(57)【要約】【課題】障壁層にドーピングされたＭｇの拡散を防ぐことができる窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板上にバッファ層、Ｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体発光素子において、上記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が交互に配列された多重量子井戸構造を有し、上記複数の障壁層のうち少なくとも１つの層は、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ドープ障壁層と上記ｐ型ＧａＮ層の少なくとも片側にアンドープ障壁層を有する第１障壁層を具備する。【選択図】        図３
2010028072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくともバッファ層、ｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体発光素子において、
前記活性層は、複数の障壁層と複数の井戸層が交互に配列された多重量子井戸構造であり、
前記複数の障壁層のうち少なくとも１つの層は、ｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ドープ障壁層とアンドープ障壁層とを有する第１障壁層であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１障壁層は、前記ｐ型窒化物半導体層に隣接することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記複数の障壁層が全て前記第１障壁層であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１障壁層は、ｐ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｐ型ドーピング障壁層、及びアンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層が、順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層、及びｐ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｐ型ドーピング障壁層が、順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層を、前記ｐ型ドーピング障壁層上にさらに具備して順に積層されていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちいずれかひとつであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｐ型ドープ障壁層のドーピング濃度を傾斜させるか又は階段式に成長させることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記活性層は、前記ｎ型窒化物半導体層に隣接する領域に、ｎ型ドーパントがドーピングされた複数の第２障壁層をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第２障壁層は、ｎ型ドーパントがドーピングされたｎ型ドープ障壁層、及びアンドープ障壁層を有することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２障壁層は、ｎ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｎ型ドープ障壁層、及びアンドープされた窒化物半導体からなるアンドープされた障壁層が、順に積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第２障壁層は、アンドープされた窒化物半導体からなるアンドープされた障壁層、及びｎ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体となったｎ型ドープ障壁層、順に積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第２障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層を前記ｎ型ドーピング障壁層上にさらに具備し、順次積層されていることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記ｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＣのうち少なくともいずれかひとつであることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちいずれかひとつであることを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記ｐ型ドーパントのドーピング濃度は、１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重量子井戸構造の活性層を具備した窒化物半導体発光素子に関するもので、さらに詳細には、ｐ型窒化物半導体層の隣接障壁層にＭｇドーピングを行い、ｐ型ドープ障壁層に変化させることにより電子のオーバーフローを防ぎ、正孔注入効率を改善して外部量子効率を増加させることができる多重量子井戸構造の活性層を具備した窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、窒化物半導体発光素子の開発が進むなか携帯電話のキーパッドやサイドビュー（Ｓｉｄｅ  Ｖｉｅｗ）用光源だけでなく、一般の照明及び自動車の前照灯にまでその応用範囲を広げている。
【０００３】
携帯電話用に使用されるＬＥＤの場合、２０ｍＡの動作電流を使用することになるが、照明用及び自動車の前照灯に使用されるＬＥＤでは、一般的に数百ｍＡの動作電流が注入される。数百ｍＡの電流を注入することにより低電流では見られない問題が現れるが、その代表的なものが効率ドループ（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｒｏｏｐ）である。
【０００４】
一般的にＬＥＤ効率は、外部量子効率で表され、これは内部量子効率に光子抽出効率を乗じたものである。動作電流の増加によって外部量子効率が減少する現象を効率ドループという。
【０００５】
既存の多重量子井戸構造のＬＥＤの場合、効率ドループが約１０Ａ／ｃｍ2の電流密度において現れる。すなわち、１０Ａ／ｃｍ2の電流密度より大きい動作電流においては、外部量子効率が少しずつ減少する。ＬＥＤチップの面積によって電流密度は異なるが、１０Ａ／ｃｍ2程度の電流密度を動作電流で換算すると２０ｍＡほどになる。
【０００６】
すなわち、携帯電話に使用するＬＥＤの場合、２０ｍＡ以上の電流では動作電流が大きくなるほどＬＥＤ効率が低下してしまう。従って、上記のような“効率ドループ（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｒｏｏｐ）”現象は、高電流密度を必要とする照明及び自動車の前照灯にＬＥＤを使用するには必ず解決しなければならない問題である。
【０００７】
具体的に、既存の多重量子井戸構造の活性層を有するＬＥＤの場合、活性層は発光が起きる井戸層であるＩｎＧａＮ層と障壁層であるＧａＮ層で構成される。一般的に、井戸層にはアンドープ層を使用し、障壁層にはアンドープ層乃至はＳｉがドーピングされたｎ−ＧａＮ層を使用する。
【０００８】
障壁層にＳｉドーピングを行う理由は、Ｓｉドーピングにより井戸層と障壁層との間の界面特性が向上するだけでなく、抵抗を低下させて順方向電圧の動作電圧を低下させる効果が得られるからである。また、Ｓｉドーピングにより、電子の濃度を高めることによって井戸層であるＩｎＧａＮ層と障壁層であるＧａＮ層との間の格子定数の差異によって発生するストレスにより圧電フィールド（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）を遮断（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）する効果が得られる。
【０００９】
これにより、動作電流が増加することで発生するブルーシフト現象も減少し、遮断効果によって圧電フィールドによるバンドベンディング（Ｂａｎｄ  Ｂｅｎｄｉｎｇ）を減少させて、電子と正孔との間の波動関数の重畳を増加させ、内部量子効率が増加する。
【００１０】
このような方法は、主に低電流密度においてのＬＥＤ効率を増加させるための方法として使用されてきた。しかし照明及び自動車の前照灯のように高電流密度を必要とする場合に発生する効率ドループの問題を解決することはできない。
【００１１】
一般的に、正孔は電子に比べて移動度が低いため、ＬＥＤの活性層に注入される効率が低い。逆に電子は、有効質量が軽く移動度が高いため活性層によく注入される。
【００１２】
従って、正孔はよく注入されない反面、よく注入される電子は活性層を過ぎてｐ型窒化物半導体層領域へと移動する。このような現象は、高電流密度、すなわち、電気的に注入されるキャリアの濃度が高くなるほど顕著になり、このような現象により高電流密度になるほど外部量子効率が減少する。
【００１３】
このような現象を改善するために、バンドギャップの大きいＡｌＧａＮからなる電子障壁層を活性層上に積層する場合もあるが、これも格子定数の差異により発生する圧電フィールドによって障壁の役割を十分にすることができず、電子のオーバーフロー現象を防ぐことが難しい。
【００１４】
上述したように、既存の多重量子井戸構造の活性層を有するＬＥＤは、低電流密度から高電流密度になるほど、正孔の低い注入効率と高電流密度における高いキャリア濃度による非発光オージェ（Ａｕｇｅｒ）再結合により外部量子効率が低下する問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明では、障壁層にＭｇドーピングをして障壁層の電子拘束の効果を増加させると同時に、発光が起きる井戸層に正孔を効果的に注入することができる窒化物半導体発光素子を提供する。
【００１６】
また、本発明ではＭｇドーピングされた障壁層の前後にアンドープ障壁層を形成することによって、障壁層にドーピングされたＭｇの拡散を防ぐことができる窒化物半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様による窒化物半導体発光素子は、基板上に少なくともバッファ層、ｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体発光素子において、上記活性層は複数の障壁層と複数の井戸層が交互に配列された多重量子井戸構造で、上記複数の障壁層のうち少なくとも１つの層はｐ型ドーパントがドーピングされたｐ型ドーピング障壁層とアンドープ障壁層を有する第１障壁層であることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、上記第１障壁層は上記ｐ型窒化物半導体層に隣接する。
【００１９】
好ましくは、上記複数の障壁層全体が上記第１障壁層である。
【００２０】
好ましくは、上記第１障壁層はｐ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｐ型ドーピング障壁層及びアンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層が順に積層されているか、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層及びｐ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｐ型ドーピング障壁層が順に積層されていることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、上記第１障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層、ｐ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｐ型ドーピング障壁層及びアンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層が順に積層されていることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、上記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちのいずれかひとつで、上記ｐ型ドーパントのドーピング濃度は１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3で、上記ｐ型ドープ障壁層のドーピング濃度を傾斜させるか又は階段式に成長させる。
【００２３】
好ましくは、上記活性層は、上記ｎ型窒化物半導体層に隣接する領域にｎ型ドーパントがドーピングされた複数の第２障壁層をさらに具備する。
【００２４】
好ましくは、上記第２障壁層は、ｎ型ドーパントがドーピングされたｎ型ドープ障壁層、及びアンドープ障壁層を有する。
【００２５】
好ましくは、上記第２障壁層は、ｎ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｎ型ドーピング障壁層、及びアンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層が順に積層されているか、上記第２障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層及びｎ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなる上記ｎ型ドープ障壁層が順に積層されている。
【００２６】
好ましくは、上記第２障壁層は、アンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層、ｎ型ドーパントがドーピングされた窒化物半導体からなるｎ型ドーピング障壁層、及びアンドープ窒化物半導体からなるアンドープ障壁層が順に積層されている。
【００２７】
好ましくは、上記ｎ型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＣのうち少なくともいずれかひとつで、上記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちいずれかひとつである。
【００２８】
好ましくは、上記ｎ型又はｐ型ドーパントのドーピング濃度は１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、障壁層にｐ型ドーパントをドーピングすることによりバンドギャップを変化させ、井戸層の電子拘束力及び井戸層への正孔注入効率を改善することにより高電流密度においてのＬＥＤの外部量子効率を改善させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の好ましい一実施形態である窒化物半導体発光素子の構造を表した断面図である。
【００３２】
図１に図示のように、窒化物半導体発光素子は、基板１上にバッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、多重量子井戸構造の活性層４、ｐ型窒化物半導体層５を積層し、上記ｎ型窒化物半導体層３及びｐ型窒化物半導体層５上にそれぞれｎ側ボンディング電極７、ｐ側ボンディング電極６を形成して半導体層３、５から注入される正孔と電子の再結合により活性層４で光を発生させる。このとき、活性層４で発生した光は、ｐ型窒化物半導体層５に向かって放出される。
【００３３】
図１に図示された窒化物半導体発光素子の各構成要素についてより詳細に説明する。
【００３４】
基板１は、その上に成長する窒化物半導体物質との格子整合を考慮し、主にサファイア基板が使用される。サファイア基板上では、比較的窒化物 半導体物質の成長が容易であり、高温でも安定するためである。
【００３５】
基板１の上面に形成されたｎ型窒化物半導体層３はｎ型ドーパントでドーピングされた半導体物質からなり、代表的な窒化物半導体物質としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびIｎＧａＮがある。上記ｎ型窒化物半導体層３のドーピングに使用されるドーパントとしてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ又はＣ使用され、好ましくはＳｉが使用される。
【００３６】
上記ｎ型窒化物半導体層３は、上記半導体物質を、有機金属化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子ビーム成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）又はハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）のような公知の蒸着工程を使用して基板１上に成長させることによって形成される。
【００３７】
一般的に、基板１とｎ型窒化物半導体層３との間には格子の不整合を緩和させるためのバッファ層２が形成される。このバッファ層２として、通常数十ｎｍの厚さを有するＧａＮ又はＡｌＮ等の低温成長層が使用される。
【００３８】
活性層４は、光を発光させるための層として機能し、通常IｎＧａＮ層を井戸層とし、ＧａＮ層を障壁層（ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）として成長させ、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を形成させることによって成る。例えば、青色発光ダイオードにおいてはＩｎＧａＮ／ＧａＮ等の多重量子井戸構造、紫外線発光ダイオードにおいてはＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ等の多重量子井戸構造が使用されている。これについては図２ｂで詳細に説明する。
【００３９】
活性層４の膜の厚さは、特に限定されず、ＬＥＤ素子の所望の波長等を考慮し、井戸層及び障壁層の積層数又は積層順序を調整して活性層の総厚さを調整する。すなわち、Ｉｎ又はＡｌの組成比率を変化させて光の波長を調節したり、活性層内の量子井戸層の深さ、活性層の数、厚さ等を変化させたりして発光ダイオードの内部量子効率を向上させることができる。
【００４０】
このような活性層４は、上記ｎ型窒化物半導体層３のように、有機金属化学気相蒸着法、分子ビーム成長法又はハイドライド気相成長法のような公知の蒸着工程を使用して上記ｎ型窒化物半導体層３上に形成される。
【００４１】
ｐ型窒化物半導体層５は、ｎ型窒化物半導体層３と同様に、ｐ型ドーパントでドーピングされた半導体物質からなり、代表的な窒化物半導体物質としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮがある。ｐ型窒化物半導体層５のドーピングに使用されるドーパントとしてはＭｇ、Ｚｎ又はＢｅ等があり、このうち代表的に使用されるのはＭｇである。
【００４２】
このようなｐ型窒化物半導体層５は、上記半導体物質を有機金属化学気相蒸着法、分子ビーム成長法又はハイドライド気相成長法のような公知の蒸着工程を使用して上記活性層４上に成長させることによって形成される。
【００４３】
ｐ側ボンディング電極６は、ｐ型窒化物半導体層５の上面に形成され、ｎ側ボンディング電極７はｎ型窒化物半導体層３の上面に形成される。
【００４４】
また、ｐ型窒化物半導体層５とｐ側ボンディング電極６との間に、ｐ型窒化物半導体層５の上面の全領域に形成される透明電極層をさらに具備することができる。透明電極層は、比較的高いエネルギーバンドギャップを有するｐ型窒化物半導体層５との接触抵抗を低めるのに適切であると同時に、活性層４から生成される光が上部に放出されるために良好な投光性を有する物質で形成されることが要求される。一般的に透明電極層は、投光性を確保するために酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化カドミウム錫（ＣＴＯ）又は窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）を材料として使用することができる。このような透明電極層は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）及び電子ビーム蒸発法のような公知の蒸着方法又はスパッタリング等の工程により形成され、オーミックコンタクトの特性を向上させるために約４００℃乃至９００℃の温度で熱処理される。
【００４５】
ｐ側ボンディング電極６は、ｐ型窒化物半導体層５上に形成される。上記ｐ側ボンディング電極６は、ワイヤーボンディングを通してリード上に搭載される最外郭電極層であって、一般的にＡｕ又はＡｕを含有した合金を材料として化学気相蒸着法及び電子ビーム蒸発法のような公知の蒸着方法又はスパッタリング等の工程によって形成される。
【００４６】
ｎ側ボンディング電極７は、ｎ型窒化物半導体層３上にＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ及びＡｕで構成されたグループから選ばれた物質からなる単一層又は複数層で形成される。このようなｎ側ボンディング電極７は、化学気相蒸着法及び電子ビーム蒸発法のような公知の蒸着方法又はスパッタリング等の工程によりｎ型窒化物半導体層３上に形成される。
【００４７】
図２ａおよび図２ｂは、図１に図示された本発明の一実施形態である窒化物半導体発光素子の活性層において、障壁層２４にＭｇドーピングを行うことによるバンド構造を模式的に表した図である。
【００４８】
図２ａは、ｎ型窒化物半導体層２０とｐ型窒化物半導体層２２との間に形成された活性層２１の障壁層２４にＭｇをドーピングしなかった場合のバンドギャップの模式図で、図２ｂは、障壁層２９にＭｇをドーピングした場合のバンドギャップの模式図である。
【００４９】
図２ｂに図示のように、活性層２６の多重量子井戸構造は、ｐ型ドーパントであるＭｇがドープされた障壁層２９とアンドープ井戸層２８が順に積層された構造であり、Ｍｇドーピングは全ての障壁層２９又はその一部にのみ行われ、少なくともｐ型窒化物半導体層２７と最も隣接した障壁層にはＭｇドーピングを行う。
【００５０】
すなわち、障壁層の一部にのみＭｇドーピングを行う場合にも、該井戸層への正孔注入効率を高めることができる。上記ｐ型ドーパントはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちのいずれでもよいが、Ｍｇを使用するのが好ましい。ｐ型ドーパントのドーピング濃度は１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
【００５１】
具体的に、ｎ型窒化物半導体層２５とｐ型窒化物半導体層２７との間に形成された活性層２６の障壁層２９にＭｇドーピングを実施すると、伝導帯に対する井戸層２８の深さが深くなり、移動度が高い電子を井戸層に拘束する効果を高めることができ、相対的に正孔に対しては価電子帯の井戸層２８の深さが浅くなり注入効率を高めることができる。
【００５２】
活性層の障壁層にこのようにドーピングされたＭｇの拡散を防ぐために、Ｍｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層の前後にアンドープ障壁層を成長させることができる。例えば、障壁層にｐ型ドーパントがドーピングされる際に、Ｍｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層及びアンドープ障壁層が順に積層された構造、又はアンドープ障壁層及びＭｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層が順に積層された構造、又はアンドープ障壁層、Ｍｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層及びアンドープ障壁層が順に積層された構造のうち少なくともひとつの構造をとることができる。上述した活性層の構造については図３乃至図４で詳細に説明する。
【００５３】
図３は、本発明の一実施形態である窒化物半導体発光素子の活性層の量子井戸バンド構造を模式的に表した図である。
【００５４】
図３に図示されるように、多重量子井戸構造を有する活性層３１において障壁層３４にＭｇドーピングを行い、ｐ型ドープ障壁層３６を得る。ｐ型窒化物半導体層３２では、正孔の移動度が低く正孔は効果的に活性層３１に注入されないが、このｐ型ドープ障壁層３６によって正孔は障壁層３４から井戸層３３に直接注入される。これによって窒化物半導体発光素子の発光効率を著しく改善させ、また電子がｐ型窒化物半導体層３２にオーバーフローすることを防ぐことができる。
【００５５】
一方、一般的なＬＥＤにおいては、電子の移動度が速いのでｐ型窒化物半導体層３２に最も近い領域の井戸層でのみ発光が起こるが、障壁層３４内でｐ型ドープ障壁層３６が得られると、発光する井戸層の数も増やすことができる。しかし、障壁層３４にドーピングされたＭｇの場合、活性層以後に成長するｐ型窒化物半導体層の成長温度が高くて井戸層内部への拡散が生じることがあり、このような場合Ｍｇが発光効率を下げてしまう。
【００５６】
そこで本発明では、活性層３１の障壁層３４において、Ｍｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層３６の前後にアンドープ障壁層３５、３７を成長させてＭｇが井戸層３３へ拡散することを防ぐ。これによりＭｇ拡散による発光効率の低下を防ぐ。
【００５７】
図４は、本発明の他の実施形態による活性層の量子井戸バンド構造を模式的に表した図である。
【００５８】
図４に図示されたように、活性層４１において、障壁層４４にドーピングされたＭｇの井戸層４３への拡散を防ぐために、障壁層４４のＭｇドーピングされたｐ型ドープ障壁層４６の片側にアンドープ障壁層４５を成長させることができる。このような構造によっても、図３の場合と同様に、Ｍｇの拡散による発光効率の低下を防ぐことができる。
【００５９】
図５は、本発明のさらに他の一実施形態の窒化物半導体発光素子の活性層の障壁層にＳｉ及びＭｇをドーピングする場合のバンド構造を模式的に表した図である。
【００６０】
一般的に、非発光再結合には、キャリア濃度によって生じる非発光オージェ再結合と、欠陥によって生じるバンドギャップ内のディープレベルによる非発光再結合であるショックレーリードホール（ｓｈｏｃｋｌｅｙ―ｒｅａｄ―ｈａｌｌ）再結合があり、ショックレーリードホール再結合の結合率は、キャリア濃度に比例するが、非発光オージェ再結合の場合、結合率はキャリア濃度の三乗に比例する。
【００６１】
従って、高電流密度による活性層内部においてキャリア濃度が高くなるほどキャリア濃度の三乗に比例する非発光オージェ再結合が起きる確率が高くなり、これにより高電流密度で外部量子効率が低下する。
【００６２】
Ｓｉドーピングにより障壁層でのキャリア濃度が高くなるほど井戸層でのキャリアとの相互作用によって障壁層の電子が非発光オージェ再結合に加わる確率が高くなる。また、一般的に、ドーピングを行わない障壁層の場合にも一般的にアンドープＧａＮで膜質が非常に優れる場合、１０16／ｃｍ3程度の電子濃度を有する。これは窒素空孔（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙ）によるＧａＮの物質特性である。
【００６３】
上のような１０16／ｃｍ3程度の電子濃度は、バッファ層上に成長するアンドープＧａＮ層の成長条件に該当するものとして、他の活性層内の障壁層の成長時には１０16／ｃｍ3に近いか又はそれ以上の電子濃度を有するものと予想される。この場合も障壁層の電子が非発光オージェ再結合に加わる可能性がある。
【００６４】
従って本発明では、図５に図示されたように、活性層５１においてｐ型窒化物半導体層５２に隣接した主に光が発光する障壁層、すなわち最後の井戸層又は一部の障壁層にＭｇドーピングを行い、ｎ型窒化物半導体層５０に隣接した障壁層５４又は一部の障壁層５４にＳｉドーピングを行う。
【００６５】
こうすることで、障壁層５４がインシュレーターとなることによって生じ得る発光素子の動作電圧の増加を減少させることができる。このとき、ｎ型ドーパントはＳｉだけでなく、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＣのうちのいずれかであってよく、ｐ型ドーパントはＭｇだけでなく、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのうちのいずれかであってよい。
【００６６】
そして、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であり、ｐ型ドーパントのドーピング濃度は１０15／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
【００６７】
そして、障壁層５４において、Ｓｉドーピング又はＭｇドーピングされたドープ障壁層５６の前後にアンドープ障壁層５５、５７を成長させたり、Ｓｉドーピング又はＭｇドーピングされたドープ障壁層５６の片側にのみアンドープ障壁層５５又は５７を成長させたりしてもよい。
【００６８】
このように障壁層がＭｇドーピングによりインシュレーターに近い特性を得るようになれば、障壁層においてキャリアの濃度が１０15／ｃｍ3以下と非常に低くなる。これにより、障壁層のキャリアが非発光オージェ再結合に加わることができる機会が著しく低下するので、高電流でも非発光オージェ再結合を減少させて高い量子効率を得ることができる。この場合、図２乃至図４の場合に比べて低い濃度のＭｇドーピングを行わなければならない。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、添付の請求範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の好ましい一実施形態である窒化物半導体発光素子の構造を表した断面図である。
【図２ａ】本発明の好ましい一実施形態である窒化物半導体発光素子の活性層の障壁層にＭｇドーピングを行う場合のバンド構造を模式的に表した図である。
【図２ｂ】本発明の好ましい一実施形態である窒化物半導体発光素子の活性層の障壁層にＭｇドープを行わない場合のバンド構造を模式的に表した図である。
【図３】図１による窒化物半導体発光素子の活性層の量子井戸バンド構造を模式的に表した図である。
【図４】本発明の他の一実施形態による活性層の量子井戸バンド構造を模式的に表した図である。
【図５】本発明のさらに他の一実施形態の窒化物半導体発光素子の活性層において、障壁層にＳｉ及びＭｇをドーピングする場合によるバンド構造を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  基板
２  バッファ層
３  ｎ型窒化物半導体層
４  活性層
６  ｐ側窒化物半導体層
７  ｎ側ボンディング電極
【図１】
2010028072.tif 000003
【図２ａ】
2010028072.tif 000004
【図２ｂ】
2010028072.tif 000005
【図３】
2010028072.tif 000006
【図４】
2010028072.tif 000007
【図５】
2010028072.tif 000008