【手続補正書】
【提出日】平成17年3月18日(2005.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子であって、
不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有している基板と、
前記基板の一方の主面上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ（但し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である。）から成り且つ量子力学的なトンネル効果が生じる厚みを有している第１の層とＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮ（但し、ｙはｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する数値である。）から成り且つ前記第１の層よりも厚く且つ１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有している第2の層との複合層から成るバッファ層と、
発光機能を得るために前記バッファ層の上に配置された複数の窒化物系化合物層を含んでいる半導体領域と、
前記半導体領域の表面上に配置された第１の電極と、
前記基板の他方の主面に配置された第２の電極と
を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮから成る複数の第１の層と、ＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮから成る複数の第2の層とを有し、前記第1の層と前記第２の層が交互に積層されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記バッファ層における前記第1の層の厚みが0.5ｎｍ〜１０ｎｍ、及び前記第2の層の厚みが１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の層はｎ形不純物としてシリコンを含むことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体領域の前記複数の窒化物系化合物半導体層のそれぞれは、ＧａＮ（窒化ガリウム）層、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）層、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）層、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）層、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム    アルミニウム）層から選択されたものであることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体領域は、
前記バッファ層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成る第１の導電形の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成る活性層と、
前記活性層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の導電形と反対の第2の導電形を有している第２の半導体層と
を備えていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子の製造方法であって、
不純物を含み且つ低い抵抗率を有しているシリコン又はシリコン化合物から成る基板を用意する工程と、
前記基板上に、気相成長法によってＡｌxＧａ1-xＮ（但し、ｘは、０＜ｘ≦１を満足する数値である。）から成り、且つ量子力学的トンネル効果が生じる厚みを有している第１の層とＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮ(但しｙは、ｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する数値である。)から成り且つ前記第１の層よりも厚く且つ１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有している第２の層とを順次に形成してバッファ層を得る工程と、
前記バッファ層上に、発光機能を得るための複数の窒化物系化合物層から成る半導体領域を気相成長法で形成する工程と、
前記半導体領域の表面上に第１の電極を形成し、前記基板の他方の主面に第２の電極を形成する工程と
を有していることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子であって、不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り、且つ低い抵抗率を有している基板と、前記基板の一方の主面上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ（但し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数値である。）から成り且つ量子力学的トンネル効果が生じる厚みを有している第１の層とＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮ（但し、ｙはｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する数値である。）から成り且つ前記第１の層よりも厚く且つ１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有している第2の層との複合層から成るバッファ層と、発光機能を得るために前記バッファ層の上に配置された複数の窒化物系化合物層を含んでいる半導体領域と、前記半導体領域の表面上に配置された第１の電極と、前記基板の他方の主面に配置された第２の電極とを備えていることを特徴とする半導体発光素子に係るものである。
なお、前記第2の層の材料を、化学式ＡｌyＧａ1-yＮ（但し、ｙはｙ＜ｘ及び０≦ｙ＜１を満足する数値である。）で表すこともできる。この化学式において、ｙが０の場合に前記第2の層はＧａＮになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
なお、請求項２に示すように、前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮから成る複数の第１の層と、ＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮから成る複数の第2の層とを有し、前記第1の層と前記第２の層が交互に積層されていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記バッファ層における前記第1の層の厚みが0.5ｎｍ〜1０ｎｍ、及び前記第2の層の厚みが１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記第２の層はｎ形不純物としてシリコンを含むことことが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記半導体領域の前記複数の窒化物系化合物半導体層のそれぞれは、ＧａＮ（窒化ガリウム）層、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）層、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）層、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）層、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム      インジウム  アルミニウム）層から選択されたものであることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記半導体領域は、前記バッファ層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成る第１の導電形の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成る活性層と、前記活性層の上に配置された窒化物系化合物半導体から成り且つ前記第１の導電形と反対の導電形を有している第２の半導体層とを備えていることが望ましい。
また、請求項７に示すように、窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子の製造方法において、不純物を含み且つ低い抵抗率を有しているシリコン又はシリコン化合物から成る基板を用意する工程と、前記基板上に、気相成長法によってＡｌxＧａ1-xＮ（但し、ｘは、０＜ｘ≦１を満足する数値である。）から成り且つ量子力学的トンネル効果が生じる厚みを有している第１の層とＧａＮ又はＡｌyＧａ1-yＮ(但しｙは、ｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する数値である。)から成り且つ前記第１の層よりも厚く且つ１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有している第２の層とを順次に形成してバッファ層を得る工程と、前記バッファ層上に、発光機能を得るための複数の窒化物系化合物層から成る半導体領域を気相成長法で形成する工程と、前記半導体領域の表面上に第１の電極を形成し、前記基板の他方の主面に第２の電極を形成する工程とを有していることが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第１の層１２ａは、化学式  ＡｌxＧａ1-xＮ
ここで、ｘは０＜ｘ≦１を満足する任意の数値、で示すことができる材料で形成される。即ち、第１の層１２ａは、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)又はＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム  ガリウム）で形成される。図１及び図２の実施形態では、前記式のｘが１とされた材料に相当するＡｌＮ（窒化アルミニウム）が第１の層１２ａに使用されている。第１の層１２ａは、絶縁性を有する極薄い膜である。第１の層１２ａの格子定数及び熱膨張係数は第２の層１２ｂよりもシリコン基板１１に近い。従って、第１の層１２ａは第２の層１２ｂよりもバッファ作用が大きい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
第２の層１２ｂの厚みは、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍ即ち１００〜５０００オングストロ−ムであり、より好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。第２の層１２ｂの厚みが１０ｎｍ未満の場合には、基板１１と第２の層１２ｂとの間のエネルギバンドの不連続性が比較的大きくなり、発光素子の動作時のアノード電極１７とカソード電極１８との間の抵抗及び電圧Ｖfが比較的大きくなる。また、第２の層１２ｂの厚みが１０ｎｍ未満の場合には、第２の層１２ｂの上に形成される一方の第１の層１２ａと第２の層１２ｂの下に形成される他方の第１の層１２ａとの間の電気的接続が良好に達成されず、バッファ層１２の電気的抵抗が増大する。第２の層１２ｂの厚みが５００ｎｍを超えた場合には、バッファ層12全体に対する第１の層１２ａの割合が低下し、バッファ機能が相対的に小さくなり、半導体領域１０の平坦性が良好に保てなくなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  基板１１を単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができる。
（２）  半導体基体１６の各層の導電形を実施例と逆にすることができる。
（３）  ｎ形半導体層１３、活性層１４及びｐ形半導体層１５のそれぞれを、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）から選択された窒化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物半導体とすることができる。
（４）  ｎ形半導体層１３、活性層１４及びｐ形半導体層１５のそれぞれを、複数の半導体層の組み合せで構成することができる。
（５）  ｎ形半導体層１３を省いてバッファ層１２の上にＧａＩｎＮから成る活性層１４を直接に接触させることができる。これにより、肉厚のＡｌＧａＮクラッド層を介在させて活性層１４を形成する場合に比較して活性層１４に加わる引っ張り応力が緩和される。このため、活性層１４の結晶性が良好となり、発光素子の発光特性が更に良好に得られる。
（６）  アノ−ド電極１７の下にオ−ミックコンタクトのためのＰ+形半導体領域を設けることができる。
（７）  アノ−ド電極１７を透明電極とすることができる。
（８）  バッファ層１２の第１の層１２ａの数を第２の層１２ｂよりも１層多くしてバッファ層12の最上層を第1の層１２ａとすることができる。また、逆に第2の層１２ｂの数を第1の層１２ａの数よりも1層多くすることもできる。
（９）  第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂは、これらの機能を阻害しない範囲で不純物を含むものであってもよい。