JPH11298042A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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- JPH11298042A JPH11298042A JP9866198A JP9866198A JPH11298042A JP H11298042 A JPH11298042 A JP H11298042A JP 9866198 A JP9866198 A JP 9866198A JP 9866198 A JP9866198 A JP 9866198A JP H11298042 A JPH11298042 A JP H11298042A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 III 族窒化物半導体発光素子において、発光
部の接合構成を改良することで、発光強度の増大を効率
よくもたらすことができるようにする。 【解決手段】 この発明のIII 族窒化物半導体発光素子
の発光部１０は、インジウム含有III 族窒化物半導体か
ら成るｎ形の発光層２を、III 族窒化物半導体から成る
ｎ形障壁層１とｐ形障壁層３とで挟持して成り、発光層
２とｐ形障壁層３との伝導帯側のバンド不連続性を０．
３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とするダブルヘテロ
接合構成を備え、ｎ形障壁層１と発光層２との中間に、
発光層２との接合界面における伝導帯側のバンド不連続
性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層４を介在させて
成るものである。
部の接合構成を改良することで、発光強度の増大を効率
よくもたらすことができるようにする。 【解決手段】 この発明のIII 族窒化物半導体発光素子
の発光部１０は、インジウム含有III 族窒化物半導体か
ら成るｎ形の発光層２を、III 族窒化物半導体から成る
ｎ形障壁層１とｐ形障壁層３とで挟持して成り、発光層
２とｐ形障壁層３との伝導帯側のバンド不連続性を０．
３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とするダブルヘテロ
接合構成を備え、ｎ形障壁層１と発光層２との中間に、
発光層２との接合界面における伝導帯側のバンド不連続
性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層４を介在させて
成るものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、インジウム含有
III 族窒化物半導体から成るｎ形の発光層を、III 族窒
化物半導体から成るｎ形障壁層とｐ形障壁層とで挟持し
て成るダブルヘテロ接合構成の発光部を備えたIII 族窒
化物半導体発光素子に関するものである。
III 族窒化物半導体から成るｎ形の発光層を、III 族窒
化物半導体から成るｎ形障壁層とｐ形障壁層とで挟持し
て成るダブルヘテロ接合構成の発光部を備えたIII 族窒
化物半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】（従来のIII 族窒化物半導体発光素子の
発光層材料）発光層（活性層とも称される）がIII 族窒
化物半導体から構成されているIII族窒化物半導体発光
素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオー
ド（ＬＤ）等がある。これらの発光素子の発光層を構成
する代表的なIII 族窒化物半導体には、窒化ガリウム・
インジウム（組成式ＧａxＩｎ1-xＮ：０≦ｘ≦１）が挙
げられる（特公昭５５−３８３４号公報明細書参照）。
窒化ガリウム・インジウム混晶が短波長発光素子の発光
層として特に好ましく利用されるのは、インジウム（元
素記号：Ｉｎ）の組成比を種々変化させることによっ
て、短波長可視光の波長を都合良く変化させられ（特公
昭５５−３８３４号公報明細書参照）、短波長光を放射
する発光素子の作製に都合が良いからである。
発光層材料）発光層（活性層とも称される）がIII 族窒
化物半導体から構成されているIII族窒化物半導体発光
素子には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオー
ド（ＬＤ）等がある。これらの発光素子の発光層を構成
する代表的なIII 族窒化物半導体には、窒化ガリウム・
インジウム（組成式ＧａxＩｎ1-xＮ：０≦ｘ≦１）が挙
げられる（特公昭５５−３８３４号公報明細書参照）。
窒化ガリウム・インジウム混晶が短波長発光素子の発光
層として特に好ましく利用されるのは、インジウム（元
素記号：Ｉｎ）の組成比を種々変化させることによっ
て、短波長可視光の波長を都合良く変化させられ（特公
昭５５−３８３４号公報明細書参照）、短波長光を放射
する発光素子の作製に都合が良いからである。
【０００３】例えば、インジウム組成比を約０．０５
（５％）から約０．１０（１０％）とする窒化ガリウム
・インジウム層は波長を約４５０ｎｍとする青色帯域の
発光素子の発光層として利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６４（１３）（１９９４）、１６
８７〜１６８９頁参照）。インジウム組成比を約０．１
５から約０．２０とする亜鉛（元素記号：Ｚｎ）がドー
ピングされた窒化ガリウム・インジウム層は、波長を約
４９０ｎｍ前後とする青緑帯域の発光素子の発光層とし
て用いられている（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔ
ｈ、１４５（１９９４）、９１１〜９１７頁参照）。
（５％）から約０．１０（１０％）とする窒化ガリウム
・インジウム層は波長を約４５０ｎｍとする青色帯域の
発光素子の発光層として利用されている（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、６４（１３）（１９９４）、１６
８７〜１６８９頁参照）。インジウム組成比を約０．１
５から約０．２０とする亜鉛（元素記号：Ｚｎ）がドー
ピングされた窒化ガリウム・インジウム層は、波長を約
４９０ｎｍ前後とする青緑帯域の発光素子の発光層とし
て用いられている（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔ
ｈ、１４５（１９９４）、９１１〜９１７頁参照）。
【０００４】（従来のIII 族窒化物半導体発光素子の発
光部の構成）従来のIII 族窒化物半導体発光素子、特に
ＬＥＤの構造は、金属−絶縁体−半導体の接合構成から
なるＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型（特開平４−１０６６５号、
特開平４−１０６６６号及び特開平４−１０６６７号の
各公報明細書参照）と、半導体のｐｎ接合を内包するｐ
ｎ接合型とに大別される。窒化ガリウム・インジウムを
発光層とするｐｎ接合型ＬＥＤの発光部の構成を接合の
様式から分類すれば、大別して３通りある。なお、以下
の説明では、発光層とそれに接合する障壁層等の機能層
からなる部位を発光部と称す。
光部の構成）従来のIII 族窒化物半導体発光素子、特に
ＬＥＤの構造は、金属−絶縁体−半導体の接合構成から
なるＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型（特開平４−１０６６５号、
特開平４−１０６６６号及び特開平４−１０６６７号の
各公報明細書参照）と、半導体のｐｎ接合を内包するｐ
ｎ接合型とに大別される。窒化ガリウム・インジウムを
発光層とするｐｎ接合型ＬＥＤの発光部の構成を接合の
様式から分類すれば、大別して３通りある。なお、以下
の説明では、発光層とそれに接合する障壁層等の機能層
からなる部位を発光部と称す。
【０００５】第１は、ｎ形の窒化ガリウム・インジウム
層とｐ形の窒化ガリウム・インジウム層とのｐｎ接合を
含む発光部の構成に観られるように、伝導形を互いに逆
とする同種の物質の接合からなる、所謂ホモ（ｈｏｍ
ｏ）接合型の発光部である（特開平３−２０３３８８号
公報明細書参照）。
層とｐ形の窒化ガリウム・インジウム層とのｐｎ接合を
含む発光部の構成に観られるように、伝導形を互いに逆
とする同種の物質の接合からなる、所謂ホモ（ｈｏｍ
ｏ）接合型の発光部である（特開平３−２０３３８８号
公報明細書参照）。
【０００６】第２は、発光層の両側に在る表面のいずれ
か一方の表面に、発光層とは異種の材料からなる半導体
層を接合した構成からなる単一ヘテロ（Ｓｉｎｇｌｅ
Ｈｅｔｅｒｏ：ＳＨ）構造の発光部である（特開平５−
６３２３６号公報明細書参照）。
か一方の表面に、発光層とは異種の材料からなる半導体
層を接合した構成からなる単一ヘテロ（Ｓｉｎｇｌｅ
Ｈｅｔｅｒｏ：ＳＨ）構造の発光部である（特開平５−
６３２３６号公報明細書参照）。
【０００７】第３は、例えば、クラッド（ｃｌａｄ）層
となすｐ形とｎ形のIII 族窒化物半導体層で窒化ガリウ
ム・インジウム発光層を挟持した構成の発光部である
（特開平６−２６０６８２号公報明細書参照）。この窒
化ガリウム・インジウム発光層を、クラッド層とするｎ
形とｐ形のIII 族窒化物半導体の中間に配置した構造
は、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔ
ｅｒｏ：ＤＨ）構造と称されている。
となすｐ形とｎ形のIII 族窒化物半導体層で窒化ガリウ
ム・インジウム発光層を挟持した構成の発光部である
（特開平６−２６０６８２号公報明細書参照）。この窒
化ガリウム・インジウム発光層を、クラッド層とするｎ
形とｐ形のIII 族窒化物半導体の中間に配置した構造
は、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔ
ｅｒｏ：ＤＨ）構造と称されている。
【０００８】ＤＨ構造の発光部にあっては、窒化ガリウ
ム・インジウム発光層をそれより禁止帯幅を大とする半
導体層で挟み込む（挟持）構造が通常であり、発光をも
たらす電子と正孔との放射再結合が限定された領域、即
ち発光層内で効率良く行われる構成となっている（米津
宏雄著、「光通信素子工学−発光・受光素子」（工学
図書（株）、昭和６１年１２月１５日３版発行）、８０
頁参照）。このキャリアの「閉じ込め」効果（上記の
「光通信素子工学」、１６５頁参照）により、上記のＳ
Ｈ接合の場合に比較すればより高い強度の発光が得られ
るとされている。このため近年では、砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）系材料等の、他のIII −Ｖ族化合物半導体ＬＥ
Ｄと同じく、窒化ガリウム・インジウム系ＬＥＤにあっ
ても、発光部をｐｎ接合を備えたＤＨ構造型とするのが
主流であり、またそのような構造のＬＥＤが実用となっ
ているのも事実である（特開平６−２６８２５９号公報
明細書参照）。
ム・インジウム発光層をそれより禁止帯幅を大とする半
導体層で挟み込む（挟持）構造が通常であり、発光をも
たらす電子と正孔との放射再結合が限定された領域、即
ち発光層内で効率良く行われる構成となっている（米津
宏雄著、「光通信素子工学−発光・受光素子」（工学
図書（株）、昭和６１年１２月１５日３版発行）、８０
頁参照）。このキャリアの「閉じ込め」効果（上記の
「光通信素子工学」、１６５頁参照）により、上記のＳ
Ｈ接合の場合に比較すればより高い強度の発光が得られ
るとされている。このため近年では、砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）系材料等の、他のIII −Ｖ族化合物半導体ＬＥ
Ｄと同じく、窒化ガリウム・インジウム系ＬＥＤにあっ
ても、発光部をｐｎ接合を備えたＤＨ構造型とするのが
主流であり、またそのような構造のＬＥＤが実用となっ
ているのも事実である（特開平６−２６８２５９号公報
明細書参照）。
【０００９】（従来のｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部のバ
ンド構成）ＤＨ構造の発光部のバンド構成（ポテンシャ
ル構成）に関して説明を加えると、発光層を対称中心と
するバンド構造の対称性の観点からすれば、対称型と非
対称型に大別される。
ンド構成）ＤＨ構造の発光部のバンド構成（ポテンシャ
ル構成）に関して説明を加えると、発光層を対称中心と
するバンド構造の対称性の観点からすれば、対称型と非
対称型に大別される。
【００１０】対称型のバンド構成とは、発光層を挟持す
る半導体層が組成的に観ても同一の材料、即ち、発光層
に対して同一の禁止帯幅差異を有する構成であって、図
１７に掲示する如く、障壁層足るｎ形クラッド層８１及
びｐ形クラッド層８３と、発光層８２とから構成される
発光部８０における伝導帯端のバンド構成Ｍ８、及び価
電子帯端のバンド構成Ｎ８が、それぞれ発光層８２を中
心として対称となっているのが特徴である（特開平８−
２９３６４３号公報明細書の図１２参照）。
る半導体層が組成的に観ても同一の材料、即ち、発光層
に対して同一の禁止帯幅差異を有する構成であって、図
１７に掲示する如く、障壁層足るｎ形クラッド層８１及
びｐ形クラッド層８３と、発光層８２とから構成される
発光部８０における伝導帯端のバンド構成Ｍ８、及び価
電子帯端のバンド構成Ｎ８が、それぞれ発光層８２を中
心として対称となっているのが特徴である（特開平８−
２９３６４３号公報明細書の図１２参照）。
【００１１】伝導帯端のバンド構成Ｍ８において、ｎ形
クラッド層８１と発光層８２との間のバンドオフセット
Ｄ８１は、ｎ形クラッド層８１の伝導帯端のエネルギ
（以下、単に「伝導帯端」という。）Ｍ８１と発光層８
２の伝導帯端Ｍ８２と間の差異であり、ｐ形クラッド層
８３と発光層８２との間のバンドオフセットＤ８２は、
ｐ形クラッド層８３の伝導帯端Ｍ８３と発光層８２の伝
導帯端Ｍ８２と間のエネルギの差異であり、この対称型
のバンド構成では、バンドオフセットＤ８１，Ｄ８２は
等しくなる。
クラッド層８１と発光層８２との間のバンドオフセット
Ｄ８１は、ｎ形クラッド層８１の伝導帯端のエネルギ
（以下、単に「伝導帯端」という。）Ｍ８１と発光層８
２の伝導帯端Ｍ８２と間の差異であり、ｐ形クラッド層
８３と発光層８２との間のバンドオフセットＤ８２は、
ｐ形クラッド層８３の伝導帯端Ｍ８３と発光層８２の伝
導帯端Ｍ８２と間のエネルギの差異であり、この対称型
のバンド構成では、バンドオフセットＤ８１，Ｄ８２は
等しくなる。
【００１２】同様に、価電子帯端のバンド構成Ｎ８にお
いて、ｎ形クラッド層８１と発光層８２との間のバンド
オフセットＤ８３は、ｎ形クラッド層８１の価電子帯端
Ｎ８１と発光層８２の価電子帯端Ｎ８２と間のエネルギ
の差異であり、ｐ形クラッド層８３と発光層８２との間
のバンドオフセットＤ８４は、ｐ形クラッド層８３の価
電子帯端Ｎ８３と発光層８２の価電子帯端Ｎ８２と間の
エネルギの差異であり、この対称型のバンド構成では、
バンドオフセットＤ８３，Ｄ８４は等しくなる。
いて、ｎ形クラッド層８１と発光層８２との間のバンド
オフセットＤ８３は、ｎ形クラッド層８１の価電子帯端
Ｎ８１と発光層８２の価電子帯端Ｎ８２と間のエネルギ
の差異であり、ｐ形クラッド層８３と発光層８２との間
のバンドオフセットＤ８４は、ｐ形クラッド層８３の価
電子帯端Ｎ８３と発光層８２の価電子帯端Ｎ８２と間の
エネルギの差異であり、この対称型のバンド構成では、
バンドオフセットＤ８３，Ｄ８４は等しくなる。
【００１３】対称型のＤＨ構造の一例には、窒化ガリウ
ム・インジウム発光層を、アルミニウム組成を同一とす
る窒化アルミニウム・ガリウム混晶で直接挟持したＤＨ
構造が挙げられる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、
６４（１３）（１９９４）、１６８７〜１６８９頁参
照）。
ム・インジウム発光層を、アルミニウム組成を同一とす
る窒化アルミニウム・ガリウム混晶で直接挟持したＤＨ
構造が挙げられる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、
６４（１３）（１９９４）、１６８７〜１６８９頁参
照）。
【００１４】一方、非対称型のＤＨ構造とは、発光層
に、材料を異にする、即ち禁止帯幅を異にする障壁層等
が接合してなるＤＨ構造において発現されるポテンシャ
ル構造であって、図１８に掲示するように、発光層９２
を中心としてバンド構成が非対称となっているものであ
る。すなわち、障壁層としてのｎ形クラッド層９１及び
ｐ形クラッド層９３と、発光層９２とから構成される発
光部９０における伝導帯端のバンド構成Ｍ９、及び価電
子帯端のバンド構成Ｎ９が、それぞれ発光層９２を中心
として非対称となっている。発光層９２を基にした伝導
帯側のバンドオフセットＤ９１，Ｄ９２は、発光層９２
の伝導帯端Ｍ９２とクラッド層９１，９３の各伝導帯端
Ｍ９１，Ｍ９３との間のエネルギの差異であり、このバ
ンドオフセットＤ９１，Ｄ９２は互いに異なっている。
また、価電子帯側のバンドオフセットＤ９３，Ｄ９４
は、発光層９２の価電子帯端Ｎ９２とクラッド層９１，
９３の各価電子帯端Ｎ９１，Ｎ９３との間のエネルギの
差異であり、このバンドオフセットＤ９３，Ｄ９４は互
いに異なっている。
に、材料を異にする、即ち禁止帯幅を異にする障壁層等
が接合してなるＤＨ構造において発現されるポテンシャ
ル構造であって、図１８に掲示するように、発光層９２
を中心としてバンド構成が非対称となっているものであ
る。すなわち、障壁層としてのｎ形クラッド層９１及び
ｐ形クラッド層９３と、発光層９２とから構成される発
光部９０における伝導帯端のバンド構成Ｍ９、及び価電
子帯端のバンド構成Ｎ９が、それぞれ発光層９２を中心
として非対称となっている。発光層９２を基にした伝導
帯側のバンドオフセットＤ９１，Ｄ９２は、発光層９２
の伝導帯端Ｍ９２とクラッド層９１，９３の各伝導帯端
Ｍ９１，Ｍ９３との間のエネルギの差異であり、このバ
ンドオフセットＤ９１，Ｄ９２は互いに異なっている。
また、価電子帯側のバンドオフセットＤ９３，Ｄ９４
は、発光層９２の価電子帯端Ｎ９２とクラッド層９１，
９３の各価電子帯端Ｎ９１，Ｎ９３との間のエネルギの
差異であり、このバンドオフセットＤ９３，Ｄ９４は互
いに異なっている。
【００１５】非対称型のＤＨ構造の一例には、インジウ
ム含有III 族窒化物半導体を発光層とし、この発光層の
下部に配置するｎ形クラッド層を窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）とし、上部に配置するｐ形上部クラッド層を窒化ア
ルミニウム・ガリウム混晶とする構成が挙げられる。
ム含有III 族窒化物半導体を発光層とし、この発光層の
下部に配置するｎ形クラッド層を窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）とし、上部に配置するｐ形上部クラッド層を窒化ア
ルミニウム・ガリウム混晶とする構成が挙げられる。
【００１６】（従来の対称型ＤＨ構造発光部の禁止帯幅
の構成）窒化ガリウム・インジウムを発光層とする対称
型のポテンシャル分布を有する従来の発光部の構成を、
材質的により具体的に検討してみる。実用化に至ってい
る青色、青緑色或いは緑色を発する短波長ＬＥＤを例に
すれば、ｎ形及びｐ形のクラッド層は、窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶（ＡｌxＧａyＮ：０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ
＋ｙ＝１）から通常構成されているのは上記の如くであ
る（特開平６−２６０２８３号公報明細書）。対称型の
ポテンシャル構造の発光部にあって、窒化ガリウム・イ
ンジウム発光層と接合をなすｎ形若しくはｐ形のクラッ
ド層の双方をアルミニウム組成比（ｘ）を同一の０．１
５とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ）から構成する例がある（例えば、Ｊ．Ｖａ
ｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、１３（３）（１９９
５）、７０５〜７１０頁参照）。この際、発光層はイン
ジウム組成比を６％とする窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）から構成されている（上記の
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、電子情報通
信学会誌、７８（７）（１９９５）、６８３〜６８８
頁、及びＪ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、１４５
（１９９４）、９１１〜９１７頁参照）。窒化ガリウム
の室温での禁止帯幅は約３．４ｅＶであり、窒化アルミ
ニウムのそれは約５．９ｅＶである（赤崎 勇編著、
「III −Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月２０日初
版（（株）培風館発行）、１５１頁の表７．３参照）。
これらの値を基に、アルミニウム組成比（ｘ）を０．１
５とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶の禁止帯幅を
単純に線形補間法で求めると、約３．８ｅＶと算出され
る。一方、これに接合している発光層の窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）の禁止帯幅は、イン
ジウム組成比に対する禁止帯幅の非直線的変化（ボウイ
ング（ｂｏｗｉｎｇ））が顕著であるために（特公昭５
５−３８３４号公報明細書参照）、窒化ガリウムと窒化
インジウム（ＩｎＮ：禁止帯幅＝２．４ｅＶ）の禁止帯
幅を基にした単純な線形補間ではなく、実験値から推定
すると約３．２ｅＶとなる（特公昭５５−３８３４号公
報の図面第１図、及びＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｊｏｕｒｎａｌ、２５（１９９４）、６５１〜６５
９頁、並びに日本学術振興会光電相互変換第１２５委員
会第１４８回研究会（平成６年５月２７日）資料、１〜
６頁参照）。これより、インジウム含有III 族窒化物半
導体の一種である窒化ガリウム・インジウムを発光層と
する従来の対称ポテンシャル型の発光部にあって、発光
層とそれに接合する窒化アルミニウム・ガリウム混晶と
の間の室温における禁止帯幅の差異は０．６ｅＶとな
る。
の構成）窒化ガリウム・インジウムを発光層とする対称
型のポテンシャル分布を有する従来の発光部の構成を、
材質的により具体的に検討してみる。実用化に至ってい
る青色、青緑色或いは緑色を発する短波長ＬＥＤを例に
すれば、ｎ形及びｐ形のクラッド層は、窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶（ＡｌxＧａyＮ：０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ
＋ｙ＝１）から通常構成されているのは上記の如くであ
る（特開平６−２６０２８３号公報明細書）。対称型の
ポテンシャル構造の発光部にあって、窒化ガリウム・イ
ンジウム発光層と接合をなすｎ形若しくはｐ形のクラッ
ド層の双方をアルミニウム組成比（ｘ）を同一の０．１
５とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ）から構成する例がある（例えば、Ｊ．Ｖａ
ｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、１３（３）（１９９
５）、７０５〜７１０頁参照）。この際、発光層はイン
ジウム組成比を６％とする窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）から構成されている（上記の
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ、電子情報通
信学会誌、７８（７）（１９９５）、６８３〜６８８
頁、及びＪ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、１４５
（１９９４）、９１１〜９１７頁参照）。窒化ガリウム
の室温での禁止帯幅は約３．４ｅＶであり、窒化アルミ
ニウムのそれは約５．９ｅＶである（赤崎 勇編著、
「III −Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月２０日初
版（（株）培風館発行）、１５１頁の表７．３参照）。
これらの値を基に、アルミニウム組成比（ｘ）を０．１
５とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶の禁止帯幅を
単純に線形補間法で求めると、約３．８ｅＶと算出され
る。一方、これに接合している発光層の窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）の禁止帯幅は、イン
ジウム組成比に対する禁止帯幅の非直線的変化（ボウイ
ング（ｂｏｗｉｎｇ））が顕著であるために（特公昭５
５−３８３４号公報明細書参照）、窒化ガリウムと窒化
インジウム（ＩｎＮ：禁止帯幅＝２．４ｅＶ）の禁止帯
幅を基にした単純な線形補間ではなく、実験値から推定
すると約３．２ｅＶとなる（特公昭５５−３８３４号公
報の図面第１図、及びＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｊｏｕｒｎａｌ、２５（１９９４）、６５１〜６５
９頁、並びに日本学術振興会光電相互変換第１２５委員
会第１４８回研究会（平成６年５月２７日）資料、１〜
６頁参照）。これより、インジウム含有III 族窒化物半
導体の一種である窒化ガリウム・インジウムを発光層と
する従来の対称ポテンシャル型の発光部にあって、発光
層とそれに接合する窒化アルミニウム・ガリウム混晶と
の間の室温における禁止帯幅の差異は０．６ｅＶとな
る。
【００１７】（従来の非対称型ＤＨ構造発光部の禁止帯
幅の構成）窒化ガリウム・インジウムを発光層とする非
対称型の発光部の具体的な構成例は単一量子井戸構造
（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）
と称するＬＥＤに観られる（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．、３４（１９９５）、Ｐａｒｔ ２、Ｎｏ．１
０Ｂ、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。その発光部
は、インジウム組成比を０．４５とする窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｎ）を発光層とし、ｎ形
の障壁層（下部クラッド層）を窒化ガリウム（ＧａＮ）
とし、ｐ形の障壁層（上部クラッド層）をアルミニウム
組成比を０．２とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ）とするものである。インジウム
組成比を０．４５とする窒化ガリウム・インジウムの禁
止帯幅は約２．５ｅＶである（特開昭４９−１９７８３
号公報の図面第１図参照）。アルミニウム組成比を０．
２とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶の禁止帯幅は
３．９ｅＶである。したがって、この場合における発光
層との禁止帯幅の差異は窒化ガリウムからなるｎ形障壁
層に対して約０．９ｅＶであり、窒化アルミニウム・ガ
リウム混晶からなるｐ形障壁（クラッド）層に対して約
１．４ｅＶである。
幅の構成）窒化ガリウム・インジウムを発光層とする非
対称型の発光部の具体的な構成例は単一量子井戸構造
（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）
と称するＬＥＤに観られる（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．、３４（１９９５）、Ｐａｒｔ ２、Ｎｏ．１
０Ｂ、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。その発光部
は、インジウム組成比を０．４５とする窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｎ）を発光層とし、ｎ形
の障壁層（下部クラッド層）を窒化ガリウム（ＧａＮ）
とし、ｐ形の障壁層（上部クラッド層）をアルミニウム
組成比を０．２とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ）とするものである。インジウム
組成比を０．４５とする窒化ガリウム・インジウムの禁
止帯幅は約２．５ｅＶである（特開昭４９−１９７８３
号公報の図面第１図参照）。アルミニウム組成比を０．
２とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶の禁止帯幅は
３．９ｅＶである。したがって、この場合における発光
層との禁止帯幅の差異は窒化ガリウムからなるｎ形障壁
層に対して約０．９ｅＶであり、窒化アルミニウム・ガ
リウム混晶からなるｐ形障壁（クラッド）層に対して約
１．４ｅＶである。
【００１８】以上、対称型及び非対称型のポテンシャル
構成を備えた発光層に、障壁層が直接接合してなるダブ
ルヘテロ接合構成を含む従来のＤＨ構造からなる発光部
の禁止帯幅から観た構成を纏めるに、発光層と、それに
直接接合するクラッド層或いは障壁層としてのｐ形接合
層との禁止帯幅の差異は、電子の室温での熱運動エネル
ギーである約０．０３ｅＶを優に越えるものとなってい
る。また、発光層とｎ形のクラッド層若しくは障壁層と
の禁止帯幅の差異は、発光層とｐ形クラッド層とのそれ
より小とするのが一般的と見受けられるが、それでも発
光層とｎ形クラッド層との禁止帯幅の差異は少なくとも
０．０３ｅＶを越えるものである。
構成を備えた発光層に、障壁層が直接接合してなるダブ
ルヘテロ接合構成を含む従来のＤＨ構造からなる発光部
の禁止帯幅から観た構成を纏めるに、発光層と、それに
直接接合するクラッド層或いは障壁層としてのｐ形接合
層との禁止帯幅の差異は、電子の室温での熱運動エネル
ギーである約０．０３ｅＶを優に越えるものとなってい
る。また、発光層とｎ形のクラッド層若しくは障壁層と
の禁止帯幅の差異は、発光層とｐ形クラッド層とのそれ
より小とするのが一般的と見受けられるが、それでも発
光層とｎ形クラッド層との禁止帯幅の差異は少なくとも
０．０３ｅＶを越えるものである。
【００１９】発光部を量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅ
ｌｌ：ＱＷ）構造とする従来のIII族窒化物半導体ＬＥ
Ｄに他の接合例を観るに、窒化ガリウム・インジウム発
光層をｎ形及びｐ形のアルミニウム組成比を０．１とす
る窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ）クラッド層で挟持する基本的なＤＨ構造の発光
部の構成において、発光層とｎ形Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラ
ッド層間に窒化ガリウム・インジウムからなる介在層に
接合させる例が報告されている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．、３４（１９９５）、Ｐａｒｔ ２、Ｎ
ｏ．７Ａ、Ｌ７９７〜Ｌ７９９頁参照）。この従来例で
は、発光層はインジウム組成比を０．４３とする窒化ガ
リウム・インジウム（Ｇａ0.57Ｉｎ0.43Ｎ）から、また
介在層はインジウム組成比を０．０５とするから窒化ガ
リウム・インジウム（Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ）から各々、
構成されている。インジウム組成比を０．４３或いは
０．０５とする窒化ガリウム・インジウムの室温での禁
止帯幅は各々、約２．６ｅＶと約３．２ｅＶである（特
公昭５５−３８３４号公報の図面第１図参照）。したが
って、発光層と介在層との禁止帯幅の差は０．６ｅＶと
なっている。このように発光層をｎ形クラッド層に直接
接合させずに、ｎ形クラッド層上に配置した介在層に先
ず接合させる従来の構成例にあっても、発光層と介在層
との禁止帯幅の差異は室温での電子の熱運動エネルギ値
の約２０倍の約０．６ｅＶとなっている。
ｌｌ：ＱＷ）構造とする従来のIII族窒化物半導体ＬＥ
Ｄに他の接合例を観るに、窒化ガリウム・インジウム発
光層をｎ形及びｐ形のアルミニウム組成比を０．１とす
る窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ）クラッド層で挟持する基本的なＤＨ構造の発光
部の構成において、発光層とｎ形Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラ
ッド層間に窒化ガリウム・インジウムからなる介在層に
接合させる例が報告されている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．、３４（１９９５）、Ｐａｒｔ ２、Ｎ
ｏ．７Ａ、Ｌ７９７〜Ｌ７９９頁参照）。この従来例で
は、発光層はインジウム組成比を０．４３とする窒化ガ
リウム・インジウム（Ｇａ0.57Ｉｎ0.43Ｎ）から、また
介在層はインジウム組成比を０．０５とするから窒化ガ
リウム・インジウム（Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ）から各々、
構成されている。インジウム組成比を０．４３或いは
０．０５とする窒化ガリウム・インジウムの室温での禁
止帯幅は各々、約２．６ｅＶと約３．２ｅＶである（特
公昭５５−３８３４号公報の図面第１図参照）。したが
って、発光層と介在層との禁止帯幅の差は０．６ｅＶと
なっている。このように発光層をｎ形クラッド層に直接
接合させずに、ｎ形クラッド層上に配置した介在層に先
ず接合させる従来の構成例にあっても、発光層と介在層
との禁止帯幅の差異は室温での電子の熱運動エネルギ値
の約２０倍の約０．６ｅＶとなっている。
【００２０】（バンドの不連続性（バンドオフセッ
ト））禁止帯幅の差異の他、ヘテロ接合系におけるエネ
ルギバンドの不連続性を定量的に示す物理量には、バン
ドオフセット（ｂａｎｄ ｏｆｆ−ｓｅｔ）量がある。
バンドオフセットは単にオフセットとも換言され、その
量は接合をなす双方の半導体材料の禁止帯幅間の差異
（記号ΔＥｇで表す）を基に理論的に計算され得る。例
えば、接合をなす双方の層の禁止帯幅が（Ｅｇ）1及び
（Ｅｇ）2（（Ｅｇ）1≧（Ｅｇ）2）である場合、 ΔＥｇ＝（Ｅｇ）1−（Ｅｇ）2 （式１） で与えられる。式１で与えられるΔＥｇを基に伝導帯側
及び価電子帯側のオフセット（記号ΔＥｃ及びΔＥｖで
表す）は次の式２及び式３より各々求められる。 ΔＥｃ＝α・ΔＥｇ （但し、０≦α≦１） （式２） ΔＥｖ＝β・ΔＥｇ （但し、０≦β≦１） （式３） αとβは、伝導帯側及び価電子帯側のオフセット量がΔ
Ｅｇに占有する比率を表し、α＋β＝１の関係にある。
（Ｅｇ）1＝（Ｅｇ）2であれば、ΔＥｇ＝０となるた
め、ΔＥｃ＝ΔＥｖ＝０である。オフセット量が０であ
ることは、接合がホモ（ｈｏｍｏ）接合であることを意
味している。ヘテロ接合は禁止帯幅を異にする半導体材
料間の接合であり（深海 登世司監修、「半導体工学」
（１９９３年３月２０日第１版７刷、（学法）東京電機
大学発行、９３頁参照）、ΔＥｇ≠０で、少なくともα
≠０（或いはβ≠０）であるため、バンドのオフセット
が必ず発生する。α及びβの値はヘテロ接合系によって
変化するが、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）と砒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶とのヘテロ接合系では、α＝０．８
５（８５％）であり、β＝０．１５（１５％）であるの
がＤｉｎｇｌｅ則として公知となっている（日本物理学
会編、「半導体超格子の物理と応用」（昭和６１年９月
３０日初版第４刷（（株）培風館発行）、７２頁参
照）。
ト））禁止帯幅の差異の他、ヘテロ接合系におけるエネ
ルギバンドの不連続性を定量的に示す物理量には、バン
ドオフセット（ｂａｎｄ ｏｆｆ−ｓｅｔ）量がある。
バンドオフセットは単にオフセットとも換言され、その
量は接合をなす双方の半導体材料の禁止帯幅間の差異
（記号ΔＥｇで表す）を基に理論的に計算され得る。例
えば、接合をなす双方の層の禁止帯幅が（Ｅｇ）1及び
（Ｅｇ）2（（Ｅｇ）1≧（Ｅｇ）2）である場合、 ΔＥｇ＝（Ｅｇ）1−（Ｅｇ）2 （式１） で与えられる。式１で与えられるΔＥｇを基に伝導帯側
及び価電子帯側のオフセット（記号ΔＥｃ及びΔＥｖで
表す）は次の式２及び式３より各々求められる。 ΔＥｃ＝α・ΔＥｇ （但し、０≦α≦１） （式２） ΔＥｖ＝β・ΔＥｇ （但し、０≦β≦１） （式３） αとβは、伝導帯側及び価電子帯側のオフセット量がΔ
Ｅｇに占有する比率を表し、α＋β＝１の関係にある。
（Ｅｇ）1＝（Ｅｇ）2であれば、ΔＥｇ＝０となるた
め、ΔＥｃ＝ΔＥｖ＝０である。オフセット量が０であ
ることは、接合がホモ（ｈｏｍｏ）接合であることを意
味している。ヘテロ接合は禁止帯幅を異にする半導体材
料間の接合であり（深海 登世司監修、「半導体工学」
（１９９３年３月２０日第１版７刷、（学法）東京電機
大学発行、９３頁参照）、ΔＥｇ≠０で、少なくともα
≠０（或いはβ≠０）であるため、バンドのオフセット
が必ず発生する。α及びβの値はヘテロ接合系によって
変化するが、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）と砒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶とのヘテロ接合系では、α＝０．８
５（８５％）であり、β＝０．１５（１５％）であるの
がＤｉｎｇｌｅ則として公知となっている（日本物理学
会編、「半導体超格子の物理と応用」（昭和６１年９月
３０日初版第４刷（（株）培風館発行）、７２頁参
照）。
【００２１】翻って、III 族窒化物半導体のヘテロ接合
系におけるαとβは、最近の研究成果によれば（Ｍａ
ｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、Ｖｏｌ．
３９５（１９９６、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１２３〜１３４頁参照）、例え
ば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）とのヘテロ接合系におけるαは０．７８（７８％）
であり、βは０．２２（２２％）であるとされる。ま
た、窒化ガリウムと窒化インジウム（ＩｎＮ）とのヘテ
ロ接合系におけるαは６９％で、βは３１％であると計
算される。また、窒化アルミニウムと窒化インジウムと
のヘテロ接合系におけるαは０．７４で、βは０．２６
と読み取れる（上記のＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｐｒｏｃ．の１２９頁のＦｉｇｕｒｅ ９参照）。
このα及びβの値を基に上記の（式２）及び（式３）か
ら、対称型及び非対称型ヘテロ接合における伝導帯側の
バンドオフセット（ΔＥｃ）及び価電子帯側のバンドオ
フセット（ΔＥｖ）を求めてみる。
系におけるαとβは、最近の研究成果によれば（Ｍａ
ｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、Ｖｏｌ．
３９５（１９９６、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ）、１２３〜１３４頁参照）、例え
ば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）とのヘテロ接合系におけるαは０．７８（７８％）
であり、βは０．２２（２２％）であるとされる。ま
た、窒化ガリウムと窒化インジウム（ＩｎＮ）とのヘテ
ロ接合系におけるαは６９％で、βは３１％であると計
算される。また、窒化アルミニウムと窒化インジウムと
のヘテロ接合系におけるαは０．７４で、βは０．２６
と読み取れる（上記のＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｐｒｏｃ．の１２９頁のＦｉｇｕｒｅ ９参照）。
このα及びβの値を基に上記の（式２）及び（式３）か
ら、対称型及び非対称型ヘテロ接合における伝導帯側の
バンドオフセット（ΔＥｃ）及び価電子帯側のバンドオ
フセット（ΔＥｖ）を求めてみる。
【００２２】従来の対称型ＤＨ構造における窒化ガリウ
ム・インジウム発光層と、ｎ形及びｐ形の窒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶との禁止帯幅の差異（ΔＥｇ）が、
約０．６ｅＶであることは上記した如くである。窒化ア
ルミニウム／窒化ガリウムヘテロ接合系におけるα（＝
０．７８）及びβ（＝０．２２）を適用するとΔＥｃは
約０．４７ｅＶとなり、ΔＥｖは約０．１３ｅＶとな
る。ΔＥｇを０．６ｅＶとする接合系に対して窒化ガリ
ウム／窒化インジウムヘテロ接合系のα（＝０．６９）
及びβ（＝０．３１）を適用しても、ΔＥｃは約０．４
１ｅＶでΔＥｖは約０．１９ｅＶである。ΔＥｇ＝０．
６ｅＶに対して、窒化アルミニウム／窒化インジウムヘ
テロ接合系におけるα（＝０．７４）及びβ（＝０．２
６）を適用しても、ΔＥｃは約０．４４ｅＶでΔＥｖは
０．１６ｅＶと算出され得る。
ム・インジウム発光層と、ｎ形及びｐ形の窒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶との禁止帯幅の差異（ΔＥｇ）が、
約０．６ｅＶであることは上記した如くである。窒化ア
ルミニウム／窒化ガリウムヘテロ接合系におけるα（＝
０．７８）及びβ（＝０．２２）を適用するとΔＥｃは
約０．４７ｅＶとなり、ΔＥｖは約０．１３ｅＶとな
る。ΔＥｇを０．６ｅＶとする接合系に対して窒化ガリ
ウム／窒化インジウムヘテロ接合系のα（＝０．６９）
及びβ（＝０．３１）を適用しても、ΔＥｃは約０．４
１ｅＶでΔＥｖは約０．１９ｅＶである。ΔＥｇ＝０．
６ｅＶに対して、窒化アルミニウム／窒化インジウムヘ
テロ接合系におけるα（＝０．７４）及びβ（＝０．２
６）を適用しても、ΔＥｃは約０．４４ｅＶでΔＥｖは
０．１６ｅＶと算出され得る。
【００２３】非対称型のＤＨ構造にあっても発光層と障
壁（クラッド）層との禁止帯幅の差異は対称型の場合の
０．６ｅＶの少なくとも１．５倍であることから（段落
［００１７］参照）、伝導帯の不連続性（ΔＥｃ）は少
なく見積もっても対称型の場合の約１．５倍を越えるも
のとなる。
壁（クラッド）層との禁止帯幅の差異は対称型の場合の
０．６ｅＶの少なくとも１．５倍であることから（段落
［００１７］参照）、伝導帯の不連続性（ΔＥｃ）は少
なく見積もっても対称型の場合の約１．５倍を越えるも
のとなる。
【００２４】すなわち、従来の発光部は対称型、非対称
型に拘らず、窒化ガリウム・インジウムからなる発光層
を、窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなるクラッド
層（障壁層）で挟持してなる、特に伝導帯側のバンドオ
フセット（ΔＥｃ）が優に０．３ｅＶを越えるものとす
る、発光層とのＤＨ接合を含むものであると統括され
る。ΔＥｃの大きさを室温での電子の熱運動エネルギで
ある約０．０３ｅＶを基準にして表現すれば、発光層は
いずれも熱運動エネルギを上回る伝導帯側の障壁を保有
するｎ形及びｐ形層で挟持されたものとなっている。発
光層とｎ形障壁層とのオフセットの関係を纏めれば、発
光層には０．３ｅＶを越えるｎ形層が直接、接合されて
いる構成となっているのが通例であると換言できる。
型に拘らず、窒化ガリウム・インジウムからなる発光層
を、窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなるクラッド
層（障壁層）で挟持してなる、特に伝導帯側のバンドオ
フセット（ΔＥｃ）が優に０．３ｅＶを越えるものとす
る、発光層とのＤＨ接合を含むものであると統括され
る。ΔＥｃの大きさを室温での電子の熱運動エネルギで
ある約０．０３ｅＶを基準にして表現すれば、発光層は
いずれも熱運動エネルギを上回る伝導帯側の障壁を保有
するｎ形及びｐ形層で挟持されたものとなっている。発
光層とｎ形障壁層とのオフセットの関係を纏めれば、発
光層には０．３ｅＶを越えるｎ形層が直接、接合されて
いる構成となっているのが通例であると換言できる。
【００２５】予め定義を試みるが、発光層に対して障壁
たる層（障壁層）とは、発光層に対してオフセット量を
室温で０．３ｅＶ以上とする層であるとする。０．３ｅ
Ｖ未満の小さなバンド不連続しか保有しない接合層は、
発光の「閉じ込め」をもたらすに充分なクラッド層等の
障壁層とは実際にはならない。発光層と接合する層に充
分なクラッド作用を発揮させるには、そのオフセット量
を、熱電子エネルギ（約０．０２６エレクトロンボルト
（ｅＶ））の約１０倍に大凡相当する約０．３ｅＶ以上
とすることが知れているからである（特開平２−２２９
４７５号及び特開平９−６４４１９号公報明細書参
照）。したがって、発光の「閉じ込め」を確実に果た
し、ＳＨ接合型ＬＥＤよりも強力な発光の獲得を意図す
るＤＨ構造型のＬＥＤにあっては、上記した発光層と障
壁層との間のオフセット、特に伝導帯側等のオフセット
を約０．３ｅＶ以上とするのは、半ば常套の手段であっ
た。
たる層（障壁層）とは、発光層に対してオフセット量を
室温で０．３ｅＶ以上とする層であるとする。０．３ｅ
Ｖ未満の小さなバンド不連続しか保有しない接合層は、
発光の「閉じ込め」をもたらすに充分なクラッド層等の
障壁層とは実際にはならない。発光層と接合する層に充
分なクラッド作用を発揮させるには、そのオフセット量
を、熱電子エネルギ（約０．０２６エレクトロンボルト
（ｅＶ））の約１０倍に大凡相当する約０．３ｅＶ以上
とすることが知れているからである（特開平２−２２９
４７５号及び特開平９−６４４１９号公報明細書参
照）。したがって、発光の「閉じ込め」を確実に果た
し、ＳＨ接合型ＬＥＤよりも強力な発光の獲得を意図す
るＤＨ構造型のＬＥＤにあっては、上記した発光層と障
壁層との間のオフセット、特に伝導帯側等のオフセット
を約０．３ｅＶ以上とするのは、半ば常套の手段であっ
た。
【００２６】即ち、従来からのIII 族窒化物半導体ＬＥ
Ｄの発光部は、（１）ＤＨ構造であって、且つ、（２）
そのＤＨ構造は発光層に、その発光層に対して約０．３
ｅＶを越える障壁を形成する障壁層を直接接合させた構
成を含んでなるのを慣習としていた。従来のIII 族窒化
物半導体発光素子に係わる発光特性の改善も、このバン
ド不連続性の大きな、特に発光層とｎ形障壁層との間に
おける伝導帯の不連続性が大であるＤＨ構造型の発光部
の構成に対して成されてきた。
Ｄの発光部は、（１）ＤＨ構造であって、且つ、（２）
そのＤＨ構造は発光層に、その発光層に対して約０．３
ｅＶを越える障壁を形成する障壁層を直接接合させた構
成を含んでなるのを慣習としていた。従来のIII 族窒化
物半導体発光素子に係わる発光特性の改善も、このバン
ド不連続性の大きな、特に発光層とｎ形障壁層との間に
おける伝導帯の不連続性が大であるＤＨ構造型の発光部
の構成に対して成されてきた。
【００２７】（ＧａＩｎＮの熱的変質の潜在性）窒化ガ
リウム・インジウムは熱的に変質し易く、結果としてイ
ンジウム濃度（組成）を不均一とする複数の相（ｐｈａ
ｓｅ）から多相構成となる傾向が強い（Ｓｏｌｉｄ Ｓ
ｔａｔｅ Ｃｏｍｕｎｎ．、１１（１９７２）、６１７
〜６２１頁やＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４６（８）
（１９７５）、３４３２〜３４３７頁参照）。このた
め、一様なインジウム組成の単一の相（ｐｈａｓｅ）か
らなる窒化ガリウム・インジウム混晶の形成は困難を極
めるのが知れている。特に、本発明者の見識に依れば、
内部歪の開放に関する臨界膜厚を越える比較的層厚を大
とする窒化ガリウム・インジウムにおいて、この多相化
がより進行する傾向がある。窒化ガリウム・インジウム
混晶に関する結晶形態に関する研究の最近の進展も、均
質な混晶組成の窒化ガリウム・インジウム混晶の成長は
むしろ困難であることを教示している（１９９６（平成
８年）秋季第５７回応用物理学会学術講演会講演予稿集
Ｎｏ．１、講演番号８ｐ−ＺＦ−１４、２０９頁．）。
窒化ガリウム・インジウムにあっては、加熱による相構
造の変化により主体相と、主体相とはインジウム濃度
（組成）を異にする従属相とに分離する現象も認められ
る（特願平８−２６１０４４号明細書参照）。更には、
インジウムの濃度を均一とする均質で単一な相からなる
窒化ガリウム・インジウム層が必ずしも強度的に優れる
発光をもたらすための主要な必要条件ではなく、逆にイ
ンジウム濃度を異にする複数の相を内包する窒化ガリウ
ム・インジウム結晶層が還って高出力発光をもたらすに
都合が良いことが示されている（特願平８−２６１０４
４号明細書参照）。
リウム・インジウムは熱的に変質し易く、結果としてイ
ンジウム濃度（組成）を不均一とする複数の相（ｐｈａ
ｓｅ）から多相構成となる傾向が強い（Ｓｏｌｉｄ Ｓ
ｔａｔｅ Ｃｏｍｕｎｎ．、１１（１９７２）、６１７
〜６２１頁やＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４６（８）
（１９７５）、３４３２〜３４３７頁参照）。このた
め、一様なインジウム組成の単一の相（ｐｈａｓｅ）か
らなる窒化ガリウム・インジウム混晶の形成は困難を極
めるのが知れている。特に、本発明者の見識に依れば、
内部歪の開放に関する臨界膜厚を越える比較的層厚を大
とする窒化ガリウム・インジウムにおいて、この多相化
がより進行する傾向がある。窒化ガリウム・インジウム
混晶に関する結晶形態に関する研究の最近の進展も、均
質な混晶組成の窒化ガリウム・インジウム混晶の成長は
むしろ困難であることを教示している（１９９６（平成
８年）秋季第５７回応用物理学会学術講演会講演予稿集
Ｎｏ．１、講演番号８ｐ−ＺＦ−１４、２０９頁．）。
窒化ガリウム・インジウムにあっては、加熱による相構
造の変化により主体相と、主体相とはインジウム濃度
（組成）を異にする従属相とに分離する現象も認められ
る（特願平８−２６１０４４号明細書参照）。更には、
インジウムの濃度を均一とする均質で単一な相からなる
窒化ガリウム・インジウム層が必ずしも強度的に優れる
発光をもたらすための主要な必要条件ではなく、逆にイ
ンジウム濃度を異にする複数の相を内包する窒化ガリウ
ム・インジウム結晶層が還って高出力発光をもたらすに
都合が良いことが示されている（特願平８−２６１０４
４号明細書参照）。
【００２８】（ＧａＩｎＮからの発光の機構）半導体の
ｐｎ接合からの発光は、電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と正
孔（ｈｏｌｅ）の再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏ
ｎ）に負うている（上記の「半導体工学」（（学法）東
京電機大学発行、１９３頁参照）。所謂、電子及び正孔
のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の放射再結合（ｒａｄｉ
ａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）である。そ
の他、キャリアの捕獲（補足）中心、即ち、アイソエレ
クトロニックトラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｒａｐ）を介した擬間接遷移による発光もある（上記
の「半導体工学」、１９３頁参照）。キャリアの準位に
着目して分類すれば、量子化された準位（量子準位）間
の遷移を介した発光も知られている。例えば、ＳＱＷ或
いは多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅ
ｌｌ：ＭＱＷ）構造からなる発光部を備えたＱＷ構造の
ＬＥＤは、量子準位間のキャリアの遷移を利用した発光
を得るものである。窒化ガリウム・インジウム混晶を発
光層とするIII 族窒化物半導体素子にあっても、量子を
介しての発光の可能性が示唆されている（１９９７年
（平成９年）春季第４４回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集Ｎｏ．１、講演番号２８ａ−Ｄ−６、１７８頁
参照）。
ｐｎ接合からの発光は、電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と正
孔（ｈｏｌｅ）の再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏ
ｎ）に負うている（上記の「半導体工学」（（学法）東
京電機大学発行、１９３頁参照）。所謂、電子及び正孔
のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の放射再結合（ｒａｄｉ
ａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）である。そ
の他、キャリアの捕獲（補足）中心、即ち、アイソエレ
クトロニックトラップ（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｔｒａｐ）を介した擬間接遷移による発光もある（上記
の「半導体工学」、１９３頁参照）。キャリアの準位に
着目して分類すれば、量子化された準位（量子準位）間
の遷移を介した発光も知られている。例えば、ＳＱＷ或
いは多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅ
ｌｌ：ＭＱＷ）構造からなる発光部を備えたＱＷ構造の
ＬＥＤは、量子準位間のキャリアの遷移を利用した発光
を得るものである。窒化ガリウム・インジウム混晶を発
光層とするIII 族窒化物半導体素子にあっても、量子を
介しての発光の可能性が示唆されている（１９９７年
（平成９年）春季第４４回応用物理学関係連合講演会講
演予稿集Ｎｏ．１、講演番号２８ａ−Ｄ−６、１７８頁
参照）。
【００２９】（ＧａＩｎＮ薄層の成膜の困難性）量子化
されたキャリアの放射再結合による発光の獲得を意図す
る場合、量子準位の創生のために発光部を量子井戸構造
から構成するのが一般的である。従来よりIII 族窒化物
半導体ＬＥＤに採用されている量子井戸構造を備えた発
光部のポテンシャル構造は一井戸層を対称中心とする対
称型である（特開平８−２９３６４３号公報の図面図１
２参照）。此処で、数ナノメーター程度の極薄膜を井戸
層とする量子井戸構造の形成の困難さを、窒化ガリウム
・インジウム混晶の成膜技術上の難しさから省みる。窒
化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌeＧａ1-eＮ：０≦
ｅ≦１）を障壁層とし窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ
fＩｎ1-fＮ：０≦ｆ＜１）を井戸層とする量子井戸構造
を、III 族窒化物半導体層の成膜に常用されている有機
金属熱分解気相成長法（ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ或いは
ＯＭＶＰＥ法と略称される。）により構成する場合を例
にして説明する。
されたキャリアの放射再結合による発光の獲得を意図す
る場合、量子準位の創生のために発光部を量子井戸構造
から構成するのが一般的である。従来よりIII 族窒化物
半導体ＬＥＤに採用されている量子井戸構造を備えた発
光部のポテンシャル構造は一井戸層を対称中心とする対
称型である（特開平８−２９３６４３号公報の図面図１
２参照）。此処で、数ナノメーター程度の極薄膜を井戸
層とする量子井戸構造の形成の困難さを、窒化ガリウム
・インジウム混晶の成膜技術上の難しさから省みる。窒
化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌeＧａ1-eＮ：０≦
ｅ≦１）を障壁層とし窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ
fＩｎ1-fＮ：０≦ｆ＜１）を井戸層とする量子井戸構造
を、III 族窒化物半導体層の成膜に常用されている有機
金属熱分解気相成長法（ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ或いは
ＯＭＶＰＥ法と略称される。）により構成する場合を例
にして説明する。
【００３０】ＭＯＣＶＤ法では、障壁層に利用される窒
化アルミニウム・ガリウム混晶の成膜は、約１０００℃
を越える温度で実施されるのが通例である（例えば、特
公平３−３１６７８号公報明細書など参照）。一方、井
戸層を構成する窒化ガリウム・インジウムはその易昇華
性を勘案して、１０００℃未満の、大凡８００℃から９
００℃前後の比較的低温で成膜されるのが常である（特
開平６−２０９１２２号公報明細書参照）。したがっ
て、窒化アルミニウム・ガリウム混晶層（障壁層）／窒
化ガリウム・インジウム層（井戸層）／窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶層（障壁層）からなる量子井戸構成の
積層構造を形成する際には、１０００℃を越える、例え
ば１１００℃で窒化アルミニウム・ガリウム混晶障壁層
の成膜を終了したる後、成膜温度を約８００℃から約９
００℃に一旦低下させて窒化ガリウム・インジウムから
なる井戸層を成膜し、然る後、再び１０００℃を越える
窒化ガリウム障壁層に適する成膜温度に昇温する必要が
ある。このため、窒化ガリウム・インジウム混晶発光層
はその上に窒化アルミニウム・ガリウム混晶障壁層を積
層するための高温への昇温時の受熱により昇華する。特
に、この昇温の条件が不適であると昇華が激しく生じる
ため、窒化ガリウム・インジウム混晶発光層の部分的な
揮散、損失を招く。昇華等に起因する発光層の部分的な
揮散は、発光層、即ち井戸層の層厚（井戸幅）の部分的
な変化を来す。上記の如くの窒化ガリウム・インジウム
の非混和性に基づく不均質性と相俟って、成膜プロセス
に付随して生ずる井戸層内における層厚（幅）の変化が
帰結される。加熱サイクルに起因する窒化ガリウム・イ
ンジウム混晶発光層の昇華による損失を防止する目的
で、発光層上に例えば窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦ｘ≦１）からなる蒸発防止層
（キャップ（ｃａｐ）層とも称される。）を配置する従
来技術が開示されている（特開平５−６３２３６号、特
開平８−２９３６４３号、特開平９−３６４２９号及び
特開平９−６４４１９号の各公報明細書参照）。縦しん
ば、この従来技術を流用し、蒸発防止層で窒化ガリウム
・インジウム井戸層の表面を被覆して同井戸層の逸失が
抑制されたところで、井戸層の表面にそもそも存在する
接合界面の原子レベル或いは単位格子レベルの非平坦性
に因る井戸層厚の変位は残存するものとなる。
化アルミニウム・ガリウム混晶の成膜は、約１０００℃
を越える温度で実施されるのが通例である（例えば、特
公平３−３１６７８号公報明細書など参照）。一方、井
戸層を構成する窒化ガリウム・インジウムはその易昇華
性を勘案して、１０００℃未満の、大凡８００℃から９
００℃前後の比較的低温で成膜されるのが常である（特
開平６−２０９１２２号公報明細書参照）。したがっ
て、窒化アルミニウム・ガリウム混晶層（障壁層）／窒
化ガリウム・インジウム層（井戸層）／窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶層（障壁層）からなる量子井戸構成の
積層構造を形成する際には、１０００℃を越える、例え
ば１１００℃で窒化アルミニウム・ガリウム混晶障壁層
の成膜を終了したる後、成膜温度を約８００℃から約９
００℃に一旦低下させて窒化ガリウム・インジウムから
なる井戸層を成膜し、然る後、再び１０００℃を越える
窒化ガリウム障壁層に適する成膜温度に昇温する必要が
ある。このため、窒化ガリウム・インジウム混晶発光層
はその上に窒化アルミニウム・ガリウム混晶障壁層を積
層するための高温への昇温時の受熱により昇華する。特
に、この昇温の条件が不適であると昇華が激しく生じる
ため、窒化ガリウム・インジウム混晶発光層の部分的な
揮散、損失を招く。昇華等に起因する発光層の部分的な
揮散は、発光層、即ち井戸層の層厚（井戸幅）の部分的
な変化を来す。上記の如くの窒化ガリウム・インジウム
の非混和性に基づく不均質性と相俟って、成膜プロセス
に付随して生ずる井戸層内における層厚（幅）の変化が
帰結される。加熱サイクルに起因する窒化ガリウム・イ
ンジウム混晶発光層の昇華による損失を防止する目的
で、発光層上に例えば窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（ＡｌxＧａ1-xＮ：０≦ｘ≦１）からなる蒸発防止層
（キャップ（ｃａｐ）層とも称される。）を配置する従
来技術が開示されている（特開平５−６３２３６号、特
開平８−２９３６４３号、特開平９−３６４２９号及び
特開平９−６４４１９号の各公報明細書参照）。縦しん
ば、この従来技術を流用し、蒸発防止層で窒化ガリウム
・インジウム井戸層の表面を被覆して同井戸層の逸失が
抑制されたところで、井戸層の表面にそもそも存在する
接合界面の原子レベル或いは単位格子レベルの非平坦性
に因る井戸層厚の変位は残存するものとなる。
【００３１】井戸層において井戸幅に変化を来せば、発
光波長の不均一性をもたらすことは理論的に示されると
ころである（上記の「半導体超格子の物理と応用」、２
１１頁参照）。しかも、同一の発光層（井戸層）におい
て、接合界面の非平坦性によって層内の領域毎に井戸層
厚が異なれば尚更のこと同一の発光層から異なる波長の
発光がもたらされることとなり、単色性に優れる発光を
得るに不利な状況を招くのみである。即ち、量子準位間
の遷移に起因する発光を得ると云えども、従来の対称型
の矩形ポテンシャル構造（特開平８−２９３６４３号公
報の図面図１２参照）によって発現される量子準位間の
遷移を利用して発光を得るとする従来の手段は、井戸幅
の僅かな変動により、発光特性の均一性に悪影響を及ぼ
す問題があった。発光層の両端に発生するバンドオフセ
ットによる対称型の矩形ポテンシャル構造において、こ
の量子井戸幅の変動は、対向するバンドオフセット間の
間隔の変動と等価である。バンドオフセット間の間隔と
は、これ即ち発光層の両側に接合する障壁層間の間隔で
ある。原子レベル或いは単位格子レベルの変動と云えど
も、元来数ｎｍと薄い井戸層に対してその変動が占める
割合は比較的大である。
光波長の不均一性をもたらすことは理論的に示されると
ころである（上記の「半導体超格子の物理と応用」、２
１１頁参照）。しかも、同一の発光層（井戸層）におい
て、接合界面の非平坦性によって層内の領域毎に井戸層
厚が異なれば尚更のこと同一の発光層から異なる波長の
発光がもたらされることとなり、単色性に優れる発光を
得るに不利な状況を招くのみである。即ち、量子準位間
の遷移に起因する発光を得ると云えども、従来の対称型
の矩形ポテンシャル構造（特開平８−２９３６４３号公
報の図面図１２参照）によって発現される量子準位間の
遷移を利用して発光を得るとする従来の手段は、井戸幅
の僅かな変動により、発光特性の均一性に悪影響を及ぼ
す問題があった。発光層の両端に発生するバンドオフセ
ットによる対称型の矩形ポテンシャル構造において、こ
の量子井戸幅の変動は、対向するバンドオフセット間の
間隔の変動と等価である。バンドオフセット間の間隔と
は、これ即ち発光層の両側に接合する障壁層間の間隔で
ある。原子レベル或いは単位格子レベルの変動と云えど
も、元来数ｎｍと薄い井戸層に対してその変動が占める
割合は比較的大である。
【００３２】例えば、ｃ軸の格子定数を５．６９２オン
グストローム（Å）とする六方晶の窒化インジウム（Ｉ
ｎＮ）からなる井戸層の最表面上に単位格子レベルの凹
凸が存在すると仮定すると、この凹凸が極く一般的な５
０Å程度の井戸層の層厚に占める比率は約１１％に達す
る。発光層の両側に障壁層足る半導体層を直接接合させ
た、従来の発光層の接合構成にあって、仮に井戸層の凹
部（或いは凸部）が発光層の表裏面の対向する同一領域
に存在すると、井戸層の層厚に対する変位は上記の場合
の２倍に上昇し、井戸層内に形成される準位の「ゆら
ぎ」（上記の「半導体超格子の物理と応用」、２２７頁
参照）を発生させるに充分な変位量となる。このような
変位は、井戸層を、しかも極薄膜からなる発光層として
の井戸層を、障壁層で直接挟持する従来の発光層に関す
る接合構成において顕著に現れるものである。
グストローム（Å）とする六方晶の窒化インジウム（Ｉ
ｎＮ）からなる井戸層の最表面上に単位格子レベルの凹
凸が存在すると仮定すると、この凹凸が極く一般的な５
０Å程度の井戸層の層厚に占める比率は約１１％に達す
る。発光層の両側に障壁層足る半導体層を直接接合させ
た、従来の発光層の接合構成にあって、仮に井戸層の凹
部（或いは凸部）が発光層の表裏面の対向する同一領域
に存在すると、井戸層の層厚に対する変位は上記の場合
の２倍に上昇し、井戸層内に形成される準位の「ゆら
ぎ」（上記の「半導体超格子の物理と応用」、２２７頁
参照）を発生させるに充分な変位量となる。このような
変位は、井戸層を、しかも極薄膜からなる発光層として
の井戸層を、障壁層で直接挟持する従来の発光層に関す
る接合構成において顕著に現れるものである。
【００３３】マクロ（ｍａｃｒｏ）的な構造的な視点か
ら捉えれば、窒化ガリウム系薄膜を積層させて量子井戸
構造を形成することは、一見可能である。しかし、微視
的且つ電子論的な観点からすれば、窒化ガリウム・イン
ジウム混晶を井戸層とする量子井戸構造において、窒化
ガリウム・インジウムに認められる非混和性等の熱力学
的理由、或いは易昇華性等の結晶学的、物理学的な理由
に基づく不具合を克服し、量子準位を安定して形成する
に至るには多大な困難が伴うのが現状である。
ら捉えれば、窒化ガリウム系薄膜を積層させて量子井戸
構造を形成することは、一見可能である。しかし、微視
的且つ電子論的な観点からすれば、窒化ガリウム・イン
ジウム混晶を井戸層とする量子井戸構造において、窒化
ガリウム・インジウムに認められる非混和性等の熱力学
的理由、或いは易昇華性等の結晶学的、物理学的な理由
に基づく不具合を克服し、量子準位を安定して形成する
に至るには多大な困難が伴うのが現状である。
【００３４】発光層の両側に障壁層を接合させてなる狭
帯化されたＤＨ構造により発現する矩形ポテンシャル井
戸内に局在するキャリアではなく、障壁層間の間隔に依
存せずに単純なヘテロ接合によってもたらされるポテン
シャル変位領域に偏在する量子化された準位を利用する
のも、従来の問題点を回避するための一法である。例え
ば、発光層の両側ではなく、一方のみにヘテロ接合を形
成し、そのヘテロ接合領域に局在するキャリアを放射再
結合に利用する手段も考慮され得る。何れにしても、量
子効果を利用するIII 族窒化物半導体ＬＥＤにあって
は、量子準位間の遷移によりもたらされる優れた発光特
性を安定してもたらすキャリアの再結合（量子準位間の
電子遷移）を誘起する発光層に関する接合様式の実現が
求められるところである。
帯化されたＤＨ構造により発現する矩形ポテンシャル井
戸内に局在するキャリアではなく、障壁層間の間隔に依
存せずに単純なヘテロ接合によってもたらされるポテン
シャル変位領域に偏在する量子化された準位を利用する
のも、従来の問題点を回避するための一法である。例え
ば、発光層の両側ではなく、一方のみにヘテロ接合を形
成し、そのヘテロ接合領域に局在するキャリアを放射再
結合に利用する手段も考慮され得る。何れにしても、量
子効果を利用するIII 族窒化物半導体ＬＥＤにあって
は、量子準位間の遷移によりもたらされる優れた発光特
性を安定してもたらすキャリアの再結合（量子準位間の
電子遷移）を誘起する発光層に関する接合様式の実現が
求められるところである。
【００３５】上記してきたように、インジウム含有III
族窒化物半導体層を発光層とするIII 族窒化物半導体Ｌ
ＥＤにおいて、発光強度、或いは発光の単色性の向上を
意図した従来からの技術動向を観るに、発光部を構造的
に発光層と障壁層或いは障壁に足る層とのＤＨ接合を含
むものとするか、或いは量子井戸構造を含むものとなす
かに集約される。これをバンド構造的に観ると、発光層
の両側を、発光層との間で室温での電子の熱運動エネル
ギを越えてクラッド作用を及ぼすに足る障壁層で直接挟
持し構成する方向である。
族窒化物半導体層を発光層とするIII 族窒化物半導体Ｌ
ＥＤにおいて、発光強度、或いは発光の単色性の向上を
意図した従来からの技術動向を観るに、発光部を構造的
に発光層と障壁層或いは障壁に足る層とのＤＨ接合を含
むものとするか、或いは量子井戸構造を含むものとなす
かに集約される。これをバンド構造的に観ると、発光層
の両側を、発光層との間で室温での電子の熱運動エネル
ギを越えてクラッド作用を及ぼすに足る障壁層で直接挟
持し構成する方向である。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の発
光部の接合構成、すなわち、発光層の両側を、発光層と
のバンドオフセットを形成するに充分に大とするIII 族
窒化物半導体層で直接挟持する接合構成が、発光強度の
増大を効率良くもたらすに最良の方法とは明確に決定さ
れていないのが実状である。
光部の接合構成、すなわち、発光層の両側を、発光層と
のバンドオフセットを形成するに充分に大とするIII 族
窒化物半導体層で直接挟持する接合構成が、発光強度の
増大を効率良くもたらすに最良の方法とは明確に決定さ
れていないのが実状である。
【００３７】例えば、インジウム含有III 族窒化物半導
体でｎ形発光層を形成し、ｐ形障壁層との接合界面近傍
にキャリア（電子）を偏在させ、そのキャリアを放射再
結合させることで、高出力の発光を行わせるメカニズム
を有効に活用しようとする場合、そのメカニズムに対し
て上記従来の発光部接合構成が十分に適合しているとは
言えず、したがって、このような観点から発光部の接合
構成を見直し、再構築する必要がある。
体でｎ形発光層を形成し、ｐ形障壁層との接合界面近傍
にキャリア（電子）を偏在させ、そのキャリアを放射再
結合させることで、高出力の発光を行わせるメカニズム
を有効に活用しようとする場合、そのメカニズムに対し
て上記従来の発光部接合構成が十分に適合しているとは
言えず、したがって、このような観点から発光部の接合
構成を見直し、再構築する必要がある。
【００３８】また、上記のインジウム含有III 族窒化物
半導体の一種である窒化ガリウム・インジウムから成る
発光層に観られるように、非混和性に因り結晶形態に変
化を来す場合にあっては、その結晶形態の変化をも考慮
した上で発光強度の向上に効果を奏する発光部の接合構
成を構築する必要がある。
半導体の一種である窒化ガリウム・インジウムから成る
発光層に観られるように、非混和性に因り結晶形態に変
化を来す場合にあっては、その結晶形態の変化をも考慮
した上で発光強度の向上に効果を奏する発光部の接合構
成を構築する必要がある。
【００３９】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
発光強度の増大を効率よくもたらすことができる発光部
の接合構成を備えたIII 族窒化物半導体発光素子を提供
することを目的とする。
発光強度の増大を効率よくもたらすことができる発光部
の接合構成を備えたIII 族窒化物半導体発光素子を提供
することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、インジウム含有III 族窒
化物半導体から成るｎ形の発光層を、III 族窒化物半導
体から成るｎ形障壁層とｐ形障壁層とで挟持して成り、
発光層とｐ形障壁層との伝導帯側のバンド不連続性を
０．３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とするダブルヘ
テロ接合構成の発光部を備えたIII 族窒化物半導体発光
素子において、上記ｎ形障壁層と上記発光層との中間
に、発光層との接合界面における伝導帯側のバンド不連
続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層を介在させ
た、ことを特徴としている。
に、請求項１に記載の発明は、インジウム含有III 族窒
化物半導体から成るｎ形の発光層を、III 族窒化物半導
体から成るｎ形障壁層とｐ形障壁層とで挟持して成り、
発光層とｐ形障壁層との伝導帯側のバンド不連続性を
０．３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とするダブルヘ
テロ接合構成の発光部を備えたIII 族窒化物半導体発光
素子において、上記ｎ形障壁層と上記発光層との中間
に、発光層との接合界面における伝導帯側のバンド不連
続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層を介在させ
た、ことを特徴としている。
【００４１】また、請求項２に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記発光層をイ
ンジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成る多相
構造とし、上記中間層を、発光層との接合界面における
主体相との伝導帯側のバンド不連続性が０．２ｅＶ以下
となるように構成した、ことを特徴としている。
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記発光層をイ
ンジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成る多相
構造とし、上記中間層を、発光層との接合界面における
主体相との伝導帯側のバンド不連続性が０．２ｅＶ以下
となるように構成した、ことを特徴としている。
【００４２】また、請求項３に記載の発明は、上記した
請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記発
光層をインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから
成る多相構造とし、上記中間層を、発光層との接合界面
側では上記主体相と同一もしくは近似した組成のIII 族
窒化物半導体から構成した、ことを特徴としている。
請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記発
光層をインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから
成る多相構造とし、上記中間層を、発光層との接合界面
側では上記主体相と同一もしくは近似した組成のIII 族
窒化物半導体から構成した、ことを特徴としている。
【００４３】請求項４に記載の発明は、上記した請求項
１から３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、上記
中間層を複数の中間層構成層を積層させて構成した、こ
とを特徴としている。
１から３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、上記
中間層を複数の中間層構成層を積層させて構成した、こ
とを特徴としている。
【００４４】また、請求項５に記載の発明は、上記した
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記中間層構成
層を発光層側からｎ形障壁層側に向けて順次禁止帯幅を
より大とする材料から構成した、ことを特徴としてい
る。
請求項４に記載の発明の構成に加えて、上記中間層構成
層を発光層側からｎ形障壁層側に向けて順次禁止帯幅を
より大とする材料から構成した、ことを特徴としてい
る。
【００４５】さらに、請求項６に記載の発明は、上記し
た請求項１から３のいずれかに記載の発明の構成に加え
て、上記中間層をインジウム含有III 族窒化物半導体で
構成し、そのインジウム組成に、発光層側からｎ形障壁
層に向けて禁止帯幅を増加させるように、勾配を付し
た、ことを特徴としている。
た請求項１から３のいずれかに記載の発明の構成に加え
て、上記中間層をインジウム含有III 族窒化物半導体で
構成し、そのインジウム組成に、発光層側からｎ形障壁
層に向けて禁止帯幅を増加させるように、勾配を付し
た、ことを特徴としている。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明のIII 族
窒化物半導体発光素子における発光部積層構造を概念的
に示す図である。図において、この発明のIII 族窒化物
半導体発光素子の発光部１０は、インジウム含有III 族
窒化物半導体から成るｎ形の発光層２を、III族窒化物
半導体から成るｎ形障壁層１とｐ形障壁層３とで挟持し
て成り、発光層２とｐ形障壁層３との伝導帯側のバンド
不連続性を０．３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とす
るダブルヘテロ接合構成を備え、ｎ形障壁層１と発光層
２との中間に、発光層２との接合界面における伝導帯側
のバンド不連続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層
４を介在させて成るものである。
面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明のIII 族
窒化物半導体発光素子における発光部積層構造を概念的
に示す図である。図において、この発明のIII 族窒化物
半導体発光素子の発光部１０は、インジウム含有III 族
窒化物半導体から成るｎ形の発光層２を、III族窒化物
半導体から成るｎ形障壁層１とｐ形障壁層３とで挟持し
て成り、発光層２とｐ形障壁層３との伝導帯側のバンド
不連続性を０．３エレクトロンボルト（ｅＶ）以上とす
るダブルヘテロ接合構成を備え、ｎ形障壁層１と発光層
２との中間に、発光層２との接合界面における伝導帯側
のバンド不連続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層
４を介在させて成るものである。
【００４７】先ず、発光部１０におけるｐ形障壁層３に
ついて説明する。ｐ形障壁層３は、クラッド層等の障壁
層としてであれ、発光層２の蒸発を防止するための蒸発
防止層（キャップ層）としてであれ、その機能や作用に
拘らず、発光層２に接合し、伝導帯側のバンドオフセッ
トを０．３ｅＶ以上とするIII 族窒化物半導体層を本発
明では、一括してｐ形障壁層と見なす。例えば、インジ
ウム組成比を０．１０（１０％）とするｎ形窒化ガリウ
ム・インジウム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）発光層について
は、アルミニウム組成比を０．２０とするｐ形窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ）層がｐ
形障壁層の一例に挙げられる。
ついて説明する。ｐ形障壁層３は、クラッド層等の障壁
層としてであれ、発光層２の蒸発を防止するための蒸発
防止層（キャップ層）としてであれ、その機能や作用に
拘らず、発光層２に接合し、伝導帯側のバンドオフセッ
トを０．３ｅＶ以上とするIII 族窒化物半導体層を本発
明では、一括してｐ形障壁層と見なす。例えば、インジ
ウム組成比を０．１０（１０％）とするｎ形窒化ガリウ
ム・インジウム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）発光層について
は、アルミニウム組成比を０．２０とするｐ形窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ）層がｐ
形障壁層の一例に挙げられる。
【００４８】次に、発光部１０における発光層２につい
て説明する。発光層２は、インジウムを含有するIII 族
窒化物半導体から成り、このインジウム含有III 族窒化
物半導体には、一般式 ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ，ｙ＜１、ｚ≠０）で表記される窒化アル
ミニウム・ガリウム・インジウム系混晶がある。また、
リン（元素記号：Ｐ）や砒素（元素記号：Ａｓ）等の窒
素（元素記号：Ｎ）以外の元素周期律表の第Ｖ族元素
（記号Ｖで示す。）を構成元素として含む一般式Ａｌx
ＧａyＩｎzＮaＶ1-a （ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ，ｙ＜
１、ｚ≠０、０＜ａ≦１）で表記される混晶がある。
て説明する。発光層２は、インジウムを含有するIII 族
窒化物半導体から成り、このインジウム含有III 族窒化
物半導体には、一般式 ＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ，ｙ＜１、ｚ≠０）で表記される窒化アル
ミニウム・ガリウム・インジウム系混晶がある。また、
リン（元素記号：Ｐ）や砒素（元素記号：Ａｓ）等の窒
素（元素記号：Ｎ）以外の元素周期律表の第Ｖ族元素
（記号Ｖで示す。）を構成元素として含む一般式Ａｌx
ＧａyＩｎzＮaＶ1-a （ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ，ｙ＜
１、ｚ≠０、０＜ａ≦１）で表記される混晶がある。
【００４９】本発明では、これらのインジウム含有III
族窒化物半導体から発光層２を構成するが、発光層２を
構成する結晶層の内部結晶組織には特に限定を加えな
い。上記の一般式 ＡｌxＧａyＩｎzＮで表記される混晶
系に包含される窒化ガリウム・インジウム混晶を例にす
れば、同混晶が、成膜には困難を極めるインジウム組成
を均一とする単一相構造であっても構わないが、被熱に
よる相変化の必然性に鑑みれば、成膜の合理性から観て
も多相構造とするのが利にかなっている。代表的な多相
構造例には、窒化ガリウム、或いはインジウム濃度を比
較的希薄とする窒化ガリウム・インジウム混晶からなる
主体相と、その主体相の構成物質よりもインジウム濃度
を大とする窒化ガリウム・インジウム混晶からなるドッ
ト（ｄｏｔ）状の微結晶体を従属相とする複数の相から
なる多相構造が挙げられる。
族窒化物半導体から発光層２を構成するが、発光層２を
構成する結晶層の内部結晶組織には特に限定を加えな
い。上記の一般式 ＡｌxＧａyＩｎzＮで表記される混晶
系に包含される窒化ガリウム・インジウム混晶を例にす
れば、同混晶が、成膜には困難を極めるインジウム組成
を均一とする単一相構造であっても構わないが、被熱に
よる相変化の必然性に鑑みれば、成膜の合理性から観て
も多相構造とするのが利にかなっている。代表的な多相
構造例には、窒化ガリウム、或いはインジウム濃度を比
較的希薄とする窒化ガリウム・インジウム混晶からなる
主体相と、その主体相の構成物質よりもインジウム濃度
を大とする窒化ガリウム・インジウム混晶からなるドッ
ト（ｄｏｔ）状の微結晶体を従属相とする複数の相から
なる多相構造が挙げられる。
【００５０】本発明では特に、放射される発光の強度の
観点からして、より強い発光を帰結する多相構造からな
るインジウム含有III 族窒化物半導体材料から発光層２
を構成することを推奨する。多相構造としては、発光層
２の内部に従属相が空間的に略均一の密度で存在する場
合と、発光層２と他層との接合界面若しくはその近傍の
領域に従属相が存在する場合がある。例えば、ｎ形障壁
層との接合界面に、当界面の特定の領域に凝縮したイン
ジウムを核として発達したと見受けられる島状或いは球
状のインジウム含有従属相が存在する場合がある。本発
明では、従属相の発光層２内での分布状況に拘らず、主
体相と従属相とに分離している状況であれば、それは多
相構造であるとみなす。
観点からして、より強い発光を帰結する多相構造からな
るインジウム含有III 族窒化物半導体材料から発光層２
を構成することを推奨する。多相構造としては、発光層
２の内部に従属相が空間的に略均一の密度で存在する場
合と、発光層２と他層との接合界面若しくはその近傍の
領域に従属相が存在する場合がある。例えば、ｎ形障壁
層との接合界面に、当界面の特定の領域に凝縮したイン
ジウムを核として発達したと見受けられる島状或いは球
状のインジウム含有従属相が存在する場合がある。本発
明では、従属相の発光層２内での分布状況に拘らず、主
体相と従属相とに分離している状況であれば、それは多
相構造であるとみなす。
【００５１】発光層２へのドーピングの有無は問わな
い。不純物を故意に添加（ドーピング）しない所謂、ア
ンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層若しくはドナー（ｄｏｎｏ
ｒ）不純物或いはアクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純
物をドーピングした不純物ドープ層を区別なく発光層２
として使用できる。不純物がドーピングされたIII 族窒
化物半導体層を発光層２とする例を挙げると、亜鉛と珪
素を共にドーピングした層厚を１００Å（オングストロ
−ム）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0. 85Ｉｎ
0.15Ｎ）を単層の発光層２として用いる例がある。層厚
を１０Å〜０．５μｍとする珪素をドーピングしたｎ形
の窒化ガリウム・インジウム （ＩｎxＧａ 1-xＮ：０＜
ｘ＜０．５） からなる単一層を発光層２とする例もあ
る。また、亜鉛をドーピングした層厚を１０Å〜０．５
μｍとする窒化ガリウム・インジウム（ＩｎxＧａ
1-xＮ：０＜ｘ＜０．５）層から単一層としての発光層
２を構成してもよい。アンドープ状態の窒化ガリウム・
インジウムを発光層２とする場合も同様に、層厚を０．
５μｍとするアンドープの窒化ガリウム・インジウム層
を単層の発光層２として利用できる。
い。不純物を故意に添加（ドーピング）しない所謂、ア
ンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層若しくはドナー（ｄｏｎｏ
ｒ）不純物或いはアクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ）不純
物をドーピングした不純物ドープ層を区別なく発光層２
として使用できる。不純物がドーピングされたIII 族窒
化物半導体層を発光層２とする例を挙げると、亜鉛と珪
素を共にドーピングした層厚を１００Å（オングストロ
−ム）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0. 85Ｉｎ
0.15Ｎ）を単層の発光層２として用いる例がある。層厚
を１０Å〜０．５μｍとする珪素をドーピングしたｎ形
の窒化ガリウム・インジウム （ＩｎxＧａ 1-xＮ：０＜
ｘ＜０．５） からなる単一層を発光層２とする例もあ
る。また、亜鉛をドーピングした層厚を１０Å〜０．５
μｍとする窒化ガリウム・インジウム（ＩｎxＧａ
1-xＮ：０＜ｘ＜０．５）層から単一層としての発光層
２を構成してもよい。アンドープ状態の窒化ガリウム・
インジウムを発光層２とする場合も同様に、層厚を０．
５μｍとするアンドープの窒化ガリウム・インジウム層
を単層の発光層２として利用できる。
【００５２】本発明では、単一の層からなる発光層２の
他、複数の層を重層させた重層構成の発光層２の使用を
許容する。重層構成の発光層２とは、発光層２自体が複
数の構成層から成っているものであって、発光層２とこ
れに付帯する機能層とを含めて重層構造となっているこ
とを指しているのではない。重層構成からなる発光層２
は、アンドープIII 族窒化物半導体層相互の重層から構
成することができる。また、アンドープ層と不純物ドー
プ層との重層から構成することができる。アンドープ層
と不純物ドープ層との重層から発光層２を構成する場
合、発光層２の一構成層たるアンドープ層は、後述する
特定領域へのキャリアの蓄積を促すために発光層２のｐ
形障壁層３との接合をなす側に配置するのが望ましい。
他、複数の層を重層させた重層構成の発光層２の使用を
許容する。重層構成の発光層２とは、発光層２自体が複
数の構成層から成っているものであって、発光層２とこ
れに付帯する機能層とを含めて重層構造となっているこ
とを指しているのではない。重層構成からなる発光層２
は、アンドープIII 族窒化物半導体層相互の重層から構
成することができる。また、アンドープ層と不純物ドー
プ層との重層から構成することができる。アンドープ層
と不純物ドープ層との重層から発光層２を構成する場
合、発光層２の一構成層たるアンドープ層は、後述する
特定領域へのキャリアの蓄積を促すために発光層２のｐ
形障壁層３との接合をなす側に配置するのが望ましい。
【００５３】本発明では、発光層２のｐ形層３との接合
界面７近傍の領域に非対称型のポテンシャル井戸構造を
もって、キャリア特に電子を蓄積する発光層２の形成を
意図している。このため、発光層２を構成するインジウ
ム含有III 族窒化物半導体層は、ｎ形の伝導性を呈する
のを最も好ましいとする。窒化ガリウム・インジウム等
のインジウム含有III 族窒化物半導体には、アンドープ
状態でｎ形の伝導を呈するものが多い。したがって、発
光層２に、元来ｎ形を呈する層を利用すれば、アンドー
プ状態でｐ形層或いは高抵抗層である場合に必要とな
る、ドナー不純物等のドーピング操作によりｎ形に変換
させる行為が省略出来るだけに優位である。
界面７近傍の領域に非対称型のポテンシャル井戸構造を
もって、キャリア特に電子を蓄積する発光層２の形成を
意図している。このため、発光層２を構成するインジウ
ム含有III 族窒化物半導体層は、ｎ形の伝導性を呈する
のを最も好ましいとする。窒化ガリウム・インジウム等
のインジウム含有III 族窒化物半導体には、アンドープ
状態でｎ形の伝導を呈するものが多い。したがって、発
光層２に、元来ｎ形を呈する層を利用すれば、アンドー
プ状態でｐ形層或いは高抵抗層である場合に必要とな
る、ドナー不純物等のドーピング操作によりｎ形に変換
させる行為が省略出来るだけに優位である。
【００５４】上記のような仕様を有するｎ形発光層２
と、ｎ形障壁層３との中間には、中間層４を配置するの
が本発明の特徴である。中間層４は、発光層２を、それ
と直接接合をなすｎ形及びｐ形双方の障壁層１，３で直
接挟持する、従来の如くの発光層２に係わる接合構成
（バンド構成）を形成しないために設ける機能層であ
る。中間層４は、発光層２とｐ形障壁層３との中間には
配置しない。後述する発光をもたらす再結合を起こすキ
ャリア（電子）を蓄積する領域をｎ形発光層２の内部の
ｐ形障壁層３との接合側に選択的に創出するためであ
る。
と、ｎ形障壁層３との中間には、中間層４を配置するの
が本発明の特徴である。中間層４は、発光層２を、それ
と直接接合をなすｎ形及びｐ形双方の障壁層１，３で直
接挟持する、従来の如くの発光層２に係わる接合構成
（バンド構成）を形成しないために設ける機能層であ
る。中間層４は、発光層２とｐ形障壁層３との中間には
配置しない。後述する発光をもたらす再結合を起こすキ
ャリア（電子）を蓄積する領域をｎ形発光層２の内部の
ｐ形障壁層３との接合側に選択的に創出するためであ
る。
【００５５】中間層４もIII 族窒化物半導体材料から構
成する。但し、中間層４は発光層２の場合のように、イ
ンジウムを必ず含有するIII 族窒化物半導体材料から構
成する必要はなく、一般式 ＡｌuＧａvＩｎwＮ（ｕ＋ｖ
＋ｗ＝１、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１）で表記される材料から
選択して構成する。また、リン（元素記号：Ｐ）や砒素
（元素記号：Ａｓ）等の窒素（元素記号：Ｎ）以外の元
素周期律表の第Ｖ族元素（記号Ｖで示す。）を構成元素
として含む一般式ＡｌuＧａvＩｎwＮcＶ1-c（ｕ＋ｖ＋
ｗ＝１、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、０＜ｃ≦１）で表記され
る混晶からも中間層４を構成できる。中間層４は、ＬＥ
Ｄの駆動時においては、ｎ型障壁層１から供給される電
子の発光層２への流入を妨げる性質のものであってはな
らない。したがって、電子の移動（ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔ）に支障を来す障壁を発光層２とｎ形障壁層１との間
に発生させないためにも、中間層４は禁止帯幅に関して
ｎ形障壁層１を構成するIII 族窒化物半導体層以下と
し、発光層２以上とするIII 族窒化物半導体から構成す
るのが好ましい。
成する。但し、中間層４は発光層２の場合のように、イ
ンジウムを必ず含有するIII 族窒化物半導体材料から構
成する必要はなく、一般式 ＡｌuＧａvＩｎwＮ（ｕ＋ｖ
＋ｗ＝１、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１）で表記される材料から
選択して構成する。また、リン（元素記号：Ｐ）や砒素
（元素記号：Ａｓ）等の窒素（元素記号：Ｎ）以外の元
素周期律表の第Ｖ族元素（記号Ｖで示す。）を構成元素
として含む一般式ＡｌuＧａvＩｎwＮcＶ1-c（ｕ＋ｖ＋
ｗ＝１、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、０＜ｃ≦１）で表記され
る混晶からも中間層４を構成できる。中間層４は、ＬＥ
Ｄの駆動時においては、ｎ型障壁層１から供給される電
子の発光層２への流入を妨げる性質のものであってはな
らない。したがって、電子の移動（ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔ）に支障を来す障壁を発光層２とｎ形障壁層１との間
に発生させないためにも、中間層４は禁止帯幅に関して
ｎ形障壁層１を構成するIII 族窒化物半導体層以下と
し、発光層２以上とするIII 族窒化物半導体から構成す
るのが好ましい。
【００５６】電気的な仕様については、中間層４の電気
伝導形は発光層２のそれと同一とするのが最も好まし
い。発光層２と中間層４との伝導形が逆転していると、
例えば、ｎ形発光層にｐ形の中間層を接合させると、ｎ
形のIII 族窒化物半導体障壁層とを含めてｎ（ｎ形障壁
層）／ｐ（中間層）／ｎ（発光層）接合となり、ｎ形発
光層２とｐ形接合層とのｐｎ接合に加え、余分なｐｎ接
合が他の領域に形成され都合が悪いからである。即ち、
ｎ形障壁層とｐ形中間層とのｐｎ接合或いはｐ形中間層
とｎ形発光層とのｐｎ接合部でのキャリアの再結合によ
り不用意な発光が帰結される恐れがあり、そのような事
態は発光の単色性を損なうのみである。所望する発光は
あくまでもｎ形発光層２の場合、ｎ形発光層２とｐ形障
壁層とのｐｎ接合部位でのキャリアの再結合に基づく発
光である。逆に、ｐ形の発光層にｎ形の中間層を接合さ
せると、ｐ形発光層とｎ形障壁層との本来のｐｎ接合以
外に発光層と中間層とのｐｎ接合が形成されるため、こ
れまた余計な発光の関与により、発光の単色性（色純
度）の悪化が危惧されるため望ましくはない。一方、中
間層４を発光層２のキャリア濃度より桁違いに低い、例
えば、２〜３桁低いキャリア濃度の高抵抗或いは絶縁形
の層とするのも、順方向電圧等のＬＥＤの電気的特性を
向上させるに支障を来す。発光層２を介して流通するＬ
ＥＤを駆動させるための動作電流に対して抵抗成分とし
て寄生するからである。
伝導形は発光層２のそれと同一とするのが最も好まし
い。発光層２と中間層４との伝導形が逆転していると、
例えば、ｎ形発光層にｐ形の中間層を接合させると、ｎ
形のIII 族窒化物半導体障壁層とを含めてｎ（ｎ形障壁
層）／ｐ（中間層）／ｎ（発光層）接合となり、ｎ形発
光層２とｐ形接合層とのｐｎ接合に加え、余分なｐｎ接
合が他の領域に形成され都合が悪いからである。即ち、
ｎ形障壁層とｐ形中間層とのｐｎ接合或いはｐ形中間層
とｎ形発光層とのｐｎ接合部でのキャリアの再結合によ
り不用意な発光が帰結される恐れがあり、そのような事
態は発光の単色性を損なうのみである。所望する発光は
あくまでもｎ形発光層２の場合、ｎ形発光層２とｐ形障
壁層とのｐｎ接合部位でのキャリアの再結合に基づく発
光である。逆に、ｐ形の発光層にｎ形の中間層を接合さ
せると、ｐ形発光層とｎ形障壁層との本来のｐｎ接合以
外に発光層と中間層とのｐｎ接合が形成されるため、こ
れまた余計な発光の関与により、発光の単色性（色純
度）の悪化が危惧されるため望ましくはない。一方、中
間層４を発光層２のキャリア濃度より桁違いに低い、例
えば、２〜３桁低いキャリア濃度の高抵抗或いは絶縁形
の層とするのも、順方向電圧等のＬＥＤの電気的特性を
向上させるに支障を来す。発光層２を介して流通するＬ
ＥＤを駆動させるための動作電流に対して抵抗成分とし
て寄生するからである。
【００５７】ｎ形発光層２に対してｎ形であるのを最も
好ましいとする中間層４のキャリア濃度は、ｎ形発光層
２のキャリア濃度との相互比較において、発光層２のキ
ャリア濃度と大まかに同程度とするのが望ましい。発光
層２のキャリア濃度に比し、２桁や３桁も低キャリア濃
度とし、高抵抗とするのは上記のように順方向電圧の増
大という悪影響を及ぼす等の理由により好ましくない。
例えば、キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3のｎ形の窒
化ガリウム・インジウムからなる発光層２に関しては、
中間層４のキャリア濃度を約１×１０17ｃｍ-3前後から
大凡１×１０19ｃｍ-3とするのが一例である。
好ましいとする中間層４のキャリア濃度は、ｎ形発光層
２のキャリア濃度との相互比較において、発光層２のキ
ャリア濃度と大まかに同程度とするのが望ましい。発光
層２のキャリア濃度に比し、２桁や３桁も低キャリア濃
度とし、高抵抗とするのは上記のように順方向電圧の増
大という悪影響を及ぼす等の理由により好ましくない。
例えば、キャリア濃度が約１×１０18ｃｍ-3のｎ形の窒
化ガリウム・インジウムからなる発光層２に関しては、
中間層４のキャリア濃度を約１×１０17ｃｍ-3前後から
大凡１×１０19ｃｍ-3とするのが一例である。
【００５８】中間層４の層厚は、数百ナノメータ（ｎ
ｍ）程度の厚膜よりも、数ｎｍ程度の比較的に薄い膜が
好まれる。特に、キャリア（電子）のトンネル（ｔｕｎ
ｎｎｅｌ）効果（上記の「半導体工学」（学法）東京電
機大学発行、７２頁参照）を充分に発揮できる薄さであ
るのが最も好ましい。
ｍ）程度の厚膜よりも、数ｎｍ程度の比較的に薄い膜が
好まれる。特に、キャリア（電子）のトンネル（ｔｕｎ
ｎｎｅｌ）効果（上記の「半導体工学」（学法）東京電
機大学発行、７２頁参照）を充分に発揮できる薄さであ
るのが最も好ましい。
【００５９】中間層４に要求される電気的或いは層厚等
の機械的仕様に加え、中間層４の構成要件として最も重
要なのは、発光層２を構成するインジウム含有III 族窒
化物半導体材料との伝導帯側のバンドオフセットを０．
２ｅＶ以下とすることである。換言すれば、中間層４は
ｎ形障壁層１と発光層２との間の伝導帯側のバンドオフ
セットを縮小するために配置するものであって、少なく
とも発光層２との接合面におけるバンドオフセットを
０．２ｅＶ以下にする目的で配置するものである。
の機械的仕様に加え、中間層４の構成要件として最も重
要なのは、発光層２を構成するインジウム含有III 族窒
化物半導体材料との伝導帯側のバンドオフセットを０．
２ｅＶ以下とすることである。換言すれば、中間層４は
ｎ形障壁層１と発光層２との間の伝導帯側のバンドオフ
セットを縮小するために配置するものであって、少なく
とも発光層２との接合面におけるバンドオフセットを
０．２ｅＶ以下にする目的で配置するものである。
【００６０】中間層４とｎ形障壁層１とのバンドオフセ
ットは特に問わず、従来通りｎ形障壁層１との接合にお
ける約０．３ｅＶを越えるものであっても構わない。
ットは特に問わず、従来通りｎ形障壁層１との接合にお
ける約０．３ｅＶを越えるものであっても構わない。
【００６１】上記のように伝導帯の不連続性をα（α≠
０）で表すとすれば、中間層４と発光層２との伝導帯側
のバンドオフセット（ΔＥｃｍ：ｅＶ）を本発明に規定
する如く、０≦ΔＥｃｍ≦０．２とするには、中間層４
を、発光層２との禁止帯幅の差異（ΔＥｇｍ）が０≦Δ
Ｅｇｍ≦０．２／αとなるようなIII 族窒化物半導体か
ら構成する必要がある。
０）で表すとすれば、中間層４と発光層２との伝導帯側
のバンドオフセット（ΔＥｃｍ：ｅＶ）を本発明に規定
する如く、０≦ΔＥｃｍ≦０．２とするには、中間層４
を、発光層２との禁止帯幅の差異（ΔＥｇｍ）が０≦Δ
Ｅｇｍ≦０．２／αとなるようなIII 族窒化物半導体か
ら構成する必要がある。
【００６２】例えば発光層２を、インジウム組成比を５
％（０．０５）とするｎ形の窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ）から構成する場合、この発光層
２に適する中間層４の一例には、ΔＥｇｍを約０．１６
ｅＶとし、αを従来の報告（上記のＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓ
ｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．の１２９頁のＦｉｇｕｒｅ
９参照）のＧａＮ／ＩｎＮヘテロ接合系における６９
％（０．６９）と仮定すれば、ΔＥｃｍを０．１１ｅＶ
とする窒化ガリウム（ＧａＮ）がある。
％（０．０５）とするｎ形の窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ）から構成する場合、この発光層
２に適する中間層４の一例には、ΔＥｇｍを約０．１６
ｅＶとし、αを従来の報告（上記のＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓ
ｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．の１２９頁のＦｉｇｕｒｅ
９参照）のＧａＮ／ＩｎＮヘテロ接合系における６９
％（０．６９）と仮定すれば、ΔＥｃｍを０．１１ｅＶ
とする窒化ガリウム（ＧａＮ）がある。
【００６３】また、発光層２を、インジウム組成比を２
０％（０．２０）とするｎ形の窒化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）から構成する場合、０≦ΔＥ
ｇｍ≦０．２／αで且つ０≦ΔＥｃｍ≦０．２の条件を
満足する窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ1-dＩｎdＮ：
０≦ｗ≦１））系の中間層４には、αを０．６９と仮定
した場合、インジウム組成比（ｄ）を約０．１０以下と
するものがある。
０％（０．２０）とするｎ形の窒化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）から構成する場合、０≦ΔＥ
ｇｍ≦０．２／αで且つ０≦ΔＥｃｍ≦０．２の条件を
満足する窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ1-dＩｎdＮ：
０≦ｗ≦１））系の中間層４には、αを０．６９と仮定
した場合、インジウム組成比（ｄ）を約０．１０以下と
するものがある。
【００６４】他の例には、発光層２を窒化インジウム
（ＩｎＮ）から構成する場合、中間層４を構成する材料
にはインジウム組成比（ｄ）を０．３５以上とする窒化
ガリウム・インジウム（Ｇａ1-dＩｎdＮ）が挙げられ
る。
（ＩｎＮ）から構成する場合、中間層４を構成する材料
にはインジウム組成比（ｄ）を０．３５以上とする窒化
ガリウム・インジウム（Ｇａ1-dＩｎdＮ）が挙げられ
る。
【００６５】本発明では、伝導帯側のバンドオフセット
を０、即ち、ΔＥｃｍ＝０である事態も特に好ましいと
して許容する。ΔＥｃｍ＝０は同種の半導体材料相互の
結合、即ち、ホモ（ｈｏｍｏ）接合の場合に達成され
る。この場合、発光層２に関する接合様式は、ｐ形の障
壁層１とは伝導帯側のバンドオフセットを０．３ｅＶを
越えるものとするヘテロ接合であり、ｎ形の中間層４と
の接合はΔＥｃｍ＝０とするホモ接合であると分類され
る。したがって、発光層２と、発光層２とｎ形障壁層１
との中間に配置する中間層４とを同種のIII 族窒化物半
導体材料から構成した場合の接合系は、発光層２の接合
様式に関して単一ヘテロ接合（ＳＨ接合）である。ま
た、ΔＥｃｍ＝０ではなくとも、本発明に規定するΔＥ
ｃｍは最大でも０．２ｅＶである。即ち、充分な障壁作
用を得るに足るものではない。これより、本発明の提示
する発光層２に係わる接合系は、発光層２と両障壁層
１，３からなる従来の単なるＤＨ接合構造ではなく、バ
ンドの不連続性の小ささから観て、発光層に関してＳＨ
接合を内包するＤＨ構造である。
を０、即ち、ΔＥｃｍ＝０である事態も特に好ましいと
して許容する。ΔＥｃｍ＝０は同種の半導体材料相互の
結合、即ち、ホモ（ｈｏｍｏ）接合の場合に達成され
る。この場合、発光層２に関する接合様式は、ｐ形の障
壁層１とは伝導帯側のバンドオフセットを０．３ｅＶを
越えるものとするヘテロ接合であり、ｎ形の中間層４と
の接合はΔＥｃｍ＝０とするホモ接合であると分類され
る。したがって、発光層２と、発光層２とｎ形障壁層１
との中間に配置する中間層４とを同種のIII 族窒化物半
導体材料から構成した場合の接合系は、発光層２の接合
様式に関して単一ヘテロ接合（ＳＨ接合）である。ま
た、ΔＥｃｍ＝０ではなくとも、本発明に規定するΔＥ
ｃｍは最大でも０．２ｅＶである。即ち、充分な障壁作
用を得るに足るものではない。これより、本発明の提示
する発光層２に係わる接合系は、発光層２と両障壁層
１，３からなる従来の単なるＤＨ接合構造ではなく、バ
ンドの不連続性の小ささから観て、発光層に関してＳＨ
接合を内包するＤＨ構造である。
【００６６】クラッデイング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）作用
を充分に発揮させたいが故に、従来の発光層２とのＤＨ
接合構造におけるように、発光層２の両側に、発光層２
を構成する半導体材料との伝導帯側のバンドオフセット
を約０．３ｅＶ或いはそれ以上とする半導体材料からな
る障壁層を配置する構成を本発明では求めない。例え
ば、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）
発光層２の両側に伝導形こそ異にすれ、同一の組成から
からなり、且つ発光層２との禁止帯幅を少なく見積もっ
ても約０．４５ｅＶと大とする窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶（Ａｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎ）を障壁層として直接、
接合させて配置する必要もない。即ち、敢えて発光層２
の両側に同一の物質からなる障壁層を接合する、従来の
対称型ＤＨ構造とする必要はない（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．、６４（１３）（１９９４）、１６８７
〜１６８９頁参照）。また、本発明の提示する発光層２
との接合構成は、量子井戸構造を含む発光部を構成する
場合にあっても、発光層２（井戸層）の両側にキャリア
を閉じ込めるに充分な禁止帯幅の比較的大きな半導体層
を障壁層として井戸層の両側に必ず配置する必要はない
ことを教示している。即ち、発光層２を２つの障壁層で
直接、挟持する構成（特開平９−３６４３０号公報明細
書参照）とする必要は必ずしもない。また、窒化ガリウ
ム・インジウム発光層２（Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｎ）の両側
に禁止帯幅の差分を少なくとも約０．９ｅＶとする窒化
ガリウムとそれ以上とする窒化アルミニウム・ガリウム
混晶（Ａｌ 0.2 Ｇａ0.8 Ｎ）を配置する単一量子井戸構
造と称する構造（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、
３４（Ｐａｒｔ ２）、Ｎｏ．１０Ｂ（１９９５）、Ｌ
１３３２〜Ｌ１３３５．参照）と同じく非対称型のポテ
ンシャル構造を有するものの、本発明の意図するバンド
構成は、発光層２の一方の接合側には障壁を形成するに
足るバンドオフセットを形成しないものである。即ち、
発光層２の両表面に障壁層たるバンドオフセットを保有
する半導体層を直接接合させて、これらの層で発光層２
を直接、挟持してなる従来の発光部の内部構成形態を呈
していない。
を充分に発揮させたいが故に、従来の発光層２とのＤＨ
接合構造におけるように、発光層２の両側に、発光層２
を構成する半導体材料との伝導帯側のバンドオフセット
を約０．３ｅＶ或いはそれ以上とする半導体材料からな
る障壁層を配置する構成を本発明では求めない。例え
ば、窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）
発光層２の両側に伝導形こそ異にすれ、同一の組成から
からなり、且つ発光層２との禁止帯幅を少なく見積もっ
ても約０．４５ｅＶと大とする窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶（Ａｌ0. 15Ｇａ0.85Ｎ）を障壁層として直接、
接合させて配置する必要もない。即ち、敢えて発光層２
の両側に同一の物質からなる障壁層を接合する、従来の
対称型ＤＨ構造とする必要はない（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．、６４（１３）（１９９４）、１６８７
〜１６８９頁参照）。また、本発明の提示する発光層２
との接合構成は、量子井戸構造を含む発光部を構成する
場合にあっても、発光層２（井戸層）の両側にキャリア
を閉じ込めるに充分な禁止帯幅の比較的大きな半導体層
を障壁層として井戸層の両側に必ず配置する必要はない
ことを教示している。即ち、発光層２を２つの障壁層で
直接、挟持する構成（特開平９−３６４３０号公報明細
書参照）とする必要は必ずしもない。また、窒化ガリウ
ム・インジウム発光層２（Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｎ）の両側
に禁止帯幅の差分を少なくとも約０．９ｅＶとする窒化
ガリウムとそれ以上とする窒化アルミニウム・ガリウム
混晶（Ａｌ 0.2 Ｇａ0.8 Ｎ）を配置する単一量子井戸構
造と称する構造（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、
３４（Ｐａｒｔ ２）、Ｎｏ．１０Ｂ（１９９５）、Ｌ
１３３２〜Ｌ１３３５．参照）と同じく非対称型のポテ
ンシャル構造を有するものの、本発明の意図するバンド
構成は、発光層２の一方の接合側には障壁を形成するに
足るバンドオフセットを形成しないものである。即ち、
発光層２の両表面に障壁層たるバンドオフセットを保有
する半導体層を直接接合させて、これらの層で発光層２
を直接、挟持してなる従来の発光部の内部構成形態を呈
していない。
【００６７】本発明では、発光層２に接合する一方の接
合層を充分な障壁能力を有しない半導体層（中間層４）
から構成する点において、従来の発光層２に対する接合
構成とは決定的な相違を有するものである。
合層を充分な障壁能力を有しない半導体層（中間層４）
から構成する点において、従来の発光層２に対する接合
構成とは決定的な相違を有するものである。
【００６８】インジウム含有III 族窒化物半導体から成
る発光層２を、それよりもバンドオフセットを０．３ｅ
Ｖを越える禁止帯幅に大きな差異を有する障壁層で直接
挟持する従来のＤＨ接合構造内に、敢えてＳＨ構造を内
包させるのは、インジウム含有III 族窒化物半導体から
の発光の機構に鑑みての創意であり、また措置である。
本発明では、図１７に掲示した如くの発光層８２を中心
とした対称型の矩型ポテンシャル井戸を創出する発光層
８２の単純なＤＨ接合構造が高出力の発光をもたらすに
必須の要件ではないことに発想の基礎を置いている。本
発明では、図１８に示した如くの非対称型の矩型ポテン
シャル井戸構造でもなく、特殊なバンド構造を創生する
ために発光層２との接合構成に工夫を加えているのは上
記した通りである。
る発光層２を、それよりもバンドオフセットを０．３ｅ
Ｖを越える禁止帯幅に大きな差異を有する障壁層で直接
挟持する従来のＤＨ接合構造内に、敢えてＳＨ構造を内
包させるのは、インジウム含有III 族窒化物半導体から
の発光の機構に鑑みての創意であり、また措置である。
本発明では、図１７に掲示した如くの発光層８２を中心
とした対称型の矩型ポテンシャル井戸を創出する発光層
８２の単純なＤＨ接合構造が高出力の発光をもたらすに
必須の要件ではないことに発想の基礎を置いている。本
発明では、図１８に示した如くの非対称型の矩型ポテン
シャル井戸構造でもなく、特殊なバンド構造を創生する
ために発光層２との接合構成に工夫を加えているのは上
記した通りである。
【００６９】図２は本発明が意図するところの伝導帯側
のバンド構成を模式的に示す図である。図において、発
光部１０の伝導帯側のバンド構成Ｍは、中間層４の伝導
帯端Ｍ４と、発光層２の伝導帯端Ｍ２と、ｐ形障壁層３
の伝導帯端Ｍ３とから成り、本発明が意図するところの
バンド構成Ｍは、ｐ形障壁層３と発光層２との接合界面
７において伝導帯側の不連続性（バンドオフセット）Ｄ
２（＝Ｍ３−Ｍ２）を約０．３ｅＶを越える程度に大と
し、発光層２と中間層４との接合界面６における伝導帯
の不連続性（バンドオフセット）Ｄ１（＝Ｍ４−Ｍ２）
を０．２ｅＶ以下とするものである。
のバンド構成を模式的に示す図である。図において、発
光部１０の伝導帯側のバンド構成Ｍは、中間層４の伝導
帯端Ｍ４と、発光層２の伝導帯端Ｍ２と、ｐ形障壁層３
の伝導帯端Ｍ３とから成り、本発明が意図するところの
バンド構成Ｍは、ｐ形障壁層３と発光層２との接合界面
７において伝導帯側の不連続性（バンドオフセット）Ｄ
２（＝Ｍ３−Ｍ２）を約０．３ｅＶを越える程度に大と
し、発光層２と中間層４との接合界面６における伝導帯
の不連続性（バンドオフセット）Ｄ１（＝Ｍ４−Ｍ２）
を０．２ｅＶ以下とするものである。
【００７０】実際には、ｐ形障壁層３と発光層２との接
合界面７近傍の発光層２の内部の領域においては、伝導
帯に、ｐ形障壁層３と発光層２とを構成する半導体材料
の熱膨張率（弾性率）の差異等に起因する応力や歪の存
在のために、曲折が発生しており、その場合の曲折した
バンド構成を、図２においては破線で示してある。そし
て、この曲折して落ち込んだ領域Ｒには、キャリア（電
子）が優先的に蓄積されることになる。端的に云えば、
対称型の矩型ポテンシャル井戸内に密度的に平均して存
在する量子化された電子を放射再結合の対象とするので
はない。本発明では、非対称型のバンド構造にあって、
ｐ形障壁層３とｎ形発光層２との接合界面７近傍の発光
層２の内部領域に偏在するキャリア（電子）を、高出力
の発光をもたらす放射再結合の対象とするものである。
換言すれば、高出力の発光をもたらす要因を発光層２の
内部のｐ形障壁層３との接合界面７近傍の領域Ｒに蓄積
された電子としているのである。
合界面７近傍の発光層２の内部の領域においては、伝導
帯に、ｐ形障壁層３と発光層２とを構成する半導体材料
の熱膨張率（弾性率）の差異等に起因する応力や歪の存
在のために、曲折が発生しており、その場合の曲折した
バンド構成を、図２においては破線で示してある。そし
て、この曲折して落ち込んだ領域Ｒには、キャリア（電
子）が優先的に蓄積されることになる。端的に云えば、
対称型の矩型ポテンシャル井戸内に密度的に平均して存
在する量子化された電子を放射再結合の対象とするので
はない。本発明では、非対称型のバンド構造にあって、
ｐ形障壁層３とｎ形発光層２との接合界面７近傍の発光
層２の内部領域に偏在するキャリア（電子）を、高出力
の発光をもたらす放射再結合の対象とするものである。
換言すれば、高出力の発光をもたらす要因を発光層２の
内部のｐ形障壁層３との接合界面７近傍の領域Ｒに蓄積
された電子としているのである。
【００７１】発光層２とｐ形障壁層３とのヘテロ接合界
面近傍の発光層２の内部の領域Ｒに、効率良くキャリア
特に電子を偏在させて蓄積するには、先ず、順方向電流
の流通時に、電子をｎ形障壁層と発光層２との接合界面
近傍の領域に捕獲せずに、発光層２へ円滑に流入させる
施策が肝要である。本発明がｎ形障壁層１とｎ形発光層
２との間に中間層４を設け、中間層４と発光層２との間
のバンドの不連続性を、従来になく０．２ｅＶ以下とす
るのは、双方の層（ｎ形障壁層と発光層２）の接合界面
での障壁をキャリアの蓄積に不充分なバンドオフセット
とするためである。
面近傍の発光層２の内部の領域Ｒに、効率良くキャリア
特に電子を偏在させて蓄積するには、先ず、順方向電流
の流通時に、電子をｎ形障壁層と発光層２との接合界面
近傍の領域に捕獲せずに、発光層２へ円滑に流入させる
施策が肝要である。本発明がｎ形障壁層１とｎ形発光層
２との間に中間層４を設け、中間層４と発光層２との間
のバンドの不連続性を、従来になく０．２ｅＶ以下とす
るのは、双方の層（ｎ形障壁層と発光層２）の接合界面
での障壁をキャリアの蓄積に不充分なバンドオフセット
とするためである。
【００７２】この中間層４の配置により、発光を獲得す
るためにＬＥＤに順方向の駆動電圧を印荷した際に、ｎ
形障壁層１側から供給される電子が、発光層２とｎ形障
壁層との接合界面に捕獲されるのを抑制することができ
る。即ち、ｎ形障壁層１から供給される電子は、中途の
接合部で捕獲されることなく、ｎ形発光層２とのバンド
オフセットをキャリア（電子）を蓄積するに足るものと
するｐ形障壁層３との接合界面７近傍の発光層２の特定
の領域Ｒに円滑に導かれる。したがって、本発明の接合
構成は、ｎ形障壁層１から供給される電子を効率良く選
択的に蓄積、偏在させるのに顕著な効果を奏するもので
ある。
るためにＬＥＤに順方向の駆動電圧を印荷した際に、ｎ
形障壁層１側から供給される電子が、発光層２とｎ形障
壁層との接合界面に捕獲されるのを抑制することができ
る。即ち、ｎ形障壁層１から供給される電子は、中途の
接合部で捕獲されることなく、ｎ形発光層２とのバンド
オフセットをキャリア（電子）を蓄積するに足るものと
するｐ形障壁層３との接合界面７近傍の発光層２の特定
の領域Ｒに円滑に導かれる。したがって、本発明の接合
構成は、ｎ形障壁層１から供給される電子を効率良く選
択的に蓄積、偏在させるのに顕著な効果を奏するもので
ある。
【００７３】窒化ガリウム・インジウム等の熱力学的或
いは結晶学的性質によって、主体相（母相）と従属相と
の多相に分離するインジウム含有III 族窒化物半導体材
料から発光層２を構成する場合、主体相と、微結晶体の
形態を呈することが一般的である従属相とは、インジウ
ム濃度を相違するのが通常であるのは上記した如くであ
る。主体相とは、占有する空間の体積が最大である相
（ｐｈａｓｅ）を云う。また、主体相と従属相とでは、
インジウム濃度を相違し、インジウムの凝縮等の要因に
より、従属相のインジウム濃度（組成比）は主体相のそ
れよりも大であるのが一般的である。窒化ガリウム・イ
ンジウムの場合の如く、インジウム組成比が増加するに
伴い、禁止帯幅は減少する。即ち、主体相と従属相との
間の禁止帯幅の大小の関係は、主体相が従属相に比べよ
り大きな禁止帯幅を有することを意味している。
いは結晶学的性質によって、主体相（母相）と従属相と
の多相に分離するインジウム含有III 族窒化物半導体材
料から発光層２を構成する場合、主体相と、微結晶体の
形態を呈することが一般的である従属相とは、インジウ
ム濃度を相違するのが通常であるのは上記した如くであ
る。主体相とは、占有する空間の体積が最大である相
（ｐｈａｓｅ）を云う。また、主体相と従属相とでは、
インジウム濃度を相違し、インジウムの凝縮等の要因に
より、従属相のインジウム濃度（組成比）は主体相のそ
れよりも大であるのが一般的である。窒化ガリウム・イ
ンジウムの場合の如く、インジウム組成比が増加するに
伴い、禁止帯幅は減少する。即ち、主体相と従属相との
間の禁止帯幅の大小の関係は、主体相が従属相に比べよ
り大きな禁止帯幅を有することを意味している。
【００７４】図３は発光層を多相構造からなるインジウ
ム含有III 族窒化物半導体で形成したときのバンド構成
を示す図である。図において、発光層２は、主体相Ｓと
従属相Ｔとに分離したインジウム含有III 族窒化物半導
体から成り、中間層４との接合界面６には、主体相Ｓと
従属相Ｔとの双方が臨んでいる。このような場合、この
発明では、バンド構成Ｍｐで示すように、中間層４の伝
導帯端Ｍ４と主体相Ｓの伝導帯端Ｍ２−Ｓとのバンドオ
フセットＤ１１を０．２ｅＶ以下としている。そして、
それを実現するために、中間層４を主体相Ｓと同一の物
質またはそれに近似した組成を持つ物質で構成する。そ
の理由を以下に述べる。
ム含有III 族窒化物半導体で形成したときのバンド構成
を示す図である。図において、発光層２は、主体相Ｓと
従属相Ｔとに分離したインジウム含有III 族窒化物半導
体から成り、中間層４との接合界面６には、主体相Ｓと
従属相Ｔとの双方が臨んでいる。このような場合、この
発明では、バンド構成Ｍｐで示すように、中間層４の伝
導帯端Ｍ４と主体相Ｓの伝導帯端Ｍ２−Ｓとのバンドオ
フセットＤ１１を０．２ｅＶ以下としている。そして、
それを実現するために、中間層４を主体相Ｓと同一の物
質またはそれに近似した組成を持つ物質で構成する。そ
の理由を以下に述べる。
【００７５】伝導帯側のバンドオフセットは、従属相Ｔ
と主体相Ｓとのインジウムの濃度（組成比）の相違に依
存して変化する。主体相Ｓと従属相Ｔとのインジウム濃
度の差異が、０．２／αで与えられる値以下の禁止帯幅
の差異を与える程度であれば、中間層４を従属相Ｔと同
一の物質から構成しても差し支えはない。しかし、主体
相Ｓと従属相Ｔ間でインジウム濃度が、０．２／αを越
える禁止帯幅の差異を与える程に顕著に異なる場合、中
間層４を従属相Ｔと同一の物質から構成すると、主体相
Ｓが支配的に存在する接合界面６には、主体相Ｓと中間
層４との間のバンドオフセットＤ１１を０．２ｅＶ以上
とする障壁が支配的に存在することとなり不都合であ
る。逆に、中間層４を主体相Ｓと同一の物質から構成す
ると、今度は従属相Ｔと中間層４のバンドオフセットＤ
１１ａ（＝Ｍ４−（Ｍ２−Ｔ））が０．２ｅＶを越える
ものとなる。しかし、発光層２内での従属相Ｔの占有体
積は低く、尚且、従属相Ｔは中間層４との接合界面を被
覆するが如く存在している場合は希有であるため、縦し
んば従属相ＴとのバンドオフセットＤ１１ａが０．２ｅ
Ｖを越えるものとなっても、占有体積を大とする主体相
Ｓの性質を基調とする発光特性が体積的にも微小な従属
相Ｔの接合特性によって顕著に変化を被ることは殆ど無
い。要約すれば、従属相Ｔと中間層４との接合が形成さ
れている領域は、主体相Ｓと中間層４との接合領域に比
較すれば発光特性に格別に影響を与える程、広範ではな
い。これが、中間層４を従属相Ｔではなく、発光特性を
支配する主体相Ｓと同一の物質から構成する理由であ
る。
と主体相Ｓとのインジウムの濃度（組成比）の相違に依
存して変化する。主体相Ｓと従属相Ｔとのインジウム濃
度の差異が、０．２／αで与えられる値以下の禁止帯幅
の差異を与える程度であれば、中間層４を従属相Ｔと同
一の物質から構成しても差し支えはない。しかし、主体
相Ｓと従属相Ｔ間でインジウム濃度が、０．２／αを越
える禁止帯幅の差異を与える程に顕著に異なる場合、中
間層４を従属相Ｔと同一の物質から構成すると、主体相
Ｓが支配的に存在する接合界面６には、主体相Ｓと中間
層４との間のバンドオフセットＤ１１を０．２ｅＶ以上
とする障壁が支配的に存在することとなり不都合であ
る。逆に、中間層４を主体相Ｓと同一の物質から構成す
ると、今度は従属相Ｔと中間層４のバンドオフセットＤ
１１ａ（＝Ｍ４−（Ｍ２−Ｔ））が０．２ｅＶを越える
ものとなる。しかし、発光層２内での従属相Ｔの占有体
積は低く、尚且、従属相Ｔは中間層４との接合界面を被
覆するが如く存在している場合は希有であるため、縦し
んば従属相ＴとのバンドオフセットＤ１１ａが０．２ｅ
Ｖを越えるものとなっても、占有体積を大とする主体相
Ｓの性質を基調とする発光特性が体積的にも微小な従属
相Ｔの接合特性によって顕著に変化を被ることは殆ど無
い。要約すれば、従属相Ｔと中間層４との接合が形成さ
れている領域は、主体相Ｓと中間層４との接合領域に比
較すれば発光特性に格別に影響を与える程、広範ではな
い。これが、中間層４を従属相Ｔではなく、発光特性を
支配する主体相Ｓと同一の物質から構成する理由であ
る。
【００７６】したがって、例えば、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）を主体相とし、主体相よりもインジウム濃度（組成
比）を大とする窒化ガリウム・インジウム従属相を構成
要素とする窒化ガリウム・インジウムからなる多相構造
の発光層２にあって、同発光層２に接合させる中間層４
は窒化ガリウムから構成されるのが最も好ましい。
Ｎ）を主体相とし、主体相よりもインジウム濃度（組成
比）を大とする窒化ガリウム・インジウム従属相を構成
要素とする窒化ガリウム・インジウムからなる多相構造
の発光層２にあって、同発光層２に接合させる中間層４
は窒化ガリウムから構成されるのが最も好ましい。
【００７７】また、インジウム組成比を例えば、０．０
６（６％）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94
Ｇａ0.06Ｎ）からなる主体相と、インジウム組成比を例
えば、０．１０（１０％）とする窒化ガリウム・インジ
ウム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）からなる従属相とから構成
される窒化ガリウム・インジウム多相発光層２に接合さ
せる中間層４は、インジウム組成比を０．０６とする窒
化ガリウム・インジウムから構成するのが最も好まし
い。
６（６％）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94
Ｇａ0.06Ｎ）からなる主体相と、インジウム組成比を例
えば、０．１０（１０％）とする窒化ガリウム・インジ
ウム（Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ）からなる従属相とから構成
される窒化ガリウム・インジウム多相発光層２に接合さ
せる中間層４は、インジウム組成比を０．０６とする窒
化ガリウム・インジウムから構成するのが最も好まし
い。
【００７８】本発明の云う中間層４は、発光層とｎ形障
壁層とを従来の如く直接、接合させる場合に発生する
０．３ｅＶを越える伝導帯側のバンドオフセットの低減
を目的として配置する云わば、バンドオフセット低減層
である。中間層４のこの目的からすれば、中間層４を本
発明が規定するバンドオフセット値を与える単一の層か
ら構成する必要は必ずしもない。例えば、発光層とｎ形
障壁層との伝導帯側のバンドオフセットを段階的に削減
するように複数の層を積層させて中間層４を構成でき
る。
壁層とを従来の如く直接、接合させる場合に発生する
０．３ｅＶを越える伝導帯側のバンドオフセットの低減
を目的として配置する云わば、バンドオフセット低減層
である。中間層４のこの目的からすれば、中間層４を本
発明が規定するバンドオフセット値を与える単一の層か
ら構成する必要は必ずしもない。例えば、発光層とｎ形
障壁層との伝導帯側のバンドオフセットを段階的に削減
するように複数の層を積層させて中間層４を構成でき
る。
【００７９】図４は発光層とｎ形障壁層との中間に、オ
フセット低減層としての中間層を配置した場合の伝導帯
側のバンド構成の一例を示す概略図である。図のバンド
構成Ｍａにおいて、中間層４ａは、発光層２とｎ形障壁
層１との伝導帯側のバンドオフセットＤ０を段階的に低
減するための３層の中間層構成層４１，４２，４３から
構成されている。中間層４ａをこのように複数の中間層
構成層４１，４２，４３から構成する場合、発光層２と
の接合をなす中間層構成層４１は発光層２との伝導帯側
のバンドオフセットＤ１２を０．２ｅＶ以下とするIII
族窒化物半導体層から構成する必要がある。
フセット低減層としての中間層を配置した場合の伝導帯
側のバンド構成の一例を示す概略図である。図のバンド
構成Ｍａにおいて、中間層４ａは、発光層２とｎ形障壁
層１との伝導帯側のバンドオフセットＤ０を段階的に低
減するための３層の中間層構成層４１，４２，４３から
構成されている。中間層４ａをこのように複数の中間層
構成層４１，４２，４３から構成する場合、発光層２と
の接合をなす中間層構成層４１は発光層２との伝導帯側
のバンドオフセットＤ１２を０．２ｅＶ以下とするIII
族窒化物半導体層から構成する必要がある。
【００８０】複数の中間層構成層４１…から中間層４を
成す際には、図４に示すように、発光層２からｎ形障壁
層１に向けて伝導帯端のエネルギが段階的に増加するよ
うなバンド構成をもたらす構成層から構成するのが望ま
しい。中間層構成層４１…が形成するバンド構成に凹凸
が有れば、その凹部分にキャリアが捕獲され、発光層２
とｐ形障壁層３との接合界面７近傍の領域に流れ込むべ
きキャリアが減少する不都合をもたらすからである。こ
のような、発光層２からｎ形障壁層１に向けて伝導帯端
のエネルギを段階的に増加させるようなバンド構成を形
成するには、中間層構成層４１…を禁止帯幅に関して発
光層２を構成するインジウム含有III 族窒化物半導体以
上とし、ｎ形障壁層１を構成する半導体材料以下とする
半導体材料から構成するのが妥当であり、しかも、発光
層２側からｎ形障壁層１側に、禁止帯幅を漸次、大とす
る材料からなる中間層構成層４１…を順次配置して全体
としての中間層４ａを形成するのが好ましい。この配置
はまた、価電子帯側のバンドオフセットの創生に寄与で
き、これにより正孔の発光層２からｎ形障壁層１側への
滲み出しを抑制する利点を与える。
成す際には、図４に示すように、発光層２からｎ形障壁
層１に向けて伝導帯端のエネルギが段階的に増加するよ
うなバンド構成をもたらす構成層から構成するのが望ま
しい。中間層構成層４１…が形成するバンド構成に凹凸
が有れば、その凹部分にキャリアが捕獲され、発光層２
とｐ形障壁層３との接合界面７近傍の領域に流れ込むべ
きキャリアが減少する不都合をもたらすからである。こ
のような、発光層２からｎ形障壁層１に向けて伝導帯端
のエネルギを段階的に増加させるようなバンド構成を形
成するには、中間層構成層４１…を禁止帯幅に関して発
光層２を構成するインジウム含有III 族窒化物半導体以
上とし、ｎ形障壁層１を構成する半導体材料以下とする
半導体材料から構成するのが妥当であり、しかも、発光
層２側からｎ形障壁層１側に、禁止帯幅を漸次、大とす
る材料からなる中間層構成層４１…を順次配置して全体
としての中間層４ａを形成するのが好ましい。この配置
はまた、価電子帯側のバンドオフセットの創生に寄与で
き、これにより正孔の発光層２からｎ形障壁層１側への
滲み出しを抑制する利点を与える。
【００８１】中間層４は、上記の組成を略一定とする単
一層、或いは中間層構成層４１…から構成するに加え、
インジウム濃度（組成比）を連続的に変化させてなるII
I 族窒化物半導体層からも構成できる。例えば、図５
（ａ）に示すように、ｎ形障壁層１側から発光層２側に
向けインジウム濃度ｘを層厚ｔに対して変化させた、所
謂インジウム濃度ｘに関する組成勾配層を中間層４ｂと
して利用できる。インジウム濃度に勾配を付した組成勾
配層を中間層４ｂとする場合、中間層４ｂとして最適な
インジウム組成勾配層は、インジウム濃度ｘを発光層２
側よりｎ形障壁層１側に向けて滑らかに減少させてなる
ものである。インジウム濃度ｘの勾配に対応した禁止帯
幅の連続的な変化により、図５（ｂ）のバンド構成Ｍｂ
に示すように、曲折を付せずにバンドオフセットを滑ら
かに変化させられる利点があるからである。これは、バ
ンドオフセットの様式から観て、単一（一定）の組成か
ら層からなる中間層４或いは階段状にオフセットの変化
を与える複数の層からなる積層中間層４ａでは実現でき
ない優位性である。
一層、或いは中間層構成層４１…から構成するに加え、
インジウム濃度（組成比）を連続的に変化させてなるII
I 族窒化物半導体層からも構成できる。例えば、図５
（ａ）に示すように、ｎ形障壁層１側から発光層２側に
向けインジウム濃度ｘを層厚ｔに対して変化させた、所
謂インジウム濃度ｘに関する組成勾配層を中間層４ｂと
して利用できる。インジウム濃度に勾配を付した組成勾
配層を中間層４ｂとする場合、中間層４ｂとして最適な
インジウム組成勾配層は、インジウム濃度ｘを発光層２
側よりｎ形障壁層１側に向けて滑らかに減少させてなる
ものである。インジウム濃度ｘの勾配に対応した禁止帯
幅の連続的な変化により、図５（ｂ）のバンド構成Ｍｂ
に示すように、曲折を付せずにバンドオフセットを滑ら
かに変化させられる利点があるからである。これは、バ
ンドオフセットの様式から観て、単一（一定）の組成か
ら層からなる中間層４或いは階段状にオフセットの変化
を与える複数の層からなる積層中間層４ａでは実現でき
ない優位性である。
【００８２】以上、本発明に係わる発光部１０の接合構
成を纏める。先ず、電気伝導形の構成から観れば、本発
明が好ましいとする接合構成は、ｎ（ｎ形障壁層１）／
ｎ（中間層４）／ｎ（発光層２）／ｐ（ｐ形障壁層３）
である。此処で、記号（／）は接合を表す。
成を纏める。先ず、電気伝導形の構成から観れば、本発
明が好ましいとする接合構成は、ｎ（ｎ形障壁層１）／
ｎ（中間層４）／ｎ（発光層２）／ｐ（ｐ形障壁層３）
である。此処で、記号（／）は接合を表す。
【００８３】バンド構成の観点から述べれば、インジウ
ム含有III 族窒化物半導体発光層２とｎ形III 族窒化物
半導体中間層４との接合界面６では、ポテンシャル障壁
を少なくとも室温で０．２ｅＶ以下とする。理想的に
は、ｎ形中間層４と発光層２との接合界面６で伝導帯側
にポテンシャル障壁を形成させないために、ｎ形中間層
４を発光層２を構成する材料と同一の物質から構成す
る。一方、ｐ形障壁層３と発光層２との接合は、従来通
り０．３ｅＶを越えるバンドオフセットを有するものと
する。
ム含有III 族窒化物半導体発光層２とｎ形III 族窒化物
半導体中間層４との接合界面６では、ポテンシャル障壁
を少なくとも室温で０．２ｅＶ以下とする。理想的に
は、ｎ形中間層４と発光層２との接合界面６で伝導帯側
にポテンシャル障壁を形成させないために、ｎ形中間層
４を発光層２を構成する材料と同一の物質から構成す
る。一方、ｐ形障壁層３と発光層２との接合は、従来通
り０．３ｅＶを越えるバンドオフセットを有するものと
する。
【００８４】即ち、電子論的な作用から本発明の接合系
の特徴を記述すれば、発光層２との接合の内、中間層４
との接合はキャリア（電子）に対し、充分な「閉じ込
め」作用（クラッデング作用）を及ぼさないホモ的接合
である。これに対し、ｐ形障壁層３との接合は、中間層
４／発光層２の接合におけるバンドオフセットを上回る
障壁を有するヘテロ接合である。発光層２のｐ形障壁層
３との接合界面７側に選択的にバンドオフセットを発生
させるのは、接合界面７の発光層２側に電子の蓄積をも
たらすに都合の良いバンド構成を発光層２の内部に帰結
させるためである。したがって、発光層２のｐ形障壁層
３側は、キャリア特に電子を蓄積するに有効な伝導帯側
のポテンシャル障壁を有するヘテロ接合であり、発光層
２の中間層４側はホモ接合的な接合をなす理想的にはＳ
Ｈ接合構成とする。
の特徴を記述すれば、発光層２との接合の内、中間層４
との接合はキャリア（電子）に対し、充分な「閉じ込
め」作用（クラッデング作用）を及ぼさないホモ的接合
である。これに対し、ｐ形障壁層３との接合は、中間層
４／発光層２の接合におけるバンドオフセットを上回る
障壁を有するヘテロ接合である。発光層２のｐ形障壁層
３との接合界面７側に選択的にバンドオフセットを発生
させるのは、接合界面７の発光層２側に電子の蓄積をも
たらすに都合の良いバンド構成を発光層２の内部に帰結
させるためである。したがって、発光層２のｐ形障壁層
３側は、キャリア特に電子を蓄積するに有効な伝導帯側
のポテンシャル障壁を有するヘテロ接合であり、発光層
２の中間層４側はホモ接合的な接合をなす理想的にはＳ
Ｈ接合構成とする。
【００８５】図６は本発明による伝導帯側のバンド構成
例を示す図である。図のバンド構成Ｍｃにおいて、発光
層２内部における伝導帯端Ｍ２ｃは、ｐ形障壁層３との
接合界面７に近づくにつれて、大きな曲率で落ち込ん
で、接合界面７との間に電子蓄積領域Ｒを形成し、接合
界面７において急激に立ち上がって、ｐ形障壁層３にお
いて平坦化している。一方、伝導帯端Ｍ２ｃは、中間層
４との接合界面６に近づくにつれて曲折を付せずに滑ら
かに平坦化し、中間層４との間ではホモ接合となりその
まま中間層４に連続している。
例を示す図である。図のバンド構成Ｍｃにおいて、発光
層２内部における伝導帯端Ｍ２ｃは、ｐ形障壁層３との
接合界面７に近づくにつれて、大きな曲率で落ち込ん
で、接合界面７との間に電子蓄積領域Ｒを形成し、接合
界面７において急激に立ち上がって、ｐ形障壁層３にお
いて平坦化している。一方、伝導帯端Ｍ２ｃは、中間層
４との接合界面６に近づくにつれて曲折を付せずに滑ら
かに平坦化し、中間層４との間ではホモ接合となりその
まま中間層４に連続している。
【００８６】発光部１０がこのようなバンド構成（ポテ
ンシャル構成）を有するとき、ｎ形障壁層１から供給さ
れる電子は、接合界面６近傍に滞留することなく、円滑
に発光層２内部に導かれ、さらに矢印Ｆに沿って、電子
蓄積領域Ｒに流入し、効率よく蓄積される。蓄積された
これらの電子は、ｐ形障壁層３の正孔との間で効率よく
放射再結合するので、発光の高出力化及び優れた単色性
をもたらすことになる。
ンシャル構成）を有するとき、ｎ形障壁層１から供給さ
れる電子は、接合界面６近傍に滞留することなく、円滑
に発光層２内部に導かれ、さらに矢印Ｆに沿って、電子
蓄積領域Ｒに流入し、効率よく蓄積される。蓄積された
これらの電子は、ｐ形障壁層３の正孔との間で効率よく
放射再結合するので、発光の高出力化及び優れた単色性
をもたらすことになる。
【００８７】以上述べたように、この発明に係る実施形
態では、ｎ形障壁層３と発光層２との中間に、発光層２
との接合界面６における伝導帯側のバンド不連続性を
０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層４を介在させたの
で、中間層４は発光層２とのバンドオフセットを実質的
にホモ接合と見なせる程度に縮小させている。したがっ
て、この接合構成は、ｎ形障壁層１側から供給されるキ
ャリア（電子）が発光層２のｎ形層側の接合界面５，６
に滞留しようとするのを抑制し、そのキャリアを発光層
２に円滑に導き入れるとともに、ｐ形障壁層３との接合
界面７近傍の発光層２の内部の領域に選択的且つ効率的
に蓄積させる作用を有する。これらのキャリアはｐ形障
壁層３の正孔との間で効率よく放射再結合するので、発
光強度を増大させることができ、また優れた単色性を発
揮させることができる。
態では、ｎ形障壁層３と発光層２との中間に、発光層２
との接合界面６における伝導帯側のバンド不連続性を
０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層４を介在させたの
で、中間層４は発光層２とのバンドオフセットを実質的
にホモ接合と見なせる程度に縮小させている。したがっ
て、この接合構成は、ｎ形障壁層１側から供給されるキ
ャリア（電子）が発光層２のｎ形層側の接合界面５，６
に滞留しようとするのを抑制し、そのキャリアを発光層
２に円滑に導き入れるとともに、ｐ形障壁層３との接合
界面７近傍の発光層２の内部の領域に選択的且つ効率的
に蓄積させる作用を有する。これらのキャリアはｐ形障
壁層３の正孔との間で効率よく放射再結合するので、発
光強度を増大させることができ、また優れた単色性を発
揮させることができる。
【００８８】また、発光層２をインジウム濃度を相違す
る主体相と従属相とから成る多相構造としたときは、中
間層４を、発光層２との接合界面６における主体相との
伝導帯側のバンド不連続性が０．２ｅＶ以下となるよう
に構成したので、接合界面６に支配的に現れる主体相を
対象として中間層４を構成することとなり、発光層２が
多相構造の場合でも、中間層４と発光層２との間の実質
的なホモ接合化を確実に安定して実現させることができ
る。
る主体相と従属相とから成る多相構造としたときは、中
間層４を、発光層２との接合界面６における主体相との
伝導帯側のバンド不連続性が０．２ｅＶ以下となるよう
に構成したので、接合界面６に支配的に現れる主体相を
対象として中間層４を構成することとなり、発光層２が
多相構造の場合でも、中間層４と発光層２との間の実質
的なホモ接合化を確実に安定して実現させることができ
る。
【００８９】また、発光層２がインジウム濃度を相違す
る主体相と従属相とから成る多相構造であるときは、中
間層４を、発光層２との接合界面６側では主体相と同一
もしくは近似した組成のIII 族窒化物半導体から構成し
たので、たとえ接合界面６に従属相が存在していても、
接合界面６における主体相との伝導帯側のバンドはほぼ
平坦化し、その不連続性を確実に０．２ｅＶ以下と成す
ことができ、中間層４と発光層２との実質的なホモ接合
化を確実なものとすることができる。
る主体相と従属相とから成る多相構造であるときは、中
間層４を、発光層２との接合界面６側では主体相と同一
もしくは近似した組成のIII 族窒化物半導体から構成し
たので、たとえ接合界面６に従属相が存在していても、
接合界面６における主体相との伝導帯側のバンドはほぼ
平坦化し、その不連続性を確実に０．２ｅＶ以下と成す
ことができ、中間層４と発光層２との実質的なホモ接合
化を確実なものとすることができる。
【００９０】さらに、中間層４ａを複数の中間層構成層
４１…を積層させて構成したので、発光層２とｎ形障壁
層１との伝導帯側のバンドオフセットを、ｎ形障壁層１
から発光層２に向けて段階的に減少させることができ、
したがって、ｎ形障壁層１側から供給されるキャリア
（電子）を、接合界面５，６に滞留させることなく、よ
り円滑に発光層２まで導き入れることができ、放射再結
合に寄与させることができる。また、このｎ形障壁層１
から発光層２に向けて段階的に減少させる伝導帯側のバ
ンドオフセットは、価電子帯側の段階的バンドオフセッ
トの創生に寄与でき、これにより正孔の発光層２からｎ
形障壁層１側への滲み出しを抑制するという利点を与え
ることができる。
４１…を積層させて構成したので、発光層２とｎ形障壁
層１との伝導帯側のバンドオフセットを、ｎ形障壁層１
から発光層２に向けて段階的に減少させることができ、
したがって、ｎ形障壁層１側から供給されるキャリア
（電子）を、接合界面５，６に滞留させることなく、よ
り円滑に発光層２まで導き入れることができ、放射再結
合に寄与させることができる。また、このｎ形障壁層１
から発光層２に向けて段階的に減少させる伝導帯側のバ
ンドオフセットは、価電子帯側の段階的バンドオフセッ
トの創生に寄与でき、これにより正孔の発光層２からｎ
形障壁層１側への滲み出しを抑制するという利点を与え
ることができる。
【００９１】また、中間層構成層４１…を発光層２側か
らｎ形障壁層１側に向けて順次禁止帯幅をより大とする
材料から構成するようにしたので、例えば中間層４ａを
インジウム含有III 族窒化物半導体で形成する場合であ
れば、そのインジウム組成を段階的に変化させればよ
く、したがって、ｎ形障壁層１から発光層２に向けて段
階的に減少させた伝導帯側のバンドオフセットを、容易
にかつ確実に実現することができる。
らｎ形障壁層１側に向けて順次禁止帯幅をより大とする
材料から構成するようにしたので、例えば中間層４ａを
インジウム含有III 族窒化物半導体で形成する場合であ
れば、そのインジウム組成を段階的に変化させればよ
く、したがって、ｎ形障壁層１から発光層２に向けて段
階的に減少させた伝導帯側のバンドオフセットを、容易
にかつ確実に実現することができる。
【００９２】また、中間層４ｂをインジウム含有III 族
窒化物半導体で構成し、そのインジウム組成比（インジ
ウム濃度）ｘに勾配を付し、発光層２側からｎ形障壁層
１に向けて禁止帯幅を増加させるようにしたので、発光
層２側よりｎ形障壁層１側に向けて曲折を付せずにバン
ドオフセットを滑らかに変化させることができ、したが
って、上記の階段状のバンドオフセットに対して、さら
に一層円滑にキャリアを発光層２に向けて移動させるこ
とが可能となる。
窒化物半導体で構成し、そのインジウム組成比（インジ
ウム濃度）ｘに勾配を付し、発光層２側からｎ形障壁層
１に向けて禁止帯幅を増加させるようにしたので、発光
層２側よりｎ形障壁層１側に向けて曲折を付せずにバン
ドオフセットを滑らかに変化させることができ、したが
って、上記の階段状のバンドオフセットに対して、さら
に一層円滑にキャリアを発光層２に向けて移動させるこ
とが可能となる。
【００９３】次に、この発明に係る接合構成を備えたII
I 族窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ）について、より具
体的な実施例を以て説明する。
I 族窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ）について、より具
体的な実施例を以て説明する。
【００９４】
【実施例】下記の各実施例では、先ずｐｎ接合を含むヘ
テロ接合構造から成る積層構造体を形成し、次にその積
層構造体からＬＥＤを形成した。
テロ接合構造から成る積層構造体を形成し、次にその積
層構造体からＬＥＤを形成した。
【００９５】（第１実施例）図７は第１実施例での積層
構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、一
定の組成（単一の組成）を有する中間層を具備したIII
族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、積層構
造体１００は、一般的な常圧（略大気圧）方式のＭＯＣ
ＶＤ成長反応炉を利用して、基板１１０上に下記の手順
により順次、形成した。
構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、一
定の組成（単一の組成）を有する中間層を具備したIII
族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、積層構
造体１００は、一般的な常圧（略大気圧）方式のＭＯＣ
ＶＤ成長反応炉を利用して、基板１１０上に下記の手順
により順次、形成した。
【００９６】基板１１０としては、直径を約１インチ
（約２５ｍｍ）とし、厚さを約９０μｍとする両面（表
裏面）を機械的化学的研磨法により鏡面に研磨した（０
００１）（ｃ面）−サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）
を使用した。この結晶基板１１０を、常圧ＭＯＣＶＤ成
長反応炉内の高純度グラファイト製サセプタ上に略水平
に載置した。ＭＯＣＶＤ成長反応炉（以下、「反応炉」
という）はアルカリ金属類の含有量が低い半導体工業用
高純度石英から構成した。この反応炉の鉛直断面の形状
は長方形であって、その基板１１０を載置した領域、即
ちサセプタを設置した領域の断面積は約２０ｃｍ2 であ
る。基板１１０をサセプタ上に載置した後、反応炉内を
通常の油回転式真空ポンプを具備した真空排気経路を介
して真空に排気した。約１０-3トール（Ｔｏｒｒ）の真
空度に到達して、約１０分間、同真空度の状態に保持し
た後に約３リットル／分の流量の精製アルゴン（Ａｒ）
ガスを反応炉内に流通させて炉内の圧力をほぼ大気圧に
復帰させた。
（約２５ｍｍ）とし、厚さを約９０μｍとする両面（表
裏面）を機械的化学的研磨法により鏡面に研磨した（０
００１）（ｃ面）−サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）
を使用した。この結晶基板１１０を、常圧ＭＯＣＶＤ成
長反応炉内の高純度グラファイト製サセプタ上に略水平
に載置した。ＭＯＣＶＤ成長反応炉（以下、「反応炉」
という）はアルカリ金属類の含有量が低い半導体工業用
高純度石英から構成した。この反応炉の鉛直断面の形状
は長方形であって、その基板１１０を載置した領域、即
ちサセプタを設置した領域の断面積は約２０ｃｍ2 であ
る。基板１１０をサセプタ上に載置した後、反応炉内を
通常の油回転式真空ポンプを具備した真空排気経路を介
して真空に排気した。約１０-3トール（Ｔｏｒｒ）の真
空度に到達して、約１０分間、同真空度の状態に保持し
た後に約３リットル／分の流量の精製アルゴン（Ａｒ）
ガスを反応炉内に流通させて炉内の圧力をほぼ大気圧に
復帰させた。
【００９７】約５分間に亘り反応炉内を精製された高純
度のアルゴンガスで掃気した後、アルゴンガスの反応炉
への供給を停止した。代替に露点を約マイナス９０℃と
する精製水素ガス（Ｈ2 ）の反応炉内への供給を開始し
た。水素ガスの流量は９リットル／分に電子式質量制御
計（所謂、マスフローコントロラー（ＭＦＣ））で維持
した。然る後、反応炉の外周に設けた円状に巻かれた高
周波加熱コイルに一般的な高周波電源から高周波電源を
投入した。これにより、基板１１０の温度を室温（約２
５℃）から４５０℃に上昇させた。基板１１０の温度は
上記の支持台の中腹に搾孔された直径約５ｍｍの貫通孔
に挿入したモリブデン（Ｍｏ）シース型の白金（Ｐｔ）
−白金・ロジウム（Ｐｔ・Ｒｈ）合金熱電対（日本工業
規格ＪＩＳ−Ｒ規格に準拠した熱電対）により測温し
た。基板温度は熱電対から発生される熱起電力信号を入
力するＰＩＤ方式の市販の温度制御器により±１℃以内
に精密に制御した。
度のアルゴンガスで掃気した後、アルゴンガスの反応炉
への供給を停止した。代替に露点を約マイナス９０℃と
する精製水素ガス（Ｈ2 ）の反応炉内への供給を開始し
た。水素ガスの流量は９リットル／分に電子式質量制御
計（所謂、マスフローコントロラー（ＭＦＣ））で維持
した。然る後、反応炉の外周に設けた円状に巻かれた高
周波加熱コイルに一般的な高周波電源から高周波電源を
投入した。これにより、基板１１０の温度を室温（約２
５℃）から４５０℃に上昇させた。基板１１０の温度は
上記の支持台の中腹に搾孔された直径約５ｍｍの貫通孔
に挿入したモリブデン（Ｍｏ）シース型の白金（Ｐｔ）
−白金・ロジウム（Ｐｔ・Ｒｈ）合金熱電対（日本工業
規格ＪＩＳ−Ｒ規格に準拠した熱電対）により測温し
た。基板温度は熱電対から発生される熱起電力信号を入
力するＰＩＤ方式の市販の温度制御器により±１℃以内
に精密に制御した。
【００９８】基板１１０の温度が４５０℃に到達してか
ら約２０分経過し、温度の変動が４５０℃±１℃に確実
に収まるようになった時点で、窒素源とした液化アンモ
ニアガスの気化により発生したアンモニア（ＮＨ3 ）ガ
スを毎分１リットルの割合で反応炉への供給し始めた。
アンモニアガスの供給と同時に、反応炉へアルミニウム
（Ａｌ）源としてのトリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ａｌ）を供給した。トリメチルアルミニウムを収
納した３１６ステンレス鋼製バブラー（発泡）容器はペ
ルチェ効果を利用した電子式恒温槽で２０℃に保持し
た。この容器内のトリメチルアルミニウムを毎分２０ｃ
ｃの流量の水素ガスでバブリングし、トリメチルアルミ
ニウムの蒸気を随伴する水素バブリングガスを反応炉へ
供給することをもってトリメチルアルミニウムの供給と
なした。トリメチルアルミニウムを随伴する水素（バブ
リング）ガスとアンモニアガスの反応炉への供給を正確
に６分間継続した。これより、層厚を２０ｎｍとする窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる緩衝層１１１を形成
した。緩衝層１１１の成長は反応炉へのトリメチルアル
ミニウムの蒸気を随伴する水素ガスの供給の停止をもっ
て終了した。
ら約２０分経過し、温度の変動が４５０℃±１℃に確実
に収まるようになった時点で、窒素源とした液化アンモ
ニアガスの気化により発生したアンモニア（ＮＨ3 ）ガ
スを毎分１リットルの割合で反応炉への供給し始めた。
アンモニアガスの供給と同時に、反応炉へアルミニウム
（Ａｌ）源としてのトリメチルアルミニウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ａｌ）を供給した。トリメチルアルミニウムを収
納した３１６ステンレス鋼製バブラー（発泡）容器はペ
ルチェ効果を利用した電子式恒温槽で２０℃に保持し
た。この容器内のトリメチルアルミニウムを毎分２０ｃ
ｃの流量の水素ガスでバブリングし、トリメチルアルミ
ニウムの蒸気を随伴する水素バブリングガスを反応炉へ
供給することをもってトリメチルアルミニウムの供給と
なした。トリメチルアルミニウムを随伴する水素（バブ
リング）ガスとアンモニアガスの反応炉への供給を正確
に６分間継続した。これより、層厚を２０ｎｍとする窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる緩衝層１１１を形成
した。緩衝層１１１の成長は反応炉へのトリメチルアル
ミニウムの蒸気を随伴する水素ガスの供給の停止をもっ
て終了した。
【００９９】然る後、アンモニアガスの流量を毎分１リ
ットルの維持したままで、反応炉への水素ガスの供給を
停止し、代替して流量を３リットル／分とするアルゴン
ガスの供給を開始した。高周波コイルに印加する電力量
を増し、基板１１０の温度を４５０℃から１０５０℃に
平均して約１００℃／分の速度で昇温した。熱電対で測
温される基板温度が１０５０℃となった時点で直ちにア
ンモニアの反応炉への供給量を毎分１リットルから毎分
３リットルへと電子式質量流量計（ＭＦＣ）をもって増
加させた。同時に３リットル／分の水素ガスを流通させ
た。これにより、高純度石英管からなる反応炉へは合計
して９リットル／分の水素、アルゴン及びアンモニアが
流通する状況とした。基板１１０の温度が１０５０℃に
到達して５分間待機した後、緩衝層１１１上に珪素（Ｓ
ｉ）をドーピングしたｎ形窒化ガリウム層からなるｎ形
障壁層１０１を成長させた。
ットルの維持したままで、反応炉への水素ガスの供給を
停止し、代替して流量を３リットル／分とするアルゴン
ガスの供給を開始した。高周波コイルに印加する電力量
を増し、基板１１０の温度を４５０℃から１０５０℃に
平均して約１００℃／分の速度で昇温した。熱電対で測
温される基板温度が１０５０℃となった時点で直ちにア
ンモニアの反応炉への供給量を毎分１リットルから毎分
３リットルへと電子式質量流量計（ＭＦＣ）をもって増
加させた。同時に３リットル／分の水素ガスを流通させ
た。これにより、高純度石英管からなる反応炉へは合計
して９リットル／分の水素、アルゴン及びアンモニアが
流通する状況とした。基板１１０の温度が１０５０℃に
到達して５分間待機した後、緩衝層１１１上に珪素（Ｓ
ｉ）をドーピングしたｎ形窒化ガリウム層からなるｎ形
障壁層１０１を成長させた。
【０１００】ｎ形障壁層１０１の成長時には、０℃に保
持し液化したトリメチルガリウムに毎分３０ｃｃの流量
の水素ガスでバブリング操作を施した。珪素は高純度の
水素で体積濃度にして約１ｐｐｍに希釈されたジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）をドーピング源として添加した。ジシラン
ドーピングガスの流量は電子式質量流量計により毎分５
ｃｃに設定した。ガリウム源の蒸気を随伴する水素バブ
リングガス並びに珪素ドーピング源ガスの反応炉への供
給を正確に６０分間に亘り継続して層厚を３μｍとする
Ｓｉドープｎ形窒化ガリウム層からなるｎ形障壁層１０
１を得た。ｎ形障壁層のキャリア濃度は約２×１０18ｃ
ｍ-3とした。
持し液化したトリメチルガリウムに毎分３０ｃｃの流量
の水素ガスでバブリング操作を施した。珪素は高純度の
水素で体積濃度にして約１ｐｐｍに希釈されたジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）をドーピング源として添加した。ジシラン
ドーピングガスの流量は電子式質量流量計により毎分５
ｃｃに設定した。ガリウム源の蒸気を随伴する水素バブ
リングガス並びに珪素ドーピング源ガスの反応炉への供
給を正確に６０分間に亘り継続して層厚を３μｍとする
Ｓｉドープｎ形窒化ガリウム層からなるｎ形障壁層１０
１を得た。ｎ形障壁層のキャリア濃度は約２×１０18ｃ
ｍ-3とした。
【０１０１】下部クラッド層を兼用するｎ形障壁層１０
１の成長を終了した後、基板１１０の温度を１０５０℃
から８７０℃に平均して４０℃／分の速度で降温した。
基板１１０の温度が８７０℃に安定する迄、３分間待機
した。然る後、反応炉に流通するガス種を毎分１リット
ルとするアルゴンと毎分７リットルの流量のアンモニア
ガスとした。その後、反応炉内へのガリウム源及びイン
ジウム源の供給を開始した。ガリウム（Ｇａ）源には上
記のトリメチルガリウムを使用した。ガリウム源のバブ
ラー容器の温度は０℃とした。インジウムの供給源には
トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を使用した。
トリメチルインジウムは内容積を約１００ｃｃとするス
テンレス鋼製のシリンダー容器内に収納し、同シリンダ
ー容器は電子式恒温槽を利用して正確に３５℃に保持し
た。成長初期における、トリメチルガリウムの蒸気を随
伴するためのバブリング用水素ガスの流量は電子式質量
流量計により毎分５ｃｃに制御した。また、インジウム
源を収納するシリンダー容器内には昇華したトリメチル
インジウムの蒸気を反応炉内に随伴するための水素ガス
を流通させた。その流量は毎分１０．５ｃｃとした。１
５分間に亘り、双方の第III 族元素の原料を随伴する水
素ガスの流量を変更せずに一定に保って、インジウム組
成比を約０．０５と層厚方向に一定とするアンドープで
ｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.95Ｉｎ
0.05Ｎ）からなる中間層１０４を成膜した。中間層１０
４の層厚は１０ｎｍとした。別途、これと同一の成長条
件下でＳｉドープｎ形窒化ガリウム層上に成膜した層厚
を約０．５μｍとするアンドープでｎ形の窒化ガリウム
・インジウム層の一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果法で
測定されるキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3であっ
た。
１の成長を終了した後、基板１１０の温度を１０５０℃
から８７０℃に平均して４０℃／分の速度で降温した。
基板１１０の温度が８７０℃に安定する迄、３分間待機
した。然る後、反応炉に流通するガス種を毎分１リット
ルとするアルゴンと毎分７リットルの流量のアンモニア
ガスとした。その後、反応炉内へのガリウム源及びイン
ジウム源の供給を開始した。ガリウム（Ｇａ）源には上
記のトリメチルガリウムを使用した。ガリウム源のバブ
ラー容器の温度は０℃とした。インジウムの供給源には
トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を使用した。
トリメチルインジウムは内容積を約１００ｃｃとするス
テンレス鋼製のシリンダー容器内に収納し、同シリンダ
ー容器は電子式恒温槽を利用して正確に３５℃に保持し
た。成長初期における、トリメチルガリウムの蒸気を随
伴するためのバブリング用水素ガスの流量は電子式質量
流量計により毎分５ｃｃに制御した。また、インジウム
源を収納するシリンダー容器内には昇華したトリメチル
インジウムの蒸気を反応炉内に随伴するための水素ガス
を流通させた。その流量は毎分１０．５ｃｃとした。１
５分間に亘り、双方の第III 族元素の原料を随伴する水
素ガスの流量を変更せずに一定に保って、インジウム組
成比を約０．０５と層厚方向に一定とするアンドープで
ｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.95Ｉｎ
0.05Ｎ）からなる中間層１０４を成膜した。中間層１０
４の層厚は１０ｎｍとした。別途、これと同一の成長条
件下でＳｉドープｎ形窒化ガリウム層上に成膜した層厚
を約０．５μｍとするアンドープでｎ形の窒化ガリウム
・インジウム層の一般的なホール（Ｈａｌｌ）効果法で
測定されるキャリア濃度は約２×１０18ｃｍ-3であっ
た。
【０１０２】上記の通り水素を含まない成長環境下で成
膜した、インジウム組成を一定とする単一層からなる中
間層１０４上には、これまた、アンドープ窒化ガリウム
・インジウムから層厚を７．５ｎｍとする発光層１０２
を構成した。発光層１０２のインジウム組成は０．１０
（１０％）となるように、上記のガリウム源及びインジ
ウム源の反応炉への供給比率、所謂III 族の供給比率を
調整した。一般的な電解ＣＶ測定法により、発光層１０
２表面近傍のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ -3と計測
された。ガリウム源及びインジウム源の反応炉への供給
を中断して発光層１０２の形成を終えた後は、反応炉内
へのアルゴン及びアンモニアガスの供給を継続したまま
で、熱電対からの熱起電力信号を基に高周波コイルに印
荷する高周波電源からの電力量を自動的に調節して基板
１１０の温度を８７０℃から１０５０℃に昇温した。昇
温過程での不用意に緩やかな昇温に因るＧａ0.90Ｉｎ
0.10Ｎ発光層１０２の揮散を抑制する目的で８７０℃か
ら１０５０℃へは１．５分間で昇温した。
膜した、インジウム組成を一定とする単一層からなる中
間層１０４上には、これまた、アンドープ窒化ガリウム
・インジウムから層厚を７．５ｎｍとする発光層１０２
を構成した。発光層１０２のインジウム組成は０．１０
（１０％）となるように、上記のガリウム源及びインジ
ウム源の反応炉への供給比率、所謂III 族の供給比率を
調整した。一般的な電解ＣＶ測定法により、発光層１０
２表面近傍のキャリア濃度は約３×１０18ｃｍ -3と計測
された。ガリウム源及びインジウム源の反応炉への供給
を中断して発光層１０２の形成を終えた後は、反応炉内
へのアルゴン及びアンモニアガスの供給を継続したまま
で、熱電対からの熱起電力信号を基に高周波コイルに印
荷する高周波電源からの電力量を自動的に調節して基板
１１０の温度を８７０℃から１０５０℃に昇温した。昇
温過程での不用意に緩やかな昇温に因るＧａ0.90Ｉｎ
0.10Ｎ発光層１０２の揮散を抑制する目的で８７０℃か
ら１０５０℃へは１．５分間で昇温した。
【０１０３】基板１１０の温度が１０５０℃に到達した
後、アルゴン、アンモニア及び水素の流量をｎ形障壁層
１０１と同一とした。ガリウム源を含む随伴ガスに加
え、アルミニウム源の蒸気を随伴する水素ガスを添加し
た。また、マグネシウム源を含む水素ガスも添加した。
ガリウム源にはトリメチルガリウムを使用した。トリメ
チルガリウムを収容する３１６ステンレス鋼製バブラー
容器は電子式恒温槽により正確に０℃に保持した。バブ
リング用且つトリメチルガリウムの蒸気の随伴用の水素
ガスの流量は毎分３０ｃｃとした。アルミニウム源は、
緩衝層１１１の成膜時に使用したトリメチルアルミニウ
ムとした。アルミニウム源の供給量はアルミニウム組成
比を０．１とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶が得
られるように設定した。マグネシウムのドーピング源に
はビス−メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂ
ｉｓ−（ＣＨ3Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）を使用した。マグネシウ
ムドーピング源を収容するステンレス鋼製のシリンダー
容器は電子式恒温槽により４５℃の恒温に保持した。同
温度に保持して液化させたビス−メチルシクロペンタジ
エニルマグネシウム内にはバブリング用ガスとして電子
式質量流量計により流量を毎分２０ｃｃに精密に調整し
て制御された水素ガスを流通した。ガリウム源、及びマ
グネシウム源の蒸気を随伴する水素ガスの反応炉への供
給を５分間に亘り継続して、ｎ形発光層１０２に直接接
合をなす、層厚を０．２μｍとするマグネシウムをドー
ピングした窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ）層からなるｐ形障壁層１０３を成膜した。
後、アルゴン、アンモニア及び水素の流量をｎ形障壁層
１０１と同一とした。ガリウム源を含む随伴ガスに加
え、アルミニウム源の蒸気を随伴する水素ガスを添加し
た。また、マグネシウム源を含む水素ガスも添加した。
ガリウム源にはトリメチルガリウムを使用した。トリメ
チルガリウムを収容する３１６ステンレス鋼製バブラー
容器は電子式恒温槽により正確に０℃に保持した。バブ
リング用且つトリメチルガリウムの蒸気の随伴用の水素
ガスの流量は毎分３０ｃｃとした。アルミニウム源は、
緩衝層１１１の成膜時に使用したトリメチルアルミニウ
ムとした。アルミニウム源の供給量はアルミニウム組成
比を０．１とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶が得
られるように設定した。マグネシウムのドーピング源に
はビス−メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂ
ｉｓ−（ＣＨ3Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ）を使用した。マグネシウ
ムドーピング源を収容するステンレス鋼製のシリンダー
容器は電子式恒温槽により４５℃の恒温に保持した。同
温度に保持して液化させたビス−メチルシクロペンタジ
エニルマグネシウム内にはバブリング用ガスとして電子
式質量流量計により流量を毎分２０ｃｃに精密に調整し
て制御された水素ガスを流通した。ガリウム源、及びマ
グネシウム源の蒸気を随伴する水素ガスの反応炉への供
給を５分間に亘り継続して、ｎ形発光層１０２に直接接
合をなす、層厚を０．２μｍとするマグネシウムをドー
ピングした窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ）層からなるｐ形障壁層１０３を成膜した。
【０１０４】アルミニウム源の蒸気を随伴する水素ガス
の供給を遮断して、ｐ形障壁層１０３の成膜を終了し
た。引き続き、基板１１０の温度を１０５０℃に維持
し、アンモニア、ガリウム源及びマグネシウム源の供給
流量を不変としたままで、窒化アルミニウム・ガリウム
混晶から成るｐ形障壁層１０３上に最表層１１２を堆積
した。最表層１１２の成長時には、ジエチル亜鉛（（Ｃ
2 Ｈ5）2Ｚｎ）を含むガスを亜鉛（元素記号：Ｚｎ）の
ドーピング源として添加した。亜鉛のドーピング源に
は、体積濃度にして１００ｐｐｍのジエチル亜鉛を含む
高純度水素ガスを使用した。原料ガス並びにドーピング
ガスの供給を３分間に亘り継続して、層厚を０．１μｍ
とするマグネシウム及び亜鉛を共にドーピングした窒化
ガリウムからなる最表層１１２となした。最表層１１２
の成膜はガリウム源の反応炉内への流通を停止すること
をもって終了した。同時にマグネシウム及び亜鉛のドー
ピングガス及び水素ガスの反応炉内への供給も停止し
た。
の供給を遮断して、ｐ形障壁層１０３の成膜を終了し
た。引き続き、基板１１０の温度を１０５０℃に維持
し、アンモニア、ガリウム源及びマグネシウム源の供給
流量を不変としたままで、窒化アルミニウム・ガリウム
混晶から成るｐ形障壁層１０３上に最表層１１２を堆積
した。最表層１１２の成長時には、ジエチル亜鉛（（Ｃ
2 Ｈ5）2Ｚｎ）を含むガスを亜鉛（元素記号：Ｚｎ）の
ドーピング源として添加した。亜鉛のドーピング源に
は、体積濃度にして１００ｐｐｍのジエチル亜鉛を含む
高純度水素ガスを使用した。原料ガス並びにドーピング
ガスの供給を３分間に亘り継続して、層厚を０．１μｍ
とするマグネシウム及び亜鉛を共にドーピングした窒化
ガリウムからなる最表層１１２となした。最表層１１２
の成膜はガリウム源の反応炉内への流通を停止すること
をもって終了した。同時にマグネシウム及び亜鉛のドー
ピングガス及び水素ガスの反応炉内への供給も停止し
た。
【０１０５】以上の成長操作をもって、窒化ガリウム
（ＧａＮ）からなるｎ形障壁層１０１と、アンドープの
Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎからなるｎ形の中間層１０４と、ア
ンドープのＧａ0.90Ｉｎ0.10Ｎからなるｎ形の発光層１
０２と、ｐ形Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎからなるｐ形障壁層１
０３とからなる発光部を備えたＬＥＤ用途の積層構造体
１００を形成した。
（ＧａＮ）からなるｎ形障壁層１０１と、アンドープの
Ｇａ0.95Ｉｎ0.05Ｎからなるｎ形の中間層１０４と、ア
ンドープのＧａ0.90Ｉｎ0.10Ｎからなるｎ形の発光層１
０２と、ｐ形Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎからなるｐ形障壁層１
０３とからなる発光部を備えたＬＥＤ用途の積層構造体
１００を形成した。
【０１０６】ｎ形中間層１０４とｎ形発光層１０２の室
温での禁止帯幅の差異が約０．１１ｅＶであることか
ら、伝導帯側のバンドオフセットは約０．１ｅＶ以下
で、ｎ形発光層１０２とｐ形障壁層１０３のそれは、α
を窒化アルミニウム／窒化インジウムヘテロ接合系にお
ける０．７４とすれば、約０．３８ｅＶである。
温での禁止帯幅の差異が約０．１１ｅＶであることか
ら、伝導帯側のバンドオフセットは約０．１ｅＶ以下
で、ｎ形発光層１０２とｐ形障壁層１０３のそれは、α
を窒化アルミニウム／窒化インジウムヘテロ接合系にお
ける０．７４とすれば、約０．３８ｅＶである。
【０１０７】上記の積層構造体１００を母体材料として
ＬＥＤを作製した。図８はＬＥＤの断面構造を模式的に
示す図で図９のＡ−Ａ断面であり、図９はＬＥＤの平面
模式図である。図８、図９に示すＬＥＤ１５０を以下に
記す手順で作製した。
ＬＥＤを作製した。図８はＬＥＤの断面構造を模式的に
示す図で図９のＡ−Ａ断面であり、図９はＬＥＤの平面
模式図である。図８、図９に示すＬＥＤ１５０を以下に
記す手順で作製した。
【０１０８】積層構造体１００において、ｎ形電極（負
電極）１２１を形成する予定領域に在るｎ形障壁層１０
１上の中間層１０４、発光層１０２、ｐ形障壁層１０
３、及び最表層１１２を、アルゴン−メタン（ＣＨ4 ）
−水素混合ガスを使用するマイクロ波プラズマエッチン
グ技術により除去した。このエッチングは、ｎ形障壁層
１０１の表層部を約１００ｎｍ除去するに至る迄継続し
た。然る後、エッチングにより露呈した窒化ガリウムか
らなるｎ形障壁障層１０１の表面に、透光性、透過性の
電極を付帯しないパッド電極１２１を形成した。パッド
電極１２１はアルミニウム（Ａｌ）単体から構成した。
電極）１２１を形成する予定領域に在るｎ形障壁層１０
１上の中間層１０４、発光層１０２、ｐ形障壁層１０
３、及び最表層１１２を、アルゴン−メタン（ＣＨ4 ）
−水素混合ガスを使用するマイクロ波プラズマエッチン
グ技術により除去した。このエッチングは、ｎ形障壁層
１０１の表層部を約１００ｎｍ除去するに至る迄継続し
た。然る後、エッチングにより露呈した窒化ガリウムか
らなるｎ形障壁障層１０１の表面に、透光性、透過性の
電極を付帯しないパッド電極１２１を形成した。パッド
電極１２１はアルミニウム（Ａｌ）単体から構成した。
【０１０９】一方、最表層１１２上には、金・ベリリウ
ム（Ａｕ・Ｂｅ）合金と金（Ａｕ）との重層からなるパ
ッド電極１２２と、全体の膜厚を約２００ｎｍとする遷
移金属の酸化物を含む透過性（透光性）電極１２３を被
着した。透過性電極１２３は、図９に示すように、上記
のエッチングによりメサ型に残存させたｐ形最表層１１
２のほぼ全域に形成した。透過性電極１２３の表面上に
直接、パッド電極を形成する方法もあるが、本実施例で
は透過性電極１２３の表層を形成する金属酸化物膜のみ
を選択的除去して、残存させた下層の金（Ａｕ）薄膜電
極上にパッド電極１２２を形成した。
ム（Ａｕ・Ｂｅ）合金と金（Ａｕ）との重層からなるパ
ッド電極１２２と、全体の膜厚を約２００ｎｍとする遷
移金属の酸化物を含む透過性（透光性）電極１２３を被
着した。透過性電極１２３は、図９に示すように、上記
のエッチングによりメサ型に残存させたｐ形最表層１１
２のほぼ全域に形成した。透過性電極１２３の表面上に
直接、パッド電極を形成する方法もあるが、本実施例で
は透過性電極１２３の表層を形成する金属酸化物膜のみ
を選択的除去して、残存させた下層の金（Ａｕ）薄膜電
極上にパッド電極１２２を形成した。
【０１１０】上記手順で作製したＬＥＤ１５０におい
て、隣接する電極１２１及び１２２間に２０ミリアンペ
ア（ｍＡ）の順方向電流を通流して直流電圧を印加し、
一般の積分球を利用して発光出力を測定した。また、通
常のフォトルミネッセンス測光装置に付属する分光器を
利用して主たる発光スペクトルの発光波長並びに半値幅
を測定した。その他、２０ｍＡの順方向電流の流通時に
おける順方向電圧、漏れ電流値を１０マイクロアンペア
（μＡ）と規定した際の逆方向電圧等を測定した。その
測定結果を、以下に述べる他の各実施例におけるＬＥＤ
の測定結果とともに、表１に纏める。この表１について
は後述する。
て、隣接する電極１２１及び１２２間に２０ミリアンペ
ア（ｍＡ）の順方向電流を通流して直流電圧を印加し、
一般の積分球を利用して発光出力を測定した。また、通
常のフォトルミネッセンス測光装置に付属する分光器を
利用して主たる発光スペクトルの発光波長並びに半値幅
を測定した。その他、２０ｍＡの順方向電流の流通時に
おける順方向電圧、漏れ電流値を１０マイクロアンペア
（μＡ）と規定した際の逆方向電圧等を測定した。その
測定結果を、以下に述べる他の各実施例におけるＬＥＤ
の測定結果とともに、表１に纏める。この表１について
は後述する。
【表１】
【０１１１】（第２実施例）図１０は第２実施例での積
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
一定の組成（単一の組成）を有する中間層と、多相構造
の発光層とを具備したIII 族窒化物半導体ＬＥＤを作製
する。図において、上記第１実施例の積層構造体１００
（図７）と同一の構成要素には、同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
一定の組成（単一の組成）を有する中間層と、多相構造
の発光層とを具備したIII 族窒化物半導体ＬＥＤを作製
する。図において、上記第１実施例の積層構造体１００
（図７）と同一の構成要素には、同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
【０１１２】この実施例での積層構造体２００は、第１
実施例の条件で形成したｎ形障壁層１０１上に、常圧Ｍ
ＯＣＶＤ法によりインジウム組成比を３％（０．０３）
とする珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の窒化ガリウ
ム・インジウム（Ｇａ0.97Ｉｎ0.03Ｎ）からなる中間層
２０４を成膜した。この中間層２０４の層厚は０．２μ
ｍで、キャリア濃度は約４×１０18ｃｍ-3とした。
実施例の条件で形成したｎ形障壁層１０１上に、常圧Ｍ
ＯＣＶＤ法によりインジウム組成比を３％（０．０３）
とする珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の窒化ガリウ
ム・インジウム（Ｇａ0.97Ｉｎ0.03Ｎ）からなる中間層
２０４を成膜した。この中間層２０４の層厚は０．２μ
ｍで、キャリア濃度は約４×１０18ｃｍ-3とした。
【０１１３】中間層２０４上には、インジウム組成比を
６％（０．０６）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇ
ａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）を主体相とし、主体相とのインジウ
ム組成比の相違を最大で約２倍とする微結晶体の呈をな
す従属相を含む多相構造からなる、層厚を約６ｎｍとす
るアンドープｎ形発光層２０２を堆積した。この多相構
造からなるｎ形発光層２０２上には、実施例１と同じ
く、ｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ）からなるｐ形障壁層１０３及びｐ形の窒化ガ
リウム（ＧａＮ）からなる最表層１１２を順次堆積し
た。
６％（０．０６）とする窒化ガリウム・インジウム（Ｇ
ａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）を主体相とし、主体相とのインジウ
ム組成比の相違を最大で約２倍とする微結晶体の呈をな
す従属相を含む多相構造からなる、層厚を約６ｎｍとす
るアンドープｎ形発光層２０２を堆積した。この多相構
造からなるｎ形発光層２０２上には、実施例１と同じ
く、ｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ）からなるｐ形障壁層１０３及びｐ形の窒化ガ
リウム（ＧａＮ）からなる最表層１１２を順次堆積し
た。
【０１１４】また、上記の多相構造の発光層２０２とな
るように、成膜条件は予め把握しておいた。即ち、発光
層２０２の成膜条件及び、それ以降の積層条件を次のよ
うに設定した。 （１）インジウム原料：結合価を一価とするシクロペン
タジエニルインジウム（（Ｃ5Ｈ5Ｉｎ（Ｉ）） （２）成長温度＝８９０℃ （３）Ｖ／III 比＝８０００ （４）８９０℃より次層の成膜温度１０５０℃に至る際
の昇温速度＝約１１０℃／分 （５）次層（ｐ形障壁層）の成膜時間＝５分間 （６）ｐ形障壁層上への最表層の成膜時間＝３分間、従
って、高温成長温度での合計の滞在時間（成膜時間）＝
８分間 （７）成膜温度（１０５０℃）から９５０℃への冷却速
度＝５０℃／分 （８）９５０℃から６５０℃への冷却速度＝１５℃／分 尚、６５０℃からは、反応炉の外壁に冷気を送風して強
制的に室温近傍の温度迄、冷却した。
るように、成膜条件は予め把握しておいた。即ち、発光
層２０２の成膜条件及び、それ以降の積層条件を次のよ
うに設定した。 （１）インジウム原料：結合価を一価とするシクロペン
タジエニルインジウム（（Ｃ5Ｈ5Ｉｎ（Ｉ）） （２）成長温度＝８９０℃ （３）Ｖ／III 比＝８０００ （４）８９０℃より次層の成膜温度１０５０℃に至る際
の昇温速度＝約１１０℃／分 （５）次層（ｐ形障壁層）の成膜時間＝５分間 （６）ｐ形障壁層上への最表層の成膜時間＝３分間、従
って、高温成長温度での合計の滞在時間（成膜時間）＝
８分間 （７）成膜温度（１０５０℃）から９５０℃への冷却速
度＝５０℃／分 （８）９５０℃から６５０℃への冷却速度＝１５℃／分 尚、６５０℃からは、反応炉の外壁に冷気を送風して強
制的に室温近傍の温度迄、冷却した。
【０１１５】この条件下において、別途、ｎ形窒化ガリ
ウム単結晶層上に堆積した、層厚を約０．６μｍと比較
的厚くした窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ
0.06Ｎ）を主体相とする窒化ガリウム・インジウム層
（発光層２０２の層厚を大としたものに相当する）のキ
ャリア濃度は、Ｈａｌｌ効果法により約２×１０18ｃｍ
-3と測定された。
ウム単結晶層上に堆積した、層厚を約０．６μｍと比較
的厚くした窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ0.94Ｉｎ
0.06Ｎ）を主体相とする窒化ガリウム・インジウム層
（発光層２０２の層厚を大としたものに相当する）のキ
ャリア濃度は、Ｈａｌｌ効果法により約２×１０18ｃｍ
-3と測定された。
【０１１６】以上の操作をもって、多相構造の発光層２
０２の主体相（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）との室温での禁止
帯幅の差異を約０．１０ｅＶとし、伝導帯のバンドオフ
セットを表すαは本文中に記載の通り１以下（α≦１）
であるから当然、伝導帯側のバンドオフセットを約０．
１０ｅＶ以下とする、発光層２０２との直接接合をなす
Ｇａ0.97Ｉｎ0.03Ｎ中間層２０４を備えたＤＨ構造の発
光部を含む積層構造体２００を形成した。この積層構造
体２００の特徴は、ｎ形発光層２０２とｎ形中間層２０
４との伝導帯側のバンドオフセットが室温における電子
の熱運動エネルギ（約０．２６ｅＶ）に比し格段に小さ
いが故に、擬次的にホモ接合と見なせるｎ形発光層２０
２とｎ形中間層２０４との接合を含むＤＨ構造からなる
発光部を備えていることにある。
０２の主体相（Ｇａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ）との室温での禁止
帯幅の差異を約０．１０ｅＶとし、伝導帯のバンドオフ
セットを表すαは本文中に記載の通り１以下（α≦１）
であるから当然、伝導帯側のバンドオフセットを約０．
１０ｅＶ以下とする、発光層２０２との直接接合をなす
Ｇａ0.97Ｉｎ0.03Ｎ中間層２０４を備えたＤＨ構造の発
光部を含む積層構造体２００を形成した。この積層構造
体２００の特徴は、ｎ形発光層２０２とｎ形中間層２０
４との伝導帯側のバンドオフセットが室温における電子
の熱運動エネルギ（約０．２６ｅＶ）に比し格段に小さ
いが故に、擬次的にホモ接合と見なせるｎ形発光層２０
２とｎ形中間層２０４との接合を含むＤＨ構造からなる
発光部を備えていることにある。
【０１１７】この積層構造体２００から、上記第１実施
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
【０１１８】（第３実施例）図１１は第３実施例での積
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
上記第２実施例と同様に、一定の組成（単一の組成）を
有する中間層と、多相構造の発光層とを具備したIII 族
窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上記第１
実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成要素に
は、同一の符号を付してその説明を省略する。
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
上記第２実施例と同様に、一定の組成（単一の組成）を
有する中間層と、多相構造の発光層とを具備したIII 族
窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上記第１
実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成要素に
は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１９】この実施例での積層構造体３００は、キャ
リア濃度を約１×１０18ｃｍ-3とするｎ形の発光層３０
２（層厚１０ｎｍ）を、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体
相とし、その主体相よりもインジウム濃度を大とする結
晶体を従属相とする多相構造とした関係上、中間層３０
４を珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の窒化ガリウム
（ＧａＮ）ＭＯＣＶＤ成長層から構成した。層厚を約
０．５μｍとするｎ形中間層３０４の成膜時には、キャ
リア濃度が約１×１０18ｃｍ-3となるように、第１実施
例に記載のジシランガスのドーピング流量を調整した。
リア濃度を約１×１０18ｃｍ-3とするｎ形の発光層３０
２（層厚１０ｎｍ）を、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主体
相とし、その主体相よりもインジウム濃度を大とする結
晶体を従属相とする多相構造とした関係上、中間層３０
４を珪素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ形の窒化ガリウム
（ＧａＮ）ＭＯＣＶＤ成長層から構成した。層厚を約
０．５μｍとするｎ形中間層３０４の成膜時には、キャ
リア濃度が約１×１０18ｃｍ-3となるように、第１実施
例に記載のジシランガスのドーピング流量を調整した。
【０１２０】窒化ガリウムを主体相とする多相構造の発
光層３０２は、第２実施例に記載の発光層２０２の上記
成長条件にあって、（１）発光層の成膜温度（８９０
℃）より次層のｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ）から成るｐ形障壁層１０３の成
膜温度である１０５０℃に昇温する速度を、約６０℃／
分に低下させ、（２）１０５０℃におけるｐ形障壁層１
０３、及びｐ形窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る最表層
１１２の合計の成膜時間を１５分間に変更して成膜し
た。ｐ形障壁層１０３の成膜時間を８分間に、また最表
層１１２の成膜時間を７分間に各々延長したが、帰結さ
れる各層の層厚は第１実施例に記載の通りとなるよう
に、各層１０３，１１２の成長速度をIII 族元素原料の
反応炉内への供給量を変化させて調整した。これによ
り、ｎ形の多相構造発光層３０２を構成する主体相と同
一の物質から構成したｎ形の中間層３０４を含む発光部
を備えたＬＥＤ用途の積層構造体３００を形成した。即
ち、この積層構造体３００の発光部は、ｎ形発光層３０
２とｎ形中間層３０４と同一の物質から構成されるが故
に、ｎ形発光層３０２とｎ形中間層３０４との接合界面
３０６では少なくともホモ接合をなす接合形態を含むも
のである。
光層３０２は、第２実施例に記載の発光層２０２の上記
成長条件にあって、（１）発光層の成膜温度（８９０
℃）より次層のｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ）から成るｐ形障壁層１０３の成
膜温度である１０５０℃に昇温する速度を、約６０℃／
分に低下させ、（２）１０５０℃におけるｐ形障壁層１
０３、及びｐ形窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る最表層
１１２の合計の成膜時間を１５分間に変更して成膜し
た。ｐ形障壁層１０３の成膜時間を８分間に、また最表
層１１２の成膜時間を７分間に各々延長したが、帰結さ
れる各層の層厚は第１実施例に記載の通りとなるよう
に、各層１０３，１１２の成長速度をIII 族元素原料の
反応炉内への供給量を変化させて調整した。これによ
り、ｎ形の多相構造発光層３０２を構成する主体相と同
一の物質から構成したｎ形の中間層３０４を含む発光部
を備えたＬＥＤ用途の積層構造体３００を形成した。即
ち、この積層構造体３００の発光部は、ｎ形発光層３０
２とｎ形中間層３０４と同一の物質から構成されるが故
に、ｎ形発光層３０２とｎ形中間層３０４との接合界面
３０６では少なくともホモ接合をなす接合形態を含むも
のである。
【０１２１】積層構造体３００から短冊状の切片を採
り、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した断面ＴＥＭ
技法により、発光層３０２の内部組織を調査した。断面
ＴＥＭ技法による観察に当たり、切片をアルゴンを使用
するスパッタリングで薄層とした。加速電圧を２００キ
ロボルト（ＫＶ）として撮像した断面ＴＥＭ像を模式的
に図１２に示す。インジウムの凝集に起因して発達した
と推定されるインジウムを含有する結晶体が従属相Ｔ１
としてｎ形発光層３０２の内部に認められた。これよ
り、発光層３０２は主体相Ｓ１と従属相Ｔ１との多相構
造からなるものと判断された。
り、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した断面ＴＥＭ
技法により、発光層３０２の内部組織を調査した。断面
ＴＥＭ技法による観察に当たり、切片をアルゴンを使用
するスパッタリングで薄層とした。加速電圧を２００キ
ロボルト（ＫＶ）として撮像した断面ＴＥＭ像を模式的
に図１２に示す。インジウムの凝集に起因して発達した
と推定されるインジウムを含有する結晶体が従属相Ｔ１
としてｎ形発光層３０２の内部に認められた。これよ
り、発光層３０２は主体相Ｓ１と従属相Ｔ１との多相構
造からなるものと判断された。
【０１２２】従属相Ｔ１たる結晶体の中には、ｎ形の窒
化ガリウムからなる中間層３０４と発光層３０２との接
合界面３０６上に存在するものも認められたが、その接
合界面３０６近傍の領域には、主体相Ｓ１が支配的に存
在した。発光層３０２の層厚を比較的薄く設定したせい
か、結晶体（従属相Ｔ１）の多くは発光層３０２内部に
密度的にほぼ均等に分布していた。形状を約１０ｎｍ程
度と比較的大とする従属相Ｔ１を選択して、主体相Ｓ１
とのインジウム含有濃度の相違をＴＥＭに付属するＥＰ
ＭＡ機器で分析したところ、結晶体Ｔ１に含まれるイン
ジウム濃度は主体相Ｓ１に比べて総じて大であり、結晶
体Ｔ１間においてもインジウム濃度に相違が認められ
た。主体相Ｓ１からのインジウム特性Ｘ線の強度はＳ／
Ｎ比が極端に悪く検出が不可能であった。インジウム特
性Ｘ線が明瞭に検出されなかったことから、主体相Ｓ１
は窒化ガリウムであると判断された。これにより、中間
層３０４と多相構造発光層３０２をなす主体相Ｓ１と
は、同一の窒化ガリウムから構成されるものと認められ
た。
化ガリウムからなる中間層３０４と発光層３０２との接
合界面３０６上に存在するものも認められたが、その接
合界面３０６近傍の領域には、主体相Ｓ１が支配的に存
在した。発光層３０２の層厚を比較的薄く設定したせい
か、結晶体（従属相Ｔ１）の多くは発光層３０２内部に
密度的にほぼ均等に分布していた。形状を約１０ｎｍ程
度と比較的大とする従属相Ｔ１を選択して、主体相Ｓ１
とのインジウム含有濃度の相違をＴＥＭに付属するＥＰ
ＭＡ機器で分析したところ、結晶体Ｔ１に含まれるイン
ジウム濃度は主体相Ｓ１に比べて総じて大であり、結晶
体Ｔ１間においてもインジウム濃度に相違が認められ
た。主体相Ｓ１からのインジウム特性Ｘ線の強度はＳ／
Ｎ比が極端に悪く検出が不可能であった。インジウム特
性Ｘ線が明瞭に検出されなかったことから、主体相Ｓ１
は窒化ガリウムであると判断された。これにより、中間
層３０４と多相構造発光層３０２をなす主体相Ｓ１と
は、同一の窒化ガリウムから構成されるものと認められ
た。
【０１２３】この積層構造体３００から、上記第１実施
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
【０１２４】（第４実施例）図１３は第４実施例での積
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
バンドオフセットが２段階に変化する中間層を具備した
III 族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上
記第１実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成
要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
バンドオフセットが２段階に変化する中間層を具備した
III 族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上
記第１実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成
要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２５】この実施例での積層構造体４００では、第
１実施例に記載のｎ形窒化ガリウムからなるｎ形障壁層
１０１とｎ形のアンドープ窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ 0.90Ｉｎ0.10Ｎ）発光層１０２との中間に、２層
からなる中間層４０４を配置する構成とした。中間層４
０４を構成する２層４０４ａ，４０４ｂは、何れも窒化
ガリウム・インジウム（ＧａxＩｎ1-xＮ：０≦ｘ≦１）
から構成した。ｎ形障壁層１０１を成す窒化ガリウムの
室温での禁止帯幅が３．４ｅＶで、発光層１０２を成
す、インジウム組成比を０．１０とする窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0. 90Ｉｎ0.10Ｎ）のそれが約３．１ｅ
Ｖであることを考慮して、両者の間の禁止帯幅を有する
窒化ガリウム・インジウムから構成した。
１実施例に記載のｎ形窒化ガリウムからなるｎ形障壁層
１０１とｎ形のアンドープ窒化ガリウム・インジウム
（Ｇａ 0.90Ｉｎ0.10Ｎ）発光層１０２との中間に、２層
からなる中間層４０４を配置する構成とした。中間層４
０４を構成する２層４０４ａ，４０４ｂは、何れも窒化
ガリウム・インジウム（ＧａxＩｎ1-xＮ：０≦ｘ≦１）
から構成した。ｎ形障壁層１０１を成す窒化ガリウムの
室温での禁止帯幅が３．４ｅＶで、発光層１０２を成
す、インジウム組成比を０．１０とする窒化ガリウム・
インジウム（Ｇａ0. 90Ｉｎ0.10Ｎ）のそれが約３．１ｅ
Ｖであることを考慮して、両者の間の禁止帯幅を有する
窒化ガリウム・インジウムから構成した。
【０１２６】図１４は第４実施例の積層構造体における
発光部でのバンド構成を示す図である。この図に示すバ
ンド構成Ｍ４は、下記のようにして実現した。すなわ
ち、発光層１０２に接合する中間層構成層４０４ｂは、
インジウム組成比を０．０７とするアンドープのｎ形Ｇ
ａ0.93Ｉｎ0.07Ｎから構成した。室温での禁止帯幅を約
３．１ｅＶとする発光層１０２と、中間層構成層４０４
ｂとの室温での禁止帯幅の差異は約０．１ｅＶである。
一方の中間層構成層４０４ａは、室温での禁止帯幅を約
３．３ｅＶとするインジウム組成比が０．０４でアンド
ープｎ形のＧａ0. 96Ｉｎ0.04Ｎから構成した。中間層構
成層４０４ａと中間層構成層４０４ｂとの間の禁止帯幅
の差異は、やはり約０．１ｅＶであった。中間層構成層
４０４ａとｎ形障壁層（ＧａＮ）１０１との禁止帯幅の
差異も約０．１ｅＶである。窒化ガリウム／窒化インジ
ウムヘテロ接合系におけるαが６９％（０．６９）であ
ることから（本文参照）、中間層４０４における伝導帯
側の階段状の各バンドオフセットは、約０．０７ｅＶと
計算される。
発光部でのバンド構成を示す図である。この図に示すバ
ンド構成Ｍ４は、下記のようにして実現した。すなわ
ち、発光層１０２に接合する中間層構成層４０４ｂは、
インジウム組成比を０．０７とするアンドープのｎ形Ｇ
ａ0.93Ｉｎ0.07Ｎから構成した。室温での禁止帯幅を約
３．１ｅＶとする発光層１０２と、中間層構成層４０４
ｂとの室温での禁止帯幅の差異は約０．１ｅＶである。
一方の中間層構成層４０４ａは、室温での禁止帯幅を約
３．３ｅＶとするインジウム組成比が０．０４でアンド
ープｎ形のＧａ0. 96Ｉｎ0.04Ｎから構成した。中間層構
成層４０４ａと中間層構成層４０４ｂとの間の禁止帯幅
の差異は、やはり約０．１ｅＶであった。中間層構成層
４０４ａとｎ形障壁層（ＧａＮ）１０１との禁止帯幅の
差異も約０．１ｅＶである。窒化ガリウム／窒化インジ
ウムヘテロ接合系におけるαが６９％（０．６９）であ
ることから（本文参照）、中間層４０４における伝導帯
側の階段状の各バンドオフセットは、約０．０７ｅＶと
計算される。
【０１２７】中間層構成層４０４ａ、４０４ｂの各キャ
リア濃度は約２〜３×１０18ｃｍ-3とし、層厚は各々、
５０ｎｍとしたため、中間層４０４の合計の層厚は１０
０ｎｍとなった。
リア濃度は約２〜３×１０18ｃｍ-3とし、層厚は各々、
５０ｎｍとしたため、中間層４０４の合計の層厚は１０
０ｎｍとなった。
【０１２８】この積層構造体４００から、上記第１実施
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
【０１２９】（第５実施例）図１５は第５実施例での積
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
バンドオフセットが滑らかに変化する中間層を具備した
III 族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上
記第１実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成
要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
層構造体の断面構造を示す図である。この実施例では、
バンドオフセットが滑らかに変化する中間層を具備した
III 族窒化物半導体ＬＥＤを作製する。図において、上
記第１実施例の積層構造体１００（図７）と同一の構成
要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１３０】この実施例での積層構造体５００では、中
間層５０４を、発光層１０２側からｎ形障壁層１０１方
向への禁止帯幅の円滑な増加をもたらす組成勾配層とし
ている。この発明に係わる組成勾配層とは、インジウム
組成に勾配を付与するが故に、禁止帯幅の円滑な変化を
もたらす層である。このインジウム組成に勾配を有する
アンドープでｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ
1-xＩｎxＮ）からなる中間層５０４は、第１実施例に記
載したと同様のｎ形障壁層１０１上に、８７０℃で設け
た。ｎ形障壁層１０１との接合界面５０５におけるイン
ジウム組成比ｘは０とし、発光層１０２との接合界面５
０６に向けてインジウム組成比ｘを漸次、０．１０に増
加させた。インジウム組成比ｘの発光層１０２側への漸
増は、ＭＯＣＶＤ反応炉内への、インジウム原料とした
トリメチルインジウムを随伴する水素ガスの供給量を、
毎分０ｃｃから毎分２５．２ｃｃへ１５分間に亘り経時
的に増加させることをもって行った。１５分間に亘る成
膜により、層厚を１０ｎｍとするインジウム組成に勾配
を有する組成勾配層（中間層）５０４を形成した。これ
により、積層構造体５００を形成した。この積層構造体
５００におけるｎ形中間層５０４は、図１６のバンド構
成Ｍ５に示すように、ｎ形障壁層１０１から発光層１０
２に向けて、その伝導帯端のエネルギＭ504 を徐々に且
つ円滑に減少させており、曲折を付せずに滑らかに変化
するバンド構成を実現している。
間層５０４を、発光層１０２側からｎ形障壁層１０１方
向への禁止帯幅の円滑な増加をもたらす組成勾配層とし
ている。この発明に係わる組成勾配層とは、インジウム
組成に勾配を付与するが故に、禁止帯幅の円滑な変化を
もたらす層である。このインジウム組成に勾配を有する
アンドープでｎ形の窒化ガリウム・インジウム（Ｇａ
1-xＩｎxＮ）からなる中間層５０４は、第１実施例に記
載したと同様のｎ形障壁層１０１上に、８７０℃で設け
た。ｎ形障壁層１０１との接合界面５０５におけるイン
ジウム組成比ｘは０とし、発光層１０２との接合界面５
０６に向けてインジウム組成比ｘを漸次、０．１０に増
加させた。インジウム組成比ｘの発光層１０２側への漸
増は、ＭＯＣＶＤ反応炉内への、インジウム原料とした
トリメチルインジウムを随伴する水素ガスの供給量を、
毎分０ｃｃから毎分２５．２ｃｃへ１５分間に亘り経時
的に増加させることをもって行った。１５分間に亘る成
膜により、層厚を１０ｎｍとするインジウム組成に勾配
を有する組成勾配層（中間層）５０４を形成した。これ
により、積層構造体５００を形成した。この積層構造体
５００におけるｎ形中間層５０４は、図１６のバンド構
成Ｍ５に示すように、ｎ形障壁層１０１から発光層１０
２に向けて、その伝導帯端のエネルギＭ504 を徐々に且
つ円滑に減少させており、曲折を付せずに滑らかに変化
するバンド構成を実現している。
【０１３１】この積層構造体５００から、上記第１実施
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
例と同様の手順でＬＥＤを作製し、その諸特性を測定し
た。その測定結果は上記の表１に記載した通りであっ
た。
【０１３２】表１に掲載する測定値について考察する
と、中間層１０４，２０４，３０４，４０４，５０４の
構成によって発光出力及び発光波長に格別顕著な相違は
生じていない結果となっている。しかし、発光出力は１
６〜１８μＷであり、従来の単一量子井戸構造のそれが
約１１μＷ〜約１５μＷであることに比較すれば、総じ
て高出力化がもたらされている。
と、中間層１０４，２０４，３０４，４０４，５０４の
構成によって発光出力及び発光波長に格別顕著な相違は
生じていない結果となっている。しかし、発光出力は１
６〜１８μＷであり、従来の単一量子井戸構造のそれが
約１１μＷ〜約１５μＷであることに比較すれば、総じ
て高出力化がもたらされている。
【０１３３】また、主たる発光波長の半値幅１３〜１５
ｎｍは、従来の単純なＤＨ構造を備えたＬＥＤの約５０
〜約７５ｎｍ程度の半値幅に比較すれば格段の改善が達
成されており、従来の矩形（方形）ポテンシャル井戸構
造の量子井戸構造を有する発光部を備えたＬＥＤのそれ
と同等或いはそれより若干、優れたものとなっている。
即ち、この結果は、発光部の内部構成を、対称型の矩形
ポテンシャル井戸内に局在するキャリアの放射再結合を
意図して、敢えてポテンシャル井戸幅の精密制御に困難
を伴う従来の量子井戸構造とせずとも、本発明の提起す
る、一方の接合界面近傍の領域へのキャリアの蓄積、偏
在を促進する中間層の配置構造によって発光特性に優れ
るIII 族窒化物ＬＥＤが提供できることを示している。
ｎｍは、従来の単純なＤＨ構造を備えたＬＥＤの約５０
〜約７５ｎｍ程度の半値幅に比較すれば格段の改善が達
成されており、従来の矩形（方形）ポテンシャル井戸構
造の量子井戸構造を有する発光部を備えたＬＥＤのそれ
と同等或いはそれより若干、優れたものとなっている。
即ち、この結果は、発光部の内部構成を、対称型の矩形
ポテンシャル井戸内に局在するキャリアの放射再結合を
意図して、敢えてポテンシャル井戸幅の精密制御に困難
を伴う従来の量子井戸構造とせずとも、本発明の提起す
る、一方の接合界面近傍の領域へのキャリアの蓄積、偏
在を促進する中間層の配置構造によって発光特性に優れ
るIII 族窒化物ＬＥＤが提供できることを示している。
【０１３４】中間層の種類による電気的な特性上の差異
を探るに、第５実施例に記載のＬＥＤは、他のＬＥＤよ
りも順方向電圧が低いものとなっている。これは、組成
勾配を付与した中間層５０４により、ｎ形発光層１０２
とｎ形障壁層１０１との伝導帯側のバンド端の緩やかで
円滑な変化に起因するものと考慮される。一方、逆方向
電圧は総じて１５Ｖを越えるものとなったが、平均的に
云えば第５実施例のＬＥＤが若干低いものの約１８〜約
２５Ｖ程度のものも希に出現した。これも、ｎ形発光層
１０２からｎ形障壁層１０１へ向けての伝導帯側と同様
の緩やかなポテンシャルの変化が価電子帯側にも発生し
ているためと解釈される。
を探るに、第５実施例に記載のＬＥＤは、他のＬＥＤよ
りも順方向電圧が低いものとなっている。これは、組成
勾配を付与した中間層５０４により、ｎ形発光層１０２
とｎ形障壁層１０１との伝導帯側のバンド端の緩やかで
円滑な変化に起因するものと考慮される。一方、逆方向
電圧は総じて１５Ｖを越えるものとなったが、平均的に
云えば第５実施例のＬＥＤが若干低いものの約１８〜約
２５Ｖ程度のものも希に出現した。これも、ｎ形発光層
１０２からｎ形障壁層１０１へ向けての伝導帯側と同様
の緩やかなポテンシャルの変化が価電子帯側にも発生し
ているためと解釈される。
【０１３５】上記の説明では、積層構造体からＬＥＤ
（発光ダイオード）を形成するようにしたが、他の発光
素子、例えばＬＤ（レーザダイオード）を形成するよう
にしてもよい。
（発光ダイオード）を形成するようにしたが、他の発光
素子、例えばＬＤ（レーザダイオード）を形成するよう
にしてもよい。
【０１３６】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１に記載の発明では、ｎ形障壁層と発光層との中間
に、発光層との接合界面における伝導帯側のバンド不連
続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層を介在させた
ので、中間層は発光層とのバンドオフセットを実質的に
ホモ接合と見なせる程度に縮小させている。したがっ
て、この接合構成は、ｎ形障壁層側から供給されるキャ
リア（電子）が発光層のｎ形層側の接合界面に滞留しよ
うとするのを抑制し、そのキャリアを発光層に円滑に導
き入れるとともに、ｐ形障壁層との接合界面近傍の発光
層の内部の領域に選択的且つ効率的に蓄積させる作用を
有する。これらのキャリアはｐ形障壁層の正孔との間で
効率よく放射再結合するので、発光強度を増大させるこ
とができ、また優れた単色性を発揮させることができ
る。
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１に記載の発明では、ｎ形障壁層と発光層との中間
に、発光層との接合界面における伝導帯側のバンド不連
続性を０．２ｅＶ以下とするｎ形の中間層を介在させた
ので、中間層は発光層とのバンドオフセットを実質的に
ホモ接合と見なせる程度に縮小させている。したがっ
て、この接合構成は、ｎ形障壁層側から供給されるキャ
リア（電子）が発光層のｎ形層側の接合界面に滞留しよ
うとするのを抑制し、そのキャリアを発光層に円滑に導
き入れるとともに、ｐ形障壁層との接合界面近傍の発光
層の内部の領域に選択的且つ効率的に蓄積させる作用を
有する。これらのキャリアはｐ形障壁層の正孔との間で
効率よく放射再結合するので、発光強度を増大させるこ
とができ、また優れた単色性を発揮させることができ
る。
【０１３７】また、請求項２に記載の発明では、発光層
をインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成る
多相構造としたときは、中間層を、発光層との接合界面
における主体相との伝導帯側のバンド不連続性が０．２
ｅＶ以下となるように構成したので、接合界面に支配的
に現れる主体相を対象として中間層を構成することとな
り、発光層が多相構造の場合でも、中間層と発光層との
間の実質的なホモ接合化を確実に安定して実現させるこ
とができる。
をインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成る
多相構造としたときは、中間層を、発光層との接合界面
における主体相との伝導帯側のバンド不連続性が０．２
ｅＶ以下となるように構成したので、接合界面に支配的
に現れる主体相を対象として中間層を構成することとな
り、発光層が多相構造の場合でも、中間層と発光層との
間の実質的なホモ接合化を確実に安定して実現させるこ
とができる。
【０１３８】さらに、請求項３に記載の発明では、発光
層がインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成
る多相構造であるときは、中間層を、発光層との接合界
面側では主体相と同一もしくは近似した組成のIII 族窒
化物半導体から構成したので、たとえ接合界面に従属相
が存在していても、接合界面における主体相との伝導帯
側のバンドはほぼ平坦化し、その不連続性を確実に０．
２ｅＶ以下と成すことができ、中間層と発光層との実質
的なホモ接合化を確実なものとすることができる。
層がインジウム濃度を相違する主体相と従属相とから成
る多相構造であるときは、中間層を、発光層との接合界
面側では主体相と同一もしくは近似した組成のIII 族窒
化物半導体から構成したので、たとえ接合界面に従属相
が存在していても、接合界面における主体相との伝導帯
側のバンドはほぼ平坦化し、その不連続性を確実に０．
２ｅＶ以下と成すことができ、中間層と発光層との実質
的なホモ接合化を確実なものとすることができる。
【０１３９】請求項４に記載の発明では、中間層を複数
の中間層構成層を積層させて構成したので、発光層とｎ
形障壁層との伝導帯側のバンドオフセットを、ｎ形障壁
層から発光層に向けて段階的に減少させることができ、
したがって、ｎ形障壁層側から供給されるキャリア（電
子）を、ｎ形障壁層側の接合界面に滞留させることな
く、より円滑に発光層まで導き入れることができ、放射
再結合に寄与させることができる。また、このｎ形障壁
層から発光層に向けて段階的に減少させる伝導帯側のバ
ンドオフセットは、価電子帯側の段階的バンドオフセッ
トの創生に寄与でき、これにより正孔の発光層からｎ形
障壁層側への滲み出しを抑制するという利点を与えるこ
とができる。
の中間層構成層を積層させて構成したので、発光層とｎ
形障壁層との伝導帯側のバンドオフセットを、ｎ形障壁
層から発光層に向けて段階的に減少させることができ、
したがって、ｎ形障壁層側から供給されるキャリア（電
子）を、ｎ形障壁層側の接合界面に滞留させることな
く、より円滑に発光層まで導き入れることができ、放射
再結合に寄与させることができる。また、このｎ形障壁
層から発光層に向けて段階的に減少させる伝導帯側のバ
ンドオフセットは、価電子帯側の段階的バンドオフセッ
トの創生に寄与でき、これにより正孔の発光層からｎ形
障壁層側への滲み出しを抑制するという利点を与えるこ
とができる。
【０１４０】また、請求項５に記載の発明では、中間層
構成層を発光層側からｎ形障壁層側に向けて順次禁止帯
幅をより大とする材料から構成するようにしたので、例
えば中間層をインジウム含有III 族窒化物半導体で形成
する場合であれば、そのインジウム組成を段階的に変化
させればよく、したがって、ｎ形障壁層から発光層に向
けて段階的に減少させた伝導帯側のバンドオフセット
を、容易にかつ確実に実現することができる。
構成層を発光層側からｎ形障壁層側に向けて順次禁止帯
幅をより大とする材料から構成するようにしたので、例
えば中間層をインジウム含有III 族窒化物半導体で形成
する場合であれば、そのインジウム組成を段階的に変化
させればよく、したがって、ｎ形障壁層から発光層に向
けて段階的に減少させた伝導帯側のバンドオフセット
を、容易にかつ確実に実現することができる。
【０１４１】また、請求項６に記載の発明では、中間層
をインジウム含有III 族窒化物半導体で構成し、そのイ
ンジウム組成比（インジウム濃度）に勾配を付し、発光
層側からｎ形障壁層に向けて禁止帯幅を増加させるよう
にしたので、発光層側よりｎ形障壁層側に向けて曲折を
付せずにバンドオフセットを滑らかに変化させることが
でき、したがって、上記の階段状のバンドオフセットに
対して、さらに一層円滑にキャリアを発光層に向けて移
動させることが可能となる。
をインジウム含有III 族窒化物半導体で構成し、そのイ
ンジウム組成比（インジウム濃度）に勾配を付し、発光
層側からｎ形障壁層に向けて禁止帯幅を増加させるよう
にしたので、発光層側よりｎ形障壁層側に向けて曲折を
付せずにバンドオフセットを滑らかに変化させることが
でき、したがって、上記の階段状のバンドオフセットに
対して、さらに一層円滑にキャリアを発光層に向けて移
動させることが可能となる。
【図１】本発明のIII 族窒化物半導体発光素子における
発光部積層構造を概念的に示す図である。
発光部積層構造を概念的に示す図である。
【図２】本発明が意図するところの伝導帯側のバンド構
成を模式的に示す図である。
成を模式的に示す図である。
【図３】発光層を多相構造からなるインジウム含有III
族窒化物半導体で形成したときのバンド構成を示す図で
ある。
族窒化物半導体で形成したときのバンド構成を示す図で
ある。
【図４】発光層とｎ形障壁層との中間に、オフセット低
減層としての中間層を配置した場合の伝導帯側のバンド
構成の一例を示す概略図である。
減層としての中間層を配置した場合の伝導帯側のバンド
構成の一例を示す概略図である。
【図５】中間層を組成勾配層としたときの説明図であ
る。
る。
【図６】本発明による伝導帯側のバンド構成例を示す図
である。
である。
【図７】第１実施例での積層構造体の断面構造を示す図
である。
である。
【図８】ＬＥＤの断面構造を模式的に示す図で図９のＡ
−Ａ断面である。
−Ａ断面である。
【図９】ＬＥＤの平面模式図である。
【図１０】第２実施例での積層構造体の断面構造を示す
図である。
図である。
【図１１】第３実施例での積層構造体の断面構造を示す
図である。
図である。
【図１２】第３実施例での積層構造体における発光層の
断面ＴＥＭ像を模式的に示す図である。
断面ＴＥＭ像を模式的に示す図である。
【図１３】第４実施例での積層構造体の断面構造を示す
図である。
図である。
【図１４】第４実施例の積層構造体の発光部でのバンド
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１５】第５実施例での積層構造体の断面構造を示す
図である。
図である。
【図１６】第５実施例の積層構造体の発光部でのバンド
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１７】従来のＤＨ構造の発光部での対称型のバンド
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１８】従来のＤＨ構造の発光部での非対称型のバン
ド構成を示す図である。
ド構成を示す図である。
１０ III 族窒化物半導体発光素子の発光部 １ ｎ形障壁層 ２ 発光層 ３ ｐ形障壁層 ４，４ａ，４ｂ 中間層 ４１，４２，４３ 中間層構成層 ５ ｎ形障壁層と中間層との接合界面 ６ 中間層と発光層との接合界面 ７ 発光層とｐ形障壁層との接合界面 １００，２００，３００，４００，５００ 積層構造
体 １０１ ｎ形障壁層 １０２，２０２，３０２ 発光層 １０３ ｐ形障壁層 １０４，２０４，３０４，４０４，５０４ 中間層 １１０ 基板 １１１ 緩衝層 １１２ 最表層 １２１ パッド電極 １２２ パッド電極 １２３ 透過性電極 ４０４ａ，４０４ｂ 中間層構成層 ５０５ ｎ形障壁層と中間層との接合界面 ５０６ 中間層と発光層との接合界面 Ｄ０ 発光層とｎ形障壁層とのバンドオフセット Ｄ１ 発光層と中間層とのバンドオフセット Ｄ２ ｐ形障壁層と発光層とのバンドオフセット Ｄ１１ 主体相と中間層とのバンドオフセット Ｄ１１ａ 従属相と中間層とのバンドオフセット Ｄ１２ 発光層と中間層構成層とのバンドオフセット Ｍ，Ｍｐ，Ｍａ，Ｍｃ、Ｍ４，Ｍ５ バンド構成 Ｍ２ 発光層の伝導帯端のエネルギ Ｍ２−Ｓ 発光層内主体相の伝導帯端のエネルギ Ｍ２−Ｔ 発光層内従属相の伝導帯端のエネルギ Ｍ３ ｐ形障壁層の伝導帯端のエネルギ Ｍ４，Ｍ504 中間層の伝導帯端のエネルギ Ｓ，Ｓ１ 主体相 Ｔ，Ｔ１ 従属相 ｘ インジウム組成比
体 １０１ ｎ形障壁層 １０２，２０２，３０２ 発光層 １０３ ｐ形障壁層 １０４，２０４，３０４，４０４，５０４ 中間層 １１０ 基板 １１１ 緩衝層 １１２ 最表層 １２１ パッド電極 １２２ パッド電極 １２３ 透過性電極 ４０４ａ，４０４ｂ 中間層構成層 ５０５ ｎ形障壁層と中間層との接合界面 ５０６ 中間層と発光層との接合界面 Ｄ０ 発光層とｎ形障壁層とのバンドオフセット Ｄ１ 発光層と中間層とのバンドオフセット Ｄ２ ｐ形障壁層と発光層とのバンドオフセット Ｄ１１ 主体相と中間層とのバンドオフセット Ｄ１１ａ 従属相と中間層とのバンドオフセット Ｄ１２ 発光層と中間層構成層とのバンドオフセット Ｍ，Ｍｐ，Ｍａ，Ｍｃ、Ｍ４，Ｍ５ バンド構成 Ｍ２ 発光層の伝導帯端のエネルギ Ｍ２−Ｓ 発光層内主体相の伝導帯端のエネルギ Ｍ２−Ｔ 発光層内従属相の伝導帯端のエネルギ Ｍ３ ｐ形障壁層の伝導帯端のエネルギ Ｍ４，Ｍ504 中間層の伝導帯端のエネルギ Ｓ，Ｓ１ 主体相 Ｔ，Ｔ１ 従属相 ｘ インジウム組成比
Claims (6)
- 【請求項１】 インジウム含有III 族窒化物半導体から
成るｎ形の発光層を、III 族窒化物半導体から成るｎ形
障壁層とｐ形障壁層とで挟持して成り、発光層とｐ形障
壁層との伝導帯側のバンド不連続性を０．３エレクトロ
ンボルト（ｅＶ）以上とするダブルヘテロ接合構成の発
光部を備えたIII 族窒化物半導体発光素子において、 上記ｎ形障壁層と上記発光層との中間に、発光層との接
合界面における伝導帯側のバンド不連続性を０．２ｅＶ
以下とするｎ形の中間層を介在させた、 ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記発光層をインジウム濃度を相違する
主体相と従属相とから成る多相構造とし、 上記中間層を、発光層との接合界面における主体相との
伝導帯側のバンド不連続性が０．２ｅＶ以下となるよう
に構成した、 ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項３】 上記発光層をインジウム濃度を相違する
主体相と従属相とから成る多相構造とし、 上記中間層を、発光層との接合界面側では上記主体相と
同一もしくは近似した組成のIII 族窒化物半導体から構
成した、 ことを特徴とする請求項１または２に記載のIII 族窒化
物半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記中間層を複数の中間層構成層を積層
させて構成した、 ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のII
I 族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記中間層構成層を発光層側からｎ形障
壁層側に向けて順次禁止帯幅をより大とする材料から構
成した、 ことを特徴とする請求項４に記載のIII 族窒化物半導体
発光素子。 - 【請求項６】 上記中間層をインジウム含有III 族窒化
物半導体で構成し、そのインジウム組成に、発光層側か
らｎ形障壁層に向けて禁止帯幅を増加させるように、勾
配を付した、 ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のII
I 族窒化物半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9866198A JP2992933B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| US09/204,280 US6541797B1 (en) | 1997-12-04 | 1998-12-03 | Group-III nitride semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9866198A JP2992933B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298042A true JPH11298042A (ja) | 1999-10-29 |
| JP2992933B2 JP2992933B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=14225707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9866198A Expired - Fee Related JP2992933B2 (ja) | 1997-12-04 | 1998-04-10 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2992933B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311658A (ja) * | 2003-04-04 | 2004-11-04 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子、この窒化物半導体レーザ素子の製造方法およびこの窒化物半導体レーザ素子を用いた光学装置 |
| JP2005277401A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-10-06 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
| JP2007158101A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| JP2014116542A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2019201091A (ja) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および受光素子 |
-
1998
- 1998-04-10 JP JP9866198A patent/JP2992933B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311658A (ja) * | 2003-04-04 | 2004-11-04 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子、この窒化物半導体レーザ素子の製造方法およびこの窒化物半導体レーザ素子を用いた光学装置 |
| JP2005277401A (ja) * | 2004-02-24 | 2005-10-06 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
| JP2007158101A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 |
| JP2014116542A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2019201091A (ja) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および受光素子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2992933B2 (ja) | 1999-12-20 |
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