JP3912043B2 - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。詳しくは、比較的短い波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物系化合物半導体発光素子は青系〜緑系色の光を放出する発光ダイオードとして知られている。かかるIII族窒化物系化合物半導体発光素子は可視光より更に短波長の光（近紫外〜紫外）を放出する発光ダイオードとしても使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来から短波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子は知られているが、昨今この発光素子にはより高い発光効率と出力が要求されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、短波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子を改良すべく鋭意検討してきた結果、下記構成の発光素子に想到するに至った。即ち、
３６０〜５５０ｎｍの波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、
ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備える、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【０００５】
このように構成されたIII族窒化物系化合物半導体発光素子によれば、従来品に比べて高い出力で短波長（上記の構成では３６０〜５５０ｎｍの波長）の光を放出可能となる。
更に、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を採用し、井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚、成長速度、成長温度を制御し、バリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚を制御して、これらの最適化を図る。これにより、III族窒化物系化合物半導体発光素子の出力を向上させる。
更には、多重層の下地層となる中間層の最適化も図り、この点からもIII族窒化物系化合物半導体発光素子の出力向上を目指す。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明していく。
この発明の一の局面でその発光出力向上を目指す波長範囲は、３６０〜５５０ｎｍである。この範囲の下限（３６０ｎｍ）に満たない波長の光を発生させることは困難である。この範囲の上限（５５０ｎｍ）を超える波長の光を発生させる発光素子は従来より種々提案されているので、今回の発明の一の局面では対象としていない。
この発明でその発光出力向上を目指す更に好ましい波長範囲は、３６０〜５２０ｎｍであり、更に更に好ましくは３６０〜４９０ｎｍであり、更に更に更に好ましくは３６０〜４６０ｎｍであり、最も好ましくは３６０〜４３０ｎｍである。
【０００７】
この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことも可能であるが必須ではない。III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
この発明では、特定のIII族窒化物系化合物半導体を用いて特定の層を形成している。
【０００８】
この発明の多重層の中には発光する層であるＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とが含まれる。そして、ＩｎＧａＮ井戸層の両側をＡｌＧａＮ層で挟んだ積層構造を有する
別の局面において、多重層はＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ井戸層との積層物を単位ペアとして、この単位ペアが１又は２以上積層され、最後に前記ＡｌＧａＮ層又はＧａＮが積層された構成である。即ちｐ型層側の最上層はＡｌＧａＮ層又はＧａＮ層となる。他方、中間層側の最下層もＡｌＧａＮ層又はＧａＮ層からなる。最上層をＡｌＧａＮとしかつ最下層をＡｌＧａＮとする組合せ、最上層をＡｌＧａＮとしかつ最下層をＧａＮとする組合せ、最上層をＧａＮとしかつ最下層をＧａＮとする組合せが好ましい。
単位ペアの数は１〜１０とすることが好ましく、更に好ましくは２〜８、更に更に好ましくは３〜７、更に更に更に好ましくは３〜６、最も好ましくは３．５である。
放出される光の波長は専らＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎとＧａの組成比に依存する。
短波長の光を放出させるにはＩｎの組成比を１〜２０％とすることが好ましい。更に好ましくは、１〜１５％であり、更に更に好ましくは１〜１０％であり、最も好ましくは１〜８％である。
【０００９】
井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の２０ｍＡでの発光強度との関係を図１に示す（以下、特にことわりのない限り発光素子の発光強度は２０ｍＡ印加時の発光強度を示す。）。図１の結果は、実施例に示す（図６，７参照）発光素子１において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。
図１の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚は９０〜２００Å（９．０〜２０．０ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。更に好ましくは、１００〜１７５Å（１０．０〜１７．５ｎｍ）である。
【００１０】
ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を図２に示す。
図２の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。
図２の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度は０．２５〜０．３５Å／ｓ（０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓ）とすることが好ましいことがわかる。
図２の結果を得るに当たり、成長速度は材料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア）の流量を変化させることにより制御した。
【００１１】
ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図３に示す。
図３の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。
図３の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は７７０〜７９０℃とすることが好ましい。更に好ましくは７７７〜７８３℃である。
【００１２】
バリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を図４に示す。図４の結果は、実施例に示す発光素子において、ＡｌＧａＮ層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。
図４の結果より、ＡｌＧａＮ層の膜厚は５０〜１２５Å（５．０〜１２．５ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。
なお、多重層において最上層はキャップ層の働きをするので、他のバリア層より１０〜３０％厚く形成することが好ましい。
【００１３】
この発明の他の局面は多重層の下にある中間層に注目している。この中間層はＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなり、それぞれノンドープとすることが好ましい。
ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図５に示す。
図５の結果は、実施例に示す発光素子において、ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。
図５の結果より、ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃とすることが好ましい。更に好ましくは８００〜８５０℃である。
【００１４】
本発明者等の更なる検討により、ＩｎＧａＮ井戸層及びＡｌＧａＮバリア層を以下の条件とした場合にも好ましい発光出力の得られることがわかった。即ち、図１０、図１１及び図１２に示す条件において、特に３６０〜４３０ｎｍの波長において、好ましい発光出力が得られた。
図１０の結果は、実施例に示す（図６，７参照）発光素子１において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。図１０の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚は２０〜６０Å（２．０〜６．０ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。更に好ましくは、３５〜５０Å（３．５〜５．０ｎｍ）である。
図１１の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。図１１の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度は０．０８〜０．１８Å／ｓ（０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓ）とすることが好ましいことがわかる。図１１の結果を得るに当たり、成長速度は材料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア）の流量を変化させることにより制御した。
図１２の結果は、実施例に示す発光素子において、ＡｌＧａＮ層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。図１２の結果より、ＡｌＧａＮ層の膜厚は７５〜１３５Å（７．５〜１３．５ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。この発明の一局面では、バリア層を井戸層よりも厚膜に形成することが好ましい。
【００１５】
【実施例】
次にこの発明の実施例について説明する。
第１実施例
実施例の発光ダイオード１の半導体積層構造を図６に示す。
【００１６】
各層のスペックは次の通りである。
【００１７】
ただし、キャリア濃度については次の通りである。
第１のｐ型層１７のキャリア濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上である。
第２のｐ型層１６のキャリア濃度は０．５〜２．０×１０１７／ｃｍ３である。
中間層１４ａ〜ｃは実質的にノンドープである。
ｎ型層１３のキャリア濃度は１．０×１０１８／ｃｍ３以上である。
また、基板温度（成長温度）については、ｎ型層１３、第１のｐ型層１６及び第２のｐ型層１７については１０００℃以上とした。バッファ層はいわゆる低温バッファ層の使用も可能であるが、この実施例では高温バッファ層を採用している（特願平１１−２２２８８２号参照）
【００１８】
上記構成の発光ダイオードは次のようにして製造される。
まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応装置内へ水素ガスを流通させながら当該サファイア基板１１を１１３０℃まで昇温して表面（ａ面）をクリーニングする。
その後、その基板温度においてＴＭＡ及びＮＨ３を導入してＡｌＮ製のバッファ層１２をＭＯＣＶＤ法で成長させる。
次いで、基板温度を１１３０℃に維持した状態でｎ型層１３を形成し、それ以降のIII族窒化物系化合物半導体層１４〜１７を常法（ＭＯＣＶＤ法）に従い形成する。
ＭＯＣＶＤ法においては、アンモニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。不純物としてシリコン（Ｓｉ）を導入するためにシランやジシランが用いられ、不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を導入するために（ＲＣ５Ｈ４）２Ｍｇが用いられる。
既述のように第１の中間層１４ａを成長させるときの基板温度は７７０〜８７５℃とすることが好ましく（図５参照）、この実施例では基板温度を８００℃とした。
多重層１５におけるＩｎＧａＮ井戸層１５ｂを成長させるときの基板温度は、図３に示すとおり、７７０〜７９０℃とすることが好ましく、この実施例では基板温度を７８０℃とした。
多重層１５におけるＡｌＧａＮ層１５ａの成長温度は、インジウム（Ｉｎ）を含む井戸層が消失しない温度であれば特に限定されないが、この実施例では基板温度を８８５℃とした。
第１のｐ型層１６及び第２のｐ型層１７の基板温度は１０００℃に維持した。
【００１９】
次に、Ｔｉ／Ｎｉをマスクとして半導体層の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形成すべきｎ型層１３を表出させる（図７参照）。
【００２０】
半導体表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、第２のｐ型層１７の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、その部分の第２のｐ型層１７を露出させる。蒸着装置にて、露出させた第２のｐ型層１７の上に、Ａｕ−Ｃｏ透光性電極層１９を形成する。
次に、同様にしてｐ電極パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。
このように構成された発光ダイオードからは、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２１】
第２実施例
この実施例は、図８に示すように、第１実施例の素子において多重層１５の最下層１５ａ’をＧａＮからなるものとした。他の構成は第１実施例と同様である。
この実施例においても、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２２】
第３実施例
この実施例は、図９に示すように、第１実施例の素子において多重層１５の最下層１５ａ’をＧａＮからなるものとし、かつ最上層１５ｄ’をＧａＮからなるものとした。他の構成は第１実施例と同様である。
この実施例においても、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２３】
第４実施例
この実施例の発光ダイオードの半導体構成は図６に示すものと同一であり、各層のスペックを次の通りとした。
ただし、キャリア濃度については次の通りである。
第１のｐ型層１７のキャリア濃度は５×１０１６／ｃｍ３以上である。
第２のｐ型層１６のキャリア濃度は０．５〜２．０×１０１７／ｃｍ３である。
中間層１４ａ〜ｃは実質的にノンドープである。
ｎ型層１３のキャリア濃度は１．０×１０１８／ｃｍ３以上である。
【００２４】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２５】
以下、次の事項を開示する。
１ ３６０〜５５０ｎｍの波長の光を放出し、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする３又は４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする３〜８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有し、３６０〜５５０ｎｍの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
２１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
２２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする２１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする２３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする２３又は２４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする２３〜２８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
３１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有する積層体であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とする積層体、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
３２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする３１に記載の積層体。
３２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする３３に記載の積層体。
３５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする３３又は３４に記載の積層体。
３６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする３３〜３８のいずれかに記載の積層体。
４０ 前記多重層は発光する層を含むことを特徴とする、３１〜３９のいずれかに記載の積層体。
４１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
４２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする４１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
５１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備える積層体の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とする積層体の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
５２ 前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする５１に記載の積層体の製造方法。
【００２６】
１０１ ３６０〜４３０ｎｍの波長の光を放出し、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１０２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１０１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１０３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１０３又は１０４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１０３〜１０８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１１１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有し、３６０〜４３０ｎｍの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１１２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１１１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
１２１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１２２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１２１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１２３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１２３又は１２４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１２３〜１２８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１３１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有する積層体であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とする積層体、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１３２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１３１に記載の積層体。
１３２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１３３に記載の積層体。
１３５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１３３又は１３４に記載の積層体。
１３６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１３３〜１３８のいずれかに記載の積層体。
１４０ 前記多重層は発光する層を含むことを特徴とする、１３１〜１３９のいずれかに記載の積層体。
１４１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１４２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１４１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
１５１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備える積層体の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とする積層体の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１５２ 前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１５１に記載の積層体の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図２】図２はＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図３】図３はＩｎＧａＮ井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図４】図４はバリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図５】図５はＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図６】図６はこの発明の一の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図７】図７はこの発明の一の実施例の発光素子の構成を示す。
【図８】図８は他の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図９】図９は他の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図１０】図１０は井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図１１】図１１はＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図１２】図１２はバリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【符号の説明】
１ 発光ダイオード
１３ ｎ型層
１４ 中間層
１５ 多重層
１６ 第１のｐ型層
１７ 第２のｐ型層
【産業上の利用分野】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。詳しくは、比較的短い波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物系化合物半導体発光素子は青系〜緑系色の光を放出する発光ダイオードとして知られている。かかるIII族窒化物系化合物半導体発光素子は可視光より更に短波長の光（近紫外〜紫外）を放出する発光ダイオードとしても使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来から短波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子は知られているが、昨今この発光素子にはより高い発光効率と出力が要求されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、短波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子を改良すべく鋭意検討してきた結果、下記構成の発光素子に想到するに至った。即ち、
３６０〜５５０ｎｍの波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、
ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備える、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【０００５】
このように構成されたIII族窒化物系化合物半導体発光素子によれば、従来品に比べて高い出力で短波長（上記の構成では３６０〜５５０ｎｍの波長）の光を放出可能となる。
更に、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を採用し、井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚、成長速度、成長温度を制御し、バリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚を制御して、これらの最適化を図る。これにより、III族窒化物系化合物半導体発光素子の出力を向上させる。
更には、多重層の下地層となる中間層の最適化も図り、この点からもIII族窒化物系化合物半導体発光素子の出力向上を目指す。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明していく。
この発明の一の局面でその発光出力向上を目指す波長範囲は、３６０〜５５０ｎｍである。この範囲の下限（３６０ｎｍ）に満たない波長の光を発生させることは困難である。この範囲の上限（５５０ｎｍ）を超える波長の光を発生させる発光素子は従来より種々提案されているので、今回の発明の一の局面では対象としていない。
この発明でその発光出力向上を目指す更に好ましい波長範囲は、３６０〜５２０ｎｍであり、更に更に好ましくは３６０〜４９０ｎｍであり、更に更に更に好ましくは３６０〜４６０ｎｍであり、最も好ましくは３６０〜４３０ｎｍである。
【０００７】
この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことも可能であるが必須ではない。III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
この発明では、特定のIII族窒化物系化合物半導体を用いて特定の層を形成している。
【０００８】
この発明の多重層の中には発光する層であるＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とが含まれる。そして、ＩｎＧａＮ井戸層の両側をＡｌＧａＮ層で挟んだ積層構造を有する
別の局面において、多重層はＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ井戸層との積層物を単位ペアとして、この単位ペアが１又は２以上積層され、最後に前記ＡｌＧａＮ層又はＧａＮが積層された構成である。即ちｐ型層側の最上層はＡｌＧａＮ層又はＧａＮ層となる。他方、中間層側の最下層もＡｌＧａＮ層又はＧａＮ層からなる。最上層をＡｌＧａＮとしかつ最下層をＡｌＧａＮとする組合せ、最上層をＡｌＧａＮとしかつ最下層をＧａＮとする組合せ、最上層をＧａＮとしかつ最下層をＧａＮとする組合せが好ましい。
単位ペアの数は１〜１０とすることが好ましく、更に好ましくは２〜８、更に更に好ましくは３〜７、更に更に更に好ましくは３〜６、最も好ましくは３．５である。
放出される光の波長は専らＩｎＧａＮ井戸層におけるＩｎとＧａの組成比に依存する。
短波長の光を放出させるにはＩｎの組成比を１〜２０％とすることが好ましい。更に好ましくは、１〜１５％であり、更に更に好ましくは１〜１０％であり、最も好ましくは１〜８％である。
【０００９】
井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の２０ｍＡでの発光強度との関係を図１に示す（以下、特にことわりのない限り発光素子の発光強度は２０ｍＡ印加時の発光強度を示す。）。図１の結果は、実施例に示す（図６，７参照）発光素子１において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。
図１の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚は９０〜２００Å（９．０〜２０．０ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。更に好ましくは、１００〜１７５Å（１０．０〜１７．５ｎｍ）である。
【００１０】
ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を図２に示す。
図２の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。
図２の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度は０．２５〜０．３５Å／ｓ（０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓ）とすることが好ましいことがわかる。
図２の結果を得るに当たり、成長速度は材料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア）の流量を変化させることにより制御した。
【００１１】
ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図３に示す。
図３の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。
図３の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は７７０〜７９０℃とすることが好ましい。更に好ましくは７７７〜７８３℃である。
【００１２】
バリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を図４に示す。図４の結果は、実施例に示す発光素子において、ＡｌＧａＮ層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。
図４の結果より、ＡｌＧａＮ層の膜厚は５０〜１２５Å（５．０〜１２．５ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。
なお、多重層において最上層はキャップ層の働きをするので、他のバリア層より１０〜３０％厚く形成することが好ましい。
【００１３】
この発明の他の局面は多重層の下にある中間層に注目している。この中間層はＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなり、それぞれノンドープとすることが好ましい。
ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を図５に示す。
図５の結果は、実施例に示す発光素子において、ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度を横軸に示すように変化させたときに得られたものである。
図５の結果より、ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃とすることが好ましい。更に好ましくは８００〜８５０℃である。
【００１４】
本発明者等の更なる検討により、ＩｎＧａＮ井戸層及びＡｌＧａＮバリア層を以下の条件とした場合にも好ましい発光出力の得られることがわかった。即ち、図１０、図１１及び図１２に示す条件において、特に３６０〜４３０ｎｍの波長において、好ましい発光出力が得られた。
図１０の結果は、実施例に示す（図６，７参照）発光素子１において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。図１０の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚は２０〜６０Å（２．０〜６．０ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。更に好ましくは、３５〜５０Å（３．５〜５．０ｎｍ）である。
図１１の結果は、実施例に示す発光素子において、多重層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の成長速度を横軸のように変化させたときに得られたものである。図１１の結果より、ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度は０．０８〜０．１８Å／ｓ（０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓ）とすることが好ましいことがわかる。図１１の結果を得るに当たり、成長速度は材料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア）の流量を変化させることにより制御した。
図１２の結果は、実施例に示す発光素子において、ＡｌＧａＮ層の厚さをそれぞれ横軸のように変化させたときに得られたものである。図１２の結果より、ＡｌＧａＮ層の膜厚は７５〜１３５Å（７．５〜１３．５ｎｍ）とすることが好ましいことがわかる。この発明の一局面では、バリア層を井戸層よりも厚膜に形成することが好ましい。
【００１５】
【実施例】
次にこの発明の実施例について説明する。
第１実施例
実施例の発光ダイオード１の半導体積層構造を図６に示す。
【００１６】
各層のスペックは次の通りである。
ただし、キャリア濃度については次の通りである。
第１のｐ型層１７のキャリア濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上である。
第２のｐ型層１６のキャリア濃度は０．５〜２．０×１０１７／ｃｍ３である。
中間層１４ａ〜ｃは実質的にノンドープである。
ｎ型層１３のキャリア濃度は１．０×１０１８／ｃｍ３以上である。
また、基板温度（成長温度）については、ｎ型層１３、第１のｐ型層１６及び第２のｐ型層１７については１０００℃以上とした。バッファ層はいわゆる低温バッファ層の使用も可能であるが、この実施例では高温バッファ層を採用している（特願平１１−２２２８８２号参照）
【００１８】
上記構成の発光ダイオードは次のようにして製造される。
まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応装置内へ水素ガスを流通させながら当該サファイア基板１１を１１３０℃まで昇温して表面（ａ面）をクリーニングする。
その後、その基板温度においてＴＭＡ及びＮＨ３を導入してＡｌＮ製のバッファ層１２をＭＯＣＶＤ法で成長させる。
次いで、基板温度を１１３０℃に維持した状態でｎ型層１３を形成し、それ以降のIII族窒化物系化合物半導体層１４〜１７を常法（ＭＯＣＶＤ法）に従い形成する。
ＭＯＣＶＤ法においては、アンモニアガスとIII族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。不純物としてシリコン（Ｓｉ）を導入するためにシランやジシランが用いられ、不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を導入するために（ＲＣ５Ｈ４）２Ｍｇが用いられる。
既述のように第１の中間層１４ａを成長させるときの基板温度は７７０〜８７５℃とすることが好ましく（図５参照）、この実施例では基板温度を８００℃とした。
多重層１５におけるＩｎＧａＮ井戸層１５ｂを成長させるときの基板温度は、図３に示すとおり、７７０〜７９０℃とすることが好ましく、この実施例では基板温度を７８０℃とした。
多重層１５におけるＡｌＧａＮ層１５ａの成長温度は、インジウム（Ｉｎ）を含む井戸層が消失しない温度であれば特に限定されないが、この実施例では基板温度を８８５℃とした。
第１のｐ型層１６及び第２のｐ型層１７の基板温度は１０００℃に維持した。
【００１９】
次に、Ｔｉ／Ｎｉをマスクとして半導体層の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形成すべきｎ型層１３を表出させる（図７参照）。
【００２０】
半導体表面上にフォトレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィにより、第２のｐ型層１７の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、その部分の第２のｐ型層１７を露出させる。蒸着装置にて、露出させた第２のｐ型層１７の上に、Ａｕ−Ｃｏ透光性電極層１９を形成する。
次に、同様にしてｐ電極パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。
このように構成された発光ダイオードからは、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２１】
第２実施例
この実施例は、図８に示すように、第１実施例の素子において多重層１５の最下層１５ａ’をＧａＮからなるものとした。他の構成は第１実施例と同様である。
この実施例においても、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２２】
第３実施例
この実施例は、図９に示すように、第１実施例の素子において多重層１５の最下層１５ａ’をＧａＮからなるものとし、かつ最上層１５ｄ’をＧａＮからなるものとした。他の構成は第１実施例と同様である。
この実施例においても、３８２ｎｍにピーク波長を有する短波長光が効率よく放出された。
【００２３】
第４実施例
この実施例の発光ダイオードの半導体構成は図６に示すものと同一であり、各層のスペックを次の通りとした。
第１のｐ型層１７のキャリア濃度は５×１０１６／ｃｍ３以上である。
第２のｐ型層１６のキャリア濃度は０．５〜２．０×１０１７／ｃｍ３である。
中間層１４ａ〜ｃは実質的にノンドープである。
ｎ型層１３のキャリア濃度は１．０×１０１８／ｃｍ３以上である。
【００２４】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２５】
以下、次の事項を開示する。
１ ３６０〜５５０ｎｍの波長の光を放出し、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１又は２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする３又は４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする３〜８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有し、３６０〜５５０ｎｍの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
２１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
２２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする２１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする２１又は２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする２３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする２３又は２４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
２９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする２３〜２８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
３１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有する積層体であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とする積層体、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が９．０〜２０．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は５．０〜１２．５ｎｍである。
３２ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が前記ＡｌＧａＮ層の膜厚より厚い、ことを特徴とする３１に記載の積層体。
３２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする３１又は３２に記載の積層体。
３４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする３３に記載の積層体。
３５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする３３又は３４に記載の積層体。
３６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする３５に記載の積層体。
３９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする３３〜３８のいずれかに記載の積層体。
４０ 前記多重層は発光する層を含むことを特徴とする、３１〜３９のいずれかに記載の積層体。
４１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
４２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする４１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
５１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備える積層体の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とする積層体の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．０２５〜０．０３５ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
５２ 前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする５１に記載の積層体の製造方法。
【００２６】
１０１ ３６０〜４３０ｎｍの波長の光を放出し、ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１０２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１０１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１０１又は１０２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１０３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１０３又は１０４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１０５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１０９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１０３〜１０８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１１１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有し、３６０〜４３０ｎｍの波長の光を発光する層を含んだ多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１１２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１１１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
１２１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層と、該多重層の下方に前記ＩｎＧａＮ井戸層より厚いＩｎＧａＮからなる中間層と備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１２２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１２１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１２１又は１２２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１２３に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１２３又は１２４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１２５に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１２９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１２３〜１２８のいずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
１３１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を有する積層体であって、下記要件▲２▼〜▲５▼の少なくとも１つを有することを特徴とする積層体、
▲２▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚が２．０〜６．０ｎｍである、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
▲５▼ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚は７．５〜１３．５ｎｍである。
１３２ 前記ＡｌＧａＮ層の膜厚が前記ＩｎＧａＮ井戸層の膜厚より厚い、ことを特徴とする１３１に記載の積層体。
１３２−１ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３２−２ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３２−３ 前記量子井戸構造と前記ＩｎＧａＮ中間層との間に第２の中間層が形成され、該第２の中間層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３３ ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が前記多重層の下に形成されている、ことを特徴とする１３１又は１３２に記載の積層体。
１３４ 前記中間層は実質的に不純物を含んでいない、ことを特徴とする１３３に記載の積層体。
１３５ 前記第３中間層に接する多重層の最下層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮ若しくはＧａＮからなる、ことを特徴とする１３３又は１３４に記載の積層体。
１３６ 前記最下層はＡｌＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３７ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３８ 前記最下層はＧａＮからなり、前記最上層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする１３５に記載の積層体。
１３９ 前記ＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度は７７０〜８７５℃である、ことを特徴とする１３３〜１３８のいずれかに記載の積層体。
１４０ 前記多重層は発光する層を含むことを特徴とする、１３１〜１３９のいずれかに記載の積層体。
１４１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備えるIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１４２ 前記III族窒化物系化合物半導体発光素子において前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１４１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法。
１５１ ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層を備える積層体の製造方法であって、少なくとも下記要件▲３▼及び▲４▼のいずれかを実行することを特徴とする積層体の製造方法、
▲３▼ ＩｎＧａＮ井戸層の成長速度が０．００８〜０．０１８ｎｍ／ｓである、
▲４▼ 前記ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度が７７０〜７９０℃である、
１５２ 前記多重層の下にはＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成されており、前記ＩｎＧａＮ第１中間層を７７０〜８７５℃の成長温度で形成する、ことを特徴とする１５１に記載の積層体の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図２】図２はＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図３】図３はＩｎＧａＮ井戸層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図４】図４はバリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図５】図５はＩｎＧａＮ第１中間層の成長温度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図６】図６はこの発明の一の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図７】図７はこの発明の一の実施例の発光素子の構成を示す。
【図８】図８は他の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図９】図９は他の実施例の発光素子におけるIII族窒化物系化合物半導体層を示す。
【図１０】図１０は井戸層となるＩｎＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図１１】図１１はＩｎＧａＮ井戸層の成長速度と発光素子の発光強度との関係を示す。
【図１２】図１２はバリア層となるＡｌＧａＮ層の膜厚と発光素子の発光強度との関係を示す。
【符号の説明】
１ 発光ダイオード
１３ ｎ型層
１４ 中間層
１５ 多重層
１６ 第１のｐ型層
１７ 第２のｐ型層
Claims (1)
- ３６０〜５５０ｎｍの波長の光を放出するIII族窒化物系化合物半導体発光ダイオードであって、
ＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを有する量子井戸構造を含む多重層とｎ電極パッドを形成すべきｎ型層との間に、ＩｎＧａＮ第１中間層、ＧａＮ第２中間層及びＡｌＧａＮ第３中間層を順次積層してなる中間層が形成され、該中間層は実質的に不純物を含まず、前記第３中間層に接する前記多重層の最下層はＡｌＧａＮからなり、前記多重層においてｐ型層に接する最上層はＡｌＧａＮからなる、
ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光ダイオード。
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