(57)【要約】【課題】III族窒化物系化合物半導体発光素子の発光特性を低下させることなく静電耐圧を向上させる。【解決手段】膜厚3nmのノンドープIn0.2Ga0.8Nから成る井戸層１０６１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る障壁層１０６２とを３ペア積層した多重量子井戸構造の発光層１０６の負電極側に、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２とを５ペア積層したｎ側多重層（静電耐圧向上層）１０５を形成し、発光層１０６の正電極側に、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０８１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０８２とを５ペア積層したｐ側多重層（静電耐圧向上層）１０８を形成した。ｎ側多重層１０５及びｐ側多重層１０８により、印加電圧が発光層のｎ電極側やｐ電極側の一部に集中することなく、発光層のｎ電極側及びｐ電極側の広い範囲に広がる作用を奏する。【選択図】  図１
2005051170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重量子井戸構造の発光層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、
発光層のｎ電極側に、ノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層とのｎ側多重層を有し、
発光層のｐ電極側に、ノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層とのｐ側多重層を有し、
前記多重量子井戸構造の発光層の井戸層は少なくともインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成り、
前記ｎ側多重層を形成するInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x1と前記ｐ側多重層を形成するInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x2は、いずれも、前記多重量子井戸構造の発光層の井戸層のインジウム(In)の組成zよりも小さいことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x1と、前記ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x2は、いずれも、0.02以上0.07以下であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さと、前記ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さは、いずれも、0.5nm以上6nm以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さの前記発光層の井戸層の厚さに対する比と、前記ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さの前記発光層の井戸層の厚さに対する比は、いずれも、0.1以上2以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｎ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さの前記発光層の障壁層の厚さに対する比と、前記ｐ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さの前記発光層の障壁層の厚さに対する比は、いずれも、0.5以上4以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｎ側多重層の前記ノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の数と、前記ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の数は、いずれも、１以上７以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記発光層と前記ｎ側多重層の間に、ドナー不純物がドープされた層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ドナー不純物がドープされた層は、各々が5nm以下の厚さであって組成の異なる２種類以上のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された超格子層であることを特徴とする請求項７に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項９】
前記発光層と前記ｐ側多重層の間に、アクセプタ不純物がドープされた層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記アクセプタ不純物がドープされた層は、各々が5nm以下の厚さであって組成の異なる２種類以上のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された超格子層であることを特徴とする請求項９に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。本発明は静電耐圧の高いIII族窒化物系化合物半導体発光素子構造を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
緑、青乃至紫外領域の発光素子としてIII族窒化物系化合物半導体発光素子は汎用されつつあるが、発光強度以外のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の諸特性は尚改善の余地がある。特に静電耐圧については、ガリウム・ヒ素系の発光素子やインジウム・リン系の発光素子に比較して格段に低く、大幅な静電耐圧の向上が期待されている。ここにおいて、III族窒化物系化合物半導体発光素子の静電耐圧の向上のため、下記のような提案がされている。
【特許文献１】特開平１１−１９１６３９号公報
【特許文献２】特開２０００−６８５９４号公報
【特許文献３】特開２０００−２４４０７２号公報
【特許文献４】特開２００１−２０３３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの技術を以てしても尚III族窒化物系化合物半導体発光素子の静電耐圧は十分でなく、また、発光強度や駆動電圧に対し、静電耐圧はトレードオフの関係にある。
【０００４】
そこで本発明は上記従来技術に対し、発光強度や駆動電圧を悪化させることなく静電耐圧を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、多重量子井戸構造の発光層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、発光層のｎ電極側に、ノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層とのｎ側多重層を有し、発光層のｐ電極側に、ノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層とのｐ側多重層を有し、多重量子井戸構造の発光層の井戸層は少なくともインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成り、ｎ側多重層を形成するInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x1とｐ側多重層を形成するInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x2は、いずれも、多重量子井戸構造の発光層の井戸層のインジウム(In)の組成zよりも小さいことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。
【０００６】
また、請求項２に記載の手段によれば、ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x1と、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x2は、いずれも、0.02以上0.07以下であることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さと、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さは、いずれも、0.5nm以上6nm以下であることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の手段によれば、ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さの発光層の井戸層の厚さに対する比と、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さの発光層の井戸層の厚さに対する比は、いずれも、0.1以上2以下であることを特徴とする。また、請求項５に記載の手段によれば、ｎ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さの発光層の障壁層の厚さに対する比と、ｐ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さの発光層の障壁層の厚さに対する比は、いずれも、0.5以上4以下であることを特徴とする。また、請求項６に記載の手段によれば、ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の数と、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の数は、いずれも、１以上７以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項７に記載の手段によれば、発光層とｎ側多重層の間に、ドナー不純物がドープされた層を有することを特徴とする。また、請求項８に記載の手段によれば、ドナー不純物がドープされた層は、各々が5nm以下の厚さであって組成の異なる２種類以上のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された超格子層であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項９に記載の手段によれば、発光層とｐ側多重層の間に、アクセプタ不純物がドープされた層を有することを特徴とする。また、請求項１０に記載の手段によれば、アクセプタ不純物がドープされた層は、各々が5nm以下の厚さであって組成の異なる２種類以上のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された超格子層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以下の実施例に示す通り、本願発明の発光層を形成するインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成る井戸層の、インジウム(In)組成zよりもインジウム(In)の組成の小さいノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層との多重層（ｎ側多重層）を発光層のｎ電極側に設け、インジウム(In)組成zよりもインジウム(In)の組成の小さいノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層との多重層（ｐ側多重層）を発光層のｐ電極側に設けることで、静電耐圧が著しく向上し、発光強度や駆動電圧の悪化しないIII族窒化物系化合物半導体発光素子を得ることができた。このような効果を生ずる作用については、印加電圧が発光層のｎ電極側の一部やｐ電極側の一部に集中することなく、発光層のｎ電極側及びｐ電極側のそれぞれの広い範囲に広がる作用を本願発明の多重層が奏するものと考えられる。
【００１１】
発光層とｎ側多重層の間にｎ型層を設けても良く、発光層とｐ側多重層の間にｐ型層を設けても良い。これらの層を設けた場合は、各々、いわゆるクラッド層やガイド層の働きをさせることができる。これらの層は多重層や超格子層で形成しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態について説明する。まず、本願で用いる「ノンドープ」の語は、意図的に当該層を形成する際にドーパント不純物を導入しないの意に留まり、何らかの技術的理由で「ドーパント」が混入するものを排除するものではない。当該技術的理由としては近接する層からのマイグレーションや、異なる層を形成する境界時における導入原料の切り替えが完全でないことによるコンタミネーション、或いは製造装置の洗浄不良等により「常に」微量に生成するコンタミネーションがあげられる。これら意図的でなく「ドーパント」が混入した層は、実質的には本願で言う「ノンドープ層」に包含されるものとする。
【００１３】
発光層を構成する多重量子井戸構造は、少なくともインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成る井戸層を含むものである。発光層の構成は、例えばドープされた、又はアンドープのGa1-zInzN(0＜z≦1)から成る井戸層と、当該井戸層よりもバンドギャップの大きい任意の組成のIII族窒化物系化合物半導体AlGaInNから成る障壁層が挙げられる。好ましい例としてはアンドープのGa1-zInzN(0＜z≦1)の井戸層とアンドープのGaNから成る障壁層である。
【００１４】
本発明の主たる特徴である発光層のｎ電極側に設けられるｎ側多重層と、ｐ電極側に設けられるｐ側多重層は、次のように形成される。発光層を形成する少なくともインジウム(In)を含むIII族窒化物系化合物半導体AlyGa1-y-zInzN(0≦y＜1, 0＜z≦1)から成る井戸層のインジウム(In)の組成zよりも小さいインジウム(In)の組成x1のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層によりｎ側多重層は形成される。また、同じく、発光層を形成する井戸層のインジウム(In)の組成zよりも小さいインジウム(In)の組成x2のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層とノンドープのGaNから成る層によりｐ側多重層は形成される。このとき、ｎ側多重層を形成するノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x1と、ｐ側多重層を形成するノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層のインジウム(In)の組成x2は、いずれも、0.02以上0.07以下が好ましく、0.03以上0.05以下がより好ましい。
【００１５】
発光層のｎ電極側に設けられるｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の膜厚と発光層のｐ電極側に設けられるｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の膜厚は、いずれも、0.5nm以上6nm以下であることが好ましく、0.5nm以上4nm以下であることがより好ましい。以下に発光特性を記すが、ノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の膜厚が6nmを越えると駆動電圧Vfが大幅に上昇することが判明している。これはノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x２＜1)から成る層の膜厚についても同様と考えられる。これらの膜厚が0.5nm未満となると、その膜厚の調整が困難となるので、避けるべきである。
【００１６】
一方、ｎ側多重層のノンドープのGaNから成る層の膜厚は、少なくとも10〜40nmの範囲では素子特性に大きな変化を生じないことが判明している。これはｐ側多重層のノンドープのGaNから成る層の膜厚についても同様と考えられる。
【００１７】
ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さの発光層の井戸層の厚さに対する比と、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さの発光層の井戸層の厚さに対する比は、いずれも、0.1以上2以下とすることが望ましい。より望ましくは発光層の井戸層の厚さ以下に、ｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の厚さと、ｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の厚さを調節する。一方、ｎ側多重層とｐ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さの発光層の障壁層の厚さに対する比は、いずれも、0.5以上4以下であることが望ましい。より望ましくは発光層の障壁層の厚さ以上にｎ側多重層とｐ側多重層のノンドープのGaNから成る層の厚さを調節することが望ましい。
【００１８】
発光層のｎ電極側に設けられるｎ側多重層のノンドープのInx1Ga1-x1N(0＜x1＜1)から成る層の数とｐ電極側に設けられるｐ側多重層のノンドープのInx2Ga1-x2N(0＜x2＜1)から成る層の数は１以上７以下とすることが望ましく、より好ましくは１以上５以下とすると良い。
【００１９】
発光層とｎ側多重層の間、発光層とｐ側多重層の間にクラッドとして働くドナーを添加した層、アクセプタを添加した層を設けても良い。ｎクラッド層としてはAlGaN:Si、ｐクラッド層としてはAlGaN:Mgの単層を両方、又はいずれか一方を設けても良い。一般的にIII族窒化物系化合物半導体は、電子濃度に比べ、ホール濃度を高くすることが困難であるので、ｐクラッド層を設けることが適当である。尚、ｎ側のクラッド層は、ｎ側多重層の発光層とは反対側であるよりｎ電極に近い側に設けても良く、ｐ側のクラッド層は、ｐ側多重層の発光層とは反対側であるよりｐ電極に近い側に設けても良い。
【００２０】
発光層とｎ側多重層の間に設けるｎクラッド層は超格子層とすることができる。例えば1〜5nm厚のAlGaN:Siと1〜5nm厚のInGaN:Siを積層して形成することができる。同様に、発光層とｐ側多重層の間に設けるｐクラッド層を、例えば1〜5nm厚のAlGaN:Mgと1〜5nm厚のInGaN:Mgを積層して超格子層として形成することができる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、上記の発明の主たる構成に係る限定の他は、任意の構成を取ることができる。また、発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、フォトカプラその他の任意の発光素子として良い。特に本発明に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法としては任意の製造方法を用いることができる。
【００２２】
具体的には、結晶成長させる基板としては、サファイヤ、スピネル、Si、SiC、ZnO、MgO或いは、III族窒化物系化合物単結晶等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体層を結晶成長させる方法としては、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、液相成長法等が有効である。
【００２３】
電極形成層等のIII族窒化物半導体層は、少なくともAlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)にて表される２元系、３元系若しくは４元系の半導体から成るIII族窒化物系化合物半導体で形成することができる。また、これらのIII族元素の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても良く、また、窒素(N)の一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても良い。
【００２４】
更に、これらの半導体を用いてｎ型のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する場合には、ｎ型不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等を添加し、ｐ型不純物としては、Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等を添加することができる。
【００２５】
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【実施例１】
【００２６】
図１に、本発明の実施例に係る半導体発光素子１００の模式的な断面図を示す。半導体発光素子１００では、図１に示す様に、厚さ約300μmのサファイヤ基板１０１の上に、窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約15nmのバッファ層１０２が成膜され、その上にノンドープのGaNから成る膜厚約500nmの層１０３が成膜され、その上にシリコン(Si)を1×1018/cm3ドープしたGaNから成る膜厚約5μmのｎ型コンタクト層１０４（高キャリヤ濃度ｎ+層）が形成されている。
【００２７】
また、このｎ型コンタクト層１０４の上には、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２とを５ペア積層したｎ側多重層（静電耐圧向上層）１０５が形成されている。更にその上には、膜厚3nmのノンドープIn0.2Ga0.8Nから成る井戸層１０６１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る障壁層１０６２とを３ペア積層して多重量子井戸構造の発光層１０６が形成されている。
【００２８】
更に、この発光層１０６の上には、Mgを2×1019/cm3ドープした膜厚25nmのｐ型Al0.15Ga0.85Nから成るｐ型層１０７が形成されている。ｐ型層１０７の上には、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０８１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０８２とを５ペア積層したｐ側多重層（静電耐圧向上層）１０８が形成されている。ｐ側多重層（静電耐圧向上層）１０８の上には、Mgを8×1019ドープした膜厚100nmのｐ型GaNから成るｐ型コンタクト層１０９を形成した。
【００２９】
又、ｐ型コンタクト層１０８の上には金属蒸着による透光性薄膜ｐ電極１１０が、ｎ型コンタクト層１０４上にはｎ電極１４０が形成されている。透光性薄膜ｐ電極１１０は、ｐ型コンタクト層１０９に直接接合する膜厚約1.5nmのコバルト(Co)より成る第１層１１１と、このコバルト膜に接合する膜厚約６nmの金（Au）より成る第２層１１２とで構成されている。
【００３０】
厚膜ｐ電極１２０は、膜厚約18nmのバナジウム(V)より成る第１層１２１と、膜厚約15μmの金(Au)より成る第２層１２２と、膜厚約10nmのアルミニウム(Al)より成る第３層１２３とを透光性薄膜ｐ電極１１０の上から順次積層させることにより構成されている。
【００３１】
多層構造のｎ電極１４０は、ｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分の上から、膜厚約18nmのバナジウム(V)より成る第１層１４１と膜厚約100nmのアルミニウム(Al)より成る第２層１４２とを積層させることにより構成されている。
【００３２】
また、最上部には、SiO2膜より成る保護膜１３０が形成されている。サファイヤ基板１０１の底面に当たる外側の最下部には、膜厚約500nmのアルミニウム（Al）より成る反射金属層１５０が、金属蒸着により成膜されている。尚、この反射金属層１５０は、Rh、Ti、W等の金属の他、TiN、HfN等の窒化物でも良い。
【００３３】
このような構造の図１の半導体発光素子１００を数固作成し、静電耐圧をマシーンモデル式により0Ω、200F、30nsのパルス電圧により測定しところ、その静電耐圧は400乃至600Vであった。この結果を図３の右側（「ｎ側及びｐ側」と示したもの）に示す。
〔比較例〕
比較のため、図２に示す半導体発光素子９００を数固作成した。図２の半導体発光素子９００は、図１の半導体発光素子１００の構成から、ｐ型層１０７とｐ型コンタクト層１０９の間のｐ側多重層（静電耐圧向上層）１０８を除いたものであり、他の構成は同一である。半導体発光素子９００の静電耐圧をマシーンモデル式により0Ω、200F、30nsのパルス電圧により測定しところ、その静電耐圧は130乃至200Vであった。この結果を図３の左側（「ｎ側のみ」と示したもの）に示す。ここから、静電耐圧向上層は、ｎ側のみではなく、ｎ側とｐ側両方に設けることが効果的であり、且つ極めて高い静電耐圧が得られることがわかった。
〔実施例に対する他の多重層構成との比較〕
上記実施例についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束（発光強度）を、多重層構成を一部変更した場合と比較して以下、図に説明する。尚、静電耐圧はマシーンモデル式により0Ω、200F、30nsのパルス電圧により測定した。尚、測定に用いた半導体発光素子の構成は図２の半導体発光素子９００の構成とし、静電耐圧向上層としてｎ側多重層１０５  の層構成を種々替えて行った。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１の膜厚に関し、1.5nmから10nmの場合を示した図である。ノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１は、膜厚を1.5nmから3nmとした素子の場合に静電耐圧を高く、駆動電圧Vfを低くできるが、膜厚を10nmとした素子の場合は静電耐圧が若干低く、駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、全放射束（発光強度）については膜厚に対して大きく左右されなかった。
【００３５】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97N(In組成3%)から成る層１０５１のIn組成に関し、0.01(1%)から0.08(8%)の場合を示した図である。ノンドープInGaNから成る層１０５１は、In組成を0.03(3%)から0.05(5%)とした素子の場合に駆動電圧Vfを低くできるが、In組成を0.01(1%)又は0.08(8%)とした素子の場合は駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、全放射束（発光強度）については膜厚に対して大きく左右されなかった。静電耐圧については駆動電圧Vfが好適な範囲で、若干向上した。
【００３６】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２にシリコン(Si)を1×1018/cm3ドープした素子の場合とともに示した図である。GaNから成る層１０５２はノンドープとした素子の場合に駆動電圧を低くできるが、シリコンを(Si)を1×1018/cm3ドープした素子の場合は駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、静電耐圧と全放射束（発光強度）は、ドープ／ノンドープの違いに対して大きく左右されなかった。
【００３７】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１にシリコン(Si)を1×1018/cm3ドープした素子の場合とともに示した図である。In0.03Ga0.97Nから成る層１０５１はノンドープとした場合に静電耐圧を高く、駆動電圧を低くできるが、シリコン(Si)を1×1018/cm3ドープした素子の場合は静電耐圧が低く、駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、全放射束（発光強度）は、ドープ／ノンドープの違いに対して大きく左右されなかった。
【００３８】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２のペア数を３ペアから１０ペアとした素子の場合について示した図である。多重層１０５は、その構成が３ペア、５ペアのときに静電耐圧を高く、駆動電圧Vfを低くできるが、その構成を１０ペアとした素子の場合は静電耐圧が低く、駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、全放射束（発光強度）は、ペア数の違いに対して大きく左右されなかった。
【００３９】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、上記実施例の素子についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束を、膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２の構成を膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層と膜厚20nmのノンドープAl0.2Ga0.8Nから成る層とした素子の場合、及び膜厚3nmのノンドープGaNから成る層と膜厚20nmのノンドープAl0.2Ga0.8Nとした素子の場合とともに示した図である。多重層１０５は、その構成が膜厚3nmのノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１と膜厚20nmのノンドープGaNから成る層１０５２の構成のときに静電耐圧を高く、駆動電圧を低くできるが、上記他の２構成とした素子の場合は静電耐圧が低く、駆動電圧Vfが高くなってしまう結果が得られた。一方、全放射束（発光強度）は、多重層１０５を構成する２層の組成の違いに対して大きく左右されなかった。
【００４０】
図４乃至図９の結果は、図２に示す、ｎ側多重層１０５のみを有する半導体発光素子２００についてのものであるが、図１に示す半導体発光素子１００のｎ側多重層１０５については勿論、図１に示す半導体発光素子１００のｐ側多重層１０８に対しても同様の効果を有するものと考えられる。
【実施例２】
【００４１】
図１０に、本発明の他の実施例に係る半導体発光素子２００の模式的な断面図を示す。図２の半導体発光素子２００は、図１の半導体発光素子１００に対し次の２つの点を変更した構成の発光素子である。まず第１点は、ｎ側多重層（静電耐圧向上層）１０５と多重量子井戸構造の発光層１０６の間に、超格子層から成るｎクラッド層１０７ｎを設けたことである。第２点は、多重量子井戸構造の発光層１０６とｐ側多重層（静電耐圧向上層）１０８の間のｐ型層１０７を、超格子層から成るｐクラッド層１０７ｐに変更したことである。図２の半導体発光素子２００は、これらの２点以外は図１の半導体発光素子１００と同様の構成であり、対応する同一の構成要素は同じ符号を付した。
【００４２】
超格子層から成るｎクラッド層１０７ｎは、膜厚１ｎｍ、Ｓｉを1×1018/cm3ドープしたGaNと、膜厚１ｎｍ、Ｓｉを1×1018/cm3ドープしたIn0.15Ga0.85Nを６ペア積層させたものである。超格子層から成るｐクラッド層１０７ｐは、膜厚１ｎｍ、Ｍｇを1×1019/cm3ドープしたAl0.2Ga0.8Nと、膜厚１ｎｍ、Ｍｇを1×1019/cm3ドープしたIn0.05Ga0.95Nを７ペア積層させたものである。
【００４３】
このような構造の図１０の半導体発光素子２００の静電耐圧等は、図１の半導体発光素子２００の静電耐圧等と同等であった。また、他の素子特性のうち、発光強度は１割増加した。
【００４４】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく他に様々な変形が考えられる。例えば、各III族窒化物系化合物半導体層として、任意の混晶比の２元乃至４元系のAlGaInNとしても良い。より具体的には、「AlxGayIn1-x-yN（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）」成る一般式で表される２元、３元（GaInN，AlInN，AlGaN）或いは４元（AlGaInN）のIII族窒化物系化合物半導体等を用いることもできる。また、そられの化合物のNの一部をP、As等のV族元素で置換しても良い。また、上記実施例では保護膜１３０を形成したが、保護膜１３０は省略しても良い。また、本例ではサファイア基板裏面に反射金属層を形成し、ｐ電極側に透光性薄膜ｐ電極を設けたが、フリップチップタイプとするためには、サファイア基板裏面から光を取り出す構造とするために、サファイア基板裏面の反射金属層を形成せず、ｐ電極側を光反射層を兼ねる電極層を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体発光素子１００の断面図。
【図２】比較例に係る半導体発光素子９００の断面図。
【図３】半導体発光素子１００及び９００の静電耐圧特性の結果を示す特性図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ノンドープIn0.03Ga0.97Nから成る層１０５１の膜厚と静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、ノンドープInGaNから成る層１０５１のIn組成と静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、GaNから成る層１０５２にシリコンをドープした場合としない場合についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、In0.03Ga0.97Nから成る層１０５１にシリコンをドープした場合としない場合についての静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、多重層１０５のペア数と静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、多重層１０５を構成する２層の組成と静電耐圧、駆動電圧Vf、全放射束の関係を示した特性図。
【図１０】本発明の実施例２に係る半導体発光素子２００の断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１００：半導体発光素子
１０１：サファイヤ基板
１０２：バッファ層
１０３：ノンドープＧａＮ層
１０４：高キャリア濃度ｎ+層
１０５：ｎ側多重層（静電耐圧向上層）
１０６：発光層
１０７：ｐ型半導体層
１０８：ｐ側多重層（静電耐圧向上層）
１０９：ｐ型コンタクト層
１１０：透光性薄膜ｐ電極
１２０：ｐ電極
１３０：保護膜
１４０：ｎ電極
１５０：反射金属層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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