(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物結晶に対して、遷移金属等の不純物を所望の濃度で、制御性良くドーピングすることの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法およびＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスおよび発光デバイスを提供する。【解決手段】  反応容器１１３内で、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とドーパント金属とが混合融液１０３を形成し、該混合融液１０３と少なくとも窒素を含む物質とから、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内で、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とドーパント金属とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項２】
請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ドーパント金属は遷移金属であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を用いて成長された、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項４】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶において、該ＩＩＩ族窒化物結晶が磁性を有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項５】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶が発光領域として用いられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項６】
請求項５記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおいて、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶上に半導体積層構造からなる発光デバイスが形成されており、該発光デバイスからの出射光を該ＩＩＩ族窒化物結晶に照射し、該ＩＩＩ族窒化物結晶を励起することで、該ＩＩＩ族窒化物結晶を発光させるようになっていることを特徴とする発光デバイス。
【請求項７】
請求項６記載の発光デバイスにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物結晶からの発光は、該ＩＩＩ族窒化物結晶にドーピングされている遷移金属の内殻遷移による発光であることを特徴とする発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法およびＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスおよび発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＩＩ族窒化物結晶は、紫外〜緑色の波長帯の発光デバイスや、高周波電子デバイスなどに用いられている。ところで、近年、ＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ及びそれらの混晶）結晶に遷移金属をドーピングして、新しい物性を引き出すことの提案がなされている。
【０００３】
例えば特許文献１には、遷移金属をＩＩＩ族窒化物にドーピングすることで、磁性を有する半導体を実現することが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２，特許文献３，特許文献４には、遷移金属をＩＩＩ族窒化物にドーピングし、それを発光領域とすることで、発光波長を長波長化することが提案されている。
【０００５】
これら従来技術では、何れも、遷移金属のドーピングを、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）あるいはＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）で行なっている。しかしながら、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法で遷移金属をドーピングする場合、ドーピング量を十分多くすることができなかったり、あるいは制御性が困難であるという問題がある。
【０００６】
これに対し、例えば特許文献１には、遷移金属以外の元素（Ｓｉ，Ｏ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｃ等）を遷移金属と同時にドーピングすることで、遷移金属のドーピング量を増大させることが提案されている。しかし、この場合には、本来得たい所望の物性以外に、電気伝導の制御等が必要となる。また、この特許文献１では、図４に示すＭＢＥ装置を用いて、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ等の遷移金属をドーピングしており、ＭＢＥ装置は超高真空を維持しなければならず、高コストにつながる。また、ＭＯＣＶＤ装置も、原料供給系、反応系、排気系等で高価な部品を使用することから装置コストが高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶に対して、遷移金属等の不純物を所望の濃度で、制御性良くドーピングすることの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法およびＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを提供することを目的としている。また、本発明は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法に比較して低コストで、上記遷移金属等の不純物をドーピングすることの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とドーパント金属とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ドーパント金属は遷移金属であることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を用いて成長された、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶において、該ＩＩＩ族窒化物結晶が磁性を有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶が発光領域として用いられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体デバイスである。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおいて、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶上に半導体積層構造からなる発光デバイスが形成されており、該発光デバイスからの出射光を該ＩＩＩ族窒化物結晶に照射し、該ＩＩＩ族窒化物結晶を励起することで、該ＩＩＩ族窒化物結晶を発光させるようになっていることを特徴とする発光デバイスである。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の発光デバイスにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物結晶からの発光は、該ＩＩＩ族窒化物結晶にドーピングされている遷移金属の内殻遷移による発光であることを特徴とする発光デバイスである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１，請求項２記載の発明によれば、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とドーパント金属とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるので、高品質で不純物としてのドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物を制御性良く、結晶成長することができ、更に結晶成長方法が低コストで実現可能となる。即ち、従来技術で述べたＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法のようにドーピングに特殊なことをしなくとも、本発明の場合は容易に且つ高品質な結晶を維持したまま、ＩＩＩ族窒化物結晶へのドーパント金属のドーピングが可能となる。
【００１６】
また、請求項３，請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を用いて成長された、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶であるので、遷移金属等がドーピングされた高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を実現でき、その結果、磁性あるいはＩＩＩ族窒化物結晶単独では実現出来ない波長の発光等、新しい物性を発現させることが可能となる。
【００１７】
また、請求項５，請求項６，請求項７記載の発明によれば、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶が発光領域として用いられているＩＩＩ族窒化物半導体デバイスであるので、ＩＩＩ族窒化物結晶単独では実現できない波長の発光が可能となる。
【００１８】
また、請求項６、請求項７記載の発明によれば、請求項３記載の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶上に積層した半導体積層構造からなる発光デバイスを励起光源としているので、励起光源となる該発光デバイス自体の発光効率や、信頼性が高い。その結果、高出力で長寿命の発光デバイスを実現させることが可能となる。さらに、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物結晶の厚みや、ドーパント金属のドーピング量によって、ＩＩＩ族窒化物結晶からの発光の強度を調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物結晶成長装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す図である。
【図３】本発明に係るＩＩＩ族窒化物結晶成長装置の他の例を示す図である。
【図４】従来技術を説明するための図である。
【図５】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す図である。
【図６】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
これまで本願の発明者らは、アルカリ金属とＩＩＩ族金属とから構成される混合融液と、窒素を含むＶ族原料とを反応させることで、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を実現してきている。この方式をフラックス法と呼ぶ。
【００２２】
本願の発明者は、このフラックス法に着目し、このフラックス法を用いて、不純物となる遷移金属やその他の金属（ドーパント金属）をＩＩＩ族窒化物結晶にドーピングして、新しい物性を発現させた。
【００２３】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、反応容器内で、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とドーパント金属とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【００２４】
ここで、本発明において、ＩＩＩ族金属とは、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ等である。また、本発明において、アルカリ金属には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等が使用可能である。また、窒素を含む物質とは、窒素ガスやアジ化ナトリウム，アンモニアなどの窒素を構成元素に含む化合物である。
【００２５】
即ち、本発明では、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とから構成されている混合融液中に、少なくとも窒素を含む物質から窒素が溶解する。このとき、混合融液中には、ドーパント金属が混入していることで、このドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【００２６】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、上述した第１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ドーパント金属は遷移金属であることを特徴としている。
【００２７】
ここで、遷移金属とは、元素周期律表における３Ａ族，４Ａ族，５Ａ族，６Ａ族，７Ａ族，８族，１Ｂ族の元素である。前述の従来技術で述べたように、これらの元素を制御性良くＩＩＩ族窒化物にドーピングすることは困難である。これに対し、本発明では、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質とから構成される混合融液に、遷移金属が添加された状態で、少なくとも窒素を含む物質から窒素が溶解することで、遷移金属が制御性良くドーピングされたＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【００２８】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を用いて成長された、ドーパント金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００２９】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第３の形態のＩＩＩ族窒化物結晶において、該ＩＩＩ族窒化物結晶が磁性を有していることを特徴とするＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００３０】
ここで、磁性とは、常磁性，強磁性であり、ドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶が常磁性，強磁性の性質を有していることである。
【００３１】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第３の形態のＩＩＩ族窒化物結晶が発光領域として用いられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体デバイスである。
【００３２】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第５の形態のＩＩＩ族窒化物デバイスにおいて、第３の形態のＩＩＩ族窒化物結晶上に半導体積層構造からなる発光デバイスが形成されており、該発光デバイスからの出射光を該ＩＩＩ族窒化物結晶に照射し、該ＩＩＩ族窒化物結晶を励起することで、該ＩＩＩ族窒化物結晶を発光させるようになっていることを特徴とする発光デバイスである。
【００３３】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第６の形態のＩＩＩ族窒化物デバイスにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物結晶からの発光は、該ＩＩＩ族窒化物結晶にドーピングされている遷移金属の内殻遷移による発光であることを特徴とする発光デバイスである。
【実施例１】
【００３４】
実施例１は、第１乃至第４の形態に対応するものである。図１は本発明の実施例１を説明するための図である。すなわち、図１は、アルカリ金属と少なくともＩＩＩ族金属を含む物質と遷移金属とが、混合融液を形成し、混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、遷移金属がドーピングされたＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置を示す図である。
【００３５】
図１を参照すると、第一の反応容器１０１の内側には第二の反応容器１１３があり、その間（第一の反応容器１０１の内側で、第二の反応容器１１３の外側）には、ＩＩＩ族窒化物が結晶成長可能な温度に制御するための加熱装置１０６が設けられている。また、第二の反応容器１１３の内側には、混合融液保持容器１０２が設置されており、混合融液保持容器１０２内には、少なくともＩＩＩ族金属を含む物質としてのＧａとアルカリ金属としてのＮａと遷移金属としてのマンガン（Ｍｎ）とから構成される混合融液１０３が収容されている。また、混合融液保持容器１０２の上には蓋１０９があり、この混合融液保持容器１０２と蓋１０９との間には、気体が出入できる程度の僅かな隙間がある。
【００３６】
また、この混合融液保持容器１０２の温度を検知する熱電対１１２が、第二の反応容器１１３内に設置されている。この熱電対１１２は、加熱装置１０６に、温度のフィードバック制御が可能に接続されている。
【００３７】
また、この実施例１では、少なくとも窒素を含む物質として、窒素ガスを用いている。窒素ガスは、第一の反応容器１０１外に設置されている窒素ガス容器１０７から、ガス供給管１０４を通して、第一の反応容器１０１内、及び第二の反応容器１１３内の空間１０８に供給することができるようになっている。この窒素ガスの圧力を調整するために、圧力調整弁１０５が設けられている。また、反応容器１０１，１１３内の窒素ガスの圧力を検知する圧力センサー１１１が設けられている。このとき、第一の反応容器１０１内の圧力と第二の反応容器１１３内の圧力とが、ほぼ同じ圧力で、且つ所定の圧力となるように、圧力センサー１１１は圧力調整弁１０５にフィードバックがかかるようになっている。
【００３８】
ここで、混合融液１０３中の構成金属は、Ｇａが１５ｍｍｏｌ、Ｎａが３０ｍｍｏｌ、Ｍｎが１ｍｍｏｌの融液組成となっている。これに対して、反応容器１０１内の窒素圧力を５ＭＰａ、混合融液保持容器１０２の温度を８５０℃に設定する。この状態で、これら温度、圧力を保持することで、ＭｎがドーピングされたＧａＮ結晶１１０が成長する。
【００３９】
すなわち、混合融液１０３に窒素が溶解して成長したＩＩＩ族窒化物結晶であることから、高品質で大型のＧａＮ結晶を成長させることが可能となる。更にＭｎがドーピングされており、このＧａＮ結晶は磁性を示す。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、第１乃至第３の形態に対応するものであり、この実施例２では、実施例１のＭｎをユウロピウム（Ｅｕ）に置き換えたものとなっている。
【００４１】
すなわち、実施例２では、図１の結晶成長装置において、混合融液１０３として、Ｇａが１５ｍｍｏｌ、Ｎａが３０ｍｍｏｌ、Ｅｕが２ｍｍｏｌを混合させておき、反応容器１０１内の窒素圧力を５ＭＰａ、混合融液保持容器１０２の温度を８００℃に設定する。この状態で、これらの温度，圧力を保持することで、ＥｕがドーピングされたＧａＮ結晶１１０を成長させることができる。
【００４２】
通常の高品質のＧａＮ結晶は、３６５ｎｍ付近の波長に最も強度の強い発光特性を示すが、ＥｕがドーピングされたＧａＮ結晶の場合は、６２０ｎｍ程度の波長にピークを有する発光特性を示す。このように、この実施例２のＥｕがドーピングされたＧａＮ結晶は、高品質で且つ、ＧａＮ単独とは異なる発光波長をもつという特徴を有している。
【００４３】
上述した実施例１，実施例２では、各々、ＭｎとＥｕをドーピング金属として用いたが、本発明では、これ以外の遷移金属等の金属材料をドーピング金属として用いることもできる。
【実施例３】
【００４４】
実施例３は第５の形態に対応するものである。図２は本発明の実施例３を説明するための図である。すなわち、図２は本発明のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例としての発光ダイオードを示す図（斜視図）である。
【００４５】
図２を参照すると、ｎ型ＧａＮ基板２０１上には、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２、ＥｕドープされたＧａＮ活性層２０３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０４、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０５が順次に積層されている。また、ｎ型ＧａＮ基板２０１の下部にはｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ２０７が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０５の上部にはｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ２０６が形成されている。
【００４６】
図２の発光ダイオードでは、ｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ２０６及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ２０７から電流を注入することで、活性層２０３が発光する。この時、発光波長は６２０ｎｍ付近にピーク波長を有する発光特性を示す。
【００４７】
この発光ダイオードの発光領域は、ＮａとＧａの混合融液に窒素を溶解して成長したＥｕドープのＧａＮ結晶で形成されているため、欠陥が少なく、高品質である。そのため、非発光の再結合センターが少なく、高効率な発光特性を示す。また、このため、デバイスの寿命も長寿命となる。
【実施例４】
【００４８】
実施例４は第１乃至第３，第５の形態に対応するものである。図３は本発明の実施例４を説明するための図である。なお、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
この実施例４では、先ず、本願の発明者らが案出したＩＩＩ族窒化物結晶成長方法（フラックス法）によって成長したｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯ−ＣＶＤ法やＭＢＥ法等により、図２のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２を結晶成長させる。このとき、ＧａＮ基板２０１はフラックス法により成長した結晶であることから、欠陥密度の少ない、高品質な結晶である。そのため、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２も欠陥が少ない高品質なものとなっている。
【００５０】
次いで、図３で示すように、上述のようにｎ型ＧａＮ基板２０１上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０２が成長された基板３１０を混合融液１０３中に入れる。図３では、混合融液保持容器１０２の底面に基板３１０を設置している。このとき混合融液１０３中には、ＧａとＮａに加えて、Ｅｕを添加している。融液組成は、実施例２と同様に、Ｇａが１５ｍｍｏｌ、Ｎａが３０ｍｍｏｌ、Ｅｕが２ｍｍｏｌである。
【００５１】
この状態で、反応容器１０１内の窒素圧力を５ＭＰａ、混合融液保持容器１０２の温度を８００℃に設定することにより、基板３１０上に、ＥｕがドーピングされたＧａＮ結晶層２０３が成長する。
【００５２】
その後、ＭＯ−ＣＶＤ法やＭＢＥ法等により、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０４、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０５を順次積層される。最後にｎ型ＧａＮ基板２０１の下部にｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ２０７を形成し、また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０５の上部にｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ２０６を形成し、デバイス構造を作製することができる。
【００５３】
このように、活性層の作成にフラックス法を用いることで、高品質で制御性の高いドーピングされたＧａＮ結晶を成長することが可能となる。
【実施例５】
【００５４】
実施例５は第６の形態に対応するものである。図５は本発明の実施例５を説明するための図である。すなわち、図５は本発明のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例としての白色発光ダイオードを示す図（断面図）である。
【００５５】
図５を参照すると、ＧａＮ基板３０１上には、ｎ型ＧａＮ層３０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３０３、IｎＧａＮ活性層３０４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０５、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０６が順次に積層されている。この積層構造はＭＯＣＶＤ法で結晶成長している。また、積層構造の一部がｐ型ＧａＮコンタクト層３０６からｎ型ＧａＮ層３０２の表面まで削り取られており、ｎ型ＧａＮ層３０２が露出している。そして、露出したｎ型ＧａＮ層３０２表面にはｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ３０８が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０６の上部にはｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ３０７が形成されている。
【００５６】
図５の発光ダイオードは、ｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ３０７及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ３０８から電流を注入することで、活性層３０４が発光する。この時、発光波長は４６０ｎｍ付近にピーク波長を有する青色の発光特性を示す。
【００５７】
この発光ダイオードの積層構造が形成されているＧａＮ基板３０１は、ＮａとＧａの混合融液にＬｉを添加して、窒素を溶解して成長したＬｉドープのＧａＮ結晶である。
【００５８】
ＬｉドープのＧａＮ結晶は、Ｌｉに起因したエネルギー準位からの発光によって黄色の発光特性を有する。
【００５９】
本実施例５の発光ダイオードでは、電極３０７、３０８に電流を注入することで、青色の発光が起こり、この光がＧａＮ基板３０１に入射し、ＧａＮ基板３０１が励起され、ＧａＮ基板３０１は黄色に発光する。すると、基板側からは、青色と黄色の光が出射されるため、取り出された光は補色関係から白色光になる。
【００６０】
ＧａＮ基板３０１はフラックス法により成長した結晶であることから、欠陥密度の少ない高品質な結晶である。そのため、その上に形成された発光ダイオード積層構造には非発光の再結合センターが少なく、高効率な発光特性を示す。また、このため、デバイスの寿命も長寿命となる。従って、本実施例５の白色発光ダイオードは、高効率で、長寿命である。
【００６１】
なお、本実施例５ではドーパント金属としてＬｉを使用したが、ＣｄやＭｇ等、その他の金属をドーパント金属として使用することができる。
【実施例６】
【００６２】
実施例６は第７の形態に対応するものである。図６は本発明の実施例６を説明するための図である。すなわち、図６は本発明のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの一例としての赤色発光ダイオードを示す図（断面図）である。
【００６３】
図６を参照すると、ＧａＮ基板４０１上には、ｎ型ＧａＮ層４０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４０３、ＩｎＧａＮ活性層４０４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０５、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０６が順次に積層されている。この積層構造はＭＯＣＶＤ法で結晶成長している。また、積層構造の一部がｐ型ＧａＮコンタクト層４０６からｎ型ＧａＮ層４０２の表面まで削り取られており、ｎ型ＧａＮ層４０２が露出している。そして、露出したｎ型ＧａＮ層４０２表面にはｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ４０８が形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０６の上部にはｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ４０７が形成されている。
【００６４】
図６の発光ダイオードは、ｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ  ４０７及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ  ４０８から電流を注入することで、活性層４０４が発光する。この時、発光波長は３７５ｎｍ付近にピーク波長を有する紫外の発光特性を示す。
【００６５】
この発光ダイオードの積層構造が形成されているＧａＮ基板４０１は、ＮａとＧａの混合融液にＥｕを添加して、窒素を溶解して成長したＥｕドープのＧａＮ結晶である。
【００６６】
ＥｕドープのＧａＮ結晶は、Ｅｕのイオン内殻遷移に起因した発光によって赤色の発光特性を有する。
【００６７】
本実施例６の発光ダイオードでは、電極４０７、４０８に電流を注入することで、紫外発光が起こり、この光がＧａＮ基板４０１に入射し、ＧａＮ基板４０１が内のＥｕが励起され、内殻遷移が起こり、赤色に発光する。
【００６８】
また、ＧａＮ基板４０１はフラックス法により成長した結晶であることから、欠陥密度の少ない、高品質な結晶である。そのため、その上に形成された発光ダイオード積層構造には非発光の再結合センターが少なく、高効率な発光特性を示す。また、このため、デバイスの寿命も長寿命となる。従って、本実施例の白色発光ダイオードは、高効率で、長寿命である。
【００６９】
なお、本実施例６ではドーパント金属としてＥｕを使用したが、ＥｒやＴｂ、その他の希土類金属のように内殻遷移による発光が可能である物質をドーパント金属として使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、紫外から赤外の波長領域の発光デバイス（ＬＤ、ＬＥＤ）、ＩＩＩ族窒化物磁性デバイス、電子デバイスなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０１        第一の反応容器
１０２        混合融液保持容器
１０３        混合融液
１０４        ガス供給管
１０５        窒素圧力調整弁
１０６        加熱装置
１０７        窒素ガス容器
１０８        反応容器内の空間
１０９        混合融液保持容器の蓋
１１０        ＧａＮ結晶
１１１        圧力センサー
１１２        熱電対
１１３        第二の反応容器
２０１        ｎ型ＧａＮ基板
２０２，３０３，４０３        ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２０３        ＥｕドープされたＧａＮ活性層
２０４，３０５，４０５        ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２０５，３０６，４０６        ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０６，３０７，４０７        ｐ側オーミック電極Ａｕ／Ｎｉ
２０７，３０８，４０８        ｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
３０１        ＬｉドープされたＧａＮ基板
３０２，４０２                ｎ型ＧａＮ層
３０４        ＩｎＧａＮ活性層
３１０        基板
４０１        ＥｕドープされたＧａＮ基板
４０４        ＩｎＧａＮ活性層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】特開２００２−２６０９２２号公報
【特許文献２】特開平１０−２７９２３号公報
【特許文献３】特開２００２−３６８２６７号公報
【特許文献４】特表２００２−５４３５９５号公報
【図１】
2011082528.tif 000003
【図２】
2011082528.tif 000004
【図３】
2011082528.tif 000005
【図４】
2011082528.tif 000006
【図５】
2011082528.tif 000007
【図６】
2011082528.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月29日(2010.11.29)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶に対して、遷移金属等の不純物を所望の濃度で、制御性良くドーピングすることの可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。また、本発明は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法に比較して低コストで、上記遷移金属等の不純物をドーピングすることの可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧａＮ基板上に遷移金属がドープされた活性層を有することを特徴とする半導体発光素子である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の半導体発光素子において、前記活性層は、ＧａＮからなることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体発光素子において、前記遷移金属は、Ｅｕであることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明によれば、遷移金属等がドーピングされた高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を実現でき、その結果、磁性あるいはＩＩＩ族窒化物結晶単独では実現出来ない波長の発光等、新しい物性を発現させることが可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶単独では実現できない波長の発光が可能となる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明によれば、励起光源となる該発光デバイス自体の発光効率や、信頼性が高い。その結果、高出力で長寿命の発光デバイスを実現させることが可能となる。さらに、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みや、ドーパント金属のドーピング量によって、ＩＩＩ族窒化物結晶からの発光の強度を調整することが可能である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ基板上に遷移金属がドープされた活性層
を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層は、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記遷移金属は、Ｅｕであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。