【事件の表示】
　特許第３２４３７６８号「半導体発光素子」の請求項１に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３２４３７６８号の請求項１に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許３２４３７６８号の出願は、平成４年７月６日に出願したものであって、平成１３年１０月２６日に設定登録され、その後、特許異議申立人津留寛樹より、請求項１に係る特許について特許異議の申し立てがなされた。そして平成１４年９月２日付けで取消理由通知がなされたところ、平成１４年１１月１２日付けで特許異議意見書及び訂正請求書が提出された。
　
２．訂正の適否についての判断
２−１．訂正事項
（１）訂正事項ａ
　特許請求の範囲の請求項１を「基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型ＧａＮ電流注入層、【化１】Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＜１，０≦ｘ，ｙ≦１）で表される三元混晶または四元混晶の層を少なくとも一層含む発光層、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ型ＧａＮ電流注入層を有し、前記発光層と該発光層より基板側に配された前記ＧａＮ層との界面は、格子不整合なへテロ接合界面であることを特徴とする半導体発光素子。」と訂正する。
（２）訂正事項ｂ
　特許明細書の段落【０００６】を「【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子は、基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型ＧａＮ電流注入層、【化１】Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＜１，０≦ｘ，ｙ≦１）で表される三元混晶または四元混晶の層を少なくとも一層含む発光層、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ型ＧａＮ電流注入層を有し、前記発光層と該発光層より基板側に配された前記ＧａＮ層との界面は、格子不整合なへテロ接合界面であることを特徴とする。従来のＧａＮホモ接合ダイオード及びＧａＡｌＮ／ＧａＮへテロ接合ダイオードとは、発光層中にＩｎを含む層を少なくとも一層含む点が異なる。さらに、従来のホモ接合ダイオードとは、発光層にへテロ接合界面を有する点が異なる。従来のＩｎＧａＡｌＮ／ＩｎＧａＮへテロ接合ダイオードとは、格子不整合条件下で素子を作製する点が異なるものである。」と訂正する。
（３）訂正事項ｃ
　特許明細書の段落【０００７】を「【作用】本発明においては、発光層と成長基板との間にＧａＮ層を設けることによって結晶性が向上し、従来の発光素子に比べて発光特性の優れた発光素子をうることができる。」と訂正する。
（４）訂正事項ｄ
　特許明細書の段落【００１２】を「〔実施例２〕（分離閉じ込め単一量子井戸構造）
図２は、本発明の第２の実施例の構造を示す図であって、図において、７１はサファイア（０００１）基板、７２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、７３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の電流注入層であるＳｉドープｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層、７４は膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ単一量子井戸発光層、７５は膜厚２μｍ及びホール濃度１０１８ｃｍ−３の電流注入層であるＭｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層、７６は膜厚２μｍ及びホール濃度５×１０１７ｃｍ−３のＭｇドープｐ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、７７はｎ側電極、７８はｐ側電極である。電極７７に対して正の電圧を７８に加えることにより、電子及び正孔を発光層７４に注入した。その結果、立ち上がり電圧４Ｖの電流対電圧特性が得られ、波長３７５ｎｍ帯にのみ発光ピークを持つ発光を観測できた。最大光出力は３ｍＷであり、外部量子効率は２％であった。また、ＩｎＧａＮ発光層７３の組成を変化することによって、発光波長を６００ｎｍまで長波長化することができた。」と訂正する。
（５）訂正事項ｅ
　特許明細書の段落【００１３】を「この構造は、実施例１の素子構造において、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層の上下をｐ型ＧａＡｌＮ層及びｎ型ＧａＡｌＮ層で挟んだ構造となっており、実施例１の構造で得られたと全く同様の効果を期待できる。さらに、実施例１の構造において、ＩｎＧａＮ発光層の膜厚を１０ｎｍと薄くすると光閉じ込めが不十分となるが、図２の構造ではｎ型ＧａＮ層７３、ＩｎＧａＮ層７４及びｐ型ＧａＮ層７５よりも屈折率の小さいｎ型及びｐ型ＧａＡｌＮ層７２及び７６の存在により光閉じ込めの効果が現れ、上記のように大きな光出力及び高い外部量子効率を得ることができる。ここでは、素子を構成する各層にＧａＮ，ＧａＡｌＮを用いたが、バンドギャップエネルギが図２において７４＜７３、７５＜７２，７６の関係を保つ限り、【化４】を用いても良いことは明らかである。」と訂正する。
（６）訂正事項ｆ
　特許明細書の段落【００１４】を「〔実施例３〕（分離閉じ込め多重量子井戸構造）
図３は、本発明の第３の実施例の構造を示す図であって、図において、８１はサファイア（０００１）基板、８２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、８３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の電流注入層であるＳｉドープｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層、８４は膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９ Ｎと膜厚１０ｎｍのアンドープＧａＮ層を交互に１０層積層した多重量子井戸層、８５は膜厚２μｍ及びホール濃度１０１８ｃｍ−３の電流注入層であるＭｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層、８６は膜厚２μｍ及びホール濃度５×１０１７ｃｍ−３のＭｇドープＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層電流注入層、８７はｎ側電極、８８はｐ側電極である。電極８７に対して正の電圧を８８に加えることにより、電子及び正孔を多重量子井戸層８４に注入した。その結果、立ち上がり電圧６Ｖの電流対電圧特性が得られ、波長３７５ｎｍ帯にのみ発光ピークを持つ発光を観測できた。最大光出力は５ｍＷであり、外部量子効率は６％であった。また、ＩｎＧａＮ発光層８３の組成を変化することによって、発光波長を６００ｎｍまで長波長化することができた。この構造は、図２の構造のＩｎＧａＮ発光層７４の代わりにＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を導入した構造となっているため、図２の構造で得られたと全く同様の作用が働く上、実質的な発光層であるＩｎＧａＮ井戸層の層数が増加しているため上記のように大きな光出力を得ることができる。本実施例の各層に、【化１】を用いても良いことは明らかである。」と訂正する。
（７）訂正事項ｇ
　特許明細書の段落【００１５】を「上記のすべての実施例では、基板としてサファイア（０００１）面を用いたが、他の材料基板あるいは他の面方位基板を用いても、全く同様の効果を得ることができる。また、発光層と基板の間に存在するＧａＮの結晶性を向上するため、基板上にまず低温成長【化２】を堆積すると一層効果的である。」と訂正する。
（８）訂正事項ｈ
　特許明細書の段落【００１６】を「【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発光素子用構造では発光層中に【化１】層を用いているため、発光波長を２００〜６００ｎｍの範囲で変化することができる。また、本発明の半導体発光素子用構造では発光層と成長基板の間にＧａＮ層を有するため、発光層中に用いた【化１】層の結晶性が向上し、従来の【化１】層を発光層に用いた発光素子に比べ、発光特性の優れた発光素子を作製することができる。特に、【化１】層の膜厚が、格子不整合に起因する結晶構造欠陥が発生する臨界膜厚より薄ければ、結晶性はさらに著しく向上し、極めて良好な発光素子を作製できると言う利点を持つ。」と訂正する。
　
２−２．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
（１）上記訂正事項ａのうち、「発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型ＧａＮ電流注入層、」及び「発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ型ＧａＮ電流注入層を有し、」との訂正は、訂正前の特許明細書の【特許請求の範囲】の【請求項１】に記載されたｎ型及びｐ型Ｇａ１−ｘ’Ａｌｘ’Ｎ（０≦ｘ’≦１）電流注入層を、その組成比がｘ’＝０である場合に限定するものであるが、上記事項は実施例１として明らかに記載されている事項である。
　また、上記訂正事項ａのうち、「前記発光層と該発光層より基板側に配された前記との界面は、」との訂正は、訂正前の特許明細書の【特許請求の範囲】の【請求項１】に記載されたｎ型及びｐ型電流注入層の双方が、発光層と格子不整合なへテロ接合界面を形成すると解釈できたところ、その一方の界面に位置を限定したものである。そして、発光層と格子不整合なへテロ接合界面、具体的には三元混晶または四元混晶の層からなる発光層とｎ型ＧａＮ電流注入層は、その組成が異なるから、その界面は一般的に「格子不整合」といえるので、上記事項は実施例１として記載されている事項である。
　よって、上記訂正は、特許請求の範囲の減縮を目的とした明細書の訂正に該当し、願書に添付した明細書の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
（２）上記訂正事項ｂ，ｃ，ｅ，ｇ，ｈは、上記訂正事項ａに伴って、明細書を訂正するものであるから、上記訂正は、明りょうでない記載の釈明を目的とした明細書の訂正に該当し、願書に添付した明細書の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
（３）上記訂正事項ｄ，ｆは、「Ｓｉドープｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層」「Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層」をそれぞれ「Ｓｉドープｎ型ＧａＮキャリア電流注入層」「Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア電流注入層」と訂正するものであるが、願書に最初に添付した明細書及び図面（以下、「当初明細書等」という。）には、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層及びＭｇドープｐ型ＧａＮ層が電流注入層であることの直接の記載はない。
　しかし、実施例２及び３において、上記ｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層は、それぞれＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層７２及びＭｇドープｐ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層７６を介して、発光層に電流を供給するものであることは明らかである。
　また、当初明細書等には、実施例２の説明として、「【００１３】この構造は、実施例１の素子構造において、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層の上下をｐ型ＧａＡｌＮ層及びｎ型ＧａＡｌＮ層で挟んだ構造となっており、実施例１の構造で得られたと全く同様の効果を期待できる。」と記載されており、その実施例１の記載には、「【００１０】〔実施例１〕（格子不整合ダブルヘテロ構造及び単一量子井戸構造）図１は、本発明の第１の実施例の構造を示す図で・・・６２は膜厚５μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ電流注入層、６３は膜厚０．５μｍのアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ発光層、６４は膜厚２μｍ及びホール濃度１０１８ｃｍ−３のＭｇドープｐ型ＧａＮ電流注入層、６５はｎ側電極、６６はｐ側電極である。電極６５に対して正の電圧を６６に加えることにより、電子及び正孔を発光層６３に注入した。」ことが記載されており、また実施例３の説明として、「【００１４】〔実施例３〕（分離閉じ込め多重量子井戸構造）図３は、本発明の第３の実施例の構造を示す図で・・・この構造は、図２の構造のＩｎＧａＮ発光層７４の代わりにＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を導入した構造となっているため、図２の構造で得られたと全く同様の作用が働く」と記載されているのであるから、実施例２及び３のｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層も、実施例１のｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層と同様にＧａＮ電流注入層としての機能を有していると認めることができる。
　そして、上記訂正事項は、上記訂正事項ａに関連してｎ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層の機能を明りょうにしたものであるから、上記訂正は、明りょうでない記載の釈明を目的とした明細書の訂正に該当し、願書に添付した明細書の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
　
２−３．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定により「なお従前の例による」とされる、特許法第１２０条の４第３項で準用する平成６年法律第１１６号による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書ないし第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．本件発明
　請求項１に係る発明は、訂正された特許明細書及び図面の記載からみて、その特許請求の範囲の請求項１により特定される次のとおりのものである。
「基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型ＧａＮ電流注入層、Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＜１，０≦ｘ，ｙ≦１）で表される三元混晶または四元混晶の層を少なくとも一層含む発光層、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ型ＧａＮ電流注入層を有し、前記発光層と該発光層より基板側に配された前記ＧａＮ層との界面は、格子不整合なへテロ接合界面であることを特徴とする半導体発光素子。」（以下、「本件発明」という。）
　
４．取消理由通知
　平成１４年９月２日付け取消理由通知の概要は以下のとおりである。
（１）訂正前の請求項１に係る発明は、引用例１ないし３記載の発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、訂正前の請求項１に係る発明は、特許法第２９条第２項の規定に違反してされたものである。
記
刊行物１：OPTOELECTRONICS−Devices and Technologies Vol.7 No.1 p.49−56 June,1992（特許異議申立人津留寛樹の提出した甲第１号証）
刊行物２：特開平３−２０３３８８号公報（同甲第２号証）
刊行物３：特開平２−２２９４７５号公報（同甲第３号証）
　
（２）本件明細書の特許請求の範囲の記載に以下の不備があるから、訂正前の請求項１に係る特許は、改正前の特許法第３６条第４項及び第５項第１，２号に規定する要件を満たしていない特許出願に対してなされたものである。
ｉ）特許請求の範囲の「格子不整合」との用語がどの範囲を示しているのかが不明である。
ｉｉ）特許請求の範囲の「前記発光層と前記Ｇａ１−ｘ’Ａｌｘ’Ｎ層との界面は、」との記載がどの層との界面を示しているのか不明である。
　
５．刊行物
　刊行物１（OPTOELECTRONICS−Devices and Technologies Vol.7 No.1）には、次の事項が記載されている。
　７図には、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造デバイスが開示されている。
　５４頁８行〜５５頁８行には、
「３．３　ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／ＧａＮ／ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎダブルヘテロ構造デバイスの作製
　ｐ−ｎ接合を有するダブルヘテロ構造デバイス作製方法は、ｐ−ｎホモ接合デバイスの作製方法とほとんど同じである。このダブルヘテロ構造の概要は、図７に示されている。ＧａＮホモ接合デバイス及びダブルヘテロ構造デバイスはいずれも良好なＪ−Ｖ特性を示す。ダブルヘテロデバイスからのＥＬスペクトルは、図８に示すように２つのピークを示す。１つはＧａＮ活性層におけるバンド間遷移による３７５ｎｍピークのＵＶ放射であり、そして他の１つはｐ−ＡｌＧａＮクラッド層におけるＭｇに関係した再結合中心による４３０ｎｍピークの青色放射である。
　この系では、電子リーク電流が無視できない。それゆえ、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層から活性層に注入された電子のいくらかの電子がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層に漏れだすものと思われる。結果として、このダブルヘテロ構造の素子はＵＶ放射だけではなく、青色放射も示す。」と記載されている。
　
　刊行物２（特開平３−２０３３８８号公報）には、以下の事項が記載されている。
　２頁右下欄１７行〜３頁左上欄３行には、「窒化処理された基板上に、バッファ層として、ＡｌＮ層およびＡｌＮ／ＧａＮ歪超格子層及びＡｌｚＧＡｌ−ｚＮ層（０≦ｚ≦１）のうちの少なくとも１層を形成することによって、その表面に形成したＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層を、窒素を十分に含む高品質なものとすることができる。」と記載されている。
　４頁右下欄１行〜４行には、「さらにＧａＮ層とＧａｘＩｎ１−ｘＮとの格子定数は近い。よって、その表面に形成したＧａｘＩｎ１−ｘＮの結晶性は飛躍的に向上する。」と記載されている。
　
　刊行物３（特開平２−２２９４７５号号公報）の実施例２及び３には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層とｐ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層の間にＩｎＧａＮ発光層を備えたダブルヘテロ構造の発光素子が開示されている。
　
６．対比・判断
＜特許法第３６条について＞
ｉ）について
　上記訂正により、ｎ型及びｐ型のＧａ１−ｘ’Ａｌｘ’Ｎ電流注入層は、それぞれＧａＮ電流注入層と訂正された結果、ｎ型及びｐ型のＧａＮ電流注入層と三元混晶または四元混晶の層からなる発光層は、その組成が異なることになるから、その界面は一般的に「格子不整合」といえるものである。
ｉｉ）について
　上記訂正により、「前記発光層と前記Ｇａ１−ｘ’Ａｌｘ’Ｎ層との界面は、」との記載は「前記発光層と
該発光層より基板側に配された
　よって、特許法第３６条についての上記取消理由は訂正により解消している。
　
＜特許法第２９条について＞
　刊行物１記載の半導体発光素子は、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ｎ−ＡｌＧａＮダブルヘテロ構造であるが、本件発明のものは、上記と同様に記載すれば、ｐ−ＧａＮ／Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＜１，０≦ｘ，ｙ≦１）／ｎ−ＧａＮダブルヘテロ構造であって、各層の材料の組成が両者ですべて相違する。
　したがって、訂正の結果、刊行物１は本件発明の前提を示す文献とは認められず、そうであれば刊行物２及び３に上記記載事項が記載されているとしても、刊行物１と組み合わせて本件発明を構成することはできない。
　よって、本件発明は、刊行物１ないし３に記載された発明に基づき当業者が容易に発明をすることができたものであるということはできない。
　
７．特許異議の申立について
　特許異議申立人津留寛樹のした特許異議申立の理由は、上記取消理由と同様であり、本件発明が訂正請求のとおりであることも上記のとおりであるから、上記刊行物（甲各号証）に対する対比・判断についても、上記に示すとおりである。
　
８．むすび
　したがって、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、請求項１に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に請求項１に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年１２月１２日（２００２．１２．１２）
【訂正の要旨】
訂正事項
　ａ．特許請求の範囲の請求項１を「基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型
ＧａＮ
ＧａＮ
該発光層より基板側に配された前記ＧａＮ層
　ｂ．特許明細書の段落【０００６】を「【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子は、基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型
ＧａＮ
ＧａＮ
該発光層より基板側に配された前記ＧａＮ層
　ｃ．特許明細書の段落【０００７】を「【作用】本発明においては、発光層と成長基板との間に
ＧａＮ
　ｄ．特許明細書の段落【００１２】を「〔実施例２〕（分離閉じ込め単一量子井戸構造）
図２は、本発明の第２の実施例の構造を示す図であって、図において、７１はサファイア（０００１）基板、７２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、７３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の
電流注入層である
電流注入層である
　ｅ．特許明細書の段落【００１３】を「この構造は、実施例１の素子構造において、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層の上下をｐ型ＧａＡｌＮ層及びｎ型ＧａＡｌＮ層で挟んだ構造となっており、実施例１の構造で得られたと全く同様の効果を期待できる。さらに、実施例１の構造において、ＩｎＧａＮ発光層の膜厚を１０ｎｍと薄くすると光閉じ込めが不十分となるが、図２の構造ではｎ型ＧａＮ層７３、ＩｎＧａＮ層７４及びｐ型ＧａＮ層７５よりも屈折率の小さいｎ型及びｐ型ＧａＡｌＮ層７２及び７６の存在により光閉じ込めの効果が現れ、上記のように大きな光出力及び高い外部量子効率を得ることができる。ここでは、素子を構成する各層にＧａＮ，
ＧａＡｌＮ
　ｆ．特許明細書の段落【００１４】を「〔実施例３〕（分離閉じ込め多重量子井戸構造）
図３は、本発明の第３の実施例の構造を示す図であって、図において、８１はサファイア（０００１）基板、８２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、８３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の
電流注入層である
電流電流注入層である
　ｇ．特許明細書の段落【００１５】を「上記のすべての実施例では、基板としてサファイア（０００１）面を用いたが、他の材料基板あるいは他の面方位基板を用いても、全く同様の効果を得ることができる。また、発光層と基板の間に存在する
ＧａＮ
　ｈ．特許明細書の段落【００１６】を「【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発光素子用構造では発光層中に【化１】層を用いているため、発光波長を２００〜６００ｎｍの範囲で変化することができる。また、本発明の半導体発光素子用構造では発光層と成長基板の間に
ＧａＮ
（５４）【発明の名称】
半導体発光素子
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　基板上に作製された半導体発光素子であって、
　発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型
ＧａＮ
　【化１】Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＜１，０≦ｘ，ｙ≦１）で表される三元混晶または四元混晶の層を少なくとも一層含む発光層、
　発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ型
ＧａＮ
　前記発光層と
該発光層より基板側に記された前記ＧａＮ層
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、可視から紫外で発光する化合物半導体発光素子用構造に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　半導体発光素子において効率のよい電流注入発光を得るためには、ｐ型及びｎ型電流注入層から注入された電子及び正孔が発光領域内で効率よく発光性再結合することが重要である。従来の【化１】を用いた半導体発光素子では、その構造に関し以下のような問題点があった。
　従来の【化１】を用いた半導体発光素子の第１の例として、図６にＧａＮホモ接合ダイオードの構成図を示す。図中、１１はサファイア基板、１２はｎ型ＧａＮ層、１３はｐ型ＧａＮ層、１４はｎ側電極、１５はｐ側電極である。ｎ型層１２にはアンドープあるいはＳｉドープＧａＮを、ｐ型層１３にはＭｇドーピング後電子線照射あるいは熱アニールにより低抵抗化したＧａＮを用いることが一般的である。この構造では、ｐｎ接合界面に形成される空乏層が発光領域となり、空乏層内で発光性再結合した電子及び正孔のみが発光に寄与する。この構造の第１の問題点は、空乏層内に注入された電子及び正孔のかなりの部分が、空乏層内で再結合せずｎ型層１２及びｐ型層１３へ拡散してしまうことである。この結果、この構造では発光効率の向上が望めない。この構造の第２の問題点は、シリーズ抵抗低減のためｎ型層１２及びｐ型層１３に高濃度ドーピングを行うと、発光スペクトルに深い準位からの発光が現れ純度の高いスペクトルが得られないことである。この結果、良好な電流対電圧特性と良好な発光スペクトル特性とを両立させることができない。
　【０００３】
　図７には、従来の【化１】を用いた半導体発光素子の第２の例として、ＧａＡｌＮ／ＧａＮヘテロ接合ダイオードの構成図を示した。図中、２１はサファイア基板、２２はｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層、２３はＧａＮ発光層、２４はｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層、２５はｎ側電極、２６はｐ側電極である。この構造では、ＧａＮ発光層２３をこれよりバンドギャップエネルギの大きいｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層２２及びｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層２４で挟んだ構造となっているため、ＧａＮ発光層２３に注入された電子及び正孔はｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層２２及びｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層２４へ拡散することなくＧａＮ発光層２３に閉じ込められる。また、シリーズ抵抗低減のためｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層２２及びｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層２４に高濃度ドーピングを行っても、ＧａＮ発光層２３の発光スペクトルに影響を及ぼさないという利点を持つ。
　図７の構造を改良した構造として、図７のＧａＮ発光層２３の代わりにＧａＡｌＮ／ＧａＮ単一量子井戸あるいは多重量子井戸を発光層として用い、発光効率の高効率化を図った構造も公知である。この構造では、ｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層２２及びｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層２４よりＡｌ組成の低いＧａＡｌＮ層をＧａＡｌＮ／ＧａＮ量子井戸のバリア層として選ぶ。
　しかし以上述べたように、図７の構造及びこれを改良した構造では、発光層としてＧａＮあるいはＧａＡｌＮ三元混晶を用いているため、発光波長を２００〜３７０ｎｍの範囲内でしか選択できない。
　【０００４】
　従来の【化１】を用いた半導体発光素子の第３の例として、ＩｎＧａＡｌＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合ダイオードの構成図を図８に示す。図中、３１はサファイア基板、３２はｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層、３３はＩｎＧａＮ発光層、３４はｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層、３５はｎ側電極、３６はｐ側電極である。ここで、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３２及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３４の組成は、そのバンドギャップエネルギがＩｎＧａＮ発光層３３より大きく、かつその格子定数がＩｎＧａＮ発光層３３に整合するように選ぶ。この構造では、ＩｎＧａＮ発光層３３をこれよりバンドギャップエネルギが大きいｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３２及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３４で挟んだ構造となっているため、ＩｎＧａＮ発光層３３に注入された電子及び正孔がｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３２及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３４へ流出することなくＩｎＧａＮ発光層３３に閉じ込められる。また、シリーズ抵抗を低減するためｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３２及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３４に高濃度ドーピングを行っても、ＩｎＧａＮ発光層３３の発光スペクトルに影響を及ぼさないという利点を持つ。さらにこの構造では、発光層としてＩｎＧａＡｌＮ四元混晶を用いているため、２００〜６００ｎｍの範囲で発光波長を変化できる。さらにこの構造では、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３２、ＩｎＧａＮ発光層３３及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層３４が互いに格子整合しているため、格子不整合に起因する非発光再結合中心や結晶欠陥による素子劣化が起こらない。しかし、Ｉｎを含む多元混晶【化１】はＧａＮやＧａＡｌＮに比べ結晶性が不十分であり、発光スペクトル特性の良好な発光素子の作製が困難であるという問題があった。
　【０００５】
　【発明が解決しようとする課題】
　本発明は以上の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、可視から紫外にわたる広い波長域における高効率半導体発光素子を提供することにある。さらに詳述すれば、本発明は、発光層内へ電子及び正孔を閉じ込めることが可能である上、発光層に用いた【化１】層の結晶性が自動的に向上する半導体発光素子を提供することにある。
　【０００６】
　【課題を解決するための手段】
　本発明の半導体発光素子は、基板上に作製された半導体発光素子であって、発光層よりバンドギャップエネルギーの大きいｎ型
ＧａＮ
ＧａＮ
該発光層より基板側に記された前記ＧａＮ層
　従来のＧａＮホモ接合ダイオード及びＧａＡｌＮ／ＧａＮヘテロ接合ダイオードとは、発光層中にＩｎを含む層を少なくとも一層含む点が異なる。さらに、従来のホモ接合ダイオードとは、発光層にヘテロ接合界面を有する点が異なる。従来のＩｎＧａＡｌＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合ダイオードとは、格子不整合条件下で素子を作製する点が異なるものである。
　【０００７】
　【作用】
　本発明においては、発光層と成長基板との間に
ＧａＮ
　【０００８】
　【実施例】
　次に本発明の実施例について説明する。
　図４及び図５に本発明にいたる研究において明らかになった実験結果を示す。図４は、膜厚０．５μｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のＸ線回折プロファイルを示す図であって、（ａ）はＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層をサファイア上に直接成長した場合、（ｂ）はサファイア上に膜厚５μｍのＧａＮを介して成長した場合に対応する。サファイア上に直接成長したＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のＸ線回折プロファイルの半値全幅は２０分であるのに対し、サファイア上にＧａＮを介して成長したＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のＸ線回折プロファイルの半値全幅は１．５分と大幅に低減する。
　【０００９】
　図５は図４と同一の試料のフォトルミネッセンス・スペクトルを示す図であって、（ａ）はＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層をサファイア上に直接成長した場合、（ｂ）はサファイア上に膜厚５μｍのＧａＮを介して成長した場合に対応する。サファイア上に直接成長したＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のフォトルミネッセンス・スペクトルには、深い準位からの発光が現れるのに対し、サファイア上にＧａＮを介して成長したＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のフォトルミネッセンス・スペクトルは、３８０ｎｍをピークとするバンド端近傍からの発光のみからなる。以上の効果はＩｎ１−ｘＧａｘＮの組成ｘによらず、０≦ｘ≦１のすべてのｘに対して観測された。以上のように、ＩｎＧａＮ層の膜質は、ＧａＮを介して成長することにより著しく向上する。また、【化５】層を介してＩｎＧａＮを成長しても、同様の効果が観測された。
　図４及び図５では、基板としてサファイア（０００１）面を用いた場合の結果を示したが、他の材料基板あるいは他の面方位基板を用いても、全く同様の結果が得られた。このことは、Ｉｎを含む多元混晶【化１】層が本質的に【化６】層に比べ結晶品質が不十分であることによる。
　次に、上記の実験結果に基づいて行った本発明の実施例を説明する。なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまでもない。
　【００１０】
〔実施例１〕（格子不整合ダブルヘテロ構造及び単一量子井戸構造）
　図１は、本発明の第１の実施例の構造を示す図であって、６１はサファイア（０００１）基板、６２は膜厚５μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ電流注入層、６３は膜厚０．５μｍのアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ発光層、６４は膜厚２μｍ及びホール濃度１０１８ｃｍ−３のＭｇドープｐ型ＧａＮ電流注入層、６５はｎ側電極、６６はｐ側電極である。電極６５に対して正の電圧を６６に加えることにより、電子及び正孔を発光層６３に注入した。その結果、立ち上がり電圧４Ｖの電流対電圧特性が得られ、波長３８０ｎｍ帯にのみ発光ピークを持つ発光を観測できた。最大光出力は１．６ｍＷであり、外部量子効率は２％であった。また、ＩｎＧａＮ発光層６３の組成を変化することによって、発光波長を６００ｎｍまで長波長化することができた。
　【００１１】
　この構造では、アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ発光層６３をこれよりバンドギャップエネルギが大きいｎ型及びｐ型ＧａＮ電流注入層６２及び６４で挟む構造となっているため、発光層６３に注入された電子及び正孔は電流注入層６２または６４に流出することなく発光層６３内に閉じ込められ、上記のように外部量子効率の高い発光が得られる。このように発光領域と電流注入領域とが明確に分離されているため、ｎ型及びｐ型電流注入層６２及び６４に１０１８〜１０１９ｃｍ−３という高濃度ドーピングを行っても、発光スペクトルの純度に影響を及ぼすことなく電流対電圧特性の良好な素子を作製することができる。また、この構造では発光層としてＩｎＧａＮ層を用いているため、発光波長を３６０〜６００ｎｍの範囲で変化することができる。この構造においてＩｎＧａＮを発光層に用いているにも拘らず、上記のような良好な特性が得られる最大の原因は、ＩｎＧａＮ発光層６３を結晶性の良好なｎ型ＧａＮ電流注入層６２上に成長している点にある。
　特に図１の構成において、発光層６３の膜厚を１０ｎｍ以下にすると、格子不整合に起因する結晶構造欠陥が発生する臨界膜厚以下となり、発光層６３の結晶性が著しく向上する。この結果、素子特性が向上し、素子寿命も延びる。このように発光層の膜厚が薄い発光素子では、量子閉じ込め効果が現れ、発光波長は３７５ｎｍまでシフトした。ここでは、６２としてＧａＮを用いることを述べたが、【化６】を用いても良い。また、発光層として、ＩｎＧａＮを用いたが、【化４】でも良いことは明らかである。
　【００１２】
〔実施例２〕（分離閉じ込め単一量子井戸構造）
　図２は、本発明の第２の実施例の構造を示す図であって、図において、７１はサファイア（０００１）基板、７２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、７３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の
電流注入層である
電流注入層である
　【００１３】
　この構造は、実施例１の素子構造において、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層の上下をｐ型ＧａＡｌＮ層及びｎ型ＧａＡｌＮ層で挟んだ構造となっており、実施例１の構造で得られたと全く同様の効果を期待できる。さらに、実施例１の構造において、ＩｎＧａＮ発光層の膜厚を１０ｎｍと薄くすると光閉じ込めが不十分となるが、図２の構造ではｎ型ＧａＮ層７３、ＩｎＧａＮ層７４及びｐ型ＧａＮ層７５よりも屈折率の小さいｎ型及びｐ型ＧａＡｌＮ層７２及び７６の存在により光閉じ込めの効果が現れ、上記のように大きな光出力及び高い外部量子効率を得ることができる。ここでは、素子を構成する各層にＧａＮ，
ＧａＡｌＮ
　【００１４】
〔実施例３〕（分離閉じ込め多重量子井戸構造）
　図３は、本発明の第３の実施例の構造を示す図であって、図において、８１はサファイア（０００１）基板、８２は膜厚５μｍ及び電子濃度５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層、８３は膜厚２μｍ及び電子濃度１０１９ｃｍ−３の
電流注入層である
電流注入層である
　この構造は、図２の構造のＩｎＧａＮ発光層７４の代わりにＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を導入した構造となっているため、図２の構造で得られたと全く同様の作用が働く上、実質的な発光層であるＩｎＧａＮ井戸層の層数が増加しているため上記のように大きな光出力を得ることができる。
　本実施例の各層に、【化１】を用いても良いことは明らかである。
　【００１５】
　上記のすべての実施例では、基板としてサファイア（０００１）面を用いたが、他の材料基板あるいは他の面方位基板を用いても、全く同様の効果を得ることができる。また、発光層と基板の間に存在する
ＧａＮ
　【００１６】
　【発明の効果】
　以上説明したように、本発明の半導体発光素子用構造では発光層中に【化１】層を用いているため、発光波長を２００〜６００ｎｍの範囲で変化することができる。また、本発明の半導体発光素子用構造では発光層と成長基板の間に
ＧａＮ
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の第１の実施例の構造を示す図であって、ＩｎＧａＮ／ＧａＮダブルヘテロ構造を示す。
　【図２】
　本発明の第２の実施例の構造を示す図であって、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＡｌＮ分離閉じ込め単一量子井戸構造を示す。
　【図３】
　本発明の第３の実施例の構造を示す図であって、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＡｌＮ分離閉じ込め多重量子井戸構造を示す。
　【図４】
　サファイア上Ｉｎ０．１Ｇａ０．９ＮのＸ線回折プロファイルを示す図であって、（ａ）はＧａＮ層を介さない場合、（ｂ）はＧａＮ層を介した場合に対応する。
　【図５】
　サファイア上Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎのフォトルミネッセンス・スペクトルを示す図であって、（ａ）はＧａＮ層を介さない場合、（ｂ）はＧａＮ層を介した場合に対応する。
　【図６】
　従来の半導体発光素子用構造の第１の例を説明する図であって、ＧａＮホモ接合ダイオードの構成図を示す。
　【図７】
　従来の半導体発光素子用構造の第２の例を説明する図であって、ＧａＡｌＮ／ＧａＮヘテロ接合ダイオードの構成図を示す。
　【図８】
　従来の半導体発光素子用構造の第３の例を説明する図であって、ＩｎＧａＡｌＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合ダイオードの構成図を示す。
　【符号の説明】
　１１　サファイア基板
　１２　ｎ型ＧａＮ層
　１３　ｐ型ＧａＮ層
　１４　ｎ側電極
　１５　ｐ型電極
　２１　サファイア基板
　２２　ｎ型ＧａＡｌＮ電流注入層
　２３　ＧａＮ発光層
　２４　ｐ型ＧａＡｌＮ電流注入層
　２５　ｎ側電極
　２６　ｐ型電極
　３１　サファイア基板
　３２　ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層
　３３　ＩｎＧａＮ発光層
　３４　ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ電流注入層
　３５　ｎ側電極
　３６　ｐ型電極
　６１　サファイア（０００１）基板
　６２　Ｓｉドープｎ型ＧａＮ電流注入層
　６３　アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ発光層
　６４　Ｍｇドープｐ型ＧａＮ電流注入層
　６５　ｎ側電極
　６６　ｐ型電極
　７１　サファイア（０００１）基板
　７２　Ｓｉドープｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層
　７３　Ｓｉドープｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層
　７４　アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ単一量子井戸発光層
　７５　Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層
　７６　Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層
　７７　ｎ側電極
　７８　ｐ型電極
　８１　サファイア（０００１）基板
　８２　ｎ型ＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層
　８３　ｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層
　８４　アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸層
　８５　Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層
　８６　ＭｇドープＧａＡｌＮ電流注入及び光閉じ込め層電流注入層
　８７　ｎ側電極
　８８　ｐ型電極