(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくともｎ型半導体層、発光領域、ｐ型半導体層の順に積層された積層構造を備え、前記ｐ型半導体層側に形成されるとともに１０１９ｃｍ−３以下のＭｇを含むＡｌＧａＮ半導体層と、該ＡｌＧａＮ半導体層よりも前記ｎ型半導体層が存在する方向に位置し、前記積層構造の一層であるＧａＮ半導体層との第１の界面を有する窒化ガリウム半導体発光素子であって、
前記ＡｌＧａＮ半導体層からなるｐ型電子ブロック層上にｐ型クラッド層が積層され、
前記ｎ型半導体層からｐ型クラッド層までは、成長表面がＧａＮの窒素極性でもＧａ極性でもない無極性方向で形成されていることを特徴とする窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮとＧａＮの超格子層で構成され、前記ｐ型電子ブロック層のＡｌＸＧａ１―ＸＮ（０＜Ｘ＜１）半導体層と前記ｐ型クラッド層のＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ＜１）半導体層（Ｘ＞Ｙ）との第２の界面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項３】
前記積層構造が積層される側の前記基板表面はサファイア基板のＲ面で構成され、前記積層構造における前記成長表面はＡ面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層にはｎ型超格子層が含まれており、前記ｎ型超格子層はｎ型ＧａＮ層とｎ型ＩｎＧａＮ層を交互に積層した超格子構造からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された窒化ガリウム半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型半導体層にはｐ型コンタクト層が含まれており、前記ｐ型コンタクト層はｐ型ＧａＮ層からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮを用いた窒化ガリウム半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色、又は紫色の光を発する半導体レーザ素子、発光ダイオード等の半導体発光素子として、窒化ガリウム半導体発光素子がある。ＧａＮ系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板の製造が困難であるため、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等からなる基板上にＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
例えば、サファイア基板の（０００１）面上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を用いて、アンドープのＧａＮバッファ層、ｎ−ＧａＮコンタクト層、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ−ＧａＮ光ガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層等が順に形成され、活性層上には、ｐ−ＧａＮ光ガイド層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層等が順に形成される。
【０００４】
ｐ−ＧａＮコンタクト層からｎ−ＧａＮコンタクト層の一部領域までがエッチングにより除去され、ｎ−ＧａＮコンタクト層を露出させ、ｎ−ＧａＮコンタクト層の露出した上面にｎ電極が形成され、ｐ−ＧａＮコンタクト層の上面にｐ電極が形成される。
【０００５】
図９は、サファイア単結晶の面方位を示すユニットセル図を表しており、サファイアの結晶構造は、図のように六方晶系で近似できる。サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を積層する場合には、サファイア基板のＣ面（０００１）が用いられ、（０００１）方位のサファイア基板上に積層したＧａＮ系半導体は、（０００１）方位のウルツ鉱型の結晶構造を持ち、図７に示すようにＧａのカチオン元素が成長表面方向になる結晶極性（Ｃ軸方向に成長）を有している。すなわち、サファイア基板に垂直方向がＣ軸［０００１］で積層されている。
【０００６】
図１０は、前述のサファイア基板上にＧａＮ系半導体層を積層した窒化ガリウム半導体発光素子におけるｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４１〜ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５までの価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを示す。
【特許文献１】特開２０００−２１６４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術のように、サファイア基板のＣ面（０００１）に積層されたＧａＮ系半導体層は、Ｇａ極性面が成長表面方向となるが、成長したＧａＮ系半導体層のＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ結合界面では、Ｃ軸方向に対称性がなく、Ｃ面成長のエピタキシャル膜には表裏が生じるというウルツ鉱構造のため、自発分極と界面応力に起因するピエゾ分極が起こり、分極電荷が発生し、ヘテロ結合界面に電界が発生する。この電界は、ｎ側では活性層に電子を引き込む形になるので問題は小さい。
【０００８】
しかし、ｐ側では、図１０に示すようにｐ−ＧａＮ光ガイド層４４からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５に向かって電界Ｅが発生するので、発生した電界Ｅによって、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５からｐ−ＧａＮ光ガイド層４４に流れ込む正孔が電気的な反発を受けてＭＱＷ活性層４３に流れ込めなくなり、キャリア空乏化が発生して駆動電圧が上昇する。駆動電圧の上昇は、窒化ガリウム半導体発光素子の寿命を短くすることになる。
【０００９】
特に、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５にｐ型不純物としてＭｇが含まれており、このＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３以下になると、ｐ−ＧａＮ光ガイド層４４とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４５の界面で起きるピエゾ分極が急激に増大し、図１０に示される電界Ｅが非常に大きくなってしまうので、問題となっていた。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ＡｌＧａＮ半導体層とＧａＮ系半導体層との界面に発生する自発分極やピエゾ分極によるキャリア空乏化を低減させて、駆動電圧を安定させることができる窒化ガリウム半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために創案されたものであり、本発明の窒化ガリウム半導体発光素子は、基板上に少なくともｎ型半導体層、発光領域、ｐ型半導体層の順に積層された積層構造を備え、前記ｐ型半導体層側に形成されるとともに１０１９ｃｍ−３以下のＭｇを含むＡｌＧａＮ半導体層と、該ＡｌＧａＮ半導体層よりも前記ｎ型半導体層が存在する方向に位置し、前記積層構造の一層であるＧａＮ半導体層との第１の界面を有する窒化ガリウム半導体発光素子であって、前記ＡｌＧａＮ半導体層からなるｐ型電子ブロック層上にｐ型クラッド層が積層され、前記ｎ型半導体層からｐ型クラッド層までは、成長表面がＧａＮの窒素極性でもＧａ極性でもない無極性方向で形成されていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板上に積層された窒化ガリウム半導体の成長方向（基板に対して垂直方向）が、ＧａＮのＮ（窒素）極性やＧａ極性とは異なる無極性面、すなわちＡ面やＭ面で形成されているので、ｐ側のＡｌＧａＮ半導体層とＧａＮ系半導体層との界面に、自発分極やピエゾ分極により発生する電界を非常に小さくすることができ、キャリア空乏化を回避して駆動電圧を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の窒化ガリウム半導体発光素子の概略構成を示す。図１（ａ）の窒化ガリウム半導体発光素子は、サファイア基板１上に、発光領域を含む窒化ガリウム半導体結晶２が形成されている。窒化ガリウム半導体結晶２は、サファイア基板１のＲ面（１−１０２）上に、ＭＯＣＶＤ法等によって形成され、その成長表面がＡ面で成長する。Ａ面は、図７、８を参照してわかるように、Ｇａ極性面やＮ（窒素）極性面ではなく、無極性面となる。
【００１６】
なお、特許文献１で示した特開２０００−２１６４９７には、サファイア基板のＡ面やＭ面を用いてＧａＮ系半導体層を積層させて、成長表面をＭ面又はＡ面とすることがきることが記載されているが、通常、サファイア基板のＡ面やＭ面を用いた場合は、成長方向がＣ軸となるので、ＧａＮ系半導体層の成長表面がＭ面又はＡ面にならないと考えられる。
【００１７】
また、図１（ｂ）の窒化ガリウム半導体発光素子は、ＧａＮ基板３上に、発光領域を含む窒化ガリウム半導体結晶２が積層されている。窒化ガリウム半導体結晶２は、ＧａＮ基板３のＡ面（１１−２０）に、ＭＯＣＶＤ法等によって形成され、その成長表面がＡ面で成長する。Ａ面は、上述じたように、Ｇａ極性面やＮ（窒素）極性面ではなく、無極性面となる。
【００１８】
さらに、図１（ｃ）の窒化ガリウム半導体発光素子は、ＧａＮ基板３上に、発光領域を含む窒化ガリウム半導体結晶２が積層されている。窒化ガリウム半導体結晶２は、ＧａＮ基板３のＭ面（１０−１０）に、ＭＯＣＶＤ法等によって形成され、その成長表面がＭ面で成長する。Ｍ面は、図７、８からもわかるように、Ｇａ極性面やＮ（窒素）極性面ではなく、無極性面となる。
【００１９】
以上のように、窒化ガリウム半導体結晶２を成長させることによって、窒化ガリウム半導体結晶２の成長表面が、Ｇａ極性面やＮ（窒素）極性面ではなく、無極性面となるので、成長した窒化ガリウム半導体結晶２のＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面では、従来の図１０に示された成長表面がＧａ極性面の場合に発生する電界Ｅの強さよりも非常に弱くなるので、キャリア空乏化を回避することができる。特に、ＡｌＧａＮ半導体層中に不純物としてＭｇがドーピングされており、このＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３以下の場合には、従来のように成長表面が窒素極性面であると、ＡｌＧａＮ半導体層とＧａＮ系半導体層との界面で起きるピエゾ分極が急激に増大して電界Ｅが急激に大きくなるが、本発明のように無極性面とすることで、その電界Ｅを非常に小さくすることができるので、効果は顕著になる。
【００２０】
サファイア基板１のＲ面上に窒化ガリウム半導体結晶２を成長させて、成長表面がＡ面となった窒化ガリウム半導体発光素子におけるＬＥＤの一例を図２に示す。サファイア基板１１上に、バッファ層１２、ｎ型コンタクト層１３、ｎ型超格子層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ型電子ブロック層１７、ｐ型コンタクト層１８が形成される。さらに、ｐ型コンタクト層１８の上に正電極（ｐ電極）２０が、ｎ型コンタクト層１３上に負電極（ｎ電極）１４が形成されている。バッファ層１２、ｎ型コンタクト層１３、ｎ型超格子層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ型電子ブロック層１７、ｐ型コンタクト層１８は、すべて成長表面がＡ面となる。
【００２１】
ここで、バッファ層１２はアンドープのＧａＮ、ｎ型コンタクト層１３はｎ−ＧａＮ、ｎ型超格子層１５はｎ−ＧａＮ薄膜とｎ−ＩｎＧａＮ薄膜を交互に５〜１０周期積層した超格子構造、ＭＱＷ活性層１６はＩｎＧａＮからなる井戸層とＧａＮ又はＩｎＧａＮからなるバリア層との多重量子井戸構造、ｐ型電子ブロック層１７はｐ型不純物としてＭｇを濃度１×１０１９ｃｍ−３以下でドーピングしたｐ−ＡｌＧａＮ、ｐ型コンタクト層１８はｐ−ＧａＮで構成した場合の価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを図３に示す。
【００２２】
図１０に示すように、従来Ｇａ極性面が成長表面として窒化ガリウム半導体結晶が形成されていた場合には、ｐ−ＧａＮ光ガイド層とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層との界面において、ＧａＮ半導体層からＡｌＧａＮ半導体層に向かって電界Ｅが発生していたが、成長表面が無極性面となった場合には、図３に示すように、ＭＱＷ活性層１６のＧａＮバリア層からｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層１７に向かって電界Ｅが発生するものの、この電界の大きさは、従来の図１０で示された電界の強さよりも非常に小さくなるので、正電極１９側から注入された正孔は、発光領域であるＭＱＷ活性層１６側に注入されやすくなり、キャリア空乏化を回避することができる。
【００２３】
製造方法としては、良く知られたＭＯＣＶＤ法等で成長させる。例えば、サファイア基板１１のＲ面上に、アンドープＧａＮからなるバッファ層１２を１〜３μｍ程度、ＳｉドープのＧａＮコンタクト層１３を１〜５μｍ程度、ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層１５、ＭＱＷ活性層１６、ＭｇドープのＡｌＧａＮ電子ブロック層１７、ＭｇドープのＧａＮコンタクト層１８を０．２〜１μｍ程度順次積層する。ＭＱＷ活性層１６は、１〜３ｎｍのＩｎ０．１７Ｇａ０．８３Ｎからなる井戸層と１０〜２０ｎｍのＩｎＸＧａＮ（０≦Ｘ≦０．０５）からなるバリア層とを交互に積層して３〜１０周期の多層構造とした。
【００２４】
ｐ型コンタクト層１８を形成した後、ｐ型コンタクト層１８、ｐ型電子ブロック層１７、ＭＱＷ活性層１６、ｎ型超格子層１５、ｎ型コンタクト層１３の一部を反応性イオンエッチング等によりメサエッチングして除去する。その後、ｎ型コンタクト層１３のエッチングされた面に負電極１４を蒸着により形成し、ｐ型コンタクト層１８の上に正電極１９を蒸着により形成する。
【００２５】
次に、サファイア基板１のＲ面上に窒化ガリウム半導体結晶２を成長させて、成長表面がＡ面となった窒化ガリウム半導体発光素子におけるＬＤの一例を図４示す。製造方法としては、良く知られたＭＯＣＶＤ法等で成長させる。例えば、サファイア基板３１のＲ面上に、アンドープＧａＮからなるバッファ層３２を１〜３μｍ程度、ＳｉドープのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層からなるｎ型クラッド層３４を１〜５μｍ程度、ＳｉドープのＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるｎ型超格子層３５、ＭＱＷ活性層３６、Ｍｇを濃度１×１０１９ｃｍ−３以下でドーピングしたＡｌＧａＮからなるｐ型電子ブロック層３７、ＭｇドープのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層からなるｐ型クラッド層３８を０．２〜１μｍ程度順次積層する。ＭＱＷ活性層３６は、１〜３ｎｍのＩｎ０．１７Ｇａ０．８３Ｎからなる井戸層と１０〜２０ｎｍのＩｎＺＧａＮ（０≦Ｚ≦０．０５）からなるバリア層とを交互に積層して３〜１０周期の多層構造とした。
【００２６】
ｐ型クラッド層３８をエッチングによりパターニングしてリッジ部を形成した後、リッジ部側面からｐ型クラッド層３８の平坦部までを絶縁層３９で覆い、ｐ型クラッド層３８のリッジ部上にはＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層４０を積層する。
【００２７】
ｐ型コンタクト層４０を形成した後、ｐ型コンタクト層４０、ｐ型クラッド層３８、ｐ型電子ブロック層３７、ＭＱＷ活性層３６、ｎ型超格子層３５、ｎ型クラッド層３４、バッファ層３２の一部を反応性イオンエッチング等によりメサエッチングして除去する。その後、バッファ層３２のエッチングされた面にｎ電極３３を蒸着により形成し、ｐ型コンタクト層４０の上にｐ電極５０を蒸着により形成する。
【００２８】
図４のように構成されたＬＤについても、バッファ層３２、ｎ型クラッド層３４、ｎ型超格子層３５、ＭＱＷ活性層３６、ｐ型電子ブロック層３７、ｐ型クラッド層３８、ｐ型コンタクト層４０は、すべて成長表面がＡ面となる。ここで、ｐ側のＡｌＧａＮ電子ブロック層３７とＭＱＷ活性層３６のＧａＮバリア層（Ｚ＝０）との界面で、電界が発生する。しかし、成長表面が無極性面となった場合には、図３の場合と同様、ＧａＮバリア層からｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層３７に向かって電界Ｅが発生するものの、この電界の大きさは、従来の図１０で示された電界の強さよりも非常に小さくなるので、ｐ電極４１側から注入された正孔は、発光領域であるＭＱＷ活性層３６側に注入されやすくなり、キャリア空乏化を回避することができる。
【００２９】
一方、ＧａＮ基板３、４のＡ面又はＭ面上に窒化ガリウム半導体結晶２を成長させて、成長表面がＡ面又はＭ面となった窒化ガリウム半導体発光素子の一例を図５に示す。
【００３０】
図５の構造でＬＥＤを形成する場合には、既知のＭＯＣＶＤ法等により、例えば、ＧａＮ基板２２のＡ面又はＭ面上に、ｎ型クラッド層２３としてＳｉがドープされたＡｌＧａＮを０．８μｍ程度、ｎ型光ガイド層２４としてアンドープＧａＮ又はｎドープＧａＮを０．１μｍ程度、ＭＱＷ活性層２５、ｐ型光ガイド層２６としてアンドープＧａＮ又はｐドープＧａＮを０．１μｍ程度、電子ブロック層２７としてＭｇが濃度１×１０１９ｃｍ−３以下でドーピングされたＡｌＧａＮを２００Å程度、ｐ型クラッド層２８、ｐ型コンタクト層２９としてＭｇがドープされたＧａＮを順に積層する。
【００３１】
なお、ＭＱＷ活性層２５は、例えば、３０ÅのＩｎ０．０８ＧａＮからなる井戸層と、１５０ÅのＩｎ０．０１ＧａＮからなるバリア層（障壁層）とを積層した多重量子井戸構造とし、ｐ型クラッド層２８は、２０〜５０ÅのアンドープＡｌＧａＮと、Ｍｇがドープされた２０〜５０ÅのＧａＮとが交互に積層された超格子層とした。最後に正電極３０（ｐ電極）と負電極２１（ｎ電極）を蒸着により形成する。このように積層した窒化ガリウム半導体ＬＥＤのｎ型クラッド層２３、ｎ型光ガイド層２４、ＭＱＷ活性層２５、ｐ型光ガイド層２６、電子ブロック層２７、ｐ型クラッド層２８、ｐ型コンタクト層２９はすべて成長表面がＡ面又はＭ面となる。
【００３２】
他方、図５の構造でＬＤを形成する場合には、既知のＭＯＣＶＤ法等により、例えば、ＧａＮ基板２２のＡ面又はＭ面上に、ｎ型クラッド層２３、ｎ型光ガイド層２４としてアンドープＧａＮ又はｎドープＧａＮを０．１μｍ程度、ＭＱＷ活性層２５、ｐ型光ガイド層２６としてアンドープＧａＮ又はｐドープＧａＮを０．１μｍ程度、電子ブロック層２７としてＭｇが濃度１×１０１９ｃｍ−３以下でドーピングされたＡｌＧａＮを２００Å程度、ｐ型クラッド層２８、ｐ型コンタクト層２９としてＭｇがドープされたＧａＮを順に積層する。
【００３３】
そして、ＭＱＷ活性層２５は、例えば、３０ÅのＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎからなる井戸層と、１５０ÅのＩｎ０．０１ＧａＮからなるバリア層（障壁層）とを積層した多重量子井戸構造とし、ｎ型クラッド層２３は２０〜５０ÅのアンドープＡｌＧａＮとＳｉがドープされた２０〜５０ÅのＧａＮとが交互に積層された超格子層、ｐ型クラッド層２８は２０〜５０ÅのアンドープＡｌＧａＮとＭｇがドープされた２０〜５０ÅのＧａＮとが交互に積層された超格子層とした。最後に正電極３０（ｐ電極）と負電極２１（ｎ電極）を蒸着により形成する。このように積層した窒化ガリウム半導体ＬＤのｎ型クラッド層２３、ｎ型光ガイド層２４、ＭＱＷ活性層２５、ｐ型光ガイド層２６、電子ブロック層２７、ｐ型クラッド層２８、ｐ型コンタクト層２９はすべて成長表面がＡ面又はＭ面となる。
【００３４】
図５の構造を上記のようにＬＥＤ又はＬＤで構成した場合の価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを図６に示す。ＧａＮからなるｐ型光ガイド層２６とＡｌＧａＮからなる電子ブロック層２７との界面で、ｐ型光ガイド層２６から電子ブロック層２７に向かって電界Ｅが発生するが、成長表面が無極性面となっているので、図６に示すように、従来の図１０で示された電界の強さよりも非常に小さくなるので、正電極３０側から注入された正孔は、発光領域であるＭＱＷ活性層２５側に注入されやすくなり、キャリア空乏化を回避することができる。
【００３５】
また、ＡｌＧａＮとＧａＮの超格子層からなるｐ型クラッド層２８とＡｌＧａＮからなる電子ブロック層２７との界面で、ｐ型クラッド層２８とＧａＮからなるｐ型コンタクト層との界面でも、電界が発生するが、成長表面が無極性面となっているので、発生した電界の強さは非常に小さくなっているので、電界の向きにかかわらず、その影響は小さくなり、キャリア空乏化を回避できる。
【００３６】
ところで、自発分極と界面応力に起因するピエゾ分極による電界Ｅの発生は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの界面だけではなく、ＡｌＧａＮと他のＧａＮ系半導体層との界面でも見られる。特に、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮの界面、ＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）の界面において、同様の電界が発生する。すなわち、基板上の窒化ガリウム半導体結晶のエピタキシャル成長方向がＧａ極性面であると、図１０と同様に、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮの界面ではＩｎＧａＮ半導体層からＡｌＧａＮ半導体層の方に向かって、ＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）界面では、ＡｌＹＧａＮ半導体層からＡｌＸＧａＮ半導体層の方に向かって電界Ｅが発生し、ｐ電極側からの正孔が電気的な反発を受けて発光領域に流れ込みにくくなる。
【００３７】
例えば、図２又は図４の構成でＭＱＷ活性層１６、３６のバリア層（Ｚ≠０）をＩｎＧａＮとすることができ、このように構成すれば、ＡｌＧａＮからなるｐ型電子ブロック層１７、３７とバリア層との間でＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮの界面が形成される。また、図５の構成では、ＡｌＧａＮとＧａＮの超格子層からなるｐ型クラッド層２８とＡｌＧａＮからなる電子ブロック層２７との間で、ＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）界面を形成する場合がある。図７（ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮの界面の状態を、図７（ｂ）はＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）の界面の状態を価電子帯におけるバンドギャップエネルギーとともに示したものである。
【００３８】
窒化ガリウム半導体結晶の成長面がＧａ極性面であると、上記の各界面においても、ｐ電極側からの正孔が電気的な反発を受けて発光領域に注入されにくくなるが、図１に示す構成のように、窒化ガリウム半導体結晶の半導体層の成長方向を無極性面とすれば、図７（ａ）に示すように、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮの界面ではＩｎＧａＮ半導体層からＡｌＧａＮ半導体層に向かって発生する電界Ｅの大きさを非常に小さくすることができ、ｐ電極側からの正孔を発光領域に注入させやすくすることができる。
【００３９】
また、図７（ｂ）に示すように、ＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）界面でも、ＡｌＹＧａＮ半導体層からＡｌＸＧａＮ半導体層に向かって発生する電界Ｅの大きさを非常に小さくすることができ、ｐ電極側からの正孔を発光領域に注入させやすくすることができる。このようにして、キャリア空乏化を防ぎ、駆動電圧を安定させることができる。
【００４０】
特に、ＡｌＧａＮ半導体層や上述のＡｌＹＧａＮ半導体層における不純物Ｍｇのドーピング濃度が、１×１０１９ｃｍ−３以下になると、成長面がＧａ極性面の場合、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ界面、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面、ＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）の各界面において非常に強い電界が発生するが、本発明の場合には、成長表面を無極性面としているので、上記各界面における電界の大きさを著しく低減させることができ、ｐ電極側からの正孔を発光領域に注入させやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の窒化ガリウム半導体発光素子の概略構成を示す図である。
【図２】窒化ガリウム半導体発光素子におけるＬＥＤ構造の一例を示す断面図である。
【図３】図２のＬＥＤの価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを示す図である。
【図４】窒化ガリウム半導体発光素子におけるＬＤ構造の一例を示す断面図である。
【図５】窒化ガリウム半導体発光素子構造の一例を示す断面図である。
【図６】図５の窒化ガリウム半導体発光素子の価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを示す図である。
【図７】ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ界面及びＡｌＸＧａＮ／ＡｌＹＧａＮ（Ｘ＞Ｙ）界面の電界の状態を示す図である。
【図８】成長表面がＧａ極性面の場合の窒化ガリウム半導体結晶の結晶構造を模式的に示す図である。
【図９】六方晶系の面方位を示すユニットセル図である。
【図１０】従来の窒化ガリウム半導体発光素子の価電子帯におけるバンドギャップエネルギーを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    サファイア基板
２    窒化ガリウム半導体結晶
３    ＧａＮ基板
４    ＧａＮ基板
【図１】
0005113330.tif 000002
【図２】
0005113330.tif 000003
【図３】
0005113330.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005113330.tif 000007
【図７】
0005113330.tif 000008
【図８】
0005113330.tif 000009
【図９】
0005113330.tif 000010
【図１０】
0005113330.tif 000011