(57)【要約】【課題】波長３８０ｎｍ以下において発光効率に優れたＬＥＤを提供する。【解決手段】基板１０上にｎ−クラッド層２０、発光層２２、ｐ−ブロック層２４及びｐ−クラッド層２６を形成する。発光層２２として、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層／ＡｌＧａＮバリア層の量子井戸構造を用いる。井戸層及びバリア層の組成や厚さを最適化することで、発光効率が向上する。例えば、ｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層（１０ｎｍ）／アンドープＡｌ０．１Ｉｎ０．０５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層（１．２５ｎｍ）／アンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層からなるＳＱＷを発光層２２とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたＧａＮ系発光層を有する窒化ガリウム系化合物半導体装置であって、
前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層を積層した量子井戸層であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は１％以上１５％以下でＩｎ組成は０．５％以上１０％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は４％以上２５％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は６％以上１２％以下でＩｎ組成は１％以上７％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は１０％以上２２％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．９ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、さらに、
前記発光層を挟むｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層と、
を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記ｎ型クラッド層はｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮを積層してなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記ｎ型クラッド層はｎ型ＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項９】
請求項６記載の装置において、
前記ｐ型クラッド層はｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮを積層してなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１０】
請求項６記載の装置において、
前記ｐ型クラッド層はｐ型ＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１１】
請求項６記載の装置において、さらに、
前記発光層と前記ｐ型クラッド層との間に、前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの広いｐ型ＡｌＧａＮ層を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１２】
請求項６記載の装置において、さらに、
前記発光層と前記ｐ型クラッド層との間に、前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの広いｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の装置において、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は２０％以上４０％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の装置において、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は２０％以上３０％以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１５】
請求項１１記載の装置において、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１６】
請求項１１記載の装置において、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１７】
基板と、
前記基板上に形成されたＧａＮ系バッファ層と、
前記ＧａＮ系バッファ層上に形成されたｎ型電極層と、
前記ｎ型電極層上に形成されたｎ型ＧａＮ系クラッド層と、
前記ＧａＮ系クラッド層上に形成された、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層をＡｌＧａＮバリア層で挟んでなる量子井戸発光層と、
前記量子井戸発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ系ブロック層と、
前記ｐ型ブロック層上に形成されたｐ型ＧａＮ系クラッド層と、
前記ｐ型ＧａＮ系クラッド層上に形成されたｐ型電極層と、
前記ｐ型電極層に接続されたｐ電極と、
前記ｎ型電極層に接続されたｎ電極と、
前記ｎ電極とｐ電極間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置を光源に用い、波長３８０ｎｍ以下の光を照射する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体装置、特に波長３８０ｎｍ以下の光を発する発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩｎＧａＮを発光層とした波長３７５ｎｍ〜６００ｎｍのＬＥＤが開発されている。ＩｎｘＧａ１−ｘＮは、Ｉｎ組成ｘの増大と共に発光波長が長波長側にシフトし、すなわち、ｘ＝０（ＧａＮ）の場合の３６３ｎｍからｘ＝１（ＩｎＮ）の場合の６００ｎｍまで変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光波長が３７５ｎｍ以下になるとＩｎ組成ｘが非常に小さくなり、Ｉｎ組成揺らぎが減ることで発光効率が著しく低下してしまう。特に、発光波長が３６０ｎｍ以下になるとその効率はほとんど０となってしまう。近年においては、波長３８０ｎｍ以下の光を発する短波長ＬＥＤ（あるいは紫外線ＵＶＬＥＤ）は、医療用や照明用、分析用、光ディスク装置用などの幅広い用途が期待されており、発光効率に優れた発光素子が要求されている。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、波長３８０ｎｍ以下において発光効率に優れたＧａＮ系化合物半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に形成されたＧａＮ系発光層を有する窒化ガリウム系化合物半導体装置であって、前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層を積層した量子井戸層であることを特徴とする。量子井戸層としては、１周期のＳＱＷと多層（多重）のＭＱＷのいずれを用いることも可能であるが、ＳＱＷが好適である。
【０００６】
ここで、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は１％以上１５％以下でＩｎ組成は０．５％以上１０％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は４％以上２５％以下とすることが好適である。
【０００７】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層のＡｌ組成は６％以上１２％以下でＩｎ組成は１％以上７％以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層のＡｌ組成は１０％以上２２％以下とすることが好適である。
【０００８】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは３ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
【０００９】
また、前記ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．９ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、前記ＡｌＧａＮバリア層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが好適である。
【００１０】
本装置において、さらに、前記発光層を挟むｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層とを有することができる。
【００１１】
前記ｎ型クラッド層はｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮを積層してなることが好適であり、あるいは、前記ｎ型クラッド層はｎ型ＡｌＩｎＧａＮで構成することもできる。
【００１２】
前記ｐ型クラッド層はｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮを積層してなることが好適であり、あるいは、前記ｐ型クラッド層はｐ型ＡｌＩｎＧａＮで構成することもできる。
【００１３】
本装置において、前記発光層と前記ｐ型クラッド層との間に、さらに前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの広いｐ型ＡｌＧａＮ層、あるいはｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層を有することが好適である。
【００１４】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は２０％以上４０％以下であることが好適であり、２０％以上３０％以下であることがより好適である。
【００１５】
また、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好適であり、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好適である。
【００１６】
また、本発明のＧａＮ系化合物半導体装置は、基板と、前記基板上に形成されたＧａＮ系バッファ層と、前記ＧａＮ系バッファ層上に形成されたｎ型電極層と、
前記ｎ型電極層上に形成されたｎ型ＧａＮ系クラッド層と、前記ＧａＮ系クラッド層上に形成された、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層をＡｌＧａＮバリア層で挟んでなる量子井戸発光層と、前記量子井戸発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ系ブロック層と、前記ｐ型ブロック層上に形成されたｐ型ＧａＮ系クラッド層と、前記ｐ型ＧａＮ系クラッド層上に形成されたｐ型電極層と、前記ｐ型電極層に接続されたｐ電極と、前記ｎ型電極層に接続されたｎ電極と、前記ｎ電極とｐ電極間に電圧を印加する電源とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る装置を光源として組み込むことで波長３８０ｎｍ以下の光を照射する装置が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、半導体装置としてＬＥＤを例にとり説明する。
【００１９】
図１には、本実施形態に係るＬＥＤの構成が示されている。基板１０上に不連続的なＳｉＮバッファ層１２、低温（ＬＴ）成長バッファ層１４、アンドープＧａＮ層１６が順次形成される。これらの層は転位を抑制するための層である。ＧａＮ層１６上に動作電圧を低くするためのｎ−ＧａＮ層（ｎ電極層）１８が形成される。ｎ型は、例えばＳｉ等をドープして得られる。そして、ｎ−ＧａＮ層１８上にｎ−クラッド層２０が形成される。ｎ−クラッド層２０は、ｎ−ＧａＮとｎ−ＡｌＧａＮ層を交互に積層したＳＬＳ（Ｓｔｒａｉｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ　Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ　歪超格子）構造である。ｎ−クラッド層２０上に発光層２２が形成される。発光層２２は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層とを積層した量子井戸構造からなる。ＡｌＧａＮバリア層は、ＡｌＩｎＧａＮ井戸層よりもバンドギャップが広くなるように設定される。量子井戸構造としては、ｎ−ＡｌＧａＮバリア層／アンドープＡｌＧａＮ井戸層／アンドープＡｌＧａＮバリア層を積層したシングル量子井戸構造ＳＱＷとすることもでき、あるいはｎ−ＡｌＧａＮバリア層／アンドープＡｌＩｎＧａＮ井戸層／アンドープＡｌＧａＮバリア層を複数周期形成した多層量子井戸構造ＭＱＷとすることもできる。ＳＱＷとＭＱＷでは発光効率が相違するが、これについては後述する。量子井戸構造の発光層２２上に、ｐ−ブロック層としてｐ−ＡｌＧａＮ層２４が形成される。このｐ−ブロック層は、電子がｐ型層中に注入されて再結合することで発光効率が低下するのを抑制するためである。従って、そのバンドギャップはｐ−クラッド層２６のバンドギャップより広く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップより広くなるように設定される。ｐ−ブロック層上には、ｐ−クラッド層２６が形成される。ｐ−クラッド層２６は、具体的にはｐ−ＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮを交互に積層したＳＬＳ構造である。ｐ−クラッド層２６上に動作電圧を低くするためのｐ−ＧａＮ層（ｐ電極層）２８が形成され、さらにｐ−ＧａＮ層２８上にｐ電極３０、ｎ−ＧａＮ層１８上にｎ電極３２がそれぞれ形成される。
【００２０】
このように、発光層２２としてＡｌＩｎＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸層を用いており、特に発光領域としてＩｎＧａＮにＡｌを加えることでＩｎＧａＮのバンドギャップを拡大したＡｌＩｎＧａＮを用いているため、波長３８０ｎｍ以下の光を射出することができる。但し、構成材料が４種類となり、自由度が増大する分だけ組成や厚さ等を最適化することが必要となる。本実施形態においては、各層の組成や層厚等を種々変化させて最適化することにより十分な発光効率を得ている。
【００２１】
以下、図１に示されたＬＥＤの製造方法及び各層が満たすべき組成や厚さについて説明する。
【００２２】
本実施形態のＬＥＤは、ＭＯＣＶＤ法により製造される。常圧ＭＯＣＶＤ装置の反応管内に設けられたサセプタ上にサファイアｃ面基板１０を載置し、サファイアｃ面基板１０を１１００℃にて水素雰囲気中で１０分間熱処理する。その後、温度を５００℃まで下げる。モノメチルシランガスとアンモニアガスをガス導入管から１００秒間供給することで、基板１０上に不連続的あるいは島状にＳｉＮ層１２を成長させる。次に、同じ５００℃でＧａＮバッファ層１４をトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して２５ｎｍ成長させる。温度を１０７５℃まで上げ、再びトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して厚さ１．５μｍのアンドープＧａＮ層１６を成長させ、さらにモノメチルシランガスを加えてＳｉドープのｎ−ＧａＮ層１８を２．０μｍだけ成長させる。ｎ−ＧａＮ層１８中のキャリア密度は、およそ５×１０１８ｃｍ−３である。
【００２３】
次に、１０７５℃でＳｉドープのｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（２ｎｍ）／Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ（２ｎｍ）を５０ペア形成してＳＬＳのｎ−クラッド層２０を成長させる。Ａｌの原料は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。ＳＬＳ中の平均電子密度は５×１０１８ｃｍ−３である。その後、温度を７９５℃まで下げてＳｉドープのｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層（１０ｎｍ）／アンドープＡｌ０．１Ｉｎ０．０５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層／アンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層からなるＳＱＷの発光層２２を成長させる。アンドープＡｌ０．１Ｉｎ０．０５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層は、例えば１．２５ｎｍ形成する。発光層２２を成長させた後、１０２５℃まで温度を上げてｐ−ブロック層としてＭｇドープのｐ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層２４を１０ｎｍ成長させる。ｐ−ブロック層上にＭｇドープのｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（２ｎｍ）／Ｍｇドープのｐ−ＧａＮ（１ｎｍ）を５０周期だけ成長させてＳＬＳのｐ−クラッド層２６を成長させる。ＳＬＳ中の平均正孔濃度は３×１０１８ｃｍ−３である。ｐ−クラッド層２６上にｐ−ＧａＮ層２８を７ｎｍ成長させる。
【００２４】
以上のようにして各層を成長させた後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎｉ（１０ｎｍ）、Ａｕ（１０ｎｍ）を順次真空蒸着して表面に形成し、５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中、５２０℃で熱処理してｐ型の透明電極３０を形成する。そして、全面にフォトレジストを塗布し、エッチングマスクとして用いてｎ−ＧａＮ層１８の一部が表面に露出するまでエッチングし、露出したｎ−ＧａＮ層１８上にＴｉ（５ｎｍ）、Ａｌ（５ｎｍ）を順次真空蒸着し、窒素ガス中、４５０℃で３０分間熱処理してｎ電極３２を形成する。
【００２５】
ｐ電極３０及びｎ電極３２の一部にワイヤボンディング用の金パッドを５００ｎｍ形成し、基板裏面を１００μｍまで研磨してスクラブによりチップを切り出し、マウントしてＬＥＤデバイスが得られる。
【００２６】
以上のようにして作製したＬＥＤデバイスを積分球の中に入れ、電流を注入してデバイスから射出した全光出力を測定した。光出力は注入電流２０ｍＡのときにおよそ１ｍＷであった。発光波長は、２インチ直径のウエハ面内で多少のバラツキはあるものの、３５０ｎｍ±３ｎｍの範囲内であった。発光強度は、従来の波長３５０ｎｍ帯のＬＥＤよりも１０倍以上大きいものである。
【００２７】
本実施形態のＬＥＤは、ｎ−クラッド層２０や発光層２２、ｐ−ブロック層、ｐ−クラッド層２６を変化させることで発光効率が変化する。
【００２８】
図２には、ｎ−クラッド層２０中のＡｌ組成と発光出力との関係が示されている。発光出力は相対値である。図から分かるように、ｎ−クラッド層２０中のＡｌ組成は小さすぎる、あるいは大きすぎる場合のいずれも発光出力が低下し、Ａｌ組成が１５％のときに発光出力が最大となる。図１の構成において、ｎ−クラッド層２０としてｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを用いているのはこのためである。図２より、発光出力の観点からは、Ａｌ組成は１０％以上２０％以下が好ましく、１３％以上１８％以下がより好ましい。Ａｌ組成が小さすぎても大きすぎても好ましくないのは、Ａｌ組成が小さすぎる場合には発光層２２への電子注入が不十分となり、Ａｌ組成が大きすぎる場合にはｎ−クラッド層２０の結晶性が劣化するためと考えられる。
【００２９】
図３には、Ａｌ組成を１５％としたときのｎ−クラッド層２０のＳＬＳ周期と発光出力との関係が示されている。発光出力はＳＬＳ周期が小さすぎても大きすぎても低下し、５０周期近傍で最大となる。図３より、発光効率の観点からは、ＳＬＳ周期は４０周期以上６０周期以下が好ましく、４５周期以上５５周期がより好ましい。これは、ＳＬＳ周期が小さすぎると光閉じこめが十分に行われず、大きすぎるとクラックが発生して発光効率が低下するためと考えられる。なお、ｎ−クラッド層２０におけるｎ−ＡｌＧａＮ及びｎ−ＧａＮの厚さはそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましく、それぞれ２ｎｍとするのがより好ましいとの結果を得ている。ｐ−クラッド層２６についても同様の測定を行った結果、ｐ−クラッド層２６におけるＡｌ組成は１０％以上３５％以下が好ましく、１３％以上３０％以下がより好ましく、ｐ−クラッド層２６のＳＬＳ周期としては、４０周期以上６０周期以下が好ましく、４５周期以上５５周期以下がより好ましいことを確認している。
【００３０】
図４には、発光層２２におけるＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さと発光出力との関係が示されている。ＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さが１．２５ｎｍのときに発光出力は最大となる。これは、１．２５ｎｍより薄い場合は電子・正孔の波動関数がバリア層中に滲み出すためであり、１．２５ｎｍより厚い場合は量子閉じ込めシュタルク効果（面内に圧縮あるいは引張応力が印加された場合にｃ軸方向に電界が発生し、井戸層中に注入された電子正孔対が電界により逆方向に移動し、それらの波動関数の空間重なりが小さくなって再結合率を小さくしてしまう）により発光効率が低下するためと考えられる。したがって、発光層２２におけるＡｌＩｎＧａＮ井戸層の厚さは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましく、０．９ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましい。井戸層とバリア層の組成に関しては、Ａｌ組成及びＩｎ組成を種々変化させて同様に発光出力を測定した結果、井戸層のＡｌ組成は１％以上１５％以下でＩｎ組成は０．５％以上１０％以下、バリア層のＡｌ組成は４％以上２５％以下が好ましく、井戸層のＡｌ組成は６％以上１２％以下、Ｉｎ組成は１％以上７％以下、バリア層のＡｌ組成は１０％以上２２％以下がより好ましいことを確認している。井戸層におけるＩｎ組成は短波長化のために少ない方がよいが、あまりに少ないとＩｎ組成の揺らぎが減少するため上記の範囲がよく、Ａｌ組成は少ないとバンドギャップ拡大の効果がなく、多すぎると電流注入が行われにくくなるため上記の範囲が適当であると考えられる。
【００３１】
図４では井戸層の厚さを変化させた場合の発光出力結果であるが、井戸層を１．２５ｎｍに固定してバリア層を変化させた場合、バリア層は３ｎｍ以上２５ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましいことを確認している。
【００３２】
図５には、発光層２２の井戸層をアンドープＡｌ０．１Ｉｎ０．０５Ｇａ０．８５Ｎ（１．２５ｎｍ）とし、ｎ−クラッド層２０側のバリア層をｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎバリア層（１０ｎｍ）とし、反対側のバリア層をアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（１０ｎｍ）とした場合の量子井戸周期と発光出力との関係が示されている。量子井戸の周期が１、すなわちバリア層／井戸層／バリア層のＳＱＷが最大となることが分かる。
【００３３】
また、ｐ−ブロック層としてのｐ−ＡｌＧａＮ層２４のＡｌ組成と厚さを変化させて発光出力を測定したところ、Ａｌ組成が２５％、厚さが１０ｎｍで発光出力が最大となることを確認している。Ａｌ組成が少なすぎると井戸層あるいはｐ−クラッド層２６のバンドギャップより狭くなり、多すぎると結晶性が劣化するので、Ａｌ組成としては２０％以上４０％以下が好ましく、２０％以上３０％以下がより好ましい。厚さに関しては、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。
【００３４】
以下に、各層の組成、厚さ等の条件を表にまとめて示す。
【００３５】
【表１】
2004055719.tif 000003
表１において、（　）内の数値は発光効率が最大となる最適値を示す。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【００３７】
例えば、本実施形態においては不連続ＳｉＮバッファ層１２及び低温成長バッファ層１４を用いて転位を低減しているが、これらの層の代わりにＧａＮＰバッファ層を用いることも可能である。
【００３８】
また、本実施形態において、ｎ−クラッド層２０としてｎ−ＧａＮとｎ−ＡｌＧａＮのＳＬＳ構造を用いているが、ｎ−ＡｌＩｎＧａＮ単層を用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップが発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００３９】
また、ｐ−クラッド層２６としてｐ−ＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮのＳＬＳ構造を用いているが、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ単層を用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップがｐ−ブロック層２４のバンドギャップよりも狭く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００４０】
さらに、ｐ−ブロック層２４としてｐ−ＡｌＧａＮを用いているが、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮを用いることもできる。この場合、Ａｌ及びＩｎ組成は、そのバンドギャップがｐ−クラッド層２６のバンドギャップよりも広く、かつ、発光層２２中の井戸層のバンドギャップよりも広くなるように設定する。
【００４１】
本実施形態のＬＥＤは波長３８０ｎｍ以下で発光効率が高いため、種々の装置に光源として組み込むことが可能である。装置例を以下に示す。
【００４２】
市販のブラックペン（蛍光ペン）（シンロイヒ製）は可視照明下で文字や図形等を描いても見えないが、そこに紫外線を照射すると描いた文字や図形が現れる。カラーのブラックペン（紫外線を照射するとカラーの図形が現れる）も市販されているが、カラーを再現するためには照射する紫外線の波長が４００ｎｍ以下、より正確には波長３８０ｎｍ以下でなければならない。従来においては、蛍光灯ブラックライトや水銀ランプ等の光源が使用されているが、大型で消費電力も大きく、電源も大掛かりになる欠点がある。そこで、図形再現用光源として図１に示された発光素子デバイス（ＬＥＤ）を用いると、小型で電池駆動も可能となる。本実施形態のＬＥＤを電池と共にキーホルダやブラックペン、消しゴムその他の製品に組み込んで簡単に再現できる、見えない文字や図形を描画するシステムが得られる。
【００４３】
また、波長３６５〜３８０ｎｍ帯のＬＥＤは人体の日焼けを起こす。そこで、本実施形態のＬＥＤを光源として用いて日焼け装置を作製できる。従来、日焼け装置は紫外線のランプを使用しているため、照射面積が大きい用途には適当であったが、小さな領域だけの日焼けを作ることはできず、例えば日焼けしたい部位以外をタオルなどで覆うなどの工夫が必要であるところ、本実施形態の日焼け装置では、点や線などの日焼けを任意に作ることが可能である。また、本実施形態のＬＥＤは、ＵＶカット化粧品の性能を評価する装置として用いることもできる。
【００４４】
従来、この種の検査装置は大型であり、効果を調べるために広い皮膚表面が必要である。本実施形態の検査装置は、点あるいは線等の任意の形状あるいは部位に日焼けを作ることができるので、人体の部位毎の日焼けの程度を調べたり、あるいは携帯して長時間にわたる照射効果を調べることもできる。
【００４５】
また、時計の文字盤や避難誘導等の標識類には蓄光材料が使用されている。これは、蓄光剤に光が当たると、光を消しても蛍光が続くことを利用して暗闇でも字等が読める仕組みを利用したものである。近年、蓄光時間も長くなり３原色も出せるようになっている。例えば、硫化亜鉛に銅を結合させた短残光タイプやストロンチウムアルミネイトに希土類金属を結合させた長残光タイプなどが知られている。このような蓄光剤の感度は一般に波長４００ｎｍ以下にある。したがって、蓄光剤と本実施形態のＬＥＤとを組み合わせることで、短時間のみ光を照射して光を消すという操作を繰り返すことで消費電力の非常に小さい表示装置を作製することができる。また、電源が切れても表示は消えない（不揮発な）非常用表示装置も可能となる。波長３６５〜４００ｎｍ帯のＬＥＤと蓄光剤を使用した表示装置により、従来の表示装置と比べて消費電力を著しく低減することが可能である。
【００４６】
また、蛾等の昆虫の複眼は、波長３６０ｎｍにピーク感度を有する。その性質を利用して、紫外線ランプを使った昆虫の駆除装置が市販されている。紫外線ランプを街頭に付け、その周辺に昆虫駆除装置を取り付けたものである。紫外線ランプは、可視光も射出するので一般的には明るく見える。また、消費電力が大きいという問題がある。この昆虫収集用の光源として実施形態のＬＥＤを使用することで昆虫を駆除することができる。本実施形態のＬＥＤを光源に用いた昆虫駆除装置は、消費電力が小さく、ＬＥＤが小型であるため光源のレイアウトに自由度が増すというメリットがある。さらに、肉眼ではほとんど見えないので、照明を嫌う環境にも用いることが可能である。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明のＬＥＤを用いて他の装置も作製可能である。例えば、紙幣の判定や紙幣の真偽を見分けるための装置や酸化チタンを照射することで得られる光触媒反応を利用した空気や水の洗浄にも使用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長３８０ｎｍ以下で発光効率に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＬＥＤの構成図である。
【図２】ｎ−クラッド層中におけるＡｌ組成と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図３】ｎ−クラッド層におけるＳＬＳ周期と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図４】発光層における井戸層厚さと発光出力との関係を示すグラフ図である。
【図５】発光層における量子井戸周期と発光出力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０　基板、１２　ＳｉＮバッファ層、１４　低温成長（ＬＴ）バッファ層、１６　ＧａＮ層、１８　ｎ−ＧａＮ層（ｎ電極層）、２０　ｎ−クラッド層、２２　発光層、２４　ｐ−ＡｌＧａＮ層（ｐ−ブロック層）、２６　ｐ−クラッド層、２８　ｐ−ＧａＮ層（ｐ電極層）、３０　ｐ電極、３２　ｎ電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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