JPH10247761A - 青色半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化合物半導体素子を形成するための半導体材
料に関し、大きいバンドギャップを有し、ｐｎ制御が可
能でしかも安定した結晶が得る。 【解決手段】 短波長発光素子として用いる化合物半導
体素子において、ｎ型ＧａＰ基板４１にＳｉドープのｎ
型ＢＰバッファ層４２が形成され、この上にＳｉドープ
のｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層（活性層）４
３、アンドープのＧａＡｌＮ超格子層４４、Ｍｇドープ
のｐ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層４５が順次形
成され、Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ層はウルツ型結晶構造を有
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、短波長発光素子と
して有用な広バンドギャップの化合物半導体材料を用い
た青色半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速度かつ高密度の情報処理システムの
発展に伴い、短波長半導体レーザの実現が望まれてい
る。従来、半導体レーザの材料としては、ＡｌＧａＡｓ
系，ＩｎＧａＡｓＰ系，ＡｌＩｎＰ系等のIII-Ｖ族半導
体材料が使用されて来た。しかし、これらはいずれもバ
ンドギャップの値が緑色発光の要求にはほど遠い。緑色
発光を実現するためには、既存の材料ではなく、新しい
考えに基づく材料設計が望まれる。

【０００３】III-Ｖ族化合物半導体材料を大きなバンド
ギャップという観点から見ると、ＢＮ（４または８ｅ
Ｖ），ＡｌＮ（６ｅＶ），ＧａＮ（３．４ｅＶ），Ｉｎ
Ｐ（２．４ｅＶ），ＡｌＰ（２．５ｅＶ），ＧａＰ
（２．３および２．８ｅＶ）等の、軽めの III族元素の
窒化物と燐化物が大きいバンドギャップを有する。しか
しながらこれらのうち、ＢＮは、バンドギャップが大き
いが４配位（ｓｐ３）結合を有する高圧相（ｃ−ＢＮ）
は合成しにくく、しかも３種の多形を有し、混合物もで
き易いので使用できない。不純物ドーピングも難しい。

【０００４】ＩｎＮは、バンドギャップが小さめであ
り、熱的安定性に乏しく、また普通多結晶しか得られな
い。ＡｌＰ，ＧａＰは、いずれもバンドギャップがやや
足りない。残るＡｌＮ，ＧａＮは、バンドギャップが大
きく、また安定性にも優れており、短波長発光用として
適していると言える。ただ、ＡｌＮ，ＧａＮは結晶構造
がウルツ鉱型（Ｗｕｒｚｅｉｔｅ型、以下これをＷＺ型
と略称する）であり、しかもイオン性が大きいため格子
欠陥が生じ易く、低抵抗のｐ型半導体を得ることができ
ない。

【０００５】この様な問題を解決するため、従来の半導
体レーザ用に開発された材料であるＢやＮを含まない I
II−Ｖ族系の化合物にＢまたはＮを混合してバンドギャ
ップを大きくした材料を得る試みがなされている。しか
し、従来用いられている材料とＢまたはＮを含む材料と
では格子定数が２０〜４０％と大きく異なり、また格子
型も異なるため、安定な結晶は得られていない。例え
ば、ＧａＰにＮを混合した場合、ＮはＧａＰの１％以下
しか混合できず、十分広いバンドギャップを得ることは
不可能であった。

【０００６】本発明者らの研究によれば、ＧａＮやＡｌ
Ｎで低抵抗のｐ型結晶が得られないのは、イオン性が大
きいことによる欠陥が生じ易いことの他に、これらが閃
亜鉛鉱型（Zinc Blende 型、以下ＺＢ型と略称する）の
結晶構造ではなく、ＷＺ構造を持っていることが一つの
原因であることを見出した。この事情を以下に図面を参
照して説明する。

【０００７】図７（ａ）は、立方晶の半導体のバンド構
造である。ここでは便宜上伝導帯の底をГ点にしてある
が、他の場所にあっても議論に本質的な差はない。問題
となる価電子帯の頂上付近は重いホールと軽いホールの
バンドが縮退している。また、価電子帯にはスピン軌道
相互作用のため低エネルギー側にシフトした軌道が存在
する。この場合はホールは重いバンドと軽いバンドの両
方に存在するので有効質量は両者の平均になる。

【０００８】しかし、六方晶のＷＺ構造では強い一軸異
方性のため結晶場の影響が強く現われ、図７（ｂ）のよ
うに重いホールと軽いホールのバンドの縮退が解け、重
いホールのバンドが高エネルギー側にシフトしてしま
う。その結果、ホールはこの重いホールのバンドに存在
することになる。そのため、ホールの有効質量が重くな
るので、アクセプタ準位のエネルギーも深くなり、ホー
ルを放出しにくくなって、低抵抗のｐ型ができないので
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来、緑
色発光半導体レーザや高輝度青色ＬＥＤを実現するため
に必要である、バンドギャップが例えば２．７ｅＶ以上
と十分大きく、ｐｎ制御が可能で、結晶の質もよい、と
いう条件を満たす半導体材料は存在しなかった。Ａｌ
Ｎ，ＧａＮなどの窒化物は大きいバンドギャップを得る
上で有効な材料であるが、低抵抗のｐ型層を得ることが
できなかった。

【００１０】本発明は上記した点に鑑みなされたもの
で、大きいバンドギャップを有し、ｐｎ制御が可能でし
かも安定した結晶が得られる化合物半導体材料を用いて
構成された青色半導体発光素子を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（構成）本発明者らの研究によれば、本来ＷＺ構造であ
る結晶であっても、安定なＺＢ構造を有する結晶上に成
長させれば、ｐｎ制御が可能でしかも安定した結晶が得
られることを見出した。従って本発明は第１に、Ｇａ_x
Ａｌ_1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）層を、これとほぼ同一の結合
長を有し、かつＺＢ構造であってイオン性が小さくｐｎ
制御が容易であるＢＰ層上に積層してヘテロ接合を構成
することにより、窒化物の直接遷移型の広バンドギャッ
プ特性とＢＰの低イオン性で欠陥の生じ難い性質を併せ
持つ化合物半導体材料を用いた半導体素子提供する。

【００１２】また本発明者らの研究によれば、従来熱力
学的に安定な混晶が作製できないと考えられていたＢと
Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎという III族元素の組合わせ、若しく
はＮとＰ，Ａｓの組合わせを含むIII-Ｖ族化合物半導体
材料系においても、ＢとＮを同時に混合することによ
り、安定な混晶を得ることができる場合のあることが判
明した。それは、Ｇａ_x Ｂ_1-x Ｎ_z Ｐ_1-z 系の混晶にお
いて、その組成がｘ＝ｚをほぼ満足する場合である。透
過型電子顕微鏡による観察を行うと、Ｇａ−Ｎ，Ｂ−Ｐ
が選択的に結合して交互に整列しているオーダリング現
象が観測され、Ｇａ−Ｎ，Ｂ−Ｐの結合が生じることに
より、全系のエネルギーが低下して安定な混晶として存
在することが明らかになった。

【００１３】これらの事実から、安定な混晶を得るため
には必ずしも格子定数や格子型が同じであることは必要
ではなく、結合長が同じであることが重要であるといえ
る。そこで本発明は、第２に、Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ
_z Ｐ_1-z 系の混晶において、好ましくは組成を、ｘ＋ｙ
＝ｚとし、Ｇａ−Ｎ，Ａｌ−ＮとＢ−Ｐのオーダリング
を構造的に生じさせた化合物半導体材料を用いて半導体
素子を構成したことを特徴とする。

【００１４】また本発明は、上述のような半導体素子を
製造するに際して、複数の反応管を有する有機金属気相
成長装置を用いて、基板を複数の反応管の間で移動させ
て基板上にＢＰ層とＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎ層を順次成長させ
てヘテロ接合を形成する工程を有することを特徴とす
る。

【００１５】（作用）本発明によれば、ＺＢ構造である
ＢＰ層上にＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎ層を成長することにより、
バンドギャップが大きく、ｐｎの制御が容易で結晶の質
もよい優れた化合物半導体材料が得られる。またＧａ
Ｎ，ＡｌＮとＢＰを混合して混晶を作製することによ
り、同様にバンドギャップの大きい優れた化合物半導体
材料が得られる。そしてこれらの材料を用いて緑色より
も短波長の発光素子を実現することができる。

【００１６】また本発明の方法によれば、複数の反応管
を有する有機金属気相成長装置を用いて、基板をこれら
反応管の間で移動させることにより、それぞれの原料ガ
スを極めて短時間で鋭い濃度変化をもって交互に基板上
に供給することができる。これにより、所望の積層周期
でＢＰ層とＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎ層が交互に積層された多層
構造の素子ウェハを得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によつて説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態によるＧａＮ
／ＢＰの超格子構造を有する半導体ウェハである。この
実施形態では、ＧａＰ基板１上にバッファ層としてのＧ
ａＰ層２が形成され、この上にＢＰ層３とＧａＮ層４が
交互に所定の周期で積層されている。

【００１９】図２は、このような超格子構造半導体ウェ
ハを製造するために用いたマルチチャンバ方式の有機金
属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置である。図において、１
１，１２および１３は石英製の反応管でありそれぞれの
上部に位置するガス導入口から必要な原料ガスが取入れ
られる。これらの反応管１１，１２および１３は一つの
チャンバ１４にその上蓋を貫通して垂直に取付けられて
いる。基板１５はグラファイト製サセプタ１６上に設置
され、各反応管１１，１２，１３の開口に対向するよう
に配置されて外部の高周波コイル１７により高温に加熱
される。

【００２０】サセプタ１６は、石英製ホルダ１８に取付
けられ、磁性流体シールを介した駆動軸により各反応管
１１，１２，１３の下を高速度で移動できるようになっ
ている。駆動は、外部に設置されたコンピュータ制御さ
れたモータにより行われる。サセプタ中央部には熱電対
２０が置かれ、基板直下の温度をモニタして外部に取出
す。そのコード部分は回転によるよじれを防止するため
スリップリングが用いられる。反応ガスは、上部噴出口
２１からの水素ガスのダウンフローの速い流れにより押
出され、互いの混合が極力抑制されながら、排気口２２
からロータリーポンプにより排気される。

【００２１】この様なＭＯＣＶＤ装置により、各反応管
１１，１２，１３を通して所望の原料ガスを流し、基板
１５をコンピュータ制御されたモータで移動させること
により、基板１５上に任意の積層周期、任意組成を持っ
て多層構造を作製することができる。この方式では、ガ
ス切替え方式では得られない鋭い濃度変化が容易に実現
できる。またこの方式では、急峻なヘテロ界面を作製す
るためにガスを高速で切替える必要がないため、原料ガ
スであるＮＨ₃ やＰＨ₃ の分解速度が遅いという問題を
ガス流速を低く設定することにより解決することができ
る。

【００２２】この図２のＭＯＣＶＤ装置を用いて、具体
的に図１に示す半導体ウェハを作製し、得られたウェハ
の結晶層の性質を調べた。その結果を以下に説明する。
用いた原料ガスは、メチル系有機金属のトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ），トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），
ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）またはトリエチル硼素（ＴＥＢ）
とフォスフィン（ＰＨ₃ ），アンモニア（ＮＨ₃ ）であ
る。基板温度は８５０〜１１５０℃、圧力は０．３気
圧、原料ガスの総流量は１ｌ／min であり、成長速度が
１μｍ／ｈとなるようにガス流量を設定した。

【００２３】得られた超格子層は、オージェ分光法によ
りＢ，Ｇａの信号をＡｒイオンによりエッチングしなが
ら追跡した結果、いずれの界面も濃度変化は鋭いことが
判明した。この鋭さは、オージェ電子のエスケープ・レ
ングスと同程度の３ｎｍ程度であった。また５０周期の
超格子層についてＸ線の小角散乱により長周期構造を調
べたところ、これもよい長距離秩序を反映したものであ
った。

【００２４】また作製した超格子層のＧａＮ層のホール
測定において、キャリア濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 程度
のｎ型伝導を示し、Ｎ原子の空孔は非常に少ないことが
明らかになった。ＴＭＧをＴＭＡに置換していくと、Ｇ
ａＮはＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎと混晶化してこれとＢＰ層との
超格子層が得られることも確認された。この超格子層の
電気抵抗は、ｘが０．４以上では著しく増大し、ほぼ絶
縁体とみなせる高抵抗になった。

【００２５】ＧａＮ／ＢＰ超格子層で、ｒ＝２に保ちな
がら積層周期を６ｎｍ以下にしたところ、Ｘ線ディフラ
クトメータにおける回折パターンから、ＧａＮに起因す
るＷＺ構造の反射が不明瞭になり出し、４ｎｍ以下では
共にＺＢ構造になっていると思われる反射が認められ
た。但し格子は歪んでいる。これにより、積層膜の膜厚
を選べばＷＺ構造のＧａＮが合成されることが確認され
た。ＢＰ層を７ｎｍとし、ＧａＮ層の膜厚を変化させた
ところ、ＧａＮ層が５ｎｍを越えるとＷＺ構造のＧａＮ
層が成長し、ＧａＮ層膜厚に対して直線的にバンドギャ
ップが増大した。

【００２６】ＧａＮに代わってＡｌＮを成長させた場合
も、同様の結果が得られた。従って膜厚の比を変化さ
せ、あるいはＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎを成長させて組成比ｘを
変化させれば、格子定数を一定に保ちながらバンドギャ
ップを変化させることができる。またＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎ
層とＢＰ層の膜厚比が１．０以上では、間接遷移型から
直接遷移型になることが認められた。

【００２７】前述のようにアンドープの場合、この実施
形態による超格子層はｎ型伝導を示すが、ジメチルジン
ク（ＤＭＺ）を原料ガスと混合してＺｎのドーピングを
行うことにより、ｐ型結晶を得ることができた。ＤＭＺ
の量を変化させることにより、伝導型と同時にキャリア
濃度の制御も可能であった。

【００２８】以上のようにこの実施形態によれば、これ
まで困難であった窒化物（ＧａＡｌＮ，ＧａＮ，Ａｌ
Ｎ）と燐化物（ＢＰ）の急峻なヘテロ接合を作製するこ
とができ、これによりＷＺ構造のｐｎ制御可能な広バン
ドギャップ（＞２．７ｅＶ）の化合物半導体ウェハが得
られる。この半導体ウェハを用いれば、高輝度青色ＬＥ
Ｄや緑色光半導体レーザを構成することができる。

【００２９】図３は、本発明の他の実施形態による半導
体ウェハである。この実施形態では、ＧａＰ基板１にバ
ッファ層としてのＧａＰ層２を介して混晶であるＧａ_x
Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z 層５を成長させている。

【００３０】図４は、図３の半導体ウェハを作製するた
めに用いたＭＯＣＶＤ装置である。２３は石英製反応管
であり、その上部に位置するガズ導入口２４から原料ガ
スが導入される。反応管２３内のガスは排気口２５から
排気される。基板２７はグラファイト製サセプタ２６に
載置されて反応管２３内に配置され、外部の高周波コイ
ル２８により誘導加熱されるようになっている。２９は
サセプタ２６の温度を検出する熱電対である。

【００３１】この図４のＭＯＣＶＤ装置を用いて、図３
に示すようにＧａＰ基板１上にＧａＰ層２を成長させ、
その上にＧａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z （０≦ｘ，
ｙ，ｚ≦１）混晶層５を成長させた。原料ガスは、メチ
ル系有機金属のトリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ），ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）ま
たはトリエチル硼素（ＴＥＢ）とフォスフィン（Ｐ
Ｈ₃ ），アンモニア（ＮＨ₃）である。基板温度は８５
０〜１１５０℃、圧力は０．３気圧で、ＮとＡｌ、Ｂと
Ｐがほぼ同量混入するように、各原料ガス流量を設定し
た。

【００３２】得られたＧａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z
層５を、エレクトロン・プローブによる特性Ｘ線で面分
析、組成分析を行ったところ、成長条件によってＮとＡ
ｌ、ＢとＰがほぼ同量だけ均一に混入していることが確
認され、このときＸ線回折において全体がエピタキシャ
ル成長していることが確認された。また透過型電子顕微
鏡による観察では、きれいな格子面が認められ、クラス
ター化した領域はなかった。

【００３３】またｐ型結晶を得るため、ジエチルジンク
（ＤＥＺ）を原料ガスに混合して同様の結晶成長を行っ
た。得られた結晶は、ｐ型であることが認識され、フォ
トルミネセンスが調べられた。

【００３４】こうしてこの実施形態によっても、バンド
ギャップが大きく、ｐｎ制御が可能でしかも結晶の質が
よいＢＰとＧａＡｌＮの混晶層を得ることができる。

【００３５】次に本発明を具体的な素子に適用した実施
形態を説明する。

【００３６】図５は、ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を用い
たＬＥＤの実施形態である。Ｓｉドープのｎ型ＧａＰ基
板３１に、バッファ層としてＳｉドープのｎ型ＢＰ層３
２を約２μｍ成長させ、この上にＳｉドープのｎ型Ｇａ
ＡｌＮ／ＢＰ超格子層３３を約３μｍ、Ｍｇドープのｐ
型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層３４を約２μｍ順次成長さ
せている。結晶成長は、図２に示したＭＯＣＶＤ装置に
より行った。

【００３７】超格子層３３，３４は具体的には、Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 ＮとＢＰの交互積層であり、１ｎｍ＋１ｎ
ｍの繰返しとなっている。ｎ型超格子層３３は、シラン
（ＳｉＨ₄ ）をドーパントとして用いて、キャリア濃度
１×１０¹⁷／ｃｍ³ を得、ｐ型超格子層３４はシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（ＣＰ₂ Ｍｇ）をドーパント
として用いてキャリア濃度２×１０¹⁶／ｃｍ³ を得てい
る。素子ウェハ両面にはそれぞれＩｎ電極３５，３６を
設けている。

【００３８】この構造により、高輝度青色発光が得られ
る。

【００３９】図６は、ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層による
ＤＨレーザの実施形態である。先の実施形態と同様に、
図２のＭＯＣＶＤ装置と用いて作られる。即ちｎ型Ｇａ
Ｐ基板４１にまずバッファ層としてＳｉドープのｎ型Ｂ
Ｐ層４２を形成し、この上にＳｉドープのｎ型ＧａＡｌ
Ｎ／ＢＰ超格子層４３を約１μｍ、次いでアンドープの
ＧａＡｌＮ超格子層４４を約０．１μｍ、更にこの上に
Ｍｇドープのｐ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層４５を約１
μｍ成長させている。アンドープの超格子層４４が活性
層である。

【００４０】各超格子層４３〜４５の組成は、Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ＮとＢＰの交互積層である。ｐ型およびｎ型超
格子層４５，４３では、０．７ｎｍ＋１．３ｎｍの２ｎ
ｍ周期でバンドギャップが約３．０ｅＶ、アンドープ超
格子層４４では０．５ｎｍ＋０．５ｎｍの１ｎｍ周期で
バンドギャップは２．７ｅＶである。ｎ型超格子層４３
は、ＳｉドーピングをＳｉＨ₄ により行なってキャリア
濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ を得、ｐ型超格子層４５はＭｇ
ドーピングをＣＰ₂ Ｍｇを用いて行ってキャリア濃度１
×１０¹⁷／ｃｍ³ を得ている。両面にはＩｎ電極４６，
４７が形成されている。

【００４１】この実施形態のＤＨレーザにより青色発光
が得られる。

【００４２】本発明は、上記実施形態に限られるもので
はない。例えば、 III族元素としてＧａ，Ａｌ，Ｂの他
に少量のＩｎ，Ｔｌ等と混入すること、またＶ族元素と
してＡｓ，Ｓｂ，Ｂｉなどを混合することが可能であ
る。原料ガスとして、Ｇａ原料にはトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）、Ａｌにはトリエチルアルミニウム（ＴＥ
Ａ）などのエチル基有機金属を用い、Ｂの原料としてト
リメチルボロン（ＴＭＢ）を用いることができる。Ｎ原
料としても、アンモニアの代わりに窒素ガスやヒドラジ
ン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）、更にはＧａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ・ＮＨ₃ ，
Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ・Ｎ・（ＣＨ₃ ）₃ ，Ａｌ（Ｃ
₂ Ｈ₅ ）₃ ・ＮＨ₃ ，Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ・Ｎ・（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ 等のアダクトと呼ばれる有機金属化合物を用い
ることができる。

【００４３】本発明による化合物半導体材料即ち、Ｇａ
ＡｌＮとＢＰの超格子構造半導体または混晶半導体Ｇａ
_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z は、既に述べたように直接
遷移型と間接遷移型、ＷＺ構造とＺＢ構造という性格の
異なるものの組み合わせであり、Ａｌ−Ｎ，Ｂ−Ｎの結
合長が他の結合長に比べて特に短い、ＡｌＮは高抵抗で
ある、といった点が問題である。この半導体材料が安定
に存在するためには、ｘ＋ｙがｚと略等しいことが必要
であることは既に述べた。

【００４４】次に結晶構造の問題が重要である。本実施
形態では混晶半導体Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z を
ＷＺ構造にするが、結晶をＷＺ型に保つ上で必要なＺＢ
型成分であるＢ，Ｐの上限が決定される筈である。本発
明者らの実験によれば、Ｂ，Ｐ成分の上限が０．２、つ
まりｘ＋ｙ＞０．８，ｚ＞０．８であれば結晶がＷＺ構
造をとることが確認された。

【００４５】もう一つはバンド構造の問題である。ＢＰ
はＸ点に伝導帯の底をもつ間接遷移型であり、ＡｌＮ，
ＧａＮはГ点に底を持つ直接遷移型である。図８は、こ
れらの物質から想定される混晶の組成によるバンドギャ
ップ、伝導帯の底の位置の変化である。ここでは、ＢＰ
とＡｌＮ、ＢＰとＧａＮの二つの擬２元系の組成（Ａｌ
_a Ｎ_a Ｂ_1-a Ｐ_1-a ，Ｇａ_b Ｎ_b Ｂ_1-b Ｐ_1-b ；０≦
ａ，ｂ≦１）によるバンド構造の変化を示している。図
中のＸ，Г，Ａは、伝導帯の底の位置を示す記号であ
る。

【００４６】この様な直線近似は、ＧａＡｓ−ＡｌＡｓ
系の混晶において十分正確な近似とされている。これま
で間接遷移型で定常的なレーザの発振例はないといって
よく、発光素子を実現する場合には直接遷移型であるこ
とが重要である。そこで窒化物成分の硼化物成分に対す
る比を大きくとり、直接遷移型にする必要がある。図８
から、ｘ＋ｙの値によりバンド構造がほぼ決定され、ｘ
とｙの比率には余り依存しないことが分かる。これよ
り、直接遷移型であるためには、超格子層，混晶層共平
均組成で０．６≦ｘ＋ｙ〜ｚの多数窒化物組成側の範囲
に限定される。

【００４７】また、III 族元素の構成比も考慮しなけれ
ばならない。Ａｌの濃度を増加させるとＡｌＮ成分が増
加し、バンドギャップが効果的に広がるが、ＡｌＮはＧ
ａＮ，ＢＰと比べると格子定数または結合長が短く、格
子整合の点から好ましくないまたＡｌＮは一般に１０¹⁰
Ω・ｃｍ以上の高抵抗であり、素子の構成要素として問
題がある。混晶の場合には、Ａｌ−Ｐの結合をつくれば
立方晶で低抵抗であるが、結合長さが０．２３６ｎｍと
大きく、空気中で不安定な間接遷移型の化合物ＡｌＰの
形成に繁がるので、Ａｌ濃度の増加は好ましくない。

【００４８】図９は、混晶ＡｌＧａＮの結合長さの組成
による変化を示した。Ａｌ：Ｇａ＝１：１組成ではバン
ドギャップは約４．８ｅＶと紫外領域に対応する程十分
に広いが、結合長さの不整合はＢＰに対して２％に達す
る。以上から、Ａｌ組成ｙは、ｙ≦２ｘ程度に抑えるの
が妥当である。

【００４９】また、超格子層の場合には、一方の層内へ
電子が局在するという問題がある。電子の平均自由行程
に比べて厚い層に電子が局在すると、超格子構造の特性
が現れないばかりか、電気伝導度が低下し、素子の作製
が困難になる。したがって積層周期は、自ずから上限が
ある。

【００５０】以上のような好ましい組成などを考慮した
実施形態を次に説明する。

【００５１】図１０は、その様な実施形態のＧａＡｌＮ
／ＢＰ超格子構造ウェハである。この超格子構造ウェハ
の作製には図２のＭＯＣＶＤ装置を用いた。ウェハは、
ＧａＰ基板５１上にバッファ層としてのＧａＰ層５２を
形成し、この上にＢＰ層５３とＧａＡｌＮ層５４を交互
に積層形成している。積層周期は５〜３０ｎｍであり、
ＢＰ層５３とＧａＡｌＮ層５４の厚さは１：１となるよ
うに設定した。

【００５２】原料ガスは、トリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ），トリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリエチル硼
素（ＴＥＢ），アンモニア（ＮＨ₃ ），フォスフィン
（ＰＨ₃ ）である。基板温度は８５０〜１１５０℃程
度、圧力は０．３気圧、原料ガスの総流量は１ｌ／min
であり、成長速度が１μｍ／ｈとなるようにガス流量を
設定した。シラン（ＳｉＨ₄ ）およびシクロペンタジエ
ニルマグネシウム（ＣＰ₂Ｍｇ）を原料ガスに混合する
ことによりドーピングも行った。

【００５３】得られた超格子構造ウェハの特性を測定し
た。まず、準備段階で成長させたアンドープＧａＮ層の
ホール測定において、キャリア濃度１×１０¹⁶／ｃ
ｍ³ 、ホール移動度１５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ程度のｎ
型伝導を示し、Ｎ原子の空孔は非常に少ないことが確認
された。一方、ＡｌＮ層は１×１０⁶ Ω・ｃｍ以上の高
抵抗を示した。積層周期４ｎｍの超格子において、窒化
物部分をＡｌＮと混晶化していくと、電気抵抗は、組成
Ａｌ_w Ｇａ_1-w Ｎ（０≦ｗ≦１）において、ｗが０．６
５以上の領域で著しく増加しだし、結晶自体も不完全な
ものになり出した。

【００５４】図１１はこの超格子構造のＡｌ組成による
比抵抗ρの変化を示している。この図から、ＡｌとＧａ
の組成比は大きくとも２：１程度に止めるべきであるこ
とが分かる。

【００５５】図１２は更に、窒化物層の組成比を、Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎに固定して、積層周期のみを変化させた
場合の比抵抗の変化を調べた結果である。積層周期が２
〜３原子層程度の極端に小さい場合には構造の乱れや欠
陥の効果が強く、抵抗は高めであるが、一般にはＧａＮ
層単独と同程度の大きさである。しかし、積層周期が５
０Ａ程度から抵抗が増加し出し、１０ｎｍ以上では短い
周期の場合の３倍以上にも達する。これは、電子が一方
の層に局在する結果と考えられる。

【００５６】本発明の方法では、ＡｌＧａＮとＢＰの膜
厚の比（ｒ＝Ｄ_AlGaN ／Ｄ_BP）あるいはＡｌ_w Ｇａ_1-w
Ｎの組成ｗを変化させれば、格子定数を一定に保ちなが
ら、バンドギャップを変化させることができるという特
徴がある。したがって、要求される特性の半導体層を、
図２の成長装置を用いてその組成、積層構造を理論にし
たがって予測して成長させることによって得ることがで
きると考えられる。しかし、任意の組成、積層構造で目
的とする広バンドギャップ半導体層が得られる訳ではな
いことが多層ウェハの作製から判明した。

【００５７】図１３は、上述の超格子構造半導体を利用
して試作したシングルヘテロ接合型ＬＥＤの断面構造で
ある。Ｚｎドープ、キャリア濃度５×１０¹⁷／ｃｍ³ の
ｐ型ＧａＰ基板６１にまず、厚さ２μｍ、キャリア濃度
３×１０¹⁷／ｃｍ³ のｐ型ＢＰ層６２をバッファ層とし
て形成する。この上に厚さ２μｍ、キャリア濃度１×１
０¹⁷／ｃｍ³ のｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層
６３と、厚さ２μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁶／ｃｍ³
のｎ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層６４を順次形
成する。この部分の超格子の膜厚比ｒを変化させること
により、バンドギャップを変化させた。そしてこの上に
コンタクト層としてｎ型ＧａＮ層６５を形成した。両面
にそれぞれオーミック電極６６、６７を形成した。

【００５８】図１４はこうして得られたＬＥＤの輝度の
平均組成による変化を示したものである。ここで平均組
成は、ｘ＋ｙ＝ｚを満たし、窒素組成比ｚをパラメータ
として超格子構造を現したことになる。ｚが小さく、間
接遷移型のＢＰが大部分の領域ではほとんど発光しな
い。ｚを増加させていくと、ｚ＝０．５付近からバンド
構造が直接遷移型に遷移していくので、急激に輝度が上
昇する。ｚ増加に伴ってバンドギャップも広がるので、
発光波長も短くなっていく。輝度の増加は、ｚ＝０．７
近傍で極大に達し、その後再び輝度は低下する。

【００５９】図１５は同様の超格子構造を採用したダブ
ルヘテロ接合（ＤＨ）型レーザの断面図である。Ｓｉド
ープ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ のｎ型ＧａＰ基
板７１上に、Ｓｉドープ、キャリア濃度５×１０¹⁷／ｃ
ｍ³ のｐ型ＢＰバッファ層７２を２μｍ形成する。この
上に第１のクラッド層としてｎ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格
子層（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、
１μｍ）７３、活性層としてアンドープのＡｌＧａＮ／
ＢＰ超格子層（キャリア濃度２×１０¹⁶／ｃｍ³ 、０．
１μｍ）７４、さらに第２のクラッド層としてｐ型Ａｌ
ＧａＮ／ＢＰ超格子層（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×
１０¹⁷／ｃｍ³ 、１μｍ）７５を順次形成する。

【００６０】次に、電流狭窄層として、ストライプ状に
開口を有するｎ型ＢＰ層（Ｓｉドープ、キャリア濃度２
×１０¹⁷／ｃｍ³ 、１μｍ）７６を形成し、コンタクト
層としてｐ型ＢＰ層（Ｍｇドープ、キャリア濃度５×１
０¹⁷／ｃｍ³ ）７７を形成した。両面にオーミック電極
７８，７９を形成して完成する。

【００６１】図１６は、このＤＨレーザについて、先の
ＬＥＤと同様に超格子半導体の組成ｚを変化させて、し
きい値電流密度の変化を測定した結果である。ただし先
のＬＥＤの場合と同様、ｘ＋ｙ＝ｚの関係は満たしてい
る。窒素組成比がｚ＝０．４５では約１００ｋＡ／ｃｍ
² であり、ｚ＝０．７５付近で極小値５０ｋＡ／ｃｍ²
を示し、ｚ＝０．８５以上でしきい値は再び上昇してい
く。やはり窒化物だけでは満足なｐｎ接合が出来ず、発
光素子の作製が不可能であることが確認された。

【００６２】以上のＬＥＤおよびＤＨレーザの実施形態
においては、発光層に超格子半導体を用い、そのバンド
ギャップを変化させるためにＡｌとＧａの組成比と超格
子層の積層周期を固定して膜厚比ｒを変化させたが、Ａ
ｌとＧａの組成比を変化させる方がバンドギャップを容
易に変化させ得る。ただしこの場合、安易にＡｌ濃度を
増加させると高抵抗のｎ型層しか得られないという問題
が出てくる。この方法でバンドギャップを変化させる場
合は、窒化物成分の比率をある程度小さくすることが必
要になる。

【００６３】また上述のＬＥＤおよびＤＨレーザの実施
形態において、超格子半導体の部分を、Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ
_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z （０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ〜ｚ）なる組成
を有する混晶半導体に置換することができる。例えば図
２のＭＯＣＶＤ装置でこの様な混晶を得るには、結晶成
長中の基板の移動を止め、代りに所定の成分に混合した
反応ガスを一つの反応管をとおして導入すればよい。た
だしこの場合、原料ガスの相互反応を防止するために、
反応ガスは反応管直前で混合することが重要である。

【００６４】実際にこの様な混晶を作製した結果、ｘ＋
ｙ＝ｚ＞０．７５の範囲ではＸ線回折により結晶全体が
ＷＺ型をもってエピタキシャル成長していることが認識
された。また透過型電子顕微鏡による観察では、整然と
した格子面が観察され、クラスター化した領域は特に観
察されなかった。

【００６５】図１７は、ｘ＝０．２，ｙ＝０．３，ｚ＝
０．５±δとしたときの半値幅の組成偏差δに対する変
化を示している。偏差δが大きい場合には基板上に均一
な混晶層がエピタキシャル成長しているとはいいがた
い。混晶の成長は、組成比範囲の自由度が大きい反面、
微小領域でも組成が均一な単結晶が得られない場合が多
くなる。

【００６６】ところで本発明による新しい化合物半導体
材料により発光素子を作る場合、発光波長に対して透明
でかつ格子整合がとれる基板の選択が困難であり、この
ため基板吸収によって光取出し効果が低いものとなると
いう問題がある。また格子不整合に起因して発光層に応
力がかかる。この点を解決した実施形態を以下に説明す
る。以下の実施形態では、先に説明した実施形態と同様
にして基板上に超格子構造または混晶からなる広バンド
ギャップの半導体層を形成した後に、基板やバッファ層
を除去して光取出し効率の向上を図る。

【００６７】図１８はその様な実施形態のダブルヘテロ
接合構造のＬＥＤである。このＬＥＤは、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ／ＢＰ超格子層８１、アンドープのＡｌＧａＮ／ＢＰ
超格子層８２およびｎ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層８３
からなるダブルヘテロ構造と、この上に形成された厚い
ＷＺ構造のｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層８４により構成
される。ｎ側，ｐ側にそれぞれオーミック電極８５，８
６が形成される。

【００６８】このＬＥＤは、図２のＭＯＣＶＤ装置を用
いて製造される。具体的な製造工程を次に説明する。

【００６９】原料ガスは、ＴＭＡ，ＴＭＧ，ＴＥＢ，Ｎ
Ｈ₃ ，ＰＨ₃ である。基板温度は８５０℃〜１１５０
℃、圧力は０．３気圧、原料ガスの総流量は１ｌ／min
であり、成長速度が１μｍ／ｈとなるようにガス流量を
設定した。概略的な各原料ガスの流量は、ＴＭＡ；１×
１０^-6 mol／min ，ＴＭＧ；１×１０^-6 mol／min ，Ｔ
ＥＢ；１×１０^-6 mol／min ，ＰＨ₃ ；５×１０^-4 mol
／min ，ＮＨ₃ ；１×１０^-3 mol／min である。ドーパ
ントには、ｎ型にＳｉ、ｐ型にＭｇを用いた。Ｓｉはシ
ラン（ＳｉＨ₄ ）を、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（ＣＰ₂Ｍｇ）をそれぞれ原料ガスに混入する
ことによりドープした。

【００７０】まず、Ｚｎドープのｐ型ＧａＰ基板に、
０．１μｍのｐ型ＢＰバッファ層を形成する。次にこの
バッファ層上に、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層８１
（キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ２μｍ、バン
ドギャップ３．０ｅＶ）、アンドープのＡｌＧａＮ／Ｂ
Ｐ超格子層８２（厚さ０．５μｍ、バンドギャップ２．
７ｅＶ）、ｎ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層８３（キャリ
ア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³、厚さ２μｍ、バンドギャッ
プ３．０ｅＶ）を順次成長させる。このＤＨ構造の積層
部分は、バンドギャップ３．０ｅＶの部分が、Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5 Ｎ（１．３ｎｍ）／ＢＰ（０．７ｎｍ）、アン
ドープでバンドギャップ２．７ｅＶの部分がＡｌ_0.5 Ｇ
ａ_0.5 Ｎ（１ｎｍ）／ＢＰ（１ｎｍ）であり、２ｎｍの
積層周期としている。

【００７１】そしてこのＤＨ構造の上に、Ｓｉドープの
ｎ型ＡｌＧａＮからなるコンタクト層８４（キャリア濃
度５×１０¹⁷／ｃｍ³ 、バンドギャップ３．４ｅＶ）を
３０μｍ成長させる。このコンタクト層８４は、ｎ型Ａ
ｌＧａＮ／ＢＰ層８３との界面付近はＺＢ型であるが、
厚く成長させることにより大部分がＷＺ型となる。これ
は、発光波長に対して透明なばかりでなく、成長速度が
速く、コンタクト層のような厚い層を成長させるのに適
している。

【００７２】こうして各半導体層を成長させた後、Ｇａ
Ｐ基板側を研磨し、２％臭素メチルアルコール溶液によ
りエッチングして基板およびＢＰバッファ層を完全に除
去する。そして最後にＩｎ電極８５，８６を両面に形成
して図１８のＬＥＤが完成する。

【００７３】この実施形態によれば、厚いコンタクト層
を残して基板およびバッファ層を除去することによっ
て、光吸収による損失が回避され、基板を除かない場合
に比べて倍近い輝度である２０ｍｃｄの青色発光が確認
された。また基板除去によって発光層部分に無用な応力
がかからなくなり、信頼性が向上する。

【００７４】発光層部分にＡｌＧａＮ／ＢＰの超格子構
造ではなく、これと同等の組成を持つ混晶層を用いた場
合にも同様の効果が得られる。また発光層もＤＨ構造に
限らず、ホモ接合の場合、シングルヘテロ接合の場合に
も同様に基板除去による効果が期待できる。

【００７５】図１９は、電極付近にのみコンタクト層を
残すようにした他の実施形態のシングルヘテロ接合型Ｌ
ＥＤである。原料や製法は基本的に図１８の実施形態と
同様である。まず、Ｚｎドープのｐ型ＧａＰ基板にバッ
ファ層兼コンタクト層としてｐ型ＢＰ層（キャリア濃度
２×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ５μｍ）９１を成長させる。
次いで発光層部分であるｐ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層
（キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ３μｍ、１．
３ｎｍ／０．７ｎｍの積層）９２、ｎ型ＡｌＧａＮ／Ｂ
Ｐ超格子層（キャリア濃度２×１０¹⁶／ｃｍ³ 、厚さ３
μｍ、１ｎｍ／１ｎｍの積層）９３を順次成長させ、更
にこの上に、コンタクト層としてｎ型ＢＰ層９４を５μ
ｍ成長させる。ここでも超格子層の組成は、Ａｌ_0.5 Ｇ
ａ_0.5 Ｎ／ＢＰとし、積層周期は２ｎｍに統一した。

【００７６】結晶成長後、ＧａＰ基板は先の実施形態と
同様にしてエッチング除去する。そして両面にＩｎ電極
９５，９６を形成し、この電極をエッチングマスクとし
て用いて両面のＢＰ層９１，９４をエッチングして図１
９の構造を得る。

【００７７】この実施形態によっても基板および不要な
コンタクト層をエッチング除去することにより、高輝度
の寿命の長い青色ＬＥＤが得られた。この実施形態にお
いても、超格子層に代わってこれと等価な混晶膜を用い
ることができる。

【００７８】図２０は、光吸収が問題にならない程度に
薄いバッファ層やコンタクト層を有する他の実施形態の
ＬＥＤである。Ｚｎドープのｐ型ＧａＰ基板に、厚さ
０．１μｍ、キャリア濃度３×１０¹⁷／ｃｍ³ のｐ型Ｂ
Ｐバッファ層１０１を形成する。次にこのバッファ層上
に、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層１０２（キャリア濃
度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ２μｍ、バンドギャップ
３．０ｅＶ）、アンドープのＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層
１０３（厚さ０．５μｍ、バンドギャップ２．７ｅ
Ｖ）、ｎ型ＡｌＧａＮ／ＢＰ超格子層１０４（キャリア
濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³、厚さ２μｍ、バンドギャップ
３．０ｅＶ）を順次成長させる。

【００７９】このＤＨ構造の部分の構造は図１８の実施
形態と同様である。このＤＨ構造の上にコンタクト層と
して、Ｓｉドープのｎ型ＢＰ層（キャリア濃度３×１０
¹⁷／ｃｍ³ ）１０５を０．１μｍ成長させる。各半導体
層成長の後、機械研磨の後、２％臭素メチルアルコール
溶液によるエッチングによってＧａＰ基板を除去し、Ｉ
ｎ電極１０６，１０７を形成する。

【００８０】この実施形態のようにコンタクト層を残し
ても、それがごく薄いものであれば、光吸収は少なく、
高輝度の特性が得られる。

【００８１】前述のように本発明に係る化合物半導体材
料には、これに対して格子整合がとれる良質の基板がな
い点が一つの問題である。上記各実施形態で説明したよ
うにＧａＰ基板を用いた場合、１５％程度の格子不整合
があり、これによって欠陥が生じたり、また発光層に大
きい応力がかかるので、信頼性の点で不安がある。この
点を解決した信頼性の高い発光素子の実施形態を以下に
説明する。以下の実施形態では、発光層に用いるのと同
様の構成の多層構造バッファ層を発光層の下地として成
長させる。

【００８２】図２１はその様な実施形態の半導体レーザ
である。ｎ型ＧａＰ基板１１１上にまず、ｎ型ＧａＰ層
１１２がバッファ層として形成され、この上に平均組成
の異なるｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層とｎ型ＧａＡｌ
Ｎ／ＢＰ超格子層を交互に積層した多層構造バッファ層
１１３が形成されている。このバッファ層１１３上に、
第１のクラッド層であるｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層
１１４、活性層であるアンドープのＧａＡｌＮ／ＢＰ超
格子層１１５および第２のクラッド層であるｐ型ＧａＡ
ｌＮ／ＢＰ超格子層１１６が順次形成されている。

【００８３】こうして形成されたダブルヘテロ構造の上
に、中央部にストライプ状の開口を有する電流狭窄層と
してのｎ型ＢＰ層１１７が形成され、さらにこの上にコ
ンタクト層としてｐ型ＢＰ層１１８が形成されている。
また、ｐ型ＢＰ層１１８上にはｐ側の金属電極１１９が
形成され、基板にはｎ側の金属電極１１０が形成されて
いる。

【００８４】この半導体レーザは、図２のマルチチャン
バ方式のＭＯＣＶＤ装置を用い、原料ガス、ガス流量、
ドーピングなどは基本的に先に説明した実施形態と同様
の条件に設定して製造される。ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子
層の代表的な積層周期は５０Ａであり、窒化物と硼化物
の厚さの比は１：１である。この比が１より小さくなる
とバンド構造が直接遷移型から間接遷移型に変化して発
光効率が低下する。また積層周期が５０Ａを越えると、
電子，正孔の局在が生じて導電率が低下する。

【００８５】具体的な構成を説明すると、ＧａＰ基板１
１１にはＳｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³
のものを用い、ＧａＰバッファ層１１２はＳｉドープ、
キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ１μｍとし、多
層構造バッファ層１１３は、ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／
ＢＰ層とｎ型Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ層を５０ｎｍ周
期で１μｍ（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃ
ｍ³ ）成長させた。ｎ型の第１のクラッド層１１４は、
Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超格子層（Ｓｉドープ、キャ
リア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ１μｍ）とし、アン
ドープ活性層１１５は、Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格
子層（厚さ０．１μｍ）とし、ｐ型の第２のクラッド層
１１６は、Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超格子層（Ｍｇド
ープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ１μｍ）
とした。

【００８６】ｐ型クラッド層１１６上には、シランガス
の熱分解と写真食刻により幅５μｍのストライプ状にＳ
ｉＯ₂ 膜を形成し、ｎ型ＢＰ層からなる電流阻止層１１
７（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、１
μｍ）を選択成長させる。次いでＳｉＯ₂ 膜を除去して
コンタクト層としてｐ型ＢＰ層１１８（Ｍｇドープ、キ
ャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ１μｍ）を成長さ
せる。そしてｐ側にＡｕ／Ｚｎ電極１１９、ｎ側にＡｕ
／Ｇｅ電極１１０をそれぞれ形成する。

【００８７】こうして得られたウェハをへき開して、共
振器長３００μｍのレーザを得た。液体窒素温度でパル
ス幅１００μｓｅｃのパルス動作において、緑色光レー
ザ発振が確認された。しきい値電流密度は、約５０ｋＡ
／ｃｍ² を示した。室温ではレーザ発振は認められなか
ったが、ＬＥＤモードの動作においては、１００時間以
上の安定した発光が確認できた。この安定動作は、活性
層への応力の軽減によるものと思われる。

【００８８】図２２は、図２１の実施形態を変形した実
施形態の半導体レーザである。図２１の実施形態では、
ｐ型クラッド層１１６上に選択成長によりｎ型ＢＰ電流
阻止層１１７を形成したが、この実施形態ではｐ型クラ
ッド層１１６の表面を予め選択エッチングしてストライ
プ状の凸部を形成しておき、この凸部の周囲にｎ型ＢＰ
電流阻止層１１７を形成している。

【００８９】図２３はさらに図２２の実施形態を変形し
た実施形態の半導体レーザである。先の実施形態ではｎ
型クラッド層１１４，活性層１１５およびｐ型クラッド
層１１６にＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を用いたのに対
し、この実施形態では、上記超格子層と同等の組成を有
するＧａＡｌＢＮＰ混晶層からなるｎ型クラッド層１１
４′，活性層１１５′，ｐ型クラッド層１１６′を構成
している。

【００９０】これらの実施形態によっても、多層（超格
子）構造バッファ層を設けることによって安定な発光動
作が可能である。多層構造バッファ層として、平均組成
の異なるＧａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z 混晶層を多層
に積層してもよい。また、平均組成の異なるＧａＡｌＮ
／ＢＰ超格子層とＧａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z 混晶
層を多層に積層してもよい。以上のような多層構造バッ
ファ層はＬＥＤにも有効である。

【００９１】図２１〜図２３の実施形態では、ＤＨ構造
を得るのに組成比を変化させたが、超格子層の場合には
その膜厚比を変化させ、また混晶の場合には混晶比を変
化させることにより同様にＤＨ構造を得ることができ
る。また、Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ_{1-x- y} Ｎ_z Ｐ_1-z において、
ｘ＋ｙ＝０．５の場合を説明したが、これ以外の組成で
もよい。ただし発光層については、ｘ＋ｙが０．５より
小さくなるとバンド構造が間接遷移型に変化するので、
好ましくない。ＧａＡｌＮ中またはＧａＡｌＢＮＰ中に
Ｉｎなどを添加して、ＢＰ層とＧａＡｌＮの格子整合を
良好にすることも可能である。

【００９２】次に、本発明による化合物半導体層を用い
た発光層部分と基板の格子不整合の問題を基板材料によ
り解決した実施形態を説明する。ＭＯＣＶＤ法によりバ
ンドギャップの広い硼素や窒素を含む化合物半導体層を
成長させる際、高い基板温度での成長が望ましいが、こ
れまでの実施形態で説明したＧａＰ基板は融点が１４６
７℃であり、基板損傷を避けるために余り高温成長がで
きない。これに対し以下の実施形態では、融点が２８３
０℃と高く、格子定数がＧａＰより小さいＳｉＣ基板を
用いることにより高温成長を可能とし、基板と発光層部
分の格子整合性を高める。

【００９３】図２４は、そのような実施形態のＤＨ構造
半導体レーザである。ｎ型ＳｉＣ基板１２１上にまずｎ
型ＢＰ層１２２がバッファ層として形成され、この上に
ｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層からなる第１のクラッド
層１２３，アンドープＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層からな
る活性層１２４及びｐ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層から
なる第２のクラッド層１２５が順次形成されてＤＨ構造
が構成されている。第２のクラッド層１２５上には、中
央のストライプ状部分を除いてｎ型ＢＰ層からなる電流
阻止層１２６が形成され、さらにこの上にｐ型ＢＰ層か
らなるコンタクト層１２７が形成されている。素子の両
面にはオーミック電極１２８，１２９が形成されてい
る。

【００９４】この半導体レーザは、先の各実施形態と同
様に、図２のＭＯＣＶＤ装置を用いて各半導体層の成長
が行われる。その際の原料ガス，ガス流量，ドーパント
などの成長条件は先に説明した実施形態と同様である。
基板温度はＧａＰ基板を用いた場合に比べて高い温度例
えば１２００〜１４００℃に設定する。

【００９５】具体的な構成を説明すると、ＳｉＣ基板１
２１にはＡｌドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³
のものを用い、ＢＰバッファ層１２２はＳｉドープ、キ
ャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚み１μｍとし、第１
のクラッド層１２３はｎ型Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超
格子層（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃ
ｍ³ 、１μｍ）、活性層１２４はアンドープＧａ_0.5 Ａ
ｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層（０．１μｍ）、第２のクラッ
ド層１２５はｐ型Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超格子層
（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、１μ
ｍ）とした。

【００９６】第２のクラッド層１２５上にはＳｉＯ₂ 膜
マスクをストライプ状に形成してｎ型ＢＰ層（Ｓｉドー
プ、キャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、１μｍ）を選択
成長させて電流阻止層１２６を形成し、さらにマスクを
除去してｐ型ＢＰ層（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１
０¹⁷／ｃｍ³ 、１μｍ）からなるコンタクト層１２７を
形成している。ｐ側の電極１２８はＡｕ／Ｚｎ膜、ｎ側
の電極１２９はＡｕ／Ｇｅ膜を用いて構成した。

【００９７】得られたウェハをへき開して共振器長３０
０μｍのレーザ素子を作成した結果、液体窒素温度でパ
ルス幅１００μｓｅｃのパルス動作で緑色光レーザ発振
が確認された。しきい値電流は約５０ｋＡ／ｃｍ² であ
った。室温でのレーザ発振は確認できながったが、ＬＥ
Ｄモードの動作で１００時間の安定動作が確認された。

【００９８】図２５は、図２４の発光層部分を変形した
実施形態の構成である。図２４１の実施形態では、ｐ型
クラッド層１２５上に選択成長によりｎ型ＢＰ電流狭窄
層１２６を形成したが、この実施形態ではｐ型クラッド
層１２５の表面を予め選択エッチングしてストライプ状
の凸部を形成しておき、この凸部の周囲にｎ型ＢＰ電流
阻止層１２６を形成している。

【００９９】図２６はさらに図２４の実施形態を変形し
た実施形態の半導体レーザである。先の実施形態ではｎ
型クラッド層１２３，活性層１２４およびｐ型クラッド
層１２５にＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を用いたのに対
し、この実施形態では、上記超格子層と同等の組成を有
するＧａＡｌＢＮＰ混晶層からなるｎ型クラッド層１２
３′，活性層１２４′，ｐ型クラッド層１２５′を構成
している。

【０１００】これらの実施形態によっても、安定な発光
動作が可能である。またＧａＡｌｎもしくはＧａＡｌＢ
ＮＰにＩｎを添加してＢＰ層とＧａＡｌＮ層の格子整合
を良好にすることも有効である。以上の実施形態におい
て、ＳｉＣ基板に代わってＳｉ基板を用いることも、高
温成長を可能にするため有効である。ＳｉＣ基板，Ｓｉ
基板の採用は、ＬＥＤの作製においても有効である。

【０１０１】本発明の化合物半導体材料は、ＢＰの低イ
オン性とＺＢ構造、およびＧａＡｌＮの広いバンドギャ
ップの特性を併せ持つものであるが、ＧａＡｌＮ層部分
にアクセプタ不純物が入るとＮが抜けるという自己補償
効果があり、高濃度のｐ型ドーピングが難しい。この点
を解決するために、ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を形成す
る際に、ｐ型に関しては低イオン性のＢＰ層にのみ選択
的に不純物をドープすることが有効であることが判明し
た。ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層全体にｐ型不純物をドー
プすると、ＧａＡｌＮ層での自己補償効果の他、欠陥が
多く発生して結局全体として高いキャリア濃度が得られ
ないのに対し、ＢＰ層にのみ選択的にｐ型不純物をドー
プすると、自己補償効果の影響を受けず、また欠陥の発
生もないため、効果的にドープした不純物の多くがキャ
リアとして有効に活性化されるものと思われる。

【０１０２】図２７（ａ）（ｂ）は、その様なドーピン
グ法を示す概念図である。（ａ）はｐ型ドーピングの場
合であり、（ｂ）はｎ型ドーピングの場合である。いず
れも、ＢＰ層とＧａＡｌＮ層が交互に所定周期で積層さ
れた多層構造を基本とするが、（ａ）ではＢＰ層にのみ
Ｍｇがドープされ、（ｂ）ではＧａＡｌＮ層にのみＳｉ
がドープされている。

【０１０３】この様な超格子半導体層の成長と選択的な
不純物ドープは、図２のＭＯＣＶＤ装置により可能であ
る。すでに説明した実施形態における超格子層形成と同
様の条件でＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を形成し、ｎ型に
関してはＧａＡｌＮ層にＳｉを、ｐ型に関してはＢＰ層
にＭｇをそれぞれドーピングした。ｎ型の場合はＧａＡ
ｌＮ層とＢＰ層に同時にＳｉをドープしてもよいが、Ｂ
Ｐは有効質量が非常に大きくｎ型ドーピングには適さな
い。この選択ドーピングにより、ｐ型，ｎ型共に１０¹⁸
／ｃｍ³ オーダーのキャリア濃度の超格子半導体膜が得
られることが確認された。

【０１０４】なおｐ型ドーピングの際にＧａＡｌＮ層に
僅かのＭｇが混入すること、ｎ型ドーピングの際にＢＰ
層に僅かのＳｉが混入することは差支えない。

【０１０５】以上の多層膜への選択ドーピングを具体的
な素子製造に適用した実施形態を次に説明する。

【０１０６】図２８は、その様な実施形態の半導体レー
ザである。ｎ型ＧａＰ基板１３１上にまずｎ型ＧａＰバ
ッファ層１３２，ｎ型ＢＰバッファ層１３３が順次形成
され、この上にｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層からなる
第１のクラッド層１３４，アンドープＧａＡｌＮ／ＢＰ
超格子層からなる活性層１３５及びｐ型ＧａＡｌＮ／Ｂ
Ｐ超格子層からなる第２のクラッド層１３６が順次形成
されてＤＨ構造が構成されている。第２のクラッド層１
３６上には、中央のストライプ状部分を除いてｎ型ＢＰ
からなる電流阻止層１３７が形成され、さらにこの上に
ｐ型ＢＰ層からなるコンタクト層１３８が形成されてい
る。素子の両面にはオーミック電極１３９，１３０が形
成されている。

【０１０７】この半導体レーザは、先の各実施形態と同
様に、図２のＭＯＣＶＤ装置を用いて各半導体層の成長
が行われる。その際の原料ガス，ガス流量，ドーパント
などの成長条件は先に説明した実施形態と同様である。
但し、ｐ型のＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層のドーピングに
ついては、ＢＰ層成長時にのみＭｇをドープし、ｎ型の
ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層のドーピングについてはＧａ
ＡｌＮ層の成長時のみＳｉをドープした。

【０１０８】具体的な素子構成を説明する。ＧａＰ基板
１３１にはＳｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ
³ のものを用い、ｎ型ＧａＰバッファ層１３２はＳｉド
ープ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ 、厚さ１μｍと
し、ｎ型ＢＰバッファ層１３３は同様にＳｉドープ、キ
ャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ 、厚み１μｍとし、第１
のクラッド層１３４はｎ型Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超
格子層（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃ
ｍ³ 、１μｍ）、活性層１３５はアンドープＧａ_{0. 5} Ａ
ｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層（０．１μｍ）、第２のクラッ
ド層１３６はｐ型Ｇａ_0.4 Ａｌ_0.6 Ｎ／ＢＰ超格子層
（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ 、１μ
ｍ）とした。

【０１０９】第２のクラッド層１３６上にはＳｉＯ₂ 膜
マスクをストライプ状に形成してｎ型ＢＰ層（Ｓｉドー
プ、キャリア濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³ 、１μｍ）を選択
成長させて電流阻止層１３７を形成し、さらにマスクを
除去してｐ型ＢＰ層（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１
０¹⁸／ｃｍ³ 、１μｍ）からなるコンタクト層１３８を
形成している。ｐ側の電極１３９はＡｕ／Ｚｎ膜、ｎ側
の電極１３０はＡｕ／Ｇｅ膜を用いて構成した。

【０１１０】得られたウェハをへき開して、共振器長３
００μｍのレーザ素子を作成した結果、液体窒素温度で
パルス幅１００μｓｅｃのパルス動作で緑色光レーザ発
振が確認された。しきい値電流は約５０ｋＡ／ｃｍ² で
あった。室温でのレーザ発振は確認できなかったが、Ｌ
ＥＤモードの動作で１００時間の安定動作が確認され
た。

【０１１１】図２９は、図２８の実施形態を変形した実
施形態の半導体レーザであり、第２クラッド層１３６を
形成した後、その中央部にストライプ状の凸部が形成さ
れるように選択エッチングして、凸部周囲にｎ型ＢＰ層
からなる電流阻止層１３７を形成している。これにより
図２８の実施形態と同様の効果が得られる他、第２クラ
ッド層１３６の凸型部分が電流阻止層１３７との間の屈
折率差によって光導波路となり、電流狭窄と光閉じ込め
が自己整合的に実現できる。

【０１１２】図３０は、超格子層への不純物の選択ドー
プをＬＥＤに適用した実施形態である。ｐ型ＧａＰ基板
１４１上にｐ型ＧａＰバッファ層１４２，ｐ型ＢＰバッ
ファ層１４３が順次形成され、この上にｐ型Ｇａ_0.5 Ａ
ｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層１４４，ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5
Ｎ／ＢＰ超格子層１４５からなるｐｎ接合が形成され、
さらにこの上にｎ型ＧａＮコンタクト層１４６が形成さ
れている。素子ウェハの両面にオーミック電極１４７，
１４８が形成されている。

【０１１３】このＬＥＤも、図２のＭＯＣＶＤ装置を用
いてほぼ上記実施形態と同様の条件で形成される。

【０１１４】具体的な素子構成を説明する。ＧａＰ基板
１４１はＺｎドープ、キャリア濃度２×１０¹⁷／ｃｍ³
である。ｐ型ＧａＰバッファ層１４２およびｐ型ＢＰバ
ッファ層１４３は共に、キャリア濃度２×１０¹⁷／ｃｍ
³ 、厚さ３μｍであり、ｐ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ
超格子層１４４は、１．３ｎｍ／０．７ｎｍの積層構造
（バンドギャップ３．０ｅＶ）でキャリア濃度１×１０
¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ３μｍ、ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／Ｂ
Ｐ超格子層１４５は１ｎｍ／１ｎｍの積層（バンドギャ
ップ２．７ｅＶ）で、キャリア濃度２×１０¹⁶／ｃ
ｍ³ 、厚さ３μｍである。

【０１１５】ｎ型ＧａＮコンタクト層１４６は大部分が
ＷＺ型であり、Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／
ｃｍ³ 、厚さ５μｍである。ｐ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／
ＢＰ超格子層１４４の形成に際しては、ＢＰ層の成長時
にのみＭｇドープを行い、ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／Ｂ
Ｐ超格子層１４５の形成に際してはＧａＡｌＮ層成長時
のみＳｉドープを行った。

【０１１６】図３１は、この様にして得られたＬＥＤチ
ップ１５１を、レンズを兼ねる樹脂ケース１５２に埋込
み形成した状態を示している。素子の一方の端子は内部
リード１５３を介して外部リード１５４に一方に接続さ
れる。

【０１１７】この様な樹脂封止型として、１０ｍｃｄ程
度の青色発光が確認された。

【０１１８】図３２はさらに、超格子層への選択ドープ
をＤＨ構造を持つＬＥＤに適用した実施形態である。ｐ
型ＧａＰ基板１６１上にｐ型ＧａＰバッファ層１６２，
ｐ型ＢＰバッファ層１６３が順次形成され、この上にｐ
型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層１６４，アンドー
プのＧａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層１６５，ｎ型Ｇ
ａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層１６６が順次積層形成
され、さらにこの上にｎ型ＧａＮコンタクト層１６７が
形成されている。素子ウェハの両面にオーミック電極１
６８，１６９が形成されている。

【０１１９】このＬＥＤも、図２のＭＯＣＶＤ装置を用
いてほぼ上記実施形態と同様の条件で形成される。

【０１２０】具体的な素子構成を説明する。ＧａＰ基板
１６１にはＺｎドープ、キャリア濃度２×１０¹⁷／ｃｍ
³ である。ｐ型ＧａＰバッファ層１６２およびｐ型ＢＰ
バッファ層１６３は共に、キャリア濃度２×１０¹⁷／ｃ
ｍ³ 、厚さ３μｍであり、ｐ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／Ｂ
Ｐ超格子層１６４は、１．３ｎｍ／０．７ｎｍの積層構
造でキャリア濃度１×１０¹⁷／ｃｍ³ 、厚さ２μｍ、ア
ンドープＧａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／ＢＰ超格子層１６５は、
１ｎｍ／１ｎｍの積層構造でキャリア濃度２×１０¹⁶／
ｃｍ³ 、厚さ０．５μｍ、ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／Ｂ
Ｐ超格子層１６６は１．３ｎｍ／０．７ｎｍの積層構造
でキャリア濃度２×１０¹⁶／ｃｍ³ 、厚さ２μｍであ
る。

【０１２１】ｎ型ＧａＮコンタクト層１６７は大部分が
ＷＺ型であり、Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷／
ｃｍ³ 、厚さ５μｍである。ｐ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／
ＢＰ超格子層１６４の形成に際しては、ＢＰ層の成長時
にのみＭｇドープを行い、ｎ型Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｎ／Ｂ
Ｐ超格子層１６６の形成に際してはＧａＡｌＮ層成長時
のみＳｉドープを行った。

【０１２２】この様なＤＨ構造ＬＥＤを図３１に示すよ
うに樹脂封止して、より高輝度の青色発光が認められ
た。

【０１２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｂ
ＰとＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎとのヘテロ接合または混晶の形
で、広バンドギャップでｐｎ制御が可能な結晶性の優れ
た化合物半導体材料が得られ、これを用いて従来にない
短波長の発光ダイオードやレーザを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の化合物半導体ウェハを示
す図。

【図２】ウェハを製造するためのＭＯＣＶＤ装置を示す
図。

【図３】他の実施形態の化合物半導体ウェハを示す図。

【図４】ウェハを製造するためのＭＯＣＶＤ装置を示す
図。

【図５】本発明をＬＥＤに適用した実施形態を示す図。

【図６】ＤＨレーザに適用した実施形態を示す図。

【図７】立方晶半導体のバンド構造を示す図。

【図８】本発明に係る化合物半導体材料の組成とバンド
ギャップの関係を示す図。

【図９】同じく組成と結合長さの関係を示す図。

【図１０】ＧａＡｌＮ／ＢＰ多層膜ウェハの例を示す
図。

【図１１】ウェハの組成と抵抗率の関係を示す図。

【図１２】積層周期と抵抗率の関係を示す図。

【図１３】ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を用いたシングル
ヘテロ型ＬＥＤの実施形態を示す図。

【図１４】ＬＥＤの窒素成分比と輝度の関係を示す図。

【図１５】ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層を用いたダブルヘ
テロ接合型レーザの実施形態を示す図。

【図１６】レーザにおける超格子層の窒素成分比としき
い値電流の関係を示す図。

【図１７】本発明によるＧａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ
_1-z 混晶層の組成偏差とＸ線回折におけるブラッグピー
クの半値幅の関係を示す図。

【図１８】光取出し効率の向上を図った実施形態のＬＥ
Ｄを示す図。

【図１９】光取出し効率の向上を図った実施形態のＬＥ
Ｄを示す図。

【図２０】光取出し効率の向上を図った実施形態のＬＥ
Ｄを示す図。

【図２１】多層構造バッファ層を介在させた実施形態の
レーザを示す図。

【図２２】多層構造バッファ層を介在させた実施形態の
レーザを示す図。

【図２３】多層構造バッファ層を介在させた実施形態の
レーザを示す図。

【図２４】ＳｉＣ基板を用いた実施形態のレーザを示す
図。

【図２５】ＳｉＣ基板を用いた実施形態のレーザを示す
図。

【図２６】ＳｉＣ基板を用いた実施形態のレーザを示す
図。

【図２７】本発明による超格子層への選択ドーピングを
説明するための図。

【図２８】選択ドーピングを適用した実施形態のレーザ
を示す図。

【図２９】選択ドーピングを適用した実施形態のレーザ
を示す図。

【図３０】選択ドーピングを適用した実施形態のシング
ルヘテロ接合型ＬＥＤを示す図。

【図３１】選択ドーピングを適用した実施形態のシング
ルヘテロ接合型ＬＥＤを示す図。

【図３２】選択ドーピングを適用した実施形態のダブル
ヘテロ接合型ＬＥＤを示す図。

【符号の説明】

１…ＧａＰ基板 ２…ＧａＰ層 ３…ＢＰ層 ４…ＧａＮ層 ５…Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z 層 １１〜１３…反応管 １４…チャンバ １５…基板 １６…サセプタ １７…高周波コイル １８…ホルダ １９…駆動軸 ２０…熱電対 ２３…チャンバ ２４…ガス導入口 ２５…排気口 ２６…サセプタ ２７…基板 ２８…高周波コイル ２９…熱電対 ３１…ＧａＰ基板 ３２…ＢＰ層 ３３…ｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層 ３４…ｐ型ＧａＡｌＮ超格子層 ３５，３６…Ｉｎ電極 ４１…ＧａＰ基板 ４２…ＢＰ層 ４３…ｎ型ＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層 ４４…アンドープＧａＡｌＮ／ＢＰ超格子層 ４５…ｐ型ＧａＡｌＮ超格子層 ４６，４７…Ｉｎ電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウルツ型の結晶構造を有するＧａ_x Ａｌ_y
   Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z （０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）混晶層を用
   いて構成されたことを特徴とする青色半導体発光素子。
2. 【請求項２】前記Ｇａ_x Ａｌ_y Ｂ_1-x-y Ｎ_z Ｐ_1-z 混晶
   層の組成は、ｘ＋ｙ＞０．８，ｚ＞０．８を満たすこと
   を特徴とする請求項１記載の青色半導体発光素子。
3. 【請求項３】ＢＰとＧａ_x Ａｌ_1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）の
   超格子層を用いて構成され、Ｇａ_xＡｌ_1-x Ｎ（０≦ｘ
   ≦１）層がウルツ型結晶構造を有することを特徴とする
   青色半導体発光素子。
4. 【請求項４】前記混晶層または超格子層は、ＧａＰ，Ｓ
   ｉＣまたはＳｉ基板上に形成されていることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の青色半導体発光素
   子。