(57)【要約】【課題】  品質の安定を確保し、活性層の光出力を高める発光ダイオードを提供する。【解決手段】  ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードは、基板と、バッファ層と、Ｎ型半導体材料層と、活性層と、Ｐ型半導体材料層とを備えている。前記活性層は、少なくとも一つの量子井戸層と、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層と、少なくとも一つの応力調整層とを有しており、このうち前記応力調整層は前記量子井戸層と一つの障壁層との間に設けられるとともに、前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料の成分が、前記量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している。【選択図】      図５
2009212523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されているＮ型半導体材料層と、
少なくとも一つの量子井戸層、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層、および前記量子井戸層と前記二つの障壁層のうちのいずれか一つとの間に設けられる少なくとも一つの応力調整層を有しており、そして前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料の成分が、前記量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している、前記Ｎ型半導体材料層上に形成されている活性層と、
前記量子井戸層上に形成されているＰ型半導体材料層と、
を備えたことを特徴とするＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料がＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮであり、しかも０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１となっていることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の成分比率が量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布していることを特徴とする請求項２に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記徐々に変化するような分布が単調な逓増であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記単調な逓増が直線または非直線の曲線で表わされることを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項６】
前記徐々に変化するような分布が段差状で増える折れ線で表わされることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項７】
前記段差状で増える折れ線が均等幅または非均等幅の段差の形式であることを特徴とする請求項６に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項８】
前記応力調整層が、各々の層が成分比率の異なるＩＩＩ族窒素化合物から形成されている多層構造であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項９】
前記応力調整層がＮ型ドープドまたはアンドープのＩＩＩ族窒素化合物であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１０】
前記応力調整層の厚みが前記量子井戸層の厚みよりも厚いが、前記障壁層の厚みより薄いことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１１】
前記基板と前記Ｎ型半導体材料層との間に設けられているバッファ層を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１２】
前記活性層と前記Ｐ型半導体材料層との間に設けられている電流ブロック層を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１３】
前記活性層が単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１４】
基板と、
前記基板上に形成されているＮ型半導体材料層と、
少なくとも一つの量子井戸層、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層、および前記量子井戸層と二つの障壁層のうちのいずれか一つとの間に設けられる少なくとも一つの応力調整層を有しており、前記応力調整層のバンドギャップが前記量子井戸層のバンドギャップよりも大きく、また前記応力調整層のバンドギャップが隣接する前記障壁層のバンドギャップよりも小さく、前記応力調整層のバンドギャップが前記量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している前記Ｎ型半導体材料層上に形成されている活性層と、
前記量子井戸層上に形成されているＰ型半導体材料層と、
を備えたことを特徴とするＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１５】
前記応力調整層がＩＩＩ族窒素化合物であり、前記ＩＩＩ族窒素化合物がＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮであり、しかも０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１で表わされることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１６】
前記Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の成分比率が量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布していることを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１７】
前記徐々に変化するような分布が単調な逓増であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１８】
前記単調な逓増が直線または非直線の曲線で表わされることを特徴とする請求項１７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１９】
前記徐々に変化するような分布が段差状で増える折れ線で表わされることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２０】
前記段差状で増える折れ線が均等幅または非均等幅の段差の形式であることを特徴とする請求項１９に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２１】
前記応力調整層が、各々の層が成分比率の異なるＩＩＩ族窒素化合物から形成されている多層構造であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２２】
前記応力調整層がＮ型ドープドまたはアンドープのＩＩＩ族窒素化合物であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２３】
前記応力調整層の厚みが前記量子井戸層の厚みよりも厚いが、前記障壁層の厚みより薄いことを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２４】
前記基板と前記Ｎ型半導体材料層との間に設けられているバッファ層を更に備えたことを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２５】
前記活性層と前記Ｐ型半導体材料層との間に設けられている電流ブロック層を更に備えたことを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２６】
前記活性層が単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２７】
基板と、
前記基板上に形成されているＮ型半導体材料層と、
少なくとも一つの量子井戸層、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層、および前記障壁層と量子井戸層との間にそれぞれ設けられている少なくとも二つの応力調整層を有しており、そして前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料の成分が、前記量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している、前記Ｎ型半導体材料層上に形成されている活性層と、
前記量子井戸層上に形成されているＰ型半導体材料層と、
を備えたことを特徴とするＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２８】
前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料がＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮであり、しかも０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１で表わされることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２９】
前記Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の成分比率が量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布していることを特徴とする請求項２８に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３０】
前記徐々に変化するような分布が単調な逓増であることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３１】
前記単調な逓増が直線または非直線の曲線で表わされることを特徴とする請求項３０に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３２】
前記徐々に変化するような分布が段差状で増える折れ線で表わされることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３３】
前記段差状で増える折れ線が均等幅または非均等幅の段差の形式であることを特徴とする請求項３２に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３４】
前記応力調整層が、各々の層が成分比率の異なるＩＩＩ族窒素化合物から形成されている多層構造であることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３５】
前記応力調整層がＮ型ドープドまたはアンドープのＩＩＩ族窒素化合物であることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３６】
前記応力調整の厚みが前記量子井戸層の厚みよりも厚いが、前記障壁層の厚みより薄いことを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３７】
前記基板と前記Ｎ型半導体材料層との間に設けられているバッファ層を更に備えたことを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３８】
前記活性層と前記Ｐ型半導体材料層との間に設けられている電流ブロック層を更に備えたことを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３９】
前記活性層が単一量子井戸構造または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項２７に記載のＩＩＩ族窒素化合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ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードに関し、とりわけ活性層の光出力および発光効率を高めたＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード素子が様々な異なる製品に広く応用されるようになるに伴って、近年、青色発光ダイオードを製造する材料が、現在、光電半導体材料業界における重要な研究開発の対象となってきている。現在、青色発光ダイオードの材料には、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などの材料があり、これら材料はいずれもバンドギャップが約２．６ｅＶ以上であるワイドバンドギャップ半導体材料である。窒化ガリウム系は直接ギャップの発光材料であるので、高輝度の照明光を発生することができるうえ、同じく直接ギャップであるセレン化亜鉛に比べても寿命が長いという特長を備えている。
【０００３】
図１は特許文献１の発光ダイオードの断面概略図である。発光ダイオード１０はサファイヤ基板１１と、バッファ層１９と、Ｎ型コンタクト層１２と、Ｎ型クラッド層１３と、活性層１５と、Ｐ型ブロック層１６と、Ｐ型クラッド層１７と、Ｐ型コンタクト層１８とを備えており、このうち前記活性層１５はＮ型第１障壁層１５３と、複数のＮ型窒化インジウムガリウム井戸層１５１と、複数のＮ型第２障壁層１５２とを備えている。また図１（ｂ）に示すように、前記Ｐ型ブロック層１６のバンドギャップＥｇｂ、Ｎ型第２障壁層１５２のバンドギャップＥｇ２、Ｎ型第１障壁層１５３のバンドギャップＥｇ１およびＮ型クラッド層１３とＰ型クラッド層１７のバンドギャップＥｇｃが、関係式、Ｅｇｂ＞Ｅｇ２＞Ｅｇ１＞Ｅｇｃを満たす。Ｐ型半導体層からのキャリアをＰ型ブロック層１６でブロックし、同様にＮ型半導体層からのキャリアをＮ型第１障壁層１５３でブロックすることにより、活性層１５中の電子およびホールを閉じこめるとともに、電子とホールとの再結合率を高めることができる。しかしこのような構造はかなり複雑であるので、量産時の複雑度が増してしまう。
【０００４】
図２（ａ）は特許文献２の発光ダイオードにおける活性層の断面概略図である。発光ダイオードの活性層２０は、量子井戸層２１、２３および２５と、障壁層２２、２４および２６とを備えており、前記量子井戸層および障壁層はＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮの材料から形成されており、このうち０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１となる。また量子井戸層および障壁層の材料成分が漸次的な層（徐々に大きくなるか、または徐々に小さくなる）の変化であり、変化方向が発光ダイオード中におけるＮ型半導体層の表面に垂直となっている。図２（ｂ）に示すように、材料成分が漸次的な層の変化であるので、バンドギャップは同じ層中でも徐々に変化してなっている。しかしながら、このような構造では活性層２０の全体的なバンドギャップが小さくなってしまうので、発光波長の変動が起こってしまう。
【０００５】
図３は特許文献３における活性層のエネルギーレベル図である。活性層はＮ型半導体層３１と、障壁層３２と、量子井戸層３３と、Ｐ型半導体層３４とを備えている。前記障壁層３２は、Ｎ型不純物内層部分３２１と、拡散防止膜３２２とを備えており、また障壁層３２のバンドギャップは量子井戸層３３のバンドギャップよりも大きい。前記拡散防止膜３２２はＮ型不純物が量子井戸層３３中に拡散するのを防止することにより、量子井戸層３３の光出力を高めることができる。このような活性層のバンドギャップの配分は従来の量子井戸構造の設計に近く、拡散防止膜３２２を従来の障壁層と量子井戸層との間に増設しただけに過ぎない。
【０００６】
図４は特許文献４における活性層のエネルギーレベル図である。活性層は少なくとも一つの量子井戸層４２と、量子井戸層４２を挟持して設けられている二つの障壁層４１、４３とを備えている。前記量子井戸層４２のバンドギャップは段差状に分布しており、そして四つの単一層４２１〜４２４を含み、更にインジウムの含有量は均等幅で逓増しており、また単層４２４中のインジウムの含有量が最高となっている。従来の平坦状に分布している量子井戸層のバンドギャップと比較して、このような量子井戸層のバンドギャップが段差状で分布するもの、または前記した徐々に変化して分布するものは活性層の全体的なバンドギャップが小さくなってしまうので（特許文献４の図４を参照のこと）、発光の波長およびその他特性が変化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，０６７，８３８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９５５，９３３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９３６，６３８号明細書
【特許文献４】米国特許第７，１０６，０９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記をまとめるに、製品として、上記した従来技術における種々の欠点を改善できる、品質の安定を確保し、活性層の光出力を高める発光ダイオードが必要となった。
【０００９】
本発明の主な目的は、量子井戸層と障壁層との間に設けられている応力調整層を備えているため、活性層中で結晶格子が一致せずに生じる応力を解放することで、量子井戸層の発光効率を高めることができるＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードは、基板と、前記基板上に形成されているＮ型半導体材料層と、前記Ｎ型半導体材料層上に形成されている活性層と、前記量子井戸層上に形成されているＰ型半導体材料層とを備えている。前記活性層は、少なくとも一つの量子井戸層と、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層と、少なくとも一つの応力調整層とを有しており、このうち前記応力調整層は前記量子井戸層といずれか一つの障壁層との間に設けられるとともに、前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料の成分が、前記量子井戸層から前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している。
【００１１】
前記応力調整層のＩＩＩ族窒素化合物材料がＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮであり、しかも０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１となっている。このうち前記Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）の成分比率が前記量子井戸層から隣接する前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している。
【００１２】
前記徐々に変化するような分布が単調な逓増であり、また前記単調な逓増は直線または非直線の曲線で表わされる。
【００１３】
前記徐々に変化するような分布が段差状で増える折れ線で表わされるものであり、前記段差状で増える折れ線は均等幅または非均等幅の段差の形式である。
【００１４】
前記応力調整層が、各々の層が成分比率の異なるＩＩＩ族窒素化合物から形成されている多層構造である。前記応力調整層がＮ型ドープドまたはアンドープのＩＩＩ族窒素化合物である。
【００１５】
前記発光ダイオードが、前記基板と前記Ｎ型半導体材料層との間に設けられているバッファ層を更に備えている。また、前記活性層と前記Ｐ型半導体材料層との間に設けられている電流ブロック層を更に備えている。
【００１６】
前記活性層が単一量子井戸構造または多重量子井戸構造である。
【００１７】
ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードは、基板と、Ｎ型半導体材料層と、活性層と、Ｐ型半導体材料層とを備えている。前記活性層は、少なくとも一つの量子井戸層と、前記量子井戸層を挟持して設けられている少なくとも二つの障壁層と、少なくとも二つの応力調整層とを有しており、このうち前記応力調整層は前記障壁層と量子井戸層との間にそれぞれ設けられており、前記応力調整層のバンドギャップが前記量子井戸層のバンドギャップよりも大きく、また前記応力調整層のバンドギャップが隣接する前記障壁層のバンドギャップよりも小さく、前記応力調整層のバンドギャップが前記量子井戸層から前記障壁層の方向に向かって徐々に変化して分布している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】米国特許第７，０６７，８３８号の発光ダイオードの断面概略図
【図２】（ａ）は米国特許第６，９５５，９３３号の発光ダイオードにおける活性層の断面概略図、（ｂ）は米国特許第６，９５５，９３３号における活性層のエネルギーレベル図
【図３】米国特許第６，９３６，６３８号における活性層のエネルギーレベル図
【図４】米国特許第７，１０６，０９０号における活性層のエネルギーレベル図
【図５】本発明のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図
【図６】（ａ）は本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図、（ｂ）は従来技術における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図７】（ａ）は本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図、（ｂ）は従来技術における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図８】本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図９】本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図１０】本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図１１】本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図
【図１２】本発明の他の実施例のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図
【図１３】本発明における多重量子井戸構造の活性層のエネルギーレベル図
【図１４】本発明の発光ダイオードの光出力効率の曲線図
【図１５】本発明の他の実施例のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図５は本発明のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図である。ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード５０は基板５１と、バッファ層５２と、Ｎ型半導体材料層５３と、活性層５４と、電流ブロック層５７と、Ｐ型半導体材料層５８とを備えている。活性層５４は、少なくとも一つの量子井戸層５６と、前記量子井戸層５６を挟持して設けられている二つの第１の障壁層５４１および第２の障壁層５４２とを備えている。また、活性層５４は、第１の障壁層５４１と量子井戸層５６との間に設けられている第１の応力調整層５５１と、第２の障壁層５４２と量子井戸層５６との間に設けられている第２の応力調整層５５２とを更に備えている。Ｎ型半導体材料層５３にはＮ型電極層５９２が更に設けられ、そしてＰ型半導体材料層５８にはＰ型電極層５９１が更に設けられている。
【００２０】
前記二つの応力調整層５５１および５２２のＩＩＩ族窒素化合物材料の成分がそれぞれ前記量子井戸層５６から隣接する前記障壁層５４１または５４２の方向に向かって徐々に変化して分布している。この材料は、例えばＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮであり、しかも０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１およびＸ＋Ｙ≦１であって、このうちアルミニウム、ガリウムまたはインジウムの成分比率が厚み方向にて徐々に変化して分布しているＮ型ドープドまたはノンドープのＩＩＩ族窒素化合物とすることができる。前記応力調整層の厚みが前記量子井戸層５６の厚みよりも厚く、前記障壁層の厚みより薄くしてもよい。当然、前記二つの応力調整層５５１および５５２もまた成分比率が異なる複数層のＩＩＩ族窒素化合物とすることができる。
【００２１】
図６（ａ）は本発明における単一量子井戸活性層層のエネルギーレベル図である。上方の曲線は活性層５４の伝導帯（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｂａｎｄ；Ｅｃ）のエネルギーレベルの変化であり、また下方の曲線は活性層５４の価電子帯（Ｖａｌｅｎｃｅ  Ｂａｎｄ；Ｅｖ）のエネルギーレベルの変化であり、前記ＥｃとＥｖとの間のエネルギー間隔がバンドギャップＥｇと言われる。第１の応力調整層５５１のバンドギャップは前記量子井戸層５６のバンドギャップよりも大きく、また第１の応力調整層５５１のバンドギャップは隣接する第１の障壁層５４１のバンドギャップよりも小さい。前記第１の応力調整層５５１のバンドギャップが量子井戸層５６から第１の障壁層５４１の方向に向かって徐々に変化して分布しており、本実施例における第１の応力調整層５５１のバンドギャップが第１の障壁層５４１の方向に向かう単調に逓増する直線となっている。
【００２２】
活性層５４の直接ギャップ差Ｅｇ１は伝導帯偏差ΔＥｃ１と価電子帯偏差ΔＥｖ１との和に等しく、つまりＥｇ１＝ΔＥｃ１＋ΔＥｖ１となる。図６（ｂ）を参照するとともに、従来技術の活性層と比較するに、ΔＥｃ１＞ΔＥｃ２およびΔＥｖ１＞ΔＥｖ２であることが分かる。したがって本発明における活性層５４の直接ギャップ差は従来技術の活性層の直接ギャップ差よりも大きくなる、つまりＥｇ１＜Ｅｇ２となる。よって波長のより長い光を出射することができることになり、これが前記した各従来技術で達成し得なかったところである。
【００２３】
図７（ａ）は本発明における単一量子井戸活性層のエネルギーレベル図である。第１の応力調整層５５１のバンドギャップは第１の障壁層５４１の方向に向かって単調に逓増する直線であるが、量子井戸層５６のバンドギャップは第１の応力調整層５５１との隣接箇所におけるバンドギャップに連続することなく、しかも小さい。図６（ｂ）を参照するとともに、従来技術の活性層と比較するに、ΔＥｃ１＝ΔＥｃ２およびΔＥｖ１＝ΔＥｖ２であることが分かる。したがって本発明における活性層５４の直接ギャップ差は従来技術の活性層の直接ギャップ差と等しくなり、つまりＥｇ１＝Ｅｇ２となる。よって同波長の光を出射することができることになる。前記した各従来技術の多くは波長の短い光しか発生することはできない。
【００２４】
エピタキシャル成長の制御が時には直線の関係にはならないことを考慮したため、図７中における第１の応力調整層５５１のバンドギャップが第１の障壁層５４１に向かう方向が単調に逓増する曲線であるが、図６（ａ）中と同じ発光特性を実現することができる。
【００２５】
図７（ａ）と比較して、図９中における第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２のバンドギャップの変化関係が直線から非直線に変更されているが、図７（ａ）中と同じ発光特性を実現することができる。
【００２６】
図６（ａ）と比較して、図１０中における第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２のバンドギャップの変化が元の単調に逓増する斜線から段差状で増える折れ線に変更されているが、図６（ａ）中と同じ発光特性を実現することができる。この実施例において、第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２が、各々の層が成分比率の異なるＩＩＩ族窒素化合物により形成されている多層構造とすることができる。
【００２７】
同様に、図１１中における第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２のバンドギャップの変化が元の単調に逓増する斜線から段差状で増える折れ線に変更され、図１０中の均等幅が非均等幅の段差に変更されるのみであるが、図７（ａ）中と同じ発光特性を実現することができる。
【００２８】
図１２は本発明のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図である。図５と比べて、この実施例におけるＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード１２０は多重量子井戸構造であって、活性層５４’は、各々の量子井戸層５６がそれぞれ第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２により挟持されて設けられている三つの量子井戸層５６を備え、そして第１の障壁層５４１および第２の障壁層５４２が第１の応力調整層５５１および第２の応力調整層５５２を挟持するように外側に設けられている。二層から三十層（本実施例では三層）の多重量子井戸構造には本発明の実施形態を導入することができるが、この中においては六層から十八層構造が最も好ましい。
【００２９】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は本発明における多重量子井戸構造の活性層のエネルギーレベル図である。これは従来技術における単一量子井戸構造の活性層に似ており、わずかに三つの量子井戸層が連続して接合しているだけであり、この実施例の説明は図６（ａ）および７（ａ）の関連する記述をそれぞれ参照されたい。
【００３０】
図１４は本発明の発光ダイオードの光出力効率の曲線図である。同じ電流密度において、本発明の発光ダイオードの光出力効率は明らかに従来技術の発光ダイオードの光出力効率よりも高いので、より優れた発光効率を備えることになる。
【００３１】
図１５は本発明の他の実施例のＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオードの断面概略図である。ＩＩＩ族窒素化合物半導体発光ダイオード１５０は基板５１と、バッファ層５２と、Ｎ型半導体材料層５３と、活性層５４’’と、電流ブロック層５７と、Ｐ型半導体材料層５８とを備えている。活性層５４’’は、少なくとも一つの量子井戸層５６と、前記量子井戸層５６を挟持して設けられている二つの第１の障壁層５４１および第２の障壁層５４２とを備えている。また活性層５４’’は第１の障壁層５４１と量子井戸層５６との間（または第２の障壁層５４２と量子井戸層５６との間）に設けられている応力調整層５５１’を更に備えている。Ｎ型半導体材料層５３にはＮ型電極層５９２が更に設けられ、そしてＰ型半導体材料層５８にはＰ型電極層５９１が更に設けられている。
【００３２】
図５と比較するに、本実施例の相違点は、二つの応力調整層を量子井戸層と各々隣接する障壁層との間にそれぞれ形成するものではなく、一つの応力調整層を量子井戸層と隣接する障壁層との間に形成しているところである。好ましい実施形態は図５に示すように、二つの応力調整層を量子井戸層の両側にそれぞれ配設するとともに、量子井戸層と各々隣接する障壁層との間にそれぞれ介在されている。しかしながら、当業者であれば、上記各実施例により、本発明における応力調整層は一層、二層または二層以上でもよく、その位置は量子井戸層の両側または一方のみに設けるよう選択できるということに想到し得る。
【００３３】
本発明の技術内容および技術的特長は上記したとおりであるが、当業者であれば本発明の記述および開示に基づいて、本発明の技術的思想に違わない各種の置換および付加を行うことができる。したがって、本発明の保護範囲は実施例に開示したものに限定されることなく、本発明の技術的思想に違わない各種の置換および付加を含むとともに、別紙の特許請求の範囲に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１０、５０、１２０、１５０  発光ダイオード
１１  サファイヤ基板
１２  Ｎ型コンタクト層
１３  Ｎ型クラッド層
１５、２０  活性層
１６  Ｐ型ブロック層
１７  Ｐ型クラッド層
１８  Ｐ型コンタクト層
１９、５２  バッファ層
２１、２３、２５、３３、４２、５６  量子井戸層
２２、２４、２６、３２、４１、４３  障壁層
３１  Ｎ型半導体層
３４  Ｐ型半導体層
５１  基板
５３  Ｎ型半導体材料層
５４、５４’、５４’’  活性層
５７  電流ブロック層
５８  Ｐ型半導体材料層
１５１  Ｎ型窒化インジウムガリウム井戸層
１５２  Ｎ型第２障壁層
１５３  Ｎ型第１障壁層
３２１  内層部分
３２２  拡散防止膜
４２１〜４２４  単一層
５４１  第１の障壁層
５４２  第２の障壁層
５５１  第１の応力調整層
５５２  第２の応力調整層
５９１  Ｐ型電極層
５９２  Ｎ型電極層
５５１’’  応力調整層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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