(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光する活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層の表面に正電極が形成されてなるダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子において、
前記活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜X＜１）よりなる井戸層のみの単一量子井戸構造、若しくはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜X≦１）よりなる井戸層とＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Y＜１、Y＜X）よりなる障壁層との多重量子井戸構造のＩｎを含む活性層であり、
前記ｐ型窒化物半導体層は、正電極と接する側から順に、アクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型窒化物半導体層と、第一のｐ型窒化物半導体層よりもアクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型窒化物半導体層と、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを組成に選択したｐ型クラッド層とを有し、
前記第一のｐ型窒化物半導体層の膜厚が５００Å以下であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＮを組成に選択してなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｎ型窒化物半導体層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを組成に選択したｎ型クラッド層を有す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素子。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に、Ｉｎを含むｎ型の窒化物半導体よりなる第二のｎ型クラッド層を形成したことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記正電極が、ニッケル及び金を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第一のｐ型窒化物半導体層のアクセプター不純物は、１×１０１７〜５×１０２１／ｃｍ３濃度のＭｇであり、前記第二のｐ型窒化物半導体層のアクセプター不純物は２×１０１５〜５×１０２０／ｃｍ３濃度のＭｇである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等に使用される窒化物半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）よりなる発光素子に係り、特にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性層を有するダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外〜赤色に発光するＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子の材料として窒化物半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）が知られている。我々はこの半導体材料を用いて、１９９３年１１月に光度１ｃｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に光度２ｃｄの青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月には光度２ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥＤは全て製品化されて、現在ディスプレイ、道路信号等の実用に供されている。
【０００３】
図２に窒化物半導体よりなる従来の青色、青緑色ＬＥＤの発光チップの構造を示す。基本的には、基板２１の上に、ＧａＮよりなるバッファ層２２、ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２３と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層２４と、ｎ型ＩｎＧａＮよりなる活性層２５と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層２６と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層２７とが順に積層されたダブルへテロ構造を有している。活性層２５のｎ型ＩｎＧａＮにはＳｉ、Ｇｅ等のドナー不純物および／またはＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされており、ＬＥＤ素子の発光波長は、その活性層のＩｎＧａＮのＩｎ組成比を変更するか、若しくは活性層にドープする不純物の種類を変更することで、紫外〜赤色まで変化させることが可能となっている。現在、活性層にドナー不純物とアクセプター不純物とが同時にドープされた発光波長５１０ｎｍ以下のＬＥＤが実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の青色ＬＥＤは順方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで順方向電圧（Ｖｆ）が３．６Ｖ〜３．８Ｖ、発光出力は３ｍＷ近くあり、ＳｉＣよりなる青色ＬＥＤと比較して２０倍以上の発光出力を有している。順方向電圧が低いのはｐ−ｎ接合を形成しているためであり、発光出力が高いのはダブルへテロ構造を実現しているためである。このように、現在実用化されているＬＥＤは非常に性能の高いものであるが、さらに高性能なＬＥＤ、ＬＤのような発光素子が求められている。例えばＬＥＤのＶｆは前記のように３．６Ｖ〜３．８Ｖという低い値を達成しているが、ＬＤのように電極幅や電極面積の小さい発光素子を実現するためには、さらにＶｆを低下させる必要がある。
【０００５】
従って、本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ダブルへテロ構造の窒化物半導体よりなる発光素子の性能をさらに向上させることにあり、具体的には、発光素子のＶｆをさらに低下させることにより発光効率に優れた素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光する活性層を有し、ｐ型窒化物半導体層の表面に正電極が形成されてなるダブルへテロ構造の窒化物半導体発光素子において、前記活性層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜X＜１）よりなる井戸層のみの単一量子井戸構造、若しくはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜X≦１）よりなる井戸層とＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Y＜１、Y＜X）よりなる障壁層との多重量子井戸構造のＩｎを含む活性層であり、前記ｐ型窒化物半導体層は、正電極と接する側から順に、アクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型窒化物半導体層と、第一のｐ型窒化物半導体層よりもアクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型窒化物半導体層と、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを組成に選択したｐ型クラッド層とを有し、前記第一のｐ型窒化物半導体層の膜厚が５００Å以下であることを特徴とする。
【０００７】
さらに前記発光素子において、第一のｐ型窒化物半導体の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは２００オングストローム以下に調整する。０．１μｍよりも厚いと結晶自体に不純物による結晶欠陥が多くなり、逆にＶｆが高くなる傾向にある。
【０００８】
【作用】
ｐ層を高キャリア濃度のｐ＋型と低キャリア濃度のｐ型とする技術が特開平６−１５１９６４号、特開平６−１５１９６５号、特開平６−１５１９６６号等に記載されている。これらの公報に開示される発光素子はＧａＮのホモ接合により発光する。このためｐ−ｎ接合界面を基準として、この接合界面より遠ざかる方向にｎ型ＧａＮ層を低キャリア濃度のｎ型と高キャリア濃度のｎ+型とし、ｐ型ＧａＮを低キャリア濃度のｐ型と、高キャリア濃度のｐ+型としている。そしてこれら二段のキャリア濃度よりなるｎ層とｐ層とを組み合わせることにより、発光素子の長寿命と発光輝度の向上を図っている。
【０００９】
一方、本発明の発光素子が前記公報と異なるところは、ダブルへテロ構造の発光素子のｐ型層をアクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型層と、アクセプター不純物濃度の高い第一のｐ型層とにしている点である。ダブルへテロ構造の発光素子はホモ接合の発光素子に比較して１０倍以上発光出力が高い。従って、前記公報のようにｐ型層をｐ+型とｐ型との組み合わせにしても、出力の増加はほとんどない。むしろ本発明では発光出力よりも、ダブルへテロ構造のＶｆを低下させ、発光効率を改善している点が従来の技術と異なる。また、アクセプター不純物に関して、一般にキャリア濃度はアクセプター不純物の濃度とおおよそ比例しているが、窒化物半導体の場合、半導体層にアクセプター不純物をドープした後、４００℃以上でアニーリングを行うことにより完全なｐ型として作用する。このためホールキャリア濃度はアニーリング状態、アニール温度等により変動することが多く、素子構造とした時の正確なキャリア濃度を測定することは困難であるので、本発明ではアクセプター不純物濃度で発光素子を特徴づけている。
【００１０】
次に、本発明の発光素子は従来のようにｐ−ｎ接合界面を基準としているのではなく、正電極の接触面を基準とし、この正電極と接する面を高不純物濃度の第一のｐ型層として、その第一のｐ型層に接して低不純物濃度の第二のｐ型層としている点で異なる。正電極に接する層を基準としてｐ層を構成することにより、Ｖｆを低下させることができる。
【００１１】
さらに前記公報に開示される発光素子と、本発明の発光素子とが最も異なる点はｐ+層の膜厚である。つまり、前記公報では高キャリア濃度のｐ+型の半導体層の膜厚が０．２μｍ以上なければ発光素子の発光出力が低下するが、本発明の発光素子では高不純物濃度の第一のｐ型層の膜厚を０．２μｍ以上にすると、Ｖｆが高くなる。これは不純物ドープによる結晶性の悪化によるものである。逆に本発明の発光素子では高不純物濃度の第一のｐ型層の膜厚は０．１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ以下とすることにより、効果的に発光素子のＶｆを低下させることが可能である。
【００１２】
【実施例】
［実施例１］
以下、図面を元に本発明の発光素子を詳説する。図１は本発明の一実施例の発光素子の構造を示す模式断面図である。この発光素子は基板１の上にバッファ層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型クラッド層６、アクセプター不純物濃度の低い第二のｐ型コンタクト層７２、アクセプター不純物濃度が高い第一のｐ型コンタクト層７１を順に積層した構造を示している。さらに第一のｐ型コンタクト層７１には正電極９が形成され、ｎ型コンタクト層３には負電極８が形成されている。
【００１３】
基板１にはサファイア（Ａ面、Ｃ面、Ｒ面を含む）の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む）、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓのような窒化物半導体と格子不整合の基板、またＮＧＯ（ネオジウムガリウム酸化物）のような酸化物単結晶よりなる窒化物半導体と格子定数の近い基板等を使用することができる。
【００１４】
バッファ層２はＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等を例えば５０オングストローム〜０．１μｍの膜厚で成長させることが好ましく、例えばＭＯＶＰＥ法によると４００℃〜６００℃の低温で成長させることにより形成できる。バッファ層２は基板１と窒化物半導体との格子不整合を緩和するために設けられるが、ＳｉＣ、ＺｎＯのような窒化物半導体と格子定数が近い基板、窒化物半導体と格子整合した基板を使用する際にはバッファ層が形成されないこともある。
【００１５】
ｎ型コンタクト層３は負電極８を形成する層であり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば１μｍ〜１０μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもＧａＮを選択することにより負電極の材料と好ましいオーミック接触を得ることができる。負電極８の材料としては例えばＴｉとＡｌ、ＴｉとＡｕ等を好ましく用いることができる。
【００１６】
ｎ型クラッド層４はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の良い層が得られる。また、ｎ型クラッド層４、ｎ型コンタクト層３のいずれかを省略することも可能である。どちらかを省略すると、残った層がｎ型クラッド層およびｎ型コンタクト層として作用する。
【００１７】
活性層５はクラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体であれば良く、特に所望のバンドギャップによってインジウムの組成比を適宜変更したＩｎＧａＮにすることが好ましい。また活性層５を例えばＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ（組成が異なる）等の組み合わせで、それぞれの薄膜を積層した多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はｎ型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ素子、ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、ＭＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活性層を単一組成のＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦X＜１）で構成した層であり、ＩｎＸＧａ１−ＸＮの膜厚を１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎＸＧａ１−ＸＮ（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすることにより量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとしては、前記のように７０オングストローム以下が好ましい。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎＸＧａ１−ＸＮで構成し、障壁層は同じくＩｎＹＧａ１−ＹＮ（Y＜X、この場合Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好ましくは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好ましくは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光素子が得られる。また、活性層５にドナー不純物および／またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであれば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができる。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅＶ低エネルギー側にピーク波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープすると、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導電型はＳｉ等のドナー不純物を同時にドープしてｎ型とすることが好ましい。活性層５は例えば数オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長させることができる。但し、活性層を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造として、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くするときはｎ型クラッド層４と活性層５との間にＩｎを含むｎ型の窒化物半導体よりなる第二のｎ型クラッド層４０を形成することが望ましい。
【００１８】
ｐ型クラッド層６はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を例えば５００オングストローム〜０．５μｍの膜厚で成長させることが好ましく、その中でもＧａＮ、ＡｌＧａＮを選択することにより結晶性の良い層が得られる。なおこのｐ型クラッド層６を省略することも可能である。
【００１９】
次に、本発明の特徴であるコンタクト層７１、７２について述べる。このコンタクト層７１、７２は正電極９を形成して、正電極９と好ましいオーミック接触を得る層であり完全なオーミックに近ければ近いほど、発光素子のＶｆを低下させることができる。そのため、このコンタクト層は、正電極９に接する層をアクセプター不純物濃度が高い第一の窒化物半導体層である第一のｐ型コンタクト層７１と、その第一のｐ型コンタクト層よりもアクセプター不純物濃度が低い第二の窒化物半導体である第二のｐ型コンタクト層７２とで構成されている。
【００２０】
第一のｐ型コンタクト層７１、および第二のｐ型コンタクト層７２は同一組成の窒化物半導体で形成することが望ましく、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を成長させることができる。その中でもＧａＮを選択することにより正電極９の材料と好ましいオーミック接触を得ることができる。
【００２１】
高濃度の第一のｐ型コンタクト層７１のアクセプター不純物濃度は１×１０１７〜５×１０２１／ｃｍ３に調整することが望ましい。１×１０１７／ｃｍ３よりも低いと、電極とオーミック接触を得ることが難しく、５×１０２１／ｃｍ３よりも高いと不純物により窒化物半導体の結晶性が悪くなり、Ｖｆが高くなる傾向にある。
【００２２】
一方、低濃度の第二のｐ型コンタクト層７２のアクセプター不純物濃度は２×１０１５〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲に調整することが望ましい。２×１０１５／ｃｍ３よりも低いと、ｐ型としての抵抗が高くなるのでＶｆが高くなる傾向にある。５×１０２０／ｃｍ３よりも高いと高濃度の第一のｐ型コンタクト層７１とのバランスが取りにくく、Ｖｆの向上があまり望めなくなる傾向にある。
【００２３】
コンタクト層７１、７２のホールキャリア濃度は前にも述べたように、窒化物半導体にドープするアクセプター不純物の濃度を変化させるか、あるいはアクセプター不純物をドープしたコンタクト層７１、７２を、４００℃以上でアニーリングすることにより調整できるが、正確な値を測定することは困難である。おおよその値としては、前記アクセプター不純物濃度で４００℃以上のアニールを行うことにより、例えばホールキャリア濃度およそ１×１０１６〜５×１０１９／ｃｍ３の第一のｐ型コンタクト層７１が得られ、同じくホールキャリア濃度およそ１×１０１５〜１×１０１９／ｃｍ３の第二のｐ型コンタクト層７２が得られる。
【００２４】
第一のｐ型コンタクト層７１と好ましいオーミックが得られる正電極９の材料としてはＮｉおよびＡｕを含む金属を用いることができる。ＮｉおよびＡｕを含む正電極は特にｐ型ＧａＮと好ましいオーミックを得ることができる。
【００２５】
本発明の発光素子は例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相成長法を用いて、基板上にＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦a、０≦b、a＋b≦１）をｎ型、ｐ型等の導電型で積層することによって得られる。ｎ型の窒化物半導体はノンドープの状態でも得られるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物を結晶成長中に半導体層中に導入することによって得られる。
【００２６】
一方、ｐ型の窒化物半導体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のアクセプター不純物を同じく結晶成長中に半導体層中に導入することにより得られるが、前にも述べたように、アクセプター不純物導入後４００℃以上でアニーリングを行うことにより、さらに好ましいｐ型が得られる。
【００２７】
次に図１の発光素子を具体的に述べる。以下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示している。
【００２８】
まず、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ３とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板１のＣ面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００２９】
次に温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧ、ＮＨ３に加えシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】
続いて原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７ｎ相よりなるｎ型クラッド層４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００３１】
次に温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、シランガス、ＤＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｓｉ＋Ｚｎドープｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる活性層５を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００３２】
次に温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｐ型クラッド層６を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００３３】
次に１０５０℃でＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第二のｐ型コンタクト層７２を０．５μｍの膜厚で成長させる。なおこの第二のｐ型コンタクト層のＭｇ濃度は１×１０１８／ｃｍ３であった。
【００３４】
続いて１０５０℃でＣｐ２Ｍｇの流量を多くして、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第一のｐ型コンタクト層７１を２００オングストロームの膜厚で成長させる。なおこの第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度は２×１０１９／ｃｍ３であった。
【００３５】
反応終了後、温度を室温まで下げてウェーハを反応容器から取り出し、７００℃でウェーハのアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。次に最上層のｐ型コンタクト層７の表面に所定の形状のマスクを形成し、ｎ型コンタクト層３の表面が露出するまでエッチングする。エッチング後、ｎ型コンタクト層３の表面にＴｉとＡｌよりなる負電極８、第一のｐ型コンタクト層７１の表面にＮｉとＡｕよりなる正電極９を形成する。電極形成後、ウェーハを３５０μｍ角のチップに分離した後、ＬＥＤ素子とした。このＬＥＤ素子はＩｆ２０ｍＡで、Ｖｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４５０ｎｍ、半値幅７０ｎｍの青色発光を示し、発光出力は３ｍＷであった。
【００３６】
［実施例２］
実施例１において第一のｐ型コンタクト層７１の膜厚を５００オングストロームとする他は同様にして発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆ３．２Ｖ、発光出力はほぼ同一であった。
【００３７】
［実施例３］
実施例１において第一のｐ型コンタクト層７１の膜厚を０．１μｍとする他は同様にして発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいて、Ｖｆが３．３Ｖ、発光出力２．９ｍＷであった。
【００３８】
［実施例４］
実施例１において第一のｐ型コンタクト層７１の膜厚を０．３μｍとする他は同様にして発光素子を得たところ、Ｉｆ２０ｍＡにおいてＶｆは３．７Ｖとなり、発光出力は２．８ｍＷであった。
【００３９】
［実施例５］
実施例１において、第二のｐ型コンタクト層７２のＭｇ濃度を５×１０１７／ｃｍ３とし、第一のｐ型コンタクト層７１のＭｇ濃度を１×１０１９／ｃｍ３とする他は、同様にしてＬＥＤ素子を得たところ、実施例１とほぼ同一の特性を示した。
【００４０】
［実施例６］
図３は実施例５に係る発光素子の構造を示す模式的な断面図である。この発光素子が図１の発光素子と異なるところは、ｎ型クラッド層４と活性層５との間に新たなバッファ層としてＩｎを含むｎ型の窒化物半導体よりなる第二のｎ型クラッド層４０を形成しているところである。この第二のクラッド層４０は１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜厚で形成することが望ましく、さらに第二のｎ型クラッド層４０と活性層５の膜厚を３００オングストローム以上にすると、Ｉｎを含む第一のｎ型クラッド層４０とＩｎを含む活性層５とがバッファ層として作用し、ｎ型クラッド層４、ｐ型クラッド層６にクラックが入らず結晶性良く成長できる。さらに、この第二のｎ型クラッド層４０を成長させることにより、不純物をドープしない量子構造の活性層が実現でき、半値幅が狭く、出力の高い発光を得ることができる。なおこの第二のｎ型クラッド層４０はＧａＮでもよい。
【００４１】
この第二のｎ型クラッド層４０は、活性層５とＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層４との間のバッファ層として作用する。つまりＩｎとＧａとを含む第二のｎ型クラッド層４０が結晶の性質として柔らかい性質を有しているので、ＡｌとＧａとを含むｎ型クラッド層４と活性層５との格子定数不整と熱膨張係数差によって生じる歪を吸収する働きがある。従って活性層を単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造として、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くしても、活性層５、ｎ型クラッド層４にクラックが入らないので、活性層が弾性的に変形し、活性層の結晶欠陥が少なくなる。つまり活性層を量子井戸構造としたことにより、活性層の結晶性が良くなるので発光出力が増大する。さらに、活性層を量子井戸構造とすると、量子効果および励起子効果により発光出力が増大する。言い換えると、従来の発光素子では活性層の膜厚を例えば１０００オングストローム以上と厚くすることにより、クラッド層、活性層にクラックが入るのを防止していた。しかしながら活性層には常に熱膨張係数差、格子不整による歪が係っており、従来の発光素子では活性層の厚さが弾性的に変形可能な臨界膜厚を超えているので、弾性的に変形することができず、活性層中に多数の結晶欠陥を生じ、バンド間発光ではあまり光らない。この第二のｎ型クラッド層４０を形成することにより、活性層が量子構造の状態において、発光素子の発光出力を飛躍的に向上させることが可能である。
【００４２】
具体的には、実施例１においてｎ型クラッド層４を成長させた後、温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ３、シランガスを用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４０を５００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００４３】
続いてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を用い８００℃でノンドープｎ型Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる活性層５を８０オングストロームの膜厚で成長させる。後は実施例１と同様にして、ｐ型クラッド層６、第二のｐ型コンタクト層７２、第一のｐ型コンタクト層７１を成長させてＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素子は、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４００ｎｍの青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであった。さらに、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に色純度の良い発光を示した。
【００４４】
［実施例７］
実施例６において、活性層５の組成をノンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２６回繰り返し、最後に井戸層を積層して総厚約２０００オングストロームの活性層６を成長させた。後は実施例６と同様にして、ＬＥＤ素子としたところ、このＬＥＤ素子も、Ｉｆ２０ｍＡでＶｆ３．１Ｖ、発光ピーク波長４００ｎｍの青色発光を示し、発光出力は１２ｍＷであった。さらに、発光スペクトルの半値幅は２０ｎｍであり、非常に色純度の良い発光を示した。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光素子はダブルへテロ構造の発光素子において、正電極を形成するｐ型層を高アクセプター不純物濃度の第一のｐ型層と、低不純物濃度の第二のｐ型層とすることにより、Ｖｆを低下させることができるので発光効率が向上する。従ってＬＥＤを大量に用いた大型ディスプレイ、屋外広告板等を実現した際には消費電力の少ないデバイスを実現でき、その産業上の利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る発光素子の構造を示す模式断面図。
【図２】  従来の発光素子の構造を示す模式断面図。
【図３】  本発明の他の実施例に係る発光素子の構造を示す模式断面図。
【符号の説明】
１・・・・基板
２・・・・バッファ層
３・・・・ｎ型コンタクト層
４・・・・ｎ型クラッド層
５・・・・活性層
６・・・・ｐ型クラッド層
７２・・・・第二のｐ型コンタクト層
７１・・・・第一のｐ型コンタクト層
８・・・・負電極
９・・・・正電極
【図１】
0003890930.tif 000002
【図２】
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【図３】
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