JPH09153645A - ３族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

３族窒化物半導体発光素子

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JPH09153645A
JPH09153645A JP33811495A JP33811495A JPH09153645A JP H09153645 A JPH09153645 A JP H09153645A JP 33811495 A JP33811495 A JP 33811495A JP 33811495 A JP33811495 A JP 33811495A JP H09153645 A JPH09153645 A JP H09153645A
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light emitting
emitting device
light
emitting layer
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Shinya Asami
慎也 浅見
Masayoshi Koike
正好 小池
Isamu Akasaki
勇 赤崎
Hiroshi Amano
浩 天野
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Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高輝度の青色から緑色の発光を得ると共に３族
窒化物半導体だけで、各種の色の発光を得るようにする
こと。 【解決手段】発光ダイオード５００はサファイア基板
１、バッファ層２、高キャリア濃度ｎ+ 層３、Siドープ
のAl0.3Ga0.7N から成るｎ層４、発光層５、Mgドープの
Al0.3Ga0.7N から成るｐ層６１、MgドープのGaN から成
るコンタクト層６２、Niから成る電極７、電極８で構成
されている。発光層５は、膜厚約100 ÅのAl0.25Ga0.75
N から成る６層のバリア層５１と膜厚約100 ÅのAl0.2G
a0.8N から成る５層の井戸層５２とが交互に積層された
多重量子井戸構造である。井戸層５２には、亜鉛とシリ
コンが、それぞれ、5 ×1018/cm3の濃度に添加されてい
る。このような紫外線を発光する発光層５と、発光層５
の放射する紫外線を受光して、電極７の上に可視光に変
換する蛍光体層２０８とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光色を任意に設定
できる３族窒化物半導体を用いた半導体発光素子に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来、青色発光の得られるInGaN を用いた
半導体発光素子が知られている。さらに、この発光素子
でより長波長の緑色発光を得るために、発光層の禁制帯
幅を狭くするためにInの組成比を大きくすることが行わ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Inの組成比を
大きくすると、発光層の結晶性が悪化し発光効率が低下
する。従って、発光波長を長くするに連れて発光輝度が
低くなり、未だ、高輝度の青色から緑色の発光が得られ
ていない。又、各種の発光色を得る場合には、その発光
色の波長に相当した禁制帯幅の半導体材料が用いられて
いた。
【０００４】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、高輝度の青色から緑色の
発光を得ると共に、３族窒化物半導体だけで、各種の色
の発光を得るようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、紫外線を発光する３族窒化物半導体を用いた発光層
と、その発光層の放射する紫外線を受光して、可視光に
変換する蛍光体層とを設けたものである。よって、蛍光
体は可視光よりも短い波長の紫外線により励起されるた
め、蛍光体の材質を変化させるだけで、各種の色の可視
光を得ることができる。
【０００６】請求項２の発明はレンズ体に形成された蛍
光体層、請求項３の発明は電極層上に形成された蛍光体
層、請求項４の発明は透明なサファイア基板面に形成さ
れた蛍光体層、請求項５の発明は発光層の側面に形成さ
れた蛍光体層により、発光層からの紫外線が可視光に変
換される。いずれも、蛍光体層の蛍光体の種類を変化さ
せるだけで、発光色を変化させることができる。
【０００７】請求項６〜１３は、紫外線を放射する発光
層に関するものである。請求項６〜１１の発明では、発
光層をAlGaInN の少なくとも１層以上積層させた量子井
戸構造とし、発光層にドナー不純物又はアクセプタ不純
物を添加した。このため、ドナー準位、又は、アクセプ
タ準位が形成されるため、発光に寄与する電子とホール
の再結合確率が増大するため、再結合による発光効率が
向上する。又、インジウムの組成比と不純物濃度は、希
望する発光ピーク波長と発光強度との関係で決定され
る。
【０００８】特に、発光層にInGaN よりも結晶性の良い
AlGaN を用い、発光層を量子井戸構造の歪超格子とする
ことで、格子定数のミスフィットの伝搬を防止して井戸
層の結晶性を向上させ、これにより発光効率を向上させ
ることができた。特に、結晶性の良い井戸層にアクセプ
タ不純物とドナー不純物とを共に添加して、アクセプタ
準位とドナー準位とによる対発光により、紫外線の発光
効率を大きく向上させることができた。
【０００９】尚、発光層のAlのモル組成比は１５％以上
とし、井戸層の厚さは５０Å〜２００Åの範囲が望まし
い。５０Å以下だと不純物拡散が起こり、２００Å以上
だと量子効果が発生しなくなるので望ましくない。又、
バリア層の厚さは５０Å〜２００Åの範囲が望ましい。
５０Å以下だと井戸層にキャリアを閉じ込める効率が下
がるため望ましくなく、２００Å以上だと量子効果が発
生しなくなるので望ましくない。２００Å以上だとノン
ドープの場合には抵抗が大きくなり、又、ドープした場
合には転位によるクラックが入るので望ましくない。
【００１０】又、発光層に添加するアクセプタ不純物と
ドナー不純物の濃度は１×１０17／cm3 〜１×１０20／
cm3 の範囲が望ましい。１×１０17／cm3 以下である
と、発光中心不足により発光効率が低下し、１×１０20
／cm3 以上となると、結晶性が悪くなり、又、オージェ
効果が発生するので望ましくない。
【００１１】又、請求項１２の発明では、ｎ層は発光層
と格子定数が略等しくなるように、Alx3GaY3In1-X3-Y3N
の組成比X3,Y3 が決定され、ｐ層は発光層に対してｎ層
から注入された電子を十分に閉じ込めれるだけ、禁制帯
幅が大きくなるように、Alx4GaY4In1-X4-Y4Nの組成比X
4,Y4 が決定される。このようにｎ層を決定すること
で、ｎ層と発光層との格子定数の相違によるミスフィッ
トが少なく、発光層の結晶性が向上する。
【００１２】ｎ層と発光層との接合による障壁は、ｐ層
から発光層に注入された正孔を閉じ込める作用をする。
ところが、正孔の拡散長は数1000Åであり、発光層はそ
の拡散長よりも厚く構成されている。よって、ｎ層と発
光層との接合による障壁は、正孔の発光層内での閉じ込
めに有効に寄与しない。したがって、ｎ層と発光層間の
障壁は小さくても良いので、ｎ層は発光層に対して格子
定数が略等しくなるように、Alx3GaY3In1-X3-Y3Nの組成
比X3,Y3 を決定することで、ｎ層と発光層との間の格子
不整合を極力小さくすることができ、発光層の結晶性を
向上させることが可能となる。この結果、紫外線の発光
効率が向上する。
【００１３】紫外線を発光するために、発光層をGaY5In
1-Y5N(0.92≦Y5≦1)で構成した場合には、ｎ層をGaN と
することで、格子不整合を小さくすることができる。
【００１４】又、上記の発光ダイオードはサファイア基
板上に、バッファ層を形成し、その上にｎ層に対する電
流のリードとして機能する高濃度にシリコンが添加され
たGaN から成るｎ+ 層を形成することもできる。この場
合には、ｎ層をGaN で構成することで、ｎ+ 層とｎ層と
の格子定数は完全に一致し、ミスフィット転位は発生し
ない。よって、発光層の結晶性がより向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】紫外線を発光する発光ダイオード
の構造について説明する。図１において、発光ダイオー
ド１０は、サファイア基板１を有しており、そのサファ
イア基板１上に500 ÅのAlN のバッファ層２が形成され
ている。そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約2.0
μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から
成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約1.0 μｍ、電子濃
度 2×1018/cm3のシリコンドープのAl0.3Ga0.7N から成
るｎ層４、全膜厚約0.11μｍの発光層５、膜厚約1.0 μ
ｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、濃度1 ×1020/cm3にマグ
ネシウムがドープされたAl0.3Ga0.7N から成るｐ層６
１、膜厚約0.2 μｍ、ホール濃度 7×1017/cm3、マグネ
シウム濃度 2×1020/cm3のマグネシウムドープのGaN か
ら成るコンタクト層６２が形成されている。そして、コ
ンタクト層６２上にコンタクト層６２に接合するNiから
成る電極７が形成されている。さらに、高キャリア濃度
ｎ+ 層３の表面の一部は露出しており、その露出部上に
その層３に接合するNiから成る電極８が形成されてい
る。
【００１６】発光層５の詳細な構成は、図２に示すよう
に、膜厚約100 ÅのAl0.25Ga0.75Nから成る６層のバリ
ア層５１と膜厚約100 ÅのAl0.2Ga0.8N から成る５層の
井戸層５２とが交互に積層された多重量子井戸構造で、
全膜厚約0.11μｍである。又、井戸層５２には、亜鉛と
シリコンが、それぞれ、5 ×1018/cm3の濃度に添加され
ている。
【００１７】次に、この構造の発光ダイオード１０の製
造方法について説明する。上記発光ダイオード１０は、
有機金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3 とキャリアガスH2又はＮ2 とトリメチルガリウム(Ga
(CH3)3)（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニ
ウム(Al(CH3)3)（以下「TMA 」と記す) とシラン(SiH4)
とジエチル亜鉛( 以下「DEZ 」と記す) とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記
す）である。
【００１８】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とする厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファ
イア基板１をM0VPE 装置の反応室に載置されたサセプタ
に装着する。次に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室
に流しながら温度1100℃でサファイア基板１を気相エッ
チングした。
【００１９】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２が約 500Åの厚
さに形成された。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈
されたシランを200ml/分で３０分供給して、膜厚約2.2
μｍ、電子濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN か
ら成る高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００２０】次に、サファイア基板１の温度を1100℃に
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を 10liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル
／分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシラン
を10×10-9mol/分で、60分供給して、膜厚約1 μｍ、濃
度1 ×1018/cm3のシリコンドープのAl0.3Ga0.7N から成
るｎ層４を形成した。
【００２１】その後、サファイア基板１の温度を1100℃
に保持し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を 1×10-5モル／分、TMA を0.39×10-4モル／
分で３分間導入してAl0.25Ga0.75N から成る厚さ１００
Åのバリア層５１を形成した。次に、N2又はH2を20 lit
er／分、NH3 を10 liter／分、TMG を 1×10-5モル／
分、TMA を0.31×10-4モル／分で、且つ、H2ガスにより
0.86ppm に希釈されたシランを10×10-9mol/分、DEZ を
2×10-4モル／分で、３分間導入してAl0.2Ga0.8N から
成る厚さ１００Åのシリコンと亜鉛が、それぞれ、 5×
1018/cm3の濃度に添加された井戸層５２を形成した。こ
のような手順の繰り返しにより、図２に示すように、バ
リア層５１と井戸層５２とを交互に５層だけ積層たし多
重量子井戸構造で、全体の厚さ0.11μｍの発光層５を形
成した。
【００２２】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl0.3Ga0.7N から成るｐ層６
１を形成した。ｐ層６１のマグネシウムの濃度は1 ×10
20/cm3である。この状態では、ｐ層６１は、まだ、抵抗
率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２３】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を 10liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分の割合で
4分間導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドー
プのGaN から成るコンタクト層６２を形成した。コンタ
クト層６２のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率
108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２４】このようにして、図２に示す断面構造のウ
エハが得られた。次に、このウエハを、４５０℃で４５
分間、熱処理した。この熱処理により、コンタクト層６
２、ｐ層６１は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/cm3，
5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm，0.8 Ωcm のｐ伝導型半
導体となった。このようにして、多層構造のウエハが得
られた。
【００２５】次に、図３に示すように、コンタクト層６
２の上に、スパッタリングによりSiO2層９を2000Åの厚
さに形成し、そのSiO2層９上にフォトレジスト１０を塗
布した。そして、フォトリソグラフにより、図３に示す
ように、コンタクト層６２上において、高キャリア濃度
ｎ+ 層３に対する電極形成部位Ａ' のフォトレジスト１
０を除去した。次に、図４に示すように、フォトレジス
ト１０によって覆われていないSiO2層９をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
【００２６】次に、フォトレジスト１０及びSiO2層９に
よって覆われていない部位のコンタクト層６２、ｐ層６
１、発光層５、ｎ層４を、真空度0.04Torr、高周波電力
0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給しドライ
エッチングした後、Arでドライエッチングした。この工
程で、図５に示すように、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対
する電極取出しのための孔Ａが形成された。
【００２７】次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、図１に示すように、高キャリア
濃度ｎ+ 層３及びコンタクト層６２に対する電極８，７
を形成した。その後、上記の如く処理されたウエハを各
チップに切断して、発光ダイオードチップを得た。
【００２８】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長 380nm、発光強度２mWであ
った。この発光効率は３％であり、従来の構成のものに
比べて１０倍に向上した。
【００２９】上記の実施例では、発光層５のバリア層５
１のバンドギャップが両側に存在するｐ層６１とｎ層４
のバンドギャップよりも小さくなるようなダブルヘテロ
接合に形成されている。上記実施例ではダブルヘテロ接
合構造を用いたが、シングルヘテロ接合構造であっても
良い。さらに、ｐ層を形成するのに熱処理を用いたが、
電子線照射によってｐ型化しても良い。
【００３０】上記の発光ダイオード１０は、各井戸層５
２に亜鉛とシリコンとを同時に添加しているが、各井戸
層５２と各バリア層５１共に亜鉛等のアクセプタ不純物
とシリコン等のドナー不純物とを添加しても良い。又、
図６に示すように、発光ダイオード１００の発光層５
は、複数の井戸層５２０に、順に交互に、シリコンと亜
鉛を添加しても良い。この構造において、アクセプタ準
位とドナー準位による対発光が可能となり、紫外線の発
光効率が向上する。 このようにして得られた発光素子
は、駆動電流20mAで、発光ピーク波長 380nm、発光強度
５mWであった。この発光効率は７％であり、従来の構成
のものに比べて２５倍に向上した。
【００３１】又、図７に示すように、発光ダイオード２
００は、全ての井戸層５２１に亜鉛を添加し、全てのバ
リア層５１１にシリコンを添加したものでも良い。この
構造において、アクセプタ準位とドナー準位による対発
光が可能となり、紫外線の発光効率が向上する。尚、逆
に、全ての井戸層５２１にシリコンを添加し、全てのバ
リア層５１１に亜鉛を添加するようにしても良い。この
ようにして得られた発光素子は、駆動電流20mAで、発光
ピーク波長 370nm、発光強度５mWであった。この発光効
率は７％であり、従来の構成のものに比べて２５倍に向
上した。
【００３２】さらに、上記の全ての発光ダイオードは、
バリア層５１、５１０、５１１にはマグネシウムが添加
されていないが、マグネシウムを添加した後の、熱処
理、又は、電子線照射処理によりｐ型化しても良い。こ
のようにして得られた発光素子は、駆動電流20mAで、発
光ピーク波長 380nm、発光強度１０mWであった。この発
光効率は１５％であり、従来の構成のものに比べて５０
倍に向上した。
【００３３】さらに、発光ダイオード３００を図８に示
すような構成としても良い。即ち、発光ダイオード３０
０を膜厚約5.0 μｍ、濃度 5×1018/cm3のシリコンドー
プGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３０、膜厚約0.5
μｍ、濃度 5×1017/cm3のシリコンドープのGaN から成
るｎ層４０、全膜厚約0.41μｍの発光層５０、膜厚約0.
5 μｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3、濃度 5×1020/cm3に
マグネシウムがドープされたAl0.08Ga0.92N から成るｐ
層６１０、膜厚約1 μｍ、ホール濃度 7×1018/cm3、マ
グネシウム濃度 5×1021/cm3のマグネシウムドープのGa
N から成るコンタクト層６２０で構成しても良い。
【００３４】但し、発光層５０の詳細な構成は、膜厚約
100 ÅのGaN から成る２１層のバリア層５１２と膜厚約
100 ÅのIn0.07Ga0.93N から成る２０層の井戸層５２２
とが交互に積層された多重量子井戸構造で、全膜厚約0.
41μｍである。又、井戸層５２２には、シリコンが5 ×
1018/cm3の濃度に添加されている。
【００３５】このようにして得られた発光素子は、駆動
電流20mAで、発光ピーク波長３８０nm、発光強度２ｍＷ
であった。この発光効率は３％であり、従来の構成のも
のに比べて１０倍に向上した。
【００３６】尚、発光層５０の井戸層５２２にIn0.07Ga
0.93N を用いたが、Al0.03Ga0.89In0.08N 等の４元系の
３族窒化物半導体を用いてもよい。又、バリア層５１２
にGaN を用いたが、井戸層５２２の禁制帯幅よりも大き
な禁制帯幅を有するAlx2GaY2In1-X2-Y2N 半導体を用い
ても良い。又、発光層５０の多重量子井戸の繰り返し層
数は１〜２０程度を用いることができる。さらに、バリ
ア層５１２と井戸層５２２は略格子定数を一致させるよ
うに組成比を選択するのが良い。
【００３７】又、上記の全ての発光ダイオードの発光層
は多重量子井戸構造としたが、他の発光ダイオード４０
０として、図９に示すように、発光層５０１を、膜厚約
0.5μｍのIn0.07Ga0.93N で構成しても良い。この場合
の発光ダイオードは、駆動電流20mAで、発光ピーク波長
380 nm、発光強度１mWであった。この発光効率は1.5%で
あり、従来の構成のものに比べて５倍に向上した。この
発光層５０１は不純物を添加していないが、シリコン等
のドナー不純物や亜鉛等のアクセプタ不純物を添加して
も良い。発光層５０１は厚さ0.5 μｍにしているので、
正孔の拡散長よりも厚くなり、ｎ層４０と発光層５０１
との間の障壁が小さくても、発光効率を低下させること
はない。
【００３８】又、図８と図９に示す発光ダイオードは、
ｎ+ 層３０とｎ層４０とは共にGaNであるので、これら
の層間での格子不整合は存在しない。よって、この格子
不整合によるミスフィット転位が発光層５０、５０１に
発生することはない。又、GaN とIn0.07Ga0.93N との間
の格子不整合は小さく、ｎ層４０と発光層５０との格子
不整合に伴う発光層５０、５０１のミスフィット転位は
少ない。よって、発光層の結晶性が良くなった。
【００３９】上記実施例ではダブルヘテロ接合構造を用
いたが、シングルヘテロ接合構造であっても良い。さら
に、ｐ層を形成するのに熱処理を用いたが、電子線照射
によってｐ型化しても良い。発光ダイオードの例を示し
たが、レーザダイオードであっても同様に構成可能であ
る。
【００４０】このようにして形成された発光ダイオード
１０、１００、２００、３００、４００は、図１０に示
すように（図では発光ダイオードは代表して１０で示さ
れている）、リード２０１の上部の平坦部２０３に取り
付けられ、電極８とリード２０１がワイヤ２０４で接続
され、電極７とリード２０２がワイヤ２０５で接続され
た後、レンズ２０６を形成するために樹脂成形される。
このレンズ２０６の上面に蛍光塗料が塗布されて、蛍光
体層２０７が形成されている。蛍光体層２０７には蛍光
顔料、蛍光染料、その他の蛍光物質を用いることができ
る。この蛍光体層２０７を任意の色、例えば、赤、緑、
青とすれば、発光ダイオードの材質や構造を変化させる
ことなく、蛍光体層２０７の物質だけ変化させること
で、任意の発光色を得ることができる。蛍光体として
は、Zn0.2Cd0.8S:Ag、Zn0.6Cd0.4S:Ag、(Sr,Ca)10(PO4)
6CL2:Eu 等を用いることができる。又、緑色発光の蛍光
体としてZnS:Cu,Al 蛍光体とY2Al5O12:Tb 蛍光体との混
合体、赤色発光の蛍光体としてY2O3:Eu 蛍光体とY2O3S:
Eu蛍光体との混合体、青色発光の蛍光体としてZnS:Ag,A
l 蛍光体を用いることもできる。
【００４１】又、図１１に示すように、発光ダイオード
５００の最上層である電極７の上に蛍光体層２０８を形
成しても良い。さらに、図１２に示すように、フリップ
チップ型の発光ダイオード６００の場合には、サファイ
ア基板１の発光層５が形成されていない側の面１ａ上に
蛍光体層２０９を形成しても良い。さらに、図１３に示
すように、発光ダイオード７００の側面に発光層７０１
からの紫外線を入射する蛍光体層２１０を形成して良
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な実施例にかかる発光素子に用
いられる発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図５】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
【図６】他の例の発光ダイオードの構成を示した構成
図。
【図７】他の例の発光ダイオードの構成を示した構成
図。
【図８】他の例の発光ダイオードの構成を示した構成
図。
【図９】他の例の発光ダイオードの構成を示した構成
図。
【図１０】発光ダイオードを有した発光素子の構成を示
した構成図。
【図１１】発光素子の他の構成を示した構成図。
【図１２】発光素子の他の構成を示した構成図。
【図１３】発光素子の他の構成を示した構成図。
【符号の説明】
１０，１００，２００，３００，４００，５００，６０
０，７００…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３，３０…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４，４０…ｎ層 ５，５０，５０１，７０１…発光層 ５１，５１０，５１１，５１２…バリア層 ５２，５２０，５２１，５２２…井戸層 ６１，６１０…ｐ層 ６２，６２０…コンタクト層 ７，８…電極 ２０７，２０８，２０９，２１０…蛍光体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光層に３族窒化物半導体を用いた発光素
    子において、 紫外線を発光する発光層と、 前記発光層の放射する前記紫外線を受光して、可視光に
    変換する蛍光体層とを設けたことを特徴とする発光素
    子。
  2. 【請求項２】前記蛍光体層は光を外部に放射するための
    レンズ体に形成されていることを特徴とする請求項１に
    記載の発光素子。
  3. 【請求項３】前記発光層に給電するための電極層を有
    し、前記蛍光体層はその電極層上に形成されていること
    を特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 【請求項４】前記発光層を形成するためのサファイア基
    板を有し、前記蛍光体層はそのサファイア基板の前記発
    光層の形成側とは反対側の面に形成されていることを特
    徴とする請求項１に記載の発光素子。
  5. 【請求項５】前記蛍光体層は、前記発光層の側面に形成
    されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素
    子。
  6. 【請求項６】前記発光層は、Alx1GaY1In1-X1-Y1Nから成
    る井戸層とこの井戸層よりも禁制帯幅の広いAlx2GaY2In
    1-X2-Y2N から成るバリア層とを少なくとも１層以上交
    互に積層させた量子井戸で構成され、前記発光層にアク
    セプタ不純物とドナー不純物とを添加したことを特徴と
    する請求項１に記載の発光素子。
  7. 【請求項７】前記発光層の各井戸層、又は、各井戸層及
    び各バリア層に前記アクセプタ不純物と前記ドナー不純
    物とが共に添加されていることを特徴とする請求項６に
    記載の発光素子。
  8. 【請求項８】前記発光層の隣接する井戸層に、前記アク
    セプタ不純物と前記ドナー不純物とが交互に添加されて
    いることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
  9. 【請求項９】前記発光層の前記井戸層には前記アクセプ
    タ不純物が、前記発光層の前記バリア層には前記ドナー
    不純物が、逆に、前記井戸層には前記ドナー不純物が、
    前記バリア層には前記アクセプタ不純物が、それぞれ、
    添加されていることを特徴とする請求項６に記載の発光
    素子。
  10. 【請求項１０】前記バリア層はGaN から成ることを特徴
    とする請求項６に記載の発光素子。
  11. 【請求項１１】前記井戸層と前記バリア層は格子定数が
    一致していることを特徴とする請求項６に記載の発光素
    子。
  12. 【請求項１２】前記発光層は、ｐ伝導型のｐ層とｎ伝導
    型のｎ層とで挟まれ、正孔の拡散長よりも厚く構成し、
    前記ｎ層を、前記発光層と格子定数が略等しくなるドナ
    ー不純物が添加されたAlx3GaY3In1-X3-Y3N 半導体で構
    成し、 前記ｐ層を、前記発光層に注入された電子を閉じ込める
    のに十分なだけ、前記発光層よりも禁制帯幅が大きいア
    クセプタ不純物が添加されたAlx4GaY4In1-X4-Y4N半導体
    で構成したことを特徴とする請求項１に記載の発光素
    子。
  13. 【請求項１３】前記発光層はGaY5In1-Y5N (0.92 ≦Y5≦
    1)で構成され、前記ｎ層はドナー不純物が添加されたGa
    N で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載
    の発光素子。
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