半導体発光素子
【課題】半導体発光素子の特性を向上させるとともに特性の安定化を図る。
【解決手段】ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなる第２のｎ型層４、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７から第２のｎ型層４までの多層構造の一部が除去されて露出された第２のｎ型層４の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。
【解決手段】ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなる第２のｎ型層４、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７から第２のｎ型層４までの多層構造の一部が除去されて露出された第２のｎ型層４の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体を用いたデバイス、特に可視から紫外に亘る波長帯で動作する発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般式がＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるIII族窒化物半導体は、可視から紫外に亘る波長帯で動作する発光デバイスや高出力及び高温で動作する電子デバイス用の半導体材料として多用されている（例えば、特許文献１）。III族窒化物半導体よりなる発光素子に用いられる基板として、サファイア基板のような絶縁性の基板に代わってＧａＮ基板のような導電性の基板が用いられるようになってきている。導電性の基板を用いた場合、基板に電流を流すことができるので電流通路の抵抗値を下げて消費電力や動作電圧を低減させることができるためと、静電耐圧を高めることができるためである。
【０００３】
以下、Ｇａ1-yＩｎyＮやＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ等、３元混晶や４元混晶について適宜ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等と表記する。
【０００４】
図１０に従来の半導体発光素子を示す。図１０において、サファイア基板１００の上に、ＧａＮバッファ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３、ｎ型ＧａＮ層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ＧａＩｎＮ活性層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８が順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面上にはｐ側電極１０９が形成されており、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面側から、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ＧａＩｎＮ活性層１０６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０４、ＧａＩｎＮ中間層１０３、およびｎ型ＧａＮ層１０２の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層１０２の表面上に、ｎ側電極１１０が形成されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
なお、上記図１０に記載された従来の半導体発光素子について、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５の直下に設けてクラック防止層として用いることが特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−６０７１９号公報
【特許文献２】特開平８−７０１３９号公報
【特許文献３】特開平１１−２６６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の半導体発光素子については、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３はその下に形成されているｎ型ＧａＮ層１０２との格子整合を取ることができないので、中間層１０３およびその上に形成される半導体層の欠陥が多くなり、そのため特にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７やｐ型ＧａＮコンタクト層１０８のドーパント活性化率が低下して電気抵抗が大きくなり、半導体発光素子の動作電圧が高くなっていた。
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明は半導体発光素子の動作電圧を低減するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の半導体発光素子は、III族窒化物半導体よりなる基板と、基板上に形成されたIII族窒化物半導体の複数層からなる第１導電型のクラッド構造と、第１導電型のクラッド構造の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる活性層と、活性層の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる第２導電型のクラッド層とを有し、第１導電型のクラッド構造はＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜１、０＜ｘ＜１）よりなる中間層を有するものである。
【０００９】
この構成により、クラッド構造内において他の層に対するＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる半導体層の格子不整合が小さくなるので、中間層の結晶性が向上する。そのため、その上に形成される第２導電型のクラッド層におけるキャリアの活性化率が向上し、半導体発光素子の電気抵抗が低減する。
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、さらに中間層の層厚として５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。この好ましい構成によれば、中間層の層厚として５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで半導体層そのものの平坦性が向上し、その上に形成される活性層やクラッド層が安定して形成できる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、さらに上面と下面とを有する段差を備え、上面は第２導電型のクラッド層上に設けられ、下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、中間層は下面より活性側に設けられたことが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、さらに上面と下面とを有する段差を備え、上面は第２導電型のクラッド層上に設けられ、下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、中間層は下面より基板側に設けられたことが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、中間層が下面より基板側に設けられる場合において、当該半導体層が基板のすぐ上に設けられたことが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、さらに六方晶基板の主面として（０００１）面であることが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、さらに六方晶基板の主面として（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体発光素子によれば、クラッド構造内における中間層の格子不整合が小さくなり、中間層の結晶性が向上する。それにより半導体発光素子の電気的特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１８】
本発明に係る半導体発光素子は、図１の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなる第２のｎ型層４、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７から第２のｎ型層４までの多層構造の一部が除去されて露出された第２のｎ型層４の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
なお、ｐ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースの反射電極よりなり、ｎ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースのコンタクト電極よりなる。また、ｎ側電極９直下における第２のｎ型層４の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１として、直径２インチ、厚さ３００μｍの、主面の面方位が（０００１）であるものが用いられ、特に（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有する基板が好ましく用いられる。オフ角を持たせることにより、ｐ型層におけるｐ型不純物の活性化が高まり、動作電圧を低減することができる。オフ角は０．２°以上で動作電圧を低減する効果を生じるようになり、２°以上ではその効果がほぼ飽和する。また、オフ角が大きくなるとチップに分離する際の歩留りが低下する傾向にあるので、オフ角は５°以下であることが好ましい。オフ角を形成する方向はどの方向でも良い。
【００２１】
半導体発光素子は当該直径２インチの基板を分割して得られる。半導体発光素子１個の基板面内サイズは、３００μｍ×３００μｍである。また、半導体発光素子の主発光波長は、４５５ｎｍである。なお、この半導体発光素子は、いわゆる発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下ＬＥＤという）である。
【００２２】
この図１および表１に示す半導体発光素子について、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮよりなる中間層３の組成や層厚を変化させたときに、半導体発光素子の特性およびその特性の基板面内ばらつきがどう変化するかについて検討した。その検討結果について以下に説明する。
【００２３】
まず、中間層３の層厚を１５０ｎｍとしたときの、Ａｌ組成ｘと発光素子の動作電圧との関係を図２に示す。なお、ここで中間層３のＩｎ組成は０．０２である。また、ここで動作電圧とは、半導体発光素子に２０ｍＡの電流を流したときに半導体発光素子に与えられる電圧のことをいう。この図２より、Ａｌ組成が０すなわちＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎよりなる従来の中間層の場合と比較して、中間層３にＡｌ組成が０．００１以上含む場合のほうが動作電圧が低減することがわかった。またＡｌ組成ｘが増加すれば動作電圧が低減する傾向であることがわかった。
【００２４】
この図２に示す結果については、以下のように説明することができる。
【００２５】
すなわち、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子に係るＡｌが添加されていないＧａＩｎＮの中間層と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。結果的に中間層３の結晶性が向上したことによって、その上に形成される第２のｎ型層４、バリア層５、活性層６およびｐ型層７の結晶性が向上する。ｐ型層７の結晶性が向上することによってキャリアのトラップとなる結晶欠陥が低減し、その結果ドーパントであるＭｇの活性化率が向上してｐ型層７のキャリア密度が増大し、ｐ型層７の抵抗率が低下したことが考えられる。あるいは、ｐ型層７のキャリア密度が増大することでｐ型層７とｐ側電極８との間のコンタクト抵抗が低減したことが考えられる。
【００２６】
次に、中間層３としてＡｌ0.05Ｇａ0.93Ｉｎ0.02Ｎを用い、中間層３の層厚を１５０ｎｍとした本発明の半導体発光素子、および中間層３としてＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎを用いた従来の半導体発光素子について、それぞれ複数個にわたって光出力の測定を行い、その出力分布を調べた。その結果を図３に示す。ここで、発光出力の基準を５ｍＷと設定した。なお、同じ中間層３を用いた半導体発光素子は、同じＧａＮ基板１より得られたものである。
【００２７】
図３に示す結果より、従来の半導体発光素子に比べ、本発明の半導体発光素子のほうが明らかに光出力のばらつきが小さくなっている。
【００２８】
この中間層３としてＡｌ0.05Ｇａ0.93Ｉｎ0.02Ｎを用いることにより光出力ばらつきが抑えられる理由としては、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、Ａｌが添加されていない従来のＧａＩｎＮの中間層と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、その上に形成される半導体層の結晶性が向上して光学特性または電気特性が安定になったことが考えられる。
【００２９】
本発明の半導体発光素子に対するＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮよりなる中間層３の効果をさらに検討するために、中間層３の層厚を変化させたときの層厚と、半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度に関するばらつきの度合いとの関係を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。ここで、中間層３の層厚が同じものについては、１枚の基板より得られる複数個の半導体素子それぞれについてフォトルミネッセンス測定を行い、当該フォトルミネッセンスの輝度のばらつきの度合いを調べた。すなわち、中間層３の層厚が同じものについての測定は、半導体発光素子の構造が形成された１枚の基板の面内のばらつき度合いを測定することと等価である。図４（ａ）は中間層３としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、図４（ｂ）は中間層３としてＡｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の結果を示す。ここで、輝度に関するばらつきについては、輝度分布標準偏差で評価した。輝度分布標準偏差とは、輝度の平均値に対する半導体発光素子それぞれの輝度のばらつきの分布を正規分布と仮定した場合の標準偏差のことをいう。より具体的に述べると、例えば輝度分布標準偏差の値が２５％とは、輝度の平均値に対し２５％以内の出力ばらつきのものが１σの分布（全体の６８．３％）内にあるということである。また、半導体発光素子は、同一の中間層厚のものについては同じＧａＮ基板より得られたものである。なお、フォトルミネッセンスの励起光源として、波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。
【００３０】
この図４（ａ）、図４（ｂ）の結果より、中間層３の層厚が大きくなるにつれて半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度ばらつきが小さくなることがわかった。特に、中間層としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、中間層の層厚が１００ｎｍ以上で輝度分布標準偏差の値が６％程度、Ａｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、中間層の層厚が１００ｎｍ以上で輝度分布標準偏差の値が１３％以下と、輝度ばらつきを抑えられることがわかった。
【００３１】
この中間層３の層厚を大きくすることで輝度ばらつきが抑えられる理由として、中間層の層厚を大きくすることで中間層そのものの平坦性が向上し、その上に形成される半導体層が安定してできることが考えられる。
【００３２】
今回の検討により、中間層３の層厚を大きくすることでフォトルミネッセンスの輝度ばらつきが抑えられることがわかった。この輝度ばらつきの抑制という結果より、中間層３の層厚を大きくすることによって半導体発光素子の特性のさらなる安定化が期待される。
【００３３】
以下、本発明の半導体発光素子に係る変形例について説明する。なお、以下の変形例はいずれもＧａＮ基板１として直径２インチ、厚さ３００μｍのものを用いたものであり、半導体発光素子は当該直径２インチの基板を分割して得られたものである。また、半導体発光素子１個の基板面内サイズは、３００μｍ×３００μｍである。さらに、ｐ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースの反射電極よりなり、ｎ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースのコンタクト電極よりなるものを用いた。また、半導体発光素子の主発光波長は、いずれも４５５ｎｍである。なお、これらの変形例に係る半導体発光素子は、いずれもＬＥＤである。
【００３４】
（第１の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第１の変形例は、図５の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表２に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００３５】
【表２】
【００３６】
この第１の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００３７】
（第２の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第２の変形例を図６の断面図に示す。この変形例に係る半導体発光素子の積層構造および電極構造は、基本的に上記第１の変形例に同じである。この変形例では、ＧａＮ基板１としてｎ型の導電型を有するものを用い、ｐ型層７からＧａＮ基板１に至るまでの多層構造の一部が除去されて露出されたＧａＮ基板１の表面にｎ側電極９が形成された構成である。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成は、表２と同様である。
【００３８】
この第２の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００３９】
（第３の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第３の変形例を図７の断面図に示す。この変形例に係る半導体発光素子の積層構造および電極構造は、基本的に上記第１の変形例に同じである。この変形例では、ＧａＮ基板１としてｎ型の導電型を有するものを用い、ＧａＮ基板１の裏面にｎ側電極９が形成された構成である。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成は、表２と同様である。
【００４０】
この第３の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４１】
（第４の変形例）
本発明の第４の変形例に係る半導体発光素子は、図８の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表３に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００４２】
【表３】
【００４３】
この第４の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４４】
（第５の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第５の変形例は、図９の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＡｌＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＡｌＧａＮよりなるノンドープ層１０、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表４に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００４５】
【表４】
【００４６】
この第５の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４７】
なお、ＧａＮ基板１については、市販されているＧａＮ基板を用いてもよく、例えばサファイア基板上にＧａＮ層を厚く形成したものに対しサファイア基板を除去して得られるＧａＮ層を基板として用いてもよい。ＧａＮ層を厚く形成する場合に用いる基板としては、サファイア基板以外にＳｉＣやＭｇＡｌＯ2等のＧａＮ層を結晶成長しうる基板を用いてもよい。
【００４８】
また、ＧａＮ基板１については、ＧａＮに限らず、ＡｌＧａＮやＧａＩｎＮ等、他のIII族窒化物半導体を基板の材料として用いても上記実施の形態に示すのと同様な効果が得られる。
【００４９】
また、上記実施の形態においてはＬＥＤについて説明したが、ＬＥＤ以外にIII族窒化物半導体の半導体レーザ素子についても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、半導体発光素子を構成するクラッド構造結晶性を向上させることができるものであり、それにより半導体発光素子の光学的および電気的特性を向上させることができるとともにその安定化を図ることができ、半導体発光素子のさらなる高性能化、歩留まりの向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の半導体発光素子の構造断面図
【図２】本発明の半導体発光素子について、中間層のＡｌ組成と半導体発光素子の動作電圧との関係を示す図
【図３】本発明の半導体発光素子と従来の半導体発光素子とについて、光出力のばらつきの様子を比較した図で、（ａ）本発明の半導体発光素子に関する光出力ばらつきの様子を示す図、（ｂ）従来の半導体発光素子に関する光出力ばらつきの様子を示す図
【図４】本発明の半導体発光素子に関する中間層３の層厚と半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度に関するばらつきの度合いとの関係を示す図で、（ａ）中間層としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の図、（ｂ）中間層としてＡｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の図
【図５】本発明の第１の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図６】本発明の第２の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図７】本発明の第３の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図８】本発明の第４の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図９】本発明の第５の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図１０】従来の半導体発光素子の構造断面図
【符号の説明】
【００５２】
１ ＧａＮ基板
２ ｎ型層
３ 中間層
４ 第２のｎ型層
５ バリア層
６ 活性層
７ ｐ型層
８ ｐ側電極
９ ｎ側電極
１０ ノンドープ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体を用いたデバイス、特に可視から紫外に亘る波長帯で動作する発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般式がＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるIII族窒化物半導体は、可視から紫外に亘る波長帯で動作する発光デバイスや高出力及び高温で動作する電子デバイス用の半導体材料として多用されている（例えば、特許文献１）。III族窒化物半導体よりなる発光素子に用いられる基板として、サファイア基板のような絶縁性の基板に代わってＧａＮ基板のような導電性の基板が用いられるようになってきている。導電性の基板を用いた場合、基板に電流を流すことができるので電流通路の抵抗値を下げて消費電力や動作電圧を低減させることができるためと、静電耐圧を高めることができるためである。
【０００３】
以下、Ｇａ1-yＩｎyＮやＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ等、３元混晶や４元混晶について適宜ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等と表記する。
【０００４】
図１０に従来の半導体発光素子を示す。図１０において、サファイア基板１００の上に、ＧａＮバッファ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３、ｎ型ＧａＮ層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ＧａＩｎＮ活性層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８が順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面上にはｐ側電極１０９が形成されており、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面側から、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ＧａＩｎＮ活性層１０６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、ｎ型ＧａＮ層１０４、ＧａＩｎＮ中間層１０３、およびｎ型ＧａＮ層１０２の一部をエッチングにより除去して露出したｎ型ＧａＮ層１０２の表面上に、ｎ側電極１１０が形成されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
なお、上記図１０に記載された従来の半導体発光素子について、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５の直下に設けてクラック防止層として用いることが特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−６０７１９号公報
【特許文献２】特開平８−７０１３９号公報
【特許文献３】特開平１１−２６６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の半導体発光素子については、ＧａＩｎＮよりなる中間層１０３はその下に形成されているｎ型ＧａＮ層１０２との格子整合を取ることができないので、中間層１０３およびその上に形成される半導体層の欠陥が多くなり、そのため特にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７やｐ型ＧａＮコンタクト層１０８のドーパント活性化率が低下して電気抵抗が大きくなり、半導体発光素子の動作電圧が高くなっていた。
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明は半導体発光素子の動作電圧を低減するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の半導体発光素子は、III族窒化物半導体よりなる基板と、基板上に形成されたIII族窒化物半導体の複数層からなる第１導電型のクラッド構造と、第１導電型のクラッド構造の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる活性層と、活性層の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる第２導電型のクラッド層とを有し、第１導電型のクラッド構造はＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜１、０＜ｘ＜１）よりなる中間層を有するものである。
【０００９】
この構成により、クラッド構造内において他の層に対するＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる半導体層の格子不整合が小さくなるので、中間層の結晶性が向上する。そのため、その上に形成される第２導電型のクラッド層におけるキャリアの活性化率が向上し、半導体発光素子の電気抵抗が低減する。
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、さらに中間層の層厚として５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。この好ましい構成によれば、中間層の層厚として５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで半導体層そのものの平坦性が向上し、その上に形成される活性層やクラッド層が安定して形成できる。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、さらに上面と下面とを有する段差を備え、上面は第２導電型のクラッド層上に設けられ、下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、中間層は下面より活性側に設けられたことが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、さらに上面と下面とを有する段差を備え、上面は第２導電型のクラッド層上に設けられ、下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、中間層は下面より基板側に設けられたことが好ましい。
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、中間層が下面より基板側に設けられる場合において、当該半導体層が基板のすぐ上に設けられたことが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、さらに六方晶基板の主面として（０００１）面であることが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、さらに六方晶基板の主面として（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体発光素子によれば、クラッド構造内における中間層の格子不整合が小さくなり、中間層の結晶性が向上する。それにより半導体発光素子の電気的特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１８】
本発明に係る半導体発光素子は、図１の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなる第２のｎ型層４、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７から第２のｎ型層４までの多層構造の一部が除去されて露出された第２のｎ型層４の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
なお、ｐ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースの反射電極よりなり、ｎ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースのコンタクト電極よりなる。また、ｎ側電極９直下における第２のｎ型層４の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１として、直径２インチ、厚さ３００μｍの、主面の面方位が（０００１）であるものが用いられ、特に（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有する基板が好ましく用いられる。オフ角を持たせることにより、ｐ型層におけるｐ型不純物の活性化が高まり、動作電圧を低減することができる。オフ角は０．２°以上で動作電圧を低減する効果を生じるようになり、２°以上ではその効果がほぼ飽和する。また、オフ角が大きくなるとチップに分離する際の歩留りが低下する傾向にあるので、オフ角は５°以下であることが好ましい。オフ角を形成する方向はどの方向でも良い。
【００２１】
半導体発光素子は当該直径２インチの基板を分割して得られる。半導体発光素子１個の基板面内サイズは、３００μｍ×３００μｍである。また、半導体発光素子の主発光波長は、４５５ｎｍである。なお、この半導体発光素子は、いわゆる発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下ＬＥＤという）である。
【００２２】
この図１および表１に示す半導体発光素子について、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮよりなる中間層３の組成や層厚を変化させたときに、半導体発光素子の特性およびその特性の基板面内ばらつきがどう変化するかについて検討した。その検討結果について以下に説明する。
【００２３】
まず、中間層３の層厚を１５０ｎｍとしたときの、Ａｌ組成ｘと発光素子の動作電圧との関係を図２に示す。なお、ここで中間層３のＩｎ組成は０．０２である。また、ここで動作電圧とは、半導体発光素子に２０ｍＡの電流を流したときに半導体発光素子に与えられる電圧のことをいう。この図２より、Ａｌ組成が０すなわちＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎよりなる従来の中間層の場合と比較して、中間層３にＡｌ組成が０．００１以上含む場合のほうが動作電圧が低減することがわかった。またＡｌ組成ｘが増加すれば動作電圧が低減する傾向であることがわかった。
【００２４】
この図２に示す結果については、以下のように説明することができる。
【００２５】
すなわち、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子に係るＡｌが添加されていないＧａＩｎＮの中間層と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。結果的に中間層３の結晶性が向上したことによって、その上に形成される第２のｎ型層４、バリア層５、活性層６およびｐ型層７の結晶性が向上する。ｐ型層７の結晶性が向上することによってキャリアのトラップとなる結晶欠陥が低減し、その結果ドーパントであるＭｇの活性化率が向上してｐ型層７のキャリア密度が増大し、ｐ型層７の抵抗率が低下したことが考えられる。あるいは、ｐ型層７のキャリア密度が増大することでｐ型層７とｐ側電極８との間のコンタクト抵抗が低減したことが考えられる。
【００２６】
次に、中間層３としてＡｌ0.05Ｇａ0.93Ｉｎ0.02Ｎを用い、中間層３の層厚を１５０ｎｍとした本発明の半導体発光素子、および中間層３としてＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎを用いた従来の半導体発光素子について、それぞれ複数個にわたって光出力の測定を行い、その出力分布を調べた。その結果を図３に示す。ここで、発光出力の基準を５ｍＷと設定した。なお、同じ中間層３を用いた半導体発光素子は、同じＧａＮ基板１より得られたものである。
【００２７】
図３に示す結果より、従来の半導体発光素子に比べ、本発明の半導体発光素子のほうが明らかに光出力のばらつきが小さくなっている。
【００２８】
この中間層３としてＡｌ0.05Ｇａ0.93Ｉｎ0.02Ｎを用いることにより光出力ばらつきが抑えられる理由としては、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、Ａｌが添加されていない従来のＧａＩｎＮの中間層と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、その上に形成される半導体層の結晶性が向上して光学特性または電気特性が安定になったことが考えられる。
【００２９】
本発明の半導体発光素子に対するＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮよりなる中間層３の効果をさらに検討するために、中間層３の層厚を変化させたときの層厚と、半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度に関するばらつきの度合いとの関係を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。ここで、中間層３の層厚が同じものについては、１枚の基板より得られる複数個の半導体素子それぞれについてフォトルミネッセンス測定を行い、当該フォトルミネッセンスの輝度のばらつきの度合いを調べた。すなわち、中間層３の層厚が同じものについての測定は、半導体発光素子の構造が形成された１枚の基板の面内のばらつき度合いを測定することと等価である。図４（ａ）は中間層３としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、図４（ｂ）は中間層３としてＡｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の結果を示す。ここで、輝度に関するばらつきについては、輝度分布標準偏差で評価した。輝度分布標準偏差とは、輝度の平均値に対する半導体発光素子それぞれの輝度のばらつきの分布を正規分布と仮定した場合の標準偏差のことをいう。より具体的に述べると、例えば輝度分布標準偏差の値が２５％とは、輝度の平均値に対し２５％以内の出力ばらつきのものが１σの分布（全体の６８．３％）内にあるということである。また、半導体発光素子は、同一の中間層厚のものについては同じＧａＮ基板より得られたものである。なお、フォトルミネッセンスの励起光源として、波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。
【００３０】
この図４（ａ）、図４（ｂ）の結果より、中間層３の層厚が大きくなるにつれて半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度ばらつきが小さくなることがわかった。特に、中間層としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、中間層の層厚が１００ｎｍ以上で輝度分布標準偏差の値が６％程度、Ａｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合、中間層の層厚が１００ｎｍ以上で輝度分布標準偏差の値が１３％以下と、輝度ばらつきを抑えられることがわかった。
【００３１】
この中間層３の層厚を大きくすることで輝度ばらつきが抑えられる理由として、中間層の層厚を大きくすることで中間層そのものの平坦性が向上し、その上に形成される半導体層が安定してできることが考えられる。
【００３２】
今回の検討により、中間層３の層厚を大きくすることでフォトルミネッセンスの輝度ばらつきが抑えられることがわかった。この輝度ばらつきの抑制という結果より、中間層３の層厚を大きくすることによって半導体発光素子の特性のさらなる安定化が期待される。
【００３３】
以下、本発明の半導体発光素子に係る変形例について説明する。なお、以下の変形例はいずれもＧａＮ基板１として直径２インチ、厚さ３００μｍのものを用いたものであり、半導体発光素子は当該直径２インチの基板を分割して得られたものである。また、半導体発光素子１個の基板面内サイズは、３００μｍ×３００μｍである。さらに、ｐ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースの反射電極よりなり、ｎ側電極は厚さ１μｍのＡｕベースのコンタクト電極よりなるものを用いた。また、半導体発光素子の主発光波長は、いずれも４５５ｎｍである。なお、これらの変形例に係る半導体発光素子は、いずれもＬＥＤである。
【００３４】
（第１の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第１の変形例は、図５の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表２に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００３５】
【表２】
【００３６】
この第１の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００３７】
（第２の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第２の変形例を図６の断面図に示す。この変形例に係る半導体発光素子の積層構造および電極構造は、基本的に上記第１の変形例に同じである。この変形例では、ＧａＮ基板１としてｎ型の導電型を有するものを用い、ｐ型層７からＧａＮ基板１に至るまでの多層構造の一部が除去されて露出されたＧａＮ基板１の表面にｎ側電極９が形成された構成である。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成は、表２と同様である。
【００３８】
この第２の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００３９】
（第３の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第３の変形例を図７の断面図に示す。この変形例に係る半導体発光素子の積層構造および電極構造は、基本的に上記第１の変形例に同じである。この変形例では、ＧａＮ基板１としてｎ型の導電型を有するものを用い、ＧａＮ基板１の裏面にｎ側電極９が形成された構成である。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成は、表２と同様である。
【００４０】
この第３の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４１】
（第４の変形例）
本発明の第４の変形例に係る半導体発光素子は、図８の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、ＳｉドープのＧａＮよりなるｎ型層２、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表３に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００４２】
【表３】
【００４３】
この第４の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４４】
（第５の変形例）
本発明の半導体発光素子に係る第５の変形例は、図９の断面図に示すように、ＧａＮ基板１の上にＳｉドープのＡｌＧａＮよりなるｎ型層２、ＳｉドープのＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３、アンドープのＡｌＧａＮよりなるバリア層５、多重量子井戸構造の活性層６、ＡｌＧａＮよりなるノンドープ層１０、ＭｇドープのＡｌＧａＮよりなるｐ型層７が順次形成され、ｐ型層７の上にはｐ側電極８が形成され、ｐ型層７からｎ型層２までの多層構造の一部が除去されて露出されたｎ型層２の表面にｎ側電極９が形成された構成となっている。この半導体発光素子に係る各半導体層の組成等の具体的な構成について、以下の表４に示す。なお、ｎ側電極９直下のｎ型層２の層厚は５００ｎｍである。また、ＧａＮ基板１の主面の面方位は＜１１−２０＞方向に０．５°オフした（０００１）である。
【００４５】
【表４】
【００４６】
この第５の変形例に係る半導体発光素子については、図１に示す本発明の半導体発光素子と同様、ＡｌとＩｎとを含む中間層すなわちＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層３を用いることにより、従来の半導体発光素子と比較してＧａＮ基板１やＧａＮよりなるｎ型層２との格子不整合が小さくなり、中間層３の結晶性が向上する。その結果ｐ型層７のキャリア密度が増大して半導体発光素子の特性の向上が期待できる。
【００４７】
なお、ＧａＮ基板１については、市販されているＧａＮ基板を用いてもよく、例えばサファイア基板上にＧａＮ層を厚く形成したものに対しサファイア基板を除去して得られるＧａＮ層を基板として用いてもよい。ＧａＮ層を厚く形成する場合に用いる基板としては、サファイア基板以外にＳｉＣやＭｇＡｌＯ2等のＧａＮ層を結晶成長しうる基板を用いてもよい。
【００４８】
また、ＧａＮ基板１については、ＧａＮに限らず、ＡｌＧａＮやＧａＩｎＮ等、他のIII族窒化物半導体を基板の材料として用いても上記実施の形態に示すのと同様な効果が得られる。
【００４９】
また、上記実施の形態においてはＬＥＤについて説明したが、ＬＥＤ以外にIII族窒化物半導体の半導体レーザ素子についても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、半導体発光素子を構成するクラッド構造結晶性を向上させることができるものであり、それにより半導体発光素子の光学的および電気的特性を向上させることができるとともにその安定化を図ることができ、半導体発光素子のさらなる高性能化、歩留まりの向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の半導体発光素子の構造断面図
【図２】本発明の半導体発光素子について、中間層のＡｌ組成と半導体発光素子の動作電圧との関係を示す図
【図３】本発明の半導体発光素子と従来の半導体発光素子とについて、光出力のばらつきの様子を比較した図で、（ａ）本発明の半導体発光素子に関する光出力ばらつきの様子を示す図、（ｂ）従来の半導体発光素子に関する光出力ばらつきの様子を示す図
【図４】本発明の半導体発光素子に関する中間層３の層厚と半導体発光素子に対するフォトルミネッセンスの輝度に関するばらつきの度合いとの関係を示す図で、（ａ）中間層としてＡｌ0.001Ｇａ0979Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の図、（ｂ）中間層としてＡｌ0.050Ｇａ0930Ｉｎ0.020Ｎを用いた場合の図
【図５】本発明の第１の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図６】本発明の第２の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図７】本発明の第３の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図８】本発明の第４の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図９】本発明の第５の変形例に係る半導体発光素子の構造断面図
【図１０】従来の半導体発光素子の構造断面図
【符号の説明】
【００５２】
１ ＧａＮ基板
２ ｎ型層
３ 中間層
４ 第２のｎ型層
５ バリア層
６ 活性層
７ ｐ型層
８ ｐ側電極
９ ｎ側電極
１０ ノンドープ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体よりなる基板と、前記基板上に形成されたIII族窒化物半導体の複数層からなる第１導電型のクラッド構造と、前記第１導電型のクラッド構造の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる活性層と、前記活性層の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる第２導電型のクラッド層とを有し、前記第１導電型のクラッド構造はＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記中間層の層厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上面と下面とを有する段差を備え、前記上面は前記第２導電型のクラッド層上に設けられ、前記下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、前記中間層は前記下面より前記活性側に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
上面と下面とを有する段差を備え、前記上面は前記第２導電型のクラッド層上に設けられ、前記下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、前記中間層は前記下面より前記基板側に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記中間層は前記基板のすぐ上に設けられたことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は六方晶よりなり、前記基板の主面は（０００１）面であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板の主面は（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項１】
III族窒化物半導体よりなる基板と、前記基板上に形成されたIII族窒化物半導体の複数層からなる第１導電型のクラッド構造と、前記第１導電型のクラッド構造の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる活性層と、前記活性層の上に形成されたIII族窒化物半導体よりなる第２導電型のクラッド層とを有し、前記第１導電型のクラッド構造はＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０．００１≦ｘ＜０．１、０＜ｙ＜１）よりなる中間層を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記中間層の層厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上面と下面とを有する段差を備え、前記上面は前記第２導電型のクラッド層上に設けられ、前記下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、前記中間層は前記下面より前記活性側に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
上面と下面とを有する段差を備え、前記上面は前記第２導電型のクラッド層上に設けられ、前記下面は前記第１導電型のクラッド構造上に設けられ、前記中間層は前記下面より前記基板側に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記中間層は前記基板のすぐ上に設けられたことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は六方晶よりなり、前記基板の主面は（０００１）面であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板の主面は（０００１）面から０．２〜５°のオフ角を有することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１９０８０３（Ｐ２００６−１９０８０３Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２１６（Ｐ２００５−１２１６）
【出願日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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