(57)【要約】本発明は、半導体素子に係り、実施例による半導体素子は、基板、基板上に配置される第一導電型半導体層、第一導電型半導体層上に配置される活性層、及び活性層上に配置される第二導電型半導体層を備え、第一導電型半導体層と活性層との間には、インジウム（Ｉｎ）含有量が相違した第一半導体層、第二半導体層、及び第三半導体層を有し、第一半導体層は、活性層に隣接して配置され、第二半導体層は、第一半導体層の下に配置され、第三半導体層は、第二半導体層の下に配置され、活性層から第三半導体層の方向に行くほどインジウム含有量が少なくなり、第三半導体層のインジウム含有量は、活性層のインジウム含有量の５％以上〜１０％以下であってもよい。
2020521312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
前記基板上に配置される第一導電型半導体層、
前記第一導電型半導体層上に配置される活性層、及び
前記活性層上に配置される第二導電型半導体層を備え、
前記第一導電型半導体層は、インジウム（Ｉｎ）組成比が相違した第一層、第二層、及び第三層を有し、
飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ）により、前記第一導電型半導体層及び前記活性層を測定するとき、インジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が複数の変曲点を有し、
前記変曲点は、前記活性層に現れる第一高点と第一低点、前記第一層に現れる第二高点と第二低点、前記第二層に現れる第三高点と第三低点、及び前記第三層に現れる第四高点と第四低点を有し、
前記第一高点は、前記第二高点よりも高く、前記第二高点は、前記第三高点よりも高く、前記第三高点は、前記第四高点よりも高い半導体素子。
【請求項２】
前記第一層の第二高点は、前記活性層の第一低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高く、
前記第二層の第三高点は、前記第一層の第二低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高く、
前記第三層の第四高点は、前記第二層の第三低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高い請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第一層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の６０〜８０％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第二層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の２０〜３０％であり、または第一層のインジウム含有量の３０〜４０％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記第三層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の５〜１０％であり、または第二層のインジウム含有量の２０〜３０％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記活性層の第一高点を基準として、前記第二層の第三高点と前記活性層の第一高点との差は、前記第三層の第四高点と前記活性層の第一高点との差の０．５倍である請求項１または２に記載半導体素子。
【請求項７】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は１４％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第一層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は６〜９％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第二層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は３〜６％である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記第三層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は１〜３％である請求項１に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びそれを含む半導体素子パッケージに係り、さらに詳しくは、半導体素子の結晶性を改善して、光特性、電気的特性、及び信頼性を向上させ、ブルーシフトを防止可能な半導体素子及びそれを含む半導体素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の化合物を含む窒化物半導体は、広くて調整が容易なバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの利点を有し、半導体素子、受光素子、及び各種のダイオード等として多様に用いられる。
【０００３】
特に、半導体のＩＩＩ‐Ｖ族またはＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発により、赤色、緑色、青色及び紫外線等の様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせたりすることによって効率の良い白色光線も具現可能であり、蛍光灯、白熱灯等の既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性の利点を有する。
【０００４】
例えば、窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーにより、光素子及び高出力電子素子の開発分野で大きな関心を集めている。特に、窒化物半導体を用いた青色（Ｂｌｕｅ）発光素子、緑色（Ｇｒｅｅｎ）発光素子、紫外線(ＵＶ)発光素子等は、商用化されて広く用いられている。
【０００５】
加えて、光検出器や太陽電池のような受光素子も、半導体のＩＩＩ‐Ｖ族またはＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体物質を用いて作製する場合、素子材料の開発により、多様な波長領域の光を吸収して、光電流を生成することにより、ガンマ線からラジオ波長領域まで、多様な波長領域の光を用いることができる。また、速い応答速度、安全性、環境親和性、及び素子材料の調節が容易であるという利点を有し、電力制御または超高周波回路や通信用モジュールにも容易に用いることができる。
【０００６】
最近、高効率ＬＥＤの需要が増加するにつれて、光度の改善が争点となっている。発光素子の光度を改善する方法として、活性層にキャリアを集中させることが重要である。モビリティの高い電子を活性層内に閉じ込めるために、エネルギー準位の高い電子障壁層（ＥＢＬ）を導入する技術が提案されている。
【０００７】
しかしながら、依然として、ブルーシフト現象によって効率が低下する等の問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ブルーシフト現象を防止することができる半導体素子を提供することを目的とする。
【０００９】
また、活性層に加えられる応力を漸進的に減少させることのできる半導体素子を提供し、前記半導体素子の光学的、電気的特性、及び信頼性を改善することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明による半導体素子は、基板、前記基板上に配置される第一導電型半導体層、前記第一導電型半導体層上に配置される活性層、及び前記活性層上に配置される第二導電型半導体層を備え、前記第一導電型半導体層は、インジウム（Ｉｎ）組成比が相違した第一層、第二層、及び第三層を有し、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ）により、前記第一導電型半導体層及び前記活性層を測定するとき、インジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が複数の変曲点を有し、前記変曲点は、前記活性層に現れる第一高点と第一低点、前記第一層に現れる第二高点と第二低点、前記第二層に現れる第三高点と第三低点、及び前記第三層に現れる第四高点と第四低点を有し、前記第一高点は、前記第二高点よりも高く、前記第二高点は、前記第三高点よりも高く、前記第三高点は、前記第四高点よりも高い。
【００１１】
本発明の実施例において、前記第一層の第二高点は、前記活性層の第一低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高く、前記第二層の第三高点は、前記第一層の第二低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高く、前記第三層の第四高点は、前記第二層の第三低点よりもインジウム（Ｉｎ）イオンの規格化した二次イオン強度が高くてもよい。
【００１２】
本発明の実施例において、前記第一層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の６０〜８０％であってもよい。
【００１３】
本発明の実施例において、前記第二層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の２０〜３０％であり、または第一層のインジウム含有量の３０〜４０％であってもよい。
【００１４】
本発明の実施例において、前記第三層のインジウム含有量は、前記活性層のインジウム含有量の５〜１０％であり、または第二層のインジウム含有量の２０〜３０％であってもよい。
【００１５】
本発明の実施例において、前記活性層の第一高点を基準として、前記第二層の第三高点と前記活性層の第一高点との差は、前記第三層の第四高点と前記活性層の第一高点との差の０．５倍であってもよい。
【００１６】
本発明の実施例において、前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は１４％であってもよい。
【００１７】
本発明の実施例において、前記第一層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は６〜９％であってもよい。
【００１８】
本発明の実施例において、前記第二層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は３〜６％であってもよい。
【００１９】
本発明の実施例において、前記第三層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、インジウム（Ｉｎ）組成比は１〜３％であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、活性層に加えられる応力を漸進的に減少させ、光出力を改善し、光効率を向上させることができる。
【００２１】
また、ブルーシフトを防止し、光効率を向上させることができる。
【００２２】
また、応力を漸進的に減少させ、電気的特性及び半導体素子の信頼性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例による半導体素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例による半導体素子の第一層を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例による半導体素子の第二層を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例による半導体素子の第三層を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による半導体素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例による半導体素子において、活性層１５０から第三層までのインジウム含有量の比率を示す図である。
【図７】本発明の実施例による半導体素子の飛行時間型二次イオン質量分析法（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＳＩＭＳ）の結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例による半導体素子の飛行時間型二次イオン質量分析法（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＳＩＭＳ）の結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例による半導体素子パッケージを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施例は、他の形態に変更され、またはいくつかの実施例が互いに組み合わせられてもよく、本発明の範囲が後述するそれぞれの実施例に限定されるものではない。
【００２５】
特定の実施例で説明された事項が、他の実施例において説明されていなくても、他の実施例において、その事項と反対または矛盾する説明がない限り、他の実施例に関連した説明と理解され得る。
【００２６】
例えば、特定の実施例において、構成Ａについての特徴を説明し、他の実施例において、構成Ｂについての特徴を説明していれば、構成Ａと構成Ｂが結合された実施例が明示的に記載されていなくても、反対または矛盾する説明がない限り、本発明の権利範囲に属するものと理解されなければならない。
【００２７】
以下、添付した図面を参照して、上記した目的を具体的に実現可能な本発明の実施例について説明する。
【００２８】
本発明による実施例の説明において、各構成要素の「上または下」に形成されるものと記載された場合、上または下とは、２つの構成要素が互いに直接接触し、または１つ以上の他の構成要素が前記２つの構成要素間に配置されて形成されることを全て含む。また、「上または下」と表現される場合、１つの構成要素を基準として、上方方向のみならず、下方方向の意味も含まれる。
【００２９】
図１は、本発明の一実施例による半導体素子１００を示す断面図である。
【００３０】
図１を参照すると、半導体素子１００は、基板１１０、基板上に配置され、第一導電型半導体層１３０、第二導電型半導体層１７０、及び第一導電型半導体層１３０と第二導電型半導体層１７０との間に配置される活性層１５０を有する半導体構造物２００と、半導体構造物２００と電気的に連結される第一電極１９２及び第二電極１９４とを備えてもよい。
【００３１】
また、第一導電型半導体層１３０と活性層１５０との間には、多数の半導体層が配置され、活性層１５０と第二導電型半導体層１７０との間には、遮断層１６０が配置され、第一導電型半導体層１３０上には、第一電極１９２が配置され、第二導電型半導体層１７０上には、投光性電極層１８０及び第二電極１９４が配置されている。
【００３２】
基板１１０は、熱伝導性に優れた物質で形成され、伝導性基板または絶縁性基板であってもよい。例えば、基板１１０は、サファイア（Ａｌ２О３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、及びＧａ２０３の少なくとも一つを用いてもよい。基板１１０は、例えば、ＡｌＮテンプレートであってもよい。基板１１０の上面及び／または下面には、複数の突出部（図示せず）が形成されてもよく、複数の突出部のそれぞれは、側断面が半球状、多角形状、楕円状の少なくとも一つを含み、ストライプ状またはマトリクス状に配列されてもよい。突出部は、光抽出効率を改善させることができる。
【００３３】
基板１１０上には、半導体構造物２００が配置され、半導体構造物２００を配置するための装備は、電子ビーム蒸着機、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ（ｐｌａｓｍａ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、二重型の熱蒸着機（ｄｕａｌ‐ｔｙｐｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等があるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
一方、半導体構造物２００は、バッファ層１２０、第一導電型半導体層１３０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６、活性層１５０、第二導電型半導体層１７０、及び遮断層１６０を有しているが、これらの構成については後述する。
【００３５】
基板１１０上には、バッファ層１２０が配置されている。
【００３６】
バッファ層１２０は、基板１１０と第一導電型半導体層１３０との間の格子不整合を緩和し、導電型半導体が成長されやすくする。バッファ層１２０は、ＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮの少なくとも一つで形成されてもよい。バッファ層の上には、アンドープ半導体層（図示せず）が形成されてもよい。
【００３７】
バッファ層１２０上には、第一導電型半導体層１３０が配置されている。
【００３８】
第一導電型半導体層１３０は、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族等の化合物半導体で具現され、第一ドーパントがドープされてもよい。第一導電型半導体層１３０は、ＡｌｘＧａ１‐ｘＮ（０≦ｘ≦１）の組成式を有する半導体材料で具現され得る。第一導電型半導体層１３０は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等から選ばれてもよい。また、第一ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅのようなｎ型ドーパントであってもよい。第一ドーパントがｎ型ドーパントである場合、第一導電型半導体層１３０は、ｎ型半導体層であってもよい。
【００３９】
第一導電型半導体層１３０上には、活性層１５０が配置されている。
【００４０】
活性層１５０は、第一導電型半導体層１３０から注入される電子（または正孔）と、第二導電型半導体層１７０から注入される正孔（または電子）が出会う層である。活性層１５０は、電子と正孔が再結合することにより、低いエネルギー準位に遷移し、特定の波長を有する光を生成することができる。
【００４１】
活性層１５０は、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）構造、量子点構造、または量子線構造のいずれか一つの構造を有してもよく、活性層１５０の構造は、これに限定されない。
【００４２】
活性層１５０は、化合物半導体で具現され得る。活性層１５０は、例えば、ＩＩ‐ＶＩ族及びＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体の少なくとも一つで具現され得る。
【００４３】
活性層１５０が多重井戸構造で具現された場合、活性層１５０は、複数の井戸層と複数の障壁層を有する。このとき、井戸層と障壁層が交互に配置されてもよく、井戸層と障壁層のペアを２〜３０周期で形成してもよい。活性層１５０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのいずれか一つ以上のペア構造であってもよい。活性層１５０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造またはＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ積層構造であってもよく、ＩｎＧａＮのインジウム（Ｉｎ）含量は、９％以上〜１４％以下であってもよい。活性層１５０は、発光しようとする光の波長に対応するインジウム含量を含んでもよい。実施例では、フォトルミネセンス（ｐｈｏｔｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下ＰＬという）または積分球等のような光検出器で発光構造物を測定するとき、４１０ｎｍ以上〜４７０ｎｍ以下の波長において、光の相対的強度が最も高い主波長を有する半導体構造物２００を例示として、他の構成要素との関係について説明する。
【００４４】
第一導電型半導体層１３０と活性層１５０との間には、多数の半導体層が配置されている。活性層１５０に隣接して第一半導体層１４２が配置され、第一半導体層の下に第二半導体層１４４が配置され、第二半導体層の下に第三半導体層１４６が配置されている。第一半導体層、第二半導体層、第三半導体層は超格子層であってもよく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層が繰り返して積層されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造を含んでもよく、これに限定されない。
【００４５】
半導体構造物２００は、インジウム（Ｉｎ）を含み、Ｉｎの含量は、基板１１０から半導体構造物２００の表面方向に行くほど漸進的に増加する。例えば、半導体構造物２００の下部から上部に行くほどＩｎの含量は増加され、第一半導体層１４２のＩｎ含量が第三半導体層１４６のＩｎ含量よりも多い。半導体構造物２００が、ＧａＮ基盤で構成される物質である場合、電子の移動度と正孔の移動度が相違している。電子の移動度が正孔の移動度よりも１０倍以上〜１０００倍以下と高い。例えば、第一導電型半導体層１３０がｎ型ドーパントを含むｎ型半導体であり、第二導電型半導体層１７０がｐ型ドーパントを含むｐ型半導体であると、第一導電型半導体層１３０から活性層１５０に注入される電子の移動度が、第二導電型半導体層１７０から活性層１５０に注入される正孔の移動度よりも高いので、電子が活性層１５０において発光性再結合する確率に比べて、活性層１５０を経て第二導電型半導体層１７０に注入され、非発光性再結合する確率が高く、活性層１５０内に注入される電子と正孔の均衡が取れず、それにより半導体素子１００の光学的特性が低下してしまう。また、ＧａＮ基盤の物質で構成される半導体物質は、Ｉｎを多く含むほど、伝導帯（Ｅｃ）と値電子帯（Ｅｖ）の差であるエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が小さくなる。したがって、基板１１０から活性層１５０への第一方向に行くほど、Ｉｎ含量が多くなるというのは、第一方向に沿ってエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が小さくなるという意味を含んでいる。実施例において、半導体構造物２００がＧａＮ基盤の物質で構成される場合、電子の移動度は、正孔の移動度に比べて大きいので、第一方向に行くほど小さくなるエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）により、基板１１０と活性層１５０との間の応力も大きくなる。したがって、本実施例では、半導体素子１００から活性層１５０に行くほどＩｎ含量が多くなるように複数の半導体層を配置することにより、第一方向に沿って電子が有するエネルギーが低くなり、それにより、電子の移動度と正孔の移動度の均衡が取れ、活性層１５０において発光性再結合を行う確率を高めることができる。また、活性層１５０に直接印加される応力を複数の半導体層に分散することにより、活性層１５０の結晶性を改善することもできる。
【００４６】
活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下であれば、第一半導体層１４２のＩｎ含量は６％以上〜９％以下、第二半導体層１４４のＩｎ含量は３％以上〜６％以下、第三半導体層１４６のＩｎ含量は、１％以上〜３％であってもよい。上述したように、活性層１５０を基準として、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６のＩｎ含量は少なくなければならない。
【００４７】
第一半導体層１４２は、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６に比べて、活性層１５０の最も近くに配置されている。活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下である場合、第一半導体層１４２のＩｎ含量が６％以上でなければ、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０との間に発生した応力を緩和させず、活性層１５０で発光する光の波長が印加する電流や電圧により変わる現象を防止することができない。また、ＰＬまたは積分球等のような光検出器で半導体構造物２００を測定するとき、活性層１５０で発光する光の相対的強度が最も強いが、第一半導体層１４２のＩｎ含量が９％以上であれば、活性層１５０で発光する光の強度に比べて、第一半導体層１４２の相対的な光強度が弱い。第一半導体層１４２の相対的な光強度が活性層１５０で発光する光の強度に比べて大きいと、半導体構造物２００をＰＬまたは積分球等のような光検出器で測定するとき、活性層１５０で発光する主波長よりも短い波長領域において変曲点を有する。変曲点が活性層１５０で発光する波長の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）に該当する波長よりも、相対的に強い光強度を有すると、半導体素子１００の色再現率が低下する。したがって、活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下であるとき、第一半導体層１４２のＩｎ含量は６％以上〜９％以下で配置されなければ、半導体構造物２００の応力を緩和することができず、半導体素子１００の色再現率を確保することができない。
【００４８】
第二半導体層１４４は、超格子層で配置されている。第二半導体層１４４は、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０との間の応力を緩和するために、活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下であるとき、第二半導体層１４４のＩｎ含量は３％以上〜６％以下であることがいい。基板１１０が、半導体構造物２００のような物質で構成されていなければ、基板１１０と半導体構造物２００との間には、格子定数の差による応力が発生する。例えば、基板１１０が、サファイア基板が用いられ、半導体構造物２００が、ＧａＮ基盤の物質で構成されれば、半導体構造物２００と基板との間には大きな応力が発生することになる。したがって、半導体構造物２００において、最も高いＩｎ含量を有する活性層１５０は、半導体構造物２００において格子定数が大きく、基板１１０と活性層１５０との間では大きな応力が発生する。したがって、第二半導体層１４４が３％以上〜６％以下のＩｎを含むようにし、活性層１５０と基板１１０との間の応力を緩和することができる。第二半導体層１４４は、上述したように、３％以上のＩｎ組成を含まなければ、応力を緩和することができない。また、６％超過であれば、第一半導体層１４２のＩｎ組成よりも高いので、第二半導体層１４４のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が第一半導体層１４２のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）よりも大きい。第二半導体層１４４のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が第一半導体層１４２のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）よりも大きいと、エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）に対応する伝導帯（Ｅｃ）以上のエネルギーを有する電子が、第二半導体層１４４から第一半導体層１４２に注入されない。したがって、半導体素子１００の光学的及び／または電気的特性を確保するために、活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下であるとき、第二半導体層１４４のＩｎ組成は３％以上〜６％以下であることがいい。
【００４９】
活性層１５０のＩｎ含量が９％以上〜１４％以下であるとき、第三半導体層１４６のＩｎ組成は１％以上〜３％以下である。第三半導体層のＩｎ組成が１％以上であれば、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０との間の応力を緩和することができる。また、３％以下であれば、第二半導体層１４４への電子注入特性を確保し、半導体素子１００の光学的及び／または電気的特性を確保することができる。
【００５０】
図２乃至図４は、第一乃至第三の半導体層１４２、１４４、１４６をさらに詳しく示した断面図である。
【００５１】
図２を参照すると、第一半導体層１４２はＩｎＧａＮ／ＧａＮが１ペア以上〜４ペア以下で積層された構造であり、ＩｎＧａＮ層１４２ａとＧａＮ層１４２ｂの厚さは相違してもよい。第一半導体層１４２が１ペア以上であれば、活性層１５０と基板１１０との間の応力を緩和し、４ペア以下であれば、活性層１５０で発光する光の半値幅に該当する光の相対的強度よりも大きな相対的強度を有する光の発生を防止し、半導体素子１００の色再現率を確保することができる。上述したように、光の相対的強度と半値幅は、ＰＬまたは積分球等のような光検出器で半導体構造物２００を測定したとき、半導体素子１００が放出する光の波長のうち、相対的に最も大きな強度を有する波長領域である。
【００５２】
ＩｎＧａＮ層１４２ａの厚さＴ１とＧａＮ層１４２ｂの厚さＴ２の比率は、１：７〜１：２５の比率の範囲内で形成される。例えば、ＩｎＧａＮ層の厚さＴ１は、２ｎｍ〜３ｎｍであり、ＧａＮ層の厚さＴ２は、２０ｎｍ〜５０ｎｍである。第一半導体層１４２におけるＩｎＧａＮ層１４２ａの厚さＴ１とＧａＮ層１４２ｂの厚さＴ２の比率が１：７以上であれば、活性層１５０に印加される圧電分極（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）を減らし、活性層１５０の発光波長の波長変化現象を抑制することができる。また、１：２５以下であれば、活性層１５０に注入される電流拡散特性を確保し、半導体素子１００の電気的及び／または光学的特性を確保することができる。
【００５３】
図３を参照すると、第二半導体層１４４は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮが積層された超格子構造である。第二半導体層１４４のＩｎＧａＮ層とＧａＮ層の厚さは、同一であり、またはＧａＮ層がさらに厚く形成されてもよい。ＩｎＧａＮ層１４４ａの厚さＴ３とＧａＮ層１４４ｂの厚さＴ４の比率は、１：１〜１：２の比率の範囲内で形成される。例えば、ＩｎＧａＮ層１４４ａの厚さＴ３は、２ｎｍ〜３ｎｍであり、ＧａＮ層１４４bの厚さＴ４は、２ｎｍ〜６ｎｍである。第二半導体層１４４におけるＩｎＧａＮ層１４４ａの厚さＴ３とＧａＮ層１４４ｂの厚さＴ４の比率が１：１以上であれば、活性層１５０に加えられる応力緩和特性を確保することができ、ＩｎＧａＮ層１４４ａの厚さＴ３とＧａＮ層１４４ｂの厚さＴ４の比率が１：２以下であれば、活性層１５０と基板１１０との間の格子不整合による応力を効果的に緩和させることができる。第二半導体層１４４は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮが３ペア以上〜２０ペア以下で配置される。第二半導体層１４４のＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造が、３ペア以上で配置されなければ、活性層１５０と基板１１０との間の応力を緩和せず、基板１１０と半導体構造物２００との間において、格子定数の差に起因する電位欠陥が活性層１５０にまで延長される問題を抑える機能を確保することができない。電位欠陥は、半導体素子１００の電気的、光学的特性及び信頼性を低下させる問題を有する。第二半導体層１４４のＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造が、３ペア以上であれば、電位欠陥問題を解決できるが、２０ペアを超えると、第二半導体層１４４の抵抗が大きくなるので、半導体素子１００の光学的、電気的特性を確保し難くなる。したがって、第二半導体層１４４がＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造で配置される場合、第二半導体層１４４のＩｎＧａＮ／ＧａＮ積層構造は、３ペア以上〜２０ペアで配置することが好ましい。
【００５４】
図４を参照すると、第三半導体層１４６は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造で積層されてもよく、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造が積層される場合、１ペア以上〜５ペア以下で配置される。ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層の厚さが相違してもよく、ＧａＮ層がＩｎＧａＮ層よりも厚く形成されてもよい。
【００５５】
ＩｎＧａＮ層１４６ａの厚さＴ５とＧａＮ層１４６ｂの厚さＴ６の比率が１：３〜１：８の比率の範囲内で形成される。例えば、第三半導体層１４６のＩｎＧａＮ層１４６ａの厚さＴ５は、２ｎｍ〜３ｎｍであり、ＧａＮ層１４６ｂの厚さＴ６は、１０ｎｍ〜１５ｎｍである。第三半導体層１４６を配置する工程において、第三半導体層１４６におけるＩｎＧａＮ層１４６ａの厚さＴ５とＧａＮ層１４６ｂの厚さＴ６の比率が１：３以上であれば、第三半導体層１４６の上面と側面との間の傾斜面の成長比率を制御し、リセス構成にしやすくなる。リセスは、第三半導体層１４６の上面と底面との間において、低点と傾斜面を含めて谷を構成する形状であってもよく、第三半導体層１４６の単位面積に対するリセスの密度は、基板１１０と活性層１５０との間の応力を緩和させ、半導体構造物２００の結晶性を改善することができる程度、それにより、半導体素子１００が発光する波長の変移防止、及び半導体素子１００の光特性、電気的特性、及び信頼性を向上させることができる程度の密度であれば、当業者に公知された密度であればよい。
【００５６】
図５は、リセスが含まれた半導体素子１００を示す断面図である。
【００５７】
リセスＲは、第二半導体層１４４、第一半導体層１４２、及び活性層１５０にまで延長されてもよく、リセスは、半導体素子１００の光学的、電気的特性を改善できるが、あまりにも多く配置すると、半導体素子１００の電気的、光学的特性、及び信頼性が低下してしまう。また、第三半導体層１４６におけるＩｎＧａＮ層１４６ａの厚さＴ５とＧａＮ層１４６ｂの厚さＴ６の比率が１：８以下で配置されると、第一導電型半導体層１３０から第三半導体層１４６を介して活性層１５０に注入される電流の電流注入特性を確保することができる。
【００５８】
以上のように、Ｉｎ含量は、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６、及び活性層１５０に行くほど徐々に減少する構造である。このように、Ｉｎ含量を調節することにより、応力を調節し、ブルーシフトを防止することができる。活性層１５０がＩｎ含有量を９％以上〜１４％以下とすることにより、活性層１５０は、４１０ｎｍ以上〜４７０ｎｍ以下の波長において、相対的な光強度が最も大きい青色波長を放出することができる。また、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６のＩｎ含有量が活性層に行くほど高くなることにより、活性層１５０内にかかる応力を漸進的に減少させることができ、第一導電型半導体層１３０から活性層１５０に注入される電子の移動度と、第二導電型半導体層１７０から活性層１５０に注入される正孔の移動度との均衡を取れ、半導体素子１００の光学的、電気的特性を確保することができる。
【００５９】
活性層１５０は、４１０ｎｍ以上〜４７０ｎｍ以下の波長において、相対的な光強度が最も大きい青色波長を発光することに限定されるものではない。したがって、活性層１５０のＩｎ含量を１００％とすれば、第一半導体層１４２のＩｎ含量は、活性層１５０のＩｎ含量の６０％〜８０％で構成され、第二半導体層１４４のＩｎ含量は、第三半導体層１４６のＩｎ含量に対して３０％〜４０％で構成され、活性層１５０のＩｎ含量の２０％〜３０％で構成されてもよい。
【００６０】
第三半導体層１４６のＩｎ含量は、第二半導体層１４４のＩｎ含量の２０％〜３０％で構成されてもよく、活性層１５０のＩｎ含量の５％〜１０％で構成されてもよい。
【００６１】
第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６のＩｎ含量は、活性層１５０を基準としてその範囲内で含んでもよく、その効果は、上述した通りである。
【００６２】
図６は、活性層１５０から第三半導体層１４６までのＩｎ含有量の比率を示す図である。
【００６３】
図６を参照すると、活性層のＩｎ含量を１００％とすれば、活性層を基準として、第一半導体層、第二半導体層、第三半導体層のＩｎ含量が６０％〜８０％、２０％〜３０％、５％〜１０％に漸進的に減少することが確認される。
【００６４】
また、半導体構造物２００がＧａＮ基盤の物質で構成される場合、活性層１５０と第二導電型半導体層１７０との間には遮断層１６０が配置される。
【００６５】
半導体構造物２００がＧａＮ基盤の物質で構成される場合、電子の移動度と正孔の移動度が相違し、電子の移動度が正孔の移動度よりも高いので、遮断層１６０は、電子障壁及び活性層のクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）の役割を行い、それにより発光効率を向上させることができる。但し、これに限定されず、遮断層１６０は、移動度が相対的に高い搬送子が、活性層１５０を経て第一導電型半導体層１３０または第二導電型半導体層１７０に注入されることを防止することができ、ここで、搬送子は電子または正孔であってもよいが、これに限定されず、移動度の高い搬送子を選択してもよいことは言うまでもない。遮断層１６０は、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ層が少なくとも１ペア以上積層された構造に構成されてもよい。遮断層１６０のＩｎＡｌＮ層には、第二導電型ドーパントが含まれてもよい。遮断層１６０は、Ｉｎの組成を制御することにより、格子不整合による応力を制御することができる。
【００６６】
第二導電型半導体層１７０は、活性層１５０の上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族等の化合物半導体で具現され、第二導電型半導体層１７０に第二ドーパントがドープされてもよい。第二導電型半導体層１７０は、ＡｌｘＧａ１‐ｘＮ（０≦ｘ≦１）の組成式を有する半導体物質、またはＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰから選ばれた物質で形成されてもよい。第二ドーパントが、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のようなｐ型ドーパントであれば、第二ドーパントがドープされた第二導電型半導体層１７０は、ｐ型半導体層である。
【００６７】
第二導電型半導体層１７０上には、投光性電極層１８０が配置されている。
【００６８】
投光性電極層１８０は、キャリアを効率よく注入することができ、活性層１５０から放出する光が透過されるように、単一金属または金属合金、金属酸化物、及び金属窒化物等を多重に積層してもよい。例えば、投光性電極層１８０は、半導体との電気的な接触に優れた物質で形成されてもよく、投光性電極層１８０は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ‐Ｇａ  ＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ‐Ｇａ  ＺｎＯ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆの少なくとも一つを含んで形成されてもよく、これらの材料に限定されない。
【００６９】
投光性電極層１８０上には第二電極１９４が配置され、上部の一部が露出した第一導電型半導体層１２０上には第一電極１９２が配置される。第一電極１９２及び第二電極１９４としては、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｎｉ、ＲＨ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａu、Ｈｆのいずれか一つを含む金属または合金で形成されてもよい。以降、最終的に第一電極１９２及び第二電極１９４が互いに電気的に連結されることにより、発光素子の作製が完了する。
【００７０】
図７及び図８は、本発明のまた他の実施例を示す図であって、半導体構造物２００を飛行時間型二次イオン質量分析法（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ、以下、「シムス」という。）を通じて、厚さに対する二次イオンの相対的強度を示すスペクトルである。シムスデータは、一次イオンを発光構造物の表面に照射し、放出される二次イオンの個数をカウントして分析することができ、このとき、一次イオンは、Ｏ２＋、Ｃｓ＋、Ｂｉ＋等から選ばれ、加速電圧は２０〜３０ｋｅＶ内で、照射電流は０．１ｐＡ〜５．０ｐＡ内で調節され、照射面積は２０ｎｍ×２０ｎｍであってもよい。二次イオンは、半導体構造物２００を構成する物質が放出されるものであって、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃ等の物質を指す。前記分析条件は、窒化物系化合物半導体で構成される構造物を分析するための条件であるが、これに限定されず、半導体で構成される構造物を分析するための測定条件であれば、いずれも自由に用いることができる。
【００７１】
図７及び図８を参照すると、左縦軸は、二次イオンで検出されるＩｎイオンの強度を相対的に示し、右縦軸は、二次イオンで検出されるＳｉ及びＣ原子の濃度を相対的に示したものであり、左右の縦軸は共に、ログスケールを基準とする。先ず、図７に示されたシムスデータに基づいた第一実施例について説明する。第一実施例は、半導体構造物２００を基礎とし、それによる半導体構造物２００は、Ｓｉ原子及び／またはＣ原子を含む第一導電型半導体層１３０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６、活性層１５０、及び第二導電型半導体層１７０を有している。
【００７２】
第三半導体層１４６のＳｉ原子量は、第一導電型半導体層１３０のＳｉ原子量の０．０５倍以上〜０．２倍以下である。第三半導体層１４６のＳｉ原子量が第一導電型半導体層１３０のＳｉ原子量の０．０５倍以上であれば、第一導電型半導体層１３０から第三半導体層１４６を介して活性層１５０への電流注入特性を確保し、第三半導体層１４６のＳｉ原子量が第一導電型半導体層１３０のＳｉ原子量の０．２倍以下であれば、第三半導体層１４６の電流拡散特性を確保することができる。電流注入特性及び電流拡散特性を確保できれば、半導体素子１００の電気的、光学的特性も確保することができるので、第三半導体層１４６のＳｉ原子量は、第一導電型半導体層１３０のＳｉ原子量の０．０５倍以上〜０．２倍以下の範囲で含むことが好ましい。また、第三半導体層１４６のＣ原子量が第一導電型半導体層１３０のＣ原子量よりも高くてもよい。半導体構造物２００がＧａＮ基盤の物質で構成される場合、Ｃ原子を多く含有するほど抵抗が高くなる特性を有する。したがって、第三半導体層１４６のＣ原子量が第一導電型半導体層１３０のＣ原子量よりも多く、Ｓｉ原子量が第一導電型半導体層１３０のＳｉ原子量よりも少ないと、第三半導体層１４６の抵抗が高くなり、電流拡散特性を確保することができる。また、上述したように、第三半導体層１４６のＳｉ原子量が範囲内で含まれていなければ、第一導電型半導体層１３０から第三半導体層１４６を介して活性層１５０への電流注入特性を確保することができない。
【００７３】
活性層１５０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６のＩｎイオンの含量が相違するので、シムスによるイオン強度が異なってくる。
【００７４】
Ｓｉ原子の濃度は、第一導電型半導体層１３０におけるＳｉ原子の濃度を基準として、第二導電型半導体層１７０に行くほど低くなる。Ｓｉ原子は、第一導電型半導体層１３０内においてドーパントとして作用し、第一導電型半導体層１３０の極性がｎ型となるように構成することができ、半導体構造物２００の結晶質を向上させる機能も有するので、Ｓｉ原子は、半導体構造物２００内において全体的に分布することができる。但し、実施例のように、第一導電型半導体層１３０がｎ型半導体層で構成される場合、第一導電型半導体層１３０が含むＳｉ原子の濃度は、半導体構造物２００内において最も高い。
【００７５】
第三半導体層１４６が含むＳｉ原子の濃度は、第一導電型半導体層１３０よりも低く、活性層１５０が含むＳｉ原子の濃度よりも高くなければ、第一導電型半導体層１３０から第三半導体層１４６を介して活性層１５０に電流を注入する特性を確保することができない。また、第二半導体層１４４は、半導体構造物２００内においてＳｉ原子を最も少なく含む。したがって、第三半導体層１４６のＳｉ原子の濃度、第一半導体層１４２のＳｉ原子の濃度及び第二半導体層１４４のＳｉ原子の濃度に対するスペクトルが、第二半導体層１４４内において変曲点を有する。第二半導体層１４４が、上述した構造のように、ＩｎＧａＮ／ＧａＮが積層された構造で構成されると、第二半導体層１４４は、電流拡散特性を確保するために、半導体構造物２００内においてＳｉ原子量の濃度が最も低く配置される。
【００７６】
活性層１５０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６のＩｎイオンの濃度が相違しているので、シムスによるＩｎイオンの強度が異なってくる。すなわち、活性層１５０におけるＩｎイオンの含有量が最も高いので、Ｉｎイオン強度も活性層１５０において最も高く現れ、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６に行くほど漸進的に低くなる。活性層１５０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６は、Ｉｎイオンを含む層と含まない層が交互に積層され、多数の変曲点が構成される。Ｉｎイオン強度は、一次イオンが半導体素子に照射されるとき、二次イオンとして放出されるＩｎイオンの強度を意味する。すなわち、Ｉｎイオン強度は、Ｉｎ二次イオンの強度である。それぞれの層には、多数のＩｎイオン強度に対する変曲点を含み、多数の突出部（ピーク）が形成されることが確認される。
【００７７】
変曲点は、Ｉｎイオン強度が周囲地点よりも高い高点と、Ｉｎイオン強度が周囲地点よりも低い低点とを含んでいる。高点／低点は、周囲のＩｎイオン強度よりも高くまたは低くてグラフの傾きが変わる地点である。したがって、一つの層では、多数の高点と低点が現れる。すなわち、活性層１５０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６は、多数の高点と低点を含み、同一層に含まれた多数の高点は、それぞれのイオン強度が異なる。同様に、同一層に含まれた多数の低点も、それぞれイオン強度が異なる。
【００７８】
高点と低点は、活性層１５０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、及び第三半導体層１４６の領域に現れる変曲点を意味し、各層間の境界において現れる変曲点は含まれない。例えば、第一半導体層１４２と第二半導体層１４４との間の境界面において、Ｉｎイオン強度の傾きが、周辺の他の地点よりも低い地点が現れ得るが、これは、実施例において定義する低点には含まれない。
【００７９】
活性層１５０のＩｎイオンの含有量が最も多いので、イオン化強度も活性層において最も強く現れる。すなわち、活性層に現れる高点が、第一半導体層、第二半導体層、第三半導体層の高点よりも高く、活性層に現れる低点が、第一半導体層、第二半導体層、第三半導体層の低点よりも高くてもよい。
【００８０】
活性層１５０には、多数の第一高点と多数の第一低点が現れ、第一半導体層１４２には、多数の第二高点と多数の第二低点が現れ、第二半導体層１４４には、多数の第三高点と多数の第三低点が現れ、第三半導体層１４６には、多数の第四高点と多数の第四低点が現れる。
【００８１】
第二高点は第一高点よりも低く、第三高点は第二高点より低く、第四高点は第三高点よりも低く現れる。
【００８２】
第二高点は第一低点よりも高く、第三高点は第二低点より高く、第四高点は第三低点よりも高く現れる。
【００８３】
第一半導体層１４２のＩｎイオンの含量は、活性層に対して６０％〜８０％であり、第二半導体層１４４のＩｎイオンの含量は、活性層に対して３０％〜４０％であり、第三半導体層１４６のＩｎイオンの含量は、活性層に対して２０％〜３０％であるので、シムス分析値もほぼ同じ数値で現れることと確認される。
【００８４】
活性層１５０のＩｎイオン強度を基準として、第一半導体層１４２のＩｎイオン強度は、活性層１５０に対して６０％以上でなければ、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０との間に発生した応力を緩和させず、活性層１５０で発光する光の波長が印加する電流や電圧により変わる現象を防止することができない。また、ＰＬまたは積分球等のような光検出器で半導体構造物２００を測定するとき、活性層１５０で発光する光の相対的強度が最も強いが、第一半導体層１４２のＩｎイオン強度が活性層１５０に対して８０％以下であれば、活性層１５０で発光する光の強度に比べて、第一半導体層１４２の相対的な光強度が弱くなる。第一半導体層１４２の相対的な光強度が、活性層１５０で発光する光の強度に比べて大きければ、半導体構造物２００をＰＬまたは積分球等のような光検出器で測定するとき、活性層１５０で発光する主波長よりも短い波長領域において変曲点を有する。変曲点が、活性層１５０で発光する波長の半値幅に該当する波長よりも相対的に強い光強度を有すると、半導体素子１００の色再現率が低下してしまう。したがって、活性層１５０のＩｎイオン強度を基準として、第一半導体層１４２のＩｎイオン強度が６０％以上〜８０％以下でなければ、半導体構造物２００の応力を緩和することができず、半導体素子１００の色再現率を確保することができない。
【００８５】
第二半導体層１４４は、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０との間の応力を緩和するために、第二半導体層１４４のＩｎイオン強度は、活性層１５０のＩｎイオン強度に対して３０％以上〜４０％以下である。基板１１０が半導体構造物２００と同じ物質で構成されていなければ、基板１１０と半導体構造物２００との間には格子定数の差による応力が発生する。例えば、基板１１０が、サファイア基板が用いられ、半導体構造物２００がＧａＮ基盤の物質で構成されれば、半導体構造物２００と基板との間には大きな応力が発生してしまう。したがって、半導体構造物２００において最も高いＩｎイオン強度を有する活性層１５０は、半導体構造物２００において格子定数が大きく、基板１１０と活性層１５０との間では大きな応力が発生する。したがって、第二半導体層１４４が活性層１５０に対して３０％以上〜４０％以下のＩｎイオン強度となるようにし、活性層１５０と基板１１０との間の応力を緩和することができる。第二半導体層１４４は、上述したように、活性層に対して３０％以上のＩｎイオン強度でなければ、応力を緩和することができない。また、活性層１５０に対してＩｎイオン強度が４０％を超えると、第一半導体層１４２のＩｎイオン強度よりも高いので、第二半導体層１４４のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が第一半導体層１４２のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）よりも大きい。第二半導体層１４４のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が第一半導体層１４２のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）よりも大きいと、エネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）に対応する伝導帯(Ｅｃ)以上のエネルギーを有する電子が、第二半導体層１４４から第一半導体層１４２に注入されない。したがって、半導体素子１００の光学的及び／または電気的特性を確保するために、活性層１５０を基準として、第二半導体層１４４のＩｎイオン強度は３０％以上〜４０％以下であってもよい。
【００８６】
第三半導体層１４６のＩｎイオン強度は、活性層１５０のＩｎイオン強度に対して２０％以上〜３０％以下である。第三半導体層のＩｎイオン強度が活性層１５０に対して２０％以上であれば、活性層１５０と第一導電型半導体層１３０と間の応力を緩和することができる。また、活性層１５０に対して３０％以下であれば、第二半導体層１４４への電子注入特性を確保し、半導体素子１００の光学的及び／または電気的特性を確保することができる。
【００８７】
活性層１５０の第一高点と第二半導体層１４４の第二高点との差Ｄ１は、活性層の第一高点と第三半導体層１４６の第二高点との差Ｄ２の０．５倍である。すなわち、Ｄ１＝０．５Ｄ２の関係が成立する。
【００８８】
以下、図８に示されたシムスデータに基づいた第二実施例について説明する。
【００８９】
第二実施例は、半導体構造物２００を基礎としているが、これに限定されず、この場合、半導体で構成される全ての構造物に普遍的に適用され得る。したがって、第一実施例において、説明のために用いた用語である第一導電型半導体層１３０、第一半導体層１４２、第二半導体層１４４、第三半導体層１４６、活性層１５０、第二導電型半導体層１７０、及び半導体構造物２００等は、第二実施例についての説明においては使わず、半導体構造物２００を代替する用語として、発光構造物という用語を用いることにする。したがって、発光構造物は、半導体構造物２００となり、さらに広範囲では半導体素子１００ともなり得る。
【００９０】
発光構造物は、Ｓｉ原子の濃度が発光構造物内において相対的に最も高い第一領域を含み、第一領域から第一方向に最も近い距離には、Ｓｉ原子の濃度が第一領域の０．０５倍以上〜０．２倍以下である第二領域が配置されている。ここで、第一方向は、第一領域から発光構造物の表面に向かう方向である。第二領域のＳｉ原子の濃度が第一領域の０．０５倍以上であれば、第一領域から第二領域を介して活性領域に注入される電流注入効率を確保し、第二領域のＳｉ原子の濃度が第一領域の０．２倍以下であれば、第二領域の電流拡散特性を確保することができる。電流注入特性及び電流拡散特性を確保すると、発光構造物の電気的、光学的特性も確保できるので、第二領域のＳｉ原子の濃度は、第一領域のＳｉ原子の濃度の０．００５倍以上〜０．２倍以下の範囲を有することが好ましい。また、第一領域と第二領域のそれぞれは、Ｓｉ原子の濃度が最も低い地点を基準として１０％以内の比較的に均一な濃度を有し、第一領域と第二領域のＳｉ原子の濃度が相違しているので、第一領域と第二領域が接する領域において、Ｓｉ原子の濃度が急に低下する。本実施例において、第一領域及び第二領域は、上述のように、Ｓｉ原子の濃度が最も低い地点を基準として１０％以内である比較的に均一の濃度を有する場合を基準として説明する。
【００９１】
また、第二領域のＣ原子の濃度は、第一領域のＣ原子の濃度よりも高い。発光構造物がＧａＮ基盤の物質で構成される場合、Ｃ原子を多く含有するほど抵抗が高くなる特性を有するので、第二領域のＣ原子の濃度が第一領域のＣ原子の濃度よりも高く、Ｓｉ原子の濃度が第一領域のＳｉ原子の濃度よりも低いと、第二領域の抵抗が高くなるように制御し、それにより電流拡散特性を確保することができる。また、上述のように、第二領域のＳｉ原子の濃度が前記範囲内に含まなければ、活性領域への電流注入特性を確保することができない。
【００９２】
上述した第二領域から第一方向に最も近くに第三領域、第四領域が順次配置されている。また、第四領域から第一方向に最も近くに活性領域が配置され、活性領域と表面との間には第二導電型半導体層が配置される。また、第一領域乃至第四領域は、活性領域に電流を注入するための第二導電型半導体層である。したがって、本実施例による発光構造物も、上述した第一実施例による半導体構造物２００のように、第一導電型半導体層の役割を行う第一導電型半導体領域、第二導電型半導体層の役割を行う第二導電型半導体領域、及び第一導電型半導体層と第二導電型半導体層との間の活性層１５０の役割を行う活性領域を有し、第一導電型半導体領域から活性領域に注入される電子と、第二導電型半導体領域から活性領域に注入される正孔との再結合を通じて光を放出する発光素子を構成することができる。
【００９３】
第二領域から第一領域に離隔され、第二領域のＳｉ原子の濃度のうち、最も低い濃度と同じＳｉ原子の濃度を有する第一地点が配置され、第二領域と第一地点との間に第三領域が配置される。第三領域は、第一方向にＳｉ原子の濃度が減少する区間と、Ｓｉ原子の濃度が増加する区間を有し、両区間の間にＳｉ原子の濃度が最も低い第二地点をさらに含んでいる。第二地点は、発光構造物内において、最も低いＳｉ原子の濃度である。第三領域が第二地点を含むことにより、活性領域に注入される電流が一部の領域に密集することを防止し、電流の拡散特性をさらに大きく確保し、それにより発光構造物が劣化する問題を解決することができる。また、発光構造物の光学的、電気的特性も改善することができる。
【００９４】
第一地点から第一方向に離隔され、第一地点のＳｉ原子の濃度と同じＳｉ原子の濃度を有する第三地点が配置され、第一地点と第三地点との間には第四領域が配置される。第四領域は、第二領域のＳｉ原子の濃度よりも高く、第一領域のＳｉ原子の濃度よりも低いＳｉ原子の濃度を有する。また、第一方向にＳｉ原子の濃度が増加する区間と減少する区間とをさらに含む。第四領域は、電流拡散特性を確保するために、第一乃至第三領域から活性領域に注入するための電子の注入効率を補償するために、第三領域と活性領域との間に配置される。
【００９５】
以下、シムスで検出した二次イオンがＩｎイオンである場合、上述した第一乃至第四領域と活性領域のＩｎイオン強度について説明する。
【００９６】
発光構造物内において、Ｉｎイオン強度は、活性領域において最も大きい。活性領域のＩｎイオン強度は、発光する光の波長により異なるが、発光構造物と基板のそれぞれの格子定数が異なる場合、活性領域に印加される応力を緩和し、発光構造物の結晶質を改善するために、活性領域と基板との間にＩｎイオン強度が相違した複数の半導体領域が配置される。より具体的に、発光構造物がＧａＮ基盤の化合物半導体で構成され、基板がサファイア等の物質で構成される場合、発光構造物と基板のそれぞれの格子定数が相違し、発光構造物に応力が印加される。このとき、発光構造物が含む半導体領域間のＩｎイオン強度が相違すると、各半導体領域の格子定数も異なり、活性領域にも応力が印加される。活性領域に応力が印加されると、発光する光の波長が遷移される。すなわち、ＧａＮ基盤の化合物半導体層で構成される発光構造物が、活性領域においてのみＩｎイオン強度を有すると、活性領域の結晶質が低下し、または活性領域で発光する光の波長が変移する等、光学的、電気的特性と、発光構造物の信頼性が低下する。したがって、活性領域のＩｎイオン強度よりも低いＩｎイオン強度を有する半導体領域を、活性領域と基板との間に配置することにより、活性領域に印加される応力の大きさを減らし、活性領域の結晶質を確保することにより、発光構造物の光学的、電気的特性と信頼性を改善することができる。
【００９７】
活性領域のＩｎイオン強度は、発光構造物内において最も高いＩｎイオン強度を有する。また、第一方向に行くほどＩｎイオン強度が低くなる領域と高くなる領域が複数個配置される。したがって、活性領域のＩｎイオン強度は、複数個の変曲点を有し、複数個の変曲点は、複数個の第一高点と複数個の第一低点を有する。Ｉｎイオン強度が最も強い第一高点は、電子と正孔が発光性再結合を行う井戸層である。ここで、複数個の第一高点は、同一なＩｎイオン強度を有するが、これに限定されず、相違してもよい。しかしながら、複数個の第一高点が互いに同じＩｎイオン強度を有すると、工程偏差により、５％以内の相違したＩｎイオン強度を有し、相違したＩｎイオン強度を有すると、第一方向に沿ってＩｎイオン強度が高くなりまたは低くなるが、これに限定されない。
【００９８】
活性領域は、複数個の高点間に複数個の第一低点を有する。複数個の第一低点は、Ｉｎイオンの含量が比較的に少ない領域であり、障壁層として作用し得る。また、複数個の第一低点は、第一方向に行くほど漸進的に低くなり、互いに同じＩｎイオン強度を有する。第一方向に行くほど漸進的に低くなると、第一領域から注入される電子と活性領域に注入される正孔との間の移動度の差のため、電子が活性領域内において発光性再結合を行わず、表面方向に通り過ぎ得るが、複数の第一低点が第一方向に行くほど漸進的に低くなることにより、活性領域に注入された電子のエネルギーを低くし、活性領域内における発光性再結合率を高めることができる。
【００９９】
活性領域の第一高点のうち、表面から第二方向に最も遠く離れた高点と、第四領域との間には、第五領域が形成され、ここで、第二方向は、第一方向と反対方向であってもよい。第五領域は、第四領域から第一方向に行くほどＩｎイオン強度が高くなる領域と、低くなる領域とを含み、両領域が接する領域において、複数の変曲点が配置される。複数の変曲点は、複数の第二高点と複数の第二低点で構成される。第五領域の第二高点のＩｎイオン強度は、活性層の第一低点のＩｎイオン強度よりも大きく、第一高点のＩｎイオン強度よりも小さい。発光しようとする光の波長により、活性領域のＩｎイオン強度が決定され、第五領域は、活性領域のＩｎイオン強度により活性領域に応力が印加され、または結晶性が低下し、または活性領域に注入される電子を、一つの層に最大限均一に分布させるために、第一高点よりも低く、第一低点よりも高い第二高点を含む。
【０１００】
第四領域は、第一方向に沿って低くなる区間とさらに高くなる区間を有し、その間に配置される変曲点を含む。変曲点は、高点がなく、第三低点のみを有する。第三低点は、第四領域のＩｎイオンの組成を低くし、第一領域を構成する半導体物質と最大限類似するように配置した区間である。第四領域は、上述のように、活性領域に電子を注入する役割を行い、このとき、Ｉｎイオン強度による応力を緩和させるために、第三低点を有するように配置する。
【０１０１】
第三領域は、第二領域に隣接した領域において、第一方向に沿ってＩｎイオン強度が高くなる領域と低くなる領域を有し、両領域間に配置される複数個の変曲点を有する。複数個の変曲点は、少なくとも一つ以上の第四高点と、少なくとも一つ以上の第四低点とで構成されても、一つの第四高点のみを有してもよい。第三領域のＩｎイオン強度は、第五領域と第一領域との間の応力を制御し、第一領域から第一方向に沿って延長される欠陥｛貫通転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）｝を防ぐ機能を有する。第四高点のＩｎイオン強度は、相違しても、同一であってもよいが、これに限定されない。第四高点は、上述した第五領域の第二低点のうち、最も低い低点よりも高く、第二高点よりも低いＩｎイオン強度を有することにより、活性領域に印加される応力を制御することができる。第四高点と第四低点との間の間隔は、活性領域の第一高点と第一低点との間の最小間隔、第五領域の第二高点と第二低点との間の最小間隔よりも狭い。したがって、第三領域は、格子定数の差を有する極めて薄い半導体物質が積層された構造であってもよく、例えば、超格子層であってもよい。第三領域が超格子層で構成されると、電流拡散特性を改善し、第一領域において活性領域に延長される欠陥密度を減らす機能を有することができる。
【０１０２】
第二領域は、第一領域に隣接した領域において第一方向に沿ってＩｎイオン強度が高くなる区間と低くなる区間を有し、複数個の変曲点を有し、複数個の変曲点は、第五高点と第五低点で構成される。第二領域は、活性領域に印加される応力を緩和し、結晶性を確保するために、複数個の第五高点を有し、第五高点は、上述した第一乃至第四高点よりも低いＩｎイオン強度を有する。第五高点は、Ｓｉ原子の濃度が均一な領域内に配置される。
【０１０３】
第一高点は、活性領域が発光する光の波長により決定され、第二乃至第五高点は、活性領域に印加される応力を緩和し、結晶性を改善するために、第二方向に漸進的に低くなるＩｎイオン強度を有する。活性領域の第一高点に対する第三領域の第四高点との間のＩｎイオン強度の第一比率は、０．３倍以上〜０．４倍以下である。第四高点のＩｎイオン強度が０．３倍よりも低いと、活性領域に印加される応力が大きくなり、活性領域の結晶性も低下してしまう。また、０．４倍よりも高いと、第三領域の結晶性が低下し、第三領域において第一方向に配置される複数の半導体層の結晶性が全て低下するという問題が発生する。
【０１０４】
活性領域の第一高点に対する第二領域の第五高点の第二比率は、０．２倍以上〜０．３倍以下である。第五高点のＩｎイオン強度が０．２倍よりも低いと、活性領域に印加される応力が大きくなり、活性領域の結晶性も低下してしまう。また、０．３倍よりも高いと、第二領域の結晶性が低下し、第二領域において第一方向に配置される複数の半導体層の結晶性が全て低下するという問題が発生する。
【０１０５】
以上、図７及び図８に示したシムスデータに基づいた第一実施例及び第二実施例について説明した。ここで、第一実施例は半導体構造物２００に基づき説明し、第二実施例は発光構造物に基づき説明していたが、上述したように、第二実施例も半導体構造物２００に適用され得ることは言うまでもない。
【０１０６】
以下、図７及び図８に示したシムスデータに基づき、各層に対する図面符号と領域が表示されていないと仮定し、シムスデータを通じて各層を区分する方法について説明する。
【０１０７】
一方、説明の便宜のために、図７を説明しながら用いた用語をそのまま用いるが、これは、図８を説明しながら用いた用語にそのまま適用され得ることは言うまでもない。
【０１０８】
活性層１５０は、Ｉｎイオンの相対的強度スペクトルを通じて区分することができる。より具体的に、Ｉｎイオンの相対的強度が最も高い地点から縦軸を基準として、約−７０％〜−９０％、好ましくは約−８０％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点から表面方向（左側）に沿って移動したとき、最初に出会う相対的強度が同じ地点と、深さ方向（右側）に沿って移動したとき、最初に出会う相対的強度が同じ地点との間に活性層１５０が位置する。
【０１０９】
例えば、Ｉｎイオンの相対的強度が最も高い地点から、縦軸を基準として約−８０％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点をａ地点とすれば、ａ地点におけるＩｎイオンの相対的強度と同じ相対的強度を有する最初の表面方向地点と深さ方向地点との間に、活性層１５０が位置する。
【０１１０】
図７を基準として説明すると、Ｉｎイオンの相対的強度が最も高い地点は、Ｉｎという文字の右側の二番目の高点であり、当該高点から縦軸を基準として約−８０％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点は、Ｉｎという文字の右側の九番目の低点である。したがって、当該低点を基準として表面方向に沿って、また深さ方向に沿って移動したとき、最初に出会う相対的強度が同じ地点との間に活性層１５０が位置し、これは、当該地点間に、図７に一緒に示した活性層１５０が含まれることにより確認される。
【０１１１】
一方、Ｉｎイオンの相対的強度が最も高い地点から、縦軸を基準として−８０％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点を選択する場合、シムスデータの縦軸がログスケールで示されていることに注意しなければならない。したがって、縦軸を基準として約−８０％内に属する地点であっても、スペクトル上においてＩｎイオンの相対的強度が最も高い地点から大きく下がらないこともある。
【０１１２】
第三半導体層１４６は、Ｉｎイオンの相対的強度スペクトルとＳｉ原子の相対的濃度スペクトルを通じて区分することができる。より具体的に、Ｓｉ原子の相対的濃度スペクトルは、深さ方向において高く現れることが確認され、Ｓｉ原子の相対的濃度が最も高い地点から縦軸を基準として約−８０％〜−９０％、好ましくは約−８７％内に属する地点のうち、また相対的濃度が最も低い地点のうち、深さ方向に最も深い地点と、当該地点から横軸を基準として約−２０％〜−３０％、好ましくは約−２５％内に属するＩｎイオンの相対的強度が最も高い地点から表面方向に沿って移動したとき、最初に出会う相対的強度が同じ地点との間に、第三半導体層１４６が位置する。
【０１１３】
例えば、Ｓｉ原子の相対的濃度が最も高い地点から、縦軸を基準として約−８７％に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点のうち、深さ方向に最も深い地点をｂ地点とし、ｂ地点から横軸を基準として約−２５％内に属するＩｎイオンの相対的強度が最も高い地点をｃ地点とし、ｃ地点におけるＩｎイオンの相対的強度と同じ相対的強度を有する最初の表面方向への地点間に第三半導体層１４６が位置する。
【０１１４】
図７を基準として説明すると、Ｓｉ原子の相対的濃度が最も高い地点は、Ｓｉという文字が記載された地点であり、当該地点において、縦軸を基準として約−８７％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点のうち、深さ方向に最も深い地点は、Ｄ２の下側矢印が位置する部分と、Ｓｉ原子のスペクトルとが出会う地点である。また、当該地点において、横軸を基準として約−２５％内に属するＩｎイオンの相対的強度が最も高い地点は、Ｄ２の下側矢印が位置する部分と、Ｉｎイオンのスペクトルとが出会う地点であり、当該地点におけるＩｎイオンの相対的強度と同じ相対的強度を有する最初の表面方向の地点は、図面符号１４４の最後の４が位置する地点であり、これらの間に第三半導体層１４６が位置し、これは、当該地点間に、図７に一緒に示した第三半導体層１４６が含まれることにより確認され、第三半導体層１４６は、ＭＴ‐ＧａＮとみなしてもよい。
【０１１５】
一方、Ｓｉ原子の相対的濃度が最も高い地点から、縦軸を基準として約−８７％内に属する地点のうち、相対的強度が最も低い地点を選択する場合、シムスデータの縦軸がログスケールで示されていることに注意しなければならない。したがって、縦軸を基準として約−８７％内に属する地点であっても、スペクトル上においてＳｉ原子の相対的濃度が最も高い地点から大きく下がらないこともある。
【０１１６】
第一半導体層１４２は、Ｓｉ原子の相対的濃度スペクトルを通じて区分することができる。より具体的に、先に区分した第三半導体層１４６におけるＳｉ原子の相対的濃度が最も高い地点から表面方向に沿って移動したとき、活性層１５０を除いて表面方向に最も近い地点と、当該地点から深さ方向に沿って移動したとき、最初に出会う相対的濃度が同じ地点との間に、第一半導体層１４２が位置する。
【０１１７】
例えば、第三半導体層１４６において、Ｓｉ原子の相対的濃度が最も高い地点をｄとし、ｄ地点から表面方向に沿って移動したとき、活性層１５０を除いて表面方向に最も近い地点をｅ地点とし、ｅ地点におけるＳｉ原子の相対的濃度と同じ相対的濃度を有する最初の表面方向への地点間に第一半導体層１４２が位置する。
【０１１８】
図７を基準として説明すると、第三半導体層１４６においてＳｉ原子の相対的濃度が最も高い地点は、Ｉｎイオンスペクトルの最右側の高点に該当し、当該高点を基準として表面方向に沿って移動したとき、活性層１５０を除いて表面方向に最も近い地点は、ＩｎイオンスペクトルとＳｉ原子スペクトルとが交差する地点である。また、当該地点におけるＳｉ原子の相対的濃度と同じ相対的濃度を有する最初の深さ方向の地点は、当該地点の最右側のＩｎイオンスペクトルとＳｉ原子スペクトルが交差する地点であるので、これらの間に第一半導体層１４２が位置し、これは、図７に一緒に示した第一半導体層１４２が含まれることから確認され、第一半導体層１４２は、ｎ‐インジェクタとみなしてもよい。
【０１１９】
以上、シムスデータに示したスペクトルにより、実施例による半導体構造物２００の各層、より具体的に、活性層１５０、第一半導体層１４２、及び第三半導体層１４６を区分する方法について説明しており、第一半導体層１４２と第三半導体層１４６との間は、第二半導体層１４４とみなし、第二半導体層１４４は、Ｓｉ原子が殆ど存在しないｕｎ‐ＩｎＧａＮとみなすことができる。
【０１２０】
一方、活性層１５０、第一半導体層１４２、及び第三半導体層１４６の区分を、図７を基準として説明する部分において、各層の深さが、図７に一緒に示した活性層１５０、第一半導体層１４２、及び第三半導体層１４６の深さとは一部異なるが、これは、図７に一緒に示された各層の深さが例示的なものであるので発生したものであり、実施例による半導体構造物２００の各層は、上述した方法により区分され、これは、他の半導体構造物にも普遍的に適用され得る。
【０１２１】
図９は、本発明の実施例による半導体素子１００が備えられた半導体素子パッケージを示した断面図である。
【０１２２】
図９を参照すると、半導体素子パッケージ１０は、パッケージ胴体部１と、パッケージ胴体部１に設けられた第一リード電極２及び第二リード電極３と、第一リード電極２及び第二リード電極３と電気的に連結される半導体素子１００と、半導体素子１００を取り囲むモールド部材４と、を備える。
【０１２３】
パッケージ胴体部１は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含めて形成されてもよく、半導体素子１００の上に傾斜面が形成されてもよい。
【０１２４】
第一リード電極２及び第二リード電極３は、互いに電気的に分離され、半導体素子１００に電源を提供する役割を行う。また、第一リード電極２及び第二リード電極３は、半導体素子１００で発生した光を反射させ、光効率を増加させる役割を行い、半導体素子１００で発生した熱を外部に排出させる役割を行うこともできる。
【０１２５】
半導体素子１００は、パッケージ胴体部１上に配置され、または第一リード電極２または第二リード電極３の上に配置されてもよい。
【０１２６】
半導体素子１００は、第一リード電極２及び第二リード電極３と、ワイヤ方式、フリップチップ方式、またはダイボンディング方式のいずれか一つにより電気的に連結されてもよい。実施例では、半導体素子１００が第一リード電極２及び第二リード電極３とそれぞれワイヤを介して電気的に連結されたものが例示されているが、これに限定されるものではない。
【０１２７】
モールド部材４は、半導体素子１００を取り囲んで半導体素子１００を保護することができる。また、モールド部材４には、蛍光体５が含まれ、半導体素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
【０１２８】
上述した半導体素子は、発光素子パッケージで構成され、照明システムの光源として用いられるが、例えば、映像表示装置の光源や照明装置等の光源として用いられ得る。
【０１２９】
映像表示装置のバックライトユニットとして使用されるとき、エッジ型のバックライトユニットとして用いられ、または直下型のバックライトユニットとして用いられてもよく、照明装置の光源として用いられるとき、灯器具やバルブ型として用いられてもよく、また携帯端末の光源として用いられてもよい。
【０１３０】
発光素子は、上述した発光ダイオードのほかにレーザダイオードがある。
【０１３１】
レーザダイオードは、発光素子と同様に、上述した構造の第一導電型半導体層、活性層、及び第二導電型半導体層を有してもよい。また、ｐ−型の第一導電型半導体とｎ−型の第二導電型半導体とを接合させた後、電流を流したとき光が放出される電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）現象を用いるが、放出される光の方向性と位相において差がある。すなわち、レーザダイオードは誘導放出（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）という現象と補強干渉現象等を用いて、一つの特定の波長（単色ビーム、ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｂｅａｍ）を有する光が、同一の位相を有して同一の方向に放出され、このような特性により、光通信や医療用装備及び半導体工程装備等に用いられ得る。
【０１３２】
受光素子としては、光を検出しその強度を電気信号に変換する一種のトランスデューサである光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を例に挙げることができる。このような光検出器として、光電池（シリコン、セレン）、光導電素子（硫化カドミウム、セレン化カドミウム）、フォトダイオード｛例えば、可視ブラインドスペクトル領域（ｖｉｓｉｂｌｅ  ｂｌｉｎｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎ）やツルーブラインドスペクトル領域（ｔｒｕｅ  ｂｌｉｎｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎ）においてピーク波長を有するフォトダイオード（ＰＤ）｝、フォトトランジスタ、光電子増倍管、光電管（真空、ガス封入）、ＩＲ（Ｉｎｆｒａ‐Ｒｅｄ）検出器等があるが、実施例は、これらに限定されない。
【０１３３】
また、光検出器のような半導体素子は、一般に光変換効率が優れた直接遷移型半導体（ｄｉｒｅｃｔ  ｂａｎｄｇａｐ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いて製作される。または、光検出器は構造が多様であるので、最も一般的な構造としてはｐ‐ｎ接合を用いるｐｉｎ型光検出器と、ショットキー接合（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を用いるショットキー型光検出器と、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ、金属−半導体−金属）型光検出器がある。
【０１３４】
フォトダイオードは、発光素子と同様に、上述した構造の第一導電型半導体層、活性層、及び第二導電型半導体層を有してもよく、ｐｎ接合またはｐｉｎ構造からなる。フォトダイオードは、逆バイアスあるいはゼロバイアスを加えて動作することになり、光がフォトダイオードに入射されると、電子と正孔が生成され、電流が流れる。このとき、電流の大きさは、フォトダイオードに入射される光の強度にほぼ比例する。
【０１３５】
光電池または太陽電池は、フォトダイオードの一種で、光を電流に変換することができる。太陽電池は、発光素子と同様に、上述した構造の第一導電型半導体層、活性層、及び第二導電型半導体層を備えてもよい。
【０１３６】
また、ｐ‐ｎ接合を用いた一般のダイオードの整流特性を通じて電子回路の整流器として用いられ、超高周波回路に適用されて発振回路等に適用されてもよい。
【０１３７】
また、上述した半導体素子は、必ずしも半導体のみで具現されるものではなく、場合に応じて金属物質をさらに含んでもよい。例えば、受光素子のような半導体素子は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｐ、またはＡｓの少なくとも一つを用いて具現されてもよく、ｐ型やｎ型ドーパントによりドープされた半導体物質や真性半導体物質を用いて具現されてもよい。
【０１３８】
以上、実施例を中心に説明したが、これらは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが理解されるだろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素を変形して実施することができる。また、このような変形と応用に係る差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解析されるべきである。
【符号の説明】
【０１３９】
１００  半導体素子
１１０  基板
１２０  バッファ層
１３０  第一導電型半導体層
１４２  第一半導体層
１４４  第二半導体層
１４６  第三半導体層
１５０  活性層
１６０  遮断層
１７０  第二導電型半導体層
１８０  投光性電極層
１９２  第一電極
１９４  第二電極
２００  半導体構造物
【図１】
2020521312.tif 000003
【図２】
2020521312.tif 000004
【図３】
2020521312.tif 000005
【図４】
2020521312.tif 000006
【図５】
2020521312.tif 000007
【図６】
2020521312.tif 000008
【図７】
2020521312.tif 000009
【図８】
2020521312.tif 000010
【図９】
2020521312.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月20日(2019.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子は、
基板、
前記基板上に配置される第一導電型半導体層、
第一層、第二層、及び第三層を有し、前記第一導電型半導体層上に配置される第一半導体層、
前記第一半導体層上に配置される活性層、及び
前記活性層上に配置される第二導電型半導体層を備え、
飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ）を用いて、前記半導体素子上に一次イオンを照射し、二次イオンを放出し、前記二次イオンとして検出されたＩｎイオンの強度及びＳｉイオンの濃度を獲得すると、
前記活性層は、前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度を含み、
前記第一層は、前記Ｓｉイオンの第一ピーク濃度を含み、
前記第二層は、前記Ｉｎイオンの第二ピーク強度及び前記Ｓｉイオンの第二ピーク濃度を含み、
前記第三層は、前記Ｉｎイオンの第三ピーク強度を含み、
前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度は、前記半導体素子のＩｎイオン強度のうち、最も高いピーク強度を含み、
前記Ｓｉイオンの第一ピーク濃度は、前記半導体素子のＳｉイオン濃度のうち、最も高いピーク濃度を含み、
前記第二層は、前記第一層と接触し、
前記第二層において、前記Ｓｉイオンの第二ピーク濃度は、前記Ｉｎイオンの第二ピーク濃度と部分的に重なり合い、
前記Ｉｎイオンの第三ピーク強度は、前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度及び前記Ｉｎイオンの第二ピーク強度の間に位置し、
前記第三層において、前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度及び前記Ｉｎイオンの第三ピーク強度の差である第一差は、Ｄ１であり、
前記第二層において、前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度及び前記Ｉｎイオンの第二ピーク強度の差である第二差は、Ｄ２であり、
前記Ｄ１とＤ２の比率は、１：２である半導体素子。
【請求項２】
前記活性層における前記Ｉｎイオンの第一ピーク強度は、前記半導体素子のＩｎイオン強度のうち、最も高い強度である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記一次イオンの加速電圧は２０〜３０ｋｅＶであり、
照射電流は０．１ｐＡ〜５．０ｐＡであり、
照射面積は２０ｎｍ×２０ｎｍである請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記活性層におけるＩｎイオンの第一ピーク強度は、前記第一層におけるＩｎイオンの強度のうち、最も高いイオン強度よりも高く、
前記第一層におけるＩｎイオンの強度のうち、最も高いイオン強度は、前記第二層におけるＩｎイオンの第二ピーク強度よりも高い請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記活性層におけるＩｎイオンは、複数のイオン強度を有し、
前記活性層におけるＩｎイオンの複数のイオン強度は、前記活性層におけるＩｎイオンの第一ピーク強度に近似する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第一層におけるＩｎイオンは、複数のイオン強度を有し、
前記第一層におけるＩｎイオンの複数のイオン強度は、前記第一層におけるＩｎイオンの強度のうち、最も高いイオン強度に近似し、
前記第二層におけるＩｎイオンは、複数のイオン強度を有し、
前記第二層におけるＩｎイオンの複数のイオン強度は、前記第二層におけるＩｎイオンの第二ピーク強度に近似である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第一層は、
前記活性層と第二層との間に配置された請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
半導体素子は、
基板、
前記基板上に配置される第一導電型半導体層、
前記第一導電型半導体層上に配置される半導体層、及び
前記第一半導体層上に配置される第二導電型半導体層を備え、
飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ‐ＳＩＭＳ）を用いて、半導体素子上に一次イオンを照射し、二次イオンを放出し、前記二次イオンとして検出されたＩｎイオンの強度に対するグラフを獲得し、前記グラフは、前記半導体素子の深さ方向に対して前記Ｉｎイオンの強度に対する複数の変曲点を有し、
前記複数の変曲点は、
第一高点及び第一低点を含む第一グループと、
第二高点及び第二低点を含む第二グループと、
第三高点及び第三低点を含む第三グループと、
第四高点及び第四低点を含む第四グループと、を有し、
前記第一高点は、第二高点よりも高く、
前記第一グループは、前記基板から前記第二グループよりも遠く離れており、
前記第二高点は、第三高点よりも高く、前記第三高点は、第四高点よりも高く、
前記第一乃至第四グループは、順に前記基板から遠く離れた半導体素子。
【請求項９】
前記第三高点は、第一低点よりも低い請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記第四高点は、前記第一低点及び第二低点よりも低い請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記第一高点と第三高点との差である第一差は、Ｄ１であり、
前記第一高点と第四高点との差である第二差は、Ｄ２であり、
前記Ｄ１とＤ２の比率は、１：２である請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記一次イオンの加速電圧は２０〜３０ｋｅＶであり、
照射電流は０．１ｐＡ〜５．０ｐＡであり、
照射面積は２０ｎｍ×２０ｎｍである請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記第一グループは、前記第一半導体層に対応し、
前記第一半導体層は、活性層である請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記第一グループは、第一Ｉｎイオン含量を含む活性層であり、
前記第二グループは、前記活性層の第一Ｉｎイオン含量の６０％〜８０％である第二Ｉｎイオン含量を含む第一半導体層に対応し、
前記第三グループは、前記活性層の第一Ｉｎイオン含量の２０％〜３０％、または前記第一半導体層の第二Ｉｎイオン含量の３０％〜４０％である第三Ｉｎイオン含量を含む第二半導体層に対応し、
前記第四グループは、前記第一半導体層の第一Ｉｎイオン含量の５％〜１０％、または前記第二半導体層の第三Ｉｎイオン含量の２０％〜３０％である第四Ｉｎイオン含量を含む第三半導体層に対応する請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記第一領域は、活性層に対応し、
前記第二領域は、第二半導体層に対応し、
前記第三領域は、第三半導体層に対応し、
前記第四領域は、第四半導体層に対応する請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、Ｉｎの組成比は１４％である請求項１５に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記第二半導体層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、Ｉｎの組成比は６％〜９％である請求項１５に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記第三半導体層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、Ｉｎの組成比は３％〜６％である請求項１５に記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記第四半導体層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子構造であり、Ｉｎの組成比は１％〜３％である請求項１５に記載の半導体素子。
【国際調査報告】
2020521312.tif 000012
2020521312.tif 000013
2020521312.tif 000014
2020521312.tif 000015