(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を用いた赤色発光半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を母体材料として、有機金属気相エピタキシャル法を用いて、９００〜１１００℃の温度条件の下で、ＥｕまたはＰｒを、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加した活性層を、ｐ型層とｎ型層の間に、ｐ型層とｎ型層の形成と一連の形成工程において形成するに際して、
ＥｕまたはＰｒと共に、不純物としてＭｇを添加して、
光出力が１００μＷ以上の赤色発光半導体素子を製造する
ことを特徴とする赤色発光半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記母体材料に添加される元素が、Ｅｕであることを特徴とする請求項１に記載の赤色発光半導体素子の製造方法。
【請求項３】
Ｅｕが、Ｅｕ｛Ｎ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２｝３またはＥｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３により供給されることを特徴とする請求項２に記載の赤色発光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤色発光半導体素子とその製造方法に関し、詳しくはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の特定の母体材料（母材）にＥｕまたはＰｒが添加された活性層をｎ型層とｐ型層との間に設けた優れた発光特性を備えた赤色発光半導体素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物半導体は、青色発光デバイスを構成する半導体材料として注目されており、近年では、ＧａＮにインジウム（Ｉｎ）を高濃度添加することにより、緑色さらには赤色発光デバイスを実現できると期待されている。しかし、高Ｉｎ組成になるに従い、Ｉｎ組成の揺らぎやピエゾ電界効果が顕著になるため、窒化物半導体を用いた赤色発光デバイスの実現には至っていないのが現状である。
【０００３】
一方、窒化物半導体のワイドギャップに着目し、ＧａＮを添加母体としてユーロピウム（Ｅｕ）やプラセオジム（Ｐｒ）が添加された半導体が赤色発光デバイスとして有望視されている。
【０００４】
このような状況下、本発明者らは、世界に先駆けてＥｕまたはＰｒ添加ＧａＮを活性層とする赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）の実現に成功した（特許文献１）。
【０００５】
そして、このような赤色発光ダイオードの実現により、既に開発されている青色発光ダイオードおよび緑色発光ダイオードと併せて、同一基板上に窒化物半導体を用いた光の三原色の発光ダイオードを集積化することが可能となるため、小型で高精細なフルカラーディスプレイや、現在の白色ＬＥＤには含まれていない赤色領域の発光が加えられたＬＥＤ照明などの分野への応用が期待されている。
【０００６】
しかしながら、前記した赤色発光ダイオードの光出力は、現状では５０μＷ程度に留まっており、実用化には発光強度（光出力）の更なる向上が求められている。
【０００７】
光出力の向上を図るためには、前記した活性層の発光中心であるＥｕイオンやＰｒイオンの発光遷移確率を高めることが必須である。しかし、ＥｕイオンやＰｒイオンの発光は４ｆ殻内遷移によっており、これらの希土類元素における４ｆ殻内遷移は禁制遷移であるため、発光遷移確率を高めて、高い発光強度を得るためには結晶場内にＥｕやＰｒを取り込むことにより、結晶場におけるＥｕイオンやＰｒイオンの周辺局所構造の対称性を低下させる必要がある。
【０００８】
しかし、単にＥｕやＰｒを添加した場合には、ＥｕイオンやＰｒイオンの周辺局所構造の対称性が充分に低くなっているとは言えず、発光強度（光出力）が低く抑えられていた。
【０００９】
従って、ＥｕやＰｒ以外の不純物を意図的に共添加することにより、ＥｕイオンやＰｒイオンの周辺局所構造を制御することができれば、ＥｕイオンやＰｒイオンによる高い発光強度（光出力）が実現できる可能性がある。
【００１０】
例えば、非特許文献１には、Ｅｕ添加ＧａＮ作製時にＳｉを意図的に共添加することにより、高い発光強度のＥｕ、Ｓｉ共添加ＧａＮを得ることが報告されている。しかしながら、このような高い発光強度が得られているのはＳｉ濃度が０．０６原子％程度のときのみであり、また、その発光強度も充分とは言えない。
【００１１】
このように、不純物（共添加不純物）の添加により発光輝度の向上を図ることが一部試みられているが、不純物の添加が発光輝度に与える影響については、未だ充分に解明されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１２８６４３  Ａ１公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｒ．Ｗａｎｇ，Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｃｋｌｅ，Ｅ．Ｅ．Ｂｒｏｗｎ，Ｕ．Ｈｏｍｍｅｒｉｃｈ，ａｎｄ  Ｊ．Ｍ．Ｚａｖａｄａ、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｉ  ｃｏｄｏｐｉｎｇ  ｏｎ  Ｅｕ３＋  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｎ  ＧａＮ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０５，０４３１０７（２００９）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、上記した従来技術における問題点に鑑み、ＥｕイオンやＰｒイオンの発光遷移効率を増大させ、優れた発光強度の赤色発光半導体素子とその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下の本発明に関連する各技術により、上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明に関連する第１の技術は、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を用いた赤色発光半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を母体材料として、有機金属気相エピタキシャル法を用いて、９００〜１１００℃の温度条件の下で、ＥｕまたはＰｒを、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加した活性層を、ｐ型層とｎ型層の間に、ｐ型層とｎ型層の形成と一連の形成工程において形成するに際して、
ＥｕまたはＰｒと共に、ＭｇまたはＡｌを添加する
ことを特徴とする赤色発光半導体素子の製造方法である。
【００１７】
本発明者は、上記課題の解決について、種々の実験、検討を行った。その結果、有機金属気相エピタキシャル法（ＯＭＶＰＥ法）を用いてＥｕ添加ＧａＮ層（活性層）を作製する際に、ＭｇやＡｌを不純物として添加した場合、これらの元素がＥｕの周囲に選択的に配置されて、Ｅｕイオンの周辺局所構造を劇的に変化させ、Ｅｕイオンの対称性を大きく低下させることが分かった。
【００１８】
これは、通常、ＧａＮに０．１原子％程度添加されたＥｕに、不純物元素を０．１原子％程度添加したとしても、上記のように、Ｅｕの周囲に選択的に配置されて、Ｅｕと隣り合う確率は非常に低いと従来考えられていたため、極めて考え難かった現象であり、本発明者は、実験と検討の繰り返しにより、上記のような現象を発見し、本技術に至ったものである。
【００１９】
そして、所定の成長温度の下、活性層のＥｕは、Ｇａと置換する形で配置されて、Ｅｕイオンの置換サイトがＧａサイトおよびその極近傍となるように制御されるため、そのフォトルミネセンススペクトル（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：ＰＬスペクトル）において、Ｅｕイオンに起因する６２１ｎｍ付近のピークが支配的となり、充分に発光して高い光出力を得ることができる。
【００２０】
なお、「６２１ｎｍ付近のピークが支配的」とは、６２１ｎｍを中心とした６１８〜６２３ｎｍの範囲の波長での発光がＥｕイオンに起因する発光であるため、６２１ｎｍ付近のピークをできるだけ大きくすることを意味している。
【００２１】
そして、本技術においては、活性層の形成に用いるＯＭＶＰＥ法における温度条件が重要である。即ち、温度が低すぎると異なる結晶場を有するＥｕイオンが増加して６２１ｎｍにおけるピークが減少する一方、温度が高すぎるとＥｕイオンが表面から脱離してＥｕ添加が困難となる。好ましい温度条件は９００〜１１００℃であり、９５０〜１０５０℃であるとより好ましい。
【００２２】
また、ｐ型層と活性層とｎ型層の形成を一連の形成工程、即ち途中で反応容器から取り出すことなく、反応容器内において順次ｐ型層、活性層、ｎ型層（ｐ型層、ｎ型層の順番の前後は問わない）を形成することにより、各層間に界面準位が存在せず、キャリアを効率的に注入できる。これらのため、数Ｖ程度の低電圧動作が可能となる。
【００２３】
なお、前記の観点から、ｎ型層、ｐ型層もＯＭＶＰＥ法により形成することが好ましいが、他の成長法を排除するものではない。
【００２４】
以上においては、母材としてＧａＮ、添加元素としてＥｕを挙げて本技術を説明してきたが、母材としてはＧａＮに限定されず、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらの混晶（ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等）を母材としても上記の効果と同様の効果を得ることができる。また、添加元素もＥｕに限定されず、Ｐｒを添加元素としても上記の効果と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
なお、添加元素をＥｕまたはＰｒとしているのは、これらの元素は外殻電子が内殻電子により遮蔽されており、内殻遷移に伴う発光が５９０ｎｍ以上の波長であり、これがＮＴＳＣ色域、ＨＤＴＶ色域に限定されず、赤みが感じられる光であるからである。
【００２６】
そして、本技術により、前記したような大きな経済的効果を提供することができる。即ち、Ｅｕ添加ＧａＮを用いた高い光出力のデバイス特性に優れた赤色発光ダイオードの実現により、「赤・緑・青」の光の三原色の発光ダイオードを実用化レベルで集積化することが可能となるため、小型かつ高精細な高出力の発光ダイオードを用いたフルカラーディスプレイを実現することができる。
【００２７】
また、現在の白色ＬＥＤには含まれていない赤色領域の強度の高い発光を加えることにより、現在赤色ＬＥＤとして使用されているＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの代替のみならず、周囲の温度によって発光波長が変化しないという希土類元素の特性を生かした高輝度ＬＥＤ照明が可能となる。
【００２８】
なお、本請求項の発明を実施するにあたり、Ｍｇ供給源としては、Ｃｐ２Ｍｇ（ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム：Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２）を挙げることができ、Ａｌ供給源としては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム：（ＣＨ３）３Ａｌ）などを挙げることができる。
【００２９】
本発明に関連する第２の技術は、
前記母体材料に添加される元素が、Ｅｕであることを特徴とする第１の技術に記載の赤色発光半導体素子の製造方法である。
【００３０】
Ｅｕは、Ｐｒに比べて赤色発光効率が高いため、添加元素としてより好ましい。また、Ｅｕはカラーテレビの赤色蛍光体としての実績もあり、Ｐｒに比べてＥｕ化合物の入手も容易であるため添加元素として好ましい。
【００３１】
本発明に関連する第３の技術は、
Ｅｕが、Ｅｕ｛Ｎ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２｝３またはＥｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３により供給されることを特徴とする第２の技術に記載の赤色発光半導体素子の製造方法である。
【００３２】
Ｅｕ源としては、例えば、Ｅｕ［Ｃ５（ＣＨ３）５］２、Ｅｕ［Ｃ５（ＣＨ３）４Ｈ］２、Ｅｕ｛Ｎ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２｝３、Ｅｕ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３、Ｅｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３等を挙げることができるが、これらの内でも、Ｅｕ｛Ｎ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２｝３やＥｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３は、反応装置内での蒸気圧が高いため、効率的な添加を行うことができる。
【００３３】
本発明に関連する第４の技術は、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を母体材料に用いた赤色発光半導体素子であって、
基板上に、ｐ型層とｎ型層に挟まれた活性層を有しており、
前記活性層は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶に、Ｅ
ｕまたはＰｒが、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加して形成され、さらに、ＥｕまたはＰｒと共に、ＭｇまたはＡｌが添加された活性層である
ことを特徴とする赤色発光半導体素子である。
【００３４】
前記の通り、ＭｇやＡｌは、発光遷移効率をより向上させることができるため、これらの元素のいずれかがＥｕと共添加されている赤色発光半導体素子は、Ｅｕイオンの周辺局所構造が変化して、Ｅｕイオンの対称性が大きく低下しているため、高い発光強度の赤色発光半導体素子を提供することができる。
【００３５】
なお、活性層が形成される基板としては、通常サファイアが用いられるが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等を用いることもできる。
【００３６】
本発明に関連する第５の技術は、
前記活性層において、Ｍｇの添加量が、１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であることを特徴とする第４の技術に記載の赤色発光半導体素子である。
【００３７】
Ｍｇの添加量が少なすぎる場合には、Ｅｕイオンの対称性を充分に低下させることができないため、発光強度を充分に向上させることが困難となり、高い光出力を得ることができない。一方、添加量が多すぎる場合には、母体材料であるＧａＮにおける結晶性を劣化させる恐れがある。好ましいＭｇの添加量は、５×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３である。
【００３８】
本発明に関連する第６の技術は、
前記活性層において、Ａｌの添加量が、０原子％を超え４０原子％を超えないことを特徴とする第４の技術に記載の赤色発光半導体素子である。
【００３９】
Ａｌが添加されることにより赤色発光半導体素子の発光強度は増大されるが、４０原子％を超えると、母体の結晶性が低下して、却って発光強度が低下する恐れがある。好ましいＡｌの添加量は、１５〜３５原子％である。
【００４０】
本発明に関連する第７の技術は、
光出力が、１００μＷ以上であることを特徴とする第４の技術ないし第６の技術のいずれかに記載の赤色発光半導体素子である。
【００４１】
不純物共添加元素が添加された赤色発光半導体素子は、Ｅｕイオンの周辺局所構造が劇的に変化して、Ｅｕイオンの対称性が大きく低下するため、発光強度が大きく向上し、従来にない１００μＷ以上の高い光出力の赤色発光半導体素子を提供することができる。
【００４２】
本発明に関連する第８の技術は、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を用いた赤色発光半導体素子であって、
基板上に、ｐ型層とｎ型層に挟まれた活性層を有しており、
前記活性層は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶に、ＥｕまたはＰｒが、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加して形成され、さらに、ＥｕまたはＰｒと共に、Ｍｇが１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３添加された活性層であり、
光出力が１００μＷ以上であることを特徴とする赤色発光半導体素子である。
【００４３】
上記のような赤色発光半導体素子は、Ｍｇが不純物共添加元素として適切な量添加されているため、前記したように発光強度が大きく向上し、１００μＷ以上の高い光出力の赤色発光半導体素子を提供することができる。
【００４４】
本発明に関連する第９の技術は、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を用いた赤色発光半導体素子であって、
基板上に、ｐ型層とｎ型層に挟まれた活性層を有しており、
前記活性層は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶に、ＥｕまたはＰｒが、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加して形成され、さらに、ＥｕまたはＰｒと共に、Ａｌが０原子％を超え４０原子％を超えない量添加された活性層であり、
光出力が１００μＷ以上であることを特徴とする赤色発光半導体素子である。
【００４５】
上記のような赤色発光半導体素子は、Ｍｇ共添加の場合と同様、Ａｌが不純物共添加元素として適切な量添加されているため、前記したように発光強度が大きく向上し、１００μＷ以上の高い光出力の赤色発光半導体素子を提供することができる。
【００４６】
本発明は、上記した各技術に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を用いた赤色発光半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮまたはこれらのいずれか２つ以上の混晶を母体材料として、有機金属気相エピタキシャル法を用いて、９００〜１１００℃の温度条件の下で、ＥｕまたはＰｒを、Ｇａ、ＩｎあるいはＡｌと置換するように添加した活性層を、ｐ型層とｎ型層の間に、ｐ型層とｎ型層の形成と一連の形成工程において形成するに際して、
ＥｕまたはＰｒと共に、不純物としてＭｇを添加して、
光出力が１００μＷ以上の赤色発光半導体素子を製造する
ことを特徴とする赤色発光半導体素子の製造方法である。
【００４７】
請求項２に記載の発明は、
前記母体材料に添加される元素が、Ｅｕであることを特徴とする請求項１に記載の赤色発光半導体素子の製造方法である。
【００４８】
請求項３に記載の発明は、
Ｅｕが、Ｅｕ｛Ｎ［Ｓｉ（ＣＨ３）３］２｝３またはＥｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３により供給されることを特徴とする請求項２に記載の赤色発光半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、ＥｕイオンやＰｒイオンの発光遷移効率を増大させ、優れた発光強度の赤色発光半導体素子とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態の赤色発光半導体素子の基本的な構造を示す図である。
【図２】実験例１の赤色発光半導体素子のフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図３】実験例２の赤色発光半導体素子のフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
（赤色発光半導体素子の構造）
図１に本実施の形態における赤色発光半導体素子の基本的な構造を示す。図１において、１０はＧａＮ母材にＥｕおよび不純物共添加元素が添加されたＥｕ、不純物共添加ＧａＮ層、２０はアンドープＧａＮ層、３０はＧａＮバッファ層、４０はサファイア基板である。
【００５３】
（実験例１）
本実験例においては、不純物共添加元素としてＭｇが共添加されたＥｕ、Ｍｇ共添加ＧａＮ層が活性層として形成された赤色発光半導体素子を作製し、その発光強度を測定した。
【００５４】
１．赤色発光半導体素子の作製
最初に、有機金属気層成長法（ＯＭＶＰＥ法）を用いて、サファイア基板４０上にＧａＮバッファ層（厚さ３０ｎｍ）３０を成長させた。
【００５５】
次に、ＧａＮバッファ層３０の上に、同様に、ＯＭＶＰＥ法を用いて、アンドープＧａＮ層（厚さ３．４μｍ）２０を成長させた。
【００５６】
次に、アンドープＧａＮ層２０の上に、活性層となるＥｕ、Ｍｇ共添加ＧａＮ層（厚さ３００ｎｍ）１０を積層した。
【００５７】
Ｇａ原料、及びＮ原料としては、それぞれトリメチルガリウム、アンモニアを用い、Ｅｕ有機原料としてはＥｕ（ＤＰＭ）３、即ち、Ｅｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３を用いた。また、Ｍｇ有機原料としては、Ｃｐ２Ｍｇを用いた。
【００５８】
Ｅｕ、Ｍｇ共添加ＧａＮ層１０の形成は、温度１０３０℃、圧力１００ｋＰａの成長条件下、キャリアガス流量４０ＳＬＭ、成長速度０．８μｍ／ｈとなるように制御した。なお、キャリアガスとして水素を用いた。
【００５９】
なお、ＯＭＶＰＥ装置の配管バルブ等を通常仕様のもの（耐熱温度８０〜１００℃）から高温特殊仕様のものに変更することにより、シリンダー温度を１３５℃に保つことを可能にさせて、十分な量のＥｕを反応管に供給することが可能となるようにした。
【００６０】
そして、各層の形成は、途中で試料を反応管より取り出すことなく、成長の中断がないように一連の工程で行った。
【００６１】
作製された活性層におけるＥｕ濃度およびＭｇ濃度を、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定したところ、Ｅｕ濃度は３×１０１９ｃｍ−３であり、Ｍｇ濃度は５×１０１９ｃｍ−３であった。
【００６２】
２．比較試験体の作製
別途、比較のために、上記と同じ条件で、活性層としてＥｕしか添加されていないＥｕ添加ＧａＮ層を有する赤色発光半導体素子を作製した。
【００６３】
３．発光特性
次に、得られた各赤色発光半導体素子について、ヘリウム・カドミウムレーザーを用いて、各活性層からのフォトルミネッセンススペクトル（ＰＬスペクトル）を測定した（室温）。
【００６４】
図２に結果を示す。なお、図２において、縦軸はＰＬ強度（任意単位、ａ．ｕ．）であり、横軸は波長（ｎｍ）である。また、実線はＭｇ共添加された活性層からのＰＬスペクトルであり、破線はＥｕのみが添加された活性層からのＰＬスペクトルである。
【００６５】
図２に示すように、不純物元素としてＭｇをＥｕに共添加することによって、６１９ｎｍ付近に新規発光ピークが発生していることが分かる。これは、従来のＥｕしか添加されていないＥｕ添加ＧａＮ層のピークがシフトしたものではなく、ＥｕとＭｇの複合体により新たに発生したピークである。そして、その発光強度が室温において従来のピークより５倍強く、Ｍｇを共添加してＥｕイオンの局所構造の対称性を低下させることにより、発光強度が増大することを示している。
【００６６】
（実験例２）
本実験例においては、不純物共添加元素としてＡｌが共添加されたＥｕ、Ａｌ共添加ＧａＮ層が活性層として形成された赤色発光半導体素子を作製し、その発光強度を測定した。
【００６７】
１．赤色発光半導体素子の作製
実験例１と同様にして、サファイア基板４０上にＧａＮバッファ層（厚さ３０ｎｍ）３０、およびアンドープＧａＮ層（厚さ３．４μｍ）２０を成長させた。
【００６８】
次に、アンドープＧａＮ層２０の上に、活性層となるＥｕ、Ａｌ共添加ＧａＮ層（厚さ３００ｎｍ）１０を積層した。なお、このとき、Ａｌ濃度が、８原子％、１６原子％、２４原子％、３５原子％、４０原子％となるように制御、即ち、形成される活性層がそれぞれ、Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ、Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ、Ａｌ０．２４Ｇａ０．７６Ｎ、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ、Ａｌ０．４０Ｇａ０．６０Ｎとなるように制御して、５種類の赤色発光半導体素子を作製した。
【００６９】
Ｇａ原料、及びＮ原料としては、それぞれトリメチルガリウム、アンモニアを用い、Ｅｕ有機原料としてはＥｕ（ＤＰＭ）３を用いた。また、Ａｌ有機原料としては、トリメチルアルミニウムを用いた。
【００７０】
成長温度は１０３０℃とした。また、成長圧力については、実験例１の場合と同様に１００ｋＰａとした場合にはＥｕ有機原料とＡｌ有機原料との間に気相反応が生じてＥｕがＡｌＧａＮ相に取り込まれなくなるため、減圧させて２０ｋＰａとした。
【００７１】
そして、キャリアガス流量は４０ＳＬＭ、成長速度は０．８μｍ／ｈとなるように制御した。なお、キャリアガスとして水素を用いた。
【００７２】
なお、ＯＭＶＰＥ装置の配管バルブ等を通常仕様のもの（耐熱温度８０〜１００℃）から高温特殊仕様のものに変更することにより、シリンダー温度を１３５℃に保つことを可能にさせて、十分な量のＥｕを反応管に供給することが可能となるようにした。
【００７３】
そして、各層の形成は、途中で試料を反応管より取り出すことなく、成長の中断がないように一連の工程で行った。
【００７４】
作製された活性層におけるＥｕ濃度を、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定したところ、いずれの試験体も３×１０１９ｃｍ−３であった。
【００７５】
２．比較試験体の作製
別途、比較のために、成長圧力を１００ｋＰａとした他は上記と同じ条件で、活性層としてＥｕしか添加されていないＥｕ添加ＧａＮ層を有する赤色発光半導体素子を作製した。
【００７６】
３．発光特性
次に、得られた各赤色発光半導体素子について、実験例１と同様に、ＰＬスペクトルを測定した（室温）。
【００７７】
図３に結果を示す。なお、図３において、縦軸はＰＬ強度（任意単位、ａ．ｕ．）であり、横軸は波長（ｎｍ）である。なお、図３における「×２」、「×３」などの記載は、それぞれのＰＬ強度が縦軸方向に「２倍」、「３倍」に拡大されていることを示す。
【００７８】
図３より、はじめは、Ａｌ組成（濃度）が高くなるにつれてＰＬ強度が増大し、Ａｌ組成２４％で最大となった後は、Ａｌ組成が高くなるにつれてＰＬ強度が減衰していることが分かる。これは、高Ａｌ組成になるほど、母体の結晶性が低下することと関係している。また、Ａｌ組成が増大するに従って、発光ピークのブロード化、長波長化が観測されることから、Ｅｕ発光にはＡｌが関与していることが分かる。以上より、Ｅｕ添加ＧａＮ形成（製膜）時にＡｌを共添加することによっても、発光強度が増大することが分かった。
【００７９】
以上のように、本発明においては、適切な不純物元素を共添加することにより、優れた光出力の赤色発光半導体素子を製造して提供することが可能となる。
【００８０】
そして、これにより、前記したような小型かつ高精細な高出力の発光ダイオードを用いたフルカラーディスプレイや、高輝度ＬＥＤ照明の実現が可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
１０    ＥｕドープＧａＮ層
２０    アンドープＧａＮ層
３０    ＧａＮバッファ層
４０    サファイア基板
【図１】
0006450061.tif 000002
【図２】
0006450061.tif 000003
【図３】
0006450061.tif 000004