(57)【要約】【課題】素子の発光効率及びＥＳＤ特性を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層２２０と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層２３０と、前記電子放出層上に形成された活性層２４０と、前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層２５０と、を含む。前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることが好ましい。【選択図】        図２
2008060528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さが互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記電子放出層が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる場合、前記電子放出層をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていないことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型不純物は、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じであるか、又は異なる濃度にドーピングされていることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる第２電子放出層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上の一部分に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型電極と、
前記電子放出層が形成されない前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ型電極と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さが互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記電子放出層が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる場合、前記電子放出層をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていないことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記ｎ型不純物は、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じであるか、又は異なる濃度にドーピングされていることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる第２電子放出層をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上の一部分に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型電極と、
前記活性層が形成されない前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ型電極と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
ｐ型電極と、
前記ｐ型電極上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された基板と、
前記基板上に形成されたｎ型電極と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さが互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
前記電子放出層が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる場合、前記電子放出層をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なることを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２５】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていないことを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２６】
前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２７】
前記ｎ型不純物は、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じであるか、又は異なる濃度にドーピングされていることを特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２８】
前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２９】
前記基板は、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板及び導電性基板から構成された群から選択される何れか１つであることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３０】
前記ｐ型窒化物半導体層と前記活性層との間に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる第２電子放出層をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３１】
ｐ型電極と、
前記ｐ型電極上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、
前記電子放出層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された基板と、
前記基板上に形成されたｎ型電極と、
を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項３２】
前記基板は、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板及び導電性基板から構成された群から選択される何れか１つであることを特徴とする請求項３１に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子に関し、さらに詳細には、結晶性が優れた電子放出層を成長させることによって、素子の発光効率及びＥＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）特性を向上させることができる窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化物半導体は、フルカラーディスプレイ、イメージスキャナー、各種信号システム及び光通信機器に光源として提供される緑色又は青色発光ダイオードなどに広く用いられている。このような窒化物半導体発光素子は、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層の間に配置された単一量子井戸（ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）構造又は多重量子井戸（ｍｕｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）構造の活性層を含み、前記活性層で電子と正孔とが再結合する原理で光を生成して放出させる。
【０００３】
以下、図１を参照して、従来の窒化物半導体発光素子について詳細に説明する。
【０００４】
図１は、従来の技術に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図であって、図１に示すように、従来の技術に係る窒化物半導体発光素子は、光透過性基板であるサファイア基板１１０上にｎ型窒化物半導体層１２０、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造のＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮを含有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１４０、ｐ型窒化物半導体層１５０が順次積層された基本構造を有する。
【０００５】
そして、前記ｐ型窒化物半導体層１５０と活性層１４０は、メサエッチング（ｍｅｓａ  ｅｔｃｈｉｎｇ）工程によってその一部領域が除去されたため、ｎ型窒化物半導体層１２０の一部上面が露出している。また、露出したｎ型窒化物半導体層１２０の上面には、ｎ型電極１７０が形成されており、ｐ型窒化物半導体層１５０上には、ｐ型電極１６０が形成されている。
【０００６】
前記多重量子井戸（ＭＱＷ）構造は、複数のミニバンドを有しているから効率が良く、小さな電流でも発光が可能なので、単一量子井戸構造より発光出力が高くなるなどの素子特性の向上が期待されている。
【０００７】
このような従来の窒化物半導体発光素子において、前記活性層１４０とｎ型窒化物半導体層１２０との間には、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなる電子放出層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）１３０が形成されている。上記のＩｎＧａＮ層とＧａＮ層は、一般に正孔の有効量より低い電子の有効量をトンネルリング効果を利用して増加させることによって、活性層１４０でのキャリアキャプチャー確率を高める電子放出層１３０として効果的に機能できる。
【０００８】
このような電子放出層１３０は、複数の薄い層のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層を介して格子周期をより大きくするので、駆動電圧を下げ、発光効率を高めることはもちろん、ＥＳＤ特性にも良い影響を及ぼすものと知られている。
【０００９】
しかしながら、前記ＩｎＧａＮ層を成長させることにおいて、Ｉｎは平衡蒸気圧が極めて高く、ＮのソースガスであるＮＨ4は平衡蒸気圧が低いので、ガス圧力を調節するのが容易ではない。また、結晶性が優れたＩｎＧａＮ層を得るためには、約１０００℃以上の高温で成長させなければならないが、上記の温度条件では、Ｉｎが大部分気化（ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ）してＩｎＮを作り難く、かつ、温度を下げると、ＩｎＧａＮの質が極めて悪くなるので、良質のＩｎＧａＮ層を得るのは極めて困難であるという問題がある。
【００１０】
したがって、当技術分野では、結晶性が優れた電子放出層を得ることによって、素子の発光効率及びＥＳＤ特性を向上させることができる新しい方案が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、結晶性が優れた電子放出層を成長させることによって、素子の発光効率及びＥＳＤ特性を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、を含む。
【００１３】
ここで、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる。
【００１４】
そして、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さが互いに同じであるか、又は異なる。
【００１５】
また、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる場合、前記電子放出層をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なる。
【００１６】
また、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていない。
【００１７】
また、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされている。
【００１８】
また、本発明の一実施形態によると、前記ｎ型不純物は、前記電子放出層をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じであるか、又は異なる濃度にドーピングされている。
【００１９】
また、本発明の一実施形態によると、前記電子放出層は、少なくとも１つのＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる。
【００２０】
また、本発明の一実施形態によると、前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる第２電子放出層をさらに含む。
【００２１】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、を含む。
【００２２】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、基板と、前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上の一部分に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型電極と、前記電子放出層が形成されない前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ型電極と、を含む。
【００２３】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、基板と、前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上の一部分に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型電極と、前記活性層が形成されない前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ型電極と、を含む。
【００２４】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ型電極と、前記ｐ型電極上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された基板と、前記基板上に形成されたｎ型電極と、を含む。
【００２５】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ型電極と、前記ｐ型電極上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなる電子放出層と、前記電子放出層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された基板と、前記基板上に形成されたｎ型電極と、を含む。
【００２６】
ここで、本発明の一実施形態によると、前記基板は、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板及び導電性基板から構成された群から選択される何れか１つである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、高温での成長を介して既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層より優れた結晶性を確保し得るＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層又はＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層を使用して電子放出層を形成することによって、素子の発光効率及びＥＳＤ特性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施の形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００２９】
図面において、複数層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、図面を参考にして詳細に説明する。
【００３１】
［第１の実施の形態］
図２〜図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について詳細に説明する。
【００３２】
図２〜図４は、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図であって、水平構造の窒化物半導体発光素子を例示したものである。
【００３３】
まず、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、基板２１０、前記基板２１０上に順次形成されたｎ型窒化物半導体層２２０、電子放出層２３０、活性層２４０及びｐ型窒化物半導体層２５０を含む。
【００３４】
前記基板２１０は、好ましく、サファイアを含む透明な材料を利用して形成され、サファイアの他にもジンクオキサイド（ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ、ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）などで形成されることができる。
【００３５】
前記基板２１０と前記ｎ型窒化物半導体層２２０との間には、これらの間の格子整合を向上させるためのバッファ層（図示せず）が形成されていることができる。ここで、前記バッファ層は、ＧａＮ又はＡｌＮ／ＧａＮなどで形成されることができる。
【００３６】
前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層２２０、２５０と活性層２４０は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）組成式を有する半導体物質からなることができる。さらに具体的に、前記ｎ型窒化物半導体層２２０は、ｎ型導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなることができ、ｎ型導電型不純物には、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎなどを使用し、好ましくは、Ｓｉを主に使用する。また、前記ｐ型窒化物半導体層２５０は、ｐ型導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなることができ、ｐ型導電型不純物には、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ及びＢｅなどを使用し、好ましくは、Ｍｇを主に使用する。そして、前記活性層２４０は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなることができる。
【００３７】
前記ｐ型窒化物半導体層２５０、前記活性層２４０及び電子放出層２３０の一部は、メサエッチングにより除去されて、底面にｎ型窒化物半導体層２２０の一部を露出させている。すなわち、前記電子放出層２３０、活性層２４０及びｐ型窒化物半導体層２５０は、前記ｎ型窒化物半導体層２２０上の一部分に形成されているものである。
【００３８】
前記ｐ型窒化物半導体層２５０上には、ｐ型電極２６０が形成されている。
【００３９】
そして、前記メサエッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層２２０上には、ｎ型電極２７０が形成されている。
【００４０】
このように、本発明による窒化物半導体発光素子において、前記ｎ型窒化物半導体層２２０と活性層２４０との間には、電子放出層２３０が形成されている。
【００４１】
特に、本発明において、前記電子放出層２３０は、第３族転移元素を含む窒化物半導体層からなることができる。
【００４２】
ここで、前記第３族転移元素として、Ｎ（ｎｉｔｒｉｄｅ）と化合物を形成するＳｃ（ｓｃａｎｄｉｕｍ）などを用いることができる。このようなＳｃを含む窒化物半導体層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる超格子（ｓｕｐｅｒ  ｌａｔｔｉｃｅ）構造を有することができる。すなわち、前記電子放出層２３０は、１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなるものであってもよく、２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層が繰り返し積層されてなるものであってもよい。
【００４３】
このような電子放出層２３０は、複数の薄い層のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層を介して格子周期をさらに大きくし、ミニバンドを形成するので、駆動電圧を下げ、発光効率を高めることはもちろん、ＥＳＤ特性にも良い影響を及ぼす。
【００４４】
すなわち、前記電子放出層２３０は、ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層のバンドギャップ差により、高いキャリア移動度を確保して電流拡散効果を向上させることができ、このように電流拡散効果が向上すると、素子の駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなり、ＥＳＤ保護電圧の大きさが高くなる。
【００４５】
ここで、前記電子放出層２３０が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層が繰り返し積層されてなる場合、各層を構成するＧａxＳｃ(1-x)ＮでのＧａとＳｃの組成比は、互いに異なり得、また、各層を構成するＡｌyＧａ(1-y)ＮでのＡｌとＧａの組成比は、互いに異なり得る。また、上記のように２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌｙＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層が繰り返し積層されて電子放出層２３０をなす場合、前記電子放出層２３０をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なっていてもよい。
【００４６】
そして、前記電子放出層２３０をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層において、ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さは互いに同じであるか、又は異なっていてもよい。このとき、前記電子放出層２３０でのトンネルリング効果を考慮して、前記ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の厚さは、１００Å以下であることが好ましく、さらに好ましくは、７０Å以下又は５０Å以下である。
【００４７】
前記電子放出層２３０をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされたことが好ましい。しかしながら、前記ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていなくてもよい。
【００４８】
前記ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層にｎ型不純物がドーピングされている場合、前記ｎ型不純物のドーピング濃度は、素子の出力低下を考慮して５×１０21／ｃｍ3以下であることが好ましく、さらに好ましくは、１×１０21／ｃｍ3以下であることであり、前記ｎ型不純物は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎなどを使用し、好ましくは、Ｓｉ又はＳｎを使用する。
【００４９】
ここで、前記ｎ型不純物は、前記電子放出層２３０を構成するＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じ濃度にドーピングされているか、又は異なる濃度にドーピングされていてもよい。
【００５０】
このように、本発明では、前記電子放出層２３０を、第３族転移元素、例えばＳｃを含む窒化物半導体層であるＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層を成長させることによって得ることができる。
【００５１】
このとき、既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなる電子放出層のＩｎＧａＮ層は、ＩｎＮの低い結合力により約１０００℃以上の高温での成長が困難なため、優れた結晶性の確保が難しかったことに対し、本発明に係る電子放出層２３０は、前記ＩｎＧａＮの代わりに溶融点と結合力が高くて約１０００℃以上の高温でも成長が可能なＳｃが含まれたＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層からなるため、既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなる電子放出層より優れた結晶性を確保することができるという長所がある。
【００５２】
また、本発明では、前記電子放出層２３０に含まれる第３族転移元素として前記Ｓｃの代りにＹ（ｙｔｔｒｉｕｍ）を使用することもできる。すなわち、前記電子放出層２３０は、ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層の代りに、ＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることもできる。
【００５３】
前記ＧａxＹ(1-x)Ｎ層も、Ｙの溶融点と結合力が高くて約１０００℃以上の高温で成長が可能なため、既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層より優れた結晶性を確保することができるという長所がある。
【００５４】
一方、上述のように、本発明による窒化物半導体発光素子の前記電子放出層２３０は、図２のように、ｎ型窒化物半導体層２２０と活性層２４０との間に形成する代わりに、図３に示すように活性層２４０とｐ型窒化物半導体層２５０との間に形成することもできる。また、前記電子放出層２３０は、図４に示すように、ｎ型窒化物半導体層２２０と活性層２４０との間、及び活性層２４０とｐ型窒化物半導体層２５０との間に全て形成することもできる。一方、図４において、説明していない図面符号２３０ａ及び２３０ｂは、第１及び第２電子放出層を示す。
【００５５】
このように、本発明は、活性層２４０と隣接した部分に、高温での成長が可能であるから優れた結晶性を確保することができる少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層又はＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる電子放出層２３０を成長させることによって、素子の発光効率及びＥＳＤ特性を向上させることができる。
【００５６】
前記電子放出層２３０には、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層が含まれているが、前記ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層は、一般にＡｌＮとＧａＮを利用して成長させることができる。
【００５７】
ここで、図５は、ＡｌＮとＧａＮのバンドギャップエネルギーを示したグラフである。
【００５８】
本発明によれば、前記ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層にＡｌを挿入することによって、図５に示す太い実線内でバンドギャップを多様に調節することができる。すなわち、前記Ａｌを挿入してＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とのバンドギャップ差をさらに大きくすることにより、電子制限（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を強化し、電流分布に差をおいて急激なサージ（ｓｕｒｇｅ）電圧又は静電気現象から窒化物半導体発光素子を保護することができ、それによって素子のＥＳＤ特性を向上させることができる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
以下、図６〜図８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について詳細に説明する。
【００６０】
図６〜図８は、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図であって、垂直構造の窒化物半導体発光素子を例示したものである。
【００６１】
まず、図６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の最下部には、ｐ型電極２６０が形成されている。前記ｐ型電極２６０は、電極の機能及び反射の機能を同時に行うように反射率の高い金属からなることが好ましい。
【００６２】
前記ｐ型電極２６０上には、ｐ型窒化物半導体層２５０、活性層２４０、電子放出層２３０、ｎ型窒化物半導体層２２０及び基板２００が順に形成されており、前記基板２００上には、ｎ型電極２７０が形成されている。
【００６３】
ここで、前記基板２００は、キャリアの拡散を誘導して抵抗を減らす機能を行うものであって、これは、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板及び導電性基板からなる群から選択される何れか１つを用いることができる。
【００６４】
前記ｐ型窒化物半導体層２５０は、上述のように、ｐ型導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなることができ、前記活性層２４０は、ＭＱＷ構造のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなることができ、前記ｎ型窒化物半導体層２２０は、ｎ型導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなることができる。
【００６５】
そして、前記電子放出層２３０は、上述のように、素子の駆動電圧を下げ、発光効率及びＥＳＤ特性を向上させるためのものであって、特に、本発明において前記電子放出層２３０は、第３族転移元素を含む窒化物半導体層を用いて構成することができる。
【００６６】
前記第３族転移元素には、Ｓｃ（ｓｃａｎｄｉｕｍ）などを用いることができる。このＳｃを含む窒化物半導体層は、少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層として構成することができる。
【００６７】
このような電子放出層２３０は、ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層のバンドギャップ差により高いキャリア移動度を確保して電流拡散効果を向上させることができ、このように電流拡散効果が向上すると、素子の駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなり、ＥＳＤ保護電圧の大きさが大きくなるという効果がある。
【００６８】
ここで、前記電子放出層２３０が２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層が繰り返し積層されてなる場合、各層を構成するＧａxＳｃ(1-x)ＮでのＧａとＳｃの組成比は互いに異なっていてもよく、また、各層を構成するＡｌyＧａ(1-y)ＮでのＡｌとＧａの組成比は、互いに異なっていてもよい。また、上記のように、２つ以上のＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層が繰り返し積層されて電子放出層２３０をなす場合、前記電子放出層２３０をなすそれぞれのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層の厚さは互いに同じであるか、又は異なっていてもよい。
【００６９】
そして、前記電子放出層２３０をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の厚さは、互いに同じであるか、又は異なっていてもよい。
【００７０】
前記電子放出層２３０をなすＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層の全体層又は一部層には、ｎ型不純物がドーピングされていることが好ましく、このとき、前記ｎ型不純物は、ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層に互いに同じ濃度に、又は異なる濃度にドーピングされていてもよい。しかしながら、前記ＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層とＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層には、不純物がドーピングされていないこともある。
【００７１】
前記電子放出層２３０は、溶融点と結合力が高くて約１０００℃以上の高温で成長が可能なＳｃが含まれたＧａxＳｃ(1-x)Ｎ層からなるため、既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなる電子放出層より優れた結晶性を確保することができる。
【００７２】
一方、本発明では、前記電子放出層２３０に含まれる第３族転移元素として、前記Ｓｃの代りにＹ（ｙｔｔｒｉｕｍ）を使用することもでき、前記Ｙを含む窒化物半導体層は、少なくとも１つのＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなることができる。前記ＧａxＹ(1-x)Ｎ層も、Ｙの溶融点と結合力が高くて約１０００℃以上の高温で成長が可能なため、既存のＩｎＧａＮ／ＧａＮ層より優れた結晶性を確保することができるという長所がある。
【００７３】
また、上述のような本発明による窒化物半導体発光素子の前記電子放出層２３０は、図６のように、ｎ型窒化物半導体層２２０と活性層２４０との間に形成する代わりに、図７に示すように、ｐ型窒化物半導体層２５０と活性層２４０との間に形成することもできる。また、前記電子放出層２３０は、図８に示すように、ｐ型窒化物半導体層２５０と活性層２４０との間、及び活性層２４０とｎ型窒化物半導体層２２０との間に全て形成することもできる。このとき、図８において説明していない図面符号２３０ａ及び２３０ｂは、第１及び第２電子放出層を示す。
【００７４】
このような本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、活性層２４０と隣接した部分に、高温での成長が可能であるから優れた結晶性を確保することができる少なくとも１つのＧａxＳｃ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層又はＧａxＹ(1-x)Ｎ／ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）層からなる電子放出層２３０を成長させることによって、第１の実施の形態と同じ作用及び効果を得ることができる。
【００７５】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変更なども特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】従来の技術に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図５】ＡｌＮとＧａＮのバンドギャップエネルギーを示したグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
２１０  基板
２２０  ｎ型窒化物半導体層
２３０、２３０ａ、２３０ｂ  電子放出層
２４０  活性層
２５０  ｐ型窒化物半導体層
２６０  ｐ型電極
２７０  ｎ型電極
２００  構造支持層
【図１】
2008060528.tif 000003
【図２】
2008060528.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008060528.tif 000008
【図７】
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【図８】
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