JP3651422B2 - 積層構造体、発光素子、ランプ、及び光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバリア層を具備する量子井戸構造の活性層を備えた積層構造体を構成するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＱＷ）構造とは、障壁層である薄膜のバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）層と、井戸（ｗｅｌｌ）層とを交互に周期的に積層させた超格子構造体である（応用物理学会編著、「半導体レーザの基礎」（昭和６２年５月２０日、（株）オーム社発行第１版第１刷）、１４０〜１４６頁参照）。バリア層は、井戸層にキャリア（担体）を局在化させるための障壁層であり、井戸層を構成する半導体材料よりも禁止帯幅を大とする半導体から構成するのが常である（上記の「半導体レーザの基礎」、１４０頁参照）。井戸層を唯一とする量子井戸構造は単一量子井戸構造（Ｓｉｎｇｌｅ ＱＷ：ＳＱＷ）と称され、また、複数の井戸層を備えた周期的積層構造は、多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ ＱＷ：ＭＱＷ）と呼称されている（上記の「半導体レーザの基礎」、１７１頁参照）。従来では、バリア層の障壁作用により、井戸層に局在化させた電子を利用して、高速な動作が可能な量子井戸構造型電界効果型トランジスタを構成する技術が開示されている（米国特許４，１６３，２３７号公報参照）。
【０００３】
青色帯或いは緑色帯の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）等の短波長発光素子にあっても、発光をもたらす活性層（発光層）を量子井戸構造から構成する技術が知れている（「ＩＩＩ族窒化物半導体」（１９９９年１２月８日、（株）培風館発行初版、２４７〜２５２頁参照）。従来において、井戸（ｗｅｌｌ）層とバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）層とからなる単一または多重量子井戸構造は、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）を井戸層として構成するのが一般的である（米国特許６，１５３，８９４号公報参照）。また、バリア層は、窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_XＧａ_1ーXＮ：０≦Ｘ≦１）から構成されているのがもっぱらである（上記の米国特許６，１５３，８９４号参照）。
【０００４】
単一量子井戸構造或いは多重量子井戸構造の発光層は、従来では、ｐ形またはｎ形の窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体からなる障壁（クラッド）層上に設けられている。最近では、リン化硼素系半導体からなる障壁層上に発光層を設けてなる、珪素単結晶（Ｓｉ：シリコン）を基板とする発光ダイオード（ＬＥＤ）が発明されている。
【０００５】
従来では、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）（特公昭５５−３８３４号公報参照）や含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多元混晶から構成した発光層を利用した発光素子が開示されている（特開平１０−２４７７４５号公報参照）。例えば、Ｇａ_0.25Ａｌ_0.3Ｂ_0.5Ｎ_0.5Ｐ_0.5５元（５元素）混晶とリン化硼素（ＢＰ）との超格子構造から発光層が構成されている（上記の特開平１０−２４７７４５号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例の如く、発光層を含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の多元混晶を含む超格子構造層から構成するに際しては、超格子構造の各構成層の接合界面で組成を急峻に変化させるために特別な形成装置が必要とされる難点がある（特開平２−２８８３７１号公報参照）。また、構成元素数が少ない程、より簡便に安定した組成の混晶を得るには優位であるので（寺本巖著、「半導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日、（株）培風館発行初版、２４頁参照）、そもそも、各構成元素間の組成比を一定とする上記の如くの５元混晶を安定に得るには、例えば、構成元素原料の供給量を精密に制御する高度な形成手段を必要とし、煩雑となっている。
【０００７】
また、リン化硼素系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層上に窒化ガリウム・インジウム等の単一層からなる発光層を設ける従来の構成では、発光層より出射される発光の半値幅が広いため、より単色性に優れる発光が求められていた。例えば、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ）発光層から出射される中心発光波長を約４２０ナノメータ（ｎｍ）とする青紫光の半値幅は、約３８０ミリエレクトロンボルト（ｍｅＶ）から約４００ｍｅＶと拡幅しているのが現状である。
【０００８】
発光層を唯一、単一層からではなく、量子井戸構造から構成することとすれば、画一的な量子準位の創成に依り、発光の単色化が図れるのは周知である（上記の「半導体レーザの基礎」、１６４頁参照）。また、発光層を量子井戸構造から構成すると、レーザーダイオード（ＬＤ）の発振閾値電圧（所謂、Ｖｔｈ）の低減に貢献するとされる（上記の「半導体レーザの基礎」、１７３〜１７８頁参照）。しかしながら、従来において、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に簡便に接合させられ、且つ、単色性に優れる発光を出射できる量子井戸構造の発光層の構成については知られていない。
【０００９】
本発明は、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる障壁層上に、量子井戸構造からなる発光層を構成するに際し、単色性に優れる発光をもたらすに好適となる量子井戸構造からなる発光層の構成を提示することを目的としている。また、その量子井戸構造からなる発光層を備えた積層構造体を利用して構成した発光の単色性に優れる発光素子、ランプ（ｌａｍｐ）乃び光源を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、単結晶の基板上に設けられた非晶質または多結晶の硼素（Ｂ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなる緩衝層と、緩衝層上に設けられた含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層と、障壁層上に設けられたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備えた積層構造体であって、特に、次の（１）乃至（６）項に記載の積層構造体である。
（１）活性層が、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）層とＩＩＩ族窒化物半導体からなる井戸（ｗｅｌｌ）層とから構成される量子井戸構造からなることを特徴とする積層構造体。
（２）バリア層が、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、障壁層に接合して設けられていることを特徴とする前記（１）に記載の積層構造体。
（３）井戸層が、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数のＩＩＩ族窒化物半導体からなり、障壁層に接合して設けられていることを特徴とする前記（１）に記載の積層構造体。
（４）井戸層とバリア層とが、同一の格子定数を有することを特徴とする前記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の積層構造体。
（５）バリア層が、リン化硼素・ガリウム（Ｂ_XＧａ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする前記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の積層構造体。
（６）バリア層が、リン化硼素・インジウム（Ｂ_XＩｎ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）から構成されていることを特徴とする前記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の積層構造体。
【００１１】
また本発明は、次の（７）乃至（９）に記載の発光素子、ランプ、及び光源を提供する。
（７）前記（１）乃至（６）の何れか１項に記載の積層構造体を用いて構成したことを特徴とする発光素子。
（８）前記（７）に記載の発光素子から構成したことを特徴とするランプ。
（９）前記（８）に記載のランプから構成したことを特徴とする光源。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に例示するＬＥＤ用途の積層構造体１Ａをもって、本発明の第１の実施形態を説明する。第１の実施形態に係わる積層構造体１Ａは、活性層（発光層）１０４を量子井戸構造としているのが特徴である。
【００１３】
積層構造体１Ａの基板１０１には、珪素単結晶（シリコン）、リン化ガリウム（ＧａＰ）または砒化ガリウム（ＧａＡｓ）或いはリン化硼素（ＢＰ）（▲１▼Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２０（１９７３）、ｐ．ｐ．８０２〜８０６．、及び▲２▼米国特許５，０４２，０４３号公報参照）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を利用できる。基板１０１をなす単結晶表面の面方位は、｛１００｝、｛１１０｝、或いは｛１１１｝等から選択できる。導電性の結晶材料を基板とすれば、基板１０１裏面に正負、何れかの極性のオーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極１０７を敷設でき、簡便に発光素子を構成するに寄与できる。特に、抵抗率を１０ミリオーム（ｍΩ）以下、より望ましくは１ｍΩ以下とする低い比抵抗（抵抗率）の導電性単結晶基板は、順方向電圧（所謂、Ｖｆ）の低いＬＥＤをもたらすに貢献する。また、放熱性に優れるため安定した発振をもたらすＬＤを構成するに有効となる。
【００１４】
単結晶基板１０１上には、連続性の有る障壁層１０３の形成を促進するために緩衝層１０２を設ける。緩衝層１０２を、障壁層１０３をなす含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成する元素（構成元素）を含む含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成すると、その構成元素の「成長核」としての作用により、連続性のある障壁層１０３の形成を促進できる。含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる緩衝層１０２は例えば、一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ａｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）で表記されるリン化硼素系半導体から好適に構成できる。また、例えば、一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ｎ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０＜δ＜１）で表記される窒素（Ｎ）を含むリン化硼素系半導体から構成できる。好ましくは、構成元素数が少なく、簡便に構成できる２元結晶或いは３元混晶から構成する。例えば、単量体リン化硼素（ＢＰ）、リン化アルミニウム・硼素混晶（Ｂ_αＡｌ_βＰ：０＜α≦１、α＋β＝１）、リン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ_αＧａ_δＰ：０＜α≦１、α＋δ＝１）、或いはリン化硼素・インジウム混晶（Ｂ_αＩｎ_{1- α}Ｐ：０＜α≦１）などから構成する。
【００１５】
障壁層１０３と基板１０１の単結晶材料とが格子不整合の関係にある場合、緩衝層１０２を非晶質または多結晶の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成するのが好適となる。非晶質または多結晶の緩衝層１０２は、基板１０１と積層構造体１Ａの構成層との格子不整合性を緩和して、ミスフィット転位等の結晶欠陥密度の小さい積層構造体１Ａの構成層をもたらす作用を発揮する。例えば、緩衝層１０２を多結晶のリン化硼素（ＢＰ）から構成する例が挙げられる（米国特許６，０６９，０２１号参照）。緩衝層１０２を構成するに適する非晶質または多結晶の例えば、Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ａｓ_δ層（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）は例えば、ＭＯＣＶＤ法（Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒ．，Ｎｏ．１２９（ＩＯＰ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．，１９９３）、１５７〜１６２頁参照）により成膜温度を、比較的低温の２５０℃〜７５０℃とすれば形成できる（米国特許６，１９４，７４４号参照）。約５００℃以下の低温では、非晶質を主体とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が得られ易い。大凡、５００℃〜７５０℃のより高温領域では多結晶を主体とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が得られる。ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で非晶質の緩衝層１０２は、より高温の７５０℃〜約１２００℃の温度環境に曝されると多結晶層に変換されるのが通常である。緩衝層１０２が非晶質層か多結晶層であるかは、例えば、一般的なＸ線回折法、電子線回折法に依る回折像の解析から知ることができる。緩衝層１０２を構成する非晶質層または多結晶層の層厚は約１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上で５０ｎｍ以下とするのが望ましい。
【００１６】
また、緩衝層１０２を、基板１０１を構成する単結晶材料に格子整合する材料から構成すると、単結晶基板１０１と積層構造体１Ａの構成層、例えば障壁層１０３との格子不整合性が緩和され、格子のミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）に起因する結晶欠陥の少ない良質の障壁層１０３、しいては発光層１０４が得られる。例えば、シリコン（格子定数≒５．４３１Å）に格子整合する半導体材料として、リン化硼素・ガリウム（Ｂ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ：格子定数≒５．４３１Å）を例示できる。また、リン化硼素・ガリウム（Ｂ_0.32Ｇａ_0.68Ｐ：格子定数≒５．４５０Å）や砒化硼素・ガリウム（Ｂ_0.23Ｇａ_0.77Ａｓ：格子定数≒５．４５０Å）等からはＧａＰ単結晶（格子定数≒５．４５０Å）基板と格子整合を果たす緩衝層１０２を構成できる（特開２０００−２２２１１号公報参照）。
【００１７】
緩衝層１０２上には、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層１０３を設ける。障壁層１０３は例えば、、一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ａｓ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０≦δ＜１）、或いは一般式Ｂ_αＡｌ_βＧａ_γＩｎ_{1- α - β - γ}Ｐ_{1- δ}Ｎ_δ（０＜α≦１、０≦β＜１、０≦γ＜１、０＜α＋β＋γ≦１、０＜δ＜１）で表記される含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成できる。発光層１０４の下地層（被堆積層）となる障壁層１０３を、例えば、緩衝層１０２との接合界面で緩衝層１０２に格子整合し、且つ、発光層１０４側の表面で発光層１０４に格子整合する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成すると、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位、積層欠陥等の結晶欠陥密度の低い良質の発光層１０４をもたらすに貢献できる。緩衝層１０２及び発光層１０４の双方の層に格子整合する障壁層１０３は、例えば、第ＩＩＩ族若しくは第Ｖ族の構成元素の組成に勾配を付した含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成できる（特開２０００−２２２１１号公報参照）。構成元素の組成勾配は、層厚の増加方向に一律に、または段階的に、或いは非直線的に増減させる何れの様式でも付すことができる。例えば、シリコン基板１０１に格子整合するリン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ_0.02Ｇａ_0.98Ｐ）からなる緩衝層１０２上に形成する障壁層１０３は、緩衝層１０２との接合面から窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ：格子定数≒４．５５７Å）からなる井戸層１０４ａとの接合面に向けて、硼素組成比（＝Ｘ）を０．０２からを０．９８に直線的に増加させたリン化硼素・ガリウム組成勾配層（Ｂ_αＧａ_δＰ：α＝０．０２→０．９８、対応してδ＝０．９８→０．０２）から構成できる。
【００１８】
含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層１０３は、特に室温での禁止帯幅（ｂａｎｄ ｇａｐ）を３．０±０．２ｅＶとするリン化硼素（ＢＰ）を母体材料として構成されたリン化硼素（ＢＰ）系半導体層から好適に構成できる。例えば、室温での禁止帯幅を３．０ｅＶとする単量体のリン化硼素（ｂｏｒｏｎ ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）とリン化ガリウム（ＧａＰ：室温禁止帯幅≒２．３ｅＶ）との混晶である、室温での禁止帯幅を約２．７ｅＶとする窒化リン化ガリウム混晶（Ｂ_0.50Ｇａ_0.50Ｐ）から好適に障壁層１０３を構成することができる。室温で高い禁止帯幅を有するリン化硼素系半導体からなる障壁層は、特に、成長速度と原料の供給比率の双方を規定された範囲内に設定することにより形成できる。障壁層の成長速度は、好ましくは、毎分２ｎｍ以上で３０ｎｍ以下とする。また、成長速度と併せて、Ｖ族元素とＩＩＩ族元素の原料の供給比率（所謂、Ｖ／ＩＩＩ比）を好ましくは１５以上で６０以下の範囲にすると形成できる。リン化硼素系半導体の禁止帯幅は、例えば屈折率（＝ｎ）と消衰係数（＝ｋ）から求められる複素誘電率の虚数部（ε₂＝２・ｎ・ｋ）の光エネルギー依存性から求められる。
【００１９】
発光層１０４は、単一或いは多重量子井戸構造から構成する。量子井戸構造を構成する井戸層１０４ａは、例えば、近紫外光や青色帯または緑色帯の短波長可視光を放射できる窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）や窒化リン化ガリウム（ＧａＮ_1-XＰ_X：０≦Ｘ≦１）等の窒素含有ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体）層から構成する。ＧａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）からは、リン（Ｐ）組成比（＝１−Ｘ）に依存する禁止帯幅の非直線的な変化に依り（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６０（２０）（１９９２）、２５４０〜２５４２頁参照）、近紫外帯から赤色帯の発光をもたらす井戸層１０４ａを構成できる。
【００２０】
量子井戸構造をなすバリア層１０４ｂは、本発明では、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。例えば、リン化硼素・インジウム（Ｂ_XＩｎ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）等の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、井戸層１０４ａを構成するＧａ_XＩｎ_1-XＮ（０≦Ｘ≦１）またはＧａＮ_1-XＰ_X（０≦Ｘ≦１）等と略同温で形成できる。このため、井戸層１０４ａへ与える熱的損傷を低減でき、井戸層１０４ａの結晶性の熱的劣化を防止できる。即ち、良質の活性層を井戸層として含む量子井戸構造を構成できる利点がある。
【００２１】
バリア層１０４ｂは、井戸層１０４ａをなす半導体材料よりも禁止帯幅を大とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成する。望ましくは、井戸層１０４ａよりも約０．１エレクトロンボルト（ｅＶ）以上、更に望ましくは０．２ｅＶ以上高い禁止帯幅を保有する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。例えば、室温での禁止帯幅を約２．８ｅＶとする立方晶の窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ_0.60Ｉｎ_0.40Ｎ）からなる井戸層１０４ａに対し、バリア層１０４ｂを室温での禁止帯幅を３．０ｅＶとする単量体のリン化硼素（ＢＰ）から構成する。井戸層１０４ａとの禁止帯幅の差異をより大とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からバリア層１０４ｂを構成すれば、井戸層１０４ａにより効果的にキャリアを閉じ込められる。また、井戸層１０４ａ内に形成される量子準位をより高くすることができ、従って、発光波長をより短波長とするに貢献できる。
【００２２】
本発明の量子井戸構造は、井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂとを直接接合させて構成するのを基本とする。加えて、井戸層１０４ａからバリア層１０４ｂへかけての禁止帯幅を緩慢に変化させるためのＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造のような積層構造から構成することもできる。例えば、井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂとの間に、井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂ間の中間的な禁止帯幅の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を配置した構造より構成できる。この様な中間的な禁止帯幅の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、特に、薄膜の井戸層１０４ａについて、発光の閉じ込めをより充分とするに作用する。
【００２３】
量子井戸構造からなる発光層１０４を障壁層１０３上に設けるに際し、バリア層１０４ｂが、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数格子を有し、格子整合する障壁層１０３に接合して設けられる構成すれば、結晶性に優れたバリア層１０４ｂを得ることができる。格子不整合性に起因する結晶欠陥密度の小さい結晶性に優れるバリア層１０４ｂは、良質の量子井戸構造からなる発光層を構成するに寄与する。障壁層１０３上に接合させるバリア層１０４ｂは、障壁層１０３以下で井戸層１０４ａを越える禁止帯幅の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成すれば、例えばＬＥＤの順方向電圧を調整する際に好適となるため好ましい。本発明の第２の実施形態の好例として、障壁層１０３をリン化硼素・ガリウム混晶（Ｂ_0.90Ｇａ_0.10Ｐ：禁止帯幅≒２．９３ｅＶ）から構成し、バリア層１０４ｂをリン化ガリウム・インジウム混晶（Ｂ_0.93Ｉｎ_0.07Ｐ：禁止帯幅≒２．８８ｅＶ）から構成する例を挙げられる。
【００２４】
また、活性層を構成する井戸層が、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数のＩＩＩ族窒化物半導体からなり、井戸層１０４ａを、格子整合する障壁層１０３に接合して設ける構成とすると、結晶性に優れた井戸層１０４ａを得ることができる。格子不整合性に起因する結晶欠陥密度の小さい結晶性に優れる井戸層１０４ａは、良質の量子井戸構造からなる発光層を構成するに寄与する。本発明の第３の実施形態の好例として、障壁層１０３をリン化硼素・インジウム混晶（Ｂ_0.91Ｉｎ_0.09Ｐ：格子定数≒４．６５１Å）から構成し、井戸層１０４ａを窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇａ_0.70Ｉｎ_0.30Ｎ：格子定数≒４．６５１Å）から構成する例を挙げられる。井戸層１０４ａまたはバリア層１０４ｂの何れかを障壁層１０３に接合させる構成において、障壁層１０３との間に障壁差を緩やかに減する役目を果たす機能層を配置する構成とすると、（日本国特許第２９９２９３３号公報参照）、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の順方向電圧（所謂、Ｖｆ）を低減するに効果がある。また、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）にあって、発振閾値電圧（Ｖｔｈ）を低下させるに有効となる。
【００２５】
障壁層１０３に井戸層１０４ａを直接接合させる構成にあって、障壁層１０３は、井戸層１０４ａを越える禁止帯幅の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成する。また例えば、量子ドット（ｄｏｔ）状の微結晶体からなる従属相と、従属相より禁止帯幅を大とし結晶層を主体的に構成する主体相との多相構造（日本国特許第３０９００６３号公報参照）からなる井戸層１０４ａの場合、障壁層１０３は主体相よりも禁止帯幅を大とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成するのが望ましい。
【００２６】
また、障壁層１０３を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、緩衝層１０２の介在により、基板１０１の表面に略平行に配列した｛１１０｝結晶面が積重してなる｛１１０｝−結晶層となる。例えば、非晶質のリン化硼素（ＢＰ）から構成された緩衝層１０２上には、｛１１０｝−ＢＰ結晶層がもたらされる。単量体リン化硼素（ＢＰ）は、格子定数を約４．５３８Åとする閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ−ｂｌｅｎｄ）型の立方晶結晶である（上記の「半導体デバイス概論」、２８頁参照）。従って、立方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）の格子定数（≒４．５１０Å）と略同等の格子定数を有するリン化硼素から障壁層１０３を構成すると、障壁層１０３に立方晶を主体としてなる窒化ガリウム層を形成できる。また、リン化硼素の｛１１０｝結晶面間の面間隔は約３．２０９Åであり、六方晶ウルツ鉱（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶型の窒化ガリウムのａ軸格子定数である３．１８０Åと略一致する。このため、リン化硼素からなる障壁層１０３上には、結晶性に優れる六方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）を形成することができる。立方晶と六方晶何れのかの結晶層が優勢に形成されるかは、ＧａＮの形成温度に依存する。７５０℃を越え約１０００℃以下の温度では、立方晶の窒化ガリウム層が形成され易い。より高温では、六方晶を主体としてなるＧａＮ層が優勢的に形成される。例えば、ＧａＮからなる井戸層１０４ａをＢＰ障壁層１０３に直接、接合させて設ける積層構成とすれば、立方晶と六方晶の何れの結晶形の井戸層１０４ａをもたらすこともできる。
【００２７】
量子井戸構造を、同一の格子定数を有する、即ち、格子整合の関係にあるＩＩＩ族窒化物半導体からなる井戸層１０４ａ及び含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバリア層１０４ｂから構成すると、殊更、結晶欠陥の少ない良質の量子井戸構造を得ることができる。本発明の第４の実施形態の一例として、井戸層１０４ａを立方晶の窒化リン化ガリウム混晶（ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03：格子定数≒４．５３８Å）から構成し、バリア層１０４ｂをリン化硼素（ＢＰ：格子定数≒４．５３８Å）から構成する例を挙げられる。第４の実施形態は、格子定数が一致さえすれば良く、立方晶閃亜鉛鉱型或いは六方晶ウルツ鉱（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）型の何れの結晶形のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からも実現できる。例えば、井戸層１０４ａを六方晶結晶層から構成し、バリア層１０４ｂを立方晶結晶層から構成できる。井戸層１０４ａ及びバリア層１０４ｂの双方を立方晶閃亜鉛鉱型の結晶層から構成すると、従来の六方晶ウルツ鉱型結晶層の接合構造とは異なり、ピエゾ（ｐｉｅｚｏ）電界（上記の「ＩＩＩ族窒化物半導体」）、２８９〜２９０頁参照）に因るバンドの曲折が抑制される。
【００２８】
発光層１０４を、多重量子井戸構造から構成すれば、単一量子井戸構造より光の閉じ込めに効果的となる（上記の「半導体レーザの基礎」、１４３頁）。一井戸層１０４ａと一バリア層１０４ｂとからなる積層単位を複数の単位で周期的に積層させれば、多重量子井戸構造を構成できる。積層周期数は３以上とするのが望ましく、更には、５以上で１０以下とするのが最適である。井戸層１０４ａの層厚は、概して数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲で大凡、約３０ｎｍ以下とするのが適する。また、バリア層１０４ｂはトンネル（ｔｕｎｎｎｅｌ）効果により、キャリアを透過させるに充分な大凡、５０ｎｍ以下の層厚とする。井戸層１０４ａをより薄層とする程、より高い量子準位が形成される。形成される量子準位は、クローニッヒ・ペニー（Ｋｒｏｎｉｇ・Ｐｅｎｎｙ）模型を基に井戸層１０４ａの層厚を変数として求められる（日本物理学会編著、「半導体超格子の物理と応用」（昭和６１年９月３０日、（株）培風館発行初版第４刷）、２１１〜２１３頁参照）。
【００２９】
多重量子井戸構造は、同一の伝導形を有する井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂとから構成する。例えば、ｎ形の井戸層１０４ａとｎ形のバリア層１０４ｂとを交互に周期的に積層させた構造から構成する。ｎ形バリア層１０４ｂを構成するためのｎ形の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体導電層を得るドーパント（ｄｏｐａｎｔ）としては、珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）等の第ＩＶ族元素、並びに硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等の第ＶＩ族元素を例示できる。ｐ形ドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）やベリリウム（Ｂｅ）などの第ＩＩ族元素を例示できる。添加するドーパントの量は、井戸層１０４ａ及びバリア層１０４ｂの各構成材料の間の混晶化（上記の「半導体超格子の物理と応用」、８４頁参照）を招かない程度に抑制するのが望ましい。単一或いは多重量子井戸構造に拘わらず、井戸層１０４ａは不純物を故意に添加していないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）の高純度層から構成するのを最適とする。
【００３０】
多重量子井戸構造にあって、終端をなす層は井戸層１０４ａまたはバリア層１０４ｂの何れであっても構わない。発光層１０４をなす量子井戸構造の表面側の終端をなす井戸層１０４ａまたはバリア１０４ｂ上に、上部障壁層１０５を設ければ、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造型の発光部を構成できる。量子井戸構造の終端をなすのが井戸層１０４ａである場合、それに接合させて設けた上部障壁層１０５はバリア層１０４ｂと同じく、井戸層１０４ａに対する障壁層として作用する。上部障壁層１０５は、発光層１０４の下方の基板１０１との間に配置された障壁層１０３と同じく含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成するのが好ましい。上部障壁層１０５は障壁層１０３とは伝導形を反対とする導電層から構成する。また、上部障壁層１０５の伝導形は、発光層１０４をなす井戸層１０４ａとは同一であっても逆であっても構わない。
【００３１】
上部障壁層１０５を、量子井戸構造の終端をなす井戸層１０４ａまたはバリア層１０４ｂと格子整合する半導体材料から構成すれば、例えば、井戸層１０４ａに印加される歪みを減少させることができ、発光層１０４の良好な晶質を維持するに貢献できる。また、特に、上部障壁層１０５を、発光層１０４の形成に要する温度或いはそれ以下の温度で形成できる半導体材料から構成すれば、発光層１０４が被る熱的損傷を低減でき、発光層１０４の品質を維持するにより効果を奏する。上記の如く、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、井戸層１０４ａをなす例えば、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ）と同等の温度で形成できるため、上部障壁層１０５を構成するに好適な材料となる。
【００３２】
本発明の第５の実施形態では、バリア層１０４ｂを特に、リン化硼素・ガリウム（Ｂ_XＧａ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）から構成する。また、本発明の第６の実施形態では、バリア層１０４ｂを、特に、リン化硼素・インジウム（Ｂ_XＩｎ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）から構成する。何れの含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料も、３元混晶であり簡便に形成できる。３元混晶を形成するための手段には、上記のＭＯＣＶＤ法に加え、例えば、三塩化硼素（ＢＣｌ₃）／三塩化リン（ＰＣｌ₃）／水素（Ｈ₂）反応系ハライド（ｈａｌｉｄｅ）気相成長法、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）／ホスフィン（ＰＨ₃）／Ｈ₂反応系ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長法等がある。また、発光層１０４と略同等の温度で形成できるため、発光層１０４の高温環境下での熱的劣化を防止できる利点がある。障壁層１０３及び上部障壁層１０５も同じくＢ_XＧａ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）またはＢ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）から構成できる。
【００３３】
本発明の第７の実施形態では、上記の積層構造体１Ａを母体材料として発光素子を構成する。例えば、ダブルヘテロ接合（ＤＨ）構造型のＬＥＤ１Ｂは、積層構造体１Ａをなす発光層１０４上の上部障壁層１０５上に表面オーミック電極１０６を設け、また、基板１０１の裏面に裏面オーミック電極１０７を配置して構成する。基板１０１を導電性の単結晶材料から構成すれば、その裏面にオーミック電極を設けられ、発光素子を製造するための電極形成工程を簡略となすことができる。含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる上部障壁層１０５へのｐ形オーミック電極は、例えば、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金、金・ベリリウム（Ａｕ・Ｂｅ）合金等から構成できる。また、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金、金・インジウム（Ａｕ・Ｉｎ）合金、並びに金・錫（Ａｕ・Ｓｎ）合金などの金合金等からｎ形オーミック電極を形成できる。良好なオーミック接触性を発揮する電極を形成するために、表面オーミック電極１０６を形成する良導性のコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）層を上部障壁層の上に設けることもできる。本発明に係わる高い禁止帯幅の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、発光を取り出し方向に透過する窓層を兼用する表面オーミック電極１０６用途のコンタクト層を構成するに好適である。
【００３４】
本発明に依る発光素子からは高輝度のランプを構成できる。例えば、本発明の第８の実施形態のランプ１０は次の如くの工程をもって構成できる。図２に例示する如く、基板１１上に本発明に係わる量子井戸構造の発光層１２を備えたＬＥＤを、台座１５上の銀（Ａｇ）或いはアルミニウム（Ａｌ）等の金属を鍍金した碗体１６の中央部に導電性の接合材で固定する。これより、基板１１の底面に設けた一極性の電極１４を台座１５に付属する一端子１７に電気的に接続させる。また、上部障壁層上に設置した電極１３を座１５に付属する他の一方の端子１８に結線する。一般的な半導体封止用のエポキシ樹脂１９で碗体１６を囲繞する様に封止すればランプ１０を構成できる。また、本発明に依り、特に、｛１１０｝結晶面からなる含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を障壁層１０３を備えた積層構造体では、｛１１０｝結晶方位への劈開を利用して、約２００μｍ〜約３００μｍ角の小型ＬＥＤを簡便に形成でき、従って、特に、設置容積を小とする表示器等として好適な小型の発光ダイオードランプ１０を構成できる。
【００３５】
また、ＬＥＤチップ或いは樹脂封止されたダイオードランプ１０を集合させれば、光源を構成できる。例えば、複数のランプ１０を電気的に並列に接続させて、定電圧駆動型の光源を構成できる。また、電気的に直列にランプ１０を接続して定電流駆動型の光源を構成できる。これらのＬＥＤを利用するランプ１０からなる光源は、従来の白熱型のランプ光源とは異なり、点灯によりさほど放熱を伴わないため、冷光源として特に有用に利用できる。例えば、冷凍食品の展示用光源として利用できる。また、例えば、屋外表示器、交通信号を提示するための信号器、自動車用途の方向指示器或いは照明機器等に好適に用いられる光源を構成できる。
【００３６】
【作用】
本発明に係わる含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層は、量子井戸構造の発光層に対してキャリア及び光の閉じ込め層として作用する。
【００３７】
【実施例】
（第１実施例）
リン化硼素（ＢＰ）からなるバリア層と窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）からなる井戸層とで構成される量子井戸構造の発光層を備えた積層構造体からＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
【００３８】
本実施例に係わるＬＥＤ２Ｂの平面模式図を図３に示す。また、図３に示す破線Ｘ−Ｘ’に沿ったＬＥＤ２Ｂの断面模式図を図４に示す。図３及び図４に示す積層構造体２Ａにおいて、図１に例示した積層構造体１Ａと同一の構成要素については図１と同一の符号を付してある。
【００３９】
ＬＥＤ２Ｂ用途の積層構造体２Ａは、硼素（Ｂ）ドープでｐ形の（１１１）面を有するＳｉ単結晶を基板１０１として構成した。基板１０１上には、トリエチル硼素（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ）／ホスフィン（ＰＨ₃）／水素（Ｈ₂）系常圧ＭＯＣＶＤ法により、３５０℃で、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で非晶質を主体とするリン化硼素からなる緩衝層１０２を堆積した。緩衝層１０２の層厚は５ｎｍとした。
【００４０】
緩衝層１０２の表面には、上記のＭＯＣＶＤ気相成長手段を利用して、８５０℃でマグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたｐ形リン化硼素（ＢＰ）層からなる障壁層１０３を積層した。マグネシウムのドーピング源にはビス−シクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）を用いた。障壁層１０３をなすｐ形ＢＰ層のキャリア濃度は８×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また、層厚は７００ｎｍとした。障壁層１０３をなすｐ形ＢＰ層は、緩衝層１０２を下地層とする積層手段に依って、基板１０１の表面に略平行に配列した｛１１０｝結晶層からなる亀裂の無い連続膜となった。障壁層１０３の室温での禁止帯幅は、およそ３．０ｅＶとなった。
【００４１】
障壁層１０３の表面には、上記のＭＯＣＶＤ気相成長手段を利用して、８５０℃において、アンドープでｎ形の単量体リン化硼素（ＢＰ：格子定数≒４．５３８Å）からなるバリア層１０４ｂを積層させた。バリア層１０４ｂの層厚は３５ｎｍとした。バリア層１０４ｂをなすリン化硼素層は、Ｖ／ＩＩＩ比率（＝ＰＨ₃／（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ供給比率）を３０とし、成長速度を毎分２０ｎｍとして形成したため、室温での禁止帯幅は、障壁層１０３と同じくおよそ３．０ｅＶとなった。バリア層１０４ｂの表面には、アンドープでｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎ：格子定数≒４．５３８Å）からなる井戸層１０４ａを積層した。井戸層１０４ａの層厚は１０ｎｍとした。井戸層１０４ａは、トリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ）／トリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ／アンモニア（ＮＨ₃）／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、８５０℃で成長させた。バリア層１０４ｂと井戸層１０４ａとからなる積層単位を繰り返し５周期に亘り積層した多重量子井戸構造から発光層１０４を構成した。
【００４２】
発光層１０４の表面をなすｎ形井戸層１０４ａ上には、珪素（Ｓｉ）ドープｎ形リン化硼素（ＢＰ；格子定数≒４．５３８Å）層を上部障壁層１０５として積層させた。上部障壁層１０５のキャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、また、層厚は２８０ｎｍとした。上部障壁層１０５は、障壁層１０３及びバリア層１０４ｂと同じく、室温禁止帯幅をおよそ３．０ｅＶとする単量体のリン化硼素より構成した。障壁層１０３と、それに格子整合する井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂとからなる発光層１０４と、上部障壁層１０５とから格子整合系のダブルヘテロ接合（ＤＨ）構造型の発光部を構成した。
【００４３】
上部障壁層１０５の表面には円形の表面オーミック電極１０６を配置した。ｎ形の表面オーミック電極１０６は金（Ａｕ）・ゲルマニウム（Ｇｅ）合金の真空蒸着膜から構成した。表面オーミック電極１０６の直径は１２０μｍとした。また、ｐ形Ｓｉ基板１０１の裏面の略全面には、裏面オーミック電極１０７を配置してＬＥＤ２Ｂを構成した。ｐ形の裏面オーミック電極１０７はアルミニウム（Ａｌ）真空蒸着膜から構成した。Ｓｉ単結晶１０１を［２１１］方向に平行及び垂直な方向に裁断して、一辺を約３００μｍとする正方形のＬＥＤ２Ｂとした。
【００４４】
表面オーミック電極１０６と裏面オーミック電極１０７との間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流した際の発光中心波長は４０７ｎｍとなった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は１２ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。一般的な積分球を利用して測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は７ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高発光強度のＬＥＤ２Ｂが提供された。また、本発明では、緩衝層１０２を介して積層した連続性に優れる障壁層１０３を下地層として発光層１０４を形成したため、発光層１０４は連続性に優れるものとなり、この連続性を反映して、発光層１０４の全面から略均等の強度の発光がもたらされた。Ｉ−Ｖ特性から求めた順方向電圧（所謂、Ｖｆ）は３．６Ｖ（順方向電流＝２０ｍＡ）となった。また、逆方向電圧は６Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）であり、高耐圧のＬＥＤが提供された。
【００４５】
（第２実施例）
リン化硼素・インジウム（Ｂ_XＩｎ_1-XＰ：０≦Ｘ≦１）バリア層と、窒化リン化ガリウム（ＧａＮ_1ーXＰ_X：０≦Ｘ≦１）井戸層とからなる量子井戸構造の発光層を備えた積層構造体から短波長可視ＬＥＤを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
【００４６】
本実施例に係わるＬＥＤ３Ｂの断面模式図を図５に示す。図５に示す積層構造体３Ａにおいて、図１に例示した積層構造体１Ａと同一の構成要素については図１と同一の符号を付してある。ＬＥＤ３Ｂ用途の積層構造体３Ａは、アンチモン（Ｓｂ）ドープでｎ形の（１００）面を有するＳｉ単結晶を基板１０１として構成した。基板１０１上には、（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｂ／（ＣＨ₃）₃Ｉｎ／ＰＨ₃／Ｈ₂系常圧ＭＯＣＶＤ法により、４００℃でアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）のｎ形リン化硼素・インジウム（Ｂ_XＩｎ_1-XＰ）緩衝層１０２を堆積した。緩衝層１０２を構成するＢ_XＩｎ_1-XＰ混晶の硼素組成比（＝Ｘ）は、Ｓｉと同一の格子定数（≒５．４３１Å）を与える０．３３とした。緩衝層１０２の層厚は１２ｎｍとした。
【００４７】
緩衝層１０２の表面には、上記の常圧ＭＯＣＶＤ法により８５０℃で形成した、硼素（Ｂ）組成比（＝Ｘ）に勾配を付した珪素（Ｓｉ）ドープｎ形Ｂ_XＩｎ_1-XＰ組成勾配層からなる障壁層１０３を積層した。障壁層１０３は、緩衝層１０２との接合界面で硼素組成比（＝Ｘ）を０．３３とし、量子井戸構造型の発光層１０４をなす井戸層１０４ａと接合する表面で０．９９としたＢ_XＩｎ_1-XＰ（Ｘ＝０．３３→０．９９）組成勾配層から構成した。硼素組成比（＝Ｘ）は、組成勾配層の層厚が５００ｎｍに到達する間に直線的に変化させた。障壁層１０３をなす組成勾配層の平均的なキャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。また、Ｂ_XＩｎ_1-XＰ組成勾配層は、成長速度を毎分３０ｎｍとし、原料供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率＝ＰＨ₃／（（ＣＨ₃）₃Ｇａ＋（ＣＨ₃）₃Ｉｎ））を４０として形成したため、障壁層１０３の発光層１０４側の表層部での室温禁止帯幅は３．０ｅＶとなった。
【００４８】
障壁層１０３上には、珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の立方晶を主体とした窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ_XＩｎ_1-XＮ：０≦Ｘ≦１）からなる井戸層１０４ａを積層した。井戸層１０４ａは、障壁層１０３の表面をなすＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐ（格子定数≒４．５５７Å）と同一の格子定数のＧａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎから構成した。井戸層１０４ａの層厚は１２ｎｍとした。井戸層１０４ａは、障壁層１０３より低温の８００℃で形成したため、障壁層１０３の熱的変性を招かずに形成できた。井戸層１０４ａには、井戸層１０４ａと同一の格子定数を有する立方晶を主体とするｎ形Ｂ_0.98Ｇａ_0.02Ｐ（格子定数＝４．５５７Å）からなるバリア層１０４ｂを接合させて設けた。バリア層１０４ｂの層厚は４５ｎｍとした。互いに格子整合する井戸層１０４ａとバリア層１０４ｂとを交互に３周期、積層させて量子井戸構造型の発光層１０４を構成した。
【００４９】
発光層１０４の表面をなすバリア層１０４ｂには、上記の常圧ＭＯＣＶＤ法により８００℃で形成した、マグネシウム（Ｍｇ）ドープでｐ形のリン化硼素・インジウム混晶（Ｂ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐ）からなる上部障壁層１０５を積層した。上部障壁層１０５のキャリア濃度は６×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、層厚は２５０ｎｍとした。上部障壁層１０５を、発光層１０４を構成する井戸層１０４ａ及びバリア層１０４ｂと格子整合をなす組成のＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐ層から構成したので、発光層１０４へ印加される機械的、熱的歪みが低減され、発光層１０４の良好な結晶性を維持できた。
【００５０】
上部障壁層１０５の表面には円形の表面オーミック電極１０６を配置した。ｐ形の表面オーミック電極１０６は金（Ａｕ）・亜鉛（Ｚｎ）合金真空蒸着膜から構成した。表面電極１０６の直径は１２０μｍとした。また、ｎ形Ｓｉ基板１０１の裏面の略全面には、裏面オーミック電極１０７を配置してＬＥＤ３Ｂを構成した。ｎ形裏面電極１０７はアルミニウム（Ａｌ）真空蒸着膜から構成した。Ｓｉ単結晶１０１を［１１０］方向に平行及び垂直な方向に裁断して、一辺を約２５０μｍとする正方形のＬＥＤ３Ｂとした。
【００５１】
表面オーミック電極１０６と裏面オーミック電極１０７との間に順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を通流した際の発光中心波長は４３０ｎｍとなった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は１４ｎｍであり、単色性に優れる発光となった。一般的な積分球を利用して測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は８ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高発光強度のＬＥＤ３Ｂが提供された。また、ＬＥＤ３Ｂは、近視野発光パターン像から、高い禁止帯幅を有する上部障壁層１０５の発光透過層としての作用と相俟って、発光層１０４の全面から略均等な強度の発光をもたらすことが示された。Ｉ−Ｖ特性から求めた順方向電圧（所謂、Ｖｆ）は３．４Ｖ（順方向電流＝２０ｍＡ）となった。また、逆方向電圧は７Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）であり、高耐圧のＬＥＤ３Ｂが提供されることとなった。
【００５２】
（第３実施例）
本実施例では、上記の第２実施例に記載のＢ_0.98Ｇａ_0.02Ｐからなるバリア層に替えて、Ｂ_XＩｎ_1-XＰ（０≦Ｘ≦１）をバリア層として構成した発光層を備えた積層構造体を利用して発光素子を構成する場合を例にして本発明を説明する。
【００５３】
第２実施例と同様にして作製したｎ形Ｂ_XＩｎ_1ーXＰ組成勾配層（Ｘ＝０．３３→０．９９）からなる障壁層１０３の表面に、障壁層１０３の表面を構成するｎ形Ｂ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐと同じＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐからなるアンドープでｎ形のバリア層１０４ｂを接合させた。バリア層１０４ｂを構成する室温での禁止帯幅を３．０ｅＶとするＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐ層の層厚は５０ｎｍとした。バリア層１０４ｂ上には、バリア層１０４ｂを構成するＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐ（格子定数≒４．５５７Å）と格子整合するアンドープでｎ形のＧａ_0.90Ｉｎ_0.10Ｎからなる井戸層１０４ａを接合させた。井戸層１０４ａには、再びＢ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐからなるアンドープでｎ形のバリア層１０４ｂを接合させて単一量子井戸構造の発光層１０４を構成した。
【００５４】
発光層１０４の表面をなすバリア層１０４ｂの表面に、上記の第２実施例に記載の手段に依り、ｐ形Ｂ_0.99Ｉｎ_0.01Ｐからなる上部障壁層１０５を積層した後、第２実施例に記載の手段を利用して、ＬＥＤを構成した。
【００５５】
このＬＥＤについて順方向電流を２０ｍＡとした際のＬＥＤの中心発光波長は４３０ｎｍであった。また、発光スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は１６ｎｍであった。一般的な積分球を利用して測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での輝度は６ミリカンデラ（ｍｃｄ）となり、高発光強度で且つ単色性のＬＥＤが提供された。また、近視野発光パターン像は、高い禁止帯幅を有する上部障壁層１０５の発光透過層としての作用と相俟って、発光層１０４の全面から略均等な強度の発光がもたらされているのが示された。Ｉ−Ｖ特性から求めた順方向電圧（所謂、Ｖｆ）は３．６Ｖ（順方向電流＝２０ｍＡ）となった。また、逆方向電圧は７Ｖ（逆方向電流＝１０μＡ）であり、高耐圧のＬＥＤとなった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明では、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）層とＩＩＩ族窒化物半導体からなる井戸（ｗｅｌｌ）層とから構成される量子井戸構造の活性層（発光層）を備えた積層構造体を利用して発光素子を構成することとしたので、発光強度が大きく且つ単色性に優れる発光素子を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＬＥＤの断面構造を例示する模式図である。
【図２】 本発明に係わるランプの断面構造を例示する模式図である。
【図３】第１実施例に記載のＬＥＤの平面模式図である。
【図４】図３に示す破線Ｘ−Ｘ’に沿ったＬＥＤの断面模式図である。
【図５】第２実施例に記載のＬＥＤの断面模式図である。
【符号の説明】
１Ａ、２Ａ、３Ａ 積層構造体
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ ＬＥＤ
１０ ランプ
１１ 基板
１２ 量子井戸構造発光層
１３ 表面電極
１４ 裏面電極
１５ 台座
１６ 碗体
１７、１８ 端子
１９ 封止樹脂
１０１ 単結晶基板
１０２ 緩衝層
１０３ 障壁層
１０４ 活性層（発光層）
１０４ａ 井戸層
１０４ｂ バリア層
１０５ 上部障壁層
１０６ 表面オーミック電極
１０７ 裏面オーミック電極

Claims (7)

1. 単結晶の基板上に設けられた非晶質または多結晶の硼素（Ｂ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）からなる緩衝層と、緩衝層上に設けられた含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層と、障壁層上に設けられたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備えた積層構造体において、該活性層がバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）層と井戸（ｗｅｌｌ）層とから構成される量子井戸構造からなり、バリア層をリン化硼素・ガリウム、または、リン化硼素・インジウムから構成し、井戸層を窒化ガリウム・インジウムから構成することを特徴とする積層構造体。
2. バリア層が、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数からなり、障壁層に接合して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の積層構造体。
3. 井戸層が、障壁層を構成する含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の格子定数からなり、障壁層に接合して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の積層構造体。
4. 井戸層とバリア層とが、同一の格子定数を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の積層構造体。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の積層構造体を用いて構成したことを特徴とする発光素子。
6. 請求項５に記載の発光素子から構成したことを特徴とするランプ。
7. 請求項６に記載のランプから構成したことを特徴とする光源。

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