(57)【要約】【課題】コンバータなしで交流電源に接続しても、持続的に発光可能な発光素子を提供する。【解決手段】本開示に係る発光素子は、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に配置される第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に離間して配置される第１電極及び第２電極と、前記第２導電型半導体層上に配置され、上面視において前記第１電極と前記第２電極との間に位置する発光層と、を含む。【選択図】図１
2020053628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上に配置される第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層上に離間して配置される第１電極及び第２電極と、
前記第２導電型半導体層上に配置され、上面視において前記第１電極と前記第２電極との間に位置する発光層と、を含む発光素子。
【請求項２】
前記第１導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層と、前記発光層とは、窒化物半導体からなる請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
基板と、前記基板上に配置されるアンドープの窒化物半導体層と、をさらに含み、
前記第１導電型半導体層は、前記アンドープの窒化物半導体層上に配置される請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１導電型半導体層はｐ型窒化物半導体層であり、
前記第２導電型半導体層はｎ型窒化物半導体層である、請求項２または３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第２導電型半導体層の厚さが２００〜５００ｎｍである請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１導電型半導体層の厚さが０．１〜１．５μｍである請求項２〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
上面視において、前記第１電極と前記発光層との間の第１の距離と、前記第２電極と前記発光層との間の第２の距離とが、いずれも１〜４μｍである請求項２〜６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１電極と前記第２電極との離間方向における前記発光層の寸法が１〜３０μｍである請求項２〜７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記発光層上に、アンドープの窒化物半導体からなるキャップ層をさらに含む請求項２〜８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第２導電型半導体層と前記発光層との間に、超格子層をさらに含む請求項２〜９のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子に関し、特に半導体積層構造を有する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子は、小型で、消費エネルギーが小さく、かつ長寿命の光源として広く利用されている。一般的な半導体発光素子は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に発光層を備えた積層構造を有する。近年、一般的な半導体発光素子とは異なる積層構造を有する半導体発光素子が研究されている。例えば、非特許文献１には、ｐ型ＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層と、発光層としての表面量子井戸層（表面ＱＷ）とを、この順に積層した表面ＬＥＤ（Ｓ−ＬＥＤ）が記載されている。非特許文献１によれば、Ｓ−ＬＥＤは、ｐ型ＧａＮ層からｎ型ＧａＮ層に電流を流すことにより発光させるが、このとき、ドリフト電流は表面ＱＷには流れない。非特許文献１では、表面ＱＷは、ｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層の間のｐｎ−ホモ接合からの両極キャリア拡散による拡散電流によって発光するとしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】L. Riuttanen et al., "Electrical injection to contactless near-surface InGaN quantum well", Applied Physics Letters 107, 051160 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤは整流特性を有するため、逆電圧を印加すると発光しない。そのため、ＬＥＤを交流電源に接続すると、点灯を繰り返して、持続的に発光させることができない。半導体発光素子を持続的に点灯させるためには、交流電流を直流電流に変換するＤＣ／ＡＣ変換コンバータ等の変換回路等が必要となり、通電回路が複雑になる。そのため、コンバータなしで交流電源に接続可能な半導体発光素子が望まれている。
【０００５】
そこで、本開示は、コンバータ等を必要とせずに交流電源に接続でき、持続的に発光可能な発光素子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】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る発光素子は、
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上に配置される第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層上に離間して配置される第１電極及び第２電極と、
前記第２導電型半導体層上に配置され、上面視において前記第１電極と前記第２電極との間に位置する発光層と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る発光素子は、コンバータ等を必要とせずに交流電源に接続でき、持続的に発光することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の概略上面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿った概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態に係る発光素子に電圧印加した様子を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る発光素子に電圧印加した様子を示す概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る発光素子の変形例の概略上面図である。
【図５】図５は、実施例で作製した発光素子のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例で作製した発光素子の点灯実験の結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分または部材を示す。
【００１０】
＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る発光素子１の概略上面図であり、図２は、図１のII−II線に沿った概略断面図である。
実施形態に係る発光素子１は、基板３１の上面３１ａ側に第１導電型半導体層１３と、第１導電型半導体層１３の上側に第２導電型半導体層１４と、第２導電型半導体層１４の上面の一部（電極形成面１４ａ、１４ｂ）に第１および第２電極２１、２２とを含んでいる。第１電極２１と第２電極２２は、互いに離間して設けられている。発光素子１はさらに、第２導電型半導体層１４の上面のうち、電極形成面１４ａ、１４ｂを除いた部分（発光層形成面１４ｃ）に、発光層１６を含んでいる。図２では、第２導電型半導体層１４の電極形成面１４ａ、１４ｂは、第２導電型半導体層１４の発光層形成面１４ｃよりも低い位置に設けられているが、それらの面１４ａ、１４ｂ、１４ｃは面一であってもよい。
発光層１６は、上面視したとき（図２の矢印Ｂ方向から視認したとき、つまり図１に示す上面図において）、第１電極２１と第２電極２２との間に配置されている。発光層１６の上方には電極は形成されていない。
【００１１】
図２に示すように、発光素子１は、基板３１と第１導電型半導体層１３との間にバッファ層１１および下地層１２を含んでもよく、また、第２導電型半導体層１４と発光層１６の間に超格子層１５を含んでもよい。さらに、発光層１６の上側に、キャップ層１７を含んでもよい。
【００１２】
発光素子１を発光させる際は、第１電極２１と第２電極２２との間に電圧を印加する。例えば図３Ａに示すように、第１電極２１に外部電源Ｖの正極を接続し、第２電極２２に外部電源Ｖの負極を接続する。その結果、電流Ｉａ（ドリフト電流）は、第１電極２１から第２導電型半導体層１４の内部を通って、第２電極２２へ流れる。電流Ｉａ（ドリフト電流）は、非特許文献１に記載された表面ＬＥＤ（Ｓ−ＬＥＤ）と同じように、発光層１６を通過しない可能性があるが、発光層１６は発光する。
【００１３】
しかしながら、非特許文献１に記載された表面ＬＥＤ（Ｓ−ＬＥＤ）とは異なり、発光素子１では、電流Ｉａは、第１導電型半導体層１３と第２導電型半導体層１４との接合（ＰＮジャンクション）の接合面１３ｊも通過せずに第１電極２１から第２電極２２まで流れることができる。そのため、発光素子１は整流特性を示さない。そのため、図３Ｂに示すように、第１電極２１に外部電源Ｖの負極を接続し、第２電極２２に外部電源Ｖの正極を接続しても、発光素子１を発光させることができる。
このように、本実施形態に係る発光素子１は整流特性を示さないため、電極にアノード、カソードの区別がなく、交流電源に接続して持続的に発光させることができる。
【００１４】
また、従来のＬＥＤは整流特性を示すため、電圧の印加方向に順方向、逆方向が存在する。このため、ＬＥＤは、逆方向電圧を印加すると容易に破壊する。しかし、本実施形態に係る発光素子１は、整流特性を示さないため、印加電圧の順方向、逆方向が存在しない。つまり、「逆方向電圧による素子破壊」が生じることがない。よって、本実施形態の発光素子１は、従来のＬＥＤとは異なり、電源への接続ミスによる素子破壊を回避することができる。
【００１５】
本実施形態に係る発光素子では、電流が発光層１６も接合面１３ｊ（ＰＮジャンクション）も通過しない。それにも拘わらず、発光層１６が発光する原理は定かではないが、以下のような機構で発光するものと推測される。なお、理解を容易にするために、第１導電型半導体層１３がｐ型半導体層、第２導電型半導体層１４がｎ型半導体層であると仮定して説明する。
【００１６】
第１導電型半導体層（ｐ型半導体層）１３と第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１４との接合面１３ｊの近傍において、第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１４は、Ｍｇメモリー効果またはＰＮジャンクションによって空乏化する。電極間に電圧を印加して、第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１４内に電流が流れたときに、第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１４の上側に設けられた発光層１６に流れるような電流経路が形成される。第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１４のメインキャリアは電子であることから、このような電流経路を通るドリフト電流もしくは拡散電流により電子が発光層１６に供給されると推測される。また、ホールは、供給元となる第１導電型半導体層（ｐ型半導体層）１３が電極から離れているため、キャリア拡散により発光層１６に供給されると推測される。これにより、発光層１６においてホールと電子が再結合して発光すると考えられる。
【００１７】
第１導電型半導体層１３と、第２導電型半導体層１４と、発光層１６とは、窒化物半導体から形成されていてもよい。つまり、発光素子１は、窒化物半導体発光素子であってもよい。窒化物半導体発光素子である場合、発光層１６を例えばＩｎＧａＮ層として、Ｉｎの組成比を変化させることにより、発光素子１の発光波長を変化させることができる。
【００１８】
なお、一般的な窒化物半導体発光素子では、発光層の上にｐ型窒化物半導体層を積層している。このような構造においては、発光層の結晶性が悪化すると、その上に積層するｐ型窒化物半導体層の結晶性も悪化する。発光層をＧａＮではなくＩｎＧａＮ等の三元系以上の化合物とする場合には、Ｉｎ等の組成比を大きくするほど結晶性が悪化する傾向にあり、ｐ型窒化物半導体層の結晶性を考慮すると、例えば発光波長をより長波化するためにＩｎ組成比を大きくする等が難しくなる。
これに対して、本実施形態の発光素子１は、発光層１６を導電型の異なる半導体層で挟む構造ではなく、第１導電型半導体層１３及び第２導電型半導体層１４の上に発光層１６を積層した構造としている。よって、第１導電型半導体層１３及び第２導電型半導体層１４の結晶性を考慮する必要なしに、発光層１６の組成を決定することができる。これにより、発光素子１の発光波長をより幅広い範囲の中から選択することができる。
【００１９】
また、発光層の成長温度よりもｐ型窒化物半導体層の成長温度の方が高い傾向があり、上述した一般的な構造では、ｐ型窒化物半導体層の成長中に発光層が熱によるダメージを受けやすい。このような熱ダメージを受けるとＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比が減少する等により発光層の結晶性が悪化する。本実施形態の発光素子１であれば、このような懸念から解放される。これにより、発光素子１の発光波長をより幅広い範囲の中から選択することができる。
【００２０】
以下に、発光素子１が窒化物半導体発光素子である場合の好ましい形態について説明する。
【００２１】
上述したように、発光素子１は、基板３１と、基板３１の上面３１ａ側に配置される下地層１２を含むことができる（図２）。窒化物発光素子の場合、下地層１２は、例えばアンドープの窒化物半導体層であってもよい。この場合、第１導電型半導体層１３は、下地層（アンドープの窒化物半導体層）の上面１２ａに形成される。アンドープ層の方が不純物ドープ層よりも結晶性が良好であるため、下地層１２としてはアンドープ層が適している。
さらに、基板３１と下地層１２との間に、バッファ層１１を含んでいてもよい。
【００２２】
第１導電型半導体層１３および第２導電型半導体層１４は、ｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層のいずれとすることもできるが、好ましくは、第１導電型半導体層１３はｐ型窒化物半導体層とし、第２導電型半導体層１４はｎ型窒化物半導体層とする。ｐ型窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層と比較して電流が広がりにくい。これは、ｐ型窒化物半導体層のキャリア（ホール）の活性化率が低く、キャリア濃度が相対的に低いためである。発光層１６により多くのキャリアを注入するためには、電流が広がりやすいｎ型窒化物半導体層を、発光層１６に近い位置に配置するのが好ましい。つまり、下側の第１導電型半導体層１３をｐ型窒化物半導体層とし、上側の第２導電型半導体層１４をｎ型窒化物半導体層とすることにより、発光層１６へのキャリア供給の効率を向上できる。
【００２３】
第２導電型半導体層１４の厚さは、２００〜５００ｎｍであるのが好ましい。第２導電型半導体層１４には空乏層が形成されるが、第２導電型半導体層１４の厚さを２００〜５００ｎｍとすると、空乏層の厚さが特に好ましい厚さに制御できる。
厚さが２００ｎｍ以上であると、適切な厚さの空乏層を形成でき、キャリアがトンネルしたりリークするのを抑制できる。また、後述するように、電極形成面１４ａ、１４ｂを形成するために、第２導電型半導体層１４の厚さの一部を除去してもよく、第２導電型半導体層１４の厚さが２００ｎｍ以上であると、そのような一部除去の工程が容易になる。
厚さが５００ｎｍ以下であると、第２導電型半導体層１４を空乏層でほぼ満たすことができる。これにより、発光層１６まで電流が流れやすくなり、発光効率を向上することができる。
第２導電型半導体層１４の厚さは、より好ましくは３００〜５００ｎｍ、特に好ましくは３５０〜５００ｎｍである。
【００２４】
第１導電型半導体層１３の厚さは、０．１〜１．５μｍであるのが好ましい。第１導電型半導体層１３は発光層１６から離れているので、第１導電型半導体層１３から発光層１６へのキャリア供給が十分となるように、第１導電型半導体層１３の厚さを比較的厚く、０．１〜１．５μｍとするのが好ましい。
特に、第１導電型半導体層１３がｐ型窒化物半導体層である場合、例えばｐ型ドーパント（Ｍｇ等）の濃度を一般的な濃度より低くして、代わりに第１導電型半導体層１３の厚さを厚くするのが好ましい。例えば、第１導電型半導体層１３のＭｇ濃度を１×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３とし、厚さを１μｍ以上とすることができる。これにより、ｐ型窒化物半導体の結晶性を良好にしつつ、十分な量のホールを供給することができる。
【００２５】
図１に示すような上面視において、第１電極２１と発光層１６との間の第１の距離２１ｄと、第２電極２２と発光層１６との間の第２の距離２２ｄとが、いずれも１〜４μｍであるのが好ましい。本明細書において、「第１の距離２１ｄ」とは、上面視における第１電極２１と発光層１６との最短距離のことであり、「第２の距離２２ｄ」とは、第２電極２２と発光層１６との最短距離のことである。
第１および第２の距離２１ｄ、２２ｄが１μｍ以上であると、第１および第２電極２１、２２と、発光層１６とが短絡するのを抑制することができる。第１および第２の距離２１ｄ、２２ｄが４μｍ以下であると、第１電極２１または第２電極２２から発光層１６への電流の注入効率を向上できる。
第１の距離２１ｄと第２の距離２２ｄは、いずれも２〜４μｍであるのがより好ましい。なお、第１の距離２１ｄと第２の距離２２ｄは、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２６】
図１に示すように、第１電極２１と第２電極２２の離間方向における発光層１６の寸法１６ｗは、１〜３０μｍであるのが好ましい。前記寸法が１μｍ以上であると、十分な発光領域を確保することができる。前記寸法が３０μｍ以下であると、発光させるのに必要な電圧を適度に抑えることができる。
【００２７】
本明細書において、「第１電極２１と第２電極２２の離間方向」とは、第１電極２１と第２電極２２とを最短距離で結ぶ方向のことを意味する。「離間方向における発光層１６の寸法１６ｗ」とは、その離間方向に沿って測定したときの発光層１６の寸法のことを意味する。離間方向は、第１電極２１と第２電極２２の配置によって変わり得るため、離間方向における発光層１６の寸法１６ｗも、第１電極２１と第２電極２２の配置によって変わり得ることに注意されたい。
【００２８】
例えば、図１に示す発光素子１では、第１電極２１と第２電極２２とを最短距離で結ぶ方向（II−II線に沿った方向）は、発光層１６の長手方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）である。つまり、「第１電極２１と第２電極２２の離間方向」は、ｘ方向と一致する。よって、発光層１６の寸法１６ｗは、ｘ方向における発光層１６の寸法（発光層１６の幅）となる。
【００２９】
一方、図４に示すような変形例（発光素子２）では、第１電極２１と第２電極２２とを最短距離で結ぶ方向は、第１電極２１と第２電極２２とを最短距離で結ぶ直線Ｌに沿った方向である。つまり、「第１電極２１と第２電極２２の離間方向」は、直線Ｌの延在方向と一致する。よって、発光層１６の寸法１６ｗは、直線Ｌの延在方向における発光層１６の寸法となる。
【００３０】
図１および図４から分かるように、発光層１６の寸法１６ｗは、第１電極２１と第２電極２２との配置によって、発光層１６の幅と一致することもあり、または発光層１６の幅より大きくなることがある。
なお、図４に示す発光素子２においては、上面視において、第１電極２１と発光層１６との間の第１の距離２１ｄと、第２電極２２と発光層１６との間の第２の距離２２ｄは、第１電極２１と第２電極２２とを最短距離で結ぶ直線Ｌとは関係しない。上述したように、「第１の距離２１ｄ」とは、第１電極２１と発光層１６との最短距離のことであり、「第２の距離２２ｄ」とは、第２電極２２と発光層１６との最短距離のことである。よって、図４において、第１の距離２１ｄは、ｘ方向における第１電極２１と発光層１６との間の距離であり、第２の距離２２ｄは、ｘ方向における第２電極２２と発光層１６との間の距離のことである。
【００３１】
図２に示すように、発光層１６を上側に、発光層１６を保護するためのキャップ層１７を含んでもよい。キャップ層１７は、アンドープの窒化物半導体から形成することができる。
また、図２に示すように、第２導電型半導体層１４と発光層１６との間に、超格子層１５を含んでもよい。この位置に超格子層１５を含むことにより、その上に積層される発光層１６の発光効率を向上できる。
【００３２】
以下に、本実施形態の発光素子１における各構成要素について説明する。
【００３３】
（基板３１）
基板３１は、絶縁性基板、半導体基板、および導電性基板のいずれを用いてもよい。
第１導電型半導体層１３、第２導電型半導体層１４および発光層１６が窒化物半導体からなる場合には、サファイア（Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とする）などからなる絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉなどからなる導電性基板を用いることができる。例えば、基板３１としてサファイア基板を用いることができる。基板３１は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。
サファイア基板の主面（半導体成長面）は、光の取り出し効率を向上させるために、三角錐等の形状を有する複数の突起を有していてもよい。
【００３４】
＜半導体層＞
発光素子１は、半導体層として、第１導電型半導体層１３、第２導電型半導体層１４、発光層１６を含む。さらに、バッファ層１１、下地層１２、超格子層１５、キャップ層１７などの半導体層を含んでもよい。
半導体層を構成する半導体としては、 ＧａＡｓ系、ＳｉＣ系、ＺｅＳｅ系のほか、ＧａＮ系などの窒化物半導体などが挙げられる。半導体層は、例えば、窒化物半導体から形成することができる。窒化物半導体としては、ＧａＮ系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））が挙げられる。なお、本明細書における「窒化物半導体」には、窒化物半導体の元素の一部を置換した混晶も含まれる。これらの窒化物半導体層は、各層の用途に合わせて、ｎ型またはｐ型の不純物をドーピングして形成されたり、または不純物をドーピングしないで（アンドープで）形成される。
半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。
以下に、各半導体層について詳述する。
【００３５】
（第１導電型半導体層１３）
第１導電型半導体層１３は、ｐ型窒化物半導体層であってもよい。ｐ型窒化物半導体層は、例えばＭｇドープしたＧａＮから形成できる。Ｍｇのドープ量は、例えば１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であり、１μｍ以上のような厚膜で形成する場合は１×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３であるのが好ましい。Ｍｇ以外のｐ型不純物を用いてもよい。
上述したように、第１導電型半導体層１３の厚さは、０．１〜１．５μｍであるのが好ましい。
【００３６】
（第２導電型半導体層１４）
第２導電型半導体層１４は、ｎ型窒化物半導体層であってもよい。ｎ型窒化物半導体層は、例えばＳｉドープしたＧａＮから、またはアンドープのＧａＮから形成できる。Ｓｉをドープする場合、Ｓｉのドープ量は、１×１０１８〜１×１０２０／ｃｍ３であるのが好ましい。Ｓｉ以外のｎ型不純物を用いてもよい。
上述したように、第２導電型半導体層１４の厚さは、２００〜５００ｎｍであるのが好ましく、３００〜５００ｎｍであるのがより好ましく、３５０〜５００ｎｍであるのが特に好ましい。
【００３７】
（発光層１６）
発光層１６は、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層であってもよく、これにより、紫外域から可視光（赤色光）の領域において発光が可能で、かつ高い発光効率の発光素子１が得られる。発光層１６は量子井戸構造とすることができる。例えば、ＧａＮからなる障壁層と、ＩｎXＧａ1-XＮからなる井戸層とを積層した単一量子井戸構造または多層量子井戸構造から、発光層１６を形成してもよい。
なお、井戸層のバンドギャップエネルギーを調節することにより、発光波長を変更することができる。発光層１６は第１導電型半導体層１３及び第２導電型半導体層１４の上に設けられるため、上述のとおり、Ｉｎ組成比が比較的大きいＩｎを含む窒化物半導体層を井戸層として成長させやすい。例えば、Ｉｎ組成比（組成式ＩｎXＧａ1-XＮの「ｘ」）が、３０〜５０％（ｘ＝０．３０〜０．５０）の範囲内のＩｎXＧａ1-XＮからなる井戸層を成長させることができる。
【００３８】
（バッファ層１１、下地層１２）
バッファ層１１および下地層１２は、基板３１と第１導電型半導体層１３との間に形成される。バッファ層１１は、例えば、厚さ１０〜２０ｎｍのＡｌＧａＮ層から形成することができる。下地層１２は、例えば、厚さ１〜１０μｍのアンドープの窒化物半導体層から形成することができる。
【００３９】
（超格子層１５）
超格子層１５は、発光層１６の発光効率を上げるための層であり、発光層１６より下側に形成される。超格子層１５は、例えば、ＧａＮからなる第１層と、ＩｎＧａＮからなる第２層とを交互に積層して形成できる。第１層と第２層は、例えば５〜３０ペア積層することができる。第１層の各々の厚さは、例えば１〜２ｎｍであり、第２層の各々の厚さは、例えば２〜４ｎｍである。超格子層１５の総厚みは、例えば１５〜１８０ｎｍである。
【００４０】
（キャップ層１７）
キャップ層１７は、発光層１６を保護するための層であり、発光層１６の上側に形成される。キャップ層１７は、例えば、厚さ５〜１５ｎｍのＧａＮから形成することができる。
【００４１】
（第１電極２１、第２電極２２）
第１電極２１および第２電極２２は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料、ＩＴＯ等の導電性酸化物の中から１種以上を選択して形成することができる。例えば、Ｔｉ膜とＡｌ膜とを積層した積層金属膜から形成することができる。電流の流れる方向がいずれであっても同じように発光させるためには、第１電極２１および第２電極２２は同じ材料で形成することが好ましい。第１電極２１および第２電極２２は、上面視において発光層１６と重複しない位置に形成することができる。このため、第１電極２１および第２電極２２は、発光層１６からの光に対する透光性または光吸収性を考慮せずに導電性の良好な材料を選択することができる。第１電極２１および第２電極２２は、スパッタリング法などの成膜法により形成することができる。
【実施例】
【００４２】
実施例の発光素子を以下のように作製した。
（基板３１）
基板３１として、厚さ８５０μｍのサファイア（主面：Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【００４３】
（バッファ層１１）
温度を５５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、基板上にＡｌＧａＮよりなるバッファ層１１を約１８ｎｍの膜厚に成長させた。
【００４４】
（下地層１２）
下地層１２は、第１下地層と第２下地層とから形成した。
温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、基板３１上にＧａＮ層からなる第１下地層を、約１．５μｍの膜厚に成長させた。
続いて、温度を１１５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、第１下地層の上に、ＧａＮ層からなる第２下地層を、約１．５μｍの膜厚に成長させた。
これにより、膜厚が約３μｍの下地層１２を得た。
【００４５】
（第１導電型半導体層１３）
続いて、温度を８４０℃にして、下地層１２の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０１７／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなる第１導電型半導体層１３（ｐ型窒化物半導体層）を１．３μｍの膜厚に成長させた。
【００４６】
（第２導電型半導体層１４）
次に、１１５０℃でＴＭＧ、アンモニア、モノシランを用い、Ｓｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型ＧａＮよりなる第２導電型半導体層１４（ｎ型窒化物半導体層）を２５０ｎｍの膜厚に成長させた。
【００４７】
（超格子層１５）
次に、温度を８６０℃にして、原料ガスにＴＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、ＧａＮよりなる膜厚が２ｎｍの層と、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる膜厚が１ｎｍの層とを交互に５ペア成長させた。最後に、ＧａＮよりなる膜厚が２ｎｍの層を成長させた。
【００４８】
（発光層１６）
次に、温度を８４０℃にして、原料ガスにＴＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる膜厚が３．５ｎｍの発光層１６（単一井戸層）を成長させた。
【００４９】
（キャップ層１７）
続いて、温度を８４０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、基板上にＧａＮ層からなるキャップ層１７を、約１０ｎｍの膜厚に成長させた。
【００５０】
その後、一部の領域のキャップ層１７、発光層１６および超格子層１５を除去して、第２導電型半導体層１４を露出させた。このとき、除去領域を２箇所（図１、図２の符号Ｒ１、Ｒ２）とし、かつ、上面視において、それらの除去領域Ｒ１、Ｒ２が、残存した発光層１６の両側に位置するように、除去領域Ｒ１、Ｒ２の位置および範囲を決定した。このとき、第２導電型半導体層１４の、その厚さの一部（約７０〜９０ｎｍ）も同時に除去されており、第２導電型半導体層１４の発光層形成面１４ｃよりもわずかに凹んだ面を、電極形成面１４ａ、１４ｂとした。
【００５１】
最後に、電極形成面１４ａ、１４ｂに、第１電極２１および第２電極２２をそれぞれ形成した。スパッタリング法により、厚さ６０ｎｍのＩＴＯ層を形成して、第１および第２電極２１、２２とした。
【００５２】
得られた発光素子１の各構成の寸法（図１、図２）は、以下の通りであった。
・発光素子１の幅１Ｗが約５００μｍ
・発光素子１の長さ１Ｌが約２５０μｍ
・第１電極２１と第２電極２２の離間方向における発光層１６の寸法１６ｗが３０μｍ
・第１電極２１の幅２１ｗおよび第２電極２２の幅２２ｗが、いずれも２２０μｍ
・第１電極２１の長さ２１Ｌおよび第２電極２２の長さ２２Ｌが、いずれも２３０μｍ
・第１電極２１と発光層１６との間の第１の距離２１ｄ、および第２電極２２と発光層１６との間の第２の距離２２ｄが、いずれも４μｍ
【００５３】
得られた発光素子１を用いて、（１）Ｉ−Ｖ特性の測定、（２）点灯実験を行った。
【００５４】
（１）Ｉ−Ｖ特性の測定
発光素子１の第１電極２１と第２電極２２の間に通電して、Ｉ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を測定した。測定結果を図５に示す。なお、図５において、第１電極２１から第２電極２２に電圧を印加したとき、グラフの横軸（電圧）を正とし、第２電極２２から第１電極２１に電圧を印加したとき、グラフの横軸（電圧）を負とした。
図５から分かるように、発光素子１は、一般的なＬＥＤのような整流特性は示さず、ほぼ原点対称のＩ−Ｖカーブとなった。また、立ち上がり電圧は±２０Ｖ程度であった。
【００５５】
（２）点灯実験
発光素子１の第１電極２１と第２電極２２の間に通電して、発光素子１を点灯させた。図６に示すように、電流Ｉが１ｍＡ、２ｍＡ、３ｍＡのそれぞれの場合において、第１電極２１に−極、第２電極２２に＋極を接続して通電した場合も、第１電極２１に＋極、第２電極２２に−極を接続して通電した場合も、発光素子１が点灯することが確認された。
【００５６】
Ｉ−Ｖ特性および点灯実験の結果から、本実施例に係る発光素子は整流特性を示さないことが確認された。そのため、本実施例に係る発光素子は、交流電流によって持続的に発光できる。
【符号の説明】
【００５７】
１、２  発光素子
１１  バッファ層
１２  下地層
１３  第１導電型半導体層
１４  第２導電型半導体層
１５  超格子層
１６  発光層
１７  キャップ層
２１  第１電極
２２  第２電極
３１  基板
【図１】
2020053628.tif 000003
【図２】
2020053628.tif 000004
【図３Ａ】
2020053628.tif 000005
【図３Ｂ】
2020053628.tif 000006
【図４】
2020053628.tif 000007
【図５】
2020053628.tif 000008
【図６】
2020053628.tif 000009