ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体発光素子
【課題】外部に定電流回路を必要としないＧａＮ系ＬＥＤ。
【解決手段】サファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２が形成され、その上にＧａＮ層１１１とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２とによるＨＥＭＴ構造が形成されている。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の上に、ｎ−ＧａＮ層１２１、井戸層をＩｎＧａＮとし、バリア層をＡｌＧａＮとしたＭＱＷ発光層１２２、ｐ−ＧａＮ層１２３が形成されている。露出されたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２にソース電極１１５Ｓが形成され、対応するドレイン電極とｎ−ＧａＮ層１２１への電子注入電極を兼ね、ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎが形成されている。ｐ−ＧａＮ層１２３表面にはＩＴＯから成る透光性電極１２８が形成され、その表面の一部に金から成るパッド電極１２９が形成されている。
【解決手段】サファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２が形成され、その上にＧａＮ層１１１とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２とによるＨＥＭＴ構造が形成されている。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の上に、ｎ−ＧａＮ層１２１、井戸層をＩｎＧａＮとし、バリア層をＡｌＧａＮとしたＭＱＷ発光層１２２、ｐ−ＧａＮ層１２３が形成されている。露出されたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２にソース電極１１５Ｓが形成され、対応するドレイン電極とｎ−ＧａＮ層１２１への電子注入電極を兼ね、ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎが形成されている。ｐ−ＧａＮ層１２３表面にはＩＴＯから成る透光性電極１２８が形成され、その表面の一部に金から成るパッド電極１２９が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定電流素子と一体化したIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。本願においてIII族窒化物系化合物半導体とは、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ｘ、ｙ、ｘ＋ｙはいずれも０以上１以下）で示される半導体、及び、ｎ型化／ｐ型化等のために任意の元素を添加したものを含む。更には、III族元素及びＶ族元素の組成の一部を、Ｂ、Ｔｌ；Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
良く知られているように発光ダイオードの光出力は電流にほぼ比例する。また、発光ダイオードの電流は電圧に対し指数関数的に上昇する。そこで発光ダイオードを所望の輝度範囲で点灯させる際には、定電流を供給する駆動回路が必要であった。このような回路には、例えば定電流ダイオードが用いられていた。
【０００３】
その他、光伝送路と光素子を一体化した技術、それを更に他の素子と組み合わせることについて特許文献１に記載がある。また、非特許文献１には、２つの端子間に複数個の発光ダイオードを接続して、当該２つの端子のいずれを高電位としても、当該複数個の発光ダイオードの過半数が点灯するように構成する回路が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１８９４８８号公報
【非特許文献１】Hsi-Hsuan Yen et al., "GaN alternating current light-emitting device," Phys. Stat. Sol. (a) 204, No.6, 2077-2081 (2007)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは例えばＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面の二次元電子ガスを用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を定電流素子として用いうることに着目し、外部に定電流回路を必要としないIII族窒化物系化合物半導体発光素子を提供すべく、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、III族窒化物系化合物半導体の積層構造から成る発光部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、発光部と、III族窒化物系化合物半導体から成る定電流素子とが同一基板上に形成されたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、定電流素子が、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、定電流素子を構成するIII族窒化物系化合物半導体層が、発光部を構成するIII族窒化物系化合物半導体積層構造よりも基板に近いことを特徴とする。
【０００６】
請求項４に係る発明は、ダイオードである発光部を５個以上有し、４つの端子点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対し、ＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間、ＣＢ間、ＤＡ間に、各々１個の発光部が接続されるか、又は複数個の発光部が直列接続されており、Ａ点が高電位でＣ点が低電位である場合にＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間の発光部が全て順方向の直列接続を形成し、Ｃ点が高電位でＡ点が低電位である場合にＣＢ間、ＢＤ間、ＤＡ間の発光部が全て順方向の直列接続を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
下記に示す通り、III族窒化物系化合物半導体発光素子の積層構造と定電流素子の積層構造を一体化することが可能であることが確認された。本発明によれば、外部に定電流回路を必要としない、III族窒化物系化合物半導体発光素子が供給できる。即ち、本発明によればIII族窒化物系化合物半導体発光素子を用いた発光装置全体としてのサイズを小型とすることができ、コスト低減に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施にあたり、定電流素子としては、III族窒化物系化合物半導体から成るＨＥＭＴが好適である。例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合による自発分極と界面応力に起因するピエゾ分極により、高濃度で移動度の高い二次元電子ガスを発生させることが可能である。このＨＥＭＴは、いわゆるノーマリオン型である。
ＨＥＭＴ構造としては、その他任意の公知の構成をとることができる。また、他の定電流素子の構成（他の素子の、飽和電流特性）を用いても良い。
【０００９】
本発明の実施にあたり、定電流素子と一体化させる発光素子の構成自体には一切限定が無い。
【００１０】
発光素子と定電流素子は基板の同一面側に形成しても、基板の両面に各々設けても良い。或いは、発光素子と定電流素子の積層構造を形成する際のエピタキシャル成長基板を除去して、他の基板に接着した構成の発光素子としても良い。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の具体的な一実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の構成を示す断面図である。これは周知のＭＯＣＶＤ法により、以下の各層をエピタキシャル成長させたものである。
【００１２】
サファイア基板１０１上に、厚さ２００ｎｍのＡｌＮバッファ層１０２が形成されている。
【００１３】
以下の構成のＨＥＭＴ部（定電流素子）１１０が形成されている。
ＡｌＮバッファ層１０２の上に厚さ１μｍのアンドープのＧａＮ層１１１が形成され、その上に厚さ４５ｎｍのアンドープ又はシリコンがドープされたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２が形成されている。下記に示すＬＥＤ部（発光部）１２０を構成する各層の形成後、リアクティブイオンエッチングによりＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２が露出されて、いずれもバナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）の二層構造の、ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄが形成されている。ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄの間隔（チャネル長）は８μｍとし、向き合う長さ（チャネル幅）を６００μｍとした。ＧａＮ層１１１とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の界面のＧａＮ層１１１側に二次元電子ガスが発生し、チャネルが形成される。
尚、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２を露出させるには、ウェットエッチングによっても可能である。
【００１４】
また、以下の構成のＬＥＤ部（発光部）１２０が形成されている。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の上に、厚さ３．５μｍのシリコンドープのｎ−ＧａＮ層１２１が形成されている。ｎ−ＧａＮ層１２１の上には井戸層をＩｎＧａＮとし、バリア層をＡｌＧａＮとした、井戸層が８層のＭＱＷ発光層１２２が形成されている。ＭＱＷ発光層１２２の上には、厚さ１００ｎｍのマグネシウムドープのｐ−ＧａＮ層１２３が形成されている。
また、リアクティブイオンエッチングによりｎ−ＧａＮ層１２１表面が一部露出されて、バナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）の二層構造のｎ電極１２５が形成されており、ｐ−ＧａＮ層１２３表面には厚さ３００ｎｍのＩＴＯから成る透光性電極１２８が形成されている。ＭＱＷ発光層１２２の水平面の面積は２４０μｍ×４８０μｍとした。
【００１５】
まず、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の、ＬＥＤ部１２０のｎ電極１２５と透光性電極１２８とにプローブを当てて電圧電流特性を調べた。図２．ＡはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＬＥＤ部１２０の電圧電流特性を示すグラフ図である。ＬＥＤ部１２０は、図２．Ａのように、ほぼ２．８Ｖ以上で電流が流れた。また、印加電圧３．８Ｖで１０ｍＡの電流が流れた。
【００１６】
次に、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の、ＨＥＭＴ部１１０のソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄとにプローブを当てて電圧電流特性を調べた。図２．ＢはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＨＥＭＴ部１１０の電圧電流特性を示すグラフ図である。ＨＥＭＴ部１１０は、印加電圧２０Ｖで電流が８ｍＡに達し、印加電圧３０〜５０Ｖの範囲で電流が９．２〜９．５ｍＡとほぼ一定となった（飽和電流）。
【００１７】
図２．ＣはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００全体の電圧電流特性を示すグラフ図である。この際、ＨＥＭＴ部１１０とＬＥＤ部１２０を直列接続するため、ドレイン電極１１６Ｄとｎ電極１２５を接続した。
図２．Ａによれば、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＬＥＤ部１２０は、印加電圧３．６Ｖで電流が７ｍＡであり、印加電圧３．８Ｖで電流が１０ｍＡであり、印加電圧４．０Ｖで電流が１３ｍＡである。即ち、ＬＥＤ部１２０は、印加電圧３．８Ｖを中心とした場合、±５％の電圧変位で±３０％の電流変動が生ずる。
一方、図２．Ｃによれば、ＨＥＭＴ部１１０を追加したIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００全体としては印加電圧５０Ｖで電流が９．５ｍＡであり、±５％の電圧変位で±０．１％以下の電流変動が生ずるのみである。
即ち、電圧の変化に対して電流の変化が小さい、定電流素子を一体化したIII族窒化物系化合物半導体発光素子が得られた。
【００１８】
ＨＥＭＴ部１１０については、ＧａＮ層１１１の厚さを１〜４μｍとしても良い。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の厚さは１５〜４５ｎｍとしても良い。ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄ、及びｎ電極１２５をチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の二重層としても良く、また、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）の二重層としても良い。
【００１９】
〔変形例〕
図３は、変形例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０の構成を示す断面図である。図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０は、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のドレイン電極１１６Ｄとｎ電極１２５を一体化した、ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎに置き換えたものである。また、ＩＴＯから成る透光性電極表面の一部に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）から成るパッド電極１２９を設けた。
【実施例２】
【００２０】
図４は本発明の具体的な第２の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００の構成を示す断面図である。図４のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００は、図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０のソース電極１１５ＳとＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎとの間に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）から成るショットキー電極であるゲート電極１１７Ｇを追加したものである。
図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００や図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合により高濃度で移動度の高い二次元電子ガスが発生しているノーマリオン型であった。そこで図４のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００のように、ゲート電極１１７Ｇを追加し、負電位を印加することで、ソース電極１１５ＳとＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎ間の飽和電流の値を制御することが可能となる。即ち、ＬＥＤ部１２０に供給する電流をゲート電極１１７Ｇに印加する電位で制御して、ＬＥＤ部１２０の発光層１２２の発光強度を変化させることができる。
【実施例３】
【００２１】
図５は本発明の具体的な第３の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００の構成を示す断面図である。図５のIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００は、図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０のＬＥＤ部１２０と同様の構成のＬＥＤ部１３０を設け、ＬＥＤ間接続電極１９５ｐｎにより、ＬＥＤ部１２０のｐ−ＧａＮ層１２３に設けた透光性電極１２８と、ＬＥＤ部１３０のｎ−ＧａＮ層１３１とを接続するものである。実際、ＬＥＤ部１３０は、各々ＬＥＤ部１２０の対応する各層とは絶縁された、シリコンドープのｎ−ＧａＮ層１３１、ＭＱＷ発光層１３２、ｐ−ＧａＮ層１３３、ＩＴＯから成る透光性電極１３８が形成されており、透光性電極１３８の上にはパッド電極１３９が形成されている。尚、短絡を防ぐために、ＬＥＤ部１２０とＬＥＤ部１３０とは半導体層では接合されないよう、間にサファイア基板１０１面を露出させて間隙を形成し、ＬＥＤ部１２０には絶縁膜１４０を形成して、ＬＥＤ間接続電極１９５ｐｎが透光性電極１２８以外の各III族窒化物系化合物半導体層の露出部（ｐ−ＧａＮ層１２３の上面及び側面、並びに、ＭＱＷ発光層１２２、ｎ−ＧａＮ層１２１、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２、ＧａＮ層１１１及びＡｌＮバッファ層１０２の側面）と接触しないようにしている。
尚、図５のIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００は、２つの発光部であるＬＥＤ部１２０及び１３０を形成したものであるが、全く同様の手法で、ＬＥＤ部１３０の透光性電極１３８とｎ−ＧａＮ層を電極で接続した第３のＬＥＤ部を、更にその透光性電極とｎ−ＧａＮ層を電極で接続した第４のＬＥＤ部を、と、所望の個数のＬＥＤ部を直列接続した発光素子を形成できる。尚、ＬＥＤ部を複数個設ける場合は、次の実施例のように、全てのＬＥＤ部を直列接続しない場合も考えられる。
【実施例４】
【００２２】
図６．Ａは第４の実施例に係る複数個のＬＥＤ部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の構成を示す回路図である。図６．Ａでは全てのＬＥＤ部を記載せず４個のＬＥＤの直列接続とその横の数字で、当該直列接続が何個のＬＥＤの直列接続であるのか示している。これは以下に示す図６．Ｂでも同様である。
【００２３】
図６．Ａに示す通り、III族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを接続点として、４５個のＬＥＤ部とＨＥＭＴ部１１０が次のように接続されている。
ＡＢ間には１０個のＬＥＤ部をＡを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＢＤ間には５個のＬＥＤ部をＢを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＤＣ間には１０個のＬＥＤ部をＤを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＣＢ間には１０個のＬＥＤ部をＣを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＤＡ間には１０個のＬＥＤ部をＤを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
点ＡにはＨＥＭＴ部１１０のドレイン電極が接続され、ＨＥＭＴ部１１０のソース電極は交流電源の一方の端子に接続され、交流電源の他方の端子は点Ｃに接続されている。
【００２４】
図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、点Ａが高電位で点Ｃが低電位の場合は、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｃの順に直列接続された合計２５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＣＢ間とＤＡ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
逆に点Ｃが高電位で点Ａが低電位の場合は、Ｃ−Ｂ−Ｄ−Ａの順に直列接続された合計２５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＡＢ間とＤＣ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
【００２５】
このように、図６．Ａに示すIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、合計４５個のＬＥＤ部が直並列接続されており、点Ａと点Ｃのいずれが高電位の場合でも、合計４５個のＬＥＤ部の過半数である２５個のＬＥＤ部が点灯する。また、ＨＥＭＴ部１１０が一体化した発光素子である。
【００２６】
〔比較例〕
図６．Ｂは比較例に係る複数個の発光素子を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００の構成を示す回路図である。
図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の構成からＨＥＭＴ部１１０を外し、交流電源が点Ａと点Ｃとに直接接続され、ＢＤ間には１５個のＬＥＤ部をＢを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続したものである。その他は図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００と同様の構成である。
【００２７】
図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、点Ａが高電位で点Ｃが低電位の場合は、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｃの順に直列接続された合計３５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＣＢ間とＤＡ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
逆に点Ｃが高電位で点Ａが低電位の場合は、Ｃ−Ｂ−Ｄ−Ａの順に直列接続された合計３５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＡＢ間とＤＣ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
このように、図６．Ｂに示すIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、合計５５個のＬＥＤ部が直並列接続されており、点Ａと点Ｃのいずれが高電位の場合でも、合計５５個のＬＥＤ部の過半数である３５個のＬＥＤ部が点灯する。
【００２８】
図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００と図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００のそれぞれに１００Ｖ５０Ｈｚの商用電力を印加して電流特性を調べた。
図７．Ａは図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｂは図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００の電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｃは印加した１００Ｖ、５０Ｈｚの電圧の時間変動を示すグラフ図である。実効電圧が１００Ｖの交流電源であるので、電圧の振幅は１４１Ｖである。また、５０Ｈｚであるので周期は０．０２秒である（図７．Ｃ）。III族窒化物系化合物半導体発光素子４００及び９００のいずれも、０．０１毎にＡ−Ｂ−Ｄ−Ｃ間のＬＥＤ部とＣ−Ｂ−Ｄ−Ａ間のＬＥＤ部が交互に通電され、点灯することが分かる（図７．Ａ及び図７．Ｂ）。
【００２９】
今、電流の最大値の半分以上の電流が流れる時間割合を検討すると、図７．Ａのように、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００においては時間割合が約０．５であるが、図７．ＢのようにＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００においては時間割合が約０．３と小さい。即ち、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、ＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００に比べて、明るく光っている時間割合が大きく、チラつきが押さえられることが分かる。
また、最大電流を同一となるようにすると、交流の半周期の内の実効電流が、図７．Ａの方が図７．Ｂより大きくなる。即ち、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、ＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００に比べて、実効電流が大きく、明るくなることが分かる。
即ち、ＨＥＭＴ部を一体化した本願発明により、明るく光っている時間割合を大きくし、チラつきを押さえたIII族窒化物系化合物半導体発光素子が提供できる。
【００３０】
〔その他〕
上記実施例においては、本発明の主要部であるIII族窒化物系化合物半導体の積層構造による発光部と定電流素子の一体化を中心として説明した。このため、発光部としては極めて簡単な構成を示したに過ぎないが、例えば、次のような積層構造の発光部を形成しても良い。即ち、ＨＥＭＴ部（定電流素子）１１０を構成する最上層であるＡｌＧａＮ層１１２の上に、順に次の積層構造を形成しても良い。
シリコンをドープしたｎ型のＧａＮ層から成るｎコンタクト層、
アンドープＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層とを順に積層した静電耐圧層、
シリコンをドープした層を少なくとも含む、例えばＩｎＧａＮとＧａＮの多重層から成るｎクラッド層、
例えばＩｎＧａＮの井戸層と、ＧａＮとＡｌＧａＮとの二重障壁層との多層構造から成る多重量子井戸構造の発光層、
マグネシウムをドープした、例えばＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの多重層から成るｐクラッド層、
マグネシウムの濃度の異なる、二重層から成るｐコンタクト層。
ここにおいて、各層の膜厚、ドーパント濃度、積層数、或いは各層の形成温度その他の成長条件は、公知の範囲で適宜選択されうる。或いは、積層構造を単純な繰り返しとせず、例えば他の機能層と接触する最初又は最後の層、及びその付近の層については、膜厚、ドーパント濃度或いは形成温度その他の成長条件を調整することも可能であり、また、全く異なる機能を有する他の公知の層や他の公知の技術を、本願発明の発光部に適用することも可能である。
この他、定電流素子も、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との積層構造でなく、他の公知のIII族窒化物系化合物半導体を用いた構成を採用しても良い。
【００３１】
尚、上記の発光部の積層構造の１例を挙げれば、次の通りである。
静電耐圧層は、厚さ３００ｎｍのアンドープＧａＮと厚さ３０ｎｍのｎ−ＧａＮ。
ｎクラッド層はアンドープのＩｎ0.1Ｇａ0.9ＮとアンドープのＧａＮとシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮを１組として１０組積層した多重層とし、総膜厚約７４ｎｍとする。
発光層は、膜厚約３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る井戸層と、膜厚約２ｎｍのＧａＮと膜厚３ｎｍのＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎから成るバリア層とを交互に８組積層する。
ｐクラッド層はｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎとｐ型Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎの多重層とし、総膜厚約３３ｎｍとする。
ｐコンタクト層はマグネシウム濃度の異なる２層のｐ型ＧａＮの積層構造とし、総膜厚約８０ｎｍとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の構成を示す断面図。
【図２】III族窒化物系化合物半導体発光素子１００についての、図２．ＡはＬＥＤ部の電圧電流特性を示すグラフ図、図２．ＢはＨＥＭＴ部の電圧電流特性を示すグラフ図、図２．Ｃは全体の電圧電流特性を示すグラフ図。
【図３】変形例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０の構成を示す断面図。
【図４】本発明の具体的な他の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００の構成を示す断面図。
【図５】本発明の具体的な他の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００の構成を示す断面図。
【図６】図６．Ａは実施例４に係る回路図、図６．Ｂは比較例に係る回路図。
【図７】図７．Ａは実施例４に係る電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｂは比較例に係る電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｃは印加した１００Ｖ、５０Ｈｚの電圧の時間変動を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００３３】
１００：サファイア基板
１０１：ＡｌＮバッファ層
１１０：ＨＥＭＴ部（定電流素子）
１１１：ＧａＮ層
１１２：ＡｌＧａＮ層
１１５Ｓ：ソース電極
１１６Ｄ：ドレイン電極
１１７Ｇ：ゲート電極
１２０、１３０：ＬＥＤ部（発光部）
１２１、１３１：ｎ−ＧａＮ層
１２２、１３２：ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのＭＱＷ発光層
１２３、１３３：ｐ−ＧａＮ層
１２５：ｎ電極
１２８、１３８：ＩＴＯから成る透明電極
１２９、１３９：ｐ電極
１４０：絶縁膜
１６５Ｄｎ：ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極
１９５ｐｎ：ＬＥＤ間接続電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は定電流素子と一体化したIII族窒化物系化合物半導体発光素子に関する。本願においてIII族窒化物系化合物半導体とは、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ｘ、ｙ、ｘ＋ｙはいずれも０以上１以下）で示される半導体、及び、ｎ型化／ｐ型化等のために任意の元素を添加したものを含む。更には、III族元素及びＶ族元素の組成の一部を、Ｂ、Ｔｌ；Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
良く知られているように発光ダイオードの光出力は電流にほぼ比例する。また、発光ダイオードの電流は電圧に対し指数関数的に上昇する。そこで発光ダイオードを所望の輝度範囲で点灯させる際には、定電流を供給する駆動回路が必要であった。このような回路には、例えば定電流ダイオードが用いられていた。
【０００３】
その他、光伝送路と光素子を一体化した技術、それを更に他の素子と組み合わせることについて特許文献１に記載がある。また、非特許文献１には、２つの端子間に複数個の発光ダイオードを接続して、当該２つの端子のいずれを高電位としても、当該複数個の発光ダイオードの過半数が点灯するように構成する回路が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１８９４８８号公報
【非特許文献１】Hsi-Hsuan Yen et al., "GaN alternating current light-emitting device," Phys. Stat. Sol. (a) 204, No.6, 2077-2081 (2007)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは例えばＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面の二次元電子ガスを用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を定電流素子として用いうることに着目し、外部に定電流回路を必要としないIII族窒化物系化合物半導体発光素子を提供すべく、本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、III族窒化物系化合物半導体の積層構造から成る発光部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、発光部と、III族窒化物系化合物半導体から成る定電流素子とが同一基板上に形成されたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、定電流素子が、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、定電流素子を構成するIII族窒化物系化合物半導体層が、発光部を構成するIII族窒化物系化合物半導体積層構造よりも基板に近いことを特徴とする。
【０００６】
請求項４に係る発明は、ダイオードである発光部を５個以上有し、４つの端子点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対し、ＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間、ＣＢ間、ＤＡ間に、各々１個の発光部が接続されるか、又は複数個の発光部が直列接続されており、Ａ点が高電位でＣ点が低電位である場合にＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間の発光部が全て順方向の直列接続を形成し、Ｃ点が高電位でＡ点が低電位である場合にＣＢ間、ＢＤ間、ＤＡ間の発光部が全て順方向の直列接続を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
下記に示す通り、III族窒化物系化合物半導体発光素子の積層構造と定電流素子の積層構造を一体化することが可能であることが確認された。本発明によれば、外部に定電流回路を必要としない、III族窒化物系化合物半導体発光素子が供給できる。即ち、本発明によればIII族窒化物系化合物半導体発光素子を用いた発光装置全体としてのサイズを小型とすることができ、コスト低減に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施にあたり、定電流素子としては、III族窒化物系化合物半導体から成るＨＥＭＴが好適である。例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合による自発分極と界面応力に起因するピエゾ分極により、高濃度で移動度の高い二次元電子ガスを発生させることが可能である。このＨＥＭＴは、いわゆるノーマリオン型である。
ＨＥＭＴ構造としては、その他任意の公知の構成をとることができる。また、他の定電流素子の構成（他の素子の、飽和電流特性）を用いても良い。
【０００９】
本発明の実施にあたり、定電流素子と一体化させる発光素子の構成自体には一切限定が無い。
【００１０】
発光素子と定電流素子は基板の同一面側に形成しても、基板の両面に各々設けても良い。或いは、発光素子と定電流素子の積層構造を形成する際のエピタキシャル成長基板を除去して、他の基板に接着した構成の発光素子としても良い。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の具体的な一実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の構成を示す断面図である。これは周知のＭＯＣＶＤ法により、以下の各層をエピタキシャル成長させたものである。
【００１２】
サファイア基板１０１上に、厚さ２００ｎｍのＡｌＮバッファ層１０２が形成されている。
【００１３】
以下の構成のＨＥＭＴ部（定電流素子）１１０が形成されている。
ＡｌＮバッファ層１０２の上に厚さ１μｍのアンドープのＧａＮ層１１１が形成され、その上に厚さ４５ｎｍのアンドープ又はシリコンがドープされたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２が形成されている。下記に示すＬＥＤ部（発光部）１２０を構成する各層の形成後、リアクティブイオンエッチングによりＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２が露出されて、いずれもバナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）の二層構造の、ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄが形成されている。ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄの間隔（チャネル長）は８μｍとし、向き合う長さ（チャネル幅）を６００μｍとした。ＧａＮ層１１１とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の界面のＧａＮ層１１１側に二次元電子ガスが発生し、チャネルが形成される。
尚、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２を露出させるには、ウェットエッチングによっても可能である。
【００１４】
また、以下の構成のＬＥＤ部（発光部）１２０が形成されている。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の上に、厚さ３．５μｍのシリコンドープのｎ−ＧａＮ層１２１が形成されている。ｎ−ＧａＮ層１２１の上には井戸層をＩｎＧａＮとし、バリア層をＡｌＧａＮとした、井戸層が８層のＭＱＷ発光層１２２が形成されている。ＭＱＷ発光層１２２の上には、厚さ１００ｎｍのマグネシウムドープのｐ−ＧａＮ層１２３が形成されている。
また、リアクティブイオンエッチングによりｎ−ＧａＮ層１２１表面が一部露出されて、バナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）の二層構造のｎ電極１２５が形成されており、ｐ−ＧａＮ層１２３表面には厚さ３００ｎｍのＩＴＯから成る透光性電極１２８が形成されている。ＭＱＷ発光層１２２の水平面の面積は２４０μｍ×４８０μｍとした。
【００１５】
まず、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の、ＬＥＤ部１２０のｎ電極１２５と透光性電極１２８とにプローブを当てて電圧電流特性を調べた。図２．ＡはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＬＥＤ部１２０の電圧電流特性を示すグラフ図である。ＬＥＤ部１２０は、図２．Ａのように、ほぼ２．８Ｖ以上で電流が流れた。また、印加電圧３．８Ｖで１０ｍＡの電流が流れた。
【００１６】
次に、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の、ＨＥＭＴ部１１０のソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄとにプローブを当てて電圧電流特性を調べた。図２．ＢはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＨＥＭＴ部１１０の電圧電流特性を示すグラフ図である。ＨＥＭＴ部１１０は、印加電圧２０Ｖで電流が８ｍＡに達し、印加電圧３０〜５０Ｖの範囲で電流が９．２〜９．５ｍＡとほぼ一定となった（飽和電流）。
【００１７】
図２．ＣはIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００全体の電圧電流特性を示すグラフ図である。この際、ＨＥＭＴ部１１０とＬＥＤ部１２０を直列接続するため、ドレイン電極１１６Ｄとｎ電極１２５を接続した。
図２．Ａによれば、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のＬＥＤ部１２０は、印加電圧３．６Ｖで電流が７ｍＡであり、印加電圧３．８Ｖで電流が１０ｍＡであり、印加電圧４．０Ｖで電流が１３ｍＡである。即ち、ＬＥＤ部１２０は、印加電圧３．８Ｖを中心とした場合、±５％の電圧変位で±３０％の電流変動が生ずる。
一方、図２．Ｃによれば、ＨＥＭＴ部１１０を追加したIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００全体としては印加電圧５０Ｖで電流が９．５ｍＡであり、±５％の電圧変位で±０．１％以下の電流変動が生ずるのみである。
即ち、電圧の変化に対して電流の変化が小さい、定電流素子を一体化したIII族窒化物系化合物半導体発光素子が得られた。
【００１８】
ＨＥＭＴ部１１０については、ＧａＮ層１１１の厚さを１〜４μｍとしても良い。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２の厚さは１５〜４５ｎｍとしても良い。ソース電極１１５Ｓとドレイン電極１１６Ｄ、及びｎ電極１２５をチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の二重層としても良く、また、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）の二重層としても良い。
【００１９】
〔変形例〕
図３は、変形例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０の構成を示す断面図である。図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０は、図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００のドレイン電極１１６Ｄとｎ電極１２５を一体化した、ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎに置き換えたものである。また、ＩＴＯから成る透光性電極表面の一部に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）から成るパッド電極１２９を設けた。
【実施例２】
【００２０】
図４は本発明の具体的な第２の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００の構成を示す断面図である。図４のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００は、図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０のソース電極１１５ＳとＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎとの間に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）から成るショットキー電極であるゲート電極１１７Ｇを追加したものである。
図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００や図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合により高濃度で移動度の高い二次元電子ガスが発生しているノーマリオン型であった。そこで図４のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００のように、ゲート電極１１７Ｇを追加し、負電位を印加することで、ソース電極１１５ＳとＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極１６５Ｄｎ間の飽和電流の値を制御することが可能となる。即ち、ＬＥＤ部１２０に供給する電流をゲート電極１１７Ｇに印加する電位で制御して、ＬＥＤ部１２０の発光層１２２の発光強度を変化させることができる。
【実施例３】
【００２１】
図５は本発明の具体的な第３の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００の構成を示す断面図である。図５のIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００は、図３のIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０のＬＥＤ部１２０と同様の構成のＬＥＤ部１３０を設け、ＬＥＤ間接続電極１９５ｐｎにより、ＬＥＤ部１２０のｐ−ＧａＮ層１２３に設けた透光性電極１２８と、ＬＥＤ部１３０のｎ−ＧａＮ層１３１とを接続するものである。実際、ＬＥＤ部１３０は、各々ＬＥＤ部１２０の対応する各層とは絶縁された、シリコンドープのｎ−ＧａＮ層１３１、ＭＱＷ発光層１３２、ｐ−ＧａＮ層１３３、ＩＴＯから成る透光性電極１３８が形成されており、透光性電極１３８の上にはパッド電極１３９が形成されている。尚、短絡を防ぐために、ＬＥＤ部１２０とＬＥＤ部１３０とは半導体層では接合されないよう、間にサファイア基板１０１面を露出させて間隙を形成し、ＬＥＤ部１２０には絶縁膜１４０を形成して、ＬＥＤ間接続電極１９５ｐｎが透光性電極１２８以外の各III族窒化物系化合物半導体層の露出部（ｐ−ＧａＮ層１２３の上面及び側面、並びに、ＭＱＷ発光層１２２、ｎ−ＧａＮ層１２１、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１１２、ＧａＮ層１１１及びＡｌＮバッファ層１０２の側面）と接触しないようにしている。
尚、図５のIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００は、２つの発光部であるＬＥＤ部１２０及び１３０を形成したものであるが、全く同様の手法で、ＬＥＤ部１３０の透光性電極１３８とｎ−ＧａＮ層を電極で接続した第３のＬＥＤ部を、更にその透光性電極とｎ−ＧａＮ層を電極で接続した第４のＬＥＤ部を、と、所望の個数のＬＥＤ部を直列接続した発光素子を形成できる。尚、ＬＥＤ部を複数個設ける場合は、次の実施例のように、全てのＬＥＤ部を直列接続しない場合も考えられる。
【実施例４】
【００２２】
図６．Ａは第４の実施例に係る複数個のＬＥＤ部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の構成を示す回路図である。図６．Ａでは全てのＬＥＤ部を記載せず４個のＬＥＤの直列接続とその横の数字で、当該直列接続が何個のＬＥＤの直列接続であるのか示している。これは以下に示す図６．Ｂでも同様である。
【００２３】
図６．Ａに示す通り、III族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを接続点として、４５個のＬＥＤ部とＨＥＭＴ部１１０が次のように接続されている。
ＡＢ間には１０個のＬＥＤ部をＡを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＢＤ間には５個のＬＥＤ部をＢを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＤＣ間には１０個のＬＥＤ部をＤを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＣＢ間には１０個のＬＥＤ部をＣを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
ＤＡ間には１０個のＬＥＤ部をＤを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続した。
点ＡにはＨＥＭＴ部１１０のドレイン電極が接続され、ＨＥＭＴ部１１０のソース電極は交流電源の一方の端子に接続され、交流電源の他方の端子は点Ｃに接続されている。
【００２４】
図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、点Ａが高電位で点Ｃが低電位の場合は、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｃの順に直列接続された合計２５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＣＢ間とＤＡ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
逆に点Ｃが高電位で点Ａが低電位の場合は、Ｃ−Ｂ−Ｄ−Ａの順に直列接続された合計２５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＡＢ間とＤＣ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
【００２５】
このように、図６．Ａに示すIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、合計４５個のＬＥＤ部が直並列接続されており、点Ａと点Ｃのいずれが高電位の場合でも、合計４５個のＬＥＤ部の過半数である２５個のＬＥＤ部が点灯する。また、ＨＥＭＴ部１１０が一体化した発光素子である。
【００２６】
〔比較例〕
図６．Ｂは比較例に係る複数個の発光素子を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００の構成を示す回路図である。
図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の構成からＨＥＭＴ部１１０を外し、交流電源が点Ａと点Ｃとに直接接続され、ＢＤ間には１５個のＬＥＤ部をＢを高電位とした場合に順方向接続となるように直列接続したものである。その他は図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００と同様の構成である。
【００２７】
図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、点Ａが高電位で点Ｃが低電位の場合は、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｃの順に直列接続された合計３５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＣＢ間とＤＡ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
逆に点Ｃが高電位で点Ａが低電位の場合は、Ｃ−Ｂ−Ｄ−Ａの順に直列接続された合計３５個のＬＥＤ部が通電され、発光する。この際、ＡＢ間とＤＣ間の合計２０個のＬＥＤ部は通電されず、発光しない。
このように、図６．Ｂに示すIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００は、合計５５個のＬＥＤ部が直並列接続されており、点Ａと点Ｃのいずれが高電位の場合でも、合計５５個のＬＥＤ部の過半数である３５個のＬＥＤ部が点灯する。
【００２８】
図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００と図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００のそれぞれに１００Ｖ５０Ｈｚの商用電力を印加して電流特性を調べた。
図７．Ａは図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００の電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｂは図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００の電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｃは印加した１００Ｖ、５０Ｈｚの電圧の時間変動を示すグラフ図である。実効電圧が１００Ｖの交流電源であるので、電圧の振幅は１４１Ｖである。また、５０Ｈｚであるので周期は０．０２秒である（図７．Ｃ）。III族窒化物系化合物半導体発光素子４００及び９００のいずれも、０．０１毎にＡ−Ｂ−Ｄ−Ｃ間のＬＥＤ部とＣ−Ｂ−Ｄ−Ａ間のＬＥＤ部が交互に通電され、点灯することが分かる（図７．Ａ及び図７．Ｂ）。
【００２９】
今、電流の最大値の半分以上の電流が流れる時間割合を検討すると、図７．Ａのように、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００においては時間割合が約０．５であるが、図７．ＢのようにＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００においては時間割合が約０．３と小さい。即ち、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、ＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００に比べて、明るく光っている時間割合が大きく、チラつきが押さえられることが分かる。
また、最大電流を同一となるようにすると、交流の半周期の内の実効電流が、図７．Ａの方が図７．Ｂより大きくなる。即ち、ＨＥＭＴ部１１０を有する図６．ＡのIII族窒化物系化合物半導体発光素子４００は、ＨＥＭＴ部を有しない図６．ＢのIII族窒化物系化合物半導体発光素子９００に比べて、実効電流が大きく、明るくなることが分かる。
即ち、ＨＥＭＴ部を一体化した本願発明により、明るく光っている時間割合を大きくし、チラつきを押さえたIII族窒化物系化合物半導体発光素子が提供できる。
【００３０】
〔その他〕
上記実施例においては、本発明の主要部であるIII族窒化物系化合物半導体の積層構造による発光部と定電流素子の一体化を中心として説明した。このため、発光部としては極めて簡単な構成を示したに過ぎないが、例えば、次のような積層構造の発光部を形成しても良い。即ち、ＨＥＭＴ部（定電流素子）１１０を構成する最上層であるＡｌＧａＮ層１１２の上に、順に次の積層構造を形成しても良い。
シリコンをドープしたｎ型のＧａＮ層から成るｎコンタクト層、
アンドープＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層とを順に積層した静電耐圧層、
シリコンをドープした層を少なくとも含む、例えばＩｎＧａＮとＧａＮの多重層から成るｎクラッド層、
例えばＩｎＧａＮの井戸層と、ＧａＮとＡｌＧａＮとの二重障壁層との多層構造から成る多重量子井戸構造の発光層、
マグネシウムをドープした、例えばＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの多重層から成るｐクラッド層、
マグネシウムの濃度の異なる、二重層から成るｐコンタクト層。
ここにおいて、各層の膜厚、ドーパント濃度、積層数、或いは各層の形成温度その他の成長条件は、公知の範囲で適宜選択されうる。或いは、積層構造を単純な繰り返しとせず、例えば他の機能層と接触する最初又は最後の層、及びその付近の層については、膜厚、ドーパント濃度或いは形成温度その他の成長条件を調整することも可能であり、また、全く異なる機能を有する他の公知の層や他の公知の技術を、本願発明の発光部に適用することも可能である。
この他、定電流素子も、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との積層構造でなく、他の公知のIII族窒化物系化合物半導体を用いた構成を採用しても良い。
【００３１】
尚、上記の発光部の積層構造の１例を挙げれば、次の通りである。
静電耐圧層は、厚さ３００ｎｍのアンドープＧａＮと厚さ３０ｎｍのｎ−ＧａＮ。
ｎクラッド層はアンドープのＩｎ0.1Ｇａ0.9ＮとアンドープのＧａＮとシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮを１組として１０組積層した多重層とし、総膜厚約７４ｎｍとする。
発光層は、膜厚約３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る井戸層と、膜厚約２ｎｍのＧａＮと膜厚３ｎｍのＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎから成るバリア層とを交互に８組積層する。
ｐクラッド層はｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎとｐ型Ｉｎ0.08Ｇａ0.92Ｎの多重層とし、総膜厚約３３ｎｍとする。
ｐコンタクト層はマグネシウム濃度の異なる２層のｐ型ＧａＮの積層構造とし、総膜厚約８０ｎｍとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１００の構成を示す断面図。
【図２】III族窒化物系化合物半導体発光素子１００についての、図２．ＡはＬＥＤ部の電圧電流特性を示すグラフ図、図２．ＢはＨＥＭＴ部の電圧電流特性を示すグラフ図、図２．Ｃは全体の電圧電流特性を示すグラフ図。
【図３】変形例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子１５０の構成を示す断面図。
【図４】本発明の具体的な他の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子２００の構成を示す断面図。
【図５】本発明の具体的な他の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体発光素子３００の構成を示す断面図。
【図６】図６．Ａは実施例４に係る回路図、図６．Ｂは比較例に係る回路図。
【図７】図７．Ａは実施例４に係る電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｂは比較例に係る電流の時間変動を示すグラフ図、図７．Ｃは印加した１００Ｖ、５０Ｈｚの電圧の時間変動を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００３３】
１００：サファイア基板
１０１：ＡｌＮバッファ層
１１０：ＨＥＭＴ部（定電流素子）
１１１：ＧａＮ層
１１２：ＡｌＧａＮ層
１１５Ｓ：ソース電極
１１６Ｄ：ドレイン電極
１１７Ｇ：ゲート電極
１２０、１３０：ＬＥＤ部（発光部）
１２１、１３１：ｎ−ＧａＮ層
１２２、１３２：ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのＭＱＷ発光層
１２３、１３３：ｐ−ＧａＮ層
１２５：ｎ電極
１２８、１３８：ＩＴＯから成る透明電極
１２９、１３９：ｐ電極
１４０：絶縁膜
１６５Ｄｎ：ＨＥＭＴ／ＬＥＤ接続電極
１９５ｐｎ：ＬＥＤ間接続電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物系化合物半導体の積層構造から成る発光部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、
前記発光部と、III族窒化物系化合物半導体から成る定電流素子とが同一基板上に形成されたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記定電流素子が、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記定電流素子を構成するIII族窒化物系化合物半導体層が、前記発光部を構成するIII族窒化物系化合物半導体積層構造よりも前記基板に近いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
ダイオードである前記発光部を５個以上有し、
４つの端子点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対し、ＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間、ＣＢ間、ＤＡ間に、各々１個の前記発光部が接続されるか、又は複数個の前記発光部が直列接続されており、
Ａ点が高電位でＣ点が低電位である場合にＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間の前記発光部が全て順方向の直列接続を形成し、
Ｃ点が高電位でＡ点が低電位である場合にＣＢ間、ＢＤ間、ＤＡ間の前記発光部が全て順方向の直列接続を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１】
III族窒化物系化合物半導体の積層構造から成る発光部を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、
前記発光部と、III族窒化物系化合物半導体から成る定電流素子とが同一基板上に形成されたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記定電流素子が、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記定電流素子を構成するIII族窒化物系化合物半導体層が、前記発光部を構成するIII族窒化物系化合物半導体積層構造よりも前記基板に近いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
ダイオードである前記発光部を５個以上有し、
４つの端子点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対し、ＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間、ＣＢ間、ＤＡ間に、各々１個の前記発光部が接続されるか、又は複数個の前記発光部が直列接続されており、
Ａ点が高電位でＣ点が低電位である場合にＡＢ間、ＢＤ間、ＤＣ間の前記発光部が全て順方向の直列接続を形成し、
Ｃ点が高電位でＡ点が低電位である場合にＣＢ間、ＢＤ間、ＤＡ間の前記発光部が全て順方向の直列接続を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−７１２２０（Ｐ２００９−７１２２０Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４０６３９（Ｐ２００７−２４０６３９）
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
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