(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたバッファー層と、
前記バッファー層上に形成されたｎ型半導体から作られた第１の層と、
ｐ型半導体から作られた第２の層と、
前記第１の層と前記第２の層との間に配置された活性層と、
を備えた発光素子において、
前記第１の層、前記第２の層、および、前記活性層が、それらの層の間に異相界面を形成する、閃亜鉛鉱型相構造を備えた層およびウルツ鉱型相構造を備えた層の組み合わせを形成し、
前記第１の層、前記第２の層、および、前記活性層が、ＩＩＩ族元素の窒化物に基づいて作られていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記活性層が、閃亜鉛鉱型相構造を備えた半導体から作られ、前記第１の層および前記第２の層が、ウルツ鉱型相構造を備えた半導体から作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記基板が、アルミナオキサイドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記基板が、シリコンカーバイドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記基板が、ガリウムナイトライドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記バッファー層が、ガリウムナイトライドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記バッファー層が、アルミナイトライドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１の層が、シリコンがドーピングされたガリウムナイトライドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第２の層が、マグネシウムがドーピングされたガリウムナイトライドから作られることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、とりわけ、周期表のＩＩＩ族元素窒化物と、それらの窒化物の固溶体（以下、ＩＩＩ族窒化物と呼ぶ）と、に基づいて作られた、高い効率を有する発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）は、固体照明技術の主要部品である。ＬＥＤの２つの電子的端子間に印加された電圧によって、電流がｐ‐ｎ接合に流れ、そして、電子と正孔との放射再結合によって、ＬＥＤが光を放射する。
【０００３】
ＬＥＤの利点は、長い耐用年数、高い信頼性、および、大きな電気エネルギー−光放射変換率である。
【０００４】
赤外線、赤色光、および、緑色光を放射するＬＥＤが、長い間、製造および販売されている。ＩＩＩ族窒化物に基づいて作られ、かつ、紫外線、青色光、緑色光、および、白色光を放射するＬＥＤを製造するための技術は、本質的に、過去数年にわたって改善されてきた（例えば、米国特許第７，６４２，１０８号明細書、米国特許第７，３３５，９２０号明細書、米国特許第７，３６５，３６９号明細書、米国特許第７，５３１，８４１号明細書、米国特許第６，６１４，０６０号明細書を参照）。これにより、ＬＥＤは、より一般的なものとなり、そして、照明を含む様々な分野で使用されている。
【０００５】
図１は、公知の従来技術によるＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ（Ｈｉｒｏｍｉｔｓｕ  Ｓａｋａｉ，Ｔａｋａｓｈｉ  Ｋｏｉｄｅ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍａｃｈｉｋｏ  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｓｈｉｒｏ  Ｙａｍａｓａｋｉ，Ｍａｓａｙｏｓｈｉ  Ｋｏｉｋｅ，Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ａｍａｎｏ  ａｎｄ  Ｉｓａｍｕ  Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ  ２，Ｎｏ  １１Ａ，ｐｐ．Ｌ１４２９，０１．１１．１９９５）を示す。
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ１００は、基板１１０と、薄いバッファー層１２０と、ｎ型コンタクト１７０（以下、ｎ−コンタクトと呼ぶ）が付加されたｎ型層１３０と、ｐ型コンタクト１６０（以下、ｐ−コンタクトと呼ぶ）が付加されたｐ型層１５０と、活性層１４０とからなる、層構造を有する。さらに、ＬＥＤの主要部分は、活性層１４０であり、この活性層１４０において、光放射の発生が、電子と正孔の再結合プロセスの結果として起こる。一般的なＩＩＩ族窒化物ＬＥＤにおいては、ｎ型層１３０、ｐ型層１５０、および、活性層１４０は、ＩＩＩ族窒化物半導体の１つの結晶構造、すなわち、１つの結晶相を有する。通常、この結晶構造は、ウルツ鉱型構造に対応している。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ１００の活性層は、ｎ型層１３０およびｐ型層１５０の化学組成とは異なる化学組成を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られてもよい（Ｈｉｒｏｍｉｔｓｕ  Ｓａｋａｉ，Ｔａｋａｓｈｉ  Ｋｏｉｄｅ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍａｃｈｉｋｏ  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｓｈｉｒｏ  Ｙａｍａｓａｋｉ，Ｍａｓａｙｏｓｈｉ  Ｋｏｉｋｅ，Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ａｍａｎｏ  ａｎｄ  Ｉｓａｍｕ  Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ  ２，Ｎｏ  １１Ａ，ｐｐ．Ｌ１４２９，０１．１１．１９９５）。したがって、このＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、二重ヘテロ構造または量子井戸を形成する異なる化学組成を備えた１つの結晶相の層間に、２つのヘテロ界面（ｈｅｔｅｒｏｂｏｕｎｄａｒｙ）を備える。ＩＩＩ族窒化物二重ヘテロ構造または量子井戸は、電子および正孔の両方に対するポテンシャル井戸を形成する２つのＩ型ヘテロ界面を備える。
【０００７】
異なる化学組成を備えた１つの結晶相のＩＩＩ族窒化物半導体から形成されたＩ型ヘテロ界面を備えた構造の欠点は、それらの構造が電子および正孔の両方に対するポテンシャル井戸を形成するので、正孔が活性層に均一に満たされるのを妨ぐことができるが、これは、ＩＩＩ族窒化物半導体における正孔の質量が、電子の質量よりも本質的に大きいためである。その結果として、いくつかの量子井戸を備えた構造において、ｐ型層に最も近い１つの井戸だけが、電子および正孔を満たされ、かつ、光の大部分を放射する。ｐ型層に最も近い量子井戸におけるキャリアの濃度は、大きな電流密度において高くなるので、オージェ再結合のような非線形再結合プロセスのために、ＬＥＤ効率は、低下する。
【０００８】
上述したことから、ＩＩＩ族窒化物の１つの結晶相に基づいた通常の発光半導体素子（ＬＥＤ）による発光の効率は、活性層における正孔の不均一な分布のために、および、非線形再結合プロセスのために、大きな電流密度において制限されることは、明らかである。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、発光素子による光放射の効率を増大させることである。
【発明の概要】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明は、新しい構造を備えた発光素子を提供する。ここで提案される発光半導体素子は、閃亜鉛鉱型構造を備えた相（以下、閃亜鉛鉱型相と呼ぶ）とウルツ鉱型構造を備えた相（以下、ウルツ鉱型相と呼ぶ）との間に異相界面（ｈｅｔｅｒｏｐｈａｓｅ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）を備えた異相構造（ｈｅｔｅｒｏｐｈａｓｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有し、これらの異相界面は、相が変化しないＩ型ヘテロ界面とは異なるＩＩ型ヘテロ界面である（Ｒｅｂａｎｅ  Ｙ．Ｔ．，Ｓｈｒｅｔｅｒ  Ｙ．Ｇ．，Ａｌｂｒｅｃｈｔ  Ｍ．Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ａ．  １９９７．Ｖｏｌｕｍｅ  １６４．Ｐａｇｅ  １４１；Ｃｏｒｆｄｉｒ  Ｐ．，Ｌｅｆｅｒｂｒｅ  Ｐ．，Ｌｅｖｒａｔ  Ｊ．，Ｄｕｓｓａｉｇｎｅ  Ａ．，Ｇａｎｉｅｒｅ  Ｊ．−Ｄ．，Ｍａｒｔｉｎ  Ｄ．，Ｒｉｓｔｉｃ  Ｊ．，Ｚｈｕ  Ｔ．，Ｇｒａｎｄｊｅａｎ  Ｎ．，Ｄｅｖｅａｕｄ−Ｐｌｅｄｒａｎ  Ｂ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００９．Ｖｏｌｕｍｅ  １０５，ｐａｇｅ  ０４３１９２）。
【００１１】
ヘテロ界面またはヘテロ接合の概念は、文献からよく知られているものである。
【００１２】
ヘテロ界面およびヘテロ接合、これらは、例えば、ウルツ鉱型相ＧａＮとウルツ鉱型相ＡｌｘＧａ１−ｘＮとの間の界面のような、異なる化学組成を備えた半導体間の界面および接合であるが、同じ結晶構造を有する。
【００１３】
本出願は、以下の意味における異相界面の概念を使用するものである。
【００１４】
異相界面は、例えば、ウルツ鉱型相ＧａＮと閃亜鉛鉱型相ＧａＮとの間の界面のような、異なる結晶構造を備えた半導体間の界面である。
【００１５】
異相界面を構成する半導体は、例えばウルツ鉱型相ＧａＮと閃亜鉛鉱型相ＧａＮとの間の界面のような同じ化学組成、および、例えばウルツ鉱型相ＡｌｘＧａ１−ｘＮと閃亜鉛鉱型相ＧａＮとの間の界面のような異なる化学組成のいずれをも有してよい。
【００１６】
ＩＩ型ヘテロ界面を使用することは、正孔に対するポテンシャル井戸の形成の回避を可能にするので、活性層における正孔の分布は、より均一なものとなり、発光素子の効率は、大きな電流密度において増大する。これに加えて、本発明は、閃亜鉛鉱型相とウルツ鉱型相との間の異相界面によって形成された電子に対するいくつかの量子井戸を備えたＬＥＤを提案するものである。閃亜鉛鉱型相構造を有するこれらの量子井戸においては、非放射オージェ再結合が、本質的に、抑制され（Ｋｒｉｓ  Ｔ．Ｄｅｌａｎｅｙ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｒｉｎｋｅ  ａｎｄ  Ｃｈｒｉｓ  Ｇ．Ｖａｎ  ｄｅ  Ｗａｌｌｅ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００９，Ｖｏｌｕｍｅ  ９４，ｐａｇｅ  １９１１０９）、そのために、提案された発光素子は、その効率が、ウルツ鉱型相構造を有するいくつかの量子井戸を備えた公知の発光素子よりも大きい。
【００１７】
本発明は、閃亜鉛鉱型相とウルツ鉱型相との間の異相構造を備えた発光素子を提供する。本発明は、異相界面に関する既存の類似物とは異なるものである。
【００１８】
提案された発光素子は、基板と、基板上に形成されたバッファー層と、バッファー層上に形成されたｎ型半導体から作られた第１の層と、ｐ型半導体から作られた第２の層と、第１の層と第２の層との間に配置された活性層とを備える。第１の層、第２の層、および、活性層は、ウルツ鉱型相構造を備えた層と、それらの層の間に異相界面を形成する閃亜鉛鉱型相構造を備えた層との組み合わせ（ｉｎｔｅｒｌａｃｉｎｇ）を形成する。
【００１９】
活性層は、閃亜鉛鉱型相構造を備えた半導体から作られてもよく、第１の層および第２の層は、ウルツ鉱型相構造を備えた半導体から作られてもよい。
【００２０】
基板は、アルミナオキサイド、シリコンカーバイド、または、ガリウムナイトライドから作られてもよい。
【００２１】
バッファー層は、ガリウムナイトライドまたはアルミナイトライドから作られてもよい。
【００２２】
第１の層は、シリコンがドーピングされたガリウムナイトライドから作られてもよい。第２の層は、マグネシウムがドーピングされたガリウムナイトライドから作られてもよい。
【００２３】
好ましくは、活性層は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ（ＧａＮ））、または、ホウ素−アルミニウム−ガリウム−インジウム窒化物の固溶体から作られてもよい。
【００２４】
一実施形態においては、活性層は、閃亜鉛鉱型相構造を備えた半導体から作られた層と、異相界面を形成するそれらの層の間に形成されたウルツ鉱型相構造を備えた障壁と、を含む複合材料から作られてもよい。
【００２５】
本発明の技術的な成果は、正孔に対するポテンシャル井戸の形成の回避を可能にし、活性層における正孔分布の均一性の増大を可能にし、かつ、非放射オージェ再結合の抑制の保証を可能にする発光素子で利用可能な異相界面によって、発光素子の効率を増大させることである。これに加えて、異相界面は、非放射再結合およびリーク電流を増大させる結晶育成時導入転位（ｇｒｏｗｎ−ｉｎ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の拡大の防止を可能にし、この事実によって、より信頼性が高く、かつ、より効率が大きい、発光半導体素子が得られるようにする。
【００２６】
本発明が、添付の図面に示され、それらの図面において、本発明の様々な実施形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】二重ヘテロ構造を備えた従来技術による発光ダイオードの概略図。ウルツ鉱型相を有する半導体は、三角形の網目によって示されている。
【図２】絶縁基板上に二重異相構造を備えた発光ダイオードの概略図。ウルツ鉱型相の半導体は、三角形の網目によって示され、閃亜鉛鉱型相の半導体は、四角形の網目によって示されている。
【図３】絶縁基板上にいくつかの異相量子井戸、すなわち３つの異相量子井戸、を備えた発光ダイオードの概略図。ウルツ鉱型相の半導体は、三角形の網目によって示され、閃亜鉛鉱型相の半導体は、四角形の網目によって示されている。
【図４】導電性基板上に二重異相構造を備えた発光ダイオードの概略図。ウルツ鉱型相の半導体は、三角形の網目によって示され、閃亜鉛鉱型相の半導体は、四角形の網目によって示されている。
【図５】導電性基板上にいくつかの異相量子井戸、すなわち３つの異相量子井戸、を備えた発光ダイオードの概略図。ウルツ鉱型相の半導体は、三角形の網目によって示され、閃亜鉛鉱型相の半導体は、四角形の網目によって示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明が、以下に説明されるいくつかの実施形態によって明らかとなる。以下に説明されるこれらの実施形態は、単なる１つの例であり、本発明のすべてを網羅するものではないことに、注意されたい。
【００２９】
図２は、例えば、アルミナオキサイド、シリコンカーバイド、または、ガリウムナイトライドから作られた絶縁基板上に形成された異相構造を備えたＬＥＤ２００の概略図である。ＬＥＤ２００は、絶縁基板１１０と、例えば、ガリウムナイトライドまたはアルミナイトライドから作られたバッファー層１２０と、ｎ−コンタクト１７０が付加されたウルツ鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と、ｐ−コンタクト１６０が付加されたウルツ鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０と、第１の層と第２の層との間に配置された閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０とからなる。異相構造を備えたＬＥＤ２００のベースは、２つの異相界面である。
【００３０】
第１の異相界面は、ウルツ鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０との間に形成される。第２の異相界面は、閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０とウルツ鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０との間に形成される。
【００３１】
異相構造を使用することは、正孔に対するポテンシャル井戸の除去を可能にし、それによって、活性層における正孔の分布は、より均一なものとなり、かつ、発光素子の効率は、増大する。活性層２４０の厚さが、１０〜１００ｎｍの範囲をとる場合には、電子に対するポテンシャル井戸は、量子閉じ込めを保証せず、かつ、ＬＥＤは、単一の異相量子井戸を備えた発光ダイオードとして動作する。異相構造を備えた発光ダイオードは、閃亜鉛鉱型相を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られた活性層を備えるが、この活性層では、非放射オージェ再結合が、本質的に抑制され、そのために、異相構造を備えた発光ダイオードは、その効率が、本質的に、ウルツ鉱型相を有する結晶構造を備えたＩＩＩ族窒化物半導体からすべてが作られた通常の発光ダイオードよりも大きい。
【００３２】
図３は、絶縁基板上にいくつかの異相量子井戸を備えたＬＥＤ３００の概略図を示す。ＬＥＤ３００は、絶縁基板１１０と、バッファー層１２０と、ｎ−コンタクト１７０が付加されたウルツ鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と、ｐ−コンタクト１６０が付加された硫化亜鉛鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０とからなる。第１の層と第２の層との間には、複合活性層が存在するが、この複合活性層は、閃亜鉛鉱型相構造を備えた半導体から作られた層３４０、３４２、３４４と、それらの層３４０、３４２、３４４の間に配置された硫化亜鉛鉱型相構造を備えた障壁３４１、３４３とからなる。したがって、得られる異相量子井戸のそれぞれは、閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた層３４０、３４２、３４４と硫化亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた層３４１、３４３との間の２つの異相界面によって形成される。いくつかの異相量子井戸を使用することは、正孔に対するポテンシャル井戸の除去を可能にし、それによって、活性層における正孔の分布は、より均一なものとなり、発光素子の効率は、増大する。いくつかの異相量子井戸を備えたＬＥＤにおいて閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層の厚さは、１〜１０ｎｍの範囲をとるが、これは、電子に対する量子閉じ込めを保証する。さらにまた、いくつかの異相量子井戸を備えたＬＥＤ３００は、閃亜鉛鉱型相を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られた活性層を有するが、この活性層では、非放射オージェ再結合が、本質的に抑制され、そのために、そのようなＬＥＤは、その効率が、本質的に、ウルツ鉱型相を有する結晶構造を備えたＩＩＩ族窒化物半導体からすべてが作られた通常の発光ダイオードよりも大きい。
【００３３】
図４は、導電性基板上に形成された異相構造を備えたＬＥＤ４００の概略図を示す。ＬＥＤ４００は、ｎ−コンタクト１７０が付加された導電性基板４１０と、バッファー層１２０と、ウルツ鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と、ｐ型コンタクト１６０が付加された硫化亜鉛鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０と、第１の層と第２の層との間に配置された閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０とからなる。ＩＩＩ族窒化物における閃亜鉛鉱型相とウルツ鉱型相との間の異相界面は、ＩＩ型のヘテロ界面である。
【００３４】
異相構造を備えたＬＥＤ４００のベースは、２つの異相界面である。
【００３５】
第１の異相界面は、硫化亜鉛鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０との間に形成される。第２の異相界面は、閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０とウルツ鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０との間に形成される。発光素子において異相構造を使用することは、正孔に対するポテンシャル井戸の除去を可能にし、それによって、活性層における正孔の分布は、より均一なものとなり、かつ、発光素子の効率は、大きな電流密度において増大する。閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０の厚さが、１０〜１００ｎｍの範囲をとる場合には、電子に対するポテンシャル井戸は、量子閉じ込めを保証せず、かつ、ＬＥＤは、二重異相構造を備えた発光ダイオードとして動作する。閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層２４０の厚さが、１〜１０ｎｍの範囲をとる場合には、電子に対するポテンシャル井戸は、量子閉じ込めを保証し、かつ、ＬＥＤは、単一の異相量子井戸を備えた発光ダイオードとして動作する。異相構造を備えた発光ダイオードは、閃亜鉛鉱型相を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られた活性層を有するが、この活性層では、非放射オージェ再結合が、本質的に抑制される。そのために、二重異相構造を備えた発光ダイオードおよび単一異相量子井戸を備えた発光ダイオードの両方は、その効率が、ウルツ鉱型相の結晶構造を備えたＩＩＩ族窒化物半導体からすべてが作られた通常の発光ダイオードよりも大きい。
【００３６】
図５は、導電性基板上のＬＥＤ５００の概略図を示す。ＬＥＤ５００は、ｎ−コンタクト１７０が付加された導電性基板１１０と、バッファー層１２０と、ウルツ鉱型相を備えたｎ型半導体から作られた第１の層１３０と、ｐ−コンタクト１６０が付加されたウルツ鉱型相を備えたｐ型半導体から作られた第２の層１５０と、第１の層と第２の層との間に配置され、かつ、複合的に作られた活性層とからなる。この活性層は、閃亜鉛鉱型相構造を備えた半導体から作られた層３４０、３４２、３４４と、それらの層３４０、３４２、３４４の間に配置されたウルツ鉱型相構造を備えた障壁３４１、３４３とからなる。それぞれの異相量子井戸は、閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた層３４０、３４２、３４４とウルツ鉱型相を備えた半導体から作られた層３４１、３４３との間の２つの異相界面によって形成される。いくつかの量子井戸を備えた異相構造を使用することは、正孔に対するポテンシャル井戸の除去を可能にし、それによって、活性層における正孔の分布は、より均一なものとなり、かつ、発光素子の光放射の効率は、増大する。いくつかの異相量子井戸を備えたＬＥＤにおいて閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた活性層の厚さは、１〜１０ｎｍの範囲をとるが、これは、電子に対する量子閉じ込めを保証する。さらにまた、非放射オージェ再結合は、ウルツ鉱型相と比較すると、閃亜鉛鉱型相を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られた異相量子井戸において、本質的に抑制され、そのために、いくつかの異相量子井戸を備えたＬＥＤ５００は、その効率が、ウルツ鉱型相を備えたＩＩＩ族窒化物半導体から作られたいくつかの量子井戸を備えた公知の発光ダイオードよりも大きい。
【００３７】
上述の異相界面を備えた発光素子は、正孔のより均一な分布および活性ポテンシャル井戸におけるオージェ再結合の抑制によって、大きな効率の光放射を保証する。それに加えて、異相界面は、非放射再結合およびリーク電流の原因となる結晶育成時導入転位（the grown-in dislocations）の拡大を防止し、それによって、ここで提案された異相界面を備えた発光素子の信頼性および効率は、さらに増大する。
【００３８】
素子の動作が、図２の実施形態によって説明される。図２に示される素子２００は、以下のように動作する。電圧をコンタクト１７０、１６０に印加すると、電流が、層１３０、２４０、および、１５０によって形成された異相構造に流れる。さらに、電流は、ウルツ鉱型相の結晶構造を有する、層１３０内の電子および層１５０内の正孔によって伝達され、電子と正孔の再結合が、閃亜鉛鉱型相の結晶構造を有する活性層２４０において発生する。再結合の結果、電気エネルギーの一部は、光に変換され、そして、素子２００によって放射される。活性層２４０と層１３０および１５０との間に存在する異相界面は、ＩＩ型のヘテロ界面であり、したがって、層１３０、２４０、および、１５０のためのＩＩＩ族窒化物半導体の固溶体の組成の選択が、活性層２４０において、電子に対する深いポテンシャル井戸、それと同時に、正孔に対する浅いポテンシャル井戸の保証を可能にする。ＩＩＩ族窒化物半導体における正孔は、小さい移動度を有し、そして、それらの正孔に対するポテンシャル井戸の浅い深さは、活性層における正孔の移動を容易にし、かつ、活性層における正孔の分布の均一性を改善する。電気エネルギーを光に変換する効率（能力）は、非放射再結合率に対する放射再結合率の比によって決定される。素子の活性層２４０は、閃亜鉛鉱型相の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体から作られるが、この活性層２４０では、ウルツ鉱型相と比較すると、非放射オージェ再結合は、本質的に抑制される。したがって、層２４０における電子と正孔の再結合の結果として、光に変換される電気エネルギーがより多くなり、そして、熱エネルギーに変換される電気エネルギーがより少なくなる。
【００３９】
図３に示されるＬＥＤ３００は、図２に示される素子２００と同じように動作するが、活性領域において、ＬＥＤ３００は、３つの異相量子井戸を生成する閃亜鉛鉱型相の結晶構造を備えた３つの層３４０、３４２、および、３４４を有する。電圧をコンタクト１７０、１６０に印加すると、電流が、層１３０、３４０、３４１、３４２、３４３、３４４、および、１５０によって形成された異相構造に流れる。さらに、電流は、ウルツ鉱型相の結晶構造を有する、層１３０内の電子および層１５０内の正孔によって伝達される。電子と正孔の再結合は、閃亜鉛鉱型相の結晶構造を備えた層３４０、３４２、および、３４４によって形成された３つの異相量子井戸において発生する。再結合の結果、電気エネルギーの一部は、光に変換され、かつ、ＬＥＤ３００によって放射される。
【００４０】
閃亜鉛鉱型相を備えた半導体から作られた層３４０、３４２、３４４とウルツ鉱型相を備えた半導体から作られた層３４１、３４３との間に存在する３つの異相量子井戸を形成する異相界面は、ＩＩ型のヘテロ界面である。層３４０、３４１、３４２、３４３、および、３４４のためのＩＩＩ族窒化物半導体の固溶体の組成の選択が、電子に対する深いポテンシャル井戸、それと同時に、正孔に対する浅いポテンシャル井戸の提供を可能にする。ＩＩＩ族窒化物半導体における正孔は、小さい移動度を有し、そして、それらの正孔に対するポテンシャル井戸の浅い深さは、活性層における正孔の移動を容易にし、かつ、活性層における正孔の分布の均一性を改善する。電気エネルギーを光に変換する効率（能力）は、非放射再結合率に対する放射再結合率の比によって決定される。電子と正孔の再結合が発生する層３４０、３４２、および、３４４によって形成された異相量子井戸は、閃亜鉛鉱型相の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体から作られが、これらの異相量子井戸では、ウルツ鉱型相と比較すると、非放射オージェ再結合は、本質的に抑制される。したがって、層３４０、３４２、および、３４４によって形成された量子井戸における電子と正孔の再結合の結果として、光に変換される電気エネルギーがより多くなり、そして、熱エネルギーに変換される電気エネルギーがより少なくなる。
【００４１】
図４および図５に示される素子は、図２および図３にそれぞれ示される上述の素子と同じように動作するが、図４および図５に示されるこれらの素子は、導電性基板上に作られ、そのために、導電性基板４１０に付加されたｎ−コンタクトを有する。
【００４２】
このように、発光素子には、異相界面が存在するが、この異相界面は、正孔に対するポテンシャル井戸の形成の回避を可能にし、活性層における正孔分布の均一性の増大を可能にし、かつ、非放射オージェ再結合の抑制の保証を可能にする、という事実により、発光素子の効率（能力）が、増大する。
【００４３】
本発明が、本発明の実施形態によって説明および図示されたが、本発明は、いかなる場合においても、実施形態に限定されないことに注意されたい。
【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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