JP2008034848A - 窒化物系発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の発光効率と信頼性を向上させることができる窒化物系発光素子を提供する。
【解決手段】第１伝導性半導体層と、第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に配置され、少なくとも一対の量子井戸層と量子障壁層からなる活性層と、前記第１伝導性半導体層と活性層との間、及び前記第２伝導性半導体層と活性層との間の境界面のうち、少なくともいずれか一つの境界面に配置され、エネルギーバンドギャップまたは厚さが変化する複数の層からなる第１層と、前記それぞれの第１層の間に配置され、前記第１層よりもエネルギーバンドギャップの大きい第２層と、を備える構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化物系発光素子に係り、特に、発光素子の発光効率と信頼性を向上させることができる窒化物系発光素子に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる周知の半導体発光素子で、１９６２年ＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化したことを始めとして、ＧａＰ：Ｎ系列の緑色ＬＥＤと共に、情報通信機器をはじめとする電子装置の表示画像用光源として用いられてきている。

このようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤ製造に使われる半導体材料による。これは、放出された光の波長が価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ）の電子と伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）の電子間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）によるからである。

窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）化合物半導体は、高い熱的安全性と幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を持っていることから、ＬＥＤを含めた高出力電子部品素子開発分野において大きく注目されてきた。

その理由の一つは、ＧａＮが他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等）と組み合わせられて、緑色、青色及び白色光を放出する半導体層を製造できることである。

このように、放出波長を調節できるため、特定装置特性に合わせて材料を用いることができる。例えば、ＧａＮを用いて光記録に有益な青色ＬＥＤと、白熱灯に取って代わる白色ＬＥＤを作ることができる。

このようなＧａＮ系列物質の利点から、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長している。したがって、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系列の光電子装置技術も急激に発達してきた。

上述のようなＧａＮ系列物質を用いたＬＥＤの輝度または出力は、大きく、活性層の構造、光を外部へ抽出できる光抽出効率、ＬＥＤチップの大きさ、ランプパッケージ組み立て時のモルド（ｍｏｌｄ）の種類及び角度、蛍光物質などによって左右される。

一方、このようなＧａＮ系列半導体の成長が、他のIII−Ｖ族化合物半導体よりも難しい理由の一つに、高品質の基板、すなわち、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮなどの物質からなるウエハが存在しないことが挙げられる。

この理由から、サファイアのような異種基板上にＬＥＤ構造を成長させることになるが、この場合、多くの欠陥が生じ、それらの欠陥はＬＥＤ性能に大きく影響することになる。

このようなＧａＮ系列物質のＬＥＤの基本構造をみると、図１に示すように、ｎ−型半導体層１が配置され、このｎ−型半導体層１と隣接して量子井戸構造を持つ活性層２が配置され、この活性層２と隣接してｐ−型半導体層３が配置される。このようなＬＥＤ構造のエネルギーバンド構造を、図２に示す。

このようなＬＥＤ構造は、基板４上に成長させた状態のもので、基板４上のバッファー層５上に形成される。

以降、このようなＬＥＤ構造には電極（図示せず）が形成され、このような電極を通した電荷の注入によって発光が可能になる。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、発光素子の歪（ｓｔｒａｉｎ）及び結晶欠陥を調節または抑制し、電子と正孔が活性層に効率的に閉じ込められるようにすることによって信頼性特性を向上させることができる窒化物系発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の第１観点によれば、第１伝導性半導体層と、第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に配置され、少なくとも一対の量子井戸層と量子障壁層からなる活性層と、前記第１伝導性半導体層と活性層との間、及び前記第２伝導性半導体層と活性層との間の境界面のうち、少なくともいずれか一つの境界面に配置され、エネルギーバンドギャップまたは厚さが変化する複数の層からなる第１層と、前記それぞれの第１層の間に配置され、前記第１層よりもエネルギーバンドギャップの大きい第２層と、を備えて構成されることを特徴とする窒化物系発光素子が提供される。

上記課題を解決するための本発明の第２観点によれば、伝導性半導体層と、前記伝導性半導体層上に配置され、量子障壁層と量子井戸層からなる第１活性層と、前記伝導性半導体層と第１活性層との間に配置され、エネルギーバンドギャップまたは厚さが変化する複数の量子井戸層を持つ第２活性層と、を備えて構成されることを特徴とする窒化物系発光素子が提供される。

上記課題を解決するための本発明の第３観点によれば、第１電極と接続される第１伝導性半導体層と、第２電極と接続される第２伝導性半導体層と、前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に配置される活性層と、前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層及び活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に配置され、前記第１伝導性半導体層または第２伝導性半導体層よりも大きいバンドギャップを持つ複数の第３層と、前記それぞれの第３層の間に配置され、前記第３層よりもエネルギーバンドギャップの小さい第２層と、を備えて構成されることを特徴とする窒化物系発光素子が提供される。

本発明の窒化物系発光素子によれば、発光素子の発光効率と信頼性を向上させることが可能になる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

本発明が様々に修正及び変形されるのを許容する上で、その特定実施例を図面に基づいて例示し、その詳細は以下に詳細に説明する。ただし、これらの特定実施例は本発明を限定するためのものではなく、よって、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の思想と合致するあらゆる修正、均等及び代用を含む。

層、領域または基板のような要素が他の構成要素“上（ｏｎ）”に存在するという記載は、直接的に他の要素上に存在する、または、その間に中間要素が存在することもあるという意味として理解すれば良い。表面のような構成要素の一部が‘内部（ｉｎｎｅｒ）’と表現される場合、これはその要素の他の部分よりも素子の外側からより遠く離れているという意味として理解すれば良い。

なお、‘下（ｂｅｎｅａｔｈ）’または‘重複（ｏｖｅｒｌａｙ）’のような相対的な用語は、ここでは、図面に示すように、基板または基準層と関連して、ある層または領域と他の層または領域に対するある層または領域の関係を説明するために使用されることができる。

これらの用語は、図面に描写された方向に加えて素子の他の方向を含もうとする意図のためであることが理解できる。最後に、‘直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）'という用語は、中間に介入するいかなる要素もないということを意味する。ここで使用される‘及び／または’という用語は、記載された関連項目のうちのいずれか１つまたはそれ以上のいずれかの組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。

たとえ第１、第２などの用語が、様々な要素、成分、領域、層及び／または地域を説明するために使用されることができるが、それらの要素、成分、領域、層及び／または地域は、そのような用語によって限定されてはならないということは明らかである。

すなわち、これらの用語は、単に他の領域、層または地域からいずれかの要素、成分、領域、層または地域を区分するために使用されるものである。したがって、下記における第１領域、層または地域は、第２領域、層または地域という名称にもなりうる。
［第１実施例］

図３は、本発明の第１実施例による構造を示すもので、相互に異なるＩｎ組成を持つＩｎＧａＮからなる第１層１０とこれらのそれぞれの第１層１０をなす各層１１，１２，１３間に位置するＧａＮからなる第２層２０が、活性層３０の下側に配置された構造を示している。

このような構造は、基板４０上に形成されるｎ−型半導体層６０上に、上述した第１層１０と第２層２０が交互に配置されてなり、基板４０とｎ−型半導体層６０との間には非ドープのバッファー層５０が配置されることができる。

これらの第１層１０と第２層２０上には、量子井戸層と量子障壁層からなって量子井戸構造を持つ活性層３０が配置され、この活性層３０上にはｐ−型半導体層７０が形成されることができる。

ここで、第１層１０は、上部の層が下部のそれよりも大きいＩｎ組成を有し、それぞれ異なるＩｎ組成で形成される。すなわち、二番目のＩｎＧａＮ層１２は一番目のＩｎＧａＮ層１１よりも大きいＩｎ組成を持ち、三番目のＩｎＧａＮ層１３は二番目のＩｎＧａＮ層１２よりも大きいＩｎ組成を持つ。

したがって、これらのＩｎＧａＮからなる第１層１０のＩｎ組成は、活性層３０に近づくほど活性層３０のＩｎ組成に近似するＩｎ組成を持つようになる。この場合、第１層１０のＩｎ組成は、活性層３０より小さいＩｎ組成を有することができる。

したがって、第１層１０のＩｎ組成が次第に増加することから、図４に示すように、エネルギーバンドギャップは活性層３０に近付くにつれて順次に低くなる。

このような構造から、活性層３０のＩｎＧａＮ物質の成長時に、ｎ−型半導体層６０上に直接成長する場合に比べてより小さい歪または応力を受けるようになり、その結果、活性層３０において高品質のＩｎＧａＮ量子井戸層を成長させることができる。

なお、図４に示すように、第１層１０のバンドギャップは次第に活性層３０に近似していくため、活性層３０の下に配置された第１層１０の３つのＩｎＧａＮ層１１，１２，１３に電荷（ｃａｒｒｉｅｒ）が捕獲されて効率よく活性層３０のＩｎＧａＮ量子井戸層に注入（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）されることができる。

また、これらのＩｎＧａＮ層１１，１２，１３の間に配置される第２層２０は、各ＩｎＧａＮ層１１，１２，１３よりも薄く形成されることができる。

したがって、第２層２０は電荷の流れを邪魔しない。

上記のように、活性層３０と第１層１０がＩｎＧａＮからなり、第１層１０がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮで表現される組成を有するとき、ｘは０．１〜０．１５（０．１≦ｘ≦０．１５）であることが好ましい。

一方、活性層３０がＩｎＧａＮからなる場合、ＡｌとＩｎの組成を調節して第１層１０をＡｌＩｎＧａＮにしても良い。

また、第１層１０の厚さは５０〜１０００Åとし、第２層２０の厚さは５〜５００Åとすることが好ましい。

本実施例では、第１層１０と第２層２０がｎ−型半導体層６０と活性層３０との間に配置される場合について説明しているが、このような第１層１０と第２層２０は成長段階で活性層３０の下側に形成されるいずれの場合も適用可能である。

したがって、もし活性層３０の下側にｐ−型半導体層７０が位置すると、第１層１０と第２層２０は活性層３０とｐ−型半導体層７０との間に位置することができる。

また、本実施例では、活性層３０がＩｎＧａＮからなる例で説明したが、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどからなる場合も適用可能である。第２層２０も同様に、ＧａＮの他に、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの物質でも形成可能である。

本実施例では第１層１０をなす各層と第２層２０がそれぞれ３つの層（各第１層と各第２層がなす３対の層）からなる例で説明しているが、少なくとも２つの層（２対の層）であれば本発明の効果が発揮できる。

場合によって、第１層１０と第２層２０が交互に積層された構造は、活性層３０の一部と見なしても良い。すなわち、バンドギャップの変化する第１層１０は、バンドギャップの変化する量子井戸層と見なし、第１層１０同士間にそれぞれ配置される第２層１０は量子障壁層と見なしても良い。
［第２実施例］

図５は、本発明の第２実施例による構造で、同じＩｎ組成を持ち、厚さが相互に異なる３枚のＩｎＧａＮからなる第１層１０と、これらの第１層１０をなすそれぞれの層１１，１２，１３の間に介在されるＧａＮからなる第２層２０とが、活性層３０の下側に配置された構造を示している。

このような構造は、基板４０上に形成されるｎ−型半導体層６０上に、上述の第１層１０と第２層２０が交互に配置されてなることができ、この基板４０とｎ−型半導体層６０との間には非ドープのバッファー層５０が配置されることができる。

なお、第１層１０と第２層２０上には、量子井戸層と量子障壁層からなって量子井戸構造を持つ活性層３０が配置され、この活性層３０上にはｐ−型半導体層７０が形成されることができる。

ここで、第１層１０は、上部の層が下部のそれよりも大きい厚さを有し、それぞれ異なる厚さで形成される。すなわち、一番目のＩｎＧａＮ層１１よりは二番目のＩｎＧａＮ層１２が厚く形成され、二番目のＩｎＧａＮ層１２よりは三番目のＩｎＧａＮ層１３が厚く形成される。

また、第１層１０をなすそれぞれの層１１，１２，１３のＩｎ組成は同一であり、したがって、これらは同じバンドギャップエネルギーを持つ。

したがって、活性層３０のＩｎＧａＮ成長時に、ｎ−型半導体層６０上に直接成長する時に比べてより小さい歪または応力を受けるようになり、活性層３０で高品質のＩｎＧａＮ量子井戸層を成長させることができる。

なお、活性層３０の下に配置された３つのＩｎＧａＮ層１１，１２，１３によって電荷（ｃａｒｒｉｅｒ）が捕獲されて効率よく活性層３０のＩｎＧａＮ量子井戸層に注入（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）されることができる。

このようなそれぞれ異なる厚さを持つ層１１，１２，１３からなる第１層１０を持つ構造から、第１層１０をなすＩｎＧａＮ層の厚さが増加するほどＧａＮによる活性層の圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒａｉｎ）が弱くなるので、活性層３０の品質が向上する。

また、これらのＩｎＧａＮ層１１，１２，１３の間に位置する第２層２０はそれぞれＩｎＧａＮ層１１，１２，１３よりも薄く形成され、したがって、第２層２０は電荷の流れを邪魔しない。

このように、活性層３０と第１層１０がＩｎＧａＮからなり、第１層１０がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮで表現される組成を有するとき、ｘは０．１〜０．１５（０．１≦ｘ≦０．１５）とすることが好ましい。

一方、活性層３０がＩｎＧａＮからなる場合、ＡｌとＩｎの組成を調節して第１層１０をＡｌＩｎＧａＮとしても良い。

また、第１層１０の厚さは５０〜１０００Åであり、この厚さ範囲において第１層１０をなすそれぞれの層１１，１２，１３は変更可能であり、第２層２０の厚さは５〜５００Åとすることが好ましい。

本実施例では、第１層１０と第２層２０がｎ−型半導体層６０と活性層３０との間に配置される例で説明しているが、上記の第１実施例で説明したように、第１層１０と第２層２０は成長段階で活性層３０の下側に形成されるいずれの場合も適用可能である。

すなわち、もし活性層３０の下側にｐ−型半導体層７０が位置すると、第１層１０と第２層２０は、活性層３０とｐ−型半導体層７０との間に配置されても良い。

また、本実施例では活性層３０がＩｎＧａＮからなる例で説明したが、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどからなる場合も適用可能であることは明らかである。

第２層２０も同様に、ＧａＮの他にＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの物質で形成可能であり、第１層１０をなす各層と第２層２０が少なくとも２枚（２対）の層からなると本発明の効果が発揮できる。

第１実施例と同様に、第１層１０と第２層２０が交互に積層された構造は、活性層３０の一部と見なすことができる。すなわち、バンドギャップが変化する第１層１０は、厚さの変化する量子井戸層と見なすことができ、第１層１０同士間にそれぞれ位置する第２層１０は量子障壁層と見なすことができる。
［第３実施例］

図６は、本発明の第３実施例による構造を示すもので、活性層３０とｎ−型半導体層６０との間、及び活性層３０とｐ−型半導体層７０との間に、第１層８０と第２層９０が交互に配置されて介在された構造を示している。

すなわち、基板４０上に形成されるｎ−型半導体層６０上に、上述した第１層８０と第２層９０が交互に形成されることができ、基板４０とｎ−型半導体層６０との間には非ドープのバッファー層５０が配置されることができる。

このような第１層８０と第２層９０の上には、量子井戸層と量子障壁層からなって量子井戸構造を持つ活性層３０が配置され、この活性層３０上には再び第１層８０と第２層９０が交互に配置され、その上にｐ−型半導体層７０が形成される。

本実施例では第１層８０と第２層９０が、活性層３０とｎ−型半導体層６０との間、及び活性層３０とｐ−型半導体層７０との間の両方に配置された例で説明しているが、いずれか一箇所にのみ配置されても良い。

すなわち、第１層８０と第２層９０が活性層３０とｎ−型半導体層６０との間にのみ配置される、または、活性層３０とｐ−型半導体層７０との間にのみ配置されても良い。

第１層８０は、ｎ−型半導体層６０またはｐ−型半導体層７０をなすＧａＮよりもバンドギャップの大きい物質からなることができ、例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの物質を用いると良い。

また、第２層９０は、ＧａＮからなると好ましいが、ＩｎとＡｌの成分が適切に調節される場合にはＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどのいずれも用いることができる。

すなわち、第１層８０は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮ物質からなることができ、ＡｌＩｎＧａＮ物質の組成は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎで表現される場合にｘは０．２以上（ｘ≧０．２）とすれば良い。

また、第２層９０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＮのうちのいずれか一つの物質からなることができ、第２層９０がＡｌＩｎＧａＮ物質からなる場合、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎで表現される場合にｘは０．２以下（ｘ≦０．２）とすれば良い。

図６では、第１層８０と第２層９０が２枚ずつ（２対）で構成された状態を示しているが、それ以上の第１層８０と第２層９０を対にして構成しても良い。

図７は、図６に示す構造のバンドダイヤグラムである。

一方、ＡｌＧａＮで第１層８０を形成し、ＧａＮで第２層９０を薄い厚さに形成して順次に成長させることによって、応力を受ける超格子層（ｓｔｒａｉｎｅｄ ｌａｙｅｒ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ：ＳＬＳ）を利用しても良い。

この場合、第１層８０と第２層９０はＭｇのようなドーパント物質でドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）されて伝導性半導体層とされても良く、特に、ｐ−型半導体特性を持つことができる。

このドーピングは、第１層８０と第２層９０の全体にわたってなされても良く、第１層８０と第２層９０のそれぞれをデルタドーピング（ｄｅｌｔａ−ｄｏｐｉｎｇ）することによって伝導性を有するようにしても良い。

すなわち、それぞれの第１層８０と第２層９０を成長時に、ドーパント物質を１回ずつ注入することによって、ほぼ単一層が伝導性を持つように形成することができる。この場合にも、第１層８０と第２層９０全体をドーピングすることに比べて伝導性は低下されない。

このようなデルタドーピングは、第１層８０と第２層９０の伝導性は低下させないながら、ドーパント注入による薄膜品質の低下を最小限に抑えることができる。

また、このようなデルタドーピングは、第１層８０と第２層９０のそれぞれの中間部分、活性層に近い部分、または、活性層から遠い部分にドーパントを注入して伝導性半導体として成長させることができる。

活性層３０の量子井戸構造をなす量子井戸層と量子障壁層に用いられるＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの物質は、格子定数が大きく異なり、よって、このような格子定数の差によって大きい歪（ｓｔｒａｉｎ）が発生するが、このような歪は転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）のような結晶欠陥の要素とされる。

さらに、局所的に発生する歪は、光を発生させるための電子と正孔の効率的結合を阻害するため、このような歪は調節する必要がある。

従来のＧａＮ系列物質を用いた発光素子の開発では、高出力・高効率の発光素子を得るために、ｎ−型半導体層で形成された電子が活性層を超えてｐ−型半導体層まで移動してくるのを防止するＥＢＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）としてｐ−型のＡｌＧａＮ層を用いてきた。

しかしながら、このようなｐ−型のＡｌＧａＮを単一層として用いる場合、ＡｌＧａＮのｐ−型特性がよくないからＥＢＬの役割は果たせるが、むしろ正孔（ｈｏｌｅ）が活性層に注入されるのを邪魔する不具合があった。

したがって、このようなｐ−型ＡｌＧａＮ層を用いず、第１層８０と第２層９０を繰り返し交互に積層することによって、歪の問題を解決しながらＥＢＬ層として用いることができる。

一方、第１層８０は形成時にソース成分の量を線形的に変化させ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｎｇ）、エネルギーバンド構造に傾斜をなすように構成できる。

このようにソース成分の量を線形的に変化させた（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｎｇ）第１層８０が第２層９０とＳＬＳをなす場合のエネルギーバンドの形状を、図８乃至図１２に示す。

図８及び図９は、エネルギーバンドの大きい物質（ＡｌＧａＮの場合Ａｌ）の成分を線形的に変化させ、バンド構造において第１層８０が鋸歯状の傾斜（ｇｒａｄｉｎｇ）をなすようにした場合に該当する。

このような構造は、エネルギーバンドの大きい物質が、ＡｌとＩｎの含まれた三元（ｔｅｒｎａｒｙ）のＡｌＧａＮ系列または四元（ｑｕａｒｔｅｒｎａｒｙ）のＡｌＩｎＧａＮ系列で構成されていると、反応可能なＡｌソース（ｓｏｕｒｃｅ）の量を次第に減少させてＡｌの成分（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を減少させる。

または、Ｉｎソースの量を次第に増加させたり成長温度を減少させながら成長させることによってＩｎ成分を増加させ、図８のようなバンド構造を持つｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｎｇ ＳＬＳを成長させることができる。

図９のエネルギーバンド構造を持つＳＬＳの成長は、図８の場合と反対に成長させることができる。

また、Ａｌ、Ｉｎの量と温度を共に変化させる場合にも、図８及び図９のエネルギーバンド構造を持つＳＬＳを成長させることができる。

このようなＳＬＳの成長は、活性層３０の両側に異なる形態のバンド構造を持つように形成することができる。例えば、活性層３０の一側は図８のバンド構造を持つようにし、活性層３０の他側は図９のバンド構造を持つように形成できる。

より具体的な例では、活性層３０とｎ−型半導体層６０との間の部分には図９のバンド構造を持つＳＬＳ構造を挿入し、活性層３０とｐ−型半導体層７０との間には図８のバンド構造を持つＳＬＳ構造を挿入することができる。

このように、対称的な構造を持つＳＬＳ構造を挿入すると、活性層３０とｎ−型半導体層６０との間では電子が注入される場合に第１層８０と第２層９０が抵抗として働かないようにし、活性層３０とｐ−型半導体層６０との間ではＥＢＬ層として働くようにすることによって、活性層３０に電荷が容易に閉じ込められるようにすることができるわけである。

図１０及び図１１はそれぞれ、第１層８０が台形及び三角形のバンド構造をなすように成長させた構造を示す。

このようなバンド構造の成長法は、上記図８及び図９における成長方法と同一にすれば良い。

すなわち、まず、図９の形状のバンド構造を持つ層を成長させた後、エネルギーバンドの最も大きい成分の状態を一定時間維持させ、以降、図８のような構造を持つ層を成長させると、図１０のように、エネルギーバンドの大きい物質が等辺台形または不等辺台形のエネルギーバンド構造を持つＳＬＳが成長する。

なお、図１１の構造は、図１０の構造を成長させる方法においてエネルギーバンドの最も大きい成分状態を一定時間維持させる過程を除外することで形成される。

このような過程で、エネルギーバンドの大きい物質が両側にｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇｒａｄｉｎｇを持つ三角形状のＳＬＳを成長させることができる。

一方、図１２の構造は、図１０と逆順にし、図８のバンド構造を持つ層を成長させたのち直接図９の形状のエネルギーバンドを持つ物質を成長させることで得られる。

このようにして形成される図１２のバンド構造の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）は、“Ｍ”字状の構造となる。

以上の実施例は、本発明の技術的思想を具体的に説明するために例示されたもので、本発明を限定するためのものではない。したがって、本発明は、様々な形態に変形実施でき、これらの技術的思想に基づく様々な実施形態はいずれも本発明の保護範囲に属することは明らかである。

一般の発光素子を例示する断面図である。 図１に示す構造のバンドダイヤグラムである。 本発明の第１実施例による構造を示す断面図である。 図３に示す構造のバンドダイヤグラムである。 本発明の第２実施例による構造を示す断面図である。 本発明の第３実施例による構造を示す断面図である。 図６に示す構造のバンドダイヤグラムである。 本発明の第３実施例における第１層と第２層の第１例を示すバンドダイヤグラムである。 本発明の第３実施例における第３層と第４層の第２例を示すバンドダイヤグラムである。 本発明の第３実施例における第３層と第４層の第３例を示すバンドダイヤグラムである。 本発明の第３実施例における第３層と第４層の第４例を示すバンドダイヤグラムである。 本発明の第３実施例における第３層と第４層の第５例を示すバンドダイヤグラムである。

Claims (20)

1. 第１伝導性半導体層と、
   第２伝導性半導体層と、
   前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に配置され、少なくとも一対の量子井戸層と量子障壁層からなる活性層と、
   前記第１伝導性半導体層と活性層との間、及び前記第２伝導性半導体層と活性層との間の境界面のうち、少なくともいずれか一つの境界面に配置され、エネルギーバンドギャップまたは厚さが変化する複数の層からなる第１層と、
   前記それぞれの第１層の間に配置され、前記第１層よりもエネルギーバンドギャップの大きい第２層と、
   を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
2. 前記第１層は、エネルギーバンドギャップが前記活性層に近づくほど減少することを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
3. 前記第１層のバンドギャップは、前記第１伝導性半導体層または第２伝導性半導体層と前記量子井戸層との間の値を持つことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
4. 前記第１層は、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮ物質からなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
5. 前記第１層がＩｎＧａＮからなる場合、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮのＩｎ組成ｘは、０．１〜０．１５（０．１≦x≦０．１５）であることを特徴とする、請求項４に記載の窒化物系発光素子。
6. 前記第２層は、ＧａＮからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
7. 前記第２層は、第１層または量子障壁層よりも厚さが薄いことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
8. 前記第１層及び第２層は、
   前記活性層と、前記第１伝導性半導体層及び第２伝導性半導体層のうち前記活性層以前に成長する層との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
9. 前記第１層の厚さは５０〜１０００Åであり、前記第２層の厚さは５〜５００Åであることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
10. 前記第１層は、前記活性層に近づくほど厚さが増加することを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
11. 前記第１層及び第２層は、２対以上であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
12. 伝導性半導体層と、
    前記伝導性半導体層上に配置され、量子障壁層と量子井戸層からなる第１活性層と、
    前記伝導性半導体層と第１活性層との間に配置され、エネルギーバンドギャップまたは厚さが変化する複数の量子井戸層を持つ第２活性層と、
    を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
13. 第１電極と接続される第１伝導性半導体層と、
    第２電極と接続される第２伝導性半導体層と、
    前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層との間に配置される活性層と、
    前記第１伝導性半導体層と第２伝導性半導体層及び活性層との境界面のうちの少なくとも一つの境界面に配置され、前記第１伝導性半導体層または第２伝導性半導体層よりも大きいバンドギャップを持つ複数の第３層と、
    前記それぞれの第３層の間に配置され、前記第３層よりもエネルギーバンドギャップの小さい第２層と、
    を備えて構成されることを特徴とする、窒化物系発光素子。
14. 前記第３層は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮ物質からなることを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物系発光素子。
15. 前記ＡｌＩｎＧａＮ物質の組成は、Ａｌ_ｘＩｎｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎで表現される場合に、ｘは０．２以上（ｘ≧０．２）であることを特徴とする、請求項１４に記載の窒化物系発光素子。
16. 前記第２層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、及びＡｌＩｎＮのうちのいずれか一つの物質からなることを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物系発光素子。
17. 前記第２層がＡｌＩｎＧａＮ物質からなる場合、Ａｌ_ｘＩｎｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎで表現される場合に、ｘは０．２以下（ｘ≦０．２）であることを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物系発光素子。
18. 前記第３層と第２層は超格子構造をなすことを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物系発光素子。
19. 前記第３層は、傾斜したエネルギーバンド構造を持つことを特徴とする、請求項１３に記載の窒化物系発光素子。
20. 前記傾斜したエネルギーバンド構造は、鋸歯状、三角形、台形、及び“Ｍ”字形のうちのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１９に記載の窒化物系発光素子。