JP2000150957A - Group iii nitride semiconductor light emitting element - Google Patents

Group iii nitride semiconductor light emitting element

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JP2000150957A
JP2000150957A JP32245698A JP32245698A JP2000150957A JP 2000150957 A JP2000150957 A JP 2000150957A JP 32245698 A JP32245698 A JP 32245698A JP 32245698 A JP32245698 A JP 32245698A JP 2000150957 A JP2000150957 A JP 2000150957A
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group iii
nitride semiconductor
light emitting
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Takashi Udagawa
隆 宇田川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a group III nitride semiconductor light emitting element to fulfill its function of radiating short-wavelength visible light in the blue or green color band, by forming the light emitting layer of the element in such a way that a super lattice structure is arranged on an n-type clad layer side, and providing an active layer on the layer arranged at the end of the supper lattice structure on a p-type clad layer side. SOLUTION: A group III nitride semiconductor light emitting element is constituted in such a way that a buffer layer 102 composed of undoped GaN (gallium nitride) is deposited on a sapphire substrate 101 and a lower clad layer 103 composed of N-type GaN is deposited on the layer 102. Then a super lattice structure 104 is arranged on the layer 103 by alternately laminating Group III n-type crystalline nitride semiconductor layers containing group III constituent elements at different percentages composition and having nearly equal thicknesses upon another in 2-25 cycles. In addition, an active layer 109 composed of a crystalline group III n-type nitride semiconductor layer is provided on the upper terminating layer 106 arranged at the terminating end of the structure 104 on a p-type clad layer 110 side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、III 族窒化物半導
体結晶から成る短波長発光素子を得るための技術に関
し、特に、高輝度で且つ発光波長の長波長化をも帰結で
きる発光層を構成するための技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for obtaining a short-wavelength light-emitting device made of a group III nitride semiconductor crystal, and more particularly, to a light-emitting layer having high luminance and capable of attaining a longer emission wavelength. Related to technology.

【０００２】[0002]

【従来の技術】赤橙色帯から青紫色帯の短波長可視光若
しくは近紫外光や紫外光を発光する発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）或いはレーザーダイオード（ＬＤ）は、III 族窒
化物半導体に分類されるＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（０≦
Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）結晶材料を利用して
構成されている（例えば、特公昭５５−３８３４号参
照）。窒素（Ｎ）に加えて、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）
等の第Ｖ族元素を含む例えば、ＡｌX ＧａY ＩｎZ ＮQ
Ｍ1-Q （０≦Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１、記号Ｍ
は窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜Ｑ＜１）などのII
I 族窒化物半導体も、III 族窒化物半導体発光素子を構
成するために利用されている（特開平４−１９２５８
５号、特開平４−１９２５８６号、特開平１０−８
４１６３号公報及びＥＰ ０ ４９６ ０３０ Ａ２
参照）。2. Description of the Related Art A light-emitting diode (L) emitting short-wavelength visible light, near-ultraviolet light, or ultraviolet light in the red-orange to blue-violet band.
ED) or a laser diode (LD) is an Al X Ga Y In Z N (0 ≦
X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) It is configured using a crystal material (for example, see Japanese Patent Publication No. 55-3834). In addition to nitrogen (N), phosphorus (P) and arsenic (As)
For example, Al X Ga Y In Z N Q containing a group V element such as
M 1-Q (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1, symbol M
Represents a Group V element other than nitrogen, and II such as 0 <Q <1)
Group I nitride semiconductors have also been used for constructing group III nitride semiconductor light emitting devices (Japanese Patent Laid-Open No. 19258/1992).
5, JP-A-4-192586, JP-A-10-8
No. 4163 and EP 0 496 030 A2
reference).

【０００３】これらのIII 族窒化物半導体発光素子にあ
っては、発光部は、高輝度の発光を出射するに都合の良
いｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造から構成す
るのが従来からの常套手段である（特開平６−２６０２
８３号参照）。発光層を挟持してＤＨ構造の発光部を構
成するｎ形並びにｐ形クラッド層は、従来よりＡｌXＧ
ａY Ｎ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成される
のが通例である（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
３２（１９９３）、Ｌ８〜Ｌ１１頁参照）。発光層は実
用上、ｎ形のＧａY ＩｎZ Ｎ（０＜Ｙ，Ｚ＜１、Ｙ＋Ｚ
＝１）からもっぱら構成されている（特公昭５５−３８
３４号参照）。インジウム組成比（＝Ｚ）の調整に依
り、約３６０ナノメーター（ｎｍ）から約５６０ｎｍに
至る近紫外帯から短波長可視光帯に至る発光を得るに好
都合な禁止帯幅が与えられるからである。In these group III nitride semiconductor light emitting devices, the light emitting portion is conventionally formed of a pn junction type double hetero (DH) junction structure which is convenient for emitting high-luminance light. Conventional means (JP-A-6-2602)
No. 83). Conventionally, the n-type and p-type cladding layers constituting the light emitting portion of the DH structure with the light emitting layer interposed therebetween have been made of Al x G
a Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1) is usually used (Jpn. J. Appl. Phys.,
32 (1993), pages L8-L11). The light emitting layer is practically an n-type Ga Y In Z N (0 <Y, Z <1, Y + Z
= 1) (Japanese Patent Publication No. 55-38)
No. 34). Adjustment of the indium composition ratio (= Z) provides a bandgap that is convenient for obtaining light emission from the near ultraviolet band from about 360 nanometers (nm) to about 560 nm to the short wavelength visible light band. .

【０００４】例えば、単一のIII 族窒化物半導体発光層
からなる青色帯ＬＥＤには、インジウム組成比（＝Ｚ）
を０．０６とするＧａ0.94Ｉｎ0.06Ｎが利用されている
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，１３
（３）（１９９５）、７０５〜７１０頁参照）。より長
波長の緑色帯の発光用途として、更にインジウム組成比
を０．４５と高くしたＧａ0.55Ｉｎ0.45Ｎを、井戸層と
してではあるが用いる例がある（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，３４（Ｐａｒｔ ２）、Ｎｏ．１０Ｂ
（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。[0004] For example, a single group III nitride semiconductor light emitting layer
In the blue band LED consisting of: indium composition ratio (= Z)
Ga to 0.060.94In0.06N is used
(J. Vac. Sci. Technol. A,13
(3) (1995), pp. 705-710). Longer
Indium composition ratio for light emission in green band of wavelength
Increased to 0.450.55In0.45N with the well layer
However, there is an example used (Jpn. J. App
l. Phys. ,34(Part 2), No. 10B
(1995), pages L1332 to L1335).

【０００５】発光層を単一量子井戸（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）構造或いは多重量子
井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱ
Ｗ）構造から構成する従来例も知られている（Ｍａｔ．
Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４４
９（１９９７）、１２０３〜１２０８頁参照）。量子井
戸構造とすれば、発光スペクトルが狭帯化され、単色性
に優れる発光が帰結され易いからである。可視光発光素
子の発光部を構成するＳＱＷ或いはＭＱＷ構造に備えら
れる井戸（ｗｅｌｌ）層もやはり、ＧａY ＩｎZ Ｎ（０
＜Ｙ，Ｚ＜１、Ｙ＋Ｚ＝１）から構成する例がある（Ｊ
ｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３５（１９９６）、
Ｐａｒｔ ２、Ｎｏ．１Ｂ、Ｌ７４〜７６頁参照）。The light emitting layer is formed of a single quantum well (Single Q).
Quantum Well: SQW structure or Multi Quantum Well: MQ
W) structure is also known (Mat.
Res. Soc. Symp. Proc. , Vol. 44
9 (1997), pp. 1203-1208). This is because if the quantum well structure is used, the emission spectrum is narrowed, and light emission excellent in monochromaticity is easily caused. The well layer provided in the SQW or MQW structure constituting the light emitting portion of the visible light emitting element is also Ga Y In Z N (0
<Y, Z <1, Y + Z = 1) (J)
pn. J. Appl. Phys. , 35 (1996),
Part 2, No. 1B, L74-76).

【０００６】井戸層を挟んで対向する位置に配置される
障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層は、当然の事ながら、井戸層
の構成材料よりも禁止帯幅を大とするIII 族窒化物半導
体材料から構成される。従来例に於いは、障壁層は、Ａ
ｌX ＧａY Ｎ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成
するのが通例である（特開平１０−１６３５７１号参
照）。ＳＱＷ或いはＭＱＷ構造に拘わらず、従来の矩形
ポテンシャル構造型の量子井戸構造の発光層からは、井
戸層内に形成される量子準位により、井戸層を構成する
ＧａY ＩｎZ Ｎの禁止帯幅に対応する波長よりも短波長
の発光がもたらされるのが常例である。The barrier layer disposed at a position facing the well layer is made of a group III nitride semiconductor material having a larger band gap than the constituent material of the well layer. You. In the conventional example, the barrier layer is made of A
Usually, it is composed of 1 X Ga Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1) (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-163571). Regardless of the SQW or MQW structure, the band gap of Ga Y In Z N constituting the well layer is generated by the quantum level formed in the well layer from the conventional rectangular potential structure type quantum well structure light emitting layer. It is usual that light emission of a wavelength shorter than the wavelength corresponding to the above is provided.

【０００７】発光層を歪を内在する層（歪層：Ｓｔａｒ
ｉｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から構成する従来技術も開示さ
れている（特開平７−２９７４７６号公報参照）。この
従来例に於いては、発光層たる井戸層は、厚さを７ｎｍ
とするＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎが使用されている。一方、歪
層を重層させてなる歪超格子（Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａ
ｙｅｒ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ：ＳＬＳ）構造
は、主に発光部以外の一構成要素として利用されてい
る。例えば、Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ＜１）からなるＳＬＳ構造は、Ｇａ1-x
Ｉｎx Ｎ（０＜ｘ≦１）バッファ層の転位がＤＨ構造発
光部の活性（発光）層に伝搬するのを防ぐ、転位低減層
として利用されている（特開平８−２６４８３３号公報
参照）。また、Ａｌd Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ｎ（０≦ｃ，ｄ
≦１、０≦ｃ＋ｄ＜１）とＡｌy Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ｎ
（０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）とからなるＳＬＳ
構造を上記例と同じくＤＨ構造発光部の下方に配置する
従来例が知られている（特開平６−１５２０７２号公報
参照）。他には、ＡｌＮとＧａＮとのＳＬＳ構造からバ
ッファ層を構成する例も知られている（特開平３−２０
３３８８号公報参照）。The light-emitting layer is formed as a layer having a strain (strain layer: Star).
A conventional technology comprising an ined layer is also disclosed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297476). In this conventional example, the well layer serving as the light emitting layer has a thickness of 7 nm.
In 0.2 Ga 0.8 N is used. On the other hand, a strained superlattice (Strained La
The yer super lattice (SLS) structure is mainly used as one component other than the light emitting unit. For example, Al y Ga 1-xy In x N (0 ≦ x, y ≦
The SLS structure consisting of 1, 0 ≦ x + y <1) is Ga 1−x
It is used as a dislocation reduction layer that prevents dislocations in an In x N (0 <x ≦ 1) buffer layer from propagating to an active (light emitting) layer of a DH structure light emitting portion (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264833). . Also, Al d Ga 1-cd In c N (0 ≦ c, d
≦ 1, 0 ≦ c + d <1) and Al y Ga 1-xy In x N
SLS consisting of (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1)
A conventional example in which the structure is disposed below the DH structure light-emitting portion as in the above example is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-152072). Another example is known in which a buffer layer is formed from an SLS structure of AlN and GaN (Japanese Patent Laid-Open No. 3-20 / 1990).
No. 3388).

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の発
光部は、単一の層或いは量子井戸構造若しくは量子井戸
構造と見なせる構造から構成されている。単一の層から
なる発光層とは、組成的ではなく、数的に単独のIII 族
窒化物半導体層からなる発光層である。ＧａY ＩｎZ Ｎ
からなる単一の発光層（井戸層）にあって、より長波長
の発光を与える発光層とするにはインジウム組成比（＝
Ｚ）をより大とするＧａY ＩｎZ Ｎ層から構成すること
が必要となる。まして、従来の矩形ポテンシャル構造か
らなる量子井戸構造では、より長波長の発光を得るため
には、単一層からなる発光層に比較して、更にインジウ
ム組成比を大とするＧａY ＩｎZ Ｎ層から井戸層を構成
するのが必然となる。矩形ポテンシャル井戸層内に形成
される量子準位によって、キャリア間の遷移エネルギー
が増加するからである。As described above, the conventional light emitting section is constituted by a single layer or a quantum well structure or a structure which can be regarded as a quantum well structure. The light emitting layer composed of a single layer is a light emitting layer composed of a single group III nitride semiconductor layer, not compositionally. Ga Y In Z N
In order to make a single light emitting layer (well layer) made of
It is necessary to configure the Ga Y In Z N layer to larger and Z). Further, in the conventional quantum well structure having a rectangular potential structure, in order to obtain light emission of a longer wavelength, a Ga Y In Z N layer having a larger indium composition ratio than a light emitting layer having a single layer is required. Therefore, it is inevitable to form a well layer. This is because the transition energy between carriers increases due to the quantum level formed in the rectangular potential well layer.

【０００９】一方、発光層或いは井戸層を構成するＧａ
Y ＩｎZ Ｎの成膜技術の観点からすれば、インジウム組
成比（＝Ｚ）を大とするＧａY ＩｎZ Ｎを得るには、成
膜温度を低下させる必要がある。ところが、５００℃前
後の低温で成膜されたＧａYＩｎZ Ｎは、結晶性に劣る
ものとなることが報告されている（「電子情報通信学会
誌」、Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．９（１９９３年９月）、９
１３〜９１７頁参照）。発光層を構成するIII 族窒化物
半導体結晶層の結晶性の優劣は、発光強度の優劣となっ
て現れる。即ち、結晶性の劣るＧａY ＩｎZ Ｎ結晶層を
発光層或いは井戸層の構成材料とすることは、高輝度の
窒化物半導体発光素子を得るに不利となる。On the other hand, Ga forming a light emitting layer or a well layer
From the standpoint of film formation technique Y an In Z N, the indium composition ratio a (= Z) to obtain Ga Y In Z N for large, it is necessary to lower the film forming temperature. However, it has been reported that Ga Y In Z N formed at a low temperature of about 500 ° C. has poor crystallinity (“Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers”, Vol . 76 , No. 9 (1993)). September), 9
Pages 13 to 917). The crystallinity of the group III nitride semiconductor crystal layer constituting the light emitting layer appears as the light emitting intensity. That is, using a Ga Y In Z N crystal layer having poor crystallinity as a constituent material of the light emitting layer or the well layer is disadvantageous for obtaining a high-luminance nitride semiconductor light emitting device.

【００１０】そもそも、８００℃前後での高温成長によ
りもたらされる、インジウム組成比は小さいものの結晶
性に優れるＧａY ＩｎZ Ｎから（上記の「電子情報学会
誌」参照）、比較的長波長の可視光をも放射できる発光
層或いは井戸層を構成できれば、高輝度のIII 族窒化物
半導体発光素子を獲得するに優位となるのは勿論であ
る。しかし、インジウム組成比の減少と共に室温での禁
止帯幅は増加するために（特公昭５５−３８３４号参
照）、青緑色帯或いは緑色帯の発光をもたらす発光層を
構成する好適な構成材料とは成り難い不具合が発生す
る。特に、この様な比較的低インジウム組成比のＧａY
ＩｎZ Ｎ結晶層から構成された矩形ポテンシャル井戸層
は、緑色帯などの短波長可視光を放射するに尚一層のこ
と不具合となる。[0010] To begin with, caused by high temperature growth before and after 800 ° C., (see "Journal of Electronic Information Society" above) indium composition ratio of Ga Y In Z N with excellent crystallinity of small ones, of relatively long wavelength visible If a light emitting layer or a well layer capable of emitting light can be formed, it is a matter of course that it is superior in obtaining a high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device. However, since the bandgap at room temperature increases with a decrease in the indium composition ratio (see Japanese Patent Publication No. 55-3834), a suitable constituent material for forming a light emitting layer that emits light in a blue-green band or a green band is described. A hard-to-implement fault occurs. In particular, Ga Y having such a relatively low indium composition ratio
An In Z N rectangular potential well layer composed of a crystal layer still a problem more things to emit short wavelength visible light such as green band.

【００１１】従って、結晶性に優れる低インジウム組成
比（＝Ｚ）のＧａY ＩｎZ Ｎ結晶層を、単一の発光層或
いはポテンシャル井戸層の構成材料として利用した際に
も、より長波長の可視光の発光を簡便に顕現できる発光
層の構成を発明すれば、高輝度のIII 族窒化物半導体発
光素子を構成するのが可能となる。Accordingly, the Ga Y In Z N crystal layer having a low indium composition ratio excellent crystallinity (= Z), even when using as the material of a single light emitting layer or the potential well layer, the longer wavelength By inventing a structure of a light emitting layer that can easily emit visible light, it becomes possible to form a high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device.

【００１２】更には、発光層或いは井戸層を構成するＧ
ａY ＩｎZ Ｎ結晶層の結晶品質を意識的に安定して向上
させる手段が施せれば、一層のこと、高輝度のIII 族窒
化合物半導体発光素子を安定して得るに格別に優位とな
るのは勿論である。Further, G forming the light emitting layer or the well layer
If Hodokosere is a Y In Z N means for intentionally stably improve the crystal quality of the crystal layer, and further that, exceptionally superior to stably obtain a group III nitride compound semiconductor light-emitting device with high luminance Of course.

【００１３】本発明の第１の課題は、特に、緑色帯或い
はそれよりも長波長側の発光を得るために、インジウム
組成比を比較的に大とする、結晶性に劣るＧａY ＩｎZ
Ｎ結晶層から発光層を構成しなければならず、このた
め、III 族窒化物半導体発光素子の高輝度化に支障を来
している不都合を回避する手段を見い出すことにある。
換言すれば、低いインジウム組成比であり、このため結
晶性に優れるＧａY ＩｎZ Ｎ結晶層を発光層とした場合
であっても、青色帯或いは緑色帯の短波長可視光を放射
する機能を発揮できる、従来の矩形ポテンシャル構造の
量子井戸構造とは異なる単純な接合構造からなる発光部
を構成する技術手段を提示することにある。A first object of the present invention, particularly, a green band or than to obtain light with a longer wavelength side, and large indium composition ratio relatively poor crystalline Ga Y an In Z
The light-emitting layer must be composed of an N-crystal layer. Therefore, an object of the present invention is to find a means for avoiding inconvenience that hinders an increase in luminance of a group III nitride semiconductor light-emitting device.
In other words, even when the Ga Y In Z N crystal layer having a low indium composition ratio and thus excellent crystallinity is used as the light emitting layer, the function of emitting short-wavelength visible light in the blue band or the green band is achieved. It is an object of the present invention to provide a technical means for forming a light emitting unit having a simple junction structure different from a conventional quantum well structure having a rectangular potential structure.

【００１４】また、本発明の第２の課題は、高輝度の発
光をもたらすに好都合な発光層の構成と相俟って、Ｇａ
Y ＩｎZ Ｎ結晶からなる発光層に係わる、高輝度化に貢
献できる接合構成を提示することにある。A second object of the present invention is to provide a light-emitting layer which is advantageous in providing high-luminance light emission.
According to Y an In Z N light-emitting layer comprising a crystal is to provide a junction structure that can contribute to high brightness.

【００１５】[0015]

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に記載の
発明は、単結晶基板の一表面上に形成されたｎ形クラッ
ド層とｐ形クラッド層と、該ｎ形およびｐ形クラッド層
の間に設けられたIII族窒化物半導体結晶層からなる発
光層とを有する、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接
合構造のIII 族窒化物半導体発光素子において、該発光
層が、ｎ形クラッド層側に配置された、III 族構成元素
の組成比を相違し且つ層厚を略同一とするｎ形III 族窒
化物半導体結晶層を交互に重層させてなる、積層周期数
を２対以上２５対以下とした超格子構造と、該超格子構
造のｐ形クラッド層側の終端に配置された層（上部終端
層）の上に設けられた、バンドの曲折に因る非矩形のポ
テンシャル構成を有する、ｎ形のIII 族窒化物半導体結
晶層からなる活性層とを有することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an n-type cladding layer and a p-type cladding layer formed on one surface of a single crystal substrate, and the n-type and p-type cladding layers. A pn junction type double hetero (DH) junction structure group III nitride semiconductor light emitting device having a light emitting layer made of a group III nitride semiconductor crystal layer provided therebetween. The n-type group III nitride semiconductor crystal layers having different composition ratios of group III constituent elements and having substantially the same layer thickness, which are arranged on the layer side, are alternately layered. A superlattice structure that is a pair or less, and a non-rectangular potential configuration due to band bending provided on a layer (upper termination layer) disposed at the end of the superlattice structure on the p-type cladding layer side. An active layer comprising an n-type group III nitride semiconductor crystal layer. It is characterized by doing.

【００１６】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のIII 族窒化物半導体発光素子にあって、前記超
格子構造が、層厚の相違を５ナノメータ（ｎｍ）以下と
し、III 族構成元素の組成比を異にする、導電性のｎ形
窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（ＡｌX
ＧａY ＩｎZ Ｎ：０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ＜
１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなる２種類の層を交互に重層
させた、非量子井戸構造の超格子構造であることを特徴
とする。The invention described in claim 2 is the first invention.
3. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to item 1, wherein the superlattice structure has a difference in layer thickness of 5 nanometers (nm) or less and a different composition ratio of group III constituent elements. Aluminum nitride / gallium / indium mixed crystal (Al X
Ga Y In Z N: 0 ≦ X <1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z <
1, X + Y + Z = 1), which is characterized in that it has a superlattice structure of a non-quantum well structure in which two types of layers alternately layered.

【００１７】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
乃至２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子にあって、
前記活性層が、前記超格子構造の上部終端層上に設けら
れた、インジウム組成比を０．３以下とする窒化ガリウ
ム・インジウム混晶（ＧａYInZ Ｎ：０．７≦Ｙ＜１、
０＜Ｚ≦０．３、Ｙ＋Ｚ＝１）を井戸層とし、インジウ
ム組成比をより小とする窒化ガリウム・インジウム混晶
（ＧａB ＩｎC Ｎ：Ｙ＜Ｂ＜１、０＜Ｃ＜Ｚ、Ｂ＋Ｃ＝
１）を障壁層とする、積層周期数を５周期以下とする量
子井戸構造のｐ形クラッド層側の終端の井戸層からなる
ことを特徴とする。The invention described in claim 3 is the first invention.
3. The group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of
The active layer is provided on the upper termination layer of the superlattice structure, and has a gallium indium nitride mixed crystal (Ga Y In Z N: 0.7 ≦ Y <1, with an indium composition ratio of 0.3 or less,
Gallium indium nitride mixed crystal (Ga B In C N: Y <B <1, 0 <C <Z, 0 <Z ≦ 0.3, Y + Z = 1) is used as a well layer and the indium composition ratio is made smaller. B + C =
It is characterized by comprising a well layer at the end on the p-type cladding layer side of a quantum well structure in which the number of lamination cycles is 5 or less, wherein 1) is a barrier layer.

【００１８】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子にあって、
前記活性層が、前記超格子構造の上部終端層に直接接合
させて設けた単層の窒化ガリウム・インジウム混晶から
なることを特徴とする。The invention described in claim 4 is the first invention.
3. The group III nitride semiconductor light emitting device according to any one of
The active layer is made of a single-layer gallium-indium nitride mixed crystal provided directly in contact with the upper termination layer of the superlattice structure.

【００１９】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至４の何れかに記載のIII 族窒化物半導体発光素子に
於いて、前記活性層が、インジウム組成比（＝β）を相
違する、複数のＧａαＩｎβＮ結晶相（０≦α＜１、α
＋β＝１）から成る多相構造の窒化ガリウム・インジウ
ム混晶から構成されることを特徴とする。The invention described in claim 5 is the first invention.
5. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 4, wherein the active layer comprises a plurality of GaαInβN crystal phases (0 ≦ α <1, αα) having different indium composition ratios (= β).
+ Β = 1), and is characterized by being composed of a gallium nitride-indium mixed crystal having a multiphase structure composed of + β = 1).

【００２０】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載のIII 族窒化物半導体発光素子にあって、特に前
記活性層が、活性層を堆積することとなる下の層（被堆
積層）を構成するｎ形III 族窒化物半導体と同じ組成の
ｎ形III 族窒化物半導体結晶から主に構成される主体相
と、該主体相とはインジウム組成比を異にするＧａαＩ
ｎβＮ結晶からなる従属相とから構成されることを特徴
とする。The invention described in claim 6 is the same as the invention in claim 5
Wherein the active layer has the same composition as an n-type group III nitride semiconductor constituting a lower layer (layer to be deposited) on which the active layer is to be deposited. a main phase mainly composed of an n-type group III nitride semiconductor crystal; and a GaαI layer having a different indium composition ratio from the main phase.
and a dependent phase composed of nβN crystals.

【００２１】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
乃至６の何れかに記載のIII 族窒化物半導体発光素子に
於いて、前記活性層が、ｐ形クラッド層側の接合界面の
近傍の領域で、伝導帯若しくは価電子帯のフェルミレベ
ル側への曲折部を有する、インジウム組成比（＝Ｚ）を
０．３以下とするｎ形窒化ガリウム・インジウム混晶
（ＧａY ＩｎZ Ｎ：０．７≦Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．３、
Ｙ＋Ｚ＝１）から構成されることを特徴する。The invention described in claim 7 is the first invention.
7. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of the above items 1 to 6, wherein the active layer is formed in a region near the junction interface on the side of the p-type cladding layer, the region being closer to the Fermi level side of the conduction band or valence band. An n-type gallium nitride-indium mixed crystal (Ga Y In Z N: 0.7 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 0.3, having a bent portion and having an indium composition ratio (= Z) of 0.3 or less.
Y + Z = 1).

【００２２】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
乃至６の何れかに記載のIII 族窒化物半導体発光素子に
於いて、前記活性層とｐ形クラッド層との間に、ｐ形不
純物を含むｎ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ
X ＧａY Ｎ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）が
形成され、前記活性層が、該ｐ形不純物を含むｎ形窒化
アルミニウム・ガリウム混晶との接合界面近傍の領域で
伝導帯のフェルミレベル側への曲折部を有する、インジ
ウム組成比（＝Ｚ）を０．３以下とするｎ形窒化ガリウ
ム・インジウム混晶（ＧａY ＩｎZ Ｎ：０．７≦Ｙ＜
１、０＜Ｚ≦０．３、Ｙ＋Ｚ＝１）から構成されること
を特徴する。The invention described in claim 8 is the first invention.
7. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to any one of items 1 to 6, wherein an n-type aluminum nitride-gallium mixed crystal (Al) containing a p-type impurity is provided between the active layer and the p-type cladding layer.
X Ga Y N: 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y = 1) is formed, and the active layer is formed in the vicinity of the junction interface with the n-type aluminum nitride-gallium mixed crystal containing the p-type impurity. N-type gallium nitride-indium mixed crystal (Ga Y In Z N: 0.7 ≦ Y <) having a bend toward the Fermi level side of the conduction band in the region and having an indium composition ratio (= Z) of 0.3 or less
1, 0 <Z ≦ 0.3, Y + Z = 1).

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態では、発
光層を２つの部位から構成する。一方はIII族窒化物半
導体結晶層からなる超格子構造部位である。他の一方
は、超格子構造上に設けるインジウム含有III 族窒化物
半導体結晶から成る活性層である。最初に要約するが、
上記の超格子構造は、上方の活性層を構成するIII 族窒
化物半導体結晶層の結晶性を向上させるために設ける部
位である。一方の活性層は、実際に発光をもたらす、実
質上発光をなす層である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a first embodiment of the present invention, a light emitting layer is composed of two parts. One is a superlattice structure portion composed of a group III nitride semiconductor crystal layer. The other is an active layer made of an indium-containing group III nitride semiconductor crystal provided on the superlattice structure. To summarize first,
The superlattice structure is a portion provided for improving the crystallinity of the group III nitride semiconductor crystal layer constituting the upper active layer. One active layer is a layer that actually emits light and emits light substantially.

【００２４】発光層の一構成要素とするIII 族窒化物半
導体結晶層からなる超格子構造は、例えば、ｎ形の窒化
ガリウム（ＧａＮ）からなる下部クラッド層上に設け
る。超格子構造は、導電性でしかも低抵抗のIII 族窒化
物半導体結晶層から構成するのが必須である。即ち、本
発明の超格子構造は、導電性に優れる超格子構造であっ
て、これより、下部クラッドとの電気的導通性を確保す
る。キャリア濃度にして概ね、１×１０18ｃｍ-3程度で
あり、比抵抗（抵抗率）にして大凡、数ミリオーム（ｍ
Ω）或いはそれ以下の導電性に優れるIII 族窒化物半導
体層が超格子構造を構成するに適する。導電性に優れる
III 族窒化物半導体結晶層は、ｐ形或いはｎ形不純物を
故意に添加（ドーピング）すれば安定して得ることがで
きる。本発明では、超格子構造は、ｎ形のIII 族窒化物
半導体結晶層から構成するのを好ましいとする関係上、
珪素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、錫（Ｓｎ）やセレン（Ｓ
ｅ）などのｎ形不純物をドーピングした低抵抗のｎ形II
I 族窒化物半導体結晶層から構成するのが最適である。A superlattice structure composed of a group III nitride semiconductor crystal layer, which is a component of the light emitting layer, is provided on a lower cladding layer composed of, for example, n-type gallium nitride (GaN). It is essential that the superlattice structure be made of a conductive and low-resistance group III nitride semiconductor crystal layer. That is, the superlattice structure of the present invention is a superlattice structure having excellent conductivity, and thereby secures electrical conductivity with the lower clad. The carrier concentration is approximately 1 × 10 18 cm −3 , and the specific resistance (resistivity) is approximately several milliohms (m
Ω) or less, and a group III nitride semiconductor layer having excellent conductivity is suitable for forming a superlattice structure. Excellent conductivity
A group III nitride semiconductor crystal layer can be stably obtained by intentionally adding (doping) a p-type or n-type impurity. According to the present invention, the superlattice structure preferably includes an n-type group III nitride semiconductor crystal layer.
Silicon (Si), sulfur (S), tin (Sn) and selenium (S
Low resistance n-type doped with n-type impurities such as e) II
Optimally, it is composed of a group I nitride semiconductor crystal layer.

【００２５】超格子構造を構成する各層の層厚は、従来
のＳＬＳ構造を構成する際の様に、歪に関して臨界膜厚
以下に薄くする必要は敢えてない。臨界膜厚以下のIII
族窒化物半導体結晶の薄層は、原理的には量子井戸層と
しても機能できる層である。しかしながら、本発明で
は、後述の理由により、超格子構造を量子効果を発現す
る量子井戸構造から構成するのは避ける。従って、量子
井戸層としての機能が充分に発現されない、形成されて
も精々、量子準位は５０ミリエレクトロンボルト（ｍｅ
Ｖ）以下とするために、超格子構造を構成する各層の層
厚は、約２０ｎｍ以上とする。望ましく約４０ｎｍ以上
とし、約５０ｎｍから約７０ｎｍの範囲にあるのが最も
好ましいとする。即ち、発光層の一部をなす本発明の超
格子構造は、量子井戸構造若しくは歪超格子（ＳＬＳ）
構造から構成されるのではなく、好ましくは導電性に優
れ、且つ層厚を約５０ｎｍ〜約７０ｎｍの範囲とするII
I 族窒化物半導体結晶層を単純に重層させてなる、殆ど
量子効果を発揮しない単純な超格子構造である。It is not necessary to make the thickness of each layer constituting the superlattice structure thinner than the critical film thickness with respect to the strain as in the case of constituting the conventional SLS structure. III below critical film thickness
The thin layer of the group III nitride semiconductor crystal is a layer that can also function as a quantum well layer in principle. However, in the present invention, the superlattice structure is prevented from being composed of a quantum well structure exhibiting a quantum effect for the reasons described below. Therefore, the function as the quantum well layer is not sufficiently exhibited. Even if formed, the quantum level is at most 50 millielectron volts (me
V) The thickness of each layer constituting the superlattice structure is set to about 20 nm or more in order to make the thickness less than or equal to V). It is desirably about 40 nm or more, and most preferably in the range of about 50 nm to about 70 nm. That is, the superlattice structure of the present invention that forms a part of the light emitting layer is a quantum well structure or a strained superlattice (SLS).
Not constituted by a structure, preferably having excellent conductivity and having a layer thickness in the range of about 50 nm to about 70 nm II
It has a simple superlattice structure in which a group I nitride semiconductor crystal layer is simply overlaid and hardly exhibits a quantum effect.

【００２６】超格子構造は、III 族元素の構成比率若し
くはIII 族及びＶ族元素の比率を異にするIII 族窒化物
半導体結晶層を重層して構成する。重層するIII 族窒化
物半導体結晶層の層厚は本発明では、略同一に設定す
る。即ち本発明の超格子構造は、従来の量子井戸構造の
如く層厚を相違する障壁層と井戸層とを用いて構成する
のではなく、略同一の層厚の結晶層から構成して、量子
準位の発生を少なからず抑制できる構成とする。The superlattice structure is formed by stacking Group III nitride semiconductor crystal layers having different composition ratios of Group III elements or ratios of Group III and Group V elements. In the present invention, the layer thickness of the overlying group III nitride semiconductor crystal layer is set to be substantially the same. That is, the superlattice structure of the present invention is not constituted by using a barrier layer and a well layer having different layer thicknesses as in the conventional quantum well structure, but is constituted by a crystal layer having substantially the same layer thickness. The configuration is such that generation of a level can be suppressed to a considerable extent.

【００２７】超格子構造は、構成元素の構成比率を互い
に異にする一対の重層から構成される重層単位構造を最
低でも２対以上（２周期以上）重層させて構成する。唯
一の重層単位構造、即ち、１周期の重層構造系は、例え
ば、バッファ層或いは下部クラッド層側から伝搬して来
る結晶欠陥若しくは転位の伝搬を抑制するに充分な作用
を及ぼすには至らない。逆に周期数を極端に多くする
と、例えば、３０周期以上とすると、重層構造系の表面
層の粗さ（荒さ）が単純な段差にして数１０Åから数１
００Åに達する場合が生ずる。この表面の段差は、超格
子構造系を構成する周期構造の増加、即ち格子不整合の
関係にある構成層から構成される接合界面数の増加並び
に全体の層厚の増加に伴い助長される傾向にある。この
ため、この様な超格子構造系上に設ける積層構造系は、
表面の平坦性が損なわれるものとなる。The superlattice structure is formed by laminating at least two pairs (two periods or more) of a multilayer unit structure composed of a pair of multilayers having different constitutional ratios of constituent elements. The only multilayer unit structure, that is, a one-layer multilayer structure system, does not exert an effect sufficient to suppress the propagation of crystal defects or dislocations propagating from the buffer layer or the lower cladding layer, for example. Conversely, if the number of periods is extremely increased, for example, if the number of periods is 30 or more, the roughness (roughness) of the surface layer of the multilayer structure system can be reduced from a few tens of degrees to a several tens of degrees by a simple step.
00 ° may occur. The step on the surface tends to be promoted with an increase in the periodic structure constituting the superlattice structure system, that is, an increase in the number of bonding interfaces composed of constituent layers having a lattice mismatch and an increase in the overall layer thickness. It is in. Therefore, a laminated structure system provided on such a superlattice structure system is
The flatness of the surface is impaired.

【００２８】特に、超格子構造系をこの表面段差と略同
等の層厚の薄層から構成する場合に於いては、表面の平
坦性が特に欠如した薄層が帰結されるのみでなく、連続
性に欠ける薄膜を帰結する要因となる。連続性に欠ける
薄膜では電流抵抗が増大するため、発光素子にあっては
例えば、順方向電圧の増大や、拡がり抵抗の増大に伴い
発光面積の拡張に支障を来すなどの悪影響が生ずる。故
に、超格子構造を構成する周期数は望ましくは２５未満
とし、好ましくは、１０〜１５周期すれば、下層側から
の結晶欠陥の伝搬を防止でき、尚且、表面の平坦性を徒
に損なうことなく超格子構造を構成することが出来る。
超格子構造の全体の層厚は、概ね、１μｍ強に留めてお
くのが好ましい。下層より上層への結晶欠陥の伝搬を効
率良く抑制するには、上記の如く周期数は最低でも２と
する必要がある。In particular, when the superlattice structure system is composed of a thin layer having a layer thickness substantially equal to the surface step, not only a thin layer having a particularly lacking surface flatness but also a continuous layer is obtained. This is a factor that results in a thin film lacking in properties. Since the current resistance increases in a thin film lacking continuity, adverse effects such as an increase in the forward voltage and an increase in the spreading resistance hinder the expansion of the light emitting area. Therefore, the number of periods constituting the superlattice structure is desirably less than 25, preferably 10 to 15 periods, so that propagation of crystal defects from the lower layer side can be prevented, and the flatness of the surface is unnecessarily impaired. Without a superlattice structure.
Preferably, the overall layer thickness of the superlattice structure is generally kept to just over 1 μm. In order to efficiently suppress the propagation of crystal defects from the lower layer to the upper layer, the number of periods must be at least 2 as described above.

【００２９】ｎ形クラッド層に設ける上記の超格子構造
にあって、ｎ形クラッド層に接合する超格子構造の起端
層は、ｎ形クラッド層の接合領域をなすIII 族化合物半
導体結晶よりも禁止帯幅の大きなIII 族窒化物半導体結
晶から構成するのを望ましいとする。ｎ形クラッド層の
接合界面近傍の領域を構成するIII 族窒化物半導体結晶
よりも、伝導帯側のバンドオフセット（ｂａｎｄ ｏｆ
ｆ−ｓｅｔ）を望ましくは約０．２ｅＶ以下、特に、好
ましくは約０．１ｅＶ以上で約０．２ｅＶ未満の範囲と
する様なIII 族窒化物半導体結晶材料から構成する。ｎ
形クラッド層上に、伝導帯側で約０．３ｅＶを越える異
様に高いバンドオフセットを形成するIII 族窒化物半導
体結晶層を直接、接合させると、超格子構造上に設ける
発光層への平滑な電流の流通が阻害される不都合を招
く。In the above-described superlattice structure provided in the n-type cladding layer, the starting layer of the superlattice structure joined to the n-type cladding layer is smaller than the group III compound semiconductor crystal forming the junction region of the n-type cladding layer. It is preferable to use a group III nitride semiconductor crystal having a large band gap. A band offset (band of band) on the conduction band side of the group III nitride semiconductor crystal constituting the region near the junction interface of the n-type cladding layer.
f-set) is preferably made of a group III nitride semiconductor crystal material such that the range is about 0.2 eV or less, particularly preferably about 0.1 eV or more and less than about 0.2 eV. n
When a group III nitride semiconductor crystal layer that forms an unusually high band offset exceeding about 0.3 eV on the conduction band side is directly bonded on the shaped cladding layer, a smooth light emitting layer provided on the superlattice structure can be formed. This causes a disadvantage that the current flow is hindered.

【００３０】反面、オフセットを小とする、また、極端
な場合、オフセットを生じないIII族窒化物半導体結晶
から起端層を構成すると、超格子構造には都合良く動作
電流を流通できる。オフセットが極端に小さい状況は、
禁止帯幅を略同一とする、即ち、ｎ形クラッド層の構成
材料と略同一の構成の材料からなるIII 族窒化物半導体
結晶から起端層を構成した場合に発生する。しかし、下
層からの結晶欠陥の伝搬を防ぐ目的で設ける超格子構造
にあっては、略同一の構成、即ち、ｎ形クラッド層と構
成元素の組成比を略同一とする結晶材料から超格子構造
の起端層を構成するのは決して好ましいものではない。
従って、上層の結晶性の向上を果す超格子構造とするに
は、起端層を、少なくとも約０．１ｅＶ以上のオフセッ
トを発生させるに充分な、ｎ形クラッド層の構成材料と
は構成元素の構成比率を相違するIII 族窒化物半導体結
晶から構成するのが好ましい。On the other hand, if the starting layer is made of a group III nitride semiconductor crystal that does not cause an offset in the extreme case where the offset is small, an operating current can be conveniently passed through the superlattice structure. In situations where the offset is extremely small,
This occurs when the forbidden band width is made substantially the same, that is, when the starting layer is made of a group III nitride semiconductor crystal made of a material having substantially the same structure as the material of the n-type cladding layer. However, the superlattice structure provided for the purpose of preventing the propagation of crystal defects from the lower layer has substantially the same structure, that is, a superlattice structure having a composition ratio of the n-type cladding layer and the constituent elements substantially the same. It is by no means preferable to constitute the starting layer of the above.
Therefore, in order to obtain a superlattice structure that improves the crystallinity of the upper layer, the starting layer is composed of an n-type cladding layer with a material sufficient for generating an offset of at least about 0.1 eV or more. It is preferable to use a group III nitride semiconductor crystal having a different composition ratio.

【００３１】ｎ形の下部クラッド層の表面に起端層を配
置した超格子周期構造の例を図１２に示す。下部クラッ
ド層１０３に接合する積層構造単位１０４ａの第一の構
成層１０４ｂが、本発明の云う起端層１０５である。第
一の構成層１０４ｂと第２の構成層１０４ｃとで、超格
子構造１０４の構成単位である積層構造単位１０４ａが
構成されている。図１２の格子構造体１０４は、構成構
造単位１０４ａを３対（３周期）繰り返して積層して構
成したものである。周期数に拘わらず、第１の構成層１
０４ｂを起端層１０５とした周期的な超格子構造１０４
では、第２の構成層１０４ｃが超格子構造１０４のｐ形
クラッド層側の終端に配置された層（上部終端層）１０
６を構成することとなる。FIG. 12 shows an example of a superlattice periodic structure in which a starting layer is disposed on the surface of an n-type lower cladding layer. The first constituent layer 104b of the laminated structural unit 104a bonded to the lower clad layer 103 is the starting layer 105 according to the present invention. The first structural layer 104b and the second structural layer 104c constitute a laminated structural unit 104a that is a structural unit of the superlattice structure 104. The lattice structure 104 in FIG. 12 is configured by repeating and stacking the structural units 104a in three pairs (three periods). Regardless of the number of periods, the first constituent layer 1
Periodic superlattice structure 104 using 04b as starting layer 105
In this embodiment, the second constituent layer 104c is a layer (upper terminating layer) 10 disposed at the end of the superlattice structure 104 on the p-type cladding layer side.
6 will be constituted.

【００３２】本発明では、図１２に例示した超格子構造
１０４を構成する積層構造単位１０４ａの周期数を重視
しているため、上部終端層１０６を構成する結晶層を第
１の構成層１０４ｂから構成しても差し支えはない。図
１２の超格子構造１０４を例にして説明すれば、３周期
からなる超格子構造１０４の終端をなす第２の構成層１
０４ｃ上に更に、第１の構成層１０４ｂを積層させれ
ば、上部終端層１０６が第１の構成層１０４ｂから構成
された超格子構造を得ることができる。In the present invention, since the number of periods of the laminated structural unit 104a constituting the superlattice structure 104 illustrated in FIG. 12 is emphasized, the crystal layer constituting the upper termination layer 106 is shifted from the first constituent layer 104b. There is no harm in configuring. The superlattice structure 104 of FIG. 12 will be described as an example. The second constituent layer 1 that terminates the superlattice structure 104 having three periods
By further laminating the first constituent layer 104b on the substrate 04c, a superlattice structure in which the upper termination layer 106 is formed from the first constituent layer 104b can be obtained.

【００３３】また、本発明では、超格子構造の上部終端
層上に、導電性のｎ形窒化ガリウム・インジウム混晶
（ＧａB ＩｎC Ｎ：Ｂ＋Ｃ＝１）を活性層として堆積し
て、発光層を構成する。超格子構造を下地層とすれば、
結晶性に格段に優れる活性層を形成できる。即ち、上記
の超格子構造は、実質的に発光を担う層として結晶性に
優れるＧａB ＩｎC Ｎ活性層をもたらす作用をする。本
発明では、好例として、ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層を、
ｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部を構成するｐ形クラッド層
と相対して配置する。According to the present invention, a conductive n-type gallium-indium nitride mixed crystal (Ga B In C N: B + C = 1) is deposited as an active layer on the upper termination layer of the superlattice structure to emit light. Make up the layers. If the superlattice structure is used as the underlayer,
It is possible to form an active layer having a remarkably excellent crystallinity. That is, the superlattice structure described above, it acts to bring Ga B In C N active layer having excellent crystallinity as a layer responsible for substantial emission. In the present invention, as a good example, the n-type Ga B In C N active layer,
It is arranged opposite to the p-type cladding layer that constitutes the light emitting portion of the pn junction type DH structure.

【００３４】ｐ形クラッド層に隣接して実質的な発光層
であるｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層を配置することによ
り、順方向電圧印加時にｐ形クラッド層側から供給され
る、拡散距離の小さい正孔（ｈｏｌｅ）との放射再結合
をｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ結晶層内で効率良く行わせること
ができるからである。要約すれば、ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ
活性層は、発光をもたらす実質的な発光部位として作用
し、また、超格子構造は、結晶性に優れる発光部位をも
たらすための下地として有効に作用するものである。By disposing an n-type Ga B In C N active layer, which is a substantial light emitting layer, adjacent to the p-type cladding layer, the diffusion distance supplied from the p-type cladding layer side when a forward voltage is applied. This is because radiative recombination with holes having a small diameter can be efficiently performed in the n-type Ga B In C N crystal layer. In summary, n-type Ga B In C N
The active layer functions as a substantial light emitting site for emitting light, and the superlattice structure effectively functions as a base for providing a light emitting site having excellent crystallinity.

【００３５】本発明の第７の実施形態として予め記述す
るが、活性層を構成するｎ形ＧａBＩｎC Ｎ結晶層に
は、低インジウム組成比の場合であっても、広範な波長
領域での短波長発光が帰結できる様に、従来の発光層と
は異なり、非矩形型のポテンシャル構成を与えるバンド
構成を付与させる。本発明に係わる非矩形ポテンシャル
構造（バンド構造）を図１３に例示する。図１３のポテ
ンシャル構成は、ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層１０９がｐ
形クラッド層１１０に直接、接合している場合の例であ
る。ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層１０９に付与する非矩形
ポテンシャル構造Ｐとは、超格子構造１０４の上部終端
層１０６との接合界面１１９側では価電子帯端ＶＢが略
平坦であり、或いは一様にフェルミレベル（Ｆｅｒｍｉ
ｌｅｖｅｌ）Ｆから遠隔な方向に傾斜しており、ｐ形
クラッド層１１０との接合界面１１１近傍の領域で極端
にフェルミレベルＦ側に落ち込み、ポテンシャルの井戸
Ｐ０をなしている構成を云う。一方、伝導帯ＣＢは、上
部終端層１０６との接合界面１１９近傍の領域で、フェ
ルミレベルＦ側に急激に落ち込み、ポテンシャル井戸Ｐ
１を構成している。Although described in advance as a seventh embodiment of the present invention, the n-type Ga B In C N crystal layer constituting the active layer has a wide in-wavelength range even in the case of a low indium composition ratio. In this case, unlike the conventional light emitting layer, a band structure giving a non-rectangular potential structure is provided so that short-wavelength light emission can be obtained. FIG. 13 illustrates a non-rectangular potential structure (band structure) according to the present invention. The potential configuration of FIG. 13 is such that the n-type Ga B In C N active layer
This is an example of a case where the semiconductor device is directly bonded to the shaped cladding layer 110. The non-rectangular potential structure P imparted to the n-type Ga B In C N active layer 109 is different from the non-rectangular potential structure P in that the valence band edge VB is substantially flat on the junction interface 119 side with the upper termination layer 106 of the superlattice structure 104, or Like Fermi level (Fermi
level) F, which is inclined in a direction remote from F, falls extremely to the Fermi level F side in a region near the junction interface 111 with the p-type cladding layer 110, and forms a potential well P0. On the other hand, the conduction band CB drops sharply to the Fermi level F side in the region near the junction interface 119 with the upper termination layer 106, and the potential well P
1.

【００３６】また、本発明の第８の実施形態として予め
記すが、ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層１０９が、ｐ形クラ
ッド層１１０との間に介在させたｎ形結晶層１１８と直
接、接合している場合では、ｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層
１０９に付与する非矩形ポテンシャル構造Ｐは図１４に
例示する如くとなる。即ち伝導帯端ＣＢは、超格子構造
１０４の上部終端層１０６との接合界面１１９側では略
平坦であり、或いは一様にフェルミレベル（Ｆｅｒｍｉ
ｌｅｖｅｌ）Ｆより遠隔方向に向けて傾斜しており、
ｎ形結晶層１１８との接合界面１２０近傍の領域では極
端にフェルミレベルＦ側に落ち込み、ポテンシャルの井
戸Ｐ１をなしている構成を云う。一方、価電子帯端ＶＢ
は、上部終端層１０６との接合界面１１９近傍の領域で
急激にフェルミレベルＦ側へ曲折するものとなってい
る。伝導帯のポテンシャル井戸Ｐ１は、超格子構造１０
４側から供給される、或いはｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活性層
１０９の内部に存在する電子ｅを局在させるに足るポテ
ンシャルの井戸Ｐ１を有するものであって、このポテン
シャル井戸はヘテロ接合界面で発現される通常のノッチ
（ｎｏｔｃｈ）に因る比較的”浅い”バンドの落ち込み
に依るものではないことを断っておく。As described in the eighth embodiment of the present invention, the n-type Ga B In C N active layer 109 is directly connected to the n-type crystal layer 118 interposed between the active layer 109 and the p-type cladding layer 110. in the case where bonded, non-rectangular potential structure P to be applied to n-type Ga B in C n active layer 109 becomes as illustrated in FIG. 14. That is, the conduction band edge CB is substantially flat on the side of the junction interface 119 with the upper termination layer 106 of the superlattice structure 104, or is uniformly Fermi level (Fermi level).
level) It is inclined toward the remote direction from F,
In a region near the junction interface 120 with the n-type crystal layer 118, the region extremely drops to the Fermi level F side to form a potential well P1. On the other hand, valence band edge VB
Is sharply bent toward the Fermi level F in a region near the bonding interface 119 with the upper termination layer 106. The potential well P1 of the conduction band has a superlattice structure 10
Supplied from the 4 side, or be one having a n-type Ga B In C N wells P1 of potential sufficient to localize the electrons e present within the active layer 109, the potential well at the heterojunction interface It should be noted that this is not due to a relatively "shallow" band drop due to the normal notch that is expressed.

【００３７】非矩形ポテンシャル井戸構造Ｐは、ｐ形ク
ラッド層１１０或いはｎ形結晶層１１８との接合界面１
１１、１２０近傍の特定の領域に於いて、伝導帯端ＣＢ
或いは価電子帯端ＶＢ側のバンドを急激に偏曲させ、電
子ｅ或いは正孔ｈを局在させるに足るバンド構成からな
ることを特徴としており、従来のＳＱＷ或いはＭＱＷ構
造に観られる対称型の矩形ポテンシャル構造とは明確に
異なる構成となっている。また、特定の領域で急激なバ
ンドの”落ち込み”が無く、ｐ形クラッド層よりｎ形ク
ラッド層側に向けて、一様な率をもって傾斜をフェルミ
レベルベル側に向けてレベルが低下する従来のバンド構
成とも異なるものである（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓ
ｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４４９（１９９７）、１
１６７〜１１７２頁参照）。The non-rectangular potential well structure P has a junction interface 1 with the p-type cladding layer 110 or the n-type crystal layer 118.
Conduction band edge CB in a specific area near 11 and 120
Alternatively, the band on the valence band end VB side is sharply bent so that the band structure is sufficient to localize the electron e or the hole h. The configuration is clearly different from the rectangular potential structure. Also, there is no sharp drop in the band in a specific region, and the level decreases at a uniform rate toward the Fermi level bell from the p-type cladding layer toward the n-type cladding layer. The band configuration is also different (Mat. Res. Soc. S.
ymp. Proc. , Vol. 449 (1997), 1
Pages 167-1172).

【００３８】ｎ形クラッド層側に配置されたｎ形超格子
構造と、その超格子構造の上部終端層上に堆積した、非
矩形ポテンシャル構成を保有するｎ形ＧａB ＩｎC Ｎ活
性層との接合構成は、第１の実施形態に於ける基本的な
構成である。この基本的な構成からなる発光層を具備し
た積層構造体に適宣、加工を施し、オーミック（Ｏｈｍ
ｉｃ）性の入力及び出力電極を敷設すれば、本発明に係
わるIII 族窒化物半導体発光素子を得ることができる。
基板を導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）やＧａＰ等のIII −
Ｖ族化合物半導体結晶、或いは単結晶珪素（Ｓｉ）とす
る積層構造体では、一方のオーミック電極を導電性基板
の裏面に敷設することができ、簡略化された工程をもっ
て、簡便な構造からなる発光素子が構成でき得て利便で
ある。[0038] and placed n-type superlattice structure the n-type cladding layer side, the superlattice structure was deposited on top termination layer, the n-type Ga B In C N active layer carrying the non-rectangular potential configuration The joining configuration is a basic configuration in the first embodiment. The laminated structure including the light emitting layer having the basic configuration is appropriately processed, and is subjected to ohmic (Ohm).
If the ic) input and output electrodes are laid, the group III nitride semiconductor light emitting device according to the present invention can be obtained.
The substrate is made of a conductive silicon carbide (SiC),
In the case of a stacked structure made of a group V compound semiconductor crystal or single crystal silicon (Si), one ohmic electrode can be laid on the back surface of the conductive substrate, and the light emission having a simple structure can be achieved by a simplified process. It is convenient that an element can be configured.

【００３９】本発明の第２の実施形態に於いては、超格
子構造を、特に、構成層の層厚を量子効果の発現を抑制
できる大凡、５０ｎｍから７０ｎｍの範囲内とし、尚
且、井戸層及び障壁層の機能に於ける区別をなくすため
に、層厚の相違を±５ｎｍ以下とする、III 族構成元素
の組成比を異にする導電性のｎ形ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ
（０≦Ｘ＜１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなる２種類の層を
交互に重層させた、非量子井戸構造から構成する。超格
子構造を構成する２種類の層は、特にアルミニウム組成
比（＝Ｘ）を異にするＡｌX ＧａY Ｎ（０≦Ｘ≦１、Ｘ
＋Ｙ＝１）から構成するのが好都合である。特に、Ｇａ
Ｎと、ＧａＮとの伝導帯側のオフセットを０．２ｅＶ未
満とする様なアルミニウム組成比のＡｌX ＧａY Ｎとの
重層構成から構成される非量子構造の超格子構造は、単
色性に優れる発光を得るに極めて有効である。ＧａＮと
ＡｌＮとのヘテロ（ｈｅｔｅｒｏ）接合系に於ける、両
層間の禁止帯幅の差異の伝導帯側への分配係数は、０．
７８（７８％）である（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙ
ｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．３９５（１９９６）、１２
３〜１３４頁参照）。また、ＡｌＮの室温禁止帯幅を
５．９ｅＶとして（赤崎勇編著、「III −Ｖ族化合物半
導体」（（株）培風館、１９９４年５月２０日発行、初
版）、１５０頁参照）、伝導帯側でＧａＮに対して０．
２ｅＶ未満のオフセットを与えるＡｌX ＧａY Ｎのアル
ミニウム組成比（＝Ｘ）を算出すれば、約０．１０以下
となる。超格子構造は、構成層間のオフセットを少なく
とも０．１ｅＶ以上とするのが望ましいことから、アル
ミニウム組成比の望ましい最小値は、約０．０５とな
る。In the second embodiment of the present invention, the superlattice structure, in particular, the layer thickness of the constituent layers is set to be within a range of about 50 nm to 70 nm which can suppress the onset of the quantum effect. In order to eliminate the difference in the function of the barrier layer and the function of the barrier layer, the difference in the layer thickness is set to ± 5 nm or less, and the conductive n-type Al x Ga y In Z N
It is composed of a non-quantum well structure in which two types of layers (0 ≦ X <1, X + Y + Z = 1) are alternately layered. The two types of layers constituting the superlattice structure are particularly composed of Al x Ga Y N (0 ≦ X ≦ 1, X
+ Y = 1). In particular, Ga
The non-quantum superlattice structure composed of a multilayer structure of N and Al x Ga Y N having an aluminum composition ratio such that the offset of the conduction band between GaN and GaN is less than 0.2 eV is excellent in monochromaticity. It is extremely effective for obtaining light emission. In a heterojunction system of GaN and AlN, the distribution coefficient of the difference in the band gap between the two layers to the conduction band side is 0.
78 (78%) (Mat. Res. Soc. Sy.
mp. Proc. , Vol. 395 (1996), 12
See pages 3-134). Further, the conduction band is set to 5.9 eV at room temperature, and the band gap of AlN is set to 5.9 eV (see, edited by Isamu Akasaki, “III-V Group Compound Semiconductor” (published by Baifukan Co., Ltd., May 20, 1994, first edition), p. 150). Side with respect to GaN
Calculating the aluminum composition ratio (= X) of Al x Ga y N that gives an offset of less than 2 eV results in about 0.10. Since the superlattice structure desirably has an offset between constituent layers of at least 0.1 eV or more, a desirable minimum value of the aluminum composition ratio is about 0.05.

【００４０】非量子構造とは、一構成層が井戸層とな
り、他の構成層が障壁層の作用を発揮して、井戸層内に
量子準位を形成する超格子構造を指すのではない。構成
層は、井戸層或いは障壁層としての何れの役目も果たさ
ず、従って、量子準位の形成を来たさない超格子構造で
ある。非量子構造を形成するには、上記の如く層厚を厚
くするIII 族窒化物半導体結晶層から構成すれば事足り
る。特に好ましくは、層厚が約５０ｎｍ〜約７０ｎｍの
範囲であり、且つ層厚が略同一であるIII 族窒化物半導
体結晶層から構成する。例え、量子化をもたらすに不十
分な厚い結晶層であっても、層厚を極端に相違する構成
層から超格子構造を構成すると、下層からの結晶欠陥の
伝搬を有効に抑制するに至らないからである。構成層の
層厚の相違に起因して、却って歪が導入され、超格子構
造自体の結晶性が劣化する恐れがあるからである。超格
子構造自体の結晶の悪化を防止するためには、構成層間
の層厚の相違を望ましくは±１０ｎｍ、好ましくは±５
ｎｍとする。例えば、一構成層の層厚を５５ｎｍとすれ
ば、もう一方の構成層の層厚は、５０ｎｍから６０ｎｍ
の範囲内に収める。The non-quantum structure does not refer to a superlattice structure in which one constituent layer serves as a well layer and the other constituent layers exhibit a function of a barrier layer to form a quantum level in the well layer. The constituent layer does not serve as a well layer or a barrier layer, and therefore has a superlattice structure that does not cause formation of a quantum level. In order to form a non-quantum structure, it suffices to form a group III nitride semiconductor crystal layer having a large layer thickness as described above. Particularly preferably, it is formed of a group III nitride semiconductor crystal layer having a layer thickness in the range of about 50 nm to about 70 nm and having substantially the same layer thickness. For example, even if the crystal layer is insufficiently thick to provide quantization, if a superlattice structure is formed from constituent layers having extremely different layer thicknesses, propagation of crystal defects from the lower layer cannot be effectively suppressed. Because. This is because, due to the difference in the thickness of the constituent layers, strain is rather introduced, and the crystallinity of the superlattice structure itself may be degraded. In order to prevent deterioration of the crystal of the superlattice structure itself, the difference in the layer thickness between the constituent layers is desirably ± 10 nm, preferably ± 5 nm.
nm. For example, if the thickness of one constituent layer is 55 nm, the thickness of the other constituent layer is 50 nm to 60 nm.
Within the range.

【００４１】望ましくはアルミニウム組成比（＝Ｘ）を
０．０５以上、０．１０以下とするＡｌX ＧａY Ｎ
（０．０５≦Ｘ≦０．１０、Ｘ＋Ｙ＝１）とＧａＮとか
ら構成される積層構造単位の周期的積層構造からなる超
格子構造を構成する場合、起端層をなす第１の構成層は
ＧａＮより禁止帯幅の大きなＡｌX ＧａY Ｎ（０．０５
≦Ｘ≦０．１０、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成し、一方の第２
の構成層はＡｌX ＧａY Ｎよりも禁止帯幅を小とするＧ
ａＮから構成するのが望ましい。Preferably, the aluminum composition ratio (= X) is set to 0.05 to 0.10 in the form of Al X Ga Y N.
(0.05 ≦ X ≦ 0.10, X + Y = 1) and a superlattice structure composed of a periodic laminated structure of a laminated structural unit composed of GaN, the first constituent layer serving as the starting layer Is Al x Ga Y N (0.05
≦ X ≦ 0.10, X + Y = 1), and the second
Is a layer having a band gap smaller than that of Al X Ga Y N.
Preferably, it is composed of aN.

【００４２】超格子構造を非量子化構造としておけば、
超格子構造からの量子準位に対応した発光を抑えること
が可能となる。これにより、実質的な発光部位からもた
らされる主たる発光に付随する、副次的な発光の出現が
避けられるため、単色性に優れる発光が帰結される。併
せて、この様な超格子構造の上方には、結晶性に優れる
III 族窒化物半導体結晶層が成膜でき、その結晶層を実
効的な発光層として利用すれば高強度の発光がもたらさ
れる利点がある。If the superlattice structure is a non-quantized structure,
Light emission corresponding to the quantum level from the superlattice structure can be suppressed. This avoids the appearance of secondary light emission accompanying the main light emission generated from the substantial light emitting site, resulting in light emission having excellent monochromaticity. At the same time, above the superlattice structure, the crystallinity is excellent.
A group III nitride semiconductor crystal layer can be formed, and if the crystal layer is used as an effective light emitting layer, there is an advantage that high-intensity light is emitted.

【００４３】より単色性に優れるIII 族窒化物半導体発
光素子を得るために、本発明の第３の実施形態では、活
性層が、前記超格子構造の上部終端層上に設けられた、
インジウム組成比を０．３以下とする窒化ガリウム・イ
ンジウム混晶（ＧａY ＩｎZＮ：０．７≦Ｙ＜１、０＜
Ｚ≦０．３、Ｙ＋Ｚ＝１）を井戸層とし、インジウム組
成比をより小とする窒化ガリウム・インジウム混晶（Ｇ
ａB ＩｎC Ｎ：Ｙ＜Ｂ＜１、０＜Ｃ＜Ｚ、Ｂ＋Ｃ＝１）
を障壁層とする、積層周期数を５周期以下とする量子井
戸構造のｐ形クラッド層側の終端の井戸層からなる構成
とする。量子井戸構造を構成するにあたり、障壁層は井
戸層よりも禁止帯幅を大とする材料から構成する必要の
あるのは当然至極である（江崎 玲於奈編著、「超格子
ヘテロ構造」（（株）工業調査会、１９８８年９月１０
日発行、初版）、４７７〜４８０頁参照）。井戸層は、
インジウム組成比（＝Ｚ）如何によって、簡便に可視領
域での発光波長を制御できるＧａY ＩｎZ Ｎから構成す
るのが望ましい。特に、インジウム組成比を０．３以下
とするＧａY ＩｎZ Ｎ（０．７≦Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．
３、Ｙ＋Ｚ＝１）は、インジウム組成比が低いため、高
強度の発光を得るに都合の良い結晶性に優れる結晶層が
獲得できるからである。従って、障壁層はそれよりも禁
止帯幅の大きな、例えば、インジウム組成比を小とする
ＧａB ＩｎCＮ（Ｙ＜Ｂ＜１、０＜Ｃ＜Ｚ、Ｂ＋Ｃ＝
１）から構成するのが好ましい。In order to obtain a group III nitride semiconductor light emitting device having more excellent monochromaticity, in the third embodiment of the present invention, an active layer is provided on the upper termination layer of the superlattice structure.
A gallium nitride-indium mixed crystal having an indium composition ratio of 0.3 or less (Ga Y In Z N: 0.7 ≦ Y <1, 0 <
Z ≦ 0.3, Y + Z = 1) is used as a well layer, and a gallium nitride-indium mixed crystal (G
a B In C N: Y <B <1, 0 <C <Z, B + C = 1)
Is a barrier layer, and a quantum well structure having a stacking cycle number of 5 cycles or less is formed of a terminal well layer on the p-type cladding layer side. In constructing the quantum well structure, it is naturally extremely necessary that the barrier layer be made of a material having a larger band gap than the well layer. Industrial Research Committee, September 10, 1988
1st edition), pages 477-480). Well layers
The indium composition ratio (= Z) whether it is desirable to construct a Ga Y In Z N which can easily control the light emission wavelength in the visible region. In particular, Ga Y In Z N (0.7 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 0.
3, Y + Z = 1) is because the indium composition ratio is low, so that a crystal layer excellent in crystallinity that is convenient for obtaining high-intensity light emission can be obtained. Therefore, the barrier layer has a larger forbidden band width, for example, Ga B In C N (Y <B <1, 0 <C <Z, B + C =
It is preferable to configure from 1).

【００４４】超格子構造の上部終端層が、超格子構造の
構成層にあってより禁止帯幅を小とする構成層である場
合、上部終端層には、量子井戸構造を構成する障壁層を
接合させるのが望ましい。一方、上部終端層が禁止帯幅
をより大とする構成層である場合、量子井戸構造の井戸
層を接合させるのが望ましい。禁止帯幅をより大とする
上部終端層に、これまた禁止帯幅の大きな障壁層を接合
させた構成とすると、量子井戸構造と超格子構造との中
間に電流障壁となる領域が創成され、通電抵抗が増大す
る結果を招き好ましくはない。In the case where the upper terminal layer of the superlattice structure is a constituent layer of the superlattice structure and has a smaller band gap, the upper terminal layer has a barrier layer forming the quantum well structure. It is desirable to join. On the other hand, when the upper termination layer is a constituent layer having a larger band gap, it is desirable to join a well layer having a quantum well structure. If the upper terminal layer having a larger band gap is joined to a barrier layer having a larger band gap, a region serving as a current barrier is created between the quantum well structure and the superlattice structure. It is not preferable because the current-carrying resistance increases.

【００４５】量子井戸構造は、障壁層と井戸層との積層
構造単位からなる１周期構造を、最大５周期として構成
する。周期数が増加すると井戸層或いは障壁層の表面の
平滑性もそれに伴い損なわれる。通常は、層厚を約１０
ｎｍ以下とする井戸層にあっては特に、被堆積層の表面
段差が原子状ステップ（ｓｔｅｐ）どころか数ｎｍに及
べば、井戸幅は変動し、量子準位の顕著な変位をもたら
す。例えば、１０ｎｍの幅の井戸層を所望するにあっ
て、被堆積層表面の段差が領域によって、５ｎｍに及べ
ば、所望の井戸幅の対する変動幅は５０％に及ぶ事態と
なる。この井戸幅の不均一性は、形成される量子準位を
不均一とするに充分な変動である。従って、領域毎に異
なる量子準位をもたらす井戸層となってしまい不都合で
ある。従って、徒に、積層周期を増加させることは、様
々な量子準位の形成を帰結する。量子準位の相違は、発
光波長の差異となって現れる。故に、積層周期を徒に増
加させるのは好ましい行為ではない。量子井戸構造を構
成する積層周期数は、望ましくは約１０以下、更には５
以下に留めるのが得策である。積層周期数を５以下とし
た量子井戸構造からは、例えば、発光中心波長を約４５
０ｎｍとする青色発光スペクトルにあって、半値幅（Ｆ
ＷＨＭ）が約１０ｎｍ以下である単色性に優れる発光が
得られる。In the quantum well structure, a one-period structure composed of a laminated structure unit of a barrier layer and a well layer is configured as a maximum of five periods. When the number of periods increases, the smoothness of the surface of the well layer or the barrier layer is impaired accordingly. Usually, a layer thickness of about 10
In the case of a well layer having a thickness of less than nm, particularly when the surface step of the layer to be deposited reaches several nm rather than an atomic step, the well width fluctuates, resulting in a remarkable displacement of the quantum level. For example, when a well layer having a width of 10 nm is desired, if the step on the surface of the layer to be deposited reaches 5 nm depending on the region, the variation width of the desired well width reaches 50%. The nonuniformity of the well width is a fluctuation sufficient to make the formed quantum level nonuniform. Therefore, it becomes a well layer that produces a different quantum level for each region, which is inconvenient. Therefore, increasing the stacking period unnecessarily results in the formation of various quantum levels. The difference in quantum level appears as a difference in emission wavelength. Therefore, it is not a desirable practice to increase the laminating period. The number of stacking periods constituting the quantum well structure is preferably about 10 or less, and more preferably 5 or less.
It is a good idea to keep it below. From the quantum well structure with the lamination period number of 5 or less, for example, the emission center wavelength is about 45
In the blue emission spectrum of 0 nm, the half width (F
(WHM) of about 10 nm or less and excellent monochromatic light emission can be obtained.

【００４６】上記の積層周期数の増加に伴う単色性の劣
化を回避するために、第４の実施形態に於いては、活性
層が、前記超格子構造の上部終端層に直接接合させて設
けた単層の窒化ガリウム・インジウム混晶からなるもの
とする。上記の周期構造からなる量子井戸構造の場合と
は異なり、複数の井戸層を共存させない構造としている
ため、発光波長は活性層のみのバンド間遷移エネルギー
で主に決定されこととなるからである。例えば、中心発
光波長を約４５０ｎｍとするスペクトルについて、半値
幅（ＦＷＨＭ）を約１０ｎｍ未満とすることができる。
他の例では、中心波長を約５２５ｎｍとし、半値幅を約
２０ｎｍ未満とする緑色スペクトルが安定して帰結され
る。In order to avoid the deterioration of the monochromaticity due to the increase in the number of lamination cycles, in the fourth embodiment, the active layer is provided directly in contact with the upper termination layer of the superlattice structure. And a single-layer mixed crystal of gallium nitride and indium. This is because, unlike the case of the quantum well structure having the periodic structure described above, a structure in which a plurality of well layers do not coexist is used, so that the emission wavelength is mainly determined by the inter-band transition energy of only the active layer. For example, for a spectrum having a center emission wavelength of about 450 nm, the full width at half maximum (FWHM) can be less than about 10 nm.
In another example, a green spectrum having a center wavelength of about 525 nm and a half width of less than about 20 nm is stably obtained.

【００４７】第４の実施形態に係わる構成は、活性層を
超格子構造の上部終端層に直接、接合させれば構成でき
る。活性層を、上記の非矩形の偏曲したバンド構成を有
する結晶層から構成すれば、主たる発光スペクトルの周
辺に副次的な発光を発生させずに単色性に優れ、しかも
簡便に発光波長を長波長とできる発光層が構成できる。The structure according to the fourth embodiment can be formed by directly joining the active layer to the upper termination layer of the superlattice structure. If the active layer is composed of a crystal layer having the above-mentioned non-rectangular bent band configuration, it is excellent in monochromaticity without generating secondary emission around the main emission spectrum, and can easily adjust the emission wavelength. A light emitting layer capable of having a long wavelength can be formed.

【００４８】実質的な発光層である活性層を、窒化ガリ
ウム・インジウム結晶から構成すると、禁止帯幅の関係
から可視の発光が都合良くもたらされる。特に、本発明
の第５の実施形態では、活性層が、インジウム組成比
（＝β）を相違する、複数のＧａαＩｎβＮ（０≦α＜
１、α＋β＝１）結晶相から成る多相構造（ｍｕｌｔｉ
−ｐｈａｓｅ）の窒化ガリウム・インジウム混晶から構
成される。多相構造とすれば、発光強度を向上させるに
格段の効果があるからである。多相構造とは、具体的に
は、インジウム組成比（＝β）を異にする複数のＧａα
ＩｎβＮ結晶相（０≦α＜１、α＋β＝１）からなる組
織構造（ｔｅｘｔｕｒｅ）である。ＧａYＩｎZ Ｎから
成る結晶層にあって、大きな領域（体積）を占めている
マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）的な相（ｐｈａｓｅ）を
主体相と仮称すれば、主体相内に、ＧａαＩｎβＮ（０
≦α＜１、α＋β＝１）からなる微結晶体が従属的に存
在する組織構成が多相構造の好例である。従属相と主体
相とは、インジウム組成比を異にしているのが通常であ
る。主体相は、インジウム濃度が１×１０20ｃｍ-3未満
と低く、実質的にＧａＮと見なせる場合も有り得る。主
体相は層状の単結晶から主に構成されるのが通例であ
る。When the active layer, which is a substantial light emitting layer, is made of gallium indium nitride crystal, visible light emission is advantageously provided due to the band gap. In particular, in the fifth embodiment of the present invention, the active layer includes a plurality of GaαInβN (0 ≦ α <) having different indium composition ratios (= β).
1, α + β = 1) Multi-phase structure (multi
-Phase) gallium-indium nitride mixed crystal. This is because the multi-phase structure has a remarkable effect in improving the emission intensity. Specifically, the multi-phase structure refers to a plurality of Gaαs having different indium composition ratios (= β).
It is a texture composed of an InβN crystal phase (0 ≦ α <1, α + β = 1). If a matrix-like phase occupying a large area (volume) in the crystal layer made of Ga Y In Z N is tentatively called a main phase, GaαInβN (0
≦ α <1, α + β = 1) is a good example of the multiphase structure in which the microstructure is subordinately present. Usually, the dependent phase and the main phase have different indium composition ratios. The main phase has a low indium concentration of less than 1 × 10 20 cm −3 , and may be substantially regarded as GaN in some cases. The main phase is usually mainly composed of a layered single crystal.

【００４９】主体相と従属相では、インジウム組成比を
異にするのが通例であり、また、従属相間でもインジウ
ム組成が相違する場合がある。主体相と従属相とで、イ
ンジウム組成比の相違の不均一さが、数１０％に及ぶ
と、特に約５０％を越えると、発光の単色性が損なわれ
る不都合が生ずる。従って、主体相と従属相間に於ける
インジウム組成比の差は、望ましくは±３０％未満で、
±１５％以内とするのが好ましい。このインジウム組成
比の差異の不均一性を好ましい範囲内に収納させるに
は、ＧａY ＩｎZ Ｎから成る結晶層の成膜条件、特に、
高温成膜環境での加熱保持時間、並びに加熱操作及び冷
却操作に於ける昇温或いは降温速度の最適化が効力を奏
する。この最適化された成膜条件の基では、通常は、球
状、半球状或いは島状の外形をなすＧａαＩｎβＮ従属
相の大きさの均一化が促される効果もある。In general, the indium composition ratio is different between the main phase and the subordinate phase, and the indium composition may also be different between the subordinate phases. If the difference in the indium composition ratio between the main phase and the subordinate phase is inhomogeneous to several tens of percent, especially if it exceeds about 50%, there is a disadvantage that the monochromaticity of light emission is impaired. Therefore, the difference in the indium composition ratio between the main phase and the dependent phase is desirably less than ± 30%,
It is preferable to be within ± 15%. In order to accommodate the non-uniformity of the difference in the indium composition ratio within a preferable range, the film forming conditions of the crystal layer made of Ga Y In Z N, particularly,
The optimization of the heating and holding time in the high-temperature film-forming environment and the heating or cooling rate in the heating operation and the cooling operation is effective. Under these optimized film forming conditions, there is also an effect that the uniformity of the size of the GaαInβN dependent phase which usually has a spherical, hemispherical or island-like outer shape is promoted.

【００５０】多相構造の活性層を、超格子構造の上部終
端層或いは量子井戸構造の障壁層を活性層を堆積するこ
ととなる下の層（被堆積層）として、該被堆積層上に堆
積する構成に於いて、特に、本発明の第６の実施形態で
は、上記活性層が、活性層を堆積することとなる下の層
（被堆積層）を構成するｎ形III 族窒化物半導体と同じ
組成のｎ形III 族窒化物半導体結晶から主に構成される
主体相と、該主体相とはインジウム組成比を異にするＧ
ａαＩｎβＮ結晶からなる従属相とから構成される。す
なわち、主体相は被堆積層を構成するｎ形III 族窒化物
半導体結晶を主体として構成される。ＧａY ＩｎZ Ｎ活
性層の内部に於いて、領域的に大勢を占める主体相をこ
の様に構成すれば、超格子構造の上部終端層等との間
に、良好な格子整合性が維持できる。この格子整合性に
より、ＧａY ＩｎZ Ｎ活性層の結晶性は格段に向上した
ものとなる。結晶性の向上の度合いを転位密度を例にし
て説明すれば、従来例では、２〜１０×１０10ｃｍ-2で
あるのに対し（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６６
（１９９５）、１２４９．参照）、本実施形態に係わる
構成では、１×１０8 ｃｍ-2未満に転位密度を容易に減
ずることができる。これより、強度の高い発光が得ら
れ、しいては、発光強度の高い窒化物半導体発光素子を
得ることができる。特に、主体相と従属相との接合領域
に歪を内在させた構成を含む多相構造結晶層は、発光強
度をより向上させるに効果がある。The active layer having a multi-phase structure is formed as an upper termination layer having a superlattice structure or a barrier layer having a quantum well structure as a lower layer (a layer to be deposited) on which an active layer is to be deposited. In the structure for depositing, particularly, in the sixth embodiment of the present invention, the active layer is an n-type group III nitride semiconductor constituting a lower layer (layer to be deposited) on which the active layer is to be deposited. A main phase mainly composed of an n-type group III nitride semiconductor crystal having the same composition as that of
aαInβN crystal and a dependent phase. That is, the main phase is mainly composed of the n-type group III nitride semiconductor crystal constituting the layer to be deposited. If the main phase which occupies a large area in the Ga Y In Z N active layer is constituted in this manner, good lattice matching with the upper termination layer or the like of the superlattice structure can be maintained. . Due to this lattice matching, the crystallinity of the Ga Y In Z N active layer is significantly improved. Explaining the degree of improvement in crystallinity by taking the dislocation density as an example, in the conventional example, it is 2 to 10 × 10 10 cm −2 (Appl. Phys. Lett., 66 ).
(1995), 1249. In the configuration according to the present embodiment, the dislocation density can be easily reduced to less than 1 × 10 8 cm −2 . Thus, high-intensity light emission can be obtained, and a nitride semiconductor light-emitting element having high light emission intensity can be obtained. In particular, a multi-phase structure crystal layer including a configuration in which a strain is inherent in a joint region between a main phase and a dependent phase is effective in further improving the emission intensity.

【００５１】改めて記すが、本発明の第７及び第８の実
施形態では、活性層をｐ形クラッド層等との接合界面の
近傍の特定の領域で、変曲した伝導帯或いは価電子帯を
備えた非矩形のポテンシャル構成を内包するＧａαＩｎ
βＮ結晶層から構成する。この活性層の構成は、ｐ形ク
ラッド層或いは量子井戸構造を構成する障壁層との接合
により歪が印加されても尚、矩形ポテンシャル構成を維
持する従来のバンド構成とは明確に異なる構成である
（特開平１０−１２６００６号参照）。As will be described again, in the seventh and eighth embodiments of the present invention, the inflected conduction band or valence band is formed in a specific region near the junction interface between the active layer and the p-type cladding layer or the like. Having a non-rectangular potential configuration
It consists of a βN crystal layer. The configuration of this active layer is clearly different from the conventional band configuration that maintains a rectangular potential configuration even when a strain is applied by the junction with the p-type cladding layer or the barrier layer forming the quantum well structure. (See JP-A-10-126006).

【００５２】活性層内に本発明の云う非矩形のポテンシ
ャル構造を内在させるには、従来技術（特開平８−３１
６５２８号公報明細書参照）が開示する如く、熱膨張率
に差異があるIII 族窒化物半導体層を活性層に単に接合
させるのみでは充分に達成されない。活性層とそれに接
合する結晶層との接合界面で、組成の急峻性が充分に確
保されていることが必須となる。少なくとも数格子層に
相当する厚さに相当する遷移領域幅内で組成を急峻に変
化させなければ、本発明の云う非矩形のポテンシャル構
造は、安定して顕現できない。単に従来例が開示する様
な平坦なポテンシャル底を有する極く一般的な矩形ポテ
ンシャル構造が帰結されるだけである。必要とされる急
峻性を、接合界面に於けるIII 族構成元素の濃度分布を
基に表現すれば、例えば、母層内の平均的原子濃度を２
桁減ずる或いは増加させるに要する遷移距離を約２０ｎ
ｍ未満、好ましくは約１５ｎｍ以下とする必要がある。In order to incorporate the non-rectangular potential structure according to the present invention in the active layer, a conventional technique (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-31
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6528), simply joining a Group III nitride semiconductor layer having a different coefficient of thermal expansion to an active layer cannot be sufficiently achieved. It is essential that the steepness of the composition be sufficiently ensured at the bonding interface between the active layer and the crystal layer bonded thereto. The non-rectangular potential structure according to the present invention cannot be stably manifested unless the composition is rapidly changed at least within the transition region width corresponding to the thickness corresponding to the several lattice layers. It merely results in a very general rectangular potential structure with a flat potential bottom as disclosed in the prior art. Expressing the required steepness on the basis of the concentration distribution of group III constituent elements at the junction interface, for example, the average atomic concentration in the base layer can be expressed as 2%.
The transition distance required to reduce or increase by an order of magnitude is about 20n
m, preferably about 15 nm or less.

【００５３】本発明の非矩形のポテンシャル構成からも
たらされる大きな特徴は、機械的な仕様の単純な変更に
より、発光波長を簡便に変化させられることにある。例
えば、ＧａY ＩｎZ Ｎから構成される活性層にあって、
インジウム組成比（＝Ｚ）が略同一であっても、活性層
の層厚を薄くする単純な操作で発光波長を長波長側に移
行させることができる。例えば、インジウム組成比を約
０．１２とし、層厚を約８ｎｍとするｎ形Ｇａ0.88Ｉｎ
0.12Ｎを活性層として、波長が約４４０ｎｍの青色発光
を与える活性層を含む発光部の構成にあって、活性層の
層厚を約５ｎｍに減ずることにより、発光波長を約４７
０ｎｍから約４８０ｎｍと長波長側へ移行させることが
できる。活性層をより薄層とすることで、活性層内の伝
導帯並びに価電子帯のポテンシャルの落ち込みがより”
深く”なり、ポテンシャル井戸内に局在した電子及び正
孔間との遷移エネルギーが減少するからである。更に、
約３ｎｍに減ずれば、波長は約５００ｎｍを越える長波
長となる。薄層となすに従い、伝導帯及び価電子帯の接
合界面でのバンドの曲折（ｂｅｎｄｉｎｇ）も更に顕著
となるため、より遷移エネルギーが減少するためと思量
される。A major feature of the non-rectangular potential configuration of the present invention is that the emission wavelength can be easily changed by a simple change in mechanical specifications. For example, in the active layer composed of Ga Y In Z N,
Even when the indium composition ratio (= Z) is substantially the same, the emission wavelength can be shifted to the longer wavelength side by a simple operation of reducing the thickness of the active layer. For example, n-type Ga 0.88 In with an indium composition ratio of about 0.12 and a layer thickness of about 8 nm
In the structure of the light emitting section including an active layer that emits blue light having a wavelength of about 440 nm using 0.12 N as an active layer, the emission wavelength is reduced to about 47 nm by reducing the thickness of the active layer to about 5 nm.
The wavelength can be shifted from 0 nm to a longer wavelength side of about 480 nm. By making the active layer thinner, the potential drop of the conduction band and the valence band in the active layer is reduced.
This is because the transition energy between electrons and holes localized in the potential well decreases.
If reduced to about 3 nm, the wavelength becomes a long wavelength exceeding about 500 nm. It is considered that the band bending at the junction interface between the conduction band and the valence band becomes more remarkable as the layer becomes thinner, so that the transition energy is further reduced.

【００５４】バンドの曲折をより確実となすために、第
８の実施形態では、活性層とｐ形クラッド層との中間に
ＡｌX ＧａY Ｎ（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）結晶層
を介在させた構成としている。ＡｌX ＧａY Ｎ結晶層
は、ＴＥＧＦＥＴに於けるスペーサー層とは配置条件を
異にし、ｐ形III 族窒化物半導体結晶層に接合する様に
配置されている。また、ｐ形クラッド層からのｐ形不純
物の拡散に因り、活性層がｐ形層へ反転するの回避する
ために設ける、ｐ形クラッド層と活性層とを空間的に分
離するための空間分離層として配置する。実際、マグネ
シウム（Ｍｇ）等をｐ形不純物としてドーピングされた
ｐ形上部クラッド層に接合して設けるため、ＡｌX Ｇａ
Y Ｎ結晶層内には、上部クラッド層内の第II族不純物が
拡散している。即ち、ＡｌX ＧａY Ｎ結晶層内には、意
図せずともｐ形不純物が含有されるのが常である。この
様な状況下でも、ＡｌX ＧａY Ｎ結晶層の伝導形はｎ形
を保持する。ｎ形のＡｌX ＧａY Ｎ結晶層は、活性層と
の接合により、その接合界面近傍の領域で伝導帯に効率
良く曲折を創成することができるからである。ｎ形Ａｌ
X ＧａY Ｎ結晶層は、キャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3
とする、高抵抗で且つ高純度のｎ形のＡｌX ＧａY Ｎか
ら構成するのが好ましい。層厚は、約１００ｎｍを越え
る厚さとせず、トンネル効果が生ずる約１０ｎｍ未満と
薄くして通流抵抗の増大を抑制するのが好ましい。In order to make the band bend more reliably, in the eighth embodiment, Al X Ga Y N (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1) is provided between the active layer and the p-type cladding layer. The structure is such that a crystal layer is interposed. The Al X Ga Y N crystal layer has a different arrangement condition from the spacer layer in the TEGFET, and is arranged so as to be joined to the p-type group III nitride semiconductor crystal layer. Further, a spatial separation for spatially separating the p-type cladding layer and the active layer is provided to avoid inversion of the active layer to the p-type layer due to diffusion of the p-type impurity from the p-type cladding layer. Arrange as layers. Actually, since it is provided by being joined to the p-type upper cladding layer doped with magnesium (Mg) or the like as a p-type impurity, Al x Ga
In the YN crystal layer, Group II impurities in the upper cladding layer are diffused. That is, the Al x Ga Y N crystal layer usually contains a p-type impurity unintentionally. Even in such a situation, the conductivity type of the Al x Ga Y N crystal layer maintains the n-type. This is because the n-type Al X Ga Y N crystal layer can efficiently create a bend in the conduction band in a region near the junction interface by bonding with the active layer. n-type Al
The X Ga Y N crystal layer has a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3.
It is preferable to use high-resistance and high-purity n-type Al x Ga Y N. The layer thickness is preferably not more than about 100 nm, and is preferably as thin as less than about 10 nm at which a tunnel effect occurs to suppress an increase in flow resistance.

【００５５】また、第７及び第８の実施形態に共通し
て、活性層を、インジウム組成比を０．３以下としたＧ
ａY ＩｎZ Ｎ（０．７≦Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．３、Ｙ＋
Ｚ＝１）から構成することを特徴としている。インジウ
ム組成比（＝Ｚ）を０．３以下の低値に抑制されたＧａ
Y ＩｎZ Ｎは、結晶品質に優れ、これより、更なる高強
度の発光をもたらす活性層が形成できる利点があるから
である。Further, in common with the seventh and eighth embodiments, the active layer is made of G with an indium composition ratio of 0.3 or less.
a Y In Z N (0.7 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 0.3, Y +
Z = 1). Ga in which the indium composition ratio (= Z) is suppressed to a low value of 0.3 or less
Y an In Z N is excellent in crystal quality, than this, because there is the advantage that the active layer resulting in the emission of a further high strength can be formed.

【００５６】[0056]

【作用】本発明の請求項１に記載される超格子構造は、
その上に堆積された層、特に実質的な発光層たる活性層
の結晶性を向上させる作用を有する。また、非矩形のポ
テンシャル構成からなる活性層は、発光波長に簡便に変
化を与えられる発光層として作用する。The superlattice structure according to claim 1 of the present invention has
It has an effect of improving the crystallinity of a layer deposited thereon, in particular, an active layer substantially serving as a light emitting layer. In addition, the active layer having a non-rectangular potential configuration functions as a light emitting layer that can easily change the light emission wavelength.

【００５７】請求項２に記載した非量子井戸構造の超格
子構造は、活性層の結晶品質を向上させるに併せて、発
光の単色性を阻害する種々の量子準位からの発光を抑制
して単色性に優れる発光をもたらす作用を有する。The superlattice structure of the non-quantum well structure according to claim 2 improves the crystal quality of the active layer and suppresses light emission from various quantum levels that inhibit monochromaticity of light emission. It has the function of providing light emission with excellent monochromaticity.

【００５８】請求項３の発明に記載した、積層周期数を
５以下に限定した量子井戸構造は、主たる発光に付随す
る、不必要で副次的な発光を抑制して、単色性に優れる
発光をもたらす作用を有する。また、請求項４の発明に
記載した、超格子構造を構成する上部終端層に直接、窒
化ガリウム・インジウム混晶を接合させた非矩形のポテ
ンシャル構成を有する活性層は、発光の単色性を更に向
上させる作用を有する。According to the third aspect of the present invention, the quantum well structure in which the number of lamination cycles is limited to 5 or less suppresses unnecessary and secondary light emission accompanying the main light emission, and has excellent monochromaticity. It has the effect of bringing about. Further, the active layer having a non-rectangular potential configuration in which a gallium nitride-indium mixed crystal is directly joined to the upper termination layer constituting the superlattice structure further improves the monochromaticity of light emission. Has the effect of improving.

【００５９】請求項５の発明に記載した、インジウム組
成比を相違する複数の結晶相から構成される多相構造の
活性層は、特に、発光の強度を増強させる作用を有す
る。更に、請求項６の発明に記載した、被堆積層を構成
するIII 族窒化物半導体と同じ組成のIII 族窒化物半導
体結晶層から主に構成される主体相を含む多相構造の活
性層は、更に、強度的に優れる発光をもたらす作用を発
揮する。The active layer having a multiphase structure composed of a plurality of crystal phases having different indium composition ratios according to the invention of claim 5 has a function of enhancing the emission intensity. Further, the active layer having a multiphase structure including a main phase mainly composed of a group III nitride semiconductor crystal layer having the same composition as the group III nitride semiconductor constituting the layer to be deposited according to the invention of claim 6 is provided. In addition, it exerts an action of producing light emission excellent in intensity.

【００６０】請求項７の発明に記載した、曲折した伝導
帯或いは価電子帯を内包する、非矩形のポテンシャル構
成は、活性層内部の特定の低ポテンシャル領域に、電子
或いは正孔を蓄積する作用を有し、活性層を構成するII
I 族窒化物半導体の本来の禁止帯幅に対応する波長より
も長波長の発光をもたらす作用が得られる。特に、請求
項８の発明に記載した、ｐ形クラッド層との中間に設け
たｎ形ＡｌX ＧａY Ｎ結晶層との接合構成は、活性層内
のポテンシャル井戸部に効率良く電子を蓄積する作用を
有する。The non-rectangular potential structure including the bent conduction band or valence band according to the seventh aspect of the present invention has the effect of accumulating electrons or holes in a specific low potential region inside the active layer. Having an active layer II
The effect of emitting light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the intrinsic band gap of the group I nitride semiconductor can be obtained. In particular, the junction structure with the n-type Al X Ga Y N crystal layer provided between the p-type cladding layer and the p-type cladding layer according to the invention of claim 8 efficiently accumulates electrons in the potential well portion in the active layer. Has an action.

【００６１】[0061]

【実施例】（実施例１）以下、本発明の請求項１乃至３
に記載の発明に則る、第１乃至第３の実施形態の構成を
備えたＬＥＤを作製する場合を例にして本発明の内容を
具体的に説明する。本実施例１で作製した積層構造体２
０から構成したＬＥＤ１０の平面構造を図１に模式的に
示す。また、図２は、図１の破線Ａ−Ａ’に沿ったＬＥ
Ｄ１０の中央部の断面構造を模式的に示す。(Embodiment 1) Hereinafter, claims 1 to 3 of the present invention will be described.
The content of the present invention will be specifically described by taking as an example a case of manufacturing an LED having the configuration of the first to third embodiments according to the invention described in (1). Laminated structure 2 manufactured in Example 1
FIG. 1 schematically shows a planar structure of the LED 10 composed of the LEDs 10. FIG. 2 is a diagram showing the LE along the broken line AA ′ in FIG.
The cross-sectional structure of the center part of D10 is schematically shown.

【００６２】積層構造体２０は、サファイア（α−Ａｌ
2 Ｏ3 単結晶）を基板１０１として構成してある。サフ
ァイア基板１０１の（０００１）表面上には、アンドー
プのＧａＮからなる緩衝層１０２が堆積されている。Ｇ
ａＮ緩衝層１０２上には、同緩衝層１０２との接合界面
から、その層厚方向に珪素（Ｓｉ）のドーピング濃度を
漸次、増加させてなるｎ形ＧａＮからなる下部クラッド
層１０３を堆積した。下部クラッド層１０３の層厚は３
μｍとし、同層１０３の表面部でのキャリア濃度は約３
×１０18ｃｍ-3とした。The laminated structure 20 is made of sapphire (α-Al
2 O 3 single crystal) is used as the substrate 101. On the (0001) surface of the sapphire substrate 101, a buffer layer 102 made of undoped GaN is deposited. G
On the aN buffer layer 102, a lower cladding layer 103 made of n-type GaN was formed by gradually increasing the doping concentration of silicon (Si) in the layer thickness direction from the junction interface with the buffer layer 102. The thickness of the lower cladding layer 103 is 3
μm, and the carrier concentration at the surface of the same layer 103 is about 3
× 10 18 cm -3 .

【００６３】下部クラッド層１０３上の超格子構造１０
４は、第１の構成層１０４ｂとしたＡｌ組成比を０．１
０とするＳｉドープｎ形Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層と、第２
の構成層１０４ｃとしたＡｌ組成比を０とする、即ち、
Ｓｉドープｎ形ＧａＮ層とからなる積層構造単位１０４
ａ を１２周期重層して構成されている。超格子構造１
０４を構成するｎ形Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層１０４ｂ及び
ｎ形ＧａＮ層１０４ｃのキャリア濃度は何れも約２×１
０18ｃｍ-3に調整してある。両層１０４ｂ、１０４ｃの
層厚は、両層共に５２ｎｍとし、両層１０４ｂ、１０４
ｃの相違は±３ｎｍの範囲内に抑制した。１２周期の重
層からなる超格子構造１０４は、下部クラッド層１０３
を構成するＧａＮよりも禁止帯幅を約０．２５ｅＶ大と
するｎ形Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ１０４ｂを起端層１０５と
し、ｎ形ＧａＮ層１０４ｃを上部表層を構成する上部終
端層１０６として構成されている。The super lattice structure 10 on the lower cladding layer 103
4 shows that the Al composition ratio of the first constituent layer 104b is 0.1
A Si-doped n-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer of 0
The Al composition ratio of the constituent layer 104c is 0, that is,
Stacked structural unit 104 composed of Si-doped n-type GaN layer
a for 12 periods. Superlattice structure 1
The carrier concentration of each of the n-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer 104b and the n-type GaN layer 104c constituting
It has been adjusted to 0 18 cm -3 . The thickness of both layers 104b, 104c is 52 nm for both layers, and both layers 104b, 104c
The difference in c was suppressed within the range of ± 3 nm. The superlattice structure 104 made up of 12 periods of multilayers
The n-type Al 0.10 Ga 0.90 N 104 b having a band gap larger than that of GaN constituting about 0.25 eV is used as the starting layer 105, and the n-type GaN layer 104 c is used as the upper termination layer 106 forming the upper surface layer. I have.

【００６４】上部終端層１０６上には、Ｉｎ組成比を
０．１０とするアンドープｎ形Ｉｎ0. 10Ｇａ0.90Ｎ層１
０７ｅと、アンドープｎ形ＧａＮ層１０７ｆとからなる
積層構造単位１０７ｄ を５周期重層して構成した量子
井戸構造１０７を積層させた。量子井戸構造１０７を構
成するｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ層１０７ｅのキャリア濃
度は約６×１０17ｃｍ-3とし、ｎ形ＧａＮ層１０７ｆの
キャリア濃度は約２×１０17ｃｍ-3に調整してある。井
戸層を形成するｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ層１０７ｅの層
厚は、１０ｎｍとした。障壁層を形成するｎ形ＧａＮ層
１０７ｆの層厚は約２０ｎｍとした。５周期の重層から
なる量子井戸構造１０７は、起端層１０８をｎ形ＧａＮ
層１０７ｆとし、実質的な発光層たる量子井戸構造のｐ
形クラッド層側の終端の井戸層である活性層１０９をｎ
形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ層１０７ｅから構成したものとな
っている。[0064] On the upper end layer 106, an undoped n-type In 0. 10 Ga 0.90 N layer 1, 0.10 In composition ratio
A quantum well structure 107 is formed by laminating a multilayer structure unit 107d composed of a layer 07e and an undoped n-type GaN layer 107f in five periods. The carrier concentration of the n-type In 0.10 Ga 0.90 N layer 107e constituting the quantum well structure 107 is adjusted to about 6 × 10 17 cm −3, and the carrier concentration of the n-type GaN layer 107f is adjusted to about 2 × 10 17 cm −3. It is. The thickness of the n-type In 0.10 Ga 0.90 N layer 107e for forming the well layer was 10 nm. The layer thickness of the n-type GaN layer 107f forming the barrier layer was about 20 nm. The quantum well structure 107 composed of five layers is composed of an n-type GaN
The layer 107f has a substantially p-type quantum well structure as a light emitting layer.
The active layer 109, which is the terminal well layer on the side of the
It is composed of an In 0.10 Ga 0.90 N layer 107e.

【００６５】量子井戸構造１０７の最終層であるｎ形Ｉ
ｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ１０７ｅを活性層１０９として、その
上には、Ｍｇをドーピングした、Ａｌ組成に勾配を付し
たｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ層（Ｘ＝０．１５→０、層厚＝３
００ｎｍ、キャリア濃度＝２×１０17ｃｍ-3）１１０を
接合させた。Ａｌ組成比は、上部終端層１０９との接合
界面から、層厚の増加方向に順次、減少させて表層部で
は０（零）、即ち、ｐ形ＧａＮとした。The n-type I which is the final layer of the quantum well structure 107
n 0.10 Ga 0.90 N 107 e as an active layer 109, and a p-type Al x Ga Y N layer doped with Mg and having a gradient in the Al composition (X = 0.15 → 0, layer thickness = 3)
100 nm, carrier concentration = 2 × 10 17 cm −3 ) 110 were bonded. The Al composition ratio was gradually decreased in the direction of increasing the layer thickness from the junction interface with the upper terminal layer 109 to be 0 (zero) in the surface layer, that is, p-type GaN.

【００６６】サファイア基板１０１の表面上に堆積した
積層構造体２０の各構成層は、一般的な常圧ＭＯＣＶＤ
成長技術で成膜したが、特に、量子井戸構造１０７の活
性層１０９とｐ形クラッド層１１０の成長にあっては、
その接合界面１１１の急峻化を果たす技法を駆使した。
即ち、接合界面１１１に於ける、アルミニウムとインジ
ウムの組成の急峻性を確保するために、量子井戸構造１
０７の活性層１０９の成膜を終了した後、一旦、成膜を
中断するためにIII 族構成元素原料のＭＯＣＶＤ反応系
への導入を停止している。即ち、ｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90
Ｎ１０７ｅ層の成膜をガリウム源およびインジウム源の
ＭＯＣＶＤ系への供給を停止することをもって終了した
後、ｐ形クラッド層１１０の成長を開始する間に５分間
の待機時間を設けると共に、その待機時間を経過した
後、アルミニウム原料およびガリウム原料を瞬時にＭＯ
ＣＶＤ反応炉内に導入して、その接合界面１１１を急峻
とした。一般的なＳＩＭＳ分析法に依る深さ方向の分析
結果からは、アルミニウム原子濃度が１×１０19ｃｍ-3
から１×１０21ｃｍ-3に変化するに要する遷移領域幅
は、約１２ｎｍであるのが示された。Each constituent layer of the laminated structure 20 deposited on the surface of the sapphire substrate 101 is made of a general atmospheric pressure MOCVD.
Although the film was formed by the growth technique, in particular, in growing the active layer 109 and the p-type cladding layer 110 of the quantum well structure 107,
A technique for steepening the bonding interface 111 was used.
That is, in order to secure the steepness of the composition of aluminum and indium at the junction interface 111, the quantum well structure 1
After the completion of the formation of the active layer 109, the introduction of the group III constituent element material into the MOCVD reaction system is temporarily stopped in order to interrupt the film formation. That is, n-type In 0.10 Ga 0.90
After terminating the formation of the N107e layer by stopping the supply of the gallium source and the indium source to the MOCVD system, a waiting time of 5 minutes is provided between the start of the growth of the p-type cladding layer 110 and the waiting time. After that, the aluminum raw material and gallium raw material are instantaneously
It was introduced into a CVD reaction furnace, and the bonding interface 111 was sharpened. According to the analysis result in the depth direction by a general SIMS analysis method, the aluminum atom concentration is 1 × 10 19 cm −3.
The transition region width required to change from to 1 × 10 21 cm −3 was shown to be about 12 nm.

【００６７】積層構造体２０に、一般的なフォトリソグ
ラフィー技術に依るパターニング技術と、アルゴン（Ａ
ｒ）／メタン（ＣＨ4 ）／水素（Ｈ2 ）混合ガスを利用
したプラズマエッチング技術などを利用して素子（チッ
プ）化のための加工を施し、ＬＥＤ１０となした。ＬＥ
Ｄ１０を構成するためのｐ形オーミック電極１１２は、
ＭｇドープＡｌX ＧａY Ｎ組成勾配層からなるｐ形クラ
ッド層１１０の表面に接する側を金・亜鉛合金（Ａｕ９
５重量％・Ｚｎ５重量％）で構成し、上層をＡｕで構成
した２層構造の台座電極１１２ａと導電性の窒化チタン
（ＴｉＮ）薄膜からなる透光性電極１１２ｂとから構成
してある。ｎ形オーミック電極１１３は、プラズマエッ
チング加工により上部を削除した下部クラッド層１０３
の表面上に接触して設置した。ｎ形オーミック台座電極
１１３は、アルミニウムから構成してある。A patterning technique based on a general photolithography technique and an argon (A)
r) / Methane (CH 4 ) / Hydrogen (H 2 ) A process for forming an element (chip) was performed using a plasma etching technique using a mixed gas or the like, and the LED 10 was formed. LE
The p-type ohmic electrode 112 for constituting D10 is
The side in contact with the surface of the p-type cladding layer 110 composed of the Mg-doped Al X Ga Y N composition gradient layer is a gold-zinc alloy (Au9
5% by weight and 5% by weight of Zn), and comprises a pedestal electrode 112a having a two-layer structure in which the upper layer is made of Au, and a translucent electrode 112b made of a conductive titanium nitride (TiN) thin film. The n-type ohmic electrode 113 has a lower cladding layer 103 whose upper portion is removed by plasma etching.
Was placed in contact with the surface. The n-type ohmic pedestal electrode 113 is made of aluminum.

【００６８】ＬＥＤ１０の両電極間に順方向に２０ｍＡ
の動作電流を通流した際には、図３に示す如く、最大の
発光強度をもたらす中心の発光波長１１４を４５４ｎｍ
とする青色発光が放射された。また、主たる発光スペク
トル１１５に付随する従属的なスペクトル１１６は図３
に示す如く、主たるスペクトル１１５の両側に出現する
のが認められた。しかし、従属スペクトル１１６の隣接
により、スペクトルの半値幅１１７はさして悪化せず、
約７ｎｍと良好なものとなった。また、一般の積分球で
測光される発光強度は、チップ状態で約２０マイクロワ
ット（μＷ）の大きさに達する優れるものとなった。20 mA between both electrodes of the LED 10 in the forward direction
As shown in FIG. 3, the center emission wavelength 114 that gives the maximum emission intensity is 454 nm
Blue light was emitted. In addition, the dependent spectrum 116 accompanying the main emission spectrum 115 is shown in FIG.
As shown in the figure, it appeared on both sides of the main spectrum 115. However, due to the adjacency of the dependent spectrum 116, the half width 117 of the spectrum does not deteriorate much,
It was as good as about 7 nm. Further, the emission intensity measured by a general integrating sphere was excellent, reaching about 20 microwatts (μW) in a chip state.

【００６９】注目すべきは、上記の中心発光波長（＝４
５４ｎｍ）を与える禁止帯幅は、光量子説に従えば、理
論上、２．７２ｅＶであることにある。量子井戸構造１
０７のｐ形クラッド層側の終端の井戸層でもあり、ま
た、活性層１０９でもあるｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ１０
７ｅの室温での本来の禁止帯幅は、約３．２ｅＶであり
（特公昭５５−３８３４号参照）、それに対応する光の
波長は約３８８ｎｍである。即ち、本実施例に記載の如
く、量子井戸構造１０７の活性層１０９とｐ形クラッド
層１１０との接合界面１１１に於ける組成の急峻性の向
上を特に図った構成からなるヘテロ接合構成は、本来の
禁止帯幅（＝３．２ｅＶ）に比し、約０．４７ｅＶの遷
移エネルギーの減少をもたらすに足る非矩形のポテンシ
ャル構成を顕現すると察せられるものとなった。It should be noted that the above center emission wavelength (= 4
The band gap giving 54 nm) is theoretically 2.72 eV according to the photon theory. Quantum well structure 1
The n-type In 0.10 Ga 0.90 N10 which is also the active layer 109 and the well layer at the end of the p-type cladding layer 07
The original band gap of 7e at room temperature is about 3.2 eV (see Japanese Patent Publication No. 55-3834), and the wavelength of the corresponding light is about 388 nm. That is, as described in the present embodiment, a heterojunction configuration having a configuration in which the steepness of the composition at the junction interface 111 between the active layer 109 and the p-type cladding layer 110 of the quantum well structure 107 is particularly improved is as follows: Compared to the original forbidden band width (= 3.2 eV), it is considered that a non-rectangular potential configuration sufficient to bring about a transition energy reduction of about 0.47 eV is revealed.

【００７０】また、発光の高速応答性を発光のパルス電
圧応答性として表すとすると、＋５Ｖのパルス電圧を印
加してから上記の青色が安定した強度の発光をもたらす
に至る時間は、約１８ピコ秒（ｐｓ）と計測され、応答
性に優れるＬＥＤがもたらされる結果となった。Assuming that the high-speed response of light emission is expressed as the pulse voltage response of light emission, the time from the application of a +5 V pulse voltage until the above-mentioned blue light emission of stable intensity is about 18 picoseconds. It was measured in seconds (ps), resulting in an LED with excellent responsiveness.

【００７１】（比較例）上記の実施例１に記載のＬＥＤ
１０にあって、量子井戸構造１０７の最終端である活性
層１０９を構成するｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎ１０７ｅの
成膜を終えた後、実施例１の様に成長を中断するための
期間を設けず、時間的に継続させて連続的にｐ形クラッ
ド層１１０の成長に移行した。即ち、敢えて接合界面１
１１の急峻性を果たさず、精々、一般的な矩形ポテンシ
ャル構造の量子構造がもたらされる構成を備えた積層構
造体を構成した。この積層構造体に実施例１と同様の素
子化のための加工を施し、ＬＥＤとなした。(Comparative Example) LED described in Example 1 above
10, after completing the film formation of the n-type In 0.10 Ga 0.90 N 107 e constituting the active layer 109 which is the final end of the quantum well structure 107, a period for interrupting the growth is provided as in the first embodiment. Instead, the process was continued over time and the process was continuously shifted to the growth of the p-type cladding layer 110. That is, the bonding interface 1
No. 11 did not fulfill the steepness, and at the very least, a laminated structure having a structure that could provide a quantum structure having a general rectangular potential structure was provided. This laminated structure was subjected to the same processing for device formation as in Example 1 to obtain an LED.

【００７２】これを従来のＬＥＤの例として発光特性を
比較した。図４に例示する如く、順方向に２０ｍＡの動
作電流を通流した際の主たる発光スペクトル１１５の中
心波長１１４は、３７２ｎｍであり、活性層を構成する
ｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎの本来の禁止帯幅に対応する発
光波長よりも、注目すべきことに短波長であった。即
ち、本比較例のＬＥＤでは、量子井戸構造１０７のｐク
ラッド層側の終端の井戸層１０７ｅの内部の特定の位置
に非矩形のポテンシャル井戸が形成されておらず、上記
の発光特性は、上記井戸層１０７ｅを含めて単純な矩形
ポテンシャル構造の量子井戸構造から原理的に説明でき
る発光であると捉えられた。The light emission characteristics were compared using this as an example of a conventional LED. As illustrated in FIG. 4, the center wavelength 114 of the main emission spectrum 115 when an operating current of 20 mA flows in the forward direction is 372 nm, and the intrinsic inhibition of the n-type In 0.10 Ga 0.90 N constituting the active layer is performed. Notably, the wavelength was shorter than the emission wavelength corresponding to the bandwidth. That is, in the LED of this comparative example, a non-rectangular potential well is not formed at a specific position inside the well layer 107e at the end of the quantum well structure 107 on the side of the p-cladding layer. It was considered that light emission could be explained in principle from a quantum well structure having a simple rectangular potential structure including the well layer 107e.

【００７３】また、主たる発光スペクトル１１５の周囲
には、付帯して半ば周期的に従属的な発光スペクトル１
１６が複数出現するものとなった。このため、スペクト
ルの半値幅１１７は拡幅したものとなり、単色性に劣る
発光となった。半ば周期的に発生する従属スペクトルは
矩形ポテンシャル井戸構造からのサテライト（衛星）発
光と認められ、上記の発光が素材の禁止帯幅に対応する
波長よりも短波長となる現象とを勘案すれば、本比較例
のＬＥＤは、従来の極く一般的な矩形ポテンシャル構造
の量子井戸構造を備えてなるＬＥＤであると結論され
る。チップ状態で一般的な積分球で測光される発光強度
は約１１μＷであった。Around the main emission spectrum 115, the subordinate emission spectrum 1 is attached semi-periodically.
16 appeared multiple times. For this reason, the half width 117 of the spectrum was widened, and the light emission was inferior in monochromaticity. The dependent spectrum generated half-periodically is recognized as satellite (satellite) emission from the rectangular potential well structure, and considering the phenomenon that the above emission becomes shorter than the wavelength corresponding to the band gap of the material, It is concluded that the LED of this comparative example is a conventional LED having a quantum well structure having a very common rectangular potential structure. The light emission intensity measured by a general integrating sphere in a chip state was about 11 μW.

【００７４】前記の実施例１と上記の比較例のＬＥＤの
発光特性の比較により具体的に示される様に、本発明に
係わるＬＥＤは、発光強度並びに発光の単色性に於いて
明らかに比較例のＬＥＤに比較して優れるものである。
これは、一重に、本発明に係わる実施例１のＬＥＤの量
子井戸構造の活性層が、その構成素材の禁止帯幅に対応
するより長波長の発光を発現するに理に叶った非矩形の
ポテンシャル構成を備えていることによるものである。
本来の禁止帯幅に対応する発光に比較して、より短波長
の発光を与えるに過ぎない矩形ポテンシャル構成ではな
く、本発明に係わる非矩形ポテンシャル構成を実現する
ためには、上記の如く活性層とｐ形III族窒化物半導体
からなるｐ形クラッド層との接合界面に於ける急峻性の
確保が極めて重要である。即ち、同接合界面での組成の
急峻性は、発光の強度及び単色性を向上できる非矩形ポ
テンシャル構成を顕現するための必須の技術要素であ
る。As specifically shown by comparing the light emission characteristics of the LED of Example 1 and the LED of the above comparative example, the LED according to the present invention was clearly different in the light emission intensity and the monochromaticity of light emission. It is superior to the LED of the above.
This is because the active layer of the quantum well structure of the LED of Example 1 according to the present invention has a non-rectangular shape that makes sense to emit light of a longer wavelength corresponding to the band gap of the constituent material. This is due to having a potential configuration.
In order to realize a non-rectangular potential configuration according to the present invention instead of a rectangular potential configuration that merely emits light of a shorter wavelength as compared with light emission corresponding to the original band gap, the active layer It is extremely important to ensure steepness at the junction interface between the semiconductor layer and a p-type cladding layer made of a p-type group III nitride semiconductor. That is, the steepness of the composition at the junction interface is an essential technical element for realizing a non-rectangular potential configuration that can improve the light emission intensity and monochromaticity.

【００７５】（実施例２）請求項４に記載の発明、特
に、第４の実施形態に則る積層構造体５０からＬＥＤ４
０を構成する場合を例にして、本発明を具体的に説明す
る。(Example 2) The invention according to claim 4, in particular, from the laminated structure 50 according to the fourth embodiment to the LED 4
The present invention will be specifically described by taking the case where 0 is configured as an example.

【００７６】図５は、本実施例で作製したＬＥＤ４０の
平面模式図である。また、図６は、図５の平面模式図に
示す破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面模式図である。FIG. 5 is a schematic plan view of the LED 40 manufactured in this embodiment. FIG. 6 is a schematic sectional view taken along a broken line BB ′ shown in the schematic plan view of FIG.

【００７７】実施例１に記載の超格子構造１０４の上部
終端層１０６を構成するｎ形ＧａＮ層上に、実施例１に
於いて量子井戸構造１０７の井戸層１０７ｅとして利用
したのと同じｎ形Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる単層の混
晶層を、活性層１０９を構成する唯一の結晶層として、
直接接合させて設けた。一般的な断面ＴＥＭ技法による
観察によれば、活性層１０９内部の転位密度は大凡１０
6 ｃｍ-2と計測された。On the n-type GaN layer forming the upper termination layer 106 of the superlattice structure 104 described in the first embodiment, the same n-type as that used as the well layer 107e of the quantum well structure 107 in the first embodiment A single mixed crystal layer made of In 0.10 Ga 0.90 N is used as the only crystal layer constituting the active layer 109.
It was provided by direct bonding. According to observation by a general cross-sectional TEM technique, the dislocation density inside the active layer 109 is approximately 10%.
It was measured at 6 cm- 2 .

【００７８】活性層１０９上には、実施例１に記載の界
面急峻化のための成長中断を設けて、ｐ形上部クラッド
層１１０をなすアルミニウム組成に勾配を付した、実施
例１に記載のＡｌX ＧａY Ｎ結晶層を接合させた。即
ち、本実施例では、超格子構造１０４の上部終端層１０
６上に唯一、活性層１０９のみを積層させた構成とし
た。The active layer 109 is provided with a growth interruption for steepening the interface described in the first embodiment, and the aluminum composition of the p-type upper cladding layer 110 is graded. The Al X Ga Y N crystal layer was joined. That is, in the present embodiment, the upper termination layer 10 of the superlattice structure 104 is used.
6, only the active layer 109 was laminated.

【００７９】上記の積層構造体５０を用い、実施例１と
同様にして構成したＬＥＤ４０からは、順方向に２０ｍ
Ａの動作電流を通流させて、図７に示す如くのスペクト
ルを呈する青色発光が出射された。最大の発光強度をも
たらす中心の発光波長１１４は、実施例１のＬＥＤ１０
と略同一の４５８ｎｍとなった。また、主たる発光スペ
クトル１１５に付随して、従属的なスペクトルは殆ど発
生しなかった。実施例１の場合と比較して、副次的なス
ペクトルの発生が抑制されているのは、ポテンシャル井
戸を有する層が活性層１０９の単一層に限られているか
らである。スペクトルの半値幅１１７は、約６ｎｍと良
好なものとなった。また、一般の積分球で測光される発
光の強度は約２１μＷであった。ちなみに、上記の超格
子構造１０４を省略して、ＧａＮ下部クラッド層１０３
上に直接、活性層１０９を堆積して構成した特性を比較
するためのＬＥＤの発光強度は、活性層１０９の約１×
１０10ｃｍ-2を越える転位密度の大きさを反映して、概
ね、１０μＷ程度と本実施例のそれの約１／２の低値に
留まるものとなった。From the LED 40 constructed in the same manner as in the first embodiment using the above-mentioned laminated structure 50, the distance from the LED 40 is 20 m in the forward direction.
By passing the operating current of A, blue light emission having a spectrum as shown in FIG. 7 was emitted. The central emission wavelength 114 providing the maximum emission intensity is the same as the LED 10 of the first embodiment.
458 nm, which is almost the same as Subordinate spectra were scarcely generated along with the main emission spectrum 115. The reason that the generation of the secondary spectrum is suppressed as compared with the case of the first embodiment is that the layer having the potential well is limited to a single layer of the active layer 109. The half width 117 of the spectrum was as good as about 6 nm. Further, the intensity of light emission measured by a general integrating sphere was about 21 μW. Incidentally, the super lattice structure 104 is omitted and the GaN lower cladding layer 103 is omitted.
The light emission intensity of the LED for comparing the characteristics formed by directly depositing the active layer 109 on the active layer 109 is about 1 × that of the active layer 109.
Reflecting the magnitude of the dislocation density exceeding 10 10 cm -2 , the dislocation density was about 10 μW, which was about half the value of the present example.

【００８０】実施例１及び実施例２のＬＥＤ１０、４０
の特性を比較するに、双方のＬＥＤからは、ほぼ同じ強
度で略同一の波長の発光がもたらされている。このこと
は、得られる発光強度は、超格子構造の介在に依る活性
層の結晶性の改善に依存するところが大であり、積層構
造に内在させるポテンシャル井戸の数量には殆ど依存し
ないことを示唆している。また、発光の波長にしても、
積層構造の活性層のみにより支配的に決定されることを
表している。そして、活性層を単層とする積層構成は、
発光の単色性に関してより優れた特性を与えるものであ
る。The LEDs 10 and 40 of the first and second embodiments
Comparing the characteristics of (1) and (2), both LEDs emit light of substantially the same wavelength at substantially the same intensity. This suggests that the obtained luminescence intensity largely depends on the improvement of the crystallinity of the active layer due to the interposition of the superlattice structure, and hardly depends on the number of potential wells included in the stacked structure. ing. Also, the emission wavelength
It is shown that it is dominantly determined only by the active layer having the laminated structure. And the lamination structure in which the active layer is a single layer,
It provides more excellent characteristics with respect to monochromaticity of light emission.

【００８１】（実施例３）請求項４に記載の発明、特
に、請求項４に係わる第４の実施形態に記載の活性層を
備えた積層構造体８０からＬＥＤ７０を構成する別の場
合を例にして、本発明を具体的に説明する。(Example 3) Another example in which the LED 70 is formed from the laminated structure 80 having an active layer according to the fourth embodiment of the present invention, particularly the fourth embodiment according to the fourth embodiment. Then, the present invention will be specifically described.

【００８２】図８は、本実施例で作製したＬＥＤ７０の
平面模式図である。また、図９は、図８の平面模式図に
示す破線Ｃ−Ｃ’に沿った断面模式図である。FIG. 8 is a schematic plan view of the LED 70 manufactured in this embodiment. FIG. 9 is a schematic sectional view taken along a broken line CC ′ shown in the schematic plan view of FIG.

【００８３】サファイア単結晶１０１のｃ面上に、実施
例１と同様の構成からなるＧａＮ緩衝層１０２とキャリ
ア濃度に勾配を付したｎ形ＧａＮからなる下部クラッド
層１０３とを順次、堆積した。次に、下部クラッド層１
０３上に超格子構造１０４を堆積した。超格子構造１０
４を構成する第１の構成層１０４ｂは、Ａｌ組成比を
０．０５とするＳｉドープｎ形Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層と
し、第２の構成層１０４ｃはＳｉドープｎ形ＧａＮ層と
した。超格子構造１０４は、一対の第１及び第２の構成
層１０４ｂ、１０４ｃからなる積層構造単位１０４ａを
１０周期反複して重層させて構成されている。本実施例
では、１０周期の積層構造の最表層上に更に、第１の構
成層１０４ｂであるｎ形Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を冠した
構成とした。超格子構造１０４を構成するｎ形Ａｌ0.05
Ｇａ0.95Ｎ層１０４ｂ及びｎ形ＧａＮ層１０４ｃのキャ
リア濃度は何れも約３×１０18ｃｍ-3に調整してある。
両層１０４ｂ、１０４ｃの層厚は、両層共に５８ｎｍと
し、両層１０４ｂ、１０４ｃの相違は４ｎｍの範囲内に
抑制した。１０周期の重層からなる超格子構造１０４
は、下部クラッド層１０３を構成するＧａＮよりも禁止
帯幅を約０．１３ｅＶ大とするｎ形Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ
１０４ｂを起端層１０５及び上部終端層１０６として構
成されている。On the c-plane of the sapphire single crystal 101, a GaN buffer layer 102 having the same structure as in Example 1 and a lower cladding layer 103 made of n-type GaN having a gradient in carrier concentration were sequentially deposited. Next, the lower cladding layer 1
The superlattice structure 104 was deposited on the substrate 03. Super lattice structure 10
The first component layer 104b constituting the 4 Al composition ratio is Si-doped n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer to 0.05, the second component layer 104c was Si-doped n-type GaN layer. The superlattice structure 104 is formed by laminating a laminated structural unit 104a composed of a pair of first and second constituent layers 104b and 104c for 10 periods. In this embodiment, further on the outermost layer of the laminated structure of 10 periods, it has a structure bearing the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N layer as the first constituent layer 104b. N-type Al 0.05 constituting the superlattice structure 104
The carrier concentration of each of the Ga 0.95 N layer 104b and the n-type GaN layer 104c is adjusted to about 3 × 10 18 cm −3 .
The layer thickness of both layers 104b and 104c was 58 nm for both layers, and the difference between both layers 104b and 104c was suppressed within a range of 4 nm. Superlattice structure 104 composed of 10-period multilayers
Is an n-type Al 0.05 Ga 0.95 N having a band gap larger by about 0.13 eV than GaN constituting the lower cladding layer 103.
104b is constituted as the starting layer 105 and the upper terminating layer 106.

【００８４】上部終端層１０６上には、Ｉｎ組成比を
０．２０とするアンドープｎ形Ｉｎ0. 20Ｇａ0.80Ｎ層か
らなる、実質的な発光層たる活性層１０９を唯一、積層
させた。非矩形のポテンシャル構成を内在させる活性層
１０９のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3とし、層厚
は、１２ｎｍとしてある。[0084] On the upper end layer 106, an In composition ratio of undoped n-type In 0. 20 Ga 0.80 N layer to 0.20, and the substantial light emission layer serving as the active layer 109 only, are stacked. The carrier concentration of the active layer 109 having a non-rectangular potential configuration therein is about 1 × 10 18 cm −3 , and the layer thickness is 12 nm.

【００８５】ｎ形Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ｎから構成される活
性層１０９上には、実施例１と同じく次層との接合界面
の急峻性を達成すべく成長を中断する期間を設けた後、
Ａｌ組成に勾配を付したＭｇドープｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ
層（Ｘ＝０．１５→０、層厚＝３００ｎｍ、キャリア濃
度＝２×１０17ｃｍ-3）１１０を接合させた。Ａｌ組成
比は、活性層１０９との接合界面から、層厚の増加方向
に順次、減少させて表層部では０（零）、即ち、ｐ形Ｇ
ａＮとした。On the active layer 109 composed of n-type In 0.20 Ga 0.80 N, a period during which the growth is interrupted in order to achieve the steepness of the junction interface with the next layer is provided as in the first embodiment.
Mg-doped p-type Al x Ga y N with gradient Al composition
A layer (X = 0.15 → 0, layer thickness = 300 nm, carrier concentration = 2 × 10 17 cm −3 ) 110 was bonded. The Al composition ratio is gradually decreased from the junction interface with the active layer 109 in the increasing direction of the layer thickness, and is 0 (zero) in the surface layer, that is, the p-type G
aN.

【００８６】積層構造体８０に実施例１と同様に加工を
施した後、実施例１に記載のｐ形オーミック電極１１２
及びｎ形オーミック電極１１３を設けてＬＥＤ７０を作
製した。ＬＥＤ７０の両電極間に順方向に２０ｍＡの動
作電流を通流した際には、最大の発光強度をもたらす中
心の発光波長を４７６ｎｍとする青緑色発光が放射され
た。また、主たる発光スペクトルに付随する従属的なス
ペクトルは殆ど発生しない状態であった。実施例１の場
合と比較して、副次的なスペクトルの発生が抑制されて
いるのは、ポテンシャル井戸を有する層が活性層１０９
の単一層に限られているからである。スペクトルの半値
幅は、約８ｎｍと良好なものとなった。また、一般の積
分球で測光される発光強度は、チップ状態で約２２マイ
クロワット（μＷ）の大きさに達する優れるものとなっ
た。After processing the laminated structure 80 in the same manner as in the first embodiment, the p-type ohmic electrode 112 described in the first embodiment is processed.
And the n-type ohmic electrode 113 was provided to produce the LED 70. When an operating current of 20 mA was passed between the two electrodes of the LED 70 in the forward direction, blue-green light with a central emission wavelength of 476 nm, which gives the maximum emission intensity, was emitted. In addition, a subordinate spectrum accompanying the main emission spectrum was hardly generated. Compared with the case of the first embodiment, the generation of the secondary spectrum is suppressed because the layer having the potential well is the active layer 109.
Is limited to a single layer. The half width of the spectrum was as good as about 8 nm. Further, the light emission intensity measured by a general integrating sphere was excellent, reaching about 22 microwatts (μW) in a chip state.

【００８７】特徴的なのは、発光層たる活性層１０９を
構成するｎ形Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ｎの室温での禁止帯幅が
約３．１ｅＶであるのに対し、この禁止帯幅に対応する
波長（＝４００ｎｍ）よりも長波長の発光がもたらされ
ていることにある。この発光の長波長化は、従来の矩形
ポテンシャル構成の量子井戸層からは、原理的に放射で
き得ないものであって、遷移エネルギーの減少をもたら
す、本発明の非矩形ポテンシャル構成の発現をもってし
て始めて顕現できる特質である。本実施例の活性層１０
９とｐ形クラッド層１１０とからなるヘテロ接合構成に
於ける遷移エネルギーは約２．６ｅＶであると見積もれ
る。Characteristically, the bandgap at room temperature of the n-type In 0.20 Ga 0.80 N constituting the active layer 109 as the light emitting layer is about 3.1 eV, while the wavelength corresponding to this bandgap ( = 400 nm). The longer wavelength of the light emission cannot be emitted in principle from the quantum well layer of the conventional rectangular potential configuration, and has the non-rectangular potential configuration of the present invention that causes a reduction in transition energy. It is a characteristic that can be manifested for the first time. Active layer 10 of the present embodiment
It is estimated that the transition energy in the heterojunction structure composed of No. 9 and the p-type cladding layer 110 is about 2.6 eV.

【００８８】また、実施例３に記載のＬＥＤは、発光を
担うIII 族窒化物半導体層が活性層のみの例え一層であ
っても、強度的に優れると共に単色性に優れる短波長可
視光を発する発光素子がもたらされることを教示してい
るものである。特に、発光の単色性に関しては、量子井
戸構造を付帯する構成よりも更に優れるものとなる。The LED described in Example 3 emits short-wavelength visible light that is excellent in strength and monochromatic even if the group III nitride semiconductor layer responsible for light emission is only one active layer. It teaches that a light emitting device is provided. In particular, the monochromaticity of light emission is even better than the structure with the quantum well structure.

【００８９】（実施例４）本実施例では、請求項５の発
明、即ち、第５の実施形態に則り構成された活性層を備
えた積層構造体からＬＥＤを構成する場合を例にして本
発明の内容を具体的に説明する。(Embodiment 4) In this embodiment, the invention of claim 5 will be described, that is, a case where an LED is constituted by a laminated structure having an active layer constituted according to the fifth embodiment. The content of the invention will be specifically described.

【００９０】本実施例４では、実施例２に記載の構造か
らなる積層構造体からＬＥＤを構成するに当たり、活性
層に限り、実施例２とは構成を異にして特に、顕著に多
相構造であると認められるｎ形Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎから
構成した。In the fourth embodiment, when an LED is formed from the laminated structure having the structure described in the second embodiment, the active layer is different from that of the second embodiment in particular in terms of the active layer. It was composed of n-type Ga 0.90 In 0.10 N which was found to be:

【００９１】本実施例４に係わる多相構造のｎ形Ｇａ
0.90Ｉｎ0.10Ｎからなる活性層を備えた積層構造体は、
実施例２と同様に、超格子構造の上部終端層上にｎ形Ｇ
ａ0.90Ｉｎ0.10Ｎからなる活性層を成膜し、引き続き界
面の急峻性をもたらす成長中断の措置を講じた後、１０
５０℃で実施例２と同様にｐ形クラッド層とコンタクト
層とを兼ねるｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ組成勾配層を成膜し、
その後段階的な冷却方法を採用して冷却し、作製した。
段階的な冷却方法とは、１０５０℃から９５０℃に低下
させるのに毎分４５℃の速度で冷却する第１の冷却工程
と、９５０℃から６５０℃に毎分１５℃の速度で冷却す
る第２の冷却工程とを備えた冷却手段である。The n-type Ga having a multiphase structure according to the fourth embodiment
A laminated structure having an active layer made of 0.90 In 0.10 N is:
As in the second embodiment, the n-type G
a After forming an active layer made of 0.90 In 0.10 N, and taking measures to interrupt the growth to bring about a steep interface,
At 50 ° C., a p-type Al X Ga Y N composition gradient layer serving also as a p-type cladding layer and a contact layer was formed in the same manner as in Example 2.
After that, cooling was performed by adopting a stepwise cooling method, and the device was manufactured.
The stepwise cooling method includes a first cooling step of cooling at a rate of 45 ° C./minute to reduce the temperature from 1050 ° C. to 950 ° C., and a second cooling step of cooling at a rate of 15 ° C./minute from 950 ° C. to 650 ° C. 2 cooling means.

【００９２】この冷却手段により、ｎ形Ｇａ0.90Ｉｎ
0.10Ｎからなる活性層を、インジウム組成比（＝β）が
約３〜５％に略画一化されたＧａαＩｎβＮを主体相
（ｍａｔｒｉｘ相）とし、主にインジウム組成比（＝
β）を約１２〜約１５％とする、主に略球状或いは半球
状の微結晶体（ｍｉｃｒｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）を従属相
とする多相構造から構成した。多相構造からなるｎ形Ｇ
ａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ活性層１０９の内部組織構造を示す断
面ＴＥＭ像を図１０に示す。層状をなす主体相Ｓの内部
にインジウムをより富裕に含む微結晶体からなる従属相
Ｔが散在する模様が観てとれる。主体相Ｓと従属相Ｔと
が接する領域の多くは、歪を含む領域Ｕが形成されてい
るのも認知される。[0092] By this cooling means, n-type Ga 0.90 In
The active layer made of 0.10 N is composed mainly of GaαInβN whose indium composition ratio (= β) is approximately equalized to about 3 to 5% as a main phase (matrix phase).
β) is about 12% to about 15%, and has a multiphase structure in which a substantially spherical or hemispherical micro-crystal is a subordinate phase. N-type G with multiphase structure
FIG. 10 shows a cross-sectional TEM image showing the internal structure of the a 0.90 In 0.10 N active layer 109. A pattern can be seen in which the dependent phase T made of a microcrystal containing indium in a richer manner is scattered inside the main phase S in the form of a layer. It is also recognized that in many regions where the main phase S and the subordinate phase T are in contact, a region U including distortion is formed.

【００９３】上記の積層構造体から、実施例１に記載の
手順に則り構成したＬＥＤからは、順方向に２０ｍＡの
動作電流を通流した際に、中心波長を約４６０ｎｍとす
る青色光が放射された。一般的な積分球を利用して測光
された発光強度は約２６μＷであり、実施例２のＬＥＤ
の強度を約２４％上回る高強度となった。実施例２のＬ
ＥＤと異なるのは、活性層が多相構造であるか否かのみ
であり、従って、本実施例が具体的に示す如く、多相構
造からなる活性層は発光強度の向上に効果を奏するのは
明らかである。From the above-mentioned laminated structure, when an operating current of 20 mA flows in the forward direction, blue light having a center wavelength of about 460 nm is emitted from the LED configured according to the procedure described in Example 1. Was done. The light emission intensity measured using a general integrating sphere was about 26 μW, and the LED of Example 2 was used.
Was higher than the strength by about 24%. L of Example 2
The only difference from the ED is whether or not the active layer has a multi-phase structure. Therefore, as specifically shown in this embodiment, the active layer having the multi-phase structure has an effect of improving the emission intensity. Is clear.

【００９４】（実施例５）本実施例では、第６の実施形
態に則る多相構造の活性層を備えたＬＥＤを構成する場
合を例にして、本発明を具体的に説明する。Example 5 In this example, the present invention will be described in detail by taking as an example a case where an LED having a multi-phase structure active layer according to the sixth embodiment is formed.

【００９５】本実施例では、実施例４と同様の積層構造
体において、ｎ形Ｇａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ活性層とｐ形Ａｌ
X ＧａY Ｎ組成勾配層を成膜した後に、冷却工程の冷却
速度に変更を加えて、第６の実施形態に則る多相構造か
らなる活性層を構成した。ｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ組成勾配
層の成膜温度である１０５０℃から９５０℃への冷却速
度は、毎分３０℃に、また、９５０℃から６５０℃への
冷却速度は、毎分１０℃に設定した。In this embodiment, an n-type Ga 0.90 In 0.10 N active layer and a p-type Al
After forming the X Ga Y N composition gradient layer, in addition to changes in the cooling rate of the cooling process was the active layer composed of a multiphase structure abide to a sixth embodiment. The cooling rate from the deposition temperature of the p-type Al X Ga Y N composition gradient layer from 1050 ° C. to 950 ° C. is 30 ° C./min, and the cooling rate from 950 ° C. to 650 ° C. is 10 ° C./min. Set to.

【００９６】本実施例５では、実施例４に比較して、よ
り冷却速度を小としたため、活性層の主体相と従属相間
のインジウム組成の差異はより顕著となり、主体相は、
主にインジウム原子濃度が約８×１０19ｃｍ-3であるＧ
ａＮから構成されるものとなった。即ち、本実施例の非
矩形のポテンシャル構成を有する活性層は、超格子構造
の上部終端層を構成する材料と略同一のＧａＮを主体相
とする多相構造から構成されるものとなった。一方、従
属相を構成する微結晶体のインジウム組成は逆に大とな
る傾向が認められ、平均すれば約１５％となった。ま
た、冷却速度の低下により微結晶体相互の融合により従
属相の外形が大となる傾向にあることも認められた。何
れも、II−VI族化合物半導体であるＣｄＴｅ量子ドット
（ｄｏｔ）に関するオストワルド・ライプニング（Ｏｓ
ｔｗａｌｄ ｒｉｐｅｎｉｎｇ）効果に基づく現象を伺
わせる傾向を呈した（「応用物理」、第６７巻第７号
（１９９８）、８０２〜８１２頁、及びＪ．Ｃｒｙｓｔ
ａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，１８４／１８５（１９９８）、２
２８〜２３６頁参照）。In Example 5, since the cooling rate was lower than that in Example 4, the difference in the indium composition between the main phase and the subordinate phase of the active layer became more remarkable.
G mainly having an indium atom concentration of about 8 × 10 19 cm -3
aN. In other words, the active layer having a non-rectangular potential configuration of the present embodiment has a multiphase structure mainly composed of GaN, which is substantially the same as the material forming the upper terminal layer of the superlattice structure. On the other hand, the indium composition of the microcrystals constituting the dependent phase tended to be large, and the average was about 15%. In addition, it was also recognized that the external phase of the dependent phase tended to increase due to the fusion of the microcrystals due to the decrease in the cooling rate. In each case, Ostwald ripening (Os) of a CdTe quantum dot (dot) which is a II-VI compound semiconductor is used.
(see “Applied Physics”, Vol. 67, No. 7 (1998), pp. 802-812, and J. Cryst).
al Growth, 184/185 (1998), 2
See pages 28-236).

【００９７】上記の積層構造体から実施例１に記載の手
順に則り構成したＬＥＤからは、順方向に２０ｍＡの動
作電流を通流した際に、中心波長を約４７０ｎｍとする
青緑色光が放射された。一般的な積分球を利用して測光
された発光強度は約２８μＷであり、発光波長の相違こ
そあれ、実施例２のＬＥＤの強度を約３３％上回る高強
度となった。また、同様の多相構造からなる活性層を備
えた実施例４のＬＥＤと比較しても、強度的に優れるも
のとなった。多相構造からなる活性層を構成するに際
し、多相構造の主体相を被堆積層である超格子構造の上
部終端層を構成する材料と組成共々、略同一のIII 族窒
化物半導体材料から構成することにより、より高強度の
発光が帰結されることが示された。When an operating current of 20 mA flows in the forward direction from the LED constructed from the laminated structure according to the procedure described in Example 1, blue-green light having a center wavelength of about 470 nm is emitted. Was done. The light emission intensity measured using a general integrating sphere was about 28 μW, which was higher than the LED of Example 2 by about 33% despite the difference in the light emission wavelength. Further, as compared with the LED of Example 4 provided with an active layer having the same multiphase structure, the LED was excellent in strength. In forming the active layer having a multi-phase structure, the main phase of the multi-phase structure is composed of a group III nitride semiconductor material having substantially the same composition as the material forming the upper termination layer of the superlattice structure, which is the layer to be deposited. By doing so, it was shown that higher-intensity light emission was obtained.

【００９８】（実施例６）本実施例では、第７及び第８
の実施形態に記載の発明に則る構成を備えてなる積層構
造体２からＬＥＤ１を作製する場合を例にして本発明を
具体的に説明する。(Embodiment 6) In this embodiment, the seventh and eighth embodiments will be described.
The present invention will be specifically described by taking as an example the case where the LED 1 is manufactured from the laminated structure 2 having the configuration according to the invention described in the embodiment.

【００９９】図１１は、本実施例で作製したＬＥＤ１の
断面構造を示す模式図である。サファイア基板１０１よ
り、ｎ形Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎを上部終端層１０６とする
超格子構造１０４を介して、ｎ形Ｇａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ活
性層１０９に至る積層構成は、実施例３に記載のそれと
同一としてある。FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the LED 1 manufactured in this example. The lamination structure from the sapphire substrate 101 to the n-type Ga 0.80 In 0.20 N active layer 109 via the superlattice structure 104 using the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N as the upper termination layer 106 is different from that described in the third embodiment. They are the same.

【０１００】常圧ＭＯＣＶＤ法によるｎ形Ｇａ0.80Ｉｎ
0.20Ｎ活性層１０９の成膜を終了し、１０分間の成長の
中断の後、アンドープで高抵抗のｎ形Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎ層１１８を重層させた。成長中断時間を前記の倍の時
間としたのは、活性層１０９とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１
１８との接合界面での急峻性の更なる向上を達成して、
活性層１０９の内部にフェルミレベル側に充分に落ち込
む伝導帯の曲折部を創成するためである。また、キャリ
ア濃度を１×１０17ｃｍ-3未満とした高抵抗Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ層１１８の層厚は３ｎｍとした。この高純度の
ｎ形Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１１８は、ｎ形Ｇａ0.80Ｉｎ
0.20Ｎ活性層１０９内に形成するポテンシャル井戸部の
特定の領域に効率良く電子を蓄積するために設けたもの
である。N-type Ga 0.80 In by normal pressure MOCVD
After the formation of the 0.20 N active layer 109 is completed and the growth is interrupted for 10 minutes, the undoped, high-resistance n-type Al 0.15 Ga 0.85
The N layer 118 was overlaid. The reason why the growth interruption time is twice as long as the above is that the active layer 109 and the Al 0.15 Ga 0.85 N layer 1
18 to further improve the steepness at the junction interface with
This is for creating a bent portion of the conduction band which falls sufficiently on the Fermi level side inside the active layer 109. Also, a high-resistance Al 0.15 G having a carrier concentration of less than 1 × 10 17 cm −3.
The layer thickness of the a 0.85 N layer 118 was 3 nm. This high-purity n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 118 is formed of n-type Ga 0.80 In
This is provided for efficiently accumulating electrons in a specific region of a potential well formed in the 0.20 N active layer 109.

【０１０１】ｎ形Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１１８上には、
Ｍｇドープｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ（Ｘ＝０．１５→０）組
成勾配層１１０を堆積して積層構造体２の形成を完了し
た。積層構造体２の表面から深部に至るＳＩＭＳ分析に
よる深さ方向の構成元素の濃度分析に依れば、アンドー
プｎ形Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１１８には、上層のｐ形Ａ
ｌX ＧａY Ｎ層１１０のドーパントであるＭｇが拡散し
ているのが認められた。また、Ｇａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ活性
層１０９と高抵抗のｎ形Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１１８と
の接合界面に於けるアルミニウム組成の急峻性は、約９
ｎｍであると認められた。On the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 118,
The Mg-doped p-type Al X Ga Y N (X = 0.15 → 0) composition gradient layer 110 was deposited to complete the formation of the multilayer structure 2. According to the concentration analysis of the constituent elements in the depth direction by SIMS analysis from the surface to the deep part of the multilayer structure 2, the undoped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 118 has an upper p-type A
l X Ga Y N layer 110 Mg is the dopant is was observed to have diffused. The steepness of the aluminum composition at the junction interface between the Ga 0.80 In 0.20 N active layer 109 and the high-resistance n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 118 is about 9%.
nm.

【０１０２】上記の積層構造体に、実施例１に記載と同
様の構成から成るｐ形及びｎ形オーミック電極１１２，
１１３を敷設してＬＥＤ１を構成した。発光の中心波長
は約５０５ｎｍと実施例３のＬＥＤに比し更に、長波長
であると観測された。主たる発光スペクトル以外には、
特に副次的なスペクトルは実施例３と同じく殆ど発生が
認められなかった。しかし、本実施例に特徴的なのは、
実施例３のＬＥＤに比較してより応答性に優れる高速応
答性のＬＥＤがもたらされることにある。具体的な応答
性の優劣を示すパルス応答時間をもって比較すれば、実
施例３のそれが約２０ｐｓであるのに対し、本実施例の
それは、約１６ｐｓであり、本実施例の構成に依れば、
更なる高速応答性を有するＬＥＤが獲得されるのは必至
である。In the above laminated structure, p-type and n-type ohmic electrodes 112 having the same configuration as described in the first embodiment,
113 was laid to construct LED1. The center wavelength of light emission was about 505 nm, which was observed to be longer than that of the LED of Example 3. Other than the main emission spectrum,
In particular, almost no secondary spectrum was observed as in Example 3. However, the feature of this embodiment is that
An object of the present invention is to provide a high-speed responsive LED which is more responsive than the LED of the third embodiment. Comparing with specific pulse response times showing the superiority and inferiority of response, that of the third embodiment is about 20 ps, whereas that of the third embodiment is about 16 ps, which depends on the configuration of the present embodiment. If
It is inevitable that an LED having an even faster response will be obtained.

【０１０３】（実施例７）実施例６に記載のＧａ0.80Ｉ
ｎ0.20Ｎから活性層１０９を構成するにあたり、その膜
厚を３ｎｍに迄減じた。且つ、重層させる上層のＡｌX
ＧａY Ｎ組成勾配層１１０に於けるＡｌ組成の勾配は
０．２５から０に変化させることとした。即ち、実施例
６と比較してより薄い活性層１０９に、アルミニウム組
成比をより大とするｐ形クラッド層１１０を接合させる
構成とした。(Example 7) Ga 0.80 I described in Example 6
In forming the active layer 109 from n 0.20 N, the film thickness was reduced to 3 nm. And the upper layer of Al X
The gradient of the Al composition in the Ga Y N composition gradient layer 110 was changed from 0.25 to 0. That is, the p-type cladding layer 110 having a higher aluminum composition ratio is joined to the thinner active layer 109 as compared with the sixth embodiment.

【０１０４】上記の積層構造体から実施例１に記載の手
法に則り作製したＬＥＤは、実施例６のＬＥＤに比較し
て応答時間に顕著な差異は認められなかった。しかし、
発光波長は、５２０ｎｍと更に、長波長であるのが観測
された。即ち、活性層を構成するＧａY ＩｎZ Ｎ混晶の
インジウム組成比（＝Ｚ）に然したる増減を加えずに略
同一としたままで、同活性層の層厚を減少させ、並びに
活性層との接合面に於けるクラッド層及びコンタクト層
を兼用するｐ形ＡｌX ＧａY Ｎ層のアルミニウム組成比
（＝Ｘ）を増加させる単純な操作により発光波長の長波
長化が達成されることが実証された。ちなみに、本実施
例の場合、活性層を構成するＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎの本来
の禁止帯は約２．９ｅＶである（特公昭５５−３８３４
号参照）。一方、得られた発光波長に対応する遷移エネ
ルギーは約２．４ｅＶと算出される。従って、本実施例
では約０．５ｅＶの遷移エネルギーの縮小が達成される
結果となった。また、チップ状態での発光強度も約３０
μＷと高いものとなった。The LED fabricated from the above laminated structure according to the method described in Example 1 did not show a remarkable difference in response time as compared with the LED of Example 6. But,
The emission wavelength was observed to be 520 nm, which was a longer wavelength. That is, the thickness of the active layer is reduced while the indium composition ratio (= Z) of the Ga Y In Z N mixed crystal constituting the active layer is kept substantially the same without increasing or decreasing the indium composition ratio. A longer emission wavelength can be achieved by a simple operation of increasing the aluminum composition ratio (= X) of the p-type Al X Ga Y N layer which also serves as a cladding layer and a contact layer at the bonding surface with the layer. Has been demonstrated. By the way, in the case of this embodiment, the original band gap of Ga 0.80 In 0.20 N constituting the active layer is about 2.9 eV (Japanese Patent Publication No. 55-3834).
No.). On the other hand, the transition energy corresponding to the obtained emission wavelength is calculated to be about 2.4 eV. Therefore, in the present embodiment, the transition energy was reduced by about 0.5 eV. Further, the light emission intensity in a chip state is about 30.
It was as high as μW.

【０１０５】[0105]

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、実質的な発光
層である活性層を超格子構造上に設ける構成としたの
で、結晶欠陥の活性層への伝搬が抑制された、結晶性に
優れる活性層がもたらされ、これより、高い発光強度の
発光素子（ＬＥＤ）が得られる効果がある。また、活性
層をバンドの曲折による低ポテンシャル部を内包する構
成としたので、比較的長波長の発光をもたらすIII 族窒
化物半導体発光素子が簡便に提供できる。According to the first aspect of the present invention, since the active layer, which is a substantial light emitting layer, is provided on the superlattice structure, propagation of crystal defects to the active layer is suppressed. And an active layer having excellent light-emitting intensity is obtained. Further, since the active layer is configured to include a low potential portion due to the bending of the band, a group III nitride semiconductor light emitting device that emits light of a relatively long wavelength can be easily provided.

【０１０６】請求項２乃至請求項４に記載の発明に依れ
ば、単色性に優れる発光をもたらすIII 族窒化物半導体
発光素子が得られる効果がある。特に、請求項２の発明
では、活性層を堆積する超格子構造を、副次的な発光ス
ペクトルを発生させるような不必要な量子準位を生じな
い非量子構造としたことが、単色性に優れる発光をもた
らすに効果を奏している。また、請求項３の発明では、
活性層をそもそも単色性に優れる発光をもたらすに優位
な量子井戸構成としたので、発光の単色性の向上に効果
が奏される。また、請求項４の発明では、活性層を唯一
の層から構成したので、余分な量子準位の発生を招かず
に単色性に優れる発光がもたらすに効果がある。According to the second to fourth aspects of the present invention, there is an effect that a group III nitride semiconductor light-emitting device which emits light with excellent monochromaticity can be obtained. In particular, according to the second aspect of the present invention, the superlattice structure on which the active layer is deposited is a non-quantum structure that does not generate an unnecessary quantum level that generates a secondary emission spectrum. It is effective in providing excellent light emission. In the invention of claim 3,
Since the active layer has a quantum well structure that is superior in providing light emission with excellent monochromaticity, the effect of improving the monochromaticity of light emission is exhibited. Further, in the invention of claim 4, since the active layer is composed of only one layer, there is an effect that light emission excellent in monochromaticity is brought about without generating an extra quantum level.

【０１０７】活性層をインジウム組成に関する多相構造
の結晶層から構成する請求項５及び６に記載の発明は、
発光強度に優れるIII 族窒化物半導体発光素子をもたら
すに効果を奏する。特に、請求項６の発明では、多相構
造の主体相を、下地層と略同一の材料から構成したの
で、活性層の結晶品質が格段に向上し、よって、更に発
光強度に優れるIII 族窒化物半導体発光素子が提供でき
る効果が得られる。The invention according to claims 5 and 6, wherein the active layer is composed of a crystal layer having a multiphase structure with respect to the indium composition.
This is effective in providing a group III nitride semiconductor light emitting device having excellent light emission intensity. In particular, in the invention of claim 6, since the main phase having the multi-phase structure is made of substantially the same material as that of the underlayer, the crystal quality of the active layer is remarkably improved, and therefore, the group III nitride having further excellent emission intensity is obtained. This provides the effect that the semiconductor light emitting device can provide.

【０１０８】請求項７及び８の発明に記載したバンド構
成とすれば、発光波長を長波長となすために、インジウ
ム組成比を増大させた結晶性に劣るＧａＩｎＮ結晶から
活性層を構成する従来の技術手段を回避して、発光の波
長を簡便に長波長とするに効果が発揮される。特に、請
求項８の発明に記載した活性層とｐ形クラッド層との中
間に、高純度のｎ形結晶層を配置する構成は、活性層内
のバンドをより確実に屈曲させることができ、長波長の
発光をもたらすIII 族窒化物半導体発光素子をもたらす
に特に効果がある。According to the band structure described in the seventh and eighth aspects of the present invention, in order to make the emission wavelength longer, the conventional structure in which the active layer is made of GaInN crystal having poor in crystallinity with an increased indium composition ratio is used. This is effective in avoiding technical means and easily increasing the wavelength of light emission to a long wavelength. In particular, the configuration in which the high-purity n-type crystal layer is arranged between the active layer and the p-type cladding layer according to the invention of claim 8 can more reliably bend the band in the active layer, It is particularly effective in providing a group III nitride semiconductor light emitting device that emits light of a long wavelength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施例１に係わるＬＥＤの平面模式図
である。FIG. 1 is a schematic plan view of an LED according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図１のＬＥＤのＡ−Ａ’に沿った断面模式図で
ある。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ of the LED in FIG.

【図３】実施例１のＬＥＤの発光スペクトルを示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing an emission spectrum of the LED of Example 1.

【図４】比較例のＬＥＤの発光スペクトルを示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum of an LED of a comparative example.

【図５】本発明の実施例２に係わるＬＥＤの平面模式図
である。FIG. 5 is a schematic plan view of an LED according to Embodiment 2 of the present invention.

【図６】図５のＬＥＤのＢ−Ｂ’に沿った断面模式図で
ある。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view along the line BB ′ of the LED in FIG. 5;

【図７】実施例２のＬＥＤの発光スペクトルを示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing an emission spectrum of the LED of Example 2.

【図８】本発明の実施例３に係わるＬＥＤの平面模式図
である。FIG. 8 is a schematic plan view of an LED according to Embodiment 3 of the present invention.

【図９】図８のＬＥＤのＣ−Ｃ’に沿った断面模式図で
ある。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the line CC ′ of the LED in FIG. 8;

【図１０】本発明の実施例４に係わる活性層の内部組織
構造を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an internal structure of an active layer according to Example 4 of the present invention.

【図１１】本発明の実施例６に係わるＬＥＤの断面模式
図である。FIG. 11 is a schematic sectional view of an LED according to a sixth embodiment of the present invention.

【図１２】本発明の超格子構造の構成例を示す断面図で
ある。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a superlattice structure of the present invention.

【図１３】本発明の活性層の非矩形ポテンシャル構造の
一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a non-rectangular potential structure of an active layer according to the present invention.

【図１４】本発明の活性層の非矩形ポテンシャル構造の
他の例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing another example of the non-rectangular potential structure of the active layer of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、１０，４０、７０ 発光素子（ＬＥＤ） ２、２０，５０、８０ 積層構造体 １０１ 結晶基板 １０２ 緩衝層 １０３ ｎ形クラッド層 １０４ 超格子構造 １０４ａ 超格子構造の構成単位 １０４ｂ 超格子構造の第１の構成層 １０４ｃ 超格子構造の第２の構成層 １０５ 超格子構造の起端層 １０６ 上部終端層 １０７ 量子井戸構造 １０７ｄ 量子井戸構造の構成単位 １０７ｅ 井戸層 １０７ｆ 障壁層 １０８ 量子井戸構造の起端層 １０９ 活性層 １１０ ｐ形クラッド層 １１１ 活性層とｐ形クラッド層との接合界面 １１２ ｐ形オーミック電極 １１２ａ 台座電極 １１２ｂ ＴｉＮ透光性電極 １１３ ｎ形オーミック電極 １１４ 中心発光波長 １１５ 主たる発光スペクトル １１６ 従属的な発光スペクトル １１７ スペクトル半値幅 １１８ ｎ形結晶層層 １１９ 活性層と上部終端層との接合界面 １２０ 活性層とｎ形結晶層との接合界面 ＣＢ 伝導帯 ｅ 電子 ｈ 正孔 Ｆ フェルミレベル ＰＯ 価電子帯側の低ポテンシャル領域 Ｐ１ 伝導帯側の低ポテンシャル領域 Ｓ 主体相 Ｔ 従属層 Ｕ 歪み領域 ＶＢ 価電子帯 1, 10, 40, 70 Light-emitting device (LED) 2, 20, 50, 80 Laminated structure 101 Crystal substrate 102 Buffer layer 103 N-type cladding layer 104 Super lattice structure 104a Constituent unit of super lattice structure 104b First of super lattice structure 1st constituent layer 104c Second constituent layer of superlattice structure 105 Initiation layer of superlattice structure 106 Upper terminal layer 107 Quantum well structure 107d Structural unit of quantum well structure 107e Well layer 107f Barrier layer 108 Origin of quantum well structure Layer 109 active layer 110 p-type cladding layer 111 junction interface between active layer and p-type cladding layer 112 p-type ohmic electrode 112a pedestal electrode 112b TiN translucent electrode 113 n-type ohmic electrode 114 center emission wavelength 115 main emission spectrum 116 dependent Emission Spectrum 117 Spectrum Half Width 118 n-type Crystal layer layer 119 Junction interface between active layer and upper termination layer 120 Junction interface between active layer and n-type crystal layer CB conduction band e electron h hole F Fermi level PO low potential region on valence band side P1 conduction band side Low potential region S main phase T dependent layer U strain region VB valence band

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成１１年１１月２２日（１９９９．１１．
２２）[Submission date] November 22, 1999 (1999.11.
22)

【手続補正１】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】０００７[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【０００７】発光層を歪を内在する層（歪層：Ｓｔｒａ
ｉｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から構成する従来技術も開示さ
れている（特開平７−２９７４７６号公報参照）。この
従来例に於いては、発光層たる井戸層は、厚さを７ｎｍ
とするＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎが使用されている。一方、歪
層を重層させてなる歪超格子（Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａ
ｙｅｒ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ：ＳＬＳ）構造
は、主に発光部以外の一構成要素として利用されてい
る。例えば、Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ＜１）からなるＳＬＳ構造は、Ｇａ1-x
Ｉｎx Ｎ（０＜ｘ≦１）バッファ層の転位がＤＨ構造発
光部の活性（発光）層に伝搬するのを防ぐ、転位低減層
として利用されている（特開平８−２６４８３３号公報
参照）。また、Ａｌd Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ｎ（０≦ｃ，ｄ
≦１、０≦ｃ＋ｄ＜１）とＡｌy Ｇａ 1-x-y Ｉｎx Ｎ
（０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）とからなるＳＬＳ
構造を上記例と同じくＤＨ構造発光部の下方に配置する
従来例が知られている（特開平６−１５２０７２号公報
参照）。他には、ＡｌＮとＧａＮとのＳＬＳ構造からバ
ッファ層を構成する例も知られている（特開平３−２０
３３８８号公報参照）。The light-emitting layer is formed as a layer having an intrinsic strain (strain layer: St).ra
conventional technology consisting of an ined layer) is also disclosed.
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-297476). this
In the conventional example, the well layer as the light emitting layer has a thickness of 7 nm.
In0.2 Ga0.8 N is used. Meanwhile, distortion
Strained superlattice (Strained La)
Yer Super Lattice (SLS) structure
Is mainly used as one component other than the light emitting part.
You. For example, Aly Ga1-xy Inx N (0 ≦ x, y ≦
The SLS structure consisting of 1, 0 ≦ x + y <1) has Ga1-x 
Inx Dislocation of N (0 <x ≦ 1) buffer layer originates from DH structure
Dislocation reduction layer that prevents propagation to the active (light-emitting) layer of the light section
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264833)
reference). Also, Ald Ga1-cd Inc N (0 ≦ c, d
≦ 1, 0 ≦ c + d <1) and Aly Ga 1-xy Inx N
SLS consisting of (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1)
The structure is arranged below the DH structure light-emitting part as in the above example.
A conventional example is known (JP-A-6-152072)
reference). In addition, due to the SLS structure of AlN and GaN,
An example of forming a buffer layer is also known (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 3388).

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 単結晶基板の一表面上に形成されたｎ形
クラッド層とｐ形クラッド層と、該ｎ形およびｐ形クラ
ッド層の間に設けられたIII 族窒化物半導体結晶層から
なる発光層とを有する、ｐｎ接合型のダブルヘテロ（Ｄ
Ｈ）接合構造のIII 族窒化物半導体発光素子において、 該発光層が、ｎ形クラッド層側に配置された、III 族構
成元素の組成比を相違し且つ層厚を略同一とするｎ形II
I 族窒化物半導体結晶層を交互に重層させてなる、積層
周期数を２対以上２５対以下とした超格子構造と、該超
格子構造のｐ形クラッド層側の終端に配置された層（上
部終端層）の上に設けられた、バンドの曲折に因る非矩
形のポテンシャル構成を有する、ｎ形のIII 族窒化物半
導体結晶層からなる活性層とを有することを特徴とする
III 族窒化物半導体発光素子。1. An n-type cladding layer and a p-type cladding layer formed on one surface of a single crystal substrate, and a group III nitride semiconductor crystal layer provided between the n-type and p-type cladding layers. Pn junction type double hetero (D
H) In a group III nitride semiconductor light-emitting device having a junction structure, the light-emitting layer is disposed on the n-type cladding layer side and has a different composition ratio of group III constituent elements and substantially the same layer thickness.
A superlattice structure in which the group I nitride semiconductor crystal layers are alternately layered and having a lamination period number of 2 pairs or more and 25 pairs or less; And an active layer comprising an n-type group III nitride semiconductor crystal layer having a non-rectangular potential configuration due to band bending provided on the upper termination layer).
Group III nitride semiconductor light emitting device. 【請求項２】 前記超格子構造が、層厚の相違を５ナノ
メータ（ｎｍ）以下とし、III 族構成元素の組成比を異
にする、導電性のｎ形窒化アルミニウム・ガリウム・イ
ンジウム混晶（ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ：０≦Ｘ＜１、０
≦Ｙ≦１、０≦Ｚ＜１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなる２種
類の層を交互に重層させた、非量子井戸構造の超格子構
造であることを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化
物半導体発光素子。2. The superlattice structure according to claim 1, wherein said superlattice structure has a difference in layer thickness of 5 nanometers (nm) or less and a different composition ratio of group III constituent elements. Al X Ga Y In Z N: 0 ≦ X <1, 0
3. A non-quantum well superlattice structure in which two types of layers consisting of .ltoreq.Y.ltoreq.1, 0.ltoreq.Z <1, and X + Y + Z = 1) are alternately layered. Group nitride semiconductor light emitting device. 【請求項３】 前記活性層が、前記超格子構造の上部終
端層上に設けられた、インジウム組成比を０．３以下と
する窒化ガリウム・インジウム混晶（ＧａYＩｎZ Ｎ：
０．７≦Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．３、Ｙ＋Ｚ＝１）を井戸
層とし、インジウム組成比をより小とする窒化ガリウム
・インジウム混晶（ＧａB ＩｎC Ｎ：Ｙ＜Ｂ＜１、０＜
Ｃ＜Ｚ、Ｂ＋Ｃ＝１）を障壁層とする、積層周期数を５
周期以下とする量子井戸構造のｐ形クラッド層側の終端
の井戸層からなることを特徴とする請求項１乃至２に記
載のIII 族窒化物半導体発光素子。3. The gallium-indium nitride mixed crystal (Ga Y In Z N :) having an indium composition ratio of 0.3 or less, wherein the active layer is provided on the upper termination layer of the superlattice structure.
0.7 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 0.3, Y + Z = 1) is used as a well layer, and a gallium nitride-indium mixed crystal (Ga B In C N: Y <B <) is used to reduce the indium composition ratio. 1, 0 <
C <Z, B + C = 1) as a barrier layer, and the number of lamination cycles is 5
3. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the group III nitride semiconductor light emitting device comprises a well layer at the end of the p-type cladding layer side of the quantum well structure having a period equal to or less than the period. 【請求項４】 前記活性層が、前記超格子構造の上部終
端層に直接接合させて設けた単層の窒化ガリウム・イン
ジウム混晶からなることを特徴とする請求項１乃至２に
記載のIII 族窒化物半導体発光素子。4. The III according to claim 1, wherein the active layer is made of a single-layer gallium-indium nitride mixed crystal provided directly in contact with the upper termination layer of the superlattice structure. Group nitride semiconductor light emitting device. 【請求項５】 前記活性層が、インジウム組成比（＝
β）を相違する、複数のＧａαＩｎβＮ結晶相（０≦α
＜１、α＋β＝１）から成る多相構造の窒化ガリウム・
インジウム混晶から構成されることを特徴とする請求項
１乃至４の何れかに記載のIII 族窒化物半導体発光素
子。5. The method according to claim 1, wherein the active layer has an indium composition ratio (=
β), a plurality of GaαInβN crystal phases (0 ≦ α
Gallium nitride having a multiphase structure of <1, α + β = 1)
5. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the group III nitride semiconductor light emitting device is made of an indium mixed crystal. 【請求項６】 前記活性層が、活性層を堆積することと
なる下の層（被堆積層）を構成するｎ形III 族窒化物半
導体と同じ組成のｎ形III 族窒化物半導体結晶から主に
構成される主体相と、該主体相とはインジウム組成比を
異にするＧａαＩｎβＮ結晶からなる従属相とから構成
されることを特徴とする請求項５に記載のIII 族窒化物
半導体発光素子。6. The active layer mainly comprises an n-type group III nitride semiconductor crystal having the same composition as an n-type group III nitride semiconductor constituting a lower layer (layer to be deposited) on which the active layer is to be deposited. 6. The group III nitride semiconductor light-emitting device according to claim 5, wherein the main phase is composed of: a main phase composed of GaαInβN crystals having different indium composition ratios. 【請求項７】 前記活性層が、ｐ形クラッド層側の接合
界面の近傍の領域で、伝導帯若しくは価電子帯のフェル
ミレベル側への曲折部を有する、インジウム組成比（＝
Ｚ）を０．３以下とするｎ形窒化ガリウム・インジウム
混晶（ＧａYＩｎZ Ｎ：０．７≦Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．
３、Ｙ＋Ｚ＝１）から構成されることを特徴する請求項
１乃至６の何れかに記載のIII 族窒化物半導体発光素
子。7. The indium composition ratio (==) wherein the active layer has a bent portion toward the Fermi level side of a conduction band or a valence band in a region near a junction interface on a p-type cladding layer side.
Z) 0.3 or less n-type gallium indium nitride mixed crystal (Ga Y In Z N: 0.7 ≦ Y <1, 0 <Z ≦ 0.
7. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein Y + Z = 1). 【請求項８】 前記活性層とｐ形クラッド層との間に、
ｐ形不純物を含むｎ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶
（ＡｌX ＧａY Ｎ：０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝
１）が形成され、前記活性層が、該ｐ形不純物を含むｎ
形窒化アルミニウム・ガリウム混晶との接合界面近傍の
領域で伝導帯のフェルミレベル側への曲折部を有する、
インジウム組成比（＝Ｚ）を０．３以下とするｎ形窒化
ガリウム・インジウム混晶（ＧａY ＩｎZ Ｎ：０．７≦
Ｙ＜１、０＜Ｚ≦０．３、Ｙ＋Ｚ＝１）から構成される
ことを特徴する請求項１乃至６の何れかに記載のIII 族
窒化物半導体発光素子。8. Between the active layer and the p-type cladding layer,
n-type aluminum nitride-gallium mixed crystal containing p-type impurities (Al X Ga Y N: 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y =
1) is formed, and the active layer is formed of n containing the p-type impurity.
Having a bent portion toward the Fermi level side of the conduction band in a region near the junction interface with the aluminum nitride-gallium mixed crystal,
An n-type gallium nitride-indium mixed crystal (Ga Y In Z N: 0.7 ≦) in which the indium composition ratio (= Z) is 0.3 or less.
7. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein Y <1, 0 <Z ≦ 0.3, and Y + Z = 1).
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196142A (en) * 1998-12-25 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting element
JP2003515936A (en) * 1999-11-19 2003-05-07 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Optical semiconductor device having multiple quantum well structure
JP2005528809A (en) * 2002-05-30 2005-09-22 クリー　インコーポレイテッド III-nitride LED with undoped cladding layer and multi-quantum well
JP2009088506A (en) * 2007-10-02 2009-04-23 Epivalley Co Ltd Group-iii nitride semiconductor light emitting device
JP2009260398A (en) * 2001-05-30 2009-11-05 Cree Inc Group iii nitride based light emitting diode structure with quantum well and superlattice
WO2019108038A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016112294A1 (en) 2016-07-05 2018-01-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor layer sequence

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4905059A (en) * 1986-09-25 1990-02-27 Regents Of The University Of Minnesota Modulation doped radiation emitting semiconductor device
JPH03203388A (en) * 1989-12-29 1991-09-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor light emitting element and its manufacture
JPH04192586A (en) * 1990-11-27 1992-07-10 Pioneer Electron Corp Semiconductor light-emitting element
JPH04192585A (en) * 1990-11-27 1992-07-10 Pioneer Electron Corp Semiconductor light-emitting element
US5173751A (en) * 1991-01-21 1992-12-22 Pioneer Electronic Corporation Semiconductor light emitting device
JPH06260283A (en) * 1991-04-05 1994-09-16 Fuji Xerox Co Ltd Manufacture of light emitting element device
JPH06152072A (en) * 1992-11-16 1994-05-31 Asahi Chem Ind Co Ltd Semiconductor laser
JPH07297476A (en) * 1994-04-21 1995-11-10 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
JP2780691B2 (en) * 1994-12-02 1998-07-30 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor light emitting device
JPH08264833A (en) * 1995-03-10 1996-10-11 Hewlett Packard Co <Hp> Light emitting diode
JP3658112B2 (en) * 1995-11-06 2005-06-08 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor laser diode
JP3090057B2 (en) * 1996-08-07 2000-09-18 昭和電工株式会社 Short wavelength light emitting device
JP4097232B2 (en) * 1996-09-05 2008-06-11 株式会社リコー Semiconductor laser element
JP3314641B2 (en) * 1996-11-29 2002-08-12 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor laser device
GB9704987D0 (en) * 1997-03-11 1997-04-30 Isis Innovation Infrared radiation source
EP0877428A3 (en) * 1997-04-30 1998-12-02 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw A device for emitting electromagnetic radiation at a predetermined wavelength and a method of producing said device

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196142A (en) * 1998-12-25 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting element
JP2011035433A (en) * 1999-11-19 2011-02-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method of manufacturing optical semiconductor device, and optical semiconductor device
JP2003515936A (en) * 1999-11-19 2003-05-07 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Optical semiconductor device having multiple quantum well structure
JP4681186B2 (en) * 1999-11-19 2011-05-11 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Optical semiconductor device having multiple quantum well structure
JP2012070009A (en) * 2001-05-30 2012-04-05 Cree Inc Group iii nitride based light emitting diode structure with quantum well and superlattice
JP2009260398A (en) * 2001-05-30 2009-11-05 Cree Inc Group iii nitride based light emitting diode structure with quantum well and superlattice
JP2012070008A (en) * 2001-05-30 2012-04-05 Cree Inc Group iii nitride based light emitting diode structure with quantum well and superlattice
US8227268B2 (en) 2001-05-30 2012-07-24 Cree, Inc. Methods of fabricating group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
US8546787B2 (en) 2001-05-30 2013-10-01 Cree, Inc. Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure
US9054253B2 (en) 2001-05-30 2015-06-09 Cree, Inc. Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure
US9112083B2 (en) 2001-05-30 2015-08-18 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
JP2005528809A (en) * 2002-05-30 2005-09-22 クリー　インコーポレイテッド III-nitride LED with undoped cladding layer and multi-quantum well
JP2009088506A (en) * 2007-10-02 2009-04-23 Epivalley Co Ltd Group-iii nitride semiconductor light emitting device
WO2019108038A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor device
KR20190065051A (en) * 2017-12-01 2019-06-11 엘지이노텍 주식회사 Semiconductor device
KR102432226B1 (en) 2017-12-01 2022-08-12 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 Semiconductor device

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