JP2002033513A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JP2002033513A JP2002033513A JP2000213303A JP2000213303A JP2002033513A JP 2002033513 A JP2002033513 A JP 2002033513A JP 2000213303 A JP2000213303 A JP 2000213303A JP 2000213303 A JP2000213303 A JP 2000213303A JP 2002033513 A JP2002033513 A JP 2002033513A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ系化合物半導体発光素子において、発
光効率を向上させる。 【解決手段】 サファイア基板１０上に順次Ｎ型ＧａＮ
層１２、Ｎ型ＧａＮ系層１４、Ｐ型ＧａＮ系層１６を形
成し、ＰＮ接合型発光素子を形成する。Ｎ型ＧａＮ系層
１４はＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層した超格子構造
とし、ＧａＮにＳｉとＩｎをドープし、ＡｌＧａＮにＩ
ｎをドープして発光効率を向上させる。さらに、ＧａＮ
とＡｌＧａＮとの界面にＳｉＮを形成し、Ｎ型ＧａＮ系
層１４の抵抗値を高め、ホールを注入してこの層で発光
を生じさせる。Ｐ型ＧａＮ系層１６の膜厚を調整して注
入された電子をブラッグ反射させてもよい。
光効率を向上させる。 【解決手段】 サファイア基板１０上に順次Ｎ型ＧａＮ
層１２、Ｎ型ＧａＮ系層１４、Ｐ型ＧａＮ系層１６を形
成し、ＰＮ接合型発光素子を形成する。Ｎ型ＧａＮ系層
１４はＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層した超格子構造
とし、ＧａＮにＳｉとＩｎをドープし、ＡｌＧａＮにＩ
ｎをドープして発光効率を向上させる。さらに、ＧａＮ
とＡｌＧａＮとの界面にＳｉＮを形成し、Ｎ型ＧａＮ系
層１４の抵抗値を高め、ホールを注入してこの層で発光
を生じさせる。Ｐ型ＧａＮ系層１６の膜厚を調整して注
入された電子をブラッグ反射させてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子、特にＧａ
ＮとＡｌＧａＮを積層してなる発光素子の発光効率の改
善に関する。
ＮとＡｌＧａＮを積層してなる発光素子の発光効率の改
善に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮを用いた青色（発光波長４５０ｎ
ｍ）から緑色（発光波長５００ｎｍ）の発光ダイオード
（ＬＥＤ）は、交通信号機や屋外ディスプレイ等への適
用が考えられている。このＬＥＤの材料は、具体的には
ＩｎＧａＮであるが、発光波長をより短くして例えば紫
外領域での発光を得るためにはＩｎの組成を小さくして
ＧａＮに近づける必要がある。しかしながら、Ｉｎの組
成を小さくすると発光効率が著しく劣化することが知ら
れており、波長３７０ｎｍより短波長で、かつ実用的な
効率を有するＬＥＤは未だ開発されていない。
ｍ）から緑色（発光波長５００ｎｍ）の発光ダイオード
（ＬＥＤ）は、交通信号機や屋外ディスプレイ等への適
用が考えられている。このＬＥＤの材料は、具体的には
ＩｎＧａＮであるが、発光波長をより短くして例えば紫
外領域での発光を得るためにはＩｎの組成を小さくして
ＧａＮに近づける必要がある。しかしながら、Ｉｎの組
成を小さくすると発光効率が著しく劣化することが知ら
れており、波長３７０ｎｍより短波長で、かつ実用的な
効率を有するＬＥＤは未だ開発されていない。
【０００３】紫外領域で発光するＬＥＤは、多くの分野
に応用されることが期待されており、例えば光記録再生
用の光源として、あるいは光通信用の光源としても有望
視されている。
に応用されることが期待されており、例えば光記録再生
用の光源として、あるいは光通信用の光源としても有望
視されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、ＧａＮとＡｌＧ
ａＮを積層した多層構造とすることにより、発光効率を
低下させることなく発光波長を３４０ｎｍまで短波長化
できることが報告されている。ＩｎＧａＮを発光層とす
る場合には、Ｉｎの組成ゆらぎのため、非常に高い転位
密度にもかかわらず発光効率が非常に高くなる。上述し
たように最も短い波長はＩｎの組成が０で得られるが、
ＧａＮでは組成ゆらぎが生じないため転位の影響で発光
効率が著しく低下する。ＩｎをＡｌで置き換えたＡｌＧ
ａＮでは発光波長は短くなるもののＡｌの組成ゆらぎが
生じないので発光効率が低下する。ところが、非常に薄
い（約２〜３ｎｍ）ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層し
て超格子構造とすることにより、各層の膜厚が微妙にゆ
らぐため組成ゆらぎが生じたのと同一の効果が得られ、
単層のＡｌＧａＮのように発光効率が劣化しないと考え
られている。
ａＮを積層した多層構造とすることにより、発光効率を
低下させることなく発光波長を３４０ｎｍまで短波長化
できることが報告されている。ＩｎＧａＮを発光層とす
る場合には、Ｉｎの組成ゆらぎのため、非常に高い転位
密度にもかかわらず発光効率が非常に高くなる。上述し
たように最も短い波長はＩｎの組成が０で得られるが、
ＧａＮでは組成ゆらぎが生じないため転位の影響で発光
効率が著しく低下する。ＩｎをＡｌで置き換えたＡｌＧ
ａＮでは発光波長は短くなるもののＡｌの組成ゆらぎが
生じないので発光効率が低下する。ところが、非常に薄
い（約２〜３ｎｍ）ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層し
て超格子構造とすることにより、各層の膜厚が微妙にゆ
らぐため組成ゆらぎが生じたのと同一の効果が得られ、
単層のＡｌＧａＮのように発光効率が劣化しないと考え
られている。
【０００５】このように、ＧａＮ／ＡｌＧａＮを積層し
た超格子構造は有望視されているが、上述したように光
通信の光源や記録媒体の読み取り光源などとして実用化
するためには、より一層の発光効率あるいは発光強度の
改善が求められている。
た超格子構造は有望視されているが、上述したように光
通信の光源や記録媒体の読み取り光源などとして実用化
するためには、より一層の発光効率あるいは発光強度の
改善が求められている。
【０００６】特に、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ構造で発光素子
を構成する場合、ＰＮ接合を構成する必要があり、発光
効率を高めるような構造あるいは射出した光を効果的に
外部に取り出す構造が求められている。
を構成する場合、ＰＮ接合を構成する必要があり、発光
効率を高めるような構造あるいは射出した光を効果的に
外部に取り出す構造が求められている。
【０００７】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、発光効率に優れた
発光素子を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、発光効率に優れた
発光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、Ｎ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧ
ａＮを交互に積層して構成されるとともに、前記ＧａＮ
とＡｌＧａＮの界面に離散的にＳｉＮが形成されること
を特徴とする。ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層してな
るＮ型半導体層は発光効率が高いため、ＰＮ接合とした
ときのこの層にホールを注入してこの層内で発光を生じ
させることが好ましい。ＧａＮとＡｌＧａＮとの界面に
絶縁体であるＳｉＮを形成することで、Ｎ型半導体層の
抵抗値を増大させ、電子とホールを取り込んでこの層内
で再結合させ発光させることができる。なお、ＧａＮと
ＡｌＧａＮの界面に離散的に形成されたＳｉＮは、その
上に形成されるＧａＮあるいはＡｌＧａＮにバンドギャ
ップの揺らぎを生じさせ、それ自体でＮ型半導体層の発
光効率を向上させ得る。
に、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、Ｎ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧ
ａＮを交互に積層して構成されるとともに、前記ＧａＮ
とＡｌＧａＮの界面に離散的にＳｉＮが形成されること
を特徴とする。ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層してな
るＮ型半導体層は発光効率が高いため、ＰＮ接合とした
ときのこの層にホールを注入してこの層内で発光を生じ
させることが好ましい。ＧａＮとＡｌＧａＮとの界面に
絶縁体であるＳｉＮを形成することで、Ｎ型半導体層の
抵抗値を増大させ、電子とホールを取り込んでこの層内
で再結合させ発光させることができる。なお、ＧａＮと
ＡｌＧａＮの界面に離散的に形成されたＳｉＮは、その
上に形成されるＧａＮあるいはＡｌＧａＮにバンドギャ
ップの揺らぎを生じさせ、それ自体でＮ型半導体層の発
光効率を向上させ得る。
【０００９】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体を
ＰＮ接合してなる発光素子であって、Ｎ型半導体層は、
ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成されるととも
に、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面にＭｇがドープされ
たＡｌＧａＮが形成されることを特徴とする。Ｍｇがド
ープされたＡｌＧａＮはＮ型半導体層の抵抗値を増大さ
せ、これによりＮ型半導体層内の印加電圧を増大させて
ホールと電子を取り込み、Ｎ型半導体層で発光させるこ
とができる。
ＰＮ接合してなる発光素子であって、Ｎ型半導体層は、
ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成されるととも
に、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面にＭｇがドープされ
たＡｌＧａＮが形成されることを特徴とする。Ｍｇがド
ープされたＡｌＧａＮはＮ型半導体層の抵抗値を増大さ
せ、これによりＮ型半導体層内の印加電圧を増大させて
ホールと電子を取り込み、Ｎ型半導体層で発光させるこ
とができる。
【００１０】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体を
ＰＮ接合してなる発光素子であって、Ｎ型半導体層は、
ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成されるととも
に、前記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層の界面にＡｌＧａ
Ｎが形成されることを特徴とする。Ｎ型半導体層とＰ型
半導体層の界面に形成されたＡｌＧａＮは電子に対して
エネルギ障壁をなし（ＡｌＧａＮはホールに対しても障
壁となるが、その大きさは電子よりも小さい）、Ｎ型半
導体層からＰ型半導体層への電子の移動を抑制してＮ型
半導体層での発光を促進できる。
ＰＮ接合してなる発光素子であって、Ｎ型半導体層は、
ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成されるととも
に、前記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層の界面にＡｌＧａ
Ｎが形成されることを特徴とする。Ｎ型半導体層とＰ型
半導体層の界面に形成されたＡｌＧａＮは電子に対して
エネルギ障壁をなし（ＡｌＧａＮはホールに対しても障
壁となるが、その大きさは電子よりも小さい）、Ｎ型半
導体層からＰ型半導体層への電子の移動を抑制してＮ型
半導体層での発光を促進できる。
【００１１】また、本発明は、ＧａＮ系化合物半導体を
ＰＮ接合してなる発光素子であってＰ型及びＮ型半導体
層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成される
とともに、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの厚さは、前記Ｐ型
半導体層に注入された電子に対してブラッグ条件を満た
すように設定され、前記Ｎ型半導体に注入されたホール
に対してブラッグ条件を満たさないように設定されるこ
とを特徴とする。Ｐ型半導体層に注入された電子は、そ
のエネルギレベルに応じたドブロイ波長を有し、そのド
ブロイ波長に対してＧａＮ／ＡｌＧａＮの積層構造（具
体的には超格子）それぞれの膜厚がブラッグ条件を満た
す場合には電子は超格子の界面で全反射される。一方、
ホールは電子と異なるエネルギレベルにあるため、ブラ
ッグ条件が成立せず、Ｐ型半導体層からＮ型半導体層内
に移動し、Ｎ型半導体層内で電子と再結合して発光す
る。なお、電子のエネルギレベルは発光素子に印加され
るバイアス電圧に応じて変化するから、現象論的には、
発光素子の駆動電圧ＶにおいてＰ型半導体層内の電子を
ブラッグ反射し、Ｎ型半導体層内において再結合を引き
起こすような膜厚に設定されると言うことができる。あ
るいは、Ｐ型半導体層の膜厚を調整して周期的なエネル
ギ障壁を形成し、バイアス電圧を印加した場合にＰ型半
導体層に注入される電子のエネルギに対してブラッグ反
射を起こさせ、Ｎ型半導体層中で支配的に（すなわちＰ
型半導体層中におけるよりも多くの割合で）再結合を起
こさせると言うこともできる。
ＰＮ接合してなる発光素子であってＰ型及びＮ型半導体
層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して構成される
とともに、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの厚さは、前記Ｐ型
半導体層に注入された電子に対してブラッグ条件を満た
すように設定され、前記Ｎ型半導体に注入されたホール
に対してブラッグ条件を満たさないように設定されるこ
とを特徴とする。Ｐ型半導体層に注入された電子は、そ
のエネルギレベルに応じたドブロイ波長を有し、そのド
ブロイ波長に対してＧａＮ／ＡｌＧａＮの積層構造（具
体的には超格子）それぞれの膜厚がブラッグ条件を満た
す場合には電子は超格子の界面で全反射される。一方、
ホールは電子と異なるエネルギレベルにあるため、ブラ
ッグ条件が成立せず、Ｐ型半導体層からＮ型半導体層内
に移動し、Ｎ型半導体層内で電子と再結合して発光す
る。なお、電子のエネルギレベルは発光素子に印加され
るバイアス電圧に応じて変化するから、現象論的には、
発光素子の駆動電圧ＶにおいてＰ型半導体層内の電子を
ブラッグ反射し、Ｎ型半導体層内において再結合を引き
起こすような膜厚に設定されると言うことができる。あ
るいは、Ｐ型半導体層の膜厚を調整して周期的なエネル
ギ障壁を形成し、バイアス電圧を印加した場合にＰ型半
導体層に注入される電子のエネルギに対してブラッグ反
射を起こさせ、Ｎ型半導体層中で支配的に（すなわちＰ
型半導体層中におけるよりも多くの割合で）再結合を起
こさせると言うこともできる。
【００１２】本発明の発光素子において、さらに、基板
と、前記基板上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣接す
るＮ型ＡｌＧａＮ層と、Ｐ型半導体層上に形成されるＰ
型ＡｌＧａＮオーミック層とを有することができる。バ
ッファ層及びオーミック層をともにＡｌＧａＮで形成す
ることで、Ｎ型半導体層から射出した紫外領域の光の吸
収を抑制し、発光効率を向上させることができる。
と、前記基板上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣接す
るＮ型ＡｌＧａＮ層と、Ｐ型半導体層上に形成されるＰ
型ＡｌＧａＮオーミック層とを有することができる。バ
ッファ層及びオーミック層をともにＡｌＧａＮで形成す
ることで、Ｎ型半導体層から射出した紫外領域の光の吸
収を抑制し、発光効率を向上させることができる。
【００１３】また、本発明の発光素子において、さら
に、基板と、前記基板上に形成されたＮ型ＧａＮ層と、
前記Ｎ型ＧａＮ層上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣
接する反射層とを有し、前記ブラッグ反射層により前記
ＰＮ接合部から射出される光を反射することができる。
Ｎ型半導体層から射出した紫外領域の光をブラッグ反射
層により反射し、ＧａＮ層での吸収を抑制することがで
きる。
に、基板と、前記基板上に形成されたＮ型ＧａＮ層と、
前記Ｎ型ＧａＮ層上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣
接する反射層とを有し、前記ブラッグ反射層により前記
ＰＮ接合部から射出される光を反射することができる。
Ｎ型半導体層から射出した紫外領域の光をブラッグ反射
層により反射し、ＧａＮ層での吸収を抑制することがで
きる。
【００１４】また、本発明の発光素子において、前記Ｎ
型半導体層の前記ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの少なくと
もいずれかにＳｉがドープされることが好適である。本
願出願人は、ＳｉのドープによりＮ型半導体層の発光強
度が増大することを確認しており、これにより発光素子
の発光効率を向上させることができる。
型半導体層の前記ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの少なくと
もいずれかにＳｉがドープされることが好適である。本
願出願人は、ＳｉのドープによりＮ型半導体層の発光強
度が増大することを確認しており、これにより発光素子
の発光効率を向上させることができる。
【００１５】また、本発明の発光素子において、前記Ｎ
型半導体層の前記ＧａＮにＳｉ及びＩｎがドープされ、
前記ＡｌＧａＮにＩｎがドープされることが好適であ
る。本願出願人はＧａＮにＳｉとＩｎをドープし、Ａｌ
ＧａＮにＩｎをドープすることでＮ型半導体層の発光強
度が増大することを確認しており、これにより発光素子
の発光効率を向上させることができる。
型半導体層の前記ＧａＮにＳｉ及びＩｎがドープされ、
前記ＡｌＧａＮにＩｎがドープされることが好適であ
る。本願出願人はＧａＮにＳｉとＩｎをドープし、Ａｌ
ＧａＮにＩｎをドープすることでＮ型半導体層の発光強
度が増大することを確認しており、これにより発光素子
の発光効率を向上させることができる。
【００１６】また、本発明の発光素子において、前記Ｎ
型半導体層の前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面にＳｉが形
成されることが好適である。ＧａＮとＡｌＧａＮの界面
に形成されたＳｉは格子の不整合を生じさせ、ＧａＮ／
ＡｌＧａＮに局所的な膜厚の揺らぎを引き起こす。これ
により、ＧａＮ／ＡｌＧａＮにバンドギャップの揺らぎ
を生じさせ、発光効率を向上させることができる。
型半導体層の前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面にＳｉが形
成されることが好適である。ＧａＮとＡｌＧａＮの界面
に形成されたＳｉは格子の不整合を生じさせ、ＧａＮ／
ＡｌＧａＮに局所的な膜厚の揺らぎを引き起こす。これ
により、ＧａＮ／ＡｌＧａＮにバンドギャップの揺らぎ
を生じさせ、発光効率を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００１８】図１には、本実施形態における発光素子の
構成が示されている。サファイア基板１０上にＮ型Ｇａ
Ｎ層１２が例えば２μｍ程度形成される。Ｎ型ＧａＮ層
１２の上にさらにＮ型半導体層としてＮ型ＧａＮ系層１
４が形成され、さらにＰ型ＧａＮ系層１６が積層され
る。Ｎ型ＧａＮ系層１４とＰ型ＧａＮ系層１６の界面で
ＰＮ接合が形成され、所定の電圧を印加することにより
Ｐ型ＧａＮ系層１６からＮ型ＧａＮ系層１４にホールが
注入されて発光する。Ｎ型ＧａＮ系層１４はＧａＮとＡ
ｌＧａＮを交互に積層した超格子構造（ＳＬＳstrained
layer superlattice)とすることができる。また、Ｐ型
ＧａＮ系層１６もＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層した
超格子構造とすることができる。もちろん、Ｐ型ＧａＮ
系層１６は超格子構造でなくてもよい。Ｐ型ＧａＮ系層
１６上には図示していないがＰ型ＧａＮオーミック層が
形成され、オーミックコンタクトにより電極と接続され
る。
構成が示されている。サファイア基板１０上にＮ型Ｇａ
Ｎ層１２が例えば２μｍ程度形成される。Ｎ型ＧａＮ層
１２の上にさらにＮ型半導体層としてＮ型ＧａＮ系層１
４が形成され、さらにＰ型ＧａＮ系層１６が積層され
る。Ｎ型ＧａＮ系層１４とＰ型ＧａＮ系層１６の界面で
ＰＮ接合が形成され、所定の電圧を印加することにより
Ｐ型ＧａＮ系層１６からＮ型ＧａＮ系層１４にホールが
注入されて発光する。Ｎ型ＧａＮ系層１４はＧａＮとＡ
ｌＧａＮを交互に積層した超格子構造（ＳＬＳstrained
layer superlattice)とすることができる。また、Ｐ型
ＧａＮ系層１６もＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層した
超格子構造とすることができる。もちろん、Ｐ型ＧａＮ
系層１６は超格子構造でなくてもよい。Ｐ型ＧａＮ系層
１６上には図示していないがＰ型ＧａＮオーミック層が
形成され、オーミックコンタクトにより電極と接続され
る。
【００１９】図２には、図１におけるＮ型ＧａＮ系層１
４の基本構成が示されている。ＧａＮ１４ａとＡｌＧａ
Ｎ１４ｂを交互に積層した超格子構造であるが、本実施
形態ではＧａＮ１４ａにはＩｎとＳｉがドープされ、ま
た、ＡｌＧａＮ１４ｂにはＩｎがドープされる。ここ
で、本願明細書における「ドープ」とは、層の成長過程
において当該材料を反応管内に導入することを意味して
いる。具体的な作成方法は以下の通りである。すなわ
ち、反応管内に基板を載置し、Ｎ型ＧａＮ層１２を形成
した後、反応管内にＴＭＧ、ＮＨ3、Ｈ2及びＩｎとＳｉ
を含むガス、例えばＴＭＩｎやＳｉＨ4を導入してＩｎ
とＳｉがドープされたＧａＮ１４ａをＭＯＣＶＤ法で形
成する。そして、ＧａＮ１４ａ上にＡｌＧａＮ１４ｂを
形成する際にも、ＴＭＧとＴＭＡｌを反応管内に導入す
るとともに、Ｉｎを含むガス、例えばＴＭＩｎを導入し
てＩｎがドープされたＡｌＧａＮ１４ｂを形成する。Ｉ
ｎやＳｉの導入量は、例えばＴＭＩｎ＝１．８μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＳｉＨ4＝４４６μｍｏｌ／ｍｉｎとするこ
とができる。ＧａＮ１４ａ及びＡｌＧａＮ１４ｂの厚さ
はともに約２ｎｍであり、これらの組は合計２５０ピッ
チ程度形成される（図では簡略化のため３ピッチのみ示
している）。超格子層の膜厚は、注入されるキャリアの
拡散長で決定され、それ以下になると発光効率が低下す
る。一方、超格子の厚さが１μｍを超えるとクラックが
発生するようになるので、超格子層の厚さとしては１ｎ
ｍ以上でクラックが発生しない厚さ、具体的には１０ｎ
ｍ〜５００ｎｍとすることができる。
４の基本構成が示されている。ＧａＮ１４ａとＡｌＧａ
Ｎ１４ｂを交互に積層した超格子構造であるが、本実施
形態ではＧａＮ１４ａにはＩｎとＳｉがドープされ、ま
た、ＡｌＧａＮ１４ｂにはＩｎがドープされる。ここ
で、本願明細書における「ドープ」とは、層の成長過程
において当該材料を反応管内に導入することを意味して
いる。具体的な作成方法は以下の通りである。すなわ
ち、反応管内に基板を載置し、Ｎ型ＧａＮ層１２を形成
した後、反応管内にＴＭＧ、ＮＨ3、Ｈ2及びＩｎとＳｉ
を含むガス、例えばＴＭＩｎやＳｉＨ4を導入してＩｎ
とＳｉがドープされたＧａＮ１４ａをＭＯＣＶＤ法で形
成する。そして、ＧａＮ１４ａ上にＡｌＧａＮ１４ｂを
形成する際にも、ＴＭＧとＴＭＡｌを反応管内に導入す
るとともに、Ｉｎを含むガス、例えばＴＭＩｎを導入し
てＩｎがドープされたＡｌＧａＮ１４ｂを形成する。Ｉ
ｎやＳｉの導入量は、例えばＴＭＩｎ＝１．８μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＳｉＨ4＝４４６μｍｏｌ／ｍｉｎとするこ
とができる。ＧａＮ１４ａ及びＡｌＧａＮ１４ｂの厚さ
はともに約２ｎｍであり、これらの組は合計２５０ピッ
チ程度形成される（図では簡略化のため３ピッチのみ示
している）。超格子層の膜厚は、注入されるキャリアの
拡散長で決定され、それ以下になると発光効率が低下す
る。一方、超格子の厚さが１μｍを超えるとクラックが
発生するようになるので、超格子層の厚さとしては１ｎ
ｍ以上でクラックが発生しない厚さ、具体的には１０ｎ
ｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００２０】このように、本実施形態における発光素子
のＮ型ＧａＮ系層１４はＧａＮにＩｎとＳｉをドープ
し、ＡｌＧａＮにＩｎをドープして構成されるが、Ｇａ
ＮとＡｌＧａＮに何もドープしない場合に比べて発光強
度が著しく増大する（具体的には２０倍程度）ことを本
願出願人は確認している。
のＮ型ＧａＮ系層１４はＧａＮにＩｎとＳｉをドープ
し、ＡｌＧａＮにＩｎをドープして構成されるが、Ｇａ
ＮとＡｌＧａＮに何もドープしない場合に比べて発光強
度が著しく増大する（具体的には２０倍程度）ことを本
願出願人は確認している。
【００２１】一方、ＧａＮにＳｉをドープしているた
め、Ｎ型ＧａＮ系層１４はＮ＋型となっており、Ｎ＋と
Ｐ−接合に対して順方向にバイアスしたときに、Ｎ＋中
に電子が多く存在するためＮ＋層１４からＰ−層１６に
注入される電子の方が、Ｐ−層１６からＮ＋層１４に注
入されるホールより圧倒的に多くなり、その結果、発光
がＮ＋層１４ではなく発光効率の比較的低いＰ−層１６
で生じるおそれがある。発光効率に優れるＮ＋層１４で
発光させるためには、ホール濃度の高いＰ型層との接合
を形成してＮ＋／Ｐ＋＋とすればよいが、ＧａＮ系で高
いホール濃度を有するＰ型層を形成することは困難であ
る。
め、Ｎ型ＧａＮ系層１４はＮ＋型となっており、Ｎ＋と
Ｐ−接合に対して順方向にバイアスしたときに、Ｎ＋中
に電子が多く存在するためＮ＋層１４からＰ−層１６に
注入される電子の方が、Ｐ−層１６からＮ＋層１４に注
入されるホールより圧倒的に多くなり、その結果、発光
がＮ＋層１４ではなく発光効率の比較的低いＰ−層１６
で生じるおそれがある。発光効率に優れるＮ＋層１４で
発光させるためには、ホール濃度の高いＰ型層との接合
を形成してＮ＋／Ｐ＋＋とすればよいが、ＧａＮ系で高
いホール濃度を有するＰ型層を形成することは困難であ
る。
【００２２】そこで、本実施形態では、発光効率に優れ
たＮ型ＧａＮ系層１４を採用するとともに、このＮ型Ｇ
ａＮ系層１４で発光させるために、以下のような構成を
採用している。
たＮ型ＧａＮ系層１４を採用するとともに、このＮ型Ｇ
ａＮ系層１４で発光させるために、以下のような構成を
採用している。
【００２３】図３には、本実施形態におけるＮ型ＧａＮ
系層１４の構成が示されている。基本構成は図２に示さ
れた構成と同様に、ＩｎとＳｉをドープしたＧａＮ１４
ａとＩｎをドープしたＡｌＧａＮ１４ｂを交互に積層し
た構成であるが、ＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂとの
界面に、さらにＳｉＮ１４ｃが形成されている。すなわ
ち、ＧａＮ（ＩｎとＳｉドープ）／ＳｉＮ／ＡｌＧａＮ
（Ｉｎドープ）の構成である。ＳｉＮ１４ｃは、ＧａＮ
１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面に一様に形成されるの
ではなく、離散的に形成される。具体的な形成方法は、
ＩｎとＳｉをドープしたＧａＮ１４ａを形成した後に、
ＧａＮ１４ａの成長温度（例えば１０５０度）にて反応
管内にＮＨ3とＳｉＨ4を数秒程度導入する。数秒程度だ
け供給することで、ＳｉＮ１４ｃはＧａＮ１４ａ上に一
様には形成されず、離散的に形成される。
系層１４の構成が示されている。基本構成は図２に示さ
れた構成と同様に、ＩｎとＳｉをドープしたＧａＮ１４
ａとＩｎをドープしたＡｌＧａＮ１４ｂを交互に積層し
た構成であるが、ＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂとの
界面に、さらにＳｉＮ１４ｃが形成されている。すなわ
ち、ＧａＮ（ＩｎとＳｉドープ）／ＳｉＮ／ＡｌＧａＮ
（Ｉｎドープ）の構成である。ＳｉＮ１４ｃは、ＧａＮ
１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面に一様に形成されるの
ではなく、離散的に形成される。具体的な形成方法は、
ＩｎとＳｉをドープしたＧａＮ１４ａを形成した後に、
ＧａＮ１４ａの成長温度（例えば１０５０度）にて反応
管内にＮＨ3とＳｉＨ4を数秒程度導入する。数秒程度だ
け供給することで、ＳｉＮ１４ｃはＧａＮ１４ａ上に一
様には形成されず、離散的に形成される。
【００２４】ＳｉＮ１４ｃを形成することで、ＳｉＮ１
４ｃを形成しない場合に比べて発光効率が増大すること
を出願人は確認しており、さらに、ＳｉＮ１４ｃは絶縁
体として機能するからＮ型ＧａＮ系層１４全体の抵抗値
が増大する。Ｎ型ＧａＮ系層１４の抵抗値が増大する
と、ＰＮ接合に順方向バイアスを印加した場合に比較的
大きな電圧がこのＮ型ＧａＮ系層１４に印加され、この
層の両側から電子とホールが引き込まれてこの層の中で
発光が生じることになる。すなわち、図１の構成におい
て、図３に示されたＮ型ＧａＮ系層１４を用いること
で、確実にＮ型ＧａＮ系層１４で発光を生じさせ、発光
効率を向上させることができる。
４ｃを形成しない場合に比べて発光効率が増大すること
を出願人は確認しており、さらに、ＳｉＮ１４ｃは絶縁
体として機能するからＮ型ＧａＮ系層１４全体の抵抗値
が増大する。Ｎ型ＧａＮ系層１４の抵抗値が増大する
と、ＰＮ接合に順方向バイアスを印加した場合に比較的
大きな電圧がこのＮ型ＧａＮ系層１４に印加され、この
層の両側から電子とホールが引き込まれてこの層の中で
発光が生じることになる。すなわち、図１の構成におい
て、図３に示されたＮ型ＧａＮ系層１４を用いること
で、確実にＮ型ＧａＮ系層１４で発光を生じさせ、発光
効率を向上させることができる。
【００２５】図４には、他のＮ型ＧａＮ系層１４の構成
が示されている。図３では、ＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ
１４ｂとの間にＳｉＮ１４ｃを形成しているが、図４で
はＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂとの間だけでなく、
ＡｌＧａＮ１４ｂとその上に形成されるＧａＮ１４ａと
の間にもＳｉＮ１４ｃが形成される。すなわち、ＧａＮ
１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの全ての界面にＳｉＮ１４ｃ
が形成されている。この構成によっても、Ｎ型ＧａＮ系
層１４の抵抗値を増大させ、電子とホールを引き込んで
Ｎ型ＧａＮ系層１４で発光させることができる。
が示されている。図３では、ＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ
１４ｂとの間にＳｉＮ１４ｃを形成しているが、図４で
はＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂとの間だけでなく、
ＡｌＧａＮ１４ｂとその上に形成されるＧａＮ１４ａと
の間にもＳｉＮ１４ｃが形成される。すなわち、ＧａＮ
１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの全ての界面にＳｉＮ１４ｃ
が形成されている。この構成によっても、Ｎ型ＧａＮ系
層１４の抵抗値を増大させ、電子とホールを引き込んで
Ｎ型ＧａＮ系層１４で発光させることができる。
【００２６】なお、この他に、ＧａＮ（Ｉｎ、Ｓｉドー
プ）／ＡｌＧａＮ（Ｉｎドープ）／ＳｉＮという構成を
複数ピッチ積層して超格子構造を形成することもでき
る。
プ）／ＡｌＧａＮ（Ｉｎドープ）／ＳｉＮという構成を
複数ピッチ積層して超格子構造を形成することもでき
る。
【００２７】図５には、他のＮ型ＧａＮ系層１４の構成
が示されている。図３及び図４においては、ＧａＮ１４
ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面にＳｉＮ１４ｃを形成する
ことで発光効率の改善と抵抗値の増大を図っているが、
本実施形態ではＳｉＮではなくＭｇを用いて抵抗値の増
大を得ている。すなわち、ＡｌＧａＮにＭｇをドープす
ると抵抗値が増大することが知られており、そこでＧａ
Ｎ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面にＭｇをドープした
ＡｌＧａＮ１４ｄを形成する。すなわち、ＧａＮ（Ｉ
ｎ、Ｓｉドープ）１４ａ／ＡｌＧａＮ（Ｍｇドープ）１
４ｄ／ＡｌＧａＮ（Ｉｎドープ）１４ｂの構成である。
なお、Ｍｇの代わりにＺｎをドープすることもできる。
が示されている。図３及び図４においては、ＧａＮ１４
ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面にＳｉＮ１４ｃを形成する
ことで発光効率の改善と抵抗値の増大を図っているが、
本実施形態ではＳｉＮではなくＭｇを用いて抵抗値の増
大を得ている。すなわち、ＡｌＧａＮにＭｇをドープす
ると抵抗値が増大することが知られており、そこでＧａ
Ｎ１４ａとＡｌＧａＮ１４ｂの界面にＭｇをドープした
ＡｌＧａＮ１４ｄを形成する。すなわち、ＧａＮ（Ｉ
ｎ、Ｓｉドープ）１４ａ／ＡｌＧａＮ（Ｍｇドープ）１
４ｄ／ＡｌＧａＮ（Ｉｎドープ）１４ｂの構成である。
なお、Ｍｇの代わりにＺｎをドープすることもできる。
【００２８】図６には、他のＮ型ＧａＮ系層１４の構成
が示されている。図５においてはＧａＮ１４ａとＡｌＧ
ａＮ１４ｂとの間にＭｇをドープしたＡｌＧａＮ１４ｄ
を形成しているが、図６ではＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ
１４ｂとの間だけでなく、ＡｌＧａＮ１４ｂとその上に
形成されるＧａＮ１４ａとの間にもＭｇをドープしたＡ
ｌＧａＮ１４ｄが形成される。すなわち、ＧａＮ１４ａ
とＡｌＧａＮ１４ｂの全ての界面にＭｇをドープしたＡ
ｌＧａＮ１４ｄが形成されている。この構成によって
も、Ｎ型ＧａＮ系層１４の抵抗値を増大させ、電子とホ
ールを引き込んでＮ型ＧａＮ系層１４で発光させること
ができる。
が示されている。図５においてはＧａＮ１４ａとＡｌＧ
ａＮ１４ｂとの間にＭｇをドープしたＡｌＧａＮ１４ｄ
を形成しているが、図６ではＧａＮ１４ａとＡｌＧａＮ
１４ｂとの間だけでなく、ＡｌＧａＮ１４ｂとその上に
形成されるＧａＮ１４ａとの間にもＭｇをドープしたＡ
ｌＧａＮ１４ｄが形成される。すなわち、ＧａＮ１４ａ
とＡｌＧａＮ１４ｂの全ての界面にＭｇをドープしたＡ
ｌＧａＮ１４ｄが形成されている。この構成によって
も、Ｎ型ＧａＮ系層１４の抵抗値を増大させ、電子とホ
ールを引き込んでＮ型ＧａＮ系層１４で発光させること
ができる。
【００２９】図３〜図６の構成では、いずれもＮ型Ｇａ
Ｎ系層１４の抵抗値を増大させることが可能であるが、
活性層であるＮ型ＧａＮ系層１４の抵抗値が高いとＰＮ
接合面内での電流が均一になり易く、光取出し効率も高
くなる。
Ｎ系層１４の抵抗値を増大させることが可能であるが、
活性層であるＮ型ＧａＮ系層１４の抵抗値が高いとＰＮ
接合面内での電流が均一になり易く、光取出し効率も高
くなる。
【００３０】また、図３〜図６の構成において、ＧａＮ
にＩｎ及びＳｉをドープし、ＡｌＧａＮにＩｎをドープ
しているが、ＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれにもＳｉを
ドープしてもよく、また、ＧａＮのみ、あるいはＡｌＧ
ａＮのみにＳｉをドープしてもよい。ＧａＮとＡｌＧａ
ＮのいずれにもＳｉとＩｎをドープすることもできる。
ＧａＮとＡｌＧａＮのいずれにもＳｉをドープした場
合、何もドープしない場合に比べて発光強度が約１７倍
増大し、ＧａＮのみにＳｉをドープした場合には約１３
倍増大し、ＡｌＧａＮのみにＳｉをドープした場合には
約１６倍増大することを本願出願人は確認している。
にＩｎ及びＳｉをドープし、ＡｌＧａＮにＩｎをドープ
しているが、ＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれにもＳｉを
ドープしてもよく、また、ＧａＮのみ、あるいはＡｌＧ
ａＮのみにＳｉをドープしてもよい。ＧａＮとＡｌＧａ
ＮのいずれにもＳｉとＩｎをドープすることもできる。
ＧａＮとＡｌＧａＮのいずれにもＳｉをドープした場
合、何もドープしない場合に比べて発光強度が約１７倍
増大し、ＧａＮのみにＳｉをドープした場合には約１３
倍増大し、ＡｌＧａＮのみにＳｉをドープした場合には
約１６倍増大することを本願出願人は確認している。
【００３１】また、図２〜図６の構成に代えて、Ｎ型Ｇ
ａＮ系層１４としてＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層し
てなる超格子（ＳＬＳ：ひずみ層超格子）構造において
ＧａＮとＡｌＧａＮの界面に離散的にＳｉを形成したも
のを用いることもできる。離散的に形成されたＳｉは格
子不整合が大きく、超格子の界面に格子不整合部分が存
在すると、表面に微小な荒れが発生してこの荒れの部分
における膜厚が変化する。膜厚が不均一になると量子効
果に基づく量子準位が空間的に変化するため、バンドギ
ャップが空間的にゆらぎ、転位密度以上とすることで発
光効率を上げることができる（特願２０００−１６４３
４９号を適宜参照されたい）。この場合にも、ＳｉＮや
ＭｇをドープしたＡｌＧａＮを界面に形成することで抵
抗値を増大させ、Ｎ型ＧａＮ系層１４で発光させること
ができる。
ａＮ系層１４としてＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層し
てなる超格子（ＳＬＳ：ひずみ層超格子）構造において
ＧａＮとＡｌＧａＮの界面に離散的にＳｉを形成したも
のを用いることもできる。離散的に形成されたＳｉは格
子不整合が大きく、超格子の界面に格子不整合部分が存
在すると、表面に微小な荒れが発生してこの荒れの部分
における膜厚が変化する。膜厚が不均一になると量子効
果に基づく量子準位が空間的に変化するため、バンドギ
ャップが空間的にゆらぎ、転位密度以上とすることで発
光効率を上げることができる（特願２０００−１６４３
４９号を適宜参照されたい）。この場合にも、ＳｉＮや
ＭｇをドープしたＡｌＧａＮを界面に形成することで抵
抗値を増大させ、Ｎ型ＧａＮ系層１４で発光させること
ができる。
【００３２】図７には、他の実施形態に係る発光素子の
構成が示されている。図１に示された構成では、Ｎ型Ｇ
ａＮ系層１４に隣接してＰ型ＧａＮ系層１６を形成して
いるが、本実施形態ではＮ型ＧａＮ系層１４とＰ型Ｇａ
Ｎ系層１６の界面にＡｌＧａＮ層１５が形成される。Ａ
ｌＧａＮ層１５は、トンネル効果が生じる程度に十分薄
く形成され、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは
２〜１０ｎｍ程度である。Ｎ型ＧａＮ系層１４は図２に
示されたＮ型ＧａＮ系層を用いることができる。このよ
うな構成において順方向バイアスを印加すると、Ｎ型Ｇ
ａＮ系層１４及びＰ型ＧａＮ系層１６のバンドギャップ
はドープしていないＡｌＧａＮ単層よりもバンドギャッ
プが狭く、電子にとってＡｌＧａＮ層１５はエネルギ障
壁となる。ＡｌＧａＮ層１５は、電子のみならずホール
にとってもエネルギ障壁となるが、図８に示されるよう
に電子に対する障壁がホールに対する障壁よりも大きい
ので、ホールがより多くＰ型ＧａＮ系層１６からＮ型Ｇ
ａＮ系層１４に注入される。したがって、発光効率の高
いＮ型ＧａＮ系層１４で発光を起こさせることができ
る。
構成が示されている。図１に示された構成では、Ｎ型Ｇ
ａＮ系層１４に隣接してＰ型ＧａＮ系層１６を形成して
いるが、本実施形態ではＮ型ＧａＮ系層１４とＰ型Ｇａ
Ｎ系層１６の界面にＡｌＧａＮ層１５が形成される。Ａ
ｌＧａＮ層１５は、トンネル効果が生じる程度に十分薄
く形成され、好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは
２〜１０ｎｍ程度である。Ｎ型ＧａＮ系層１４は図２に
示されたＮ型ＧａＮ系層を用いることができる。このよ
うな構成において順方向バイアスを印加すると、Ｎ型Ｇ
ａＮ系層１４及びＰ型ＧａＮ系層１６のバンドギャップ
はドープしていないＡｌＧａＮ単層よりもバンドギャッ
プが狭く、電子にとってＡｌＧａＮ層１５はエネルギ障
壁となる。ＡｌＧａＮ層１５は、電子のみならずホール
にとってもエネルギ障壁となるが、図８に示されるよう
に電子に対する障壁がホールに対する障壁よりも大きい
ので、ホールがより多くＰ型ＧａＮ系層１６からＮ型Ｇ
ａＮ系層１４に注入される。したがって、発光効率の高
いＮ型ＧａＮ系層１４で発光を起こさせることができ
る。
【００３３】なお、図７においてＡｌＧａＮ層１５の代
わりに、ＭｇあるいはＺｎをドープしたＡｌＧａＮを用
いて高抵抗とすることもできる。
わりに、ＭｇあるいはＺｎをドープしたＡｌＧａＮを用
いて高抵抗とすることもできる。
【００３４】また、図７においては、Ｎ型ＧａＮ系層１
４とＰ型ＧａＮ系層１６の界面に、ホールに対してより
も電子に対して大きなエネルギ障壁となる層を形成する
ことでホールの注入を促進しているが、Ｐ型ＧａＮ系層
１６をＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して超格子構造
とし、かつ、ＧａＮとＡｌＧａＮの膜厚を調整すること
で、電子をＮ型ＧａＮ系層１４に閉じこめ、ホールの注
入を促進することもできる。
４とＰ型ＧａＮ系層１６の界面に、ホールに対してより
も電子に対して大きなエネルギ障壁となる層を形成する
ことでホールの注入を促進しているが、Ｐ型ＧａＮ系層
１６をＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して超格子構造
とし、かつ、ＧａＮとＡｌＧａＮの膜厚を調整すること
で、電子をＮ型ＧａＮ系層１４に閉じこめ、ホールの注
入を促進することもできる。
【００３５】電子及びホールは波の性質も併せ持つので
（ドブロイ波あるいは物質波）、図９に示されるような
周期的なエネルギを有する層内では各界面で反射され
る。そして、エネルギの周期が電子のエネルギレベルで
決まるドブロイ波長に対してブラッグ条件を満たすと全
反射されるようになり、移動できなくなる。電子とホー
ルでは有効質量とエネルギ障壁の高さが異なるので、電
子に対してブラッグ条件を満たすようにＰ型ＧａＮ系層
１６のエネルギ障壁と周期を設定すると、Ｐ型ＧａＮ系
層１６に注入された電子は全反射されてＰ型ＧａＮ系層
１６内を移動できないがホールはブラッグ条件が満たさ
れないため全反射されずＮ型ＧａＮ系層１４内に注入さ
れる。以上により、Ｐ型ＧａＮ系層１６のＧａＮとＡｌ
ＧａＮの厚さを、注入された電子に対してブラッグ条件
が成立するように設定することで、Ｎ型ＧａＮ系層１４
でホールと電子の再結合を起こさせて発光させることが
できる。具体的な条件は以下の通りである。
（ドブロイ波あるいは物質波）、図９に示されるような
周期的なエネルギを有する層内では各界面で反射され
る。そして、エネルギの周期が電子のエネルギレベルで
決まるドブロイ波長に対してブラッグ条件を満たすと全
反射されるようになり、移動できなくなる。電子とホー
ルでは有効質量とエネルギ障壁の高さが異なるので、電
子に対してブラッグ条件を満たすようにＰ型ＧａＮ系層
１６のエネルギ障壁と周期を設定すると、Ｐ型ＧａＮ系
層１６に注入された電子は全反射されてＰ型ＧａＮ系層
１６内を移動できないがホールはブラッグ条件が満たさ
れないため全反射されずＮ型ＧａＮ系層１４内に注入さ
れる。以上により、Ｐ型ＧａＮ系層１６のＧａＮとＡｌ
ＧａＮの厚さを、注入された電子に対してブラッグ条件
が成立するように設定することで、Ｎ型ＧａＮ系層１４
でホールと電子の再結合を起こさせて発光させることが
できる。具体的な条件は以下の通りである。
【００３６】
【数１】
【数２】 ここで、ｍ*は電子あるいはホールの有効質量であり、
Ｅは電子あるいはホールのエネルギ、Ｌは障壁（Ｂ）と
井戸（Ｗ）の厚さ、Ｕ０は障壁のエネルギ高さ、ｈはプ
ランク定数、ｍ、ｎは整数である。
Ｅは電子あるいはホールのエネルギ、Ｌは障壁（Ｂ）と
井戸（Ｗ）の厚さ、Ｕ０は障壁のエネルギ高さ、ｈはプ
ランク定数、ｍ、ｎは整数である。
【００３７】なお、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層し
てなるＰ型ＧａＮ系層１６のＧａＮが井戸層（添字
ｗ）、ＡｌＧａＮがバリア層（添字Ｂ）として機能す
る。ＧａＮとＡｌＧａＮの具体的な厚さはＡｌＧａＮの
Ａｌ組成ｘにより変化するが、例えばｘ＝０．１５、Δ
Ｅｇ＝２００ｍｅＶ、ΔＥｃ＝１４０ｍｅＶとすると、
Ｌｗ（井戸層であるＧａＮの厚さ）＝１．８±０．５ｎ
ｍ、ＬＢ（バリア層であるＡｌＧａＮの厚さ）＝１±
０．５ｎｍ程度となる。
てなるＰ型ＧａＮ系層１６のＧａＮが井戸層（添字
ｗ）、ＡｌＧａＮがバリア層（添字Ｂ）として機能す
る。ＧａＮとＡｌＧａＮの具体的な厚さはＡｌＧａＮの
Ａｌ組成ｘにより変化するが、例えばｘ＝０．１５、Δ
Ｅｇ＝２００ｍｅＶ、ΔＥｃ＝１４０ｍｅＶとすると、
Ｌｗ（井戸層であるＧａＮの厚さ）＝１．８±０．５ｎ
ｍ、ＬＢ（バリア層であるＡｌＧａＮの厚さ）＝１±
０．５ｎｍ程度となる。
【００３８】図１０には、さらに他の実施形態の発光素
子の構成が示されている。Ｎ型ＧａＮ系層１４として
は、図３〜６に示されたものを用いることができる。図
１に示された構成では、Ｎ型ＧａＮ層１２の上にＰＮ接
合層を形成し、その上にＧａＮオーミック層を形成して
いるが、ＧａＮは紫外領域の光（ＵＶ）に対して不透明
であり、活性層から出た光はＧａＮで吸収されてしまい
効率が低下するおそれがある。
子の構成が示されている。Ｎ型ＧａＮ系層１４として
は、図３〜６に示されたものを用いることができる。図
１に示された構成では、Ｎ型ＧａＮ層１２の上にＰＮ接
合層を形成し、その上にＧａＮオーミック層を形成して
いるが、ＧａＮは紫外領域の光（ＵＶ）に対して不透明
であり、活性層から出た光はＧａＮで吸収されてしまい
効率が低下するおそれがある。
【００３９】そこで、本実施形態では、活性層での発光
効率を向上させるとともに、活性層に隣接した層におけ
る吸収も防ぐこととしている。具体的には、図に示され
るように、サファイア基板１０上にＧａＮ層ではなくＮ
型ＡｌＧａＮ層１３（例えば１．５μｍ）を形成し、さ
らにＰＮ接合層の上にオーミック層としてＰ型ＡｌＧａ
Ｎオーミック層１７を形成する。ＧａＮに比べてＡｌＧ
ａＮはＵＶに対して比較的透明であるため、活性層から
のＵＶ吸収を抑制することができる。
効率を向上させるとともに、活性層に隣接した層におけ
る吸収も防ぐこととしている。具体的には、図に示され
るように、サファイア基板１０上にＧａＮ層ではなくＮ
型ＡｌＧａＮ層１３（例えば１．５μｍ）を形成し、さ
らにＰＮ接合層の上にオーミック層としてＰ型ＡｌＧａ
Ｎオーミック層１７を形成する。ＧａＮに比べてＡｌＧ
ａＮはＵＶに対して比較的透明であるため、活性層から
のＵＶ吸収を抑制することができる。
【００４０】図１１には、さらに他の実施形態の発光素
子の構成が示されている。Ｎ型ＧａＮ系層１４として
は、図３〜図６に示されたものを用いることができる。
本実施形態では、図１の構成においてＮ型ＧａＮ層１２
とＮ型ＧａＮ系層１４との界面に射出した光をブラッグ
反射するブラッグ反射層１８を形成し、さらにＰ型Ｇａ
Ｎ系層１６上にＵＶに対して透明なＰ型ＡｌＧａＮオー
ミック層１７を形成する。ブラッグ反射層１８は、活性
層からの光（ＵＶ）の波長に対してＧａＮ、ＡｌＧａＮ
を１／４波長に調整して積層したものであり、入射した
光を反射させて下層のＮ型ＧａＮ層でＵＶが吸収される
ことを防ぐ。また、上部にもＧａＮオーミック層ではな
くＰ型ＡｌＧａＮオーミック層１７を形成しているた
め、ＵＶの吸収を防ぐことができる。
子の構成が示されている。Ｎ型ＧａＮ系層１４として
は、図３〜図６に示されたものを用いることができる。
本実施形態では、図１の構成においてＮ型ＧａＮ層１２
とＮ型ＧａＮ系層１４との界面に射出した光をブラッグ
反射するブラッグ反射層１８を形成し、さらにＰ型Ｇａ
Ｎ系層１６上にＵＶに対して透明なＰ型ＡｌＧａＮオー
ミック層１７を形成する。ブラッグ反射層１８は、活性
層からの光（ＵＶ）の波長に対してＧａＮ、ＡｌＧａＮ
を１／４波長に調整して積層したものであり、入射した
光を反射させて下層のＮ型ＧａＮ層でＵＶが吸収される
ことを防ぐ。また、上部にもＧａＮオーミック層ではな
くＰ型ＡｌＧａＮオーミック層１７を形成しているた
め、ＵＶの吸収を防ぐことができる。
【００４１】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の
変更が可能である。例えば、図１に示されたように、サ
ファイア基板／Ｎ型ＧａＮ層／Ｎ型ＧａＮ系層／Ｐ型Ｇ
ａＮ系層／Ｐ型オーミック層（Ｎ型ＧａＮ系層１４とし
ては、図３〜図６に示されたものを用いることができ
る）構造とし、その後、表面に別の基板を貼り付けてサ
ファイア基板及びＮ型ＧａＮ層１２を研磨あるいは光照
射などで取り去り、Ｎ型ＧａＮ層１２での吸収を防止し
てもよい。
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の
変更が可能である。例えば、図１に示されたように、サ
ファイア基板／Ｎ型ＧａＮ層／Ｎ型ＧａＮ系層／Ｐ型Ｇ
ａＮ系層／Ｐ型オーミック層（Ｎ型ＧａＮ系層１４とし
ては、図３〜図６に示されたものを用いることができ
る）構造とし、その後、表面に別の基板を貼り付けてサ
ファイア基板及びＮ型ＧａＮ層１２を研磨あるいは光照
射などで取り去り、Ｎ型ＧａＮ層１２での吸収を防止し
てもよい。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、ＰＮ接合においてＮ型
半導体層において発光を起こさせることで、発光効率を
高めることができる。また、活性層から射出した光の吸
収を抑制し、発光効率を高めることができる。
半導体層において発光を起こさせることで、発光効率を
高めることができる。また、活性層から射出した光の吸
収を抑制し、発光効率を高めることができる。
【図１】 実施形態に係る発光素子の全体構成図であ
る。
る。
【図２】 図１におけるＮ型ＧａＮ系層の基本構成図で
ある。
ある。
【図３】 実施形態に係るＮ型ＧａＮ系層の構成図であ
る。
る。
【図４】 実施形態に係る他のＮ型ＧａＮ系層の構成図
である。
である。
【図５】 実施形態に係る他のＮ型ＧａＮ系層の構成図
である。
である。
【図６】 実施形態に係る他のＮ型ＧａＮ系層の構成図
である。
である。
【図７】 実施形態に係る他の発光素子の全体構成図で
ある。
ある。
【図８】 電子とホールのバンド説明図である。
【図９】 ドブロイ波と周期的エネルギ障壁との関係を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１０】 実施形態に係る他の発光素子の全体構成図
である。
である。
【図１１】 実施形態に係る他の発光素子の全体説明図
である。
である。
１０ サファイア基板、１２ Ｎ型ＧａＮ層、１４ Ｎ
型ＧａＮ系層、１６Ｐ型ＧａＮ系層。
型ＧａＮ系層、１６Ｐ型ＧａＮ系層。
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Claims (9)
- 【請求項１】 ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、 Ｎ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して
構成されるとともに、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面に
離散的にＳｉＮが形成されることを特徴とする発光素
子。 - 【請求項２】 ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、 Ｎ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して
構成されるとともに、前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面に
ＭｇがドープされたＡｌＧａＮが形成されることを特徴
とする発光素子。 - 【請求項３】 ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、 Ｎ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して
構成されるとともに、前記Ｎ型半導体層とＰ型半導体層
の界面にＡｌＧａＮが形成されることを特徴とする発光
素子。 - 【請求項４】 ＧａＮ系化合物半導体をＰＮ接合してな
る発光素子であって、 Ｐ型及びＮ型半導体層は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に
積層して構成されるとともに、前記ＧａＮとＡｌＧａＮ
の厚さは、前記Ｐ型半導体層に注入された電子に対して
ブラッグ条件を満たすように設定され、前記Ｎ型半導体
層に注入されたホールに対しては満たさないように設定
されることを特徴とする発光素子。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の発光素
子において、さらに、 基板と、 前記基板上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣接するＮ
型ＡｌＧａＮ層と、 Ｐ型半導体層上に形成されるＰ型ＡｌＧａＮオーミック
層と、 を有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の発光素
子において、さらに、 基板と、 前記基板上に形成されたＮ型ＧａＮ層と、 前記Ｎ型ＧａＮ層上に形成され、前記Ｎ型半導体層に隣
接する反射層と、 を有し、前記ブラッグ反射層により前記ＰＮ接合部から
射出される光を反射することを特徴とする発光素子。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の発光素
子において、 前記Ｎ型半導体層の前記ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの少
なくともいずれかにＳｉがドープされることを特徴とす
る発光素子。 - 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の発光素
子において、 前記Ｎ型半導体層の前記ＧａＮにＳｉ及びＩｎがドープ
され、前記ＡｌＧａＮにＩｎがドープされることを特徴
とする発光素子。 - 【請求項９】 請求項１〜６のいずれかに記載の発光素
子において、 前記Ｎ型半導体層の前記ＧａＮとＡｌＧａＮの界面にＳ
ｉが形成されることを特徴とする発光素子。
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