(57)【要約】【課題】低動作電圧、高出力、長寿命化を図った窒化物半導体発光ダイオードを提供する。【解決手段】基板(１)上に少なくとも、ｎ型下地層(４)と、歪緩和層(１１)と、ＩｎＧａＮバッファ層(１２)と、ＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光のピーク波長が４４０ｎｍ以上である発光層(６)と、ｐ型層(６，７)とが積層されている窒化物半導体発光ダイオーである。ｎ型下地層(４)と発光層(６)との間に、歪緩和層(１１)及びＩｎＧａＮバッファ層(１２)を設けることにより、発光層(６)の歪みが減少しピエゾ電界が低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも、ｎ型下地層と、歪緩和層と、ＩｎＧａＮバッファ層と、ＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光のピーク波長が４４０ｎｍ以上である発光層と、ｐ型層とが積層されていることを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
上記ＩｎＧａＮバッファ層が、厚さが５０ｎｍ以上、Ｉｎ組成が０.０５以上であり、且つ、そのバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
上記ｎ型下地層が、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、あるいは、上記発光層で発生する光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
上記歪緩和層が、シリコン単原子層の０.０１〜３倍の量のシリコン原子を含む、シリコン層あるいは窒化シリコン層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
上記歪緩和層が、６００℃以下の温度で成長されたバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかであり、その厚さが５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項６】
上記発光層が、単層あるいは多層のＩｎＧａＮ量子井戸層と、Ｉｎ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮバリア層とからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項７】
上記ｐ型層の少なくとも上記発光層に接していない側が、Ｉｎ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮ層からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項８】
上記基板が、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮのいずれかからなる単結晶基板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光ダイオードに関し、より詳細には、ＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光層のピエゾ電界の低減を図った窒化物半導体発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の青色および緑色で発光する窒化物半導体発光ダイオードにおいては、２０Ａ／ｃｍ２の密度の電流を通電するために、３Ｖ以上の電圧を印加する必要があった。これは、得られる光が持つエネルギー（青：４６０ｎｍ→２.７ｅＶ、緑：５２５ｎｍ→２.３６ｅＶ）と比較しても、格段に大きい電圧である。このエネルギー差は半導体内部で熱となり、半導体発光ダイオードの動作時の温度を上昇させ、出力の低下、素子寿命の低下、封止樹脂の劣化などを引き起こす。
【０００３】
従来の窒化物半導体発光ダイオードの発光層は、そのほとんど全てが表面がｃ面の厚いＧａＮ層の上に形成されている。これら発光ダイオードでは、サファイア基板上の低温成長ＧａＮ（またはＡｌＮ）バッファ層や、ＳｉＣ基板上の高温成長ＡｌＮバッファ層などを用いることで、基板とＧａＮ層の間の格子歪が緩和され、ほぼ無歪のＧａＮ層となっている。ところが、従来、このＧａＮ層上に形成されるＩｎＧａＮ層を含む発光層は、ＧａＮ層に擬似格子整合するかたちで形成されており、大きな格子歪を内包し、その歪みによってピエゾ電界が発生する。このため、発光ダイオードの駆動電圧が上昇すると共に、出力・寿命の低下などを招いていた。
【０００４】
そこで、量子井戸活性層（発光層）のバリア層にＳｉ（シリコン）をドープすることによってピエゾ電界を打ち消す方法や、量子井戸活性層の井戸層の圧縮歪みを低減するために、低温バッファ層の直上に成長層（ＩｎＧａＮバッファ層）をその格子定数を活性層より大きくして、活性層に引っ張り歪みを導入する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−５１０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の量子井戸活性層にＳｉをドープする方法や、量子井戸活性層に引っ張り歪みを導入する方法では、ピエゾ電界の影響を十分に軽減することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決し、低動作電圧、高出力、長寿命化を図った窒化物半導体発光ダイオードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、基板上に少なくとも、ｎ型下地層と、歪緩和層と、ＩｎＧａＮバッファ層と、ＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光のピーク波長が４４０ｎｍ以上である発光層と、ｐ型層とが積層されている窒化物半導体発光ダイオーである。
【０００８】
第２の態様は、第１の態様において、上記ＩｎＧａＮバッファ層が、厚さが５０ｎｍ以上、Ｉｎ組成が０.０５以上であり、且つ、そのバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きい窒化物半導体発光ダイオードである。
【０００９】
第３の態様は、第１または第２の態様において、上記ｎ型下地層が、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、あるいは、上記発光層で発生する光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ層である窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１０】
第４の態様は、第１〜第３の態様において、上記歪緩和層が、シリコン単原子層の０.０１〜３倍の量のシリコン原子を含む、シリコン層あるいは窒化シリコン層である窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１１】
第５の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、上記歪緩和層が、６００℃以下の温度で成長されたバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかであり、その厚さが５〜１００ｎｍである窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１２】
第６の態様は、第１〜第５のいずれかの態様において、上記発光層が、単層あるいは多層のＩｎＧａＮ量子井戸層と、Ｉｎ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮバリア層とからなる窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１３】
第７の態様は、第１〜第６のいずれかの態様において、上記ｐ型層の少なくとも上記発光層に接していない側が、Ｉｎ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが上記発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮ層からなる窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１４】
第８の態様は、第１〜第７のいずれかの態様において、上記基板が、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮのいずれかからなる単結晶基板である窒化物半導体発光ダイオードである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ｎ型下地層とＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光層との間に、歪緩和層及びＩｎＧａＮバッファ層を設けることにより、発光層の歪みが緩和減少されてピエゾ電界が低減し、もって低動作電圧・高出力・長寿命の窒化物半導体発光ダイオードを実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の窒化物半導体発光ダイオードの実施形態を説明する。
【００１７】
この実施形態の窒化物半導体発光ダイオードは、基板上に少なくとも、ｎ型下地層と、歪緩和層と、ＩｎＧａＮバッファ層と、ＩｎＧａＮ量子井戸を含む発光のピーク波長が４４０ｎｍ以上である発光層と、ｐ型層とが積層された積層構造を有する。上記窒化物半導体発光ダイオードを構成する積層構造の結晶成長は、気相成長装置内で行うのが好ましく、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置又はハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置内で行うのが好ましい。
【００１８】
基板には、窒化物半導体結晶の成長に適したサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮなどの単結晶基板が好ましい。
【００１９】
上記基板上に形成され、歪緩和層の下地となるｎ型下地層は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、あるいは、発光層で発生する光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ層が好ましい。基板とｎ型下地層との間には、通常、格子歪を緩和するために、低温成長ＧａＮ（又はＡｌＮ）バッファ層などが設けられる。
【００２０】
歪緩和層は、シリコン単原子層の０.０１〜３倍の量のシリコン原子を含む、シリコン層あるいは窒化シリコン層であるのが好ましい。ここで、「シリコン層あるいは窒化シリコン層」としたのは、シリコン層が窒化物半導体層間に原子層レベルの膜厚で存在した場合、「シリコン層」がシリコンとしての物性を有するのか、それとも窒化物半導体中の窒素と結合して窒化シリコンとしての物性を持つのかを明確に知る術がないため、明確に「シリコン層」あるいは「窒化シリコン層」と定義できないためである。歪緩和層の形成は、窒化物半導体の気相成長中に成長を一時中断して、シリコン原料（モノシラン、ジシラン、テトラエチルチランなど）を供給して形成した層を歪緩和層として用いる。
【００２１】
また、歪緩和層としては、６００℃以下の温度で成長されたバンドギャップエネルギーが発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層のいずれかを用いても良い。この場合、その厚さは５〜１００ｎｍであるのが好ましい。
【００２２】
ＩｎＧａＮバッファ層は、その厚さが５０ｎｍ以上であるのが好ましく、そのＩｎ組成が０.０５以上であるのが好ましい。厚さが５０ｎｍより薄いと、発光ダイオードの出力の低下などが現れるからである。また、ＩｎＧａＮバッファ層のＩｎ組成を０.０５以上とすると、発光ダイオードの駆動電圧の低減、出力・寿命の増加が見られる。更に、出力向上の目的からは、ＩｎＧａＮバッファ層のバンドギャップは、発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きいのが好ましい。
【００２３】
発光層から発生する光のピーク波長が４４０ｎｍ以上であるのが好ましい。４４０ｎｍよりも短波長の場合には、ＩｎＧａＮバッファ層での光吸収の影響により、光出力が低下するためである。発光層は、単層あるいは多層のＩｎＧａＮ量子井戸層と、Ｉｎ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮバリア層とからなるのが好ましい。
【００２４】
ｐ型層は、その少なくとも発光層に接していない側が、ＩｎＮ組成が０.０５以上でありかつバンドギャップエネルギーが発光層より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮ層からなるのが好ましい。
【実施例】
【００２５】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２６】
＜実施例１＞
窒化物半導体発光ダイオードの製作手順を説明する。実施例１では、図１に示すように、２インチ径のＣ面サファイア基板１上にＭＯＶＰＥ法により青色（ピーク波長４６０ｎｍ）あるいは緑色（ピーク波長５２５ｎｍ）で発光するＬＥＤ構造を形成した。
【００２７】
具体的には、サファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置に導入した後、１２００℃で基板１表面をクリーニングし、その後、５２０℃で低温成長ＧａＮバッファ層２を形成した。その上に、１１５０℃でアンドープＧａＮ層３を２μｍ成長させ、更に同じ温度でｎ型ＧａＮ層（ｎ型キャリア濃度：５×１０１８／ｃｍ３）４を２μｍ成長させた。
【００２８】
その後、成長を一時中断し、成長装置にアンモニアガスと同時にシリコン原料であるＳｉＨ４ガスを導入し、０.５原子層のシリコンで成長表面を被覆する量に対応する量のＳｉＨ４ガスを供給し、歪緩和層１１を形成した。その後、８５０℃でＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２を５００ｎｍ形成した。
【００２９】
その後、成長温度を７８０℃（青色の場合、Ｉｎ組成ａ＝０.１５）あるいは７３０℃（緑色の場合、Ｉｎ組成ａ＝０.２５）として、ＩｎａＧａ１−ａＮ井戸層（３ｎｍ）／ＩｎｂＧａ１−ｂＮバリア層（１０ｎｍ）の６ペアの多重量子井戸からなる発光層５を成長させた。その後、１１００℃でｐ型Ａｌ０.１Ｇａ０.９Ｎ層（ｐ型キャリア濃度：３×１０１７／ｃｍ３）６を３０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型キャリア濃度：７×１０１７／ｃｍ３）７を１７０ｎｍ成長させた。
【００３０】
次に、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）装置によるエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層７の表面からｎ型ＧａＮ層４の一部までをエッチングした。その後、透明導電膜（Ｎｉ(２ｎｍ)／Ａｕ(４ｎｍ)）８をＲＩＥでエッチングされなかったｐ型ＧａＮ層７表面に蒸着し、酸素中で５００℃で５分間熱処理を行いオーミック性の電極を形成した。続いて、ＲＩＥでエッチングした領域にＴｉ(２００ｎｍ)／Ａｌ(５００ｎｍ)／Ｔｉ(２００ｎｍ)を蒸着し、窒素中６００℃、１０分間の熱処理によりオーミック性を持つｎ電極とした。その後、Ｔｉ(２００ｎｍ)／Ａｕ(８０００ｎｍ)を上記ｎ電極上および上記透明導電膜８と一部重なるようにｐ型ＧａＮ層７上に蒸着し、ｎ電極９及びｐ電極１０を形成した。
【００３１】
また、実施例と比較するために、比較例として、図２に示す構造の窒化物半導体発光ダイオードを作製した。この比較例は、上記実施例１における歪緩和層１１及びＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２を省略し、かつ発光層６のＩｎｂＧａ１−ｂＮバリア層をＧａＮバリア層に変更した以外は、上記実施例１とほぼ同様な条件で作製したものである。
【００３２】
図３に、ＩｎｂＧａ１−ｂＮバリア層およびＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２のＩｎ組成ｂに対する、発光ダイオードに２０Ａ／ｃｍ２通電時の電圧（図３(i)）、２０Ａ／ｃｍ２通電時の光出力（図３(ii)）、および、寿命（５０Ａ／ｃｍ２通電し続けた時に、光出力が初期の値の９０％に低下するまでの時間とする）（図３(iii)）の変化を示す。青色および緑色発光ダイオードのどちらの場合においても、ｂ≧０.０５において、比較例の発光ダイオード（ｂ＝０）と比較して、実施例１の発光ダイオードでは、電圧の大幅な低下（≦２.９Ｖ）、出力の向上、寿命の増大が見られた。
これは、歪緩和層１１及びＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２が設けられたため、発光層５における歪が減少して、ピエゾ電界が減少したことによる動作電圧の低下と、それに伴った発熱の減少により、出力が増加し、更には劣化が遅くなったものと考えられる。
【００３３】
実際に、図２の半導体発光ダイオードに対して、動作時のバンド構造を、ピエゾ電界がある場合と無い場合につき、ポアソン方程式、電流連続の式を自己無撞着に解き、それぞれの場合の電流−電圧特性を求めたところ、２０Ａ／ｃｍ２通電時の電圧は、ピエゾ電界がある場合で３.３Ｖ、ピエゾ電界が無い場合で２.７Ｖとなり、計算上でもピエゾ電界が存在すると、電子および正孔がピエゾ電界により生じるエネルギー障壁を乗り越えるために余分な電圧を印加する必要があるということが示された。
【００３４】
ＩｎｂＧａ１−ｂＮ層のＩｎ組成ｂがＩｎａＧａ１−ａＮ量子井戸層のＩｎ組成ａに近づくとともに、出力の低下と寿命の減少が見られるが、これはＩｎｂＧａ１−ｂＮ層で光吸収が生じたことによる、光の取り出し効率の低下と、それに伴う発熱の影響と考えられる。
【００３５】
実施例１のＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２の厚さは５００ｎｍであったが、このＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２の厚さを変えた発光ダイオードを、更に、複数製作し、それらの特性を調べたところ、厚さが５０ｎｍ以上の場合に上記実施例１と同様な結果が得られた。しかし、厚さが５０ｎｍより薄い場合には、駆動電圧の上昇、出力低下および寿命の減少が見られたが、これは歪緩和層１１から発光層５へのシリコンの混入が原因であると考えられる。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例１において、ＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２およびＩｎｂＧａ１−ｂＮバリア層のＩｎ組成ｂを０.０５とし、ｎ型ＧａＮ層４とＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層（ｂ＝０.０５）１２との間の歪緩和層１１形成時におけるＳｉＨ４ガスの供給量を変えて発光ダイオードを製作した。その結果を図４に示す。
【００３７】
まず、ＳｉＨ４ガスを供給しなかった場合（図１の歪緩和層１１を省略した構造の発光ダイオード）には、図２の比較例の発光ダイオードとほぼ同じ、電圧、光出力、および、寿命であった。また、ＳｉＨ４ガスの供給量が０.０１原子層のシリコンで成長表面を被覆する量に対応する量よりも少ない場合でも、比較例の発光ダイオードとほぼ同じ結果であった。
これに対して、ＳｉＨ４ガスの供給量が、０.０１〜３原子層のシリコンで成長表面を被覆する量の場合には、比較例の発光ダイオードと比べて電圧の大幅な低下（≦２.９Ｖ）、出力の向上、寿命の増大が見られた。
また、ＳｉＨ４ガスの供給量が、３原子層のシリコンで成長表面を被覆する量よりも多い場合には、逆に電圧の上昇、出力の低下、寿命の減少が見られた。
【００３８】
これら発光ダイオードの構造をＸ線回折測定により調査した。その結果、歪緩和層１１が無い場合、及び、ある場合でも歪緩和層１１形成時のＳｉＨ４ガスの供給量が０.０１原子層のシリコンで成長表面を被覆する量よりも少ない場合には、ＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２は下地のｎ型ＧａＮ層４に擬似格子整合して、歪を内包した状態で成長していることが明らかと成った。このため、発光層５も比較例の発光ダイオードと同等の歪を受けており、発光層５内のピエゾ電界が比較例の発光ダイオードとほぼ同じ状態となっていた。このため、これらの発光ダイオードの特性は、比較例の発光ダイオードとほぼ同じであったのであった。
これに対して、歪緩和層１１形成時のＳｉＨ４ガスの供給量が、０.０１〜３原子層のシリコンで成長表面を被覆する量の場合には、ＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２のＧａＮ層に対する緩和度（＝（ＩｎＧａＮバッファ層のａ軸長の測定値−ＧａＮ層に格子整合するＩｎＧａＮバッファ層のａ軸長）／（ＩｎＧａＮバッファ層が完全に緩和した場合のａ軸長−ＧａＮ層に格子整合するＩｎＧａＮバッファ層のａ軸長））が８０％以上となり、ほぼ完全に歪の無い状態で成長していた。その上の発光層については、ＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２に擬似格子整合するように成長しており、このためｎ型ＧａＮ層４に擬似格子整合した比較例の発光ダイオードと比べて、格段に歪の量が少なく、ピエゾ電界が大幅に低減され、駆動電圧が低減される。また、駆動電圧が低減された結果、発熱が抑えられ、発光出力が向上し、寿命も伸ものびたのである。
歪緩和層１１形成時のＳｉＨ４ガスの供給量が３原子層のシリコンで成長表面を被覆する量よりも多い場合には、電圧が大幅に増大している。また、これに伴い発光出力が低下し、寿命が減少している。この原因は、現在のところ明らかではないが、供給したシリコンの量が多いため、歪緩和層１１が絶縁体である窒化シリコンとしての物性を発現しはじめた結果、駆動電圧が上昇したものと考えられる。
【００３９】
＜実施例３＞
実施例１と同様な実験を、歪緩和層として６００℃以下の温度で成長させたＧａＮ層を用いて行った。この場合、低温成長ＧａＮ層である歪緩和層の厚さが５〜１００ｎｍの範囲で、かつ、ＩｎＧａＮバッファ層１２の厚さが５０ｎｍ以上の場合に、実施例１と同様な結果が得られた。ＩｎＧａＮバッファ層１２の厚さが５０ｎｍよりも薄い場合には、その上に成長した量子井戸層の結晶性が劣化し、出力が低下した。
歪緩和層として、上記低温成長ＧａＮ層の換わりに、同様に６００℃以下の温度で成長させたＡｌＧａＮ層あるいはバンドギャップエネルギーが発光層５より発生する光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなＩｎＧａＮ層またはＩｎＡｌＧａＮ層を用いた場合にも、上記と同様な結果が得られた。
【００４０】
＜実施例４＞
実施例１〜３と同様な実験を、基板をＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮの単結晶基板に換えてそれぞれ行ったところ、実施例１とほぼ同じ結果が得られた。
【００４１】
＜実施例５＞
実施例１と同様な実験を、低温成長ＧａＮバッファ層２、アンドープＧａＮ層３およびｎ型ＧａＮ層４を、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０.５）層に換えて行ったところ、実施例１とほぼ同じ結果を得た。
【００４２】
＜実施例６＞
実施例１と同様な実験を、低温成長ＧａＮバッファ層２、アンドープＧａＮ層３およびｎ型ＧａＮ層４を、ＩｎＡｌＧａＮ層に換えて行った。ここでＩｎＡｌＧａＮ層は、発光層からの発光のピーク波長に対応するエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ組成とした。この場合にも、実施例１とほぼ同じ結果を得た。
【００４３】
＜実施例７＞
実施例１のＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層１２およびＩｎｂＧａ１−ｂＮバリア層のＩｎ組成ｂを０.１とすると共に、最上層のｐ型ＧａＮ層７をｐ型ＩｎｄＧａ１−ｄＮに換えた発光ダイオードを製作した。
その結果、０≦ｄ＜０.０５の範囲では実施例１とほぼ同じ結果が得られたが、Ｉｎ組成ｄが０.０５≦ｄ＜ａの範囲の場合には、２０Ａ／ｃｍ２通電時の駆動電圧が平均して０.０２Ｖ低減され、発光出力が約８％向上し、更に寿命も約１０％延びた。ＩｎＧａＮ層ではＧａＮ層よりも高い正孔濃度が得られることが知られているが、本実施例においてもｐ型層の電極を形成する面をｐ型ＩｎＧａＮ層とした結果、ｐ型ＧａＮ層を用いた場合よりも正孔濃度が増加し、その結果電極との接触抵抗が低減できた結果である。
【００４４】
図２に示す比較例の発光ダイオードのｐ型ＧａＮ層７に同様なｐ型ＩｎＧａＮ層を適用した場合には、ピエゾ電界により電極／ｐ型層間に電位障壁が形成され、電位障壁による駆動電圧増加が正孔濃度増加による駆動電圧低減よりも大きく、全体として駆動電圧が増加してしまう。
上述のように、本実施例の構造においてはＩｎＧａＮ層におけるピエゾ電界が弱められるため、ｐ型ＩｎＧａＮ層における高い正孔濃度の効果を有効に利用できたのである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る窒化物半導体発光ダイオードの一実施例を示す構造断面図である。
【図２】窒化物半導体発光ダイオードの比較例を示す構造断面図である。
【図３】実施例１における、ＩｎＧａＮバッファ層のＩｎ組成ｂと、窒化物半導体発光ダイオードの電圧、出力、寿命との関係を示す図である。
【図４】実施例２における、ＳｉＨ４ガスの供給量と、窒化物半導体発光ダイオードの電圧、出力、寿命との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    サファイア基板
２    低温成長ＧａＮバッファ層
３    アンドープＧａＮ層
４    ｎ型ＧａＮ層
５    発光層
６    ｐ型Ａｌ０.１Ｇａ０.９Ｎ層
７    ｐ型ＧａＮ層
８    透明導電膜
９    ｎ電極
１０    ｐ電極
１１    歪緩和層
１２    ＩｎｂＧａ１−ｂＮバッファ層
【図１】
2007311619.tif 000003
【図２】
2007311619.tif 000004
【図３】
2007311619.tif 000005
【図４】
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