【事件の表示】
　特許第２７１３０９４号「半導体発光素子およびその製造方法」の請求項１ないし１１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２７１３０９４号の請求項１ないし４に係る特許を維持する。
【理由】
１．手続の経緯
　本件特許第２，７１３，０９４号に係る主な手続の経緯は以下のとおりである。
　特許出願　　　　　平成５年５月１７日
　（優先権主張　　　平成５年１月８日）
　特許権設定登録　　平成９年１０月３１日
　特許公報発行　　　平成１０年２月１６日
　異議申立て（４件）平成１０年８月１３日〜平成１０年８月１７日
　取消理由通知　　　平成１１年５月１１日
　訂正請求　　　　　平成１１年５月１１日
２．訂正の適否についての判断
　（１）訂正の目的の適否等について
　▲１▼訂正事項１
　特許請求の範囲の請求項１において、「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを「ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）」と、「範囲内の濃度でドープされた、インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを「範囲内にあるｎ型　ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」と、また、「範囲内の濃度でドープされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを「範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」とする訂正は、窒化ガリウム系化合物半導体の元素を特定するものであるので、特許請求の範囲の減縮に該当し、明細書に記載した事項の範囲内においてなされており、また、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものでもない。
　▲２▼訂正事項２
　特許請求の範囲の請求項１において、「半導体発光素子」とあるのを「青色発光素子」とする訂正は、発光素子の特性を特定するものであるので、特許請求の範囲の減縮に該当し、明細書に記載した事項の範囲内においてなされており、また、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものでもない。
　▲３▼訂正事項３
　請求項２ないし４を削除することは、特許請求の範囲の減縮に該当する。
　▲４▼訂正事項４
　請求項１の訂正に伴い、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の整合性を図るために、以下のように各事項を訂正することは、明瞭でない記載の釈明に該当する。
　第１に、特許明細書【０００７】に「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）」と、
同じく「範囲内の濃度でドープされた、インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲内にあるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」と、
同じく「範囲内の濃度でドープされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲にあるｐ型　Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」とするとともに、段落【０００８】及び【０００９】を削除する。
　第２に、特許明細書段落【００１３】及び【００１４】に「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）」とする。
　第３に、段落【００１３】及び【００１６】に「インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜Ｘ＜１）」及び「インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ：０＜Ｘ＜１）」とあるのを、いずれも「ｎ型　ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」とするとともに、【００１６】の「この場合、ｘ値は、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．５の範囲である。」を削除する。
　第４に、段落【０００６】、【００１６】、【００１７】、【００１８】、【００２０】及び【００４０】に「ＩｎｘＧａ１−ｘＮ」とあるを「ｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ」とするとともに、【００２３】、【００２４】及び【００２５】に「Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ」とあるを「ｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ」と、【００３０】、【００３１】、【００３３】、【００３５】、【００３６】及び【００３８】に「Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ」とあるを「ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ」とする。
　第５に、段落【００１３】、【００２０】、【００２４】及び【００４０】に、「ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」とする。
　第６に、特許明細書段落【０００１】、【０００５】、【０００７】、【００１３】、【００１７】、【００２６】、【００４０】及び【００４２】に「半導体発光素子」とあるのを、「青色発光素子」とする。
　▲５▼訂正事項５　　　　　
　方法の発明に関する請求項８ないし請求項１１を削除することは、特許請求の範囲の減縮に該当するとともに、方法の発明に関する特許明細書段落【０００１】における「製造方法」の記載及び段落【００１１】及び【００１２】の記載を削除することは、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明との整合性を図るものであるので、明瞭でない記載の釈明に該当する。
　▲６▼訂正事項６　　　　　　　　　　　　　　　　
　請求項２ないし４の削除にともない、請求項５、請求項６及び請求項７を請求項２、請求項３及び請求項４と訂正すると同時に、各々の引用請求項を「請求項１」、「請求項１または２」及び「請求項１ないし３のいずれか１項」とする訂正は、明瞭でない記載の釈明に該当する。
　▲７▼　訂正事項７
　特許明細書段落【００３８】の「例３」を「比較例１」と、段落【００３９】の「例４」を「比較例２」とする訂正は、明瞭でない記載の釈明に該当する。
　（２）独立特許要件について
　（本件特許発明）
　訂正明細書における特許請求の範囲の請求項１〜４に係る発明（以下「本件特許発明」という。）は、その特許請求の範囲請求項１〜４に記載された事項により特定される以下のとおりのものである。
　「【請求項１】　ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）からなる第１のクラッド層と、該第１のクラッド層上に設けられ、不純物としてＳｉ濃度が１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）からなる発光層と、該発光層上に設けられ、ｐ型不純物としてＭｇ濃度が１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる第２のクラッド層とからなる窒化ガリウム系化合物半導体積層構造を有することを特徴とする青色発光素子。　　
　【請求項２】　発光層が、１０オングストロームないし０．５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の青色発光素子。
　【請求項３】　第２のクラッド層が、０．０５μｍないし１．５μｍの厚さを有する請求項１または請求項２記載の青色発光素子。　　　　　　　
　【請求項４】　半導体積層構造が、バッファ層を介して基板上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の青色発光素子。」
　（刊行物に記載された発明）　　　　　　　　　
　▲１▼特許異議申立人高木栄の提出する甲第１号証（Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ　１２４（１９９２），ｐ４３３−４３８、以下「刊行物１」という。）には、四元系ＩｎＧａＡＩＮは、ギャップの広い半導体であり、組成比を変えることによりダブル・ヘテロ構造のダイオードを構成することができ、また、ｐＧａＮは、Ｍｇドープによりｐ型化され、Ｆｉｇ７には、ＧａＮダイオードにおける該ｐＧａＮ層のキャリア濃度は、８×１０１８×ｃｍ−３であると記載されている。　　　　　　　　　　
　同じく甲第２号証（Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ　１１５（１９９１），ｐ６４８−６５１、以下「刊行物２」という。）には、ＬＥＤに用いられるＡｌｘＧａ１−ｘＮの発光率におけるＳｉの影響についての記載があり、第６図及び第７図には、発光効率の向上を示すＣＬ強度がほぼ１０１７〜１０１９ｃｍ−３の間でＳｉ濃度に比例していることが示されている。
　同じく甲第３号証（特開平４−１７０３９７号公報、以下「刊行物３」という。）には、伝導性の制御が容易なＧａＮ薄膜の製造方法について記載されており、特に、ＳｉドープによりＧａＮがｎ型化され、ＭｇドープによりＧａＮがｐ型化され、キャリア濃度はいずれも１０１８／ｃｍ３以上であると記載されている。
　同じく甲第４号証（特開平４−２３６４７８号公報、以下「刊行物４」という。）には、ダブルへテロ構造である以下の層構造の発光素子が記載されている。
　　ｐクラッド　　　ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ　　
　　活性層　　　　　ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ
　　ｎクラッド　　　ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ
　　　（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）
　同じく甲第５号証（特開平４−３２１２８０号公報、以下「刊行物５」という。）には、ダブルへテロ構造である以下の層構造の発光素子が記載されている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　ｐクラッド　　　ＧａｘＡｌ１−ｘＮ（Ｍｇドープ）　　　　　　　　　　
　　活性層　　　　　ＧａｘＡｌ１−ｘＮ（Ｚｎドープ）
　　ｎクラッド　　　ＧａｘＡｌ１−ｘＮ（Ｓｉドープ）
　同じく甲第６号証（特開平４−１９９７５２号公報、以下「刊行物６」という。）には、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によりＩｎＧａＮを形成することが記載されている。
　▲２▼特許異議申立人竹谷淳の提出する甲第２号証
（特開平４−２４２９８５号公報、以下「刊行物７」という。）には、ダブルへテロ構造の発光素子が記載され、活性層を一般式（Ａｌｘ’　Ｇａｌ−ｘ’）ｙ’　Ｉｎｌ−ｙ’Ｎとし【００３４】、２つのへテロ接合を形成する場合、ｎ型結晶の両側にｎ型及びｐ型の結晶を接合するが【００３５】、実施例における活性層は全てノンドープのＧａＮが記載されている。
　同じく甲第３号証（特開平４−６８５７９号公報、以下「刊行物８」という。）には、以下の層構成のダブルヘテロ構造発光素子が記載されている。
　　　　ｐクラッド　ＧａＮ：Ｚｎ
　　　　活性層　　ＩｎＧａＮ：Ｏ　　　　　　　　　　　　
　　　　ｎクラッド　ＺｎＯ：Ａｌ　　　　　　　　　　　　
ＩｎＧａＮ発光層についての開示はあるが［図３］、不純物元素がＳｉではなく酸素である。
　同じく甲第４号証（特開平３−２１８６２５号公報、以下「刊行物９」という。）には、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）において、アクセプタ不純物濃度が１０１７〜１０２１ｃｍ３であるｐ型層の製造方法が記載されている。
　同じく甲第５号証（特開平４−１０６６５号公報、以下「刊行物１０」という。）には、
ＭＩＳ構造である以下の層構造の発光素子が記載されている。
　　金属層　Ａｌ
　　ｉ層　　ＡｌｘＧａｌ−ｘＮ：Ｚｎ又はＳｉ
　　ｎ層　　ＡｌｘＧａｌ−ｘＮ
　▲３▼特許異議申立人星野進の提出する甲第３号証（特開平４−２９７０２３号公報、以下「刊行物１１」という。）には、Ｍｇをドープしてｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長させる方法が記載されている。
　同じく甲第４号証（特開平４−２２９４７５号公報、以下「刊行物１２」という。）にはダブルへテロ構造である以下の層構成のダブルへテロ構造発光素子が記載されている。
　　ｐクラッド　ＩｎＧａＮ：Ｚｎ
　　活性層　　　ＩｎＧａＮ：ノンドープ　
　　ｎクラッド　ＩｎＧａＡＩＮ：Ｓｎ
　▲４▼特許異議申立人大谷恵美の提出する甲３第号証（特開平４−２０９５７７号公報、以下「刊行物１３」という。）にはダブルへテロ構造の以下の層構成のダブルへテロ構造発光素子が記載されている。　　
　　ｐクラッド　ＩｎＧａＡＩＮ：Ｍｇ
　　活性層　　　ＩｎＧａＮ：ノンドープ
　　ｎクラッド　ＩｎＧａＡＩＮ：Ｓｉ
　（本件特許発明との比較・検討）　　　　　　　
　上記刊行物１〜１３のいずれにも、請求項１記載の本件特許発明の特徴的構成要件であるＩｎＧａＮや活性層とする窒化物ダブルヘテロ構造において、該活性層にＳｉをドープするということについては何ら記載されておらず、また、示唆もされていない。そして、本件発明は、上記特徴的構成を具備することに加え、Ｓｉ及びＭｇのドープ量を請求項１記載の値とすることにより、願書添付の第３図及び第４図に示されるような発光強度が向上したものと認められる。
　したがって、本件特許発明が上記刊行物１乃至１３に記載された発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるとはいえない。
　よって、本件特許発明は、特許出願の際独立して特許を受けることができない発明であるとすることはできない。
　（この項のむすび）
　よって、上記訂正請求は、平成６年改正前の特許法第１２６条第１項乃至３項の規定に適合するので、これを認める。
３．特許異議の申立てについての判断
　（１）特許異議申立人高木栄は、甲第１号証化〜甲第６号証（上記刊行物１〜６）を提出し、請求項１〜３に係る発明は、上記甲第１号証〜甲第６号証記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、特許を受けることができないものであると主張する。
　しかしながら、上記（本件発明との対比・判断）において述べた理由により、本件特許発明が上記甲第１号証〜甲第６号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるとはいえない。
　（２）同じく竹谷淳は、▲１▼明細書の記載に不備があるので、また、▲２▼平成８年２月１４日付けの手続補正は「第１の原料ガス」等の出願当初の明細書に定義のないものを付加したものであり、明細書の要旨を変更するものであるので、出願日は、該手続補正書を提出した時とみなされ、そうすると、本件特許発明は、本件特許に係る出願の公開公報である特開平６−２６０６８２号公報記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、さらに、▲３▼甲第２号証〜甲第４号証（上記刊行物７〜９）を提出し、本件発明は、上記甲第２号証〜甲第４号証記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、特許を受けることができないものであると主張する。
　しかしながら、▲１▼明細書の記載不備については、上記訂正により解消したものと認められ、▲２▼の点については、上記訂正により製法に関する請求項が削除されたので、明細書の要旨変更の問題は生ぜず、▲３▼の点については、上記（本件発明との対比・判断）において述べた理由により、本件特許発明が上記甲第２号証乃至甲第４号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるとはいえない。
　（３）同じく星野進は、甲第１号証〜甲第４号証（上記刊行物７，１０〜１２）を提出し、請求項１〜１１に係る発明は、上記甲第１号証〜甲第４号証記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、特許を受けることができないものであると主張する。
　しかしながら、上記（本件発明との対比・判断）において述べた理由により、本件特許発明が上記甲第１号証〜甲第４号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるとはいえない。
　（４）同じく大谷恵美は、▲１▼平成８年２月１４日付けの手続補正は、「青色発光素子」を「半導体発光素子」等に拡張するものであり、明細書の要旨を変更するものであるので、出願日は、該手続補正書を提出した時とみなされ、そうすると、本件特許発明は、本件特許に係る出願の公開公報である特開平６−２６０６８２号公報記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、また、▲２▼甲第２号証〜甲第３号証（上記刊行物５，１３）を提出し、本件発明は、上記甲第２号証または甲第３号証記載の発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるので、特許を受けることができないものであると主張する。
　しかしながら、▲１▼訂正により、「半導体発光素子」は「青色発光素子」等に減縮され出願当初の明細書に記載されたものとなったので、明細書の要旨変更については解消され、▲２▼の点については、上記（本件発明との対比・判断）において述べた理由により、本件特許発明が上記甲第２号証〜甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明することができたものであるとはいえない。
４．むすび
　以上のとおりであるので、本件特許は、特許異議申立人の提出した証拠及び理由によっては、取り消すことができない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１１年６月４日（１９９９．６．４）
【訂正の要旨】
　　　　　　　　　　　　訂正の要旨
（１）訂正事項１
　特許第２，７１３，０９４号の明細書における特許請求の範囲の請求項１において、特許請求の範囲の減縮を目的として
「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）」と、
　「範囲内の濃度でドープされた、インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲内にあるｎ型ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」と、
「範囲内の濃度でドープされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」と訂正する。
（２）訂正事項２
　特許請求の範囲の請求項１において、特許請求の範囲の減縮を目的として、「半導体発光素子」とあるのを、「青色発光素子」と訂正する。
（３）訂正事項３
　特許請求の範囲の減縮を目的として、請求項２ないし４を削除する。
（４）訂正事項４
　請求項１の訂正に伴い、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の整合性を図るために、明瞭でない記載の釈明を目的として、以下の各事項を訂正する。
　第１に、特許明細書【０００７】に「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｎ型Ｇａ１−ａＡＩａＮ（０≦ａく１）」と、
同じく「範囲内の濃度でドープされた、インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲内にあるｎ型ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」と、
同じく「範囲内の濃度でドープされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」と訂正するとともに、段落【０００８】及び【０００９】を削除する。
　第２に、特許明細書段落【００１３】及び【００４０】に「ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｎ型Ｇａ　ｌ−ａＡｌ　ａＮ（０≦ａ＜１）」と訂正する。
第３に、段落【００１３】及び【００１６】に「インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）」及び「インジウム、ガリウムおよび窒素を含む窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎＸＧａ１−ＸＮ：０＜Ｘ＜１」とあるのを、いずれも「ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘは０＜Ｘ＜０．５）」と訂正するとともに、【００１６】の「この場合、ｘ値は、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．５の範囲である。」を削除する。
第４に、段落【０００６】、【００１６】、【００１７】、【００１８】、【００２０】及び【００４０】に「ＩｎＸＧａ１−ＸＮ」とあるを「ｎ型ＩｎＸＧａ１−ＸＮ」と訂正するとともに、【００２３】、【００２４】及び【００２５】に「Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ」とあるを「ｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ」と、【００３０】、【００３１】、【００３３】、【００３５】、【００３６】及び【００３８】に「Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ」とあるを「ｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ」と訂正する。
第５に、段落【００１３】、【００２０】、【００２４】及び【００４０】に、「ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体」とあるのを、「ｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）」と訂正する。
第６に、特許明細書段落【０００１】、【０００５】、【０００７】、【００１３】、【００１７】、【００２６】、【００４０】及び【００４２】に「半導体発光素子」とあるのを、「青色発光素子」と訂正する。
　▲５▼訂正事項５
　　　特許請求の範囲の減縮を目的として、方法の発明に関する請求項８ないし請求項１１を削除するとともに、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明との整合性を図るために、明瞭でない記載の釈明を目的として、方法の発明に関する記載であるところの、特許明細書段落【０００１】における「製造方法」の記載及び段落【００１１】及び【００１２】の記載を削除する。
　▲６▼訂正事項６
　明瞭でない記載の釈明を目的として請求項５、請求項６及び請求項７において、請求項５、請求項６及び請求項７を請求項２、請求項３及び請求項４と訂正すると同時に、各々の引用請求項を「請求項１」、「請求項１または２」及び「請求項１ないし３のいずれか１項」と訂正する。
　▲７▼訂正事項７
　明瞭でない記載の釈明を目的として特許明細書段落【００３８】の「例３」を「比較例１」と、段落【００３９】の「例４」を「比較例２」と訂正する。
（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】　ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）からなる第１のクラッド層と、該第１のクラッド層上に設けられ、不純物としてＳｉ濃度が１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、ｘは０＜ｘ＜０．５）からなる発光層と、該発光層上に設けられ、ｐ型不純物としてＭｇ濃度が１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる第２のクラッド層とからなる窒化ガリウム系化合物半導体積層構造を有することを特徴とする青色発光素子。
　　【請求項２】　発光層が、１０オングストロームないし０．５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の青色発光素子。
　　【請求項３】　第２のクラッド層が、０．０５μｍないし１．５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１または２記載の青色発光素子。
　　【請求項４】　半導体積層構造が、バッファ層を介して基板上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の青色発光素子。
【発明の詳細な説明】
　　　【０００１】
　　【発明の属する技術分野】
　本発明は、青色発光素子に係り、特には窒化ガリウム系化合物半導体積層構造を有する青色発光素子に関する。
　　　【０００２】
　　【従来の技術】
　発光ダイオード、レーザーダイオード等の半導体発光デバイスに使用される実用的な半導体材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）等の窒化ガリウム系化合物半導体が注目されている。
　　　【０００３】
　従来提案されている窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子として、図２に示す構造のものがよく知られている。この発光素子は、基板１上に、ＡｌＮよりなるバッファ層２と、ｎ型ＧａＮ層３と、ｐ型ＧａＮ層５とが順に積層された構造を有している。通常、基板１には、サファイアが用いられている。基板１上に設けられたＡｌＮからなるバッファ層２は、特開昭６３−１８８９８３号公報に記載されているように、その上に積層される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させる。ｎ型ＧａＮ層３は、ｎ型不純物としてＳｉまたはＧｅがドープされてｎ型となっている。ｐ型ＧａＮ層５は、ｐ型不純物としてＭｇまたはＺｎがドープされることが多いが、結晶性が悪いためｐ型とはならず、ほぼ絶縁体に近い高抵抗のｉ型となっている。ｉ型半導体層を低抵抗のｐ型層に変換する手段として、特開平２−４２７７０号公報には、表面に電子線照射を行う技術が開示されている。
　　　【０００４】
　　【発明が解決しようとする課題】
　一般に、図２に示すようなホモ接合構造の発光素子は発光出力が低く、実用的ではない。発光出力を増大させ、実用的な発光素子を得るためには、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造を、好ましくはシングルへテロ構造、さらに好ましくはダブルへテロ構造とする必要がある。例えばダブルへテロ構造の窒化ガリウム系化合物半導体素子は特開平４−２０９５７７号公報に示されているが、この公報に開示された発光素子は実用性に乏しく、発光効率が悪いという欠点がある。
　　　【０００５】
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、実用的で高発光出力の窒化ガリウム系化合物青色発光素子を実現できる新規な半導体構造を提供するものである。
　　　【０００６】
　　【課題を解決するための手段】
　本発明者らは、ダブルへテロ構造の窒化ガリウム系半導体発光素子について数々の実験を重ねた結果、所定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ層を発光層として用い、かつ所定量のＭｇをドープしたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層をクラッド層として用いることによって、得られる青色発光素子の発光出力が格段に向上することを新たに見い出し、本発明を完成するに至った。
　　　【０００７】
　すなわち、本発明によれば、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）からなる第１のクラッド層と、該第１のクラッド層上に設けられ、不純物としてＳｉ濃度が１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、ｘは０＜ｘ＜０．５）からなる発光層と、該発光層上に設けられ、ｐ型不純物としてＭｇ濃度が１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲にあるｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる第２のクラッド層とからなる窒化ガリウム系化合物半導体積層構造を有することを特徴とする青色発光素子が提供される。
　　　【０００８】
　上記発光層は、１０オングストロームないし０．５μｍの厚さを有することが好ましい。上記第２のクラッド層は、０．０５μｍないし１．５μｍの厚さを有することが好ましい。
　　　【０００９】
　以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図１は、本発明の窒化ガリウム系化合物青色発光素子の一構造を示すものである。この発光素子は、基板１１上に、バッファ層１２を介して、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）からなる第１のクラッド層１３と、シリコンが所定の濃度でドープされたｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、ｘは０＜ｘ＜０．５）からなる発光層１４と、ｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる第２のクラッド層１５とが順に積層されてなるダブルへテロ構造の半導体積層構造を有する。
　　　【００１０】
　基板１１は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の材料で形成できるが、通常はサファイアで形成される。バッファ層１２は、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＧａＮ等で形成することができ、通常０．００２μｍ〜０．５μｍの厚さに形成される。ＧａＮはＡｌＮよりもその上に結晶性のよい窒化ガリウム系化合物半導体を積層させることができるので、バッファ層１２は、ＧａＮで形成することが好ましい。このＧａＮバッファ層の効果については、本出願人が先に出願した特願平３−８９８４０号（特開平４−２９７０２３号）に記載されており、サファイア基板を用いた場合、従来のＡｌＮバッファ層よりもＧａＮよりなるバッファ層の方が結晶性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体が得られ、さらに好ましくは成長させようとする窒化ガリウム系化合物半導体と同一組成を有するバッファ層を、まずサファイア基板上に低温で成長させることにより、当該バッファ層の上に積層される窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性を向上させることができる。
　　　【００１１】
　第１のクラッド層１３は、ｎ型ＧａＮにより、あるいはそのＧａの一部をＡｌで置換したＧａＡｌＮにより形成することができる。すなわち、第１のクラッド層は、Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）で形成することができる。
　　　【００１２】
　窒化ガリウム系化合物半導体は、ノンドープでもｎ型となる性質があるが、例えばＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープして好ましいｎ型にすることができる。
　　　【００１３】
　発光層１４は、シリコンＳｉが所定濃度でドープされたｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる。このＳｉドープｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる発光層１４は、有機金属気相成長法により、原料ガスのキャリアガスを窒素として用い、６００℃以上、９００℃以下の成長温度で成長させることができる。成長させたＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの比率、すなわちｘ値を０＜ｘ＜０．５の範囲にすると良好な青色発光が得られる。ｘ値を０より大きくすることにより、ｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層１４が発光層として作用する。ｘ値が０．５以上になると、その発光色は黄色となる。
　　　【００１４】
　さらに、このｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層１４中にドープする不純物（ドーパント）はＳｉとし、しかもそのＳｉは１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲、好ましくは１×１０１８〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度範囲内でＩｎｘＧａ１−ｘＮ層１４にドープされることが重要である。これにより青色発光素子の発光効率を増大させることができるのである。
　　　【００１５】
　Ｓｉドープｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層１４は、好ましくは１０オングストローム〜０．５μｍ、さらに好ましくは０．０１μｍ〜０．１μｍの厚さに形成することが望ましい。その厚さが１０オングストロームよりも薄いか、または０．５μｍよりも厚いと、十分な発光出力を有する発光素子が得られない傾向にある。
　　　【００１６】
　第２のクラッド層１５は、ｐ型ＧａＮにより、あるいはそのＧａの一部をＡｌで置換したｐ型ＧａＡｌＮにより形成することができる。すなわち、第２のクラッド層１５は、Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）で形成することができる。
　　　【００１７】
　この第２のクラッド層（ｐ型層）１５は、それにドープされるｐ型不純物（ドーパント）をマグネシウムＭｇとし、しかもそのＭｇが、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲内で第２のクラッド層１５にドープされることが重要である。この濃度範囲でＭｇがドープされたｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）層を第２のクラッド層として用いることにより、Ｓｉドープｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層１４の発光効率をさらに向上させることができる。
　　　【００１８】
　Ｍｇをドープして成長されたままのＧａ１−ｂＡｌｂＮ層は、なお高抵抗であるので、その成長後に、例えば本出願人が先に出願した特願平３−３５７０４６号に記載したように、４００℃以上、好ましくは６００℃より高い温度でアニーリングを行って低抵抗のｐ型層１５とすることができる。
　　　【００１９】
　第２のクラッド層１５は、０．０５μｍ〜１．５μｍの厚さに形成することが好ましい。その厚さが０．０５μｍよりも薄いとクラッド層として作用しにくく、またその厚さが１．５μｍよりも厚いと前記方法で低抵抗ｐ型層に転化されにくい傾向にある。
　　　【００２０】
　図３は、図１に示す構造を有する青色発光素子において、第２のクラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層中のＭｇ濃度を１×１０１９／ｃｍ３と一定にし、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層のＳｉ濃度を変えた場合において、そのＳｉ濃度と青色発光素子の相対発光強度との関係を表す図である。図３に示すように、Ｓｉ濃度が増加するに従い、発光素子の発光強度は大きくなり、１×１０１８〜１×１０２０／ｃｍ３付近で発光強度が最も大きくなり、その範囲を超えると発光強度は徐々に減少する傾向にある。本発明では、実用域として９０％以上の相対強度を有する発光素子を提供するために、発光層１４中にドープされるＳｉ濃度を１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内とするものである。
　　　【００２１】
　また、図４は、同じく図１の構造を有する青色発光素子において、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層中のＳｉ濃度を１×１０１９／ｃｍ３と一定にし、第２のクラッド層であるＭｇドープｐ型ＧａＮ層中のＭｇ濃度を変えた場合において、そのＭｇ濃度と青色発光素子の相対発光強度との関係を表す図である。図４に示すように、Ｍｇドープｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）層を第２のクラッド層とした場合、Ｍｇ濃度が１×１０１７／ｃｍ３付近を超えると急激に発光強度が増大し、１×１０２１／ｃｍ３付近を超えるとまた急激に減少する傾向にある。従って、本発明では、Ｍｇドープｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）層のＭｇ濃度を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３としている。なお、上記Ｓｉ濃度およびＭｇ濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）により測定したものである。
　　　【００２２】
　図５は、同じく図１の構造を有する発光素子において、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度との関係を示す図である。図５に示すように、本発明の発光素子において発光層の膜厚を変化させることにより、発光素子の発光強度が変化する。特に発光層の膜厚が０．５μｍを超えると発光強度が急激に減少する傾向にある。従って、発光層の膜厚は、発光素子が９０％以上の相対発光強度を示すためには、１０オングストローム〜０．５μｍの範囲が好ましい。
　　　【００２３】
　　　　　　　【実施例】
　以下、本発明をより具体的な例により説明する。これら例において、各半導体層は以下記載するように有機金属気相成長法により成長させた。本発明の青色発光素子を製造する方法を述べる。
　　　【００２４】
　例１
　まず、よく洗浄したサファイア基板を反応容器内にセットし、反応容器内を水素で十分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、サファイア基板のクリーニングを行う。
　　　【００２５】
　続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスとして水素を用い、原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用いて、サファイア基板上にＧａＮバッファ層を約２００オングストロームの厚さに成長させる。
　　　【００２６】
　バッファ層成長後、ＴＭＧのみの供給を停止し、温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃に達した後、同じく水素をキャリアガスとして用い、ＴＭＧとシランガス（ＳｉＨ４）とアンモニアガスとを用いて、第１のクラッド層としてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を４μｍの厚さに成長させる。
　　　【００２７】
　ｎ型ＧａＮ層成長後、全原料ガスの供給を停止し、温度を８００℃にして、キャリアガスを窒素に切り替え、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、シランガスおよびアンモニアガスを用いて、発光層としてＳｉを１×１０２０／ｃｍ３の濃度でドープしたｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層を１００オングストロームの厚さに成長させる。
　　　【００２８】
　Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層成長後、原料ガスの供給を停止し、再び温度を１０２０℃まで上昇させ、ＴＭＧ、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）およびアンモニアガスを用いて、第２のクラッド層としてＭｇを２×１０２０／ｃｍ３の濃度でドープしたｐ型ＧａＮ層を０．８μｍの厚さに成長させる。
　　　【００２９】
　ｐ型ＧａＮ層成長後、基板を反応容器から取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００℃で２０分間アニーリングを行い、最上層のｐ型ＧａＮ層をさらに低抵抗化する。
　　　【００３０】
　以上のようにして得られた発光素子のｐ型ＧａＮ層、およびＳｉドープｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの一部をエッチングにより取り除き、ｎ型ＧａＮ層を露出させ、ｐ型ＧａＮ層、およびｎ型ＧａＮ層にオーミック電極を設け、５００μｍ角のチップにカットした後、常法に従い、本発明の青色発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードの発光出力は２０ｍＡにおいて２００μＷであり、ピーク波長は４０５ｎｍであった。
　　　【００３１】
　例２
　例１において、第１のクラッド層を成長させる工程において、原料ガスとしてＴＭＧ、シランガス、アンモニアおよびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いて、Ｓｉドープｎ型Ｇａ０．９Ａｌ０．１Ｎ層を２μｍの厚さに成長させる。
　　　【００３２】
　Ｓｉドープｎ型Ｇａ０．９Ａｌ０．１Ｎ層の上に、例１と同様にしてＳｉを１×１０２０／ｃｍ３の濃度でドープしたｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ発光層を１００オングストロームの厚さに成長させる。
　　　【００３３】
　さらに、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層の上に、原料ガスとしてＴＭＧ、ＣＰ２Ｍｇ、アンモニアガスおよびＴＭＡガスを用い、第２のクラッド層としてＭｇを２×１０２０／ｃｍ３の濃度でドープしたｐ型Ｇａ０．９Ａｌ０．１Ｎ層を０．８μｍ成長させる。
　　　【００３４】
　これ以降は例１と同様にしてアニーリングを行い、最上層をさらに低抵抗化した後、同様にして本発明の発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードは、発光出力、ピーク波長のいずれも例１の発光ダイオードと同じであった。
　　　【００３５】
　比較例１
　例１において、シランガスの流量を多くして、発光層であるＳｉドープｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層のＳｉ濃度を１×１０２２／ｃｍ３とした以外は実施例１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この発光ダイオードの発光出力は例１の発光ダイオードの約２０％であった。
　　　【００３６】
　比較例２
　例１において、ＣＰ２Ｍｇガスの流量を少なくして、第２のクラッド層であるｐ型ＧａＮ層のＭｇ濃度を１×１０１７／ｃｍ３とした以外は例１と同様にして青色発光ダイオードを得たが、この発光ダイオードの出力は例１の発光ダイオードの約１０％であった。
　　　【００３７】
　　【発明の効果】
　以上説明したように、本発明の青色発光素子は、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（０≦ａ＜１）層を第１のクラッド層とし、特定量のＳｉをドープしたｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層を発光層とし、かつ特定量のＭｇをドープしたｐ型Ｇａ１−ｂＡｌｂＮ（０≦ｂ＜１）層を第２のクラッド層としたダブルへテロ構造を有するため、非常に発光効率が高い。
　　　【００３８】
　これに対し、従来のホモ接合構造の発光素子は、ｐ型ＧａＮ層にドープされたＺｎ、Ｍｇ等の不純物によって作られる深い発光センターを介して発光するため、発光ピークの半値幅はおよそ６０ｎｍであり、非常に広い。しかし、本発明のダブルへテロ構造の発光素子は、ＩｎＧａＮ層のバンド間発光を利用するので半値幅が非常に狭く、およそ２５ｎｍであり、ホモ接合構造の発光素子の半分以下である。また本発明の発光素子の発光出力はホモ接合構造の発光素子の４倍以上ある。しかも、本発明において、発光層であるＩｎｘＧａ１−ｘＮのＩｎの比率、すなわちｘ値の範囲を例えば０．０５＜ｘ＜０．５とすることによって、発光色をおよそ３８０ｎｍから５００ｎｍまで変えることができるという利点を有する。
　　　【００３９】
　本発明の青色発光素子は、以上述べた優れた効果を奏するため、信頼性に優れている。本発明は、レーザーダイオードにも適用でき、その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
　　【図１】　本発明の半導体発光素子の一構造を示す模式断面図。
　　【図２】　従来の半導体発光素子の一構造を示す模式断面図。
　　【図３】　本発明の半導体発光素子の発光層中のＳｉ濃度と、その発光素子の相対発光強度との関係を示す図。
　　【図４】　本発明の半導体発光素子第２のクラッド層中のＭｇ濃度と、その発光素子の相対発光強度との関係を示す図。
　　【図５】　本発明の半導体発光素子の発光層の膜厚と、その発光素子の相対発光強度との関係を示す図。
　　【符号の説明】
１１…基板
１２…バッファ層
１３…第１のクラッド層
１４…発光層
１５…第２のクラッド層