JP2007042928A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高発光効率で紫外光を発光する発光素子を提供する。
【解決手段】 ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板あるいはｎ型（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板と、前記基板上に形成された界面制御層と、前記界面制御層上に形成されたＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部とを含む発光素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子に関し、特に、高発光効率で紫外光を発光する発光素子に関する。

従来の発光素子として、導電性及び透光性を有する基板として、ＳｉＣ基板上にＧａＮからなるｎ型層およびｐ型層を積層したものが知られていたが、近年、ＳｉＣ基板に替えてＧａ_２Ｏ_３基板を用いた発光素子が提案されている。Ｇａ_２Ｏ_３基板は、可視領域から紫外領域までの光を透過する無色透明の導電体であるので、発光素子を垂直構造とすることが可能であり、基板側から紫外光から可視光までの光を取り出すことができるという特徴がある。

このＧａ_２Ｏ_３基板を用いた発光素子として、Ｇａ_２Ｏ_３基板に窒化処理を施すことにより、Ｇａ_２Ｏ_３基板とその上に積層されるＧａＮ系半導体層との格子定数の不一致を低減して結晶不良を減らすものが知られている（例えば、特許文献１）。また、Ｇａ_２Ｏ_３基板を用い、バッファ層としてＡｌＧａＮバッファ層を形成し、このバッファ層の上にＩｎＧａＮ発光層を有したダブルヘロテ構造のＧａＮ系半導体層を形成した発光素子が知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００５−６４１５３号公報 特開２００４−５６０９８号公報

しかし、Ｇａ_２Ｏ_３基板に窒化処理を施して形成されたＧａＮ系半導体層を有する発光素子は、格子定数の不一致を低減して結晶不良を減らす効果はあるものの、波長が３００ｎｍ以下の紫外光に対して不透明となり、波長が３００ｎｍ以下の紫外光のＧａ_２Ｏ_３基板側からの取出しが困難になって光取出効率の向上が図られないという問題がある。また、Ｇａ_２Ｏ_３基板にバッファ層としてＡｌＧａＮバッファ層を形成し、その上にダブルへテロ構造のＧａＮ系半導体層を形成した発光素子は発光層としてのＩｎＧａＮのＩｎの組成比に応じた波長の青色光を効率的に発光するものの紫外光を効率的に発光する発光素子としては考えられていなかった。

したがって、本発明の目的は、高発光効率で紫外光を発光する発光素子を提供することにあり、本発明のさらなる目的は、発光層の結晶性を向上させて、より高効率、かつ、歩留まりを向上させた紫外光を発光する発光素子を提供することにある。
特許文献２の出願時の技術水準では、Ｇａ_２Ｏ_３基板上に高い結晶品質で積層できるＧａＮ系半導体層はＧａＮのみであると考えられていたが、本発明者が創意工夫を重ねた結果、不可能であるとされていた高品質のＡｌＧａＮを積層することに成功した。

本発明は、上記の目的を達成するため、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３あるいはｎ型（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなる紫外光に対して透明な基板と、前記基板上に形成されたＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなる紫外光に対して透明な基板と、前記基板上に形成された界面制御層と、前記界面制御層上に形成されたＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部を有することを特徴とする発光素子を提供する。

本発明の実施の形態は、界面制御層として、単一界面制御層、第１及び第２の界面制御層よりなる２重層、及び第１より第３の界面制御層よりなる３重層から選択される１つの界面制御層を採用することができる。ただし、これらに限定されるものではない。

単一界面制御層として、ＡｌＧａＮバッファ層、ＡｌＧａＮエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮバッファ層、ＡｌＧａＯＮエピタキシャル層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３エピタキシャル層、及び窒化層から選択される１つの界面制御層を採用することができる。
ここで、バッファ層は主としてアモルファスであり、エピタキシャル層は主として単結晶である。また、窒化層は基板の表面を窒化処理することによって得られる。β−Ｇａ_２Ｏ_３基板上に形成される窒化層は、ＧａＮであり、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板上に形成される窒化層は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＯＮ、または、これらの混合状態であり得る。特に、窒化層がＧａＮである場合には、実質的に紫外線を吸収しない、例えば、数モノレイヤーの厚さを有するＧａＮが好ましい。

また、２重層を形成する第１の界面制御層は上記した窒化層が好ましく、２重層を形成する第２の界面制御層は単一界面制御層として記載したバッファ層及びエピタキシャル層が好ましい。
また、２重層を形成する第１の界面制御層は（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなるバッファ層及びエピタキシャル層であってもよく、２重層を形成する第２の界面制御層はＡｌＧａＮよりなるバッファ層及びエピタキシャル層、及び窒化層（ＡｌＧａＯＮ）であってもよい。
以上述べた第１及び第２の界面制御層を有した２重層において、β−Ｇａ_２Ｏ_３基板あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板側に位置する界面制御層を、ここでは、第１の界面制御層とする。

また、３重層を形成する第１の界面制御層は（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなるバッファ層及びエピタキシャル層が好ましく、３重層を形成する第２の界面制御層は（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３を窒化したＡｌＧａＯＮが好ましく、３重層を形成する第３の界面制御層はＡｌＧａＮよりなるバッファ層及びエピタキシャル層が好ましい。
以上述べた第１及び第３の界面制御層を有した３重層において、β−Ｇａ_２Ｏ_３基板あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板に近いものより順に第１より第３の界面制御層とする。
また、ＡｌＧａＮよりなる層は、Ｎ組成比が下方より上方にかけて次第に増加するグラデーションの層であっても良い。

また、本発明の実施の形態は、ＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部として、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮのホモ接合、ノンドープ、及びドナー及びアクセプターがドープされたＡｌＧａＮよりなる発光層をそれよりバンドギャップの大きいｎ型及びｐ型のクラッド層を挟んだダブルへテロ接合、このダブルへテロ接合のｎ型クラッド層を省いたシングルへテロ接合、及びダブルへテロ接合及びシングルへテロ接合において、ＡｌＧａＮよりなる発光層をＳＱＷ（単一量子井戸構造）あるいはＭＱＷ（多重量子井戸構造）で構成したもの等から何れか１つの発光部を選択することができる。

本発明による発光素子は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板上に直接あるいは界面制御層を介してＡｌＧａＮ半導体よりなる発光層を形成している。本発明では、従来の予測を覆して結晶欠陥の少ない高品質のＡｌＧａＮ半導体よりなる発光層が得られ、その発光層から高発光効率で紫外光、特に３００ｎｍ以下の波長の紫外光を発光することができる。上記発光素子の基板として、可視領域から紫外領域の光を透過する無色透明の導電体であるｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３基板を用いることによって、得られる発光素子を垂直構造にすることができる。これにより、製造が容易となるため、歩留まりを向上させるとともに、基板側から紫外光を取り出すことができるため、光の取り出し効率を向上させることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜（０＜ｘ＜１）３と、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜３に接合されたｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜（０＜ｘ＜１）４と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜４の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするための電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ここで、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定の導電率に制御することができる。また、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜３は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定のキャリア濃度にすることができる。

この実施の形態によれば、構造が簡単なＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ半導体のｐｎ接合により、３００ｎｍ以下の紫外領域の光が高効率で得られ、特に、紫外光に対して透明なＧａ_２Ｏ_３の基板を通して発光光を外部へ取出すことができる。また、例えば、ＳｉをＧａ_２Ｏ_３基板２とｎ型ＡｌＧａＮ薄膜３のドーパントとして採用することにより、Ｇａ_２Ｏ_３基板４の導電率を制御することができるとともにｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜３のキャリア濃度を制御することができ、縦方向に電流を流すことができるので、層構造の上下に電極を形成した垂直型の構造を採用することができ、層構成、製造工程の簡素化を図ることができる。
この実施の形態は、高効率かつ高歩留まりで紫外光を発光する発光素子を具体化したものであり、透明なＧａ_２Ｏ_３基板上の直上にＡｌＧａＮのｐｎ接合を形成することによって実現した。この構成は、従来高品質のものを製造することが不可能であると考えられていたが、その予測を覆した。

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に界面制御層１０を介して形成されたｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜（０＜ｘ＜１）３と、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜３に接合されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜（０＜ｙ＜１）４と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜４の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ここで、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定の導電率に制御することができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜３は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことにより所定のキャリア濃度にすることができる。

この実施の形態によれば、構造が簡単なＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ半導体のｐｎ接合により、３００ｎｍ以下の紫外領域の光が高効率で得られ、特に、紫外光に対して透明なＧａ_２Ｏ_３の基板を通して発光光を外部へ取出すことができる。また、例えば、ＳｉをＧａ_２Ｏ_３基板２とｎ型ＡｌＧａＮ薄膜３のドーパントとして採用することにより、Ｇａ_２Ｏ_３基板４の導電率を制御することができるとともにｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜３のキャリア濃度を制御することができ、縦方向に電流を流すことができるので、層構造の上下に電極を形成した垂直型の構造を採用することができ、層構成、製造工程の簡素化を図ることができる。

ここで、界面制御層１０は、ＡｌＧａＮバッファ層、ＡｌＧａＮエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮのバッファ層及びエピタキシャル層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３のバッファ層及びエピタキシャル層、及び数モノレイヤーの厚さを有する窒化処理によって得られた窒化層（ＧａＮ）より選択された１つの層である。実施の形態１では、β−Ｇａ_２Ｏ_３基板直上にＡｌＧａＮよりなる発光層を形成して紫外光を発光させる発光素子を示したが、より発光効率を向上させることが望ましい。しかし、界面制御層１０を設けたことによって結晶欠陥の少ない高品質のＡｌＧａＮよりなる発光層を形成することが可能となり、高効率でＡｌの組成比に応じた波長の紫外光を発光させることが可能になった。
（第３の実施の形態）

図３は、第３の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成された第１の界面制御層１０である窒化層と、第２の界面制御層１１であるＡｌＧａＮのバッファ層あるいはエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮのバッファ層あるいはエピタキシャル層、あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、その上にｐｎ接合で積層されるｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜（０＜ｘ＜１）３、及びｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜（０＜ｙ＜１）４と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜４の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ここで、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。

この実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、第１の界面制御層１０および第２の界面制御層１１によってより格子ひずみを緩和させることができる。その結果、第２の実施の形態に比べて、より結晶性の高いｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ薄膜３が得られるので、発光効率を高めるとともに、発光素子としての歩留まりを向上させることができる。
（第４の実施の形態）

図４は、第４の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成された第１の界面制御層１０である（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、第１の界面制御層１０の上に形成された第２の界面制御層１１である窒化層としてのＡｌＧａＯＮ層と、第２の界面制御層１１の上に形成される第３の界面制御層１２であるＡｌＧａＮのバッファ層あるいはエピタキシャル層と、その上にｐｎ接合で積層されるｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜（０＜ｘ＜１）３、及びｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜（０＜ｙ＜１）４と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜４の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ここで、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。

この実施の形態によれば、第２及び第３実施の形態の効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、第２の界面制御層１１に格子ひずみ等が残っていたとしても、第３の界面制御層として、ＡｌＧａＮバッファ層又はＡｌＧａＮエピタキシャル層をＭＯＣＶＤで形成することによりその格子ひずみを緩和することができ、紫外領域での高発光効率を達成することが可能となる。
（第５の実施の形態）

図５は、第５の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、ＡｌＧａＮバッファ層、ＡｌＧａＮエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮバッファ層、ＡｌＧａＯＮエピタキシャル層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３エピタキシャル層、及び窒化層からなる群から選択されてＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成される界面制御層１０と、その上に形成されたｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２と、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２の上に形成されたＡｌＧａＮ発光層２１と、ＡｌＧａＮ発光層２１の上に形成されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層（０＜ｙ＜１）２３と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ＡｌＧａＮ発光層２１のバンドギャップは、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２及びｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。

また、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。

この実施の形態によれば、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２とｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２との間に界面制御層１０が形成されているので、格子定数の不一致を緩和することができ、ＡｌＧａＮ発光層２１の結晶性を向上させることができ、発光素子１は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
（第６の実施の形態）

図６は、第６の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成された第１の界面制御層１０である（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、窒化層（ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＯＮ、または、これらの混合状態）、ＡｌＧａＮバッファ層、ＡｌＧａＮエピタキシャル層、及び、ＡｌＧａＯＮのバッファ層あるいはエピタキシャル層からなる群から選択されて第１の界面制御層１０の（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３層上に形成される第２の界面制御層１１と、その上に形成されたｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２と、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２の上に形成されたＡｌＧａＮ発光層２１と、ＡｌＧａＮ発光層２１の上に形成されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層（０＜ｙ＜１）２３と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ＡｌＧａＮ発光層２１のバンドギャップは、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２及びｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。

また、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。

この実施の形態によれば、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２とｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２との間に第１の界面制御層１０及び第２の界面制御層１１が形成されているので、第３の実施の形態の効果と同様に格子定数の不一致を緩和することができ、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２の結晶性を向上させることができ、発光素子１は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
（第７の実施の形態）

図７は、第７の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成された第１の界面制御層１０である（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３のバッファ層あるいはエピタキシャル層と、第１の界面制御層１０の上に形成された第２の界面制御層１１である窒化層（ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＯＮ、または、これらの混合状態）と、この窒化層の上に形成されるＡｌＧａＮバッファ層又はＡｌＧａＮエピタキシャル層である第３の界面制御層１２と、その上に形成されたｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２と、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２の上に形成されたＡｌＧａＮ発光層２１と、ＡｌＧａＮ発光層２１の上に形成されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層（０＜ｙ＜１）２３と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｐ電極６でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とから構成される。

ＡｌＧａＮ発光層２１のバンドギャップは、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２及びｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３のバンドギャップよりも小さくなるように形成される。

また、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、及び、Ｓｎからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。また、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、及び、Ｔｅからなる群から選択されるドーパントを含むことができる。

この実施の形態によれば、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２とｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層２２との間に第１の界面制御層１０、第２の界面制御層１１、及び第３の界面制御層１２が形成されているので、格子定数の不一致をさらに緩和することができ、ＡｌＧａＮ発光層２１の結晶性を向上させることができ、また、第４の実施の形態と同様に、発光素子１は、ダブルへテロ構造を有しているため、さらなる発光強度の増大が可能となる。
（第８の実施の形態）

図８は、第８の実施の形態に係る発光素子の構造を示すものである。第７の実施の形態に係る発光素子１は、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２と、このＧａ_２Ｏ_３基板２の上に形成された第１の界面制御層１０である（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３層と、第１の界面制御層１０上に形成された第２の界面制御層１１である窒化層（ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＯＮ、または、これらの混合状態）と、その上に形成されたｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２と、ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層（０＜ｘ＜１）２２の上に形成された４−ＭＱＷ層２４と、４−ＭＱＷ層２４の上に形成されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層（０＜ｙ＜１）２３と、ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板２の下に形成されたｎ電極５と、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層２３の上に形成されたｐ電極６と、外部から電流を供給するリード９をｎ電極５でワイヤボンディングするためのボンディング電極７、及び、ボンディング８とで構成され、ｐ電極６をハンダボール３０を介してプリント基板３１に接続されている。

この実施の形態では、発光素子１は、４−ＭＱＷ２４、即ち、４周期の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となっている。４−ＭＱＷ２４は、具体的には、井戸層と障壁層が、Ａｌ_０．５４Ｇａ_０．４６Ｎ（障壁層）／Ａｌ_０．４８Ｇａ_０．５２Ｎ（井戸層）の積層構造となっており、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２２及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３は、共に、Ａｌ_０．５８Ｇａ_０．４２Ｎで構成されている。

この構成によれば、ピーク波長が約２７０ｎｍの紫外光が高効率で放射可能で、本実施の形態により発光強度の増大が可能となった。

以下、ＭＱＷ及びクラッド層の他の構成と発光波長を示す。

本発明による界面制御層、および、ＡｌＧａＮ発光層は、ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、ＭＢＥ，スパッタ等の任意の物理的または化学的気相成長法が適用できる。
なお、実施の形態８では、発光素子１が第１の界面制御層１０および第２の界面制御層１１を有する例を示したが、発光素子１が、実施の形態２および５のように単一の界面制御層１０、または、実施の形態４および７のように第１の界面制御層１０、第２の界面制御層１１および第３の界面制御層１２を有していてもよい。

[産業上の利用可能性]
本発明の発光素子は、発光部をＡｌＧａＮによって構成することによって紫外光を発光する。基板として、β−Ｇａ_２Ｏ_３等の紫外光に対して透明な基板を用いることにより、紫外光を上部及び下部の何れからも高効率で取り出すことができる。その結果、表示器、照明等の各種の分野に利用することができる。

第１の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第２の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第３の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第４の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第５の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第６の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第７の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。 第８の実施の形態に係る発光素子の構造を示す。

符号の説明

１ 発光素子
２ ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３基板
３ ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ薄膜
４ ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ薄膜
５ ｎ電極
６ ｐ電極
７ ボンディング電極
８ ボンディング
９ リード
１０ 第１の界面制御層
１１ 第２の界面制御層
１２ 第３の界面制御層
２１ ＡｌＧａＮ発光層
２２ ｎ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮクラッド層
２３ ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮクラッド層
２４ ４−ＭＱＷ層
３０ ハンダボール
３１ プリント基板

Claims (11)

1. ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３あるいはｎ型（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなる紫外光に対して透明な基板と、
   前記基板上に形成されたＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子。
2. ｎ型β−Ｇａ_２Ｏ_３あるいはｎ型（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３よりなる紫外光に対して透明な基板と、
   前記基板上に形成された界面制御層と、
   前記界面制御層上に形成されたＡｌＧａＮ半導体層によって構成された発光部とを含むことを特徴とする発光素子。
3. 前記界面制御層は、ＡｌＧａＮバッファ層あるいはエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮバッファ層あるいはエピタキシャル層、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層あるいはエピタキシャル層、あるいは前記基板の窒化処理によって形成された窒化層によって構成されることを特徴とする請求項２に記載された発光素子。
4. 前記界面制御層は、前記基板の窒化処理によって形成された窒化層よりなる前記基板上に形成された第１の界面制御層と、ＡｌＧａＮバッファ層あるいはエピタキシャル層、あるいは（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層あるいはエピタキシャル層よりなる前記第１の界面制御層上に形成された第２の界面制御層を含むことを特徴とする請求項２に記載された発光素子。
5. 前記界面制御層は、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層あるいはエピタキシャル層よりなる前記基板上に形成された第１の界面制御層と、ＡｌＧａＮバッファ層あるいはエピタキシャル層、ＡｌＧａＯＮバッファ層あるいはエピタキシャル層、あるいは前記第１の界面制御層の窒化処理によって形成された窒化層よりなる前記第１の界面制御層上に形成された第２の界面制御層を含むことを特徴とする請求項２に記載された発光素子。
6. 前記界面制御層は、（ＡｌＧａ）_２Ｏ_３バッファ層あるいはエピタキシャル層よりなる前記基板上に形成された第１の界面制御層と、前記第１の界面制御層の窒化処理によって形成された窒化層よりなる前記第１の界面制御層上に形成された第２の界面制御層と、ＡｌＧａＮバッファ層あるいはエピタキシャル層よりなる前記第２の界面制御層上に形成された第３の界面制御層を含むことを特徴とする請求項２に記載された発光素子。
7. 前記発光部は、前記基板側に配置されたｎ型ＡｌＧａＮと、前記ｎ型ＡｌＧａＮにホモ接合されたｐ型ＡｌＧａＮを含むことを特徴とする請求項２から６の何れかに記載された発光素子。
8. 前記発光部は、前記基板側に配置されたｎ型ＡｌＧａＮと、前記ｎ型ＡｌＧａＮに接合された前記ｎ型ＡｌＧａＮと等しいかあるいはそれより小さいバンドギャップエネルギを有するＡｌＧａＮ発光層と、前記ＡｌＧａＮ発光層に接合された前記ＡｌＧａＮ発光層より大きいバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＮを含むことを特徴とする請求項２から６の何れかに記載された発光素子。
9. 前記ＡｌＧａＮ発光層は、前記ｎ型ＡｌＧａＮ及び前記ｐ型ＡｌＧａＮより小さいバンドギャップエネルギを有する複数のＡｌＧａＮ井戸層と、前記複数のＡｌＧａＮ井戸層より大きいバンドギャップエネルギを有する複数のＡｌＧａＮ障壁層を含み、前記複数のＡｌＧａＮ井戸層と前記複数のＡｌＧａＮ障壁層は一層ずつ交互に配置されていることを特徴とする請求項８に記載された発光素子。
10. 前記基板は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｕ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、あるいはＳｎをドープされることにより導電率を制御されていることを特徴とする請求項２から９の何れかに記載された発光素子。
11. 前記ｎ型ＡｌＧａＮは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、あるいはＴｅをドープされることによりキャリア濃度を制御されていることを特徴とする請求項７から１０の何れかに記載された発光素子。

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