(57)【要約】【課題】窒化物半導体の半導体積層構造中にトンネル接合を形成しつつ、駆動電圧を低減させることができる発光素子および発光素子の製造方法を提供すること。【解決手段】発光素子は、第１のｎ型窒化物半導体層と、第１のｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１の発光層と、第１の発光層上に設けられたｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層上に設けられ、第１のｎ型窒化物半導体層よりも高い不純物濃度のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層との間に設けられ、ｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とが形成する空乏層の幅以下の厚さを有するノンドープＧａＮ層と、を備える。【選択図】図１
2020181976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型不純物がドープされた第１のｎ型窒化物半導体層と、
前記第１のｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１の発光層と、
前記第１の発光層上に設けられ、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層と、
前記ｐ型ＧａＮ層上に設けられ、前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高い不純物濃度のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層と、
前記ｐ型ＧａＮ層と前記ｎ型ＧａＮ層との間に設けられ、前記ｎ型ＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮ層とが形成する空乏層の幅以下の厚さを有するノンドープＧａＮ層と、
前記ｎ型ＧａＮ層上に設けられ、ｎ型不純物がドープされた第２のｎ型窒化物半導体層と、
前記第２のｎ型窒化物半導体層上に設けられた第２の発光層と、
前記第２の発光層上に設けられ、ｐ型不純物がドープされたｐ型窒化物半導体層と、
を備えた発光素子。
【請求項２】
前記ノンドープＧａＮ層と前記ｎ型ＧａＮ層との間に設けられたノンドープＩｎＧａＮ層をさらに備え、
前記ノンドープＧａＮ層の厚さ及び前記ノンドープＩｎＧａＮ層の厚さを合計した厚さは、前記空乏層の幅以下である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記ノンドープＧａＮ層の厚さは、前記ノンドープＩｎＧａＮ層の厚さよりも厚い請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記ノンドープＩｎＧａＮ層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である請求項２または３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記ノンドープＧａＮ層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項６】
ｎ型不純物がドープされた第１のｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１のｎ型窒化物半導体層上に、第１の発光層を形成する工程と、
前記第１の発光層上に、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層を形成する工程と、
前記ｐ型ＧａＮ層上に、ノンドープＧａＮ層を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上に、前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高い不純物濃度のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層を形成する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ層上に、ｎ型不純物がドープされた第２のｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２のｎ型窒化物半導体層上に、第２の発光層を形成する工程と、
前記第２の発光層上に、ｐ型不純物がドープされたｐ型窒化物半導体層を形成する工程と、
を備え、
前記中間層を、前記ｎ型ＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮ層とが形成する空乏層の幅以下の厚さで形成する、発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記中間層は、前記ノンドープＧａＮ層と前記ｎ型ＧａＮ層との間に設けられたノンドープＩｎＧａＮ層をさらに備える請求項６記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記ノンドープＧａＮ層の厚さは、前記ノンドープＩｎＧａＮ層の厚さよりも厚い請求項７記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ノンドープＩｎＧａＮ層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である請求項７または８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ノンドープＧａＮ層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である請求項６〜９のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子および発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体の半導体積層構造中に、高濃度にｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮと、高濃度にｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層とのトンネル接合を含む発光素子が開示されている。このような発光素子において、駆動電圧をさらに低減させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、窒化物半導体の半導体積層構造中にトンネル接合を形成しつつ、駆動電圧を低減させることができる発光素子および発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、発光素子は、ｎ型不純物がドープされた第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層上に設けられた第１の発光層と、前記第１の発光層上に設けられ、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層と、前記ｐ型ＧａＮ層上に設けられ、前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高い不純物濃度のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層と、前記ｐ型ＧａＮ層と前記ｎ型ＧａＮ層との間に設けられ、前記ｎ型ＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮ層とが形成する空乏層の幅以下の厚さを有するノンドープＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層上に設けられ、ｎ型不純物がドープされた第２のｎ型窒化物半導体層と、前記第２のｎ型窒化物半導体層上に設けられた第２の発光層と、前記第２の発光層上に設けられ、ｐ型不純物がドープされたｐ型窒化物半導体層と、を備える。
本発明の一態様によれば、発光素子の製造方法は、ｎ型不純物がドープされた第１のｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、前記第１のｎ型窒化物半導体層上に、第１の発光層を形成する工程と、前記第１の発光層上に、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層を形成する工程と、前記ｐ型ＧａＮ層上に、ノンドープＧａＮ層を含む中間層を形成する工程と、前記中間層上に、前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高い不純物濃度のｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層を形成する工程と、前記ｎ型ＧａＮ層上に、ｎ型不純物がドープされた第２のｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、前記第２のｎ型窒化物半導体層上に、第２の発光層を形成する工程と、前記第２の発光層上に、ｐ型不純物がドープされたｐ型窒化物半導体層を形成する工程と、を備え、前記中間層を、前記ｎ型ＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮ層とが形成する空乏層の幅以下の厚さで形成する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、窒化物半導体の半導体積層構造中にトンネル接合を形成しつつ、駆動電圧を低減させることができる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の発光素子の模式断面図である。
【図２】図１に示す発光素子におけるｐ型ＧａＮ層、中間層、およびｎ型ＧａＮ層が積層された部分の模式拡大断面図である。
【図３】図１に示す発光素子におけるｐ型ＧａＮ層、中間層、およびｎ型ＧａＮ層が積層された部分の他の実施形態を示す模式拡大断面図である。
【図４】図２に示す積層部の模式的なエネルギーバンド図である。
【図５】図３に示す積層部の模式的なエネルギーバンド図である。
【図６】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図７】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図８】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図９】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１０】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１１】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１２】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１３】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１４】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１５】図１に示す発光素子の製造方法を示す模式断面図である。
【図１６】本発明の実施形態の発光素子を用いた発光装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態の発光素子の模式断面図である。
【００１０】
図１に示すように、実施形態の発光素子１は、基板１１と、基板１１上に設けられた半導体積層体１０と、ｎ側電極４１と、ｐ側電極４２とを有する。
【００１１】
半導体積層体１０は、窒化物半導体からなる複数の半導体層が積層された積層体である。本明細書において「窒化物半導体」とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。
【００１２】
半導体積層体１０は、基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法によりエピタキシャル成長される。基板１１の材料は、例えば、サファイア、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＮなどである。
【００１３】
半導体積層体１０は、第１のｎ型窒化物半導体層１２と、第１の発光層１３と、第１のｐ型窒化物半導体層１４と、ｐ型ＧａＮ層１５と、中間層２０と、ｎ型ＧａＮ層１６と、第２のｎ型窒化物半導体層１７と、第２の発光層１８と、第２のｐ型窒化物半導体層１９とを基板１１側から順に有する。
【００１４】
基板１１上に、第１のｎ型窒化物半導体層１２、第１の発光層１３、第１のｐ型窒化物半導体層１４、ｐ型ＧａＮ層１５、中間層２０、ｎ型ＧａＮ層１６、第２のｎ型窒化物半導体層１７、第２の発光層１８、および第２のｐ型窒化物半導体層１９が順にエピタキシャル成長される。
【００１５】
第１のｎ型窒化物半導体層１２、ｎ型ＧａＮ層１６、および第２のｎ型窒化物半導体層１７には、ｎ型不純物として、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＧａＮ層１６のｎ型不純物濃度は、第１のｎ型窒化物半導体層１２のｎ型不純物濃度および第２のｎ型窒化物半導体層１７のｎ型不純物濃度よりも高い。これは、ｐ型ＧａＮ層１５とｎ型ＧａＮ層１６との間でトンネル効果を得るためであり、ｎ型不純物濃度を高くすることでｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５とが形成する空乏層の電位の傾きを急峻にすることできる。例えば、ｎ型ＧａＮ層１６のｎ型不純物濃度を第１のｎ型窒化物半導体層１２と同様のｎ型不純物濃度とした場合、ｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５とが形成する空乏層の電位の傾きを急峻にすることが難しく十分なトンネル効果を得ることができない。
【００１６】
第１のｐ型窒化物半導体層１４、ｐ型ＧａＮ層１５、および第２のｐ型窒化物半導体層１９には、ｐ型不純物として、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。
【００１７】
第２のｐ型窒化物半導体層１９上にｐ側電極４２が設けられ、ｐ側電極４２は第２のｐ型窒化物半導体層１９に電気的に接続している。
【００１８】
第１のｎ型窒化物半導体層１２は、第１の発光層１３、第１のｐ型窒化物半導体層１４、ｐ型ＧａＮ層１５、中間層２０、ｎ型ＧａＮ層１６、第２のｎ型窒化物半導体層１７、第２の発光層１８、および第２のｐ型窒化物半導体層１９が積層されていないｎコンタクト面１２ａを有する。そのｎコンタクト面１２ａ上にｎ側電極４１が設けられ、ｎ側電極４１は第１のｎ型窒化物半導体層１２に電気的に接続している。
【００１９】
図２は、図１に示す発光素子１におけるｐ型ＧａＮ層１５、中間層２０、およびｎ型ＧａＮ層１６が積層された部分の模式拡大断面図である。
【００２０】
中間層２０は、少なくともノンドープＧａＮ層２１を有する。図２に示す例では、中間層２０はノンドープＧａＮ層２１から構成される。ノンドープＧａＮ層２１が、ｐ型ＧａＮ層１５とｎ型ＧａＮ層１６との間に設けられている。
【００２１】
ここで、ノンドープ層とは、導電性を制御するための不純物を意図的にドープするための原料ガス（例えばＳｉやＭｇを含むガス）を用いることなく形成された層であり、プロセス上不可避的に混入される不純物を含む場合もある。例えば、ノンドープＧａＮ層２１の不純物濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以下である。
【００２２】
ｐ側電極４２には正電位が、ｎ側電極４１には負電位が印加される。このとき、第２のｐ型窒化物半導体層１９とｎ型ＧａＮ層１６との間には順方向電圧が印加され、第２の発光層１８にホールおよび電子が供給されることで第２の発光層１８が発光する。ｐ型ＧａＮ層１５と第１のｎ型窒化物半導体層１２との間にも順方向電圧が印加され、第１の発光層１３にホールおよび電子が供給されることで第１の発光層１３が発光する。
【００２３】
第１の発光層１３の発光ピーク波長、および第２の発光層１８の発光ピーク波長は、例えば、４３０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下程度であり、青色光や緑色光を発する。第１の発光層１３と第２の発光層１８とを積層することで、１つの発光層が設けられている発光素子に比べて出力を高くすることができる。第１の発光層１３及び第２発光層１８の発光ピーク波長は、それぞれ異なっていてもよい。
【００２４】
ｐ側電極４２に正電位が、ｎ側電極４１に負電位が印加されたとき、ｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５との間には逆方向電圧が印加されることになる。そのため、ｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５との間の電流はトンネル効果を利用する。つまり、ｐ型ＧａＮ層１５の価電子帯に存在する電子をｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５との間の障壁をトンネリングさせることでｎ型ＧａＮ層１６の伝導帯に移動させ電流を流す。
【００２５】
図４は、図２に示す積層部の模式的なエネルギーバンド図である。
【００２６】
高濃度でｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層１６と、高濃度でｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層１５によりｐｎ接合を形成し、ｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５とが形成する空乏層の電位の傾きを急峻にして空乏層の幅を狭くする。このような構造とすることで、ｐ型ＧａＮ層１５の価電子帯の電子ｅが空乏層（電位障壁）をトンネリングしてｎ型ＧａＮ層１６の伝導帯に移動させることができる。
【００２７】
例えば、Ｓｉを不純物として含むｎ型ＧａＮ層１６のＳｉ濃度は、１×１０２０／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下である。Ｍｇを不純物として含むｐ型ＧａＮ層１５のＭｇ濃度は１×１０２０／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下である。このようなｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５とが形成する空乏層の幅は、例えば、７ｎｍ以上８ｎｍ以下である。
【００２８】
ノンドープＧａＮ層２１の厚さは、ｎ型ＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１５とが形成する空乏層の幅以下の厚さであり、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２９】
図６〜図１５は、図１に示す発光素子１の製造方法を示す模式断面図である。基板１１上に前述した各層が、例えばＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法によりエピタキシャル成長される。
【００３０】
まず、図６に示すように、基板１１上に第１のｎ型窒化物半導体層１２が形成される。図７に示すように、第１のｎ型窒化物半導体層１２上には、第１の発光層１３が形成される。図８に示すように、第１の発光層１３上には、第１のｐ型窒化物半導体層１４が形成される。図９に示すように、第１のｐ型窒化物半導体層１４上には、ｐ型ＧａＮ層１５が形成される。図１０に示すように、ｐ型ＧａＮ層１５上には、中間層２０が形成される。図１１に示すように、中間層２０上には、ｎ型ＧａＮ層１６が形成される。図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ層１６上には、第２のｎ型窒化物半導体層１７が形成される。図１３に示すように、第２のｎ型窒化物半導体層１７上には、第２の発光層１８が形成される。図１４に示すように、第２の発光層１８上には、第２のｐ型窒化物半導体層１９が形成される。このようにして、基板１１上に半導体積層体１０が形成される。
【００３１】
この後、基板１１上に形成された半導体積層体１０の一部を除去して、図１５に示すように、第１のｎ型窒化物半導体層１２の一部としてｎコンタクト面１２ａを露出させる。
【００３２】
その後、図１に示すように、第２のｐ型窒化物半導体層１９上にｐ側電極４２が形成され、ｎコンタクト面１２ａ上にｎ側電極４１が形成される。
【００３３】
＜実施例１＞
以下に説明するように実施例に係る発光素子を作製した。
【００３４】
基板１１上に、第１のｎ型窒化物半導体層１２を形成した。基板１１には、サファイアからなる基板を用いた。第１のｎ型窒化物半導体層１２として、ノンドープのＧａＮ層と、不純物としてＳｉを含むＧａＮ層とを含む、膜厚が１０μｍ程度の窒化物半導体層を形成した。
【００３５】
第１のｎ型窒化物半導体層１２上に、第１の発光層１３として、複数の井戸層と複数の障壁層を有する多重量子井戸層を形成した。膜厚が３．６ｎｍであるノンドープのＩｎＧａＮ層からなる井戸層と、膜厚が４．３ｎｍであるノンドープのＧａＮ層からなる障壁層により形成し、井戸層と障壁層を１つのペアとして９ペア形成した。
【００３６】
第１の発光層１３上に、第１のｐ型窒化物半導体層１４として、不純物としてＭｇを含むＧａＮ層を含む膜厚が５０ｎｍ程度の窒化物半導体層を形成した。
【００３７】
次に、第１のｐ型窒化物半導体層１４上に、ｐ型ＧａＮ層１５としてＭｇの不純物濃度が１×１０２０／ｃｍ３程度のＧａＮ層を１７ｎｍ程度形成した。その後、基板１１及び基板１１上の窒化物半導体層を含むウェーハに対する加熱温度を下げ、チャンバー内に残留したＭｇを含むガスを除去するパージ処理を行った後、ウェーハをチャンバー内から取り出す。この後、ウェーハをチャンバー内に戻し、昇温し、ｐ型ＧａＮ層１５上にノンドープＧａＮ層２１を３ｎｍ形成する。さらにウェーハに対する加熱温度を上げて、ノンドープＧａＮ層２１上にｎ型ＧａＮ層１６として、Ｓｉの不純物濃度が１×１０２０／ｃｍ３程度であり膜厚が３０ｎｍ程度であるＧａＮ層を形成した。さらに、ｎ型ＧａＮ層１６上に、第２のｎ型窒化物半導体層１７として、不純物としてＳｉを含む膜厚が１００ｎｍ程度のＧａＮ層を形成した。実施例１におけるｐ型ＧａＮ層１５、ｎ型ＧａＮ層１６、及びノンドープＧａＮ層２１の積層構造は、図２で示した積層構造と同様である。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例２に係る発光素子は、ノンドープＧａＮ層２１の膜厚を５ｎｍで形成した以外は実施例１と同様にして作製した。
【００３９】
＜実施例３＞
実施例３に係る発光素子は、ノンドープＧａＮ層２１の膜厚を１ｎｍで形成した以外は実施例１と同様にして作製した。
【００４０】
以上のように作製した実施例１〜３に係る発光素子の第１のｎ型窒化物半導体層１２と第２のｎ型窒化物半導体層１７との間に電圧を印加し、駆動電圧を測定した。
【００４１】
＜比較例＞
比較例に係る発光素子は、ノンドープＧａＮ層２１を形成せずにｐ型ＧａＮ層１５上に直接ｎ型ＧａＮ層１６を形成した以外は、実施例１と同様にして作製した。実施例に係る発光素子と同様に、比較例に係る発光素子の第１のｎ型窒化物半導体層１２と第２のｎ型窒化物半導体層１７との間に電圧を印加し、駆動電圧を測定した。
【００４２】
実施例１に係る発光素子において、順方向電流６５ｍＡを流すために必要な駆動電圧は７Ｖ以下であった。実施例２に係る発光素子において、順方向電流６５ｍＡを流すために必要な駆動電圧は、実施例１よりも少し高かったが７Ｖ以下であった。実施例３に係る発光素子において、順方向電流６５ｍＡを流すために必要な駆動電圧は７Ｖ以上であり、比較例に係る発光素子の駆動電圧よりは低くなったが、実施例１、２よりも高かった。比較例に係る発光素子は、順方向電流６５ｍＡを流すために必要な駆動電圧は８Ｖ以上であった。
【００４３】
これらの結果から、実施例１〜３に係る発光素子のように、ｐ型ＧａＮ層１５上にノンドープＧａＮ層２１を形成してからｎ型ＧａＮ層１６を形成することで、比較例に係る発光素子に比べて駆動電圧を低減することが確認できた。また、実施例１〜３に係る発光素子の結果から、本実施形態の構造を用いることで比較例に係る発光素子よりも低い電圧で同等の出力を備える発光素子を得ることができると推測される。
【００４４】
本実施形態の発光素子のように、トンネル効果を利用し２つの発光層を有する半導体積層体１０を形成する場合、ｐ型ＧａＮ層１５を形成した後の前述した降温工程や昇温工程により、ｐ型ＧａＮ層１５は熱ダメージを受けやすい。このような熱ダメージにより、ｐ型ＧａＮ層１５の結晶性を悪化させ得る。ｎ型ＧａＮ層１６を形成する際の下地となるｐ型ＧａＮ層１５の結晶性が悪化すると、ｎ型ＧａＮ層１６の結晶性も悪化し、発光素子の駆動電圧が高くなる原因となる。
【００４５】
本実施形態によれば、ｎ型ＧａＮ層１６を形成する直前に、ノンドープＧａＮ層２１をｐ型ＧａＮ層１５上に形成することで、ｐ型ＧａＮ層１５の結晶性の影響が低減された状態でｎ型ＧａＮ層１６を形成できる。そのため、ｎ型ＧａＮ層１６の結晶性の悪化を抑制することができる。この結果、本実施形態によれば、ｐ型ＧａＮ層１５上にノンドープＧａＮ層２１を形成しない場合に比べて、発光素子の駆動電圧を低減できる。
【００４６】
ノンドープＧａＮ層２１を、ｐ型ＧａＮ層１５とｎ型ＧａＮ層１６とが形成する空乏層の幅以下の厚さで形成することで、ノンドープＧａＮ層２１の形成による空乏層幅の増大を抑制しつつ、ｐ型ＧａＮ層１５の価電子帯からｎ型ＧａＮ層１６の伝導帯への電子のトンネリングが可能になる。
【００４７】
図３は、図１に示す発光素子１におけるｐ型ＧａＮ層１５、中間層２０、およびｎ型ＧａＮ層１６が積層された部分の他の実施形態を示す模式拡大断面図である。
図５は、図３に示す積層部の模式的なエネルギーバンド図である。
【００４８】
この例では、中間層２０は、ノンドープＧａＮ層２１と、ノンドープＩｎＧａＮ層２２とを有する。ノンドープＩｎＧａＮ層２２は、ｎ型ＧａＮ層１６とノンドープＧａＮ層２１との間に設けられている。ノンドープＧａＮ層２１は、ノンドープＩｎＧａＮ層２２とｐ型ＧａＮ層１５との間に設けられている。
【００４９】
ノンドープＧａＮ層２１の厚さは、ノンドープＩｎＧａＮ層２２の厚さよりも厚い。ノンドープＧａＮ層２１の厚さ、およびノンドープＩｎＧａＮ層２２の厚さを合計した厚さ、すなわち中間層２０の厚さは、ｐ型ＧａＮ層１５とｎ型ＧａＮ層１６とが形成する空乏層の幅以下である。
【００５０】
ノンドープＧａＮ層２１の厚さは３ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、ノンドープＩｎＧａＮ層２２の厚さは３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００５１】
ｐ型ＧａＮ層１５とｎ型ＧａＮ層１６との間に、ノンドープＧａＮ層２１よりもバンドギャップが小さいノンドープＩｎＧａＮ層２２が設けられる。そのため、ノンドープＧａＮ層２１のみを中間層２０として設けた図４の構造に比べて、図５に示すように、ｐ型ＧａＮ層１５の価電子帯の電子ｅがｎ型ＧａＮ層１６の伝導帯にトンネリングする際の障壁となる空乏層幅を狭くすることができる。このため、図５に示すノンドープＧａＮ層２１と、ノンドープＩｎＧａＮ層２２とを有する中間層２０によれば、図４の構造よりもトンネル効果が生じやすく、駆動電圧の低減が可能となる。
【００５２】
ＩｎＧａＮはＧａＮよりも結晶性が悪くなる傾向があるため、ノンドープＧａＮ層２１の厚さは、ノンドープＩｎＧａＮ層２２の厚さよりも厚いことが好ましい。
【００５３】
ノンドープＧａＮ層２１よりも結晶性が悪くなる傾向があるノンドープＩｎＧａＮ層２２を先にｐ型ＧａＮ層１５上に形成すると、そのノンドープＩｎＧａＮ層２２上に形成されるノンドープＧａＮ層２１にもノンドープＩｎＧａＮ層２２の結晶性が引き継がれやすくなる。そのため、ｐ型ＧａＮ層１５上に先にノンドープＧａＮ層２１を形成し、そのノンドープＧａＮ層２１上にノンドープＩｎＧａＮ層２２を形成することが好ましい。このような構成とすることで、ｎ型ＧａＮ層１６が形成される下地となる層の結晶性の悪化を、ノンドープＩｎＧａＮ層２２を形成した後、ノンドープＧａＮ層２１を形成する場合に比べて低減することができる。
【００５４】
図１６は、本発明の実施形態の発光素子１を用いた発光装置の一例を示す図である。
【００５５】
前述した実施形態の発光素子１は、実装基板１００上に形成された配線電極等に実装される。発光素子１の基板１１と実装基板１００との間に半導体積層体１０が設けられている。基板１１上には波長変換部材１０１が設けられている。波長変換部材１０１には、例えば、蛍光体が含有された焼結体等を用いることができる。発光素子１及び波長変換部材１０１の側面を覆うように光反射性を有する樹脂層１０２が形成されている。発光素子１の側面には第１の発光層１３と第２の発光層１８が露出しており、第１の発光層１３および第２の発光層１８の側面が樹脂層１０２により覆われている。樹脂層１０２には、光反射性を有する粒子が含有されている。このような粒子としては、酸化アルミニウムや酸化チタン等を用いることができる。発光素子１からの光は主に樹脂層１０２から露出した波長変換部材１０１の上面側から取り出される。
【００５６】
本発明の実施形態の発光素子１は、半導体積層体１０に第１の発光層１３と第２の発光層１８の２つの発光層を有しているため、発光層が１つである発光素子に比べて単位面積当たりの出力を高くすることできる。したがって、本発明の実施形態の発光素子１を用いることで、単位面積あたりの出力が高い発光装置とすることができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態においては、ｎ型ＧａＮ層１６をｎ型の不純物がドープされたＧａＮ層として説明したが、ＧａＮ層に代えて、本発明の効果を奏する程度に微量のＩｎやＡｌが含有されたＩｎＧａＮ層やＡｌＧａＮ層とすることもできる。また、上述した実施形態においては、ｐ型ＧａＮ層１５をｐ型の不純物がドープされたＧａＮ層として説明したが、ＧａＮ層に代えて、本発明の効果を奏する程度に微量のＩｎやＡｌが含有されたＩｎＧａＮ層やＡｌＧａＮ層とすることもできる。ここで、ＧａＮ層に微量のＩｎやＡｌが含有されるとは、ＧａＮ層に対してＩｎやＡｌが０．１％以下の混晶比で含有されることを意味する。
【００５８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態及び実施例について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５９】
１…発光素子、１０…半導体積層体、１１…基板、１２…第１のｎ型窒化物半導体層、１３…第１の発光層、１４…第１のｐ型窒化物半導体層、１５…ｐ型ＧａＮ層、１６…ｎ型ＧａＮ層、１７…第２のｎ型窒化物半導体層、１８…第２の発光層、１９…第２のｐ型窒化物半導体層、２０…中間層、２１…ノンドープＧａＮ層、２２…ノンドープＩｎＧａＮ層、４１…ｎ側電極、４２…ｐ側電極、１００…実装基板、１０１…波長変換部材、１０２…樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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