特許 6183060 半導体発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6183060

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/06 20100101AFI20170814BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/06

   H01L33/32

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-174035(P2013-174035)

(22)【出願日】2013年8月24日

(65)【公開番号】特開2015-43352(P2015-43352A)

(43)【公開日】2015年3月5日

【審査請求日】2016年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104949

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100074354

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康弘

(72)【発明者】

【氏名】林 斉一

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１９５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６７４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２２３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

井戸層および障壁層を有する活性層を備える半導体発光素子であって、
前記井戸層が、Ｉｎを含む窒化ガリウム系半導体で構成されており、
前記井戸層の厚さ方向におけるＩｎの濃度変化を示す勾配が、前記井戸層に印加されるピエゾ電界の、負極側から正極側に向かって、
Ｉｎの濃度を略一定に維持させ又は低下させた第一領域と、
前記第一領域に連接され、該第一領域よりも急峻にＩｎの濃度を低下させる第二領域と
を設けており、
前記第二領域の終端縁が障壁層と接しており、
前記第二領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度が、前記第一領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度の、４０％〜６０％であることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項2】

ｎ型半導体層と、
井戸層および障壁層を有する活性層と、
ｐ型半導体層と
を順に備える半導体発光素子であって、
前記井戸層が、Ｉｎを含む窒化ガリウム系半導体で構成されており、
前記障壁層が、前記井戸層よりもＩｎ混晶比の小さいＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）で構成されており、
前記井戸層の厚さ方向におけるＩｎの濃度変化を示す勾配が、前記ｎ型半導体層側から前記ｐ型半導体層側に向かって、
Ｉｎ濃度を略一定に維持させ又は低下させた第一領域と、
前記第一領域に連接され、該第一領域よりも急峻にＩｎの濃度を低下させる第二領域と
を設けており、
前記第二領域の終端縁が障壁層と接しており、
前記第二領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度が、前記第一領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度の、４０％〜６０％であることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体発光素子であって、
前記第一領域では、Ｉｎの濃度が略一定値であることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第二領域の厚さが、前記第一領域の厚さと同じか、又はこれよりも薄く形成されてなることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第二領域における障壁層側の端縁にＩｎを含むことを特徴とする半導体発光素子。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第二領域の終端縁が、井戸層と障壁層の界面において、垂直領域を形成してなることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記井戸層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記障壁層の厚さは、１ｎｍ〜１５ｎｍであることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記障壁層がＧａＮであることを特徴とする半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子に関し、特に量子井戸活性層を有する半導体発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子は、バックライト等に用いる各種光源、照明、信号機、大型ディスプレイ等に幅広く利用されている。特に窒化ガリウム系（ＧａＮ系）化合物半導体を利用した発光素子は、短波長用の発光素子として用いられている。

【0003】

このような半導体発光素子は、基板上にｎ型半導体層とｐ型半導体層とが積層され、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層が配置される。活性層には、発光効率を高めるために量子井戸構造が採用されており、井戸層と障壁層とが交互に複数積層されて形成される。例えば井戸層としてＩｎＧａＮ、障壁層としてＧａＮを使用する場合には、井戸層と障壁層との界面において、格子定数差による圧電分極が生じる。この圧電分極によってピエゾ電界が発生し、バンドギャップに歪みが生じることが知られている。

【0004】

図８に、ＩｎＧａＮの井戸層２０とＧａＮの障壁層２２との積層方向に対して、Ｉｎ濃度を一定としたＩｎ組成プロファイルを示す。またこのようなＩｎ組成プロファイルを採用した活性層の、ピエゾ電界による歪みが生じていない状態のバンドプロファイルを図９に示し、ピエゾ電界によって歪みが生じたバンドプロファイルを図１０に示す。この場合には、各井戸層２０の基板側とは反対側に正の分極電荷が生成され、各井戸層２０の基板側に負の分極電荷が生成される。この分極電荷によって、各井戸層２０の伝導帯及び価電子帯のエネルギーは、基板側で高くなり、基板の反対側で低くなる。電子は各井戸層２０の基板側とは反対側に存在し、正孔は井戸層２０の基板側に存在する。このように電子と正孔とが分離すると、電子波動関数と正孔波動関数とが井戸層の両側に離れるため、電子と正孔との再結合の確率が低下する。

【0005】

このような問題について、井戸層のＩｎ組成を積層厚さ方向に変化させることが考えられる。特許文献２，３には、基板側から基板の反対側に向かってＩｎ濃度を直線状に低下させることが記載されている。図１１は、このときのＩｎ組成プロファイル（下）とバンドプロファイル（上）とを示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−０２６８１２号公報

【特許文献2】特開２００３−６０２３２号公報

【特許文献3】特開２００５−５６９７３号公報

【特許文献4】特開２００８−２８８３９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この場合に、電子は、井戸層２０の厚み方向に沿った直線状の伝導帯２３に均一に存在しているが、正孔は価電子帯の基板側の頂２４に偏在しているので、オージェ過程による非発光再結合の確率が高くなると共に、電子と正孔との再結合の確率が低くなる。さらに、正孔は、各井戸層２０の価電子帯の頂２４に偏在しているので、隣接する井戸層２０との間で正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離Ｄが長くなり、キャリア移動度が低下するという問題があった。

【0008】

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、発光効率を高めた半導体発光素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明の一の側面に係る半導体発光素子によれば、井戸層と障壁層を交互に繰り返した量子井戸構造を有する活性層を備える半導体発光素子であって、前記井戸層が、Ｉｎを含む窒化ガリウム系半導体で構成されており、前記井戸層の厚さ方向におけるＩｎの濃度変化を示す勾配が、前記井戸層に印加されるピエゾ電界の、負極側から正極側に向かって、Ｉｎの濃度を略一定に維持させ又は低下させた第一領域と、前記第一領域に連接され、該第一領域よりも急峻にＩｎの濃度を低下させる第二領域とを設けることができる。

【0010】

また、本発明の他の側面に係る半導体発光素子によれば、ｎ型半導体層と、井戸層と障壁層を交互に繰り返した量子井戸構造を有する活性層と、ｐ型半導体層とを順に備える半導体発光素子であって、前記井戸層が、Ｉｎを含む窒化ガリウム系半導体で構成されており、前記井戸層の厚さ方向におけるＩｎの濃度変化を示す勾配が、前記ｎ型半導体層側から前記ｐ型半導体層側に向かって、Ｉｎ濃度を略一定に維持させ又は低下させた第一領域と、前記第一領域に連接され、該第一領域よりも急峻にＩｎの濃度を低下させる第二領域とを設けることができる。

【発明の効果】

【0011】

上記構成によれば、電子波動関数と正孔波動関数とが井戸層の両側に離れて位置して、電子と正孔とが空間的に分離することを防止して、電子と正孔との再結合確率を上げることができる。また、価電子帯の正孔が頂に偏在してオージェ過程による非発光再結合の確率が増加することを防止することができる。さらに、井戸層の厚さ方向におけるＩｎの濃度変化を示す勾配が、第一領域と第一領域よりも急峻な第二領域とを備えているので、井戸層間に位置する価電子帯側の障壁層の厚みが薄くなり、正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離Ｄが短くなる結果、キャリア移動度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の積層構造を示す模式図である。

【図2】活性層のＩｎ組成プロファイルとバンドプロファイルとを示す図である。

【図3】図２のバンドプロファイルの要部拡大図である。

【図4】変形例に係る井戸層のＩｎ組成プロファイルの拡大図である。

【図5】他の変形例に係る井戸層のＩｎ組成プロファイルの拡大図である。

【図6】さらに他の変形例に係る井戸層のＩｎ組成プロファイルの拡大図である。

【図7】各実施例、比較例に係る半導体発光素子を８０ｍＡで駆動させた場合の発光強度を測定した結果を示すグラフである。

【図8】従来の半導体発光素子（比較例１）の活性層のＩｎ組成プロファイルを示す図である。

【図9】ピエゾ電界による歪みが生じていない状態のバンドプロファイルを示す図である。

【図10】ピエゾ電界によって歪みが生じた状態のバンドプロファイルを示す図である。

【図11】従来の半導体発光素子（比較例２）の活性層のＩｎ組成プロファイルとバンドプロファイルとを示す。

【図12】比較例３に係る半導体発光素子の井戸層のバンドプロファイルを示す図である。

【図13】各実施例、比較例に係る半導体発光素子を１２０ｍＡで駆動させた場合の発光強度を測定した結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、半導体発光素子及び発光装置を例示するものであって、本発明は、半導体発光素子及び発光装置を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、本明細書において、層上等でいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
（実施の形態１）

【0014】

本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の積層構造の模式図を図１に示す。この半導体発光素子１００は、サファイアからなる基板１の上に、ＡｌＧａＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５、格子緩和層６、ｎ型ＧａＮクラッド層４、活性層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８、ｐ型ＧａＮコンタクト層９が順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層９には、ｐ側電極１０Ａが形成されており、一方ｎ型ＧａＮコンタクト層５には、ｎ側電極１０Ｂが形成されている。さらにｐ側電極１０ａとｐ型コンタクト層９との間であって、ｐ型コンタクト層９の上面全体に、透光性導電膜９Ｂ（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ等）を備えることもできる。なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＮクラッド層４及びｎ型ＧａＮコンタクト層５が第一導電型半導体層（ｎ型半導体層）であり、ｐ型ＧａＮクラッド層８及びｐ型ＧａＮコンタクト層９が第二導電型半導体層（ｐ型半導体層）である。
（格子緩和層６）

【0015】

ｎ型半導体層と活性領域との間には、インジウムを含む格子緩和層６を設けることができる。格子緩和層６は、例えばＳｉドープしたＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第一層と、ＧａＮよりなる第二層とを３０回繰り返して積層した多層膜（例えば、超格子構造）とする。このとき、第一層ＩｎＧａＮのＩｎ混晶比としては、０．０２以上０．３以下の範囲であれば、十分にバッファ層として機能させることができる。このように、結晶性の良好なｎ型半導体層と活性領域の間に、緩衝層の働きを持ったインジウムを含む格子緩和層６を設けることで、活性層への応力を緩和でき、不要な応力の印加を回避できる。なお、このような格子緩和層６としては、温度を１０００℃でインジウムを含むノンドープ単層としても、十分にバッファ層として機能させることができる。加えて、格子緩和層６にｎ型不純物をドープしてもよい。これによりキャリアの注入効率やキャリア量を増加させることができ、この結果、発光効率が向上すると共にＶｆを低減できる効果を得られる。この場合は、さらにＳｉドープすれば抵抗率を下げることができるため、低抵抗なバッファ層とすることができる。
（活性層７）

【0016】

活性層７として、少なくともＩｎを含む窒化物半導体、好ましくはＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を含む井戸層１１と、障壁層１２とを有する多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造が用いられる。井戸層１１と障壁層１２とはＩｎの組成が異なり、井戸層１１のバンドギャップは障壁層１２のバンドギャップよりも狭い。井戸層１１と障壁層１２とは格子定数が異なることから、井戸層１１と障壁層１２との界面において格子定数差によるピエゾ電界が発生する。ピエゾ電界によって、電子が存在する位置と正孔が存在する位置とが分離して、発光再結合確率が低下することを防止するために、井戸層１１に印加されるピエゾ電界の負極側から正極側に向かって、例えば本実施形態では井戸層１１のＩｎ濃度を積層方向に変化させている。

【0017】

このＩｎ組成プロファイルとバンドプロファイルとを図２に、その拡大図を図３に、それぞれ示す。基板１側から略１／２の厚みの範囲においては、第一領域１４が示すようにＩｎ濃度は一定とされ、基板１側とは反対側の略１／２の厚みの範囲において、第二領域１５が示すようにＩｎ濃度は基板１の反対側に向かって減少している。

【0018】

井戸層１１の価電子帯のバンドプロファイルは、基板１側から緩やかに減少する第一プロファイル１６と、井戸層１１の略１／２の厚みの位置から急激に減少する第二プロファイル１７とを備えている。井戸層１１の価電子帯の正孔は、井戸層１１の深いところの頂１８に集中して偏在することなく存在している。

【0019】

なお、井戸層１１の伝導帯には、中央にＶ字状の浅い谷部が形成されており、電子はこの谷部を形成する２辺に沿って存在している。

【0020】

井戸層の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍとするのが好ましく、さらに好ましくは２.５〜５ｎｍとする。

【0021】

障壁層は、好ましくはＧａＮとする。また障壁層の厚さは、１ｎｍ〜１５ｎｍとするのが好ましい。

【0022】

さらに第二領域の端縁である井戸層と障壁層の界面におけるＩｎの濃度が、第一領域の端縁である障壁層と井戸層の界面におけるＩｎの濃度の、４０％〜６０％とすることが好ましい。

【0023】

価電子帯の正孔は、図２に示すように、第一領域１４におけるＩｎの濃度を略一定値とすることによって、基板１側から緩やかに減少する第一プロファイル１６を得ることができるため、井戸層１１のある程度の厚さの範囲に存在することになる。これにより、電子波動関数と正孔波動関数とが離れて位置して、電子とホールとが空間的に分離することを防止することができ、電子とホールとの再結合確率を上げることができる。さらに、価電子帯の正孔が頂１８に偏在しないので、オージェ過程による非発光再結合の確率が増加することを防止することができる。正孔は、井戸層１１のある程度の厚さの範囲に存在するので、隣接する井戸層１１との間で正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離Ｄ’は、正孔が頂１８に偏在している場合に比べて短くなり、キャリア移動度の低下を抑制することができる。これによって発光効率を高めることができる。

【0024】

なお、活性層７において、第二領域１５の厚さは、第一領域１４の厚さと同じか、あるいは第一領域１４の厚さよりも薄く形成することができる。図２においては、井戸層１１のＩｎ濃度は、基板１側から略１／２の厚みの範囲（第一領域１４）において一定とされ、基板１側とは反対側の略１／２の厚みの範囲（第二領域１５）においては、基板１の反対側に向かって直線状に減少しているが、井戸層１１のＩｎ濃度が一定とされる範囲（第一領域１４）は基板１側から略１／２の厚みに限定されない。Ｉｎ濃度が一定とされる範囲は（第一領域１４）、図４に示す変形例のように、たとえば基板１側から１／３程度の範囲とすることができる。あるいは、図５に示す変形例のように、基板１側から井戸層１１の厚みの５％程度の範囲に止めることもできる。さらに、図示しないが基板１側から１／２以上の厚みの広い範囲とすることができる。Ｉｎ濃度が一定とされる範囲（第一領域１４）を広くすると、正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離が短くなり、正孔は井戸層間をさらに容易に移動することができるので、キャリア移動度の低下を抑制することができる。

【0025】

第一領域及び第二領域を含む井戸層におけるＩｎの濃度のプロファイルは、図２に示すように、第二領域の終端縁である井戸層と障壁層の界面において、垂直領域ＶＡを形成する（第二領域における障壁層側の端縁にＩｎを含む）ことが好ましい。この垂直領域ＶＡが長くなると、第二プロファイル１７の傾斜が第一プロファイル１６からなだらかとなって、正孔が溜まる領域が拡大されるので、価電子帯の正孔が導電帯の電子と重なる領域が増える結果、再結合が増えて発光効率が改善される効果が得られる。具体的には、Ｉｎが最も含有された第二領域の左端に対して、第二領域の右端の垂直領域ＶＡを４０〜６０％程度とする（第二領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度が、第一領域における障壁層側の端縁に含まれるＩｎの濃度の、４０％〜６０％程度とする）ことが好ましく、これによって正孔と電子が重なる領域が増え、オージェ過程による非発光再結合の確率の増加を防止して出力の低下を回避できる。

【0026】

また以上の例では、各井戸層１１の基板１側のある範囲についてＩｎ濃度が一定とされているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第二領域１５が第一領域１４よりも急峻となるようにＩｎ組成比を減少させるものであれば、図６の変形例に示すように、第一領域１４が基板１の反対側に向かってＩｎ濃度を減少させるものでも良い。Ｉｎ組成プロファイルの第一領域１４の傾斜角度を調整することによって、バンドプロファイルの第一プロファイル１６を任意の傾斜角度とすることができる。

【0027】

ここで、各実施例及び比較例に係る半導体発光素子を８０ｍＡで駆動させた場合の発光強度を測定した結果を図７に、また１２０ｍＡで駆動させた場合の発光強度を図１３に、それぞれ示す。図２に記載のＩｎ組成比のプロファイルを有する半導体発光素子１００を作成し、この半導体発光素子１００を実施例１とした。ここでは、ＡＩＧａＮバッファ層２の膜厚を約１５ｎｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層５を約９０００ｎｍ、格子緩和層６の総膜厚を約６０ｎｍ（約２ｎｍ厚のＧａＮ／約１ｎｍ厚のＩｎＧａＮを計２０ペア）、ｎ型ＧａＮクラッド層４を約５ｎｍ、活性層７の総膜厚を約６３ｎｍ（約４ｎｍ厚のＧａＮ／Ｉｎ濃度を約１５％から８％まで傾斜させた約３ｎｍ厚のＩｎＧａＮを計９ペア）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８を約１５ｎｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９を約７０ｎｍとした。一方、井戸層２０と障壁層２２との積層方向に対してＩｎ濃度を一定としたＩｎ組成プロファイルを有する半導体発光素子（図８を参照のこと。）を比較例１とし、基板側から基板の反対側に向かってＩｎ濃度を直線状に低下させたＩｎ組成プロファイルを有する半導体発光素子（図１１を参照のこと。）を比較例２とした。さらに、図１２に示すようにＩｎ組成比のプロファイルを第一領域から中間まで平坦としつつ、中間で傾斜させて障壁層との界面においてＩｎ濃度をゼロに近づけた例を比較例３とした。

【0028】

比較例１に係る半導体発光素子では、各井戸層２０の基板側に負の分極電荷が生成され、各井戸層２０の基板の反対側に正の分極電荷が生成される。この分極電荷によって、井戸層２０の基板側の伝導体及び価電子帯のエネルギーが高くなり、基板の反対側の伝導帯及び価電子帯のエネルギーが低くなる（図１０を参照のこと。）。価電子帯の正孔は価電子帯の頂に偏在しており、オージェ過程による非発光再結合の確率が高くなる。特に電子が井戸層２０の基板側とは反対側に存在し、正孔が井戸層２０の基板側に存在して、電子と正孔とが分離しているので、電子と正孔との再結合の確率が低くなる。さらに、正孔は、価電子帯の頂に偏在しており、隣接する井戸層２０との間で正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離が長くなり、キャリア移動度が低下する。

【0029】

一方、比較例２に係る半導体発光素子は、井戸層３０のＩｎ組成を基板側から基板の反対側に向かって直線状に低下させている。この場合には、電子は、井戸層３０の厚み方向に沿ってプロファイルが直線状となる伝導帯に均一に存在しているが、正孔は価電子帯の基板側の頂に偏在している（図１１を参照のこと。）ので、オージェ過程による非発光再結合の確率が高くなると共に、電子とホールとの再結合の確率が低くなる。さらに、正孔は、価電子帯の頂に偏在しており、隣接する井戸層との間で正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離Ｄが長くなり、正孔の移動度が低下する。

【0030】

さらに比較例３では、８０ｍＡの駆動電流では図７に示すように比較例１、２よりもさらに発光強度が低く、駆動電流１２０ｍＡでは図１３に示すように、比較例１よりは若干高いものの、比較例２と比べると相当低い。この原因は、比較例３では図１２に示すように、Ｉｎの濃度を第二領域で急峻に低下させて、井戸層と障壁層の界面近傍でゼロに近付けている構成のため、価電子帯の正孔が井戸層の基板側（図１２において左側）に偏在し易くなり、一方導電帯の電子は井戸層の中心に偏在するため、上述の通り正孔と電子が重ならずに再結合の確率が低く、オージェ過程による非発光再結合の確率が高くなったためと考えられる。加えて、正孔が隣接する井戸層との間で移動しなければならない移動距離Ｄが長くなり、正孔の移動度も低下していると思われる。

【0031】

図７に示すように、Ｉｎ組成比の傾斜がなくＩｎ濃度が一定である比較例１に比べて、組成を傾斜させた比較例２と実施例１とは、発光強度が高かった。井戸層３０の厚さ方向の全体において組成比を直線状に傾斜させた比較例２と、井戸層１１の厚さ方向の中間で組成比を大きく変化させた実施例１とを比べると、比較例１よりも実施例１の方が発光強度高かった。これは、図３に示すように、井戸層１１の価電子帯の正孔は、井戸層１１の深いところの一点に集中して偏在することなく存在するので、電子とホールとの再結合確率が上がり、オージェ過程による非発光再結合を防止することができ、さらに、正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離Ｄ’を短くすることができるためと推察される。

【0032】

一方、比較例２のように井戸層３０全体の組成を直線状に傾斜させると、正孔にとっては障壁層３２が厚くなったのと同様の状態となり、隣接する井戸層３０との間で正孔がトンネル効果によって移動しなければならない移動距離が長くなり、キャリア移動度が低下するものと考えられる。さらに、井戸層３０の深い部位に正孔が偏在して、オージェ過程による非発光再結合確率の増加を招き、発光強度が増加していないものと考えられる。

【0033】

このように、Ｉｎ組成の濃度プロファイルに勾配を与えることで発光強度が変化することが判る。特に、井戸層の厚さ方向の全域に亘って傾斜させるよりも、井戸層の厚さの一部（例えば半分）だけ傾斜させた方が、発光強度は強くなる傾向が見られた。このことから、組成の傾斜によってキャリアの分布が重なり、発光再結合確率が高くなったものと推測される。また、井戸層の厚さ方向の全域で組成を傾斜させると、正孔にとっては障壁層が厚くなるため、井戸の深いところに局在してオージェ過程による非発光再結合確率が増加し、各井戸層への移動が阻害され、発光強度が低下したものと思われる。このことから、井戸層の厚さ方向において、Ｉｎ組成の傾斜のない領域を設けることで、このような弊害を回避して発光強度を向上できることが確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本発明の半導体発光素子は、バックライト光源、照明用光源、ヘッドライト、発光素子を光源としてドットマトリックス状に配置したディスプレイ、信号機、照明式スイッチ、イメージスキャナ等の各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。

【符号の説明】

【0035】

１００…半導体発光素子
１…基板
２…ＡＩＧａＮバッファ層
４…ｎ型ＧａＮクラッド層
５…ｎ型ＧａＮコンタクト層
６…格子緩和層
７…活性層
８…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
９…ｐ型コンタクト層；９Ｂ…透光性導電膜
１０Ａ…ｐ側電極；１０Ｂ…ｎ側電極
１１，２０，３０…井戸層
１２，２２，３２…障壁層
１４…第一領域
１５…第二領域
１６…第一プロファイル
１７…第二プロファイル
１８，２４…頂
２３…伝導帯
ＶＡ…垂直領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】