(57)【要約】【課題】窒化物系発光素子において、発光素子の発光効率と信頼性を向上させる。【解決手段】第１電極につながる第１伝導性半導体層と、第２電極につながる第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に位置し、量子井戸構造を有する活性層と、前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子井戸構造の障壁層と井戸層間のエネルギーバンドギャップを有する第１挿入層と、前記第１挿入層と隣接して位置し、前記量子井戸構造の障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２挿入層と、を備える構成とした。【選択図】図３
2007318085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子において、
第１電極につながる第１伝導性半導体層と、
第２電極につながる第２伝導性半導体層と、
前記第１伝導性半導体層と前記第２伝導性半導体層との間に位置し、量子井戸構造を有する活性層と、
前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子井戸構造の障壁層と井戸層間のエネルギーバンドギャップを有する第１挿入層と、
前記第１挿入層と隣接して位置し、前記量子井戸構造の障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２挿入層と、
を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記第１伝導性半導体層及び第２伝導性半導体層は、ＧａＮ半導体層であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項３】
前記活性層は、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ物質のうちの少なくともいずれか一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項４】
前記第１挿入層は、ＧａＩｎＮからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項５】
前記第１挿入層は、Ｇａ1−ｘＩｎｘＮで表現されるとき、Ｉｎの組成ｘは０．０１＜ｘ＜０．１であることを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系発光素子。
【請求項６】
前記第２挿入層は、ＡｌＧａＩｎＮからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項７】
前記第２挿入層は、ＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＩｎｘＮで表現されるとき、Ａｌの組成ｙは０．０５＜ｙ＜０．５で、Ｉｎの組成ｘは０．０２＜ｘ＜０．２であることを特徴とする、請求項６に記載の窒化物系発光素子。
【請求項８】
前記第１挿入層または第２挿入層の厚さは、５Å乃至５０Åであることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項９】
前記第１挿入層及び第２挿入層は、複数層形成されることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１０】
前記第１挿入層及び第２挿入層は、交互に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１１】
前記第１挿入層及び第２挿入層は、１対乃至５０対が備えられることを特徴とする、請求項１０に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１２】
前記第１挿入層及び第２挿入層は、
前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面、及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面に、前記活性層に対して対称に位置することを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１３】
前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面に位置する前記第１挿入層または前記第２挿入層は、ｎ型のドーパントを含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１４】
前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面に位置する第１挿入層または第２挿入層は、ｐ型のドーパントを含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１５】
前記第２電極は、
オーミック電極と、
前記オーミック電極上に位置する反射電極と、
を備えてなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１６】
前記第２電極上には、半導体ウエハまたは基板からなる支持層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項１７】
発光素子において、
第１伝導性半導体層と、
前記第１伝導性半導体層上に位置し、量子障壁層及び量子井戸層を含む活性層と、
前記活性層上に位置する第２伝導性半導体層と、
前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子障壁層と量子井戸層間のエネルギーバンドギャップを持つ第１半導体層と、
前記第１半導体層と隣接して位置し、前記量子障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２半導体層と、
を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
【請求項１８】
発光素子において、
第１伝導性半導体層と、
前記第１伝導性半導体層上に位置し、量子障壁層及び量子井戸層を含む活性層と、
前記活性層上に位置する第２伝導性半導体層と、
前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子障壁層と前記量子井戸層間の格子定数を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層と隣接して位置し、前記量子障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２半導体層と、
を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系発光素子に係り、特に、発光素子の発光効率と信頼性を向上させることができる窒化物系発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる周知の半導体発光素子で、１９６２年のＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤの商品化を始めとして、ＧａＰ：Ｎ系の緑色ＬＥＤも共に、情報通信機器をはじめとする電子装置の表示画像用光源として用いられている。
【０００３】
このようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤ製造に使われる半導体材料による。これは、放出された光の波長が価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ  ｂａｎｄ）の電子と伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｂａｎｄ）の電子間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ  ｇａｐ）によるからである。
【０００４】
窒化ガリウム化合物半導体（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）は、高い熱安全性と幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を持っていることから、ＬＥＤを含めた高出力電子部品素子開発分野において大きく注目されてきた。
【０００５】
その理由の一つに、ＧａＮを他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等）と組み合わせた場合、緑色、青色及び白色光を放出する半導体層を製造することができることがある。
【０００６】
このように、放出波長を調節することができるため、特定の装置特性に合わせて材料を用いることができる。例えば、ＧａＮを用いて光記録に有益な青色ＬＥＤと、白熱灯に取って代わる白色ＬＥＤを作ることができる。
【０００７】
このようなＧａＮ系物質の利点から、ＧａＮ系のＬＥＤ市場が急速に成長している。したがって、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系の光電子装置技術も急激に発達してきた。
【０００８】
上述のようなＧａＮ系物質を用いたＬＥＤの輝度または出力は大きく、活性層の構造、光を外部へ抽出可能な効率（光抽出効率）、ＬＥＤチップの大きさ、ランプパッケージ組み立て時のモルド（ｍｏｌｄ）の種類及び角度、蛍光物質などによって左右される。
【０００９】
一方、このようなＧａＮ系半導体の成長が、他のIII−Ｖ族化合物半導体よりも難しい理由の一つに、高品質の基板、すなわち、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮなどの物質からなるウエハが存在しないことが挙げられる。
【００１０】
この理由から、サファイアのような異種基板上にＬＥＤ構造を成長するが、この場合、多くの欠陥が生じ、それらの欠陥はＬＥＤ性能に大きく影響することになる。
【００１１】
このようなＧａＮ系物質のＬＥＤの基本構造をみると、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ半導体層１０が配置され、このｎ型ＧａＮ半導体層１０と隣接して量子井戸構造を持つ活性層２０が配置され、この活性層２０と隣接してｐ型ＧａＮ半導体層３０が配置される。
【００１２】
このようなＬＥＤ構造は基板４０上に成長された状態のもので、以降、このようなＬＥＤ構造には電極が形成され、該電極を通じた電荷の注入によって発光が可能になる。
【００１３】
図２は、上記ＬＥＤ構造のエネルギーバンド構造を示す図である。
【００１４】
ここで、活性層２０の量子井戸構造をなす井戸２１(ｗｅｌｌ)と障壁２２（ｂａｒｒｉｅｒ）に用いられるＧａＮとＩｎＧａＮ物質は、格子定数が大きく異なり、このような格子定数の違いによって大きい歪(strain)が発生するが、このような歪は、転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）のような結晶欠陥の要素とされる。
【００１５】
さらに、局所的に発生する歪は、光を発生するための電子と正孔の効率的な結合を阻害するため、その調節が必要とされる。
【００１６】
このような歪の調節のためにＩｎＧａＮ層を部分的に挿入することもあるが(図示せず)、このように部分的に挿入されたＩｎＧａＮ層は、電子と正孔の活性層への効率的な閉じ込め（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を制限し、むしろ光効率を低下させるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するためのもので、その目的は、発光素子の歪及び結晶欠陥を調節または抑制し、電子と正孔が活性層に効率的に拘束されるようにすることによって、信頼性特性を向上させうる窒化物系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】
【００１８】
上記目的を達成するための第１観点として、本発明は、発光素子において、第１電極につながる第１伝導性半導体層と、第２電極につながる第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と前記第２伝導性半導体層との間に位置し、量子井戸構造を有する活性層と、前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子井戸構造の障壁層との井戸層間のエネルギーバンドギャップを有する第１挿入層と、前記第１挿入層と隣接して位置し、前記量子井戸構造の障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２挿入層と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するための第２観点として、本発明は、発光素子において、第１伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層上に位置し、量子障壁層及び量子井戸層を含む活性層と、前記活性層上に位置する第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子障壁層と量子井戸層間のエネルギーバンドギャップを持つ第１半導体層と、前記第１半導体層と隣接して位置し、前記量子障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２半導体層と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するための第３観点として、本発明は、発光素子において、第１伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層上に位置し、量子障壁層及び量子井戸層を含む活性層と、前記活性層上に位置する第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と前記活性層との境界面及び前記第２伝導性半導体層と前記活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に位置し、前記量子障壁層と前記量子井戸層間の格子定数を有する第１半導体層と、前記第１半導体層と隣接して位置し、前記量子障壁層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有する第２半導体層と、を備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の窒化物系発光素子によれば、発光素子の歪（ｓｔｒａｉｎ）及び結晶欠陥を調節または抑制でき、且つ、電子と正孔を活性層に効率的に閉じ込めるため、信頼性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の様々な修正及び変形を許容する上で、その特定の実施例を図面に基づいて例示し、その詳細について以下に説明する。ただし、これらの特定の実施例は本発明を限定するためのものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の思想と合致するあらゆる修正、均等及び代用を含む。
【００２４】
図中の同一構成要素には可能な限り同一参照番号及び符号を共用し、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張して示す。また、ここで説明される各実施例は、相補的な導電型の実施例を含む。
【００２５】
層、領域または基板の要素が他の構成要素「上（ｏｎ）」に存在するという記載は、他の要素上に存在する、または、その間に中間要素が存在しても良いという意味で理解すれば良い。表面の構成要素の一部が「内部（ｉｎｎｅｒ）」と表現される場合、これは当該構成要素の他の部分よりも素子の外側からより遠くに離れているという意味で理解すれば良い。
【００２６】
なお、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」または「重畳（ｏｖｅｒｌａｙ）」のような相対的用語は、ここでは、図面に示すように、ある層または領域の、他の層または領域に対する関係を説明するために使用しても良い。
【００２７】
この種の用語は、図面に描写された方向に加えて素子の他の方向を含むことを意図するためであることが理解できる。最後に、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」という用語は、中間に介在する要素が存在しないということを意味する。ここで使用される「及び／または」という用語は、記載された関連項目のうちのいずれか１つまたはそれ以上のいずれかの組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。
【００２８】
第１、第２などの用語が、様々な要素、成分、領域、層及び／または部分を説明するために使用することができるが、それらの要素、成分、領域、層及び／または部分は、そのような用語によって限定されてはならないということは明らかである。
【００２９】
すなわち、それらの用語は、単に他の領域、層または部分からいずれかの要素、成分、領域、層または部分を区分するために使用されるものである。したがって、下記における第１領域、層または部分は、第２領域、層または部分という名称にもなりうる。
【００３０】
図３は、基板１００上にｎ型ＧａＮ半導体層２００（第１伝導性半導体層または第２伝導性半導体層）が形成され、このｎ型ＧａＮ半導体層２００上に活性層３００が形成され、この活性層３００上にｐ型ＧａＮ半導体層４００（第２伝導性半導体層または第１伝導性半導体層）が形成された状態を示している。
【００３１】
ここで、基板１００上にｐ型半導体層４００がまず形成されても良く、この場合には、活性層３００上にｎ型半導体層２００が配置される（図示せず）。
【００３２】
基板１００は異種基板であって、サファイアまたはＳｉＣのような基板を用いても良い。
【００３３】
また、基板１００とｎ型半導体層２００との間には、ドーパントを含まない（ｕｎｄｏｐｅｄ）ＧａＮ半導体層がバッファ層として形成されても良い（図示せず）。
【００３４】
活性層３００には単一または多重量子井戸構造（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）が用いられ、量子障壁層３１０（ｂａｒｒｉｅｒ）にはＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮのうちのいずれか一つの物質が用いられ、量子井戸層３２０（ｗｅｌｌ）は、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮのうちのいずれか一つの物質が用いられる。
【００３５】
以下、量子障壁層３１０及び量子井戸層３２０をそれぞれ障壁層３１０及び井戸層３２０と略称する。
【００３６】
障壁層３１０は、井戸層３２０よりもエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）が大きい層を意味し、障壁層３１０と井戸層３２０ともＧａＩｎＮを用いる場合には、井戸層３２０におけるＩｎ組成（ｉｎｄｉｕｍ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）が障壁層３１０におけるＩｎ組成より多くなるようにする。
【００３７】
また、ＡｌＧａＩｎＮを用いる場合にも、Ｉｎ組成とＡｌ組成を適宜組み合わせて障壁層３１０と井戸層３２０に用いても良い。
【００３８】
図３では、障壁層３１０と井戸層３２０の両方にＧａＩｎＮが用いられた状態を示している。上述のように、井戸層３２０におけるＩｎ組成は、障壁層３１０におけるＩｎ組成よりも大きくしてもよいし、障壁層３１０にＧａＮを用いても良い。
【００３９】
図４では、図３の構造によるエネルギーバンドを示している。
【００４０】
量子井戸構造をなす活性層３００とｎ型半導体層２００との境界には、ＧａＩｎＮからなる第１挿入層５１０が配置され、この第１挿入層５１０と隣接して第２挿入層５２０が配置される。
【００４１】
具体的には、第１挿入層５１０は、ｎ型ＧａＮ半導体層２００と活性層３００の１番目の井戸層３２０との間に置かれ、この第１挿入層５１０のＧａＩｎＮのＩｎ組成は、障壁層３１０のＩｎ組成と井戸層３２０のＩｎ組成の間の値を有する。すなわち、このような第１挿入層５１０は、活性層３００の障壁層３１０または井戸層３２０と異なる組成比を持つ半導体層である。
【００４２】
この第１挿入層５１０は、ｎ型ＧａＮ半導体層２００と活性層３００の量子井戸構造間の格子定数の違いから発生する歪（Ｓｔｒａｉｎ）を緩和し、電流の供給を円滑にすることができる。
【００４３】
第１挿入層５１０のＧａ１-ｘＩｎｘＮのＩｎ組成ｘは、０より大きく（０＜ｘ）、且つ、活性層３００のＩｎ組成ｘよりも小さい。すなわち、活性層３００のＩｎ組成ｘが０．２（ｘ＝０．２）であれば、第１挿入層５１０をなすＧａ1−ｘＩｎｘＮのＩｎ組成ｘは、０と０．２との間の値（０＜ｘ＜０．２）を使用することができる。
【００４４】
より効率的な歪の調節と電流供給のためには、Ｇａ1−ｘＩｎｘＮのＩｎ組成ｘは、０．０１と０．１との間の値（０．０１＜ｘ＜０．１）を選択すれば良い。
【００４５】
このような第１挿入層５１０に隣接して、エネルギーバンドギャップの大きいＡｌＧａＩｎＮ層を第２挿入層５２０として成長する。すなわち、この第２挿入層５１０も同様に、活性層３００の障壁層３１０または井戸層３２０と異なる組成を持つ半導体層である。
【００４６】
第２挿入層５２０は、電子と正孔のようなキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）を活性層３００の量子井戸構造に効率的に閉じ込めることによって光効率を高めることができる。
【００４７】
第２挿入層５２０をなすＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＩｎｘＮ層のＡｌ組成ｙとＧａ組成１−ｘ−ｙは、０と１間の値（０＜１−ｘ−ｙ、ｙ＜１）を使用することができるが、より効率的なキャリア閉じ込め（ｃａｒｒｉｅｒ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）のためには、エネルギーバンドギャップを隣接した障壁層３１０よりも高くすれば良い。
【００４８】
すなわち、障壁層３１０をなすＧａＩｎＮのエネルギーバンドギャップが３．２ｅＶであれば、第２挿入層５２０をなすＡｌＧａＩｎＮのエネルギーバンドギャップは３．２ｅＶより高くなるようにＡｌＧａＩｎＮの各元素の組成を選択すれば良い。
【００４９】
このとき、第２挿入層５２０のＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＩｎｘＮ層においてＡｌ組成ｙは、０．０５乃至０．５（０．０５＜ｙ＜０．５）であり、Ｉｎ組成ｘは０．０２乃至０．２（０．０２＜ｘ＜０．２）であると好ましい。
【００５０】
図５は、３つのＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ物質の格子定数（ａ０）とエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）との関係を示すグラフである。
【００５１】
例えば、グラフでＡｌＮとＧａＮをつなぐ線は、ＡｌＧａＮのＡｌとＧａの組成によるバンドギャップと格子定数との関係を表す。同様に、ＧａＮとＩｎＮをつなぐ線は、ＧａＩｎＮのＧａとＩｎの組成によるバンドギャップと格子定数との関係を表す。
【００５２】
したがって、一つの物質の組成が決定されると、これに応じて使用される物質の格子定数が一致するように組成を決定し、以降使用される層が歪を受けないようにすることができる。
【００５３】
例えば、ＧａＮ物質を用いる場合、Ａ線上に位置する組成に従う物質を用いると歪を受けることがない。
【００５４】
また、本発明の第１挿入層５１０及び第２挿入層５２０のように、適切なバンドギャップを持ちながら、歪を受けないように調節することが可能である。
【００５５】
例えば、第１挿入層５１０にＧａＩｎＮを使用する場合、この第１挿入層５１０のバンドギャップは活性層３００の障壁層３１０と井戸層３２０間のバンドギャップを有し、この第１挿入層５１０は歪を緩和すると共に電子や正孔のようなキャリアの流れを円滑にすることができる。
【００５６】
このとき、第１挿入層５１０の組成比に該当するＢ線上でＡｌとＩｎの組成を決定すると、第２挿入層５２０も歪が受けないようにすることが可能になる。
【００５７】
したがって、第１挿入層５１０と第２挿入層５２０は、活性層３００を含む各半導体層が歪の影響を受けないようにし、キャリアの流れを円滑にし、かつ、活性層３００内にキャリアを閉じ込める機能を担う。
【００５８】
その結果、このような挿入層５１０、５２０を含む構造は、発光素子の発光寿命（ＬＥＤ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ）、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）特性、及び逆漏れ電流（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｌｅａｋａｇｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ（Ｉｒ））などを根本的に向上させることができ、このように欠陥の少ない高品質の薄膜を用いることによって発光素子の信頼性特性を向上させることができる。
【００５９】
上記の挿入層５１０、５２０を含む発光素子の構造を、図１３及び図１４に示す。
【００６０】
図１３は、上記のように、基板１００上にｎ型ＧａＮ半導体層２００が形成され、このｎ型ＧａＮ半導体層２００上に活性層３００が形成され、この活性層３００上にｐ型ＧａＮ半導体層４００が形成された状態で、ｎ型半導体層２００が露出されるようにエッチングした後、こうして露出されたｎ型半導体層２００にｎ型電極６１０（第１電極または第２電極）を形成し、ｐ型半導体層４００にｐ型電極６２０（第２電極または第１電極）を形成した構造を示している。
【００６１】
ここで、第１挿入層５１０と第２挿入層５２０は交互に位置するように、それぞれ２つの層で構成され、ｎ型半導体層２００と活性層３００との間、及びｐ型半導体層４００と活性層３００との間に位置している。
【００６２】
一方、図１４は、上記の第１挿入層５１０と第２挿入層５２０を有する垂直型発光素子を示している。すなわち、基板１００上にｎ型ＧａＮ半導体層２００が形成され、このｎ型ＧａＮ半導体層２００上に活性層３００が形成され、この活性層３００上にｐ型ＧａＮ半導体層４００が形成された状態で、基板１００が除去された後、この基板１００の除去によって露出するｎ型半導体層２００に、ｎ型電極６１０を形成した構成である。
【００６３】
また、ｐ型半導体層４００上には、ｐ型電極６２０が形成される。場合によっては、図１４に示すように、ｐ型電極６２０（オーミック電極）に反射電極６３０が形成され、活性層３００から発された光が反射されることによって、光抽出効率を向上させることができる。
【００６４】
また、このような反射電極６３０の外側面には半導体ウエハまたは金属からなる支持層６４０を形成し、上述の基板１００を分離する過程において発光素子構造を支持するようにすることができる。
【００６５】
この時、支持層６４０の外側面に金属パッド６５０が形成され、パッケージと連結されるようにすることができる。
【００６６】
以下、様々な具体的な実施例を、図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施例＞
【００６７】
上述のように、図３は、基板１００上にｎ型ＧａＮ半導体層２００が形成され、このｎ型ＧａＮ半導体層２００上にＧａＩｎＮ物質からなる活性層３００が形成され、この活性層３００上にｐ型ＧａＮ半導体層４００が形成された状態を示している。
【００６８】
ここで、活性層３００の井戸層３２０におけるＩｎ組成は、障壁層３１０におけるＩｎ組成よりも大きくすれば良い。
【００６９】
図４は、図３の構造によるエネルギーバンドを示すもので、量子井戸構造をなす活性層３００とｎ型半導体層２００との境界には、ＧａＩｎＮからなる第１挿入層５１０が位置し、この第１挿入層５１０と隣接して第２挿入層５２０が位置している。
【００７０】
具体的には、第１挿入層５１０は、ｎ型ＧａＮ半導体層２００と活性層３００の１番目の井戸層３２０との間に位置し、この第１挿入層５１０のＧａＩｎＮのＩｎ組成比は、障壁層３１０のＩｎ組成比と井戸層３２０のＩｎ組成比との間の値を有してもよい。
【００７１】
このような第１挿入層５１０は、ｎ型ＧａＮ半導体層２００と活性層３００の量子井戸構造間の格子定数の違いから生じる歪（ｓｔｒａｉｎ）を緩和し、電流の供給を円滑にすることができる。
＜第２実施例＞
【００７２】
図６に示すように、基板１００上にｎ型ＧａＮ半導体層２００が形成され、このｎ型ＧａＮ半導体層２００上に活性層３００が形成され、この活性層３００上にｐ型ＧａＮ半導体層４００が形成される。
【００７３】
ここで、ｎ型半導体層２００と活性層３００との間には、ＧａＩｎＮからなる第１挿入層５１０と、ＡｌＧａＩｎＮ５２０からなる第２挿入層５２０が形成され、これらの第１挿入層５１０と第２挿入層５２０は交互に位置するように、それぞれ複数層で構成してもよい。すなわち、第１挿入層５１０と第２挿入層５２０が対を成して、複数形成されてもよい。
【００７４】
このような構造のバンドダイヤグラムを図７に示す。同図において、活性層３００は、障壁層３１０と井戸層３２０がいずれもＧａＩｎＮ物質で形成され、第１挿入層５１０は、障壁層３１０と井戸層３２０間のエネルギーバンドギャップを有する。
【００７５】
また、第２挿入層５２０のエネルギーバンドギャップは、障壁層３１０よりも大きく、場合によって、ｎ型半導体層２００よりも大きい場合もある。
【００７６】
このように、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮからなる挿入層５１０、５２０を２層以上繰り返して使用すると、より効率的な輝度と信頼性向上効果が得られる。
【００７７】
この場合、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ挿入層５１０、５２０の厚さはそれぞれ、５〜５０Åの厚さとし、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮからなる１対の挿入層５１０、５２０を１から１００層まで繰り返して導入した場合に特性改善効果が現れる。
【００７８】
すなわち、第１挿入層５１０及び第２挿入層５２０を１対とし、１から１００対まで使用可能であり、好ましくは１乃至５０対とする。
＜第３実施例＞
【００７９】
図８に示すように、活性層３００とｐ型ＧａＮ半導体層４００との間にＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ層からなる挿入層５１０、５２０を構成してもよい。
【００８０】
このように、活性層３００とｐ型ＧａＮ半導体層４００との間に位置する挿入層５１０、５２０は、上記のｎ型ＧａＮ半導体層２００と活性層３００間の挿入層と同様に、歪の緩和、電流供給、キャリア閉じ込め（ｃａｒｒｉｅｒ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）の効果を向上させることができる。
【００８１】
この場合のエネルギーバンド構造を図９に示す。同図において、第１挿入層５１０が活性層３００側に位置し、この第１挿入層５１０の外側に第２挿入層５２０が位置しても良く、それ以外に、活性層３００側に第２挿入層５２０が位置し、その外側に第１挿入層５１０が位置するように構成しても良い。
＜第４実施例＞
【００８２】
図１０には、基板１００上にｎ型半導体層２００、活性層３００、ｐ型半導体層４００を順に形成し、ｎ型半導体層２００と活性層３００との間、及びｐ型半導体層４００と活性層３００との間に、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ層からなる複数の挿入層５１０、５２０が交互に形成される構成が示されている。
【００８３】
ここで、活性層３００の障壁層３１０と井戸層３２０は、ＧａＩｎＮからなり、このような構造のバンド構造を図１１に示す。
【００８４】
また、活性層３００とｎ型半導体層２００との間に形成されるＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ挿入層５１０、５２０には、ｎ型ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）のＳｉを注入し、活性層３００とｐ型半導体層４００との間に形成されるＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ挿入層５１０、５２０には、ｐ型ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）のＭｇを成長時に注入することによって、電子、正孔の流れを円滑にすると同時に多くのキャリアを確保することができる。
＜第５実施例＞
【００８５】
図１２には、基板１００上にｎ型半導体層２００、活性層３００、ｐ型半導体層４００を順に形成し、ｎ型半導体層２００と活性層３００との間、及びｐ型半導体層４００とＧａＩｎＮ／ＧａＮ活性層３００との間に、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ層からなる複数の挿入層５１０、５２０を交互に形成した構成に該当するバンド構造を示す。
【００８６】
ここで、活性層３００の障壁層３１０はＧａＮからなり、井戸層３２０はＧａＩｎＮからなる構成とした。
【００８７】
上記の実施例は本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例で、本発明は、上記の実施例に限定されず、様々な形態の変形が可能であり、このような技術的思想内における様々な実施形態はいずれも本発明の保護範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】従来の発光素子の製造段階の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図３】本発明の第１実施例による発光素子の製造段階を示す断面図である。
【図４】図３に示す発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図５】エネルギーバンドギャップと格子定数との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例による発光素子の製造段階を示す断面図である。
【図７】図６に示す発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図８】本発明の第３実施例による発光素子の製造段階を示す断面図である。
【図９】図８に示す発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図１０】本発明の第４実施例による発光素子の製造段階を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す発光素子のエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図１２】本発明の第５実施例による発光素子の製造段階を示す断面図である。
【図１３】本発明の発光素子の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の発光素子の他の例を示す断面図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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