてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用
い、第２のｐ型クラッド層上にＭｇドープｐ型Ｉｎ0.01
Ｇａ0.99Ｎ層を３８０オングストロームの厚さに成長さ
せた後、温度を１０５０℃に上げ、原料ガスとしてＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 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
ームの厚さに成長させた。これらの操作を繰り返し、Ｍ
ｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層とＭｇドープｐ型Ａ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層とを交互に１０層づつ積層したｐ型
多層膜（第２の多層反射膜）を形成した。
【０１８７】ついで、ｐ型多層膜上に、実施例１と同様
にして、ｐ型コンタクト層を成長させた。
にして、ｐ型コンタクト層を成長させた。
【０１８８】こうして得られたウエーハについて、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型コンタクト層上に５０μｍの幅で負
電極を、ｐ型コンタクト層上にに１０μｍの幅で正電極
をそれぞれ形成した。このようにｎ型コンタクト層上に
ｎ型多層膜を形成すると、負電極を形成する水平面がｎ
型多層膜よりも下、すなわち基板側となる。
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型コンタクト層上に５０μｍの幅で負
電極を、ｐ型コンタクト層上にに１０μｍの幅で正電極
をそれぞれ形成した。このようにｎ型コンタクト層上に
ｎ型多層膜を形成すると、負電極を形成する水平面がｎ
型多層膜よりも下、すなわち基板側となる。
【０１８９】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、ウエーハを７００μｍ角のチップに分割し、ストラ
イプ型のＬＤ素子を作製した。このＬＤ素子は、ストラ
イプ状の正電極と直交する窒化物半導体層面を光共振面
としている。また、このＬＤ素子の表面は、各電極表面
を除き表面をＳｉＯ2 よりなる絶縁膜（図示せず）で被
覆されている。次に、このチップをヒートシンクに設置
し、各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、ウエーハを７００μｍ角のチップに分割し、ストラ
イプ型のＬＤ素子を作製した。このＬＤ素子は、ストラ
イプ状の正電極と直交する窒化物半導体層面を光共振面
としている。また、このＬＤ素子の表面は、各電極表面
を除き表面をＳｉＯ2 よりなる絶縁膜（図示せず）で被
覆されている。次に、このチップをヒートシンクに設置
し、各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。
【０１９０】実施例１０
まず、原料ガスとしてＴＭＧとＮＨ3 とを用い、反応容
器にセットしたサファイア基板のＣ面に、５００℃で、
ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの
厚さに成長させた。
器にセットしたサファイア基板のＣ面に、５００℃で、
ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの
厚さに成長させた。
【０１９１】次に、温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧ
とＮＨ3 との原料ガスにシランガスを加え、Ｓｉドープ
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに
成長させた。
とＮＨ3 との原料ガスにシランガスを加え、Ｓｉドープ
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに
成長させた。
【０１９２】ついで、温度を８００℃に下げ、上記原料
ガスにさらにＴＭＩを加え、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層よりなる第１のｎ型クラッド層を５００オン
グストロームの厚さに成長させた。
ガスにさらにＴＭＩを加え、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層よりなる第１のｎ型クラッド層を５００オン
グストロームの厚さに成長させた。
【０１９３】続いて、８００℃で、第１のｎ型クラッド
層上にノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎを２０オングスト
ロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を
形成した。
層上にノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8Ｎを２０オングスト
ロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造の活性層を
形成した。
【０１９４】次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用
い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなる第１の
ｐ型クラッド層を０．１μｍの厚さに成長させた。
としてＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3 およびＣｐ2 Ｍｇを用
い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなる第１の
ｐ型クラッド層を０．１μｍの厚さに成長させた。
【０１９５】続いて、１０５０℃で、Ｍｇドープｐ型Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．
５μｍの厚さに成長させた。
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．
５μｍの厚さに成長させた。
【０１９６】引き続き、１０５０℃でＭｇドープＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層を１．０μｍの厚さに成長さ
せた。
よりなるｐ型コンタクト層を１．０μｍの厚さに成長さ
せた。
【０１９７】反応終了後、温度を室温まで下げ、ウエー
ハを反応容器から取り出し、７００℃でウエーハのアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のｐ型コンタクト層からｎ型コンタクト層の
表面が露出するまでエッチングした。エッチング後、ｐ
型コンタクト層の表面にＳｉＯ2 の層を被着し、これに
透孔を設けて電流狭窄層とし、さらにその電流狭窄層上
に、ｐ型コンタクト層と透孔を介して接続するＮｉとＡ
ｕよりなる正電極を形成した。また、ｎ型コンタクト層
の上記露出表面に、ＴｉとＡｌよりなる負電極を形成し
た。
ハを反応容器から取り出し、７００℃でウエーハのアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化させた。次
に、最上層のｐ型コンタクト層からｎ型コンタクト層の
表面が露出するまでエッチングした。エッチング後、ｐ
型コンタクト層の表面にＳｉＯ2 の層を被着し、これに
透孔を設けて電流狭窄層とし、さらにその電流狭窄層上
に、ｐ型コンタクト層と透孔を介して接続するＮｉとＡ
ｕよりなる正電極を形成した。また、ｎ型コンタクト層
の上記露出表面に、ＴｉとＡｌよりなる負電極を形成し
た。
【０１９８】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と
し、サファイア基板のＭ面をスクライブして強制的に劈
開し、レーザチップを得た。その劈開面に誘電体多層膜
を設けた後、チップをヒートシンクに設置し、常温でレ
ーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度２．０ｋＡ
／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎｍ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と
し、サファイア基板のＭ面をスクライブして強制的に劈
開し、レーザチップを得た。その劈開面に誘電体多層膜
を設けた後、チップをヒートシンクに設置し、常温でレ
ーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度２．０ｋＡ
／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
【０１９９】実施例１１
実施例１０と同様にして、サファイア基板上にＧａＮバ
ッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形成
した。
ッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形成
した。
【０２００】次に、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ
よりなる第２のｎ型クラッド層を０．５μｍの厚さに形
成した後、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる
第１のｎ型クラッド層７１を５００オングストロームの
厚さに形成した。
よりなる第２のｎ型クラッド層を０．５μｍの厚さに形
成した後、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる
第１のｎ型クラッド層７１を５００オングストロームの
厚さに形成した。
【０２０１】次にノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを２０
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成し、その上にＭｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇ
ａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．５μｍの
厚さに、ついでＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コン
タクト層を１μｍの厚さに形成した。
オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸構造
の活性層を形成し、その上にＭｇドープｐ型Ａｌ0.3 Ｇ
ａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．５μｍの
厚さに、ついでＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コン
タクト層を１μｍの厚さに形成した。
【０２０２】これ以降は実施例１０と同様にして、得ら
れたＬＤ素子のレーザ発振を試みたところ、しきい値電
流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎｍのレー
ザ発振が確認された。
れたＬＤ素子のレーザ発振を試みたところ、しきい値電
流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎｍのレー
ザ発振が確認された。
【０２０３】実施例１２
実施例１０と同様にして、サファイア基板上にＧａＮバ
ッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形成
した。
ッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形成
した。
【０２０４】次に、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ
よりなる第２のｎ型クラッド層を０．５μｍの厚さに形
成した後、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる
第１のｎ型クラッド層を０．１μｍの厚さに形成した。
よりなる第２のｎ型クラッド層を０．５μｍの厚さに形
成した後、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる
第１のｎ型クラッド層を０．１μｍの厚さに形成した。
【０２０５】ついで、ノンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを
２０オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸
構造の活性層を形成し、その上にＭｇドープｐ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層を０．１
μｍの厚さに成長させ、さらにＭｇドープｐ型Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．５μｍ
の厚さに成長させ、最後にＭｇドープｐ型ＧａＮよりな
るｐ型コンタクト層を０．５μｍの厚さに成長させた。
２０オングストロームの厚さに成長させて単一量子井戸
構造の活性層を形成し、その上にＭｇドープｐ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層を０．１
μｍの厚さに成長させ、さらにＭｇドープｐ型Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ｎよりなる第２のｐ型クラッド層を０．５μｍ
の厚さに成長させ、最後にＭｇドープｐ型ＧａＮよりな
るｐ型コンタクト層を０．５μｍの厚さに成長させた。
【０２０６】これ以降は実施例１０と同様にして、得ら
れたＬＤ素子のレーザ発振を試みたところ、実施例１０
および１１のＬＤ素子のしきい値電流密度よりも低いし
きい値電流密度１．０ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎ
ｍのレーザ発振が確認された。
れたＬＤ素子のレーザ発振を試みたところ、実施例１０
および１１のＬＤ素子のしきい値電流密度よりも低いし
きい値電流密度１．０ｋＡ／ｃｍ2 で発振波長４５０ｎ
ｍのレーザ発振が確認された。
【０２０７】実施例１３
この実施例は、第１のｎ型クラッド層および活性層の形
成を除き、実施例１２と同様に行った。すなわち、第１
のｎ型クラッド層として、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎの代わりに、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層を０．１μ
ｍの厚さに成長させた。また、活性層を形成するため
に、ノンドープＩｎ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ井戸層を３０オング
ストロームの厚さに成長させ、その上にノンドープＩｎ
0.08Ｇａ0.92Ｎ障壁層を５０オングストロームの厚さに
成長させるという操作を繰り返し、井戸層／障壁層／井
戸層／障壁層／井戸層という５層構成で総膜厚１９０オ
ングストロームの多重量子井戸構造の活性層を成長させ
た。
成を除き、実施例１２と同様に行った。すなわち、第１
のｎ型クラッド層として、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎの代わりに、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層を０．１μ
ｍの厚さに成長させた。また、活性層を形成するため
に、ノンドープＩｎ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ井戸層を３０オング
ストロームの厚さに成長させ、その上にノンドープＩｎ
0.08Ｇａ0.92Ｎ障壁層を５０オングストロームの厚さに
成長させるという操作を繰り返し、井戸層／障壁層／井
戸層／障壁層／井戸層という５層構成で総膜厚１９０オ
ングストロームの多重量子井戸構造の活性層を成長させ
た。
【０２０８】得られたＬＤ素子について、実施例１０と
同様にしてレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密
度０．９ｋＡ／ｃｍ2 で５００ｎｍのレーザ発振を示し
た。
同様にしてレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密
度０．９ｋＡ／ｃｍ2 で５００ｎｍのレーザ発振を示し
た。
【０２０９】実施例１４
第１のｐ型クラッド層を形成した後、第２のｐ型クラッ
ド層を形成することなくｐ型コンタクト層を形成した以
外は実施例１０と同様にして、サファイア基板上にｐ型
コンタクト層までの各半導体層を成長させた。得られた
ウエーハについて、実施例１０と同様に、アニーリング
によるｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、およびｐ型コン
タクト層からｎ型コンタクト層までのエッチングを行っ
た後、ｐ型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成するこ
となく、ＮｉとＡｕよりなる正電極を直接形成し、ｎ型
コンタクト層の露出表面にＴｉとＡｌよりなる負電極を
形成した。こうして、所望のＬＥＤ素子を得た。このＬ
ＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発
光波長４５０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は６ｍＷ
であった。また、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を示した。
ド層を形成することなくｐ型コンタクト層を形成した以
外は実施例１０と同様にして、サファイア基板上にｐ型
コンタクト層までの各半導体層を成長させた。得られた
ウエーハについて、実施例１０と同様に、アニーリング
によるｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、およびｐ型コン
タクト層からｎ型コンタクト層までのエッチングを行っ
た後、ｐ型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成するこ
となく、ＮｉとＡｕよりなる正電極を直接形成し、ｎ型
コンタクト層の露出表面にＴｉとＡｌよりなる負電極を
形成した。こうして、所望のＬＥＤ素子を得た。このＬ
ＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発
光波長４５０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は６ｍＷ
であった。また、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を示した。
【０２１０】実施例１５
実施例１０と同様にして、サファイア基板上にｐ型コン
タクト層までの各半導体層を成長させた。得られたウエ
ーハについて、実施例１０と同様に、アニーリングによ
るｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、およびｐ型コンタク
ト層からｎ型コンタクト層までのエッチングを行った
後、ｐ型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成すること
なく、ＮｉとＡｕよりなる正電極を直接形成し、ｎ型コ
ンタクト層の露出表面にＴｉとＡｌよりなる負電極を形
成した。こうして、所望のＬＥＤ素子を得た。このＬＥ
Ｄ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光
波長４５０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は６ｍＷと
高出力であった。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を示した。
タクト層までの各半導体層を成長させた。得られたウエ
ーハについて、実施例１０と同様に、アニーリングによ
るｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、およびｐ型コンタク
ト層からｎ型コンタクト層までのエッチングを行った
後、ｐ型コンタクト層上に、電流狭窄層を形成すること
なく、ＮｉとＡｕよりなる正電極を直接形成し、ｎ型コ
ンタクト層の露出表面にＴｉとＡｌよりなる負電極を形
成した。こうして、所望のＬＥＤ素子を得た。このＬＥ
Ｄ素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光
波長４５０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は６ｍＷと
高出力であった。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を示した。
【０２１１】実施例１６
実施例１０と同様にして、サファイア基板上に、ＧａＮ
バッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形
成した。このｎ型コンタクト層は、本実施例のＬＥＤ素
子において第１のｎ型クラッド層としても作用する。
バッファ層を２００オングストロームの厚さに、ｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍの厚さに順次形
成した。このｎ型コンタクト層は、本実施例のＬＥＤ素
子において第１のｎ型クラッド層としても作用する。
【０２１２】次に、ｎ型コンタクト層の上に、ノンドー
プＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを３０オングストロームの厚さに
成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。
プＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを３０オングストロームの厚さに
成長させて単一量子井戸構造の活性層を形成した。
【０２１３】ついで、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層を０．０５μｍの厚さ
に成長させ、その上にＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層を０．５μｍの厚さに直接成長させた。
Ｎよりなる第１のｐ型クラッド層を０．０５μｍの厚さ
に成長させ、その上にＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層を０．５μｍの厚さに直接成長させた。
【０２１４】しかる後、実施例１４と同様にして、アニ
ーリングによるｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、および
ｐ型コンタクト層からｎ型コンタクト層までのエッチン
グを行った後、ｐ型コンタクト層上にＮｉとＡｕよりな
る正電極を直接形成し、ｎ型コンタクト層の露出表面に
ＴｉとＡｌよりなる負電極を形成した。こうして、所望
のＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．５Ｖ、発光波長４５０ｎｍの青色発
光を示し、発光出力も７ｍＷと高出力であった。発光ス
ペクトルの半値幅は、２０ｎｍとシャープなバンド間発
光を示した。
ーリングによるｐ型窒化物半導体層の低抵抗化、および
ｐ型コンタクト層からｎ型コンタクト層までのエッチン
グを行った後、ｐ型コンタクト層上にＮｉとＡｕよりな
る正電極を直接形成し、ｎ型コンタクト層の露出表面に
ＴｉとＡｌよりなる負電極を形成した。こうして、所望
のＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡ
において、Ｖｆ３．５Ｖ、発光波長４５０ｎｍの青色発
光を示し、発光出力も７ｍＷと高出力であった。発光ス
ペクトルの半値幅は、２０ｎｍとシャープなバンド間発
光を示した。
【０２１５】実施例１７
活性層としてＩｎ0.4 Ｇａ0.6 Ｎを５０オングストロー
ムの厚さに成長させた以外は実施例１６と同様の操作に
よりＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、このＬＥＤ
素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光波
長５２０ｎｍの緑色発光を示し、発光出力は４ｍＷであ
り、発光スペクトルの半値幅は、４０ｎｍであった。
ムの厚さに成長させた以外は実施例１６と同様の操作に
よりＬＥＤ素子を得た。このＬＥＤ素子は、このＬＥＤ
素子は、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．５Ｖ、発光波
長５２０ｎｍの緑色発光を示し、発光出力は４ｍＷであ
り、発光スペクトルの半値幅は、４０ｎｍであった。
【０２１６】実施例１８
活性層および第１のｐ型クラッド層の形成以外は実施例
３と同じ操作を行ってＬＤ素子を得た。すなわち、本実
施例では、活性層を形成するために、第１のｎ型クラッ
ド層上に井戸層としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを
２５オングストロームの厚さに成長させ、その上に障壁
層としてノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを５０オングス
トロームの厚さに成長させるという操作を１３回繰り返
し、最後に井戸層としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
を２５オングストロームの厚さに成長させ、総厚１００
０オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成
した。また、第１のｐ型クラッド層として、Ａｌ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎを５００オングストロームの厚さに成長させ
た。こうして得られたウエーハについて実施例９と同様
の処理を行って所望のＬＤ素子を得た。このＬＤ素子
は、しきい値電流密度１．０ｋＡ／ｃｍ2 で４１５ｎｍ
のレーザ発振を示した。
３と同じ操作を行ってＬＤ素子を得た。すなわち、本実
施例では、活性層を形成するために、第１のｎ型クラッ
ド層上に井戸層としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを
２５オングストロームの厚さに成長させ、その上に障壁
層としてノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを５０オングス
トロームの厚さに成長させるという操作を１３回繰り返
し、最後に井戸層としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
を２５オングストロームの厚さに成長させ、総厚１００
０オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成
した。また、第１のｐ型クラッド層として、Ａｌ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎを５００オングストロームの厚さに成長させ
た。こうして得られたウエーハについて実施例９と同様
の処理を行って所望のＬＤ素子を得た。このＬＤ素子
は、しきい値電流密度１．０ｋＡ／ｃｍ2 で４１５ｎｍ
のレーザ発振を示した。
【０２１７】実施例１９
活性層の形成以外は実施例３と同じ操作を行ってＬＤ素
子を得た。すなわち、本実施例では、活性層を形成する
ために、第１のｎ型クラッド層上に井戸層としてノンド
ープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの厚さ
に成長させ、その上に障壁層としてノンドープＩｎ0.05
Ｇａ0.95Ｎを５０オングストロームの厚さに成長させる
という操作を２６回繰り返し、最後に井戸層としてノン
ドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの厚
さに成長させ、総厚１９７５オングストロームの多重量
子井戸構造の活性層を形成した。こうして得られたウエ
ーハについて実施例９と同様の処理を行って所望のＬＤ
素子を得た。このＬＤ素子は、室温、しきい値電流密度
１．０ｋＡ／ｃｍ2 で４１５ｎｍのレーザ発振を示し
た。
子を得た。すなわち、本実施例では、活性層を形成する
ために、第１のｎ型クラッド層上に井戸層としてノンド
ープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの厚さ
に成長させ、その上に障壁層としてノンドープＩｎ0.05
Ｇａ0.95Ｎを５０オングストロームの厚さに成長させる
という操作を２６回繰り返し、最後に井戸層としてノン
ドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの厚
さに成長させ、総厚１９７５オングストロームの多重量
子井戸構造の活性層を形成した。こうして得られたウエ
ーハについて実施例９と同様の処理を行って所望のＬＤ
素子を得た。このＬＤ素子は、室温、しきい値電流密度
１．０ｋＡ／ｃｍ2 で４１５ｎｍのレーザ発振を示し
た。
【０２１８】実施例２０
実施例１６で得た青色ＬＥＤ素子と、実施例１７で得た
緑色ＬＥＤ素子と、従来のＧａＡｓ系材料またはＡｌＩ
ｎＧａＰ系の材料よりなる発光出力３ｍＷ、６６０ｎｍ
の赤色ＬＥＤとのそれぞれ一個づつを１ドットとする２
５６×２５６画素のフルカラーＬＥＤディスプレイを作
製したところ、その白色の面輝度は１万ｃｄであり、し
かも色再現領域はテレビよりも広かった。
緑色ＬＥＤ素子と、従来のＧａＡｓ系材料またはＡｌＩ
ｎＧａＰ系の材料よりなる発光出力３ｍＷ、６６０ｎｍ
の赤色ＬＥＤとのそれぞれ一個づつを１ドットとする２
５６×２５６画素のフルカラーＬＥＤディスプレイを作
製したところ、その白色の面輝度は１万ｃｄであり、し
かも色再現領域はテレビよりも広かった。
【０２１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭い窒化物
半導体発光素子が提供される。
発光出力が高く、発光スペクトルの半値幅が狭い窒化物
半導体発光素子が提供される。
【図１】本発明による窒化物半導体発光素子の一形態の
構造を示す概略断面図。
構造を示す概略断面図。
【図２】本発明による窒化物半導体発光素子の他の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図３】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図４】本発明による窒化物半導体発光素子の他の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図５】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図６】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造の一例
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の構造を
示す概略断面図。
示す概略断面図。
【図９】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形態
の構造を示す概略断面図。
の構造を示す概略断面図。
【図１０】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形
態の構造を示す概略断面図。
態の構造を示す概略断面図。
【図１１】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形
態の構造を示す概略断面図。
態の構造を示す概略断面図。
【図１２】本発明による窒化物半導体発光素子の別の形
態の構造を示す概略断面図。
態の構造を示す概略断面図。
【図１３】本発明の窒化物半導体発光素子における活性
層の井戸層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。
層の井戸層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。
【図１４】本発明の窒化物半導体発光素子における活性
層の障壁層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。
層の障壁層の厚さと発光素子の発光出力との関係を示す
グラフ図。
【図１５】本発明の窒化物半導体発光素子におけるｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。
ＡｌＧａＮクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。
【図１６】本発明の窒化物半導体発光素子におけるｎ型
ＩｎＧａＮクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。
ＩｎＧａＮクラッド層の厚さと発光素子の発光出力との
関係を示すグラフ図。
１１，９１，４０１…基板
１３，９３，４０３…ｎ型コンタクト層
１４，２１，３４，５４，５０１，９４，２９４，２９
４ａ，２９４ｂ，４１４，４１２…ｎ型クラッド層 １５，９５，４０５…活性層 １６，３６，４１，５６，５０２，９６，９６ａ，９６
ｂ，２９６，４１６，４２６，４３６…ｐ型クラッド層 １７，９７，４０７…ｐ型コンタクト層 １８，９８，４０８…負電極 １９，９９，４０９…正電極
４ａ，２９４ｂ，４１４，４１２…ｎ型クラッド層 １５，９５，４０５…活性層 １６，３６，４１，５６，５０２，９６，９６ａ，９６
ｂ，２９６，４１６，４２６，４３６…ｐ型クラッド層 １７，９７，４０７…ｐ型コンタクト層 １８，９８，４０８…負電極 １９，９９，４０９…正電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 特願平7−118046
(32)優先日 平成７年５月17日(1995．5．17)
(33)優先権主張国 日本（ＪＰ）
(72)発明者 岩佐 成人
徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜
化学工業株式会社内
(72)発明者 清久 裕之
徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜
化学工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平９−36424（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−21511（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−15041（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−249795（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−164055（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−268257（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
Claims (17)
- 【請求項１】 第１および第２の主面を有し、かつイン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、 該活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化物半
導体層、 該活性層の第２の主面に接して設けられ、かつｐ型Ｉｎ
k Ｇａ1-k Ｎ（ここで、０＜ｋ＜１）からなる第１のｐ
型クラッド層、 該第１のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、５０オングストロームから０．５μｍまでの
厚さを有し、かつｐ型Ａｌb Ｇａ1-b Ｎ（ここで、０＜
ｂ＜１）からなる第２のｐ型クラッド層、 該第２のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつｐ型ＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる
ｐ型コンタクト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２】 ｎ型窒化物半導体層が、活性層の第１の
主面に接して設けられたｎ型窒化物半導体からなるｎ型
クラッド層と、該ｎ型クラッド層よりも活性層から離れ
た位置に設けられたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト
層を含む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】 活性層と第１のｐ型クラッド層とが、合
計で３００オングストローム以上の厚さを有することを
特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光
素子。 - 【請求項４】 第１および第２の主面を有し、かつイン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、 該活性層の第１の主面に接して設けられたｎ型窒化物半
導体層、 該活性層の第２の主面に接して設けられ、かつアルミニ
ウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体からなる第１の
ｐ型クラッド層、 該第１のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、該第１のｐ型クラッド層よりも大きなバンド
ギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含むｐ
型窒化物半導体からなる第２のｐ型クラッド層、および
該第１のｐ型クラッド層と第２のｐ型クラッド層との間
に設けられ、１０オングストロームから１μｍまでの厚
さを有するｐ型ＩｎＧａＮもしくはＧａＮからなるｐ型
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５】 第１のｐ型クラッド層が、１０オングス
トロームから１．０μｍまでの厚さを有することを特徴
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】 ｎ型窒化物半導体層が、活性層の第１の
主面に接して設けられ、ｎ型ＩｎＧａＮ、ＧａＮもしく
はＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層を含むことを特徴
とする請求項４または５に記載の窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項７】 ｎ型窒化物半導体層が、ｎ型クラッド層
よりも活性層から離れた位置に設けられ、かつｎ型Ｇａ
Ｎからなるｎ型コンタクト層を含む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。 - 【請求項８】 ｎ型クラッド層が、１００オングストロ
ームから１μｍまでの厚さを有することを特徴とする請
求項６または７に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項９】 第１および第２の主面を有し、かつイン
ジウムとガリウムを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、 該活性層の第１の主面に接して設けられ、かつインジウ
ムとガリウムを含むｎ型窒化物半導体からなる第１のｎ
型クラッド層、 該第１のｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつｎ型Ａｌf Ｇａ1-f Ｎ（ここで、０＜ｆ
＜１）からなる第２のｎ型クラッド層、 該第２のｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられたｎ型コンタクト層、 該第２のｎ型クラッド層と該ｎ型コンタクト層との間に
設けられたｎ型ＩｎＧａＮからなる第３のｎ型層、およ
び該活性層の第２の主面に設けられたｐ型窒化物半導体
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１０】 ｐ型窒化物半導体がｐ型ＡｌＧａＮか
らなるｐ型クラッド層と、ｐ型ＡｌＧａＮもしくはＧａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層を含むことを特徴とする請
求項９に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１１】 ｐ型クラッド層が、１００オングスト
ローム以上の厚さを有す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。 - 【請求項１２】 第１のｎ型クラッド層が、１０オング
ストローム以上の厚さを有することを特徴とする請求項
９ないし１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光
素子。 - 【請求項１３】 第２のｎ型クラッド層が、５００オン
グストローム以上の厚さを有することを特徴とする請求
項９ないし１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発
光素子。 - 【請求項１４】 第１および第２の主面を有し、インジ
ウムとガリウムとを含む窒化物半導体を包含する量子井
戸構造の活性層、 該活性層の第１の主面上に設けられ、 該活性層の第１の主面に接して設けられ、かつインジウ
ムとガリウムを含むｎ型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮ
よりなる第１のｎ型クラッド層、 該第１のｎ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつ該第１のｎ型クラッド層よりも大きなバ
ンドギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムとを
含むｎ型窒化物半導体またはｎ型ＧａＮよりなる第２の
ｎ型クラッド層、および最外層としてのｎ型ＧａＮより
なるｎ型コンタクト層を含むｎ型窒化物半導体層、並び
に該活性層の第２の主面上に設けられ、 該活性層の第２の主面に接して設けられ、かつアルミニ
ウムとガリウムを含むｐ型窒化物半導体よりなる第１の
ｐ型クラッド層、 該第１のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、かつインジウムとガリウムとを含むｐ型窒化
物半導体またはｐ型ＧａＮよりなる第２のｐ型クラッド
層、 該第２のｐ型クラッド層よりも活性層から離れた位置に
設けられ、該第２のｐ型クラッド層よりも大きなバンド
ギャップを有し、かつアルミニウムとガリウムを含むｐ
型の窒化物半導体よりなる第３のｐ型クラッド層、およ
び最外層としてのｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層
を含むｐ型窒化物半導体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】 活性層が、厚さ１００オングストロー
ム以下の井戸層からなる単一量子井戸構造を構成するこ
とを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記
載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１６】 活性層が、インジウムおよびガリウム
を含む窒化物半導体よりなる井戸層と窒化物半導体より
なる障壁層とを積層してなる多重量子井戸構造を構成す
ることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項
に記載の窒化物半導体発光素子。 - 【請求項１７】 活性層が、ノンドープのものである請
求項１ないし１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体
発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03625096A JP3538275B2 (ja) | 1995-02-23 | 1996-02-23 | 窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3492495 | 1995-02-23 | ||
| JP8910295 | 1995-04-14 | ||
| JP7-89102 | 1995-05-17 | ||
| JP11804695 | 1995-05-17 | ||
| JP565101 | 1995-05-17 | ||
| JP7-118046 | 1995-05-17 | ||
| JP7-34924 | 1995-05-17 | ||
| US08/565,101 US5777350A (en) | 1994-12-02 | 1995-11-30 | Nitride semiconductor light-emitting device |
| JP03625096A JP3538275B2 (ja) | 1995-02-23 | 1996-02-23 | 窒化物半導体発光素子 |
Related Child Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00927699A Division JP3657795B2 (ja) | 1995-02-23 | 1999-01-18 | 発光素子 |
| JP2000309753A Division JP3433730B2 (ja) | 1995-02-23 | 2000-10-10 | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2001282288A Division JP3835225B2 (ja) | 1995-02-23 | 2001-09-17 | 窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936430A JPH0936430A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3538275B2 true JP3538275B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=27521651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03625096A Expired - Lifetime JP3538275B2 (ja) | 1995-02-23 | 1996-02-23 | 窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3538275B2 (ja) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998039827A1 (fr) | 1997-03-07 | 1998-09-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Element electroluminescent semi-conducteur a base de nitrure de gallium muni d'une zone active presentant une structure de multiplexage a puits quantique et un dispostif semi-conducteur a sources de lumiere utilisant le laser |
| JP3515361B2 (ja) * | 1997-03-14 | 2004-04-05 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JPH10335700A (ja) | 1997-06-04 | 1998-12-18 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4119501B2 (ja) * | 1997-07-10 | 2008-07-16 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| US6541797B1 (en) | 1997-12-04 | 2003-04-01 | Showa Denko K. K. | Group-III nitride semiconductor light-emitting device |
| US6147363A (en) * | 1997-12-25 | 2000-11-14 | Showa Denko K.K. | Nitride semiconductor light-emitting device and manufacturing method of the same |
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| JP2000286448A (ja) | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| JP4854829B2 (ja) * | 1999-11-22 | 2012-01-18 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2001168385A (ja) | 1999-12-06 | 2001-06-22 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| US6586762B2 (en) | 2000-07-07 | 2003-07-01 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power |
| WO2003041234A1 (fr) | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Nichia Corporation | Element semi-conducteur |
| US7268370B2 (en) * | 2003-06-05 | 2007-09-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Phosphor, semiconductor light emitting device, and fabrication method thereof |
| US7345297B2 (en) | 2004-02-09 | 2008-03-18 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| JP2005268770A (ja) | 2004-02-19 | 2005-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 白色発光素子及び白色光源 |
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