专利名称：：Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有基板和在该基板的表面上设置的具有由含有镓的III族氮化物半导体材料形成的势垒层和阱层的多量子阱结构的发光层的III族氮化物半导体发光元件。
背景技术：
：一直以来，氮化镓铟(GaInN)等的III族氮化物半导体材料为了构成白色或蓝色等的短波长的发光二极管(英文简称LED)和/或激光二极管(英文简称LD)的发光层而被应用(例如参照日本特公昭55-3834号公报)。另外，氮化铝镓(AlGaN)被用作为用于构成近紫外LED或紫外LED的发光层的材料(例如参照日本特开2001-60719号公报)。以往的一种白色LED，是将分别射出光的3原色(红(R)、绿(G)和蓝⑶)的各色光的芯片(chip)状或灯状的红色LED、绿色LED和蓝色LED以与它们的发光强度的相对的比率相应的个数集积、排列于同一基体上，作为总体通过混色而发出白色光的LED(例如参照日本特开平06-314824号公报、日本特开平07-7223号公报、日本特开平07-15044号公报、日本特开平07-235624号公报、日本特开平07-288341号公报、日本特开平07-283438号公报、日本特开平07-335942号公报)。可以说是排列型(组件；module)白色LED。另外，以往的另一种白色LED，是利用在一个基板上分别地形成的分别射出红色光或绿色光或蓝色光的例如由III族氮化物半导体形成的发光层来构成的(例如参照日本特开平06-53549号公报和日本特开平07-183576号公报)。是通过使从各个发光层射出的与光的3原色(红(R)、绿(G)和蓝(B))相应的发光混色而呈白色的所谓的RGB型白色LED。另外，以往的又一种白色LED，是将射出存在补色的关系的颜色的光的发光层在单一的基板上分别设置而构成的白色LED。例如，是在同一基板上分别形成射出蓝色光的III族氮化物半导体发光层和射出黄色光的发光层，将由该各个发光层射出的不同的两波长的两色(例如蓝色和黄色)的光混色而成的白色LED(例如参照日本特开2001-257379号公报)。是应用了如果将具有补色关系的两色(两波长)的光混色则可视认为白色的现象的所谓的补色型白色LED。另外，与上述的3种类型的LED不同，是利用从III族氮化物半导体发光层射出的光，激励发出与从该发光层射出的光不同的波长的荧光的荧光体，使发光波长变换的LED(例如参照日本特开平07-99345号公报)。例如，是作为利用从III族氮化物半导体发光层射出的蓝色光或紫外光激励荧光体从而发出白色光的LED的所谓的荧光型白色LED(例如参照日本专利第2900928号公报、日本专利第3724490号公报、日本专利第3724498号公报)。作为由蓝色光或紫外光激励而呈白色的荧光体，使用了钇铝石榴石(Y3Al5O12)等(例如参照日本专利第2927279号公报、日本专利第3503139号公报、日本专利第3700502号公报)。可是，在上述的排列型白色LED中，例如，与集积、排列红色或绿色或蓝色LED的芯片或灯所需要的安装平面积比较，这些射出各色的发光层的平面积格外地小(参照上述的日本特开平06-314824号公报、日本特开平07-15044号公报或日本特开平07-335942号公报)。S卩，相对于为装设灯而需要的平面积，带来发光的发光层占有的平面积极小，因此不利于得到高的光度(流明/面积)的发光元件。例如在形成为将一边为0.3mm的大致正方形的LED芯片用树脂围绕，将垂直截面设为炮弹型、将水平截面设为圆形的一般形状的灯的情况下，该灯的外径(直径)一般为3mm5mm(参照上述的日本特开平06-314824号公报的段落(0007))。因此如果以外径设为5mm的灯的情况为例，则与该灯的平面积(约20mm2)比较，即使发光层存在于芯片的整个平面，其平面积也格外小，为0.09mm2。因此在得到更高光度的发光元件方面决没有成为优势。另外，在上述的RGB型白色LED中，需要分开地设置可各自射出红色(R)或绿色(B)或蓝色(B)的发光层。除了需要设置多个发光层以外，为了在发光层中封入载流子(carrier；电子和空穴)，并且封入由它们的放射再结合所带来的发光，还需要附带于发光层对上述的各发光层设置覆盖(clad)层等。因此需要在单一的基板上设置多个发光层以及更优选与各个发光层异质(异种)接合地设置覆盖层等，上述等等的用于形成RGB型白色LED的工序烦杂且冗长。在该情况下，需要相应于每个射出不同色的光的发光层设置ρ型和η型用的电极，为了在对应的电传导型的覆盖层等上设置电极，发光层将被切削，各发光的光度也会恶化。另外，在上述的补色型白色LED中，为了射出具有补色关系的颜色的光，仍需要两个或其以上的多个的发光层。而且，为了得到高强度的发光，与上述的RGB型白色LED的情况同样，对于各发光层，需要接合覆盖层，形成单(single)异质(英文简称SH)或双(double)异质(英文简称DH)结结构的发光部。因此，为了形成补色型白色LED，与RGB型白色LED的情况同样需要烦杂且冗长的工序。另外，在使分别发出具有补色的关系的颜色例如蓝色和黄色的光的LED接近而配置，构成白色LED的情况下(「宽禁带半导体光电子器件」(参照2006年3月31日，森北出版(株)发行，第1版第1次印刷)，173174页)，与配置LED所需要的平面积比较，射出蓝色或黄色的光的发光层的合计的平面积也小，因此在得到高光度的发光元件方面未必能够成为优势。而且，在补色型白色LED中，存在下述问题依赖于为得到白色光而混色的具有补色的关系的两色的光的波长，所归结的白色光的色调微妙地变化。即，在补色型白色LED中，进行混色的通常至多是两波长的光，因此无论怎样，对于稳定地得到带来高且一定的现色性的白色LED而言是伴有技术上的困难的。另外，在上述的荧光型白色LED中，在激励荧光体稳定地得到色调一定的白色光方面，伴有必须使成为激励光的来自发光层的发光的波长再现良好地一定的技术上的困难。另外，需要根据来自发光层的发光的波长的偏差，人为地细细地调整作为荧光体使用的添加了稀土类(rare-earth)元素的Y3Al5O12等的组成。本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供能够以简单的结构简易地形成、能够提高光度、并且现色性也高且能够稳定为一定、而且不需要进行荧光体的微妙的组成调整的III族氮化物半导体发光元件。
发明内容为了达到上述目的，(1)第1发明是一种III族氮化物半导体发光元件，其具有基板和在该基板的表面上设置的具有由含有镓的III族氮化物半导体材料形成的势垒层和阱层的多量子阱结构的发光层，该III族氮化物半导体发光元件的特征在于，形成上述多量子阱结构的各阱层由呈与势垒层相同的传导类型(conductivitytype)的III族氮化物半导体层构成，且添加有受主杂质，层厚相互不同。(2)第2发明，在上述的(1)项所述的发明的构成的基础上，形成上述多量子阱结构的各阱层，从基板的表面侧朝向取出来自发光层的发光的方向，层厚依次变薄。(3)第3发明，在上述的(1)项或(2)项所述的发明的构成的基础上，形成上述多量子阱结构的各阱层，其受主杂质的原子浓度相互不同。(4)第4发明，在上述的⑴项(3)项的任一项所述的发明的构成的基础上，上述基板由硅单晶构成，形成上述多量子阱结构的各阱层有意地添加有镁来作为受主杂质。根据本发明的第1发明，由于发光层为势垒层和阱层的多量子阱结构，因此能够以简单的结构简易地形成白色系发光元件，由于装设面积也与发光层的平面积大致相同，因此光度可提高。另外，由于使用尽管在数量上单一但带来多波长的发光的多量子阱结构的发光层，因此只对该唯一的发光层设置P型和η型用的电极即可，与以往的RGB型白色LED的情况比较，能够大幅度降低必须切削发光层的区域，能够改善发光效率。特别地，由层厚不同的多个阱层构成了阱层，因此能够重叠呈多色发光的各阱层带来的多个的发光波长，能够使白色发光的现色性高且稳定为一定，另外，由于即使不应用荧光材料也能够得到白色光，因此也不需要荧光体的微妙的组成调整。另外，由于在各阱层中有意地添加了受主杂质，因此能够构成即使单独也带来波长不同的多色的发光的阱层，能够带来尽管在数量上单一但呈多色发光的多量子阱结构的发光层，因此能够使白色发光的现色性高且稳定为一定，另外由于即使不应用荧光材料也能够得到白色光，因此也不需要荧光体的微妙的组成调整。而且，由于由呈与势垒层相同的传导类型的层构成了阱层，因此能够避免在阱层和势垒层之间形成pn结，因此能够构成导通性优异的多量子阱结构的发光层。根据本发明的第2发明，配置从基板的表面侧朝向取出来自发光层的发光的方向层厚更薄的III族氮化物半导体层构成的阱层，构成了多量子阱结构的发光层，因此能够高效率地沿视野方向取出从形成多量子阱结构的各阱层射出的发光。短波长的发光会被进行长波长的发光的阱层吸收，但在本发明的第2发明的构成下，在基板的表面侧配置阱层宽度较宽地形成的带来量子能级低且含有长波长的发光成分的多波长的发光的阱层，在发光的取出方向配置阱层宽度较窄地形成的带来量子能级高且含有更短波长的发光成分的多波长的发光的阱层，构成了多量子阱结构的发光层。即，形成为不使短波长的发光通过进行更长波长的发光的阱层的构成。因此，在本发明的第2发明的构成下，从在基板表面侧配置的阱层射出的发光，不会被沿发光的取出方向配置的阱层吸收，能够沿外部视野方向取出发光，能够高效率地沿视野方向取出从各阱层射出的发光。另外，能够使现色性优异，并且能够实现高辉度的白色LED。根据本发明的第3发明，使用多层的所添加的受主杂质的原子浓度相互不同的呈波长不同的多种发光的阱层，构成了多量子阱结构的发光层，因此可得到尽管在数量上单一但呈多波长的发光的发光层，例如，与使具有补色关系的两种不同的波长的光混色而形成为白色光的所谓的上述的补色型白色LED比较，能够提供现色性更优异的白色LED。第1图是概略地表示本发明的III族氮化物半导体发光元件的截面结构的模式图。第2图是来自本发明涉及的多量子阱结构发光层的多波长发光光谱例。第3图是第1实施例涉及的LED的截面模式图。第4图是来自第1实施例中记载的叠层结构体的多波长发光的光谱。第5图是第2实施例中记载的多量子阱结构发光层的截面模式图。第6图是来自第2实施例中记载的叠层结构体的多波长发光的光谱。第7图是第3实施例中记载的多量子阱结构发光层的截面模式图。第8图是来自第3实施例中记载的叠层结构体的多波长发光的光谱。第9图是第3实施例涉及的LED的平面模式图。具体实施例方式基于附图来详细说明本发明的实施方式。第1图是概略地表示本发明的III族氮化物半导体发光元件的截面结构的模式图。本发明的III族氮化物半导体发光元件，如第1图所示，是具有基板1和在该基板1的表面上设置的由具有由含有镓的III族氮化物半导体材料形成的势垒层5a和阱层5b的多量子阱结构构成的发光层5的白色发光元件，形成多量子阱结构的各阱层5b由呈与势垒层5a相同的传导类型的III族氮化物半导体层构成，且添加有受主杂质，并使层厚相互不同而构成。作为基板1，可例举由以极性或无极性的晶面为表面的蓝宝石(α-Α1203单晶)和氧化锌(ZnO)等的绝缘性或导电性氧化物晶体、6Η或4Η或3C型碳化硅(SiC)等的碳化物晶体、硅(Si)的半导体晶体形成的基板。特别是呈η型或P型的传导性且表面为{111}晶面的硅单晶，可很好地用作为用于在其表面上形成本发明所涉及的多量子阱结构的基板。在基板1的表面上形成的构成多量子阱结构的阱层5b，在本发明中，由单独可同时射出波长不同的多个波长的发光的材料构成。如果考虑来自LED的发光的现色性，则优选从阱层5b射出的多种(多波长)的发光分散于宽的波长范围。为了得到宽的波长范围的多波长的发光，在多量子阱结构中，优选由禁带宽度能量大的半导体材料形成阱层5b，作为这样的带隙能量大的半导体材料，可举出含有镓(Ga)的III族氮化物半导体材料。例如，可优选由氮化镓(GaN)或作为其与氮化铟(InN)的混晶的GaxIrvxN(0<χ<1)等的宽带隙半导体材料构成。与阱层5b—同构成多量子阱结构的势垒层5a，由禁带宽度能量比阱层5b的禁带宽度能量大的例如III族氮化物半导体材料构成。例如，对于由Gaa85Inai5N混晶形成的阱层5b，由GaN形成势垒层5a。形成多量子阱结构的势垒层5a和阱层5b由呈相同的传导类型的层构成。例如，由η型的阱层5b和同样为η型的势垒层5a形成作为整体为η型的多量子阱结构。由此，能够避免在阱层5b和势垒层5a之间形成pn结，因此能够构成导通性优异的多量子阱结构的发光层5。由于使阱层5b和势垒层5a为相同的传导型的层，因此并不必须在阱层5b中添加杂质。例如，在没有有意添加杂质的所谓无掺杂(undope)的状态下，或如果由于从用于形成阱层5b的生长环境无意图而由过失引起的杂质污染，载流子浓度在5XIO17CnT35XIO19Cm-3的范围，则能够作为本发明涉及的阱层5b应用。在本发明中，特别地由添加了受主杂质的含有Ga的III族氮化物半导体层构成形成多量子阱结构的阱层5b。例如，由保持与势垒层5a相同的η型的传导类型且添加有受主杂质的η型的Gaa75Ina25N混晶构成阱层5b。具有与势垒层5a相同的传导类型、并且含有受主杂质的阱层5b，尽管是单独的，但通过混色，带来对得到白色光便利的波长不同的多波长的发光。曾公开了添加锌(Zn)来作为受主杂质，形成由GaInN构成的发光层5的技术(参照日本特公昭55-3834号)。可是，只添加Zn来作为受主杂质的阱层5b电阻大，不至于稳定地形成充分具有导电性的阱层5b。另一方面，在形成本发明涉及的阱层5b时，关于III族氮化物半导体，在可成为受主的第II族杂质之中，可优选使用镁(Mg)。本发明涉及的多量子阱结构的发光层5，例如，可采用有机金属气相沉积(简称为MOCVD或MOVPE等)法、分子束外延(MBE)法、氢化物(hydride)法、卤化物(halyde)法等的气相生长法来形成。特别是MBE法，与上述的其他的气相生长法比较，可在更低温下形成势垒层5a和阱层5b。因此，例如，对于抑制为形成本发明涉及的阱层5b而使用的Mg向势垒层5a的热扩散，成为具有优势的生长手段。含有Mg来作为受主杂质的阱层5b，优选其层厚为Inm20歷。小于Inm的极端薄的阱层5b，缺少层(膜)的二维连续性，因此作为结果，与向发光元件流通工作电流、特别是向水平(横)方向的电流扩散有关的电阻增大，或者发光区域减少，因此不适合。另一方面，即使作为阱层5b使用大于20nm的厚膜，也不至于充分形成能量水平不同的多个量子能级，因此存在不能较多地得到基于各种的量子能级间的迁移的波长相互不同的发光的不良情况。另外，MBE法一般可在不含氢的真空环境下生长III族氮化物半导体层，因此例如，具有能够简易地形成大量地含有已电活化(受主化)的Mg的低电阻的ρ型GaxIrvxN(0彡X彡1)层等的优点。例如，根据使用氮(N2)等离子体来作为氮源的MBE法，层内的Mg原子的浓度为1.5XIO19CnT3时，可形成使载流子浓度为8.OXIO18CnT3的低电阻的P型GaN层。因此Mg的电活化率(为方便，用除去了Mg的原子浓度的值(百分率值)表示载流子浓度。)，在原生长(as-grown)状态下为53%。如本例那样，根据MBE法具有如由MOCVD法生长出的掺杂Mg的GaN层那样，由该层不需要脱氢处理可容易地形成使电活性率为50%以上的ρ型GaxIrvxN(0彡X彡1)层等的优点。在以由含有Mg等的受主杂质的一个阱层5b与呈与阱层5b相同的传导类型的一个势垒层5a的接合结构构成的一对(onepair)的结构单元构成多量子阱结构时，构成该多量子阱结构的结构单元的对数优选为3对40对。本发明涉及的阱层5b即使是一层，也能够放射多波长的发光，因此为了得到现色性更优异的发光，优选对数为4以上。例如，将由MBE法生长出的由掺杂Mg的η型Gaa85Ina15Ν混晶构成的阱层5b和同样由MBE法生长出的GaN势垒层5a组合30对(将一个势垒层5a与一个阱层5b的接合体作为一对)而构成的多量子阱结构发光层5的光致发光(英文简称PL)光谱的一例示于第2图。形成该多量子阱结构的阱层5b的层厚为4nm，势垒层5a的厚度为lOnm。在第2图中，横轴表示发光波长(单位)，纵轴表示发光强度(单位任意单位)。如第2图中例示的光致发光光谱所示，由具有本发明涉及的含有受主杂质的阱层5b的多量子阱结构的发光层5，在400nm(4000埃)500nm(5000埃)的波长范围可射出波长不同的3条的发光(在第2图中用标号λ2λ4表示。)。与对应于带(band)端发光的发光(在第2图中用标号λΒ表示)不同，在该带端的发光的波长(本例中为365nm)650nm的波长范围，可射出波长不同的合计6个的发光(在第2图中用标号入6表示。另外，与带端发光(λΒ)不同的波长的多数的发光(入工λ6)，其特征是相邻的发光(例如λ工和λ2、λ3和λ4等)的波长差异，在短波长侧的发光之间例如λ工和λ2的发光之间为17.5nm，但具有随着发光的波长变为长波长，发光之间的波长差异逐渐变大的倾向，在入5和入6的发光之间变为55.5nm。该多波长的发光峰的出现的方式，例如，来自由MOCVD法形成的共掺杂了Si和Mg的发光层5的主要的发光光谱的「肩」部产生的通称的肩峰，在发光之间的波长的间隔上也使出现的方式明显不同。推测即使阱层的层厚为一定也成为多波长的发光是因为由于受主的添加，可形成带来放射再结合的各种的能级的缘故。在使用尽管为单独但能够同时发出多波长的发光的本发明涉及的阱层5b构成多量子阱结构的发光层5时，若配置从基板1的表面侧朝向将来自发光层5的发光向外部取出的方向层厚更薄的含有受主杂质的阱层5b，则对得到向外部取出发光的取出效率优异的白色LED较适合。由层厚薄的阱层5b可带来较多地含有短波长的发光成分的多波长发光。另一方面，由层厚厚的阱层5b可带来较多地含有长波长的发光成分的多波长发光。短波长的发光被得出长波长的发光的阱层5b吸收。因此若配置从基板1的表面侧朝向将来自发光层5的发光向外部取出的方向层厚更薄的阱层5b，则可抑制来自位于基板1的表面侧的阱层5b的发光被吸收，适合于朝向外部视野方向使其透过。在使用层厚全部不同的阱层5b制作了多量子阱结构的情况下，由于可相应于层厚由各阱层5b射出相互波长不同的发光，并将这些发光重叠并向外部取出，因此能够提供现色性优异的白色LED。例如，即使配置适合于主要带来红色或绿色或蓝色的某个带域的光的层厚的呈多波长发光的阱层5b也能够构成现色性优异的白色LED。可举出配置多个射出视感度低的带域的光的相同层厚的阱层5b，配置向其上方的向外部取出发光的方向使层厚依次减薄的阱层5b，构成形成发光层5的多量子阱结构的例子。带来红色或绿色或蓝色的某个带域的发光来作为主成分的各阱层5b，例如，在由GaxIrvxN(O<χ<1)混晶构成的阱层5b中可使铟的组成(1_X)不同而形成。可是，在利用MBE法和MOCVD等的生长方法形成使In组成不同的阱层5b时，需要使生长温度和/或Ga和In的原料供给比率变化。因此，与在相同的生长温度和原料供给比率的条件下单纯地调整生长时间控制阱层5b的层厚的技术手段比较，不得已进行烦杂操作。另外，由受主杂质的原子浓度相互不同的各阱层5b射出的光的波长，对应于受主杂质的原子浓度而不同。由此，即使在阱层5b的层厚为一定的情况下，通过使阱层5b的内部所含的受主杂质的原子浓度变化，也更有利于控制使多波长的光出现的波长范围。例如，在掺杂Mg的η型Gaa75Ina25N阱层5b的情况下，使用该阱层5b的内部的Mg原子的浓度不同且分别为1XIO19原子/W、8XIO18原子/cm3和2XIO18原子/cm3的阱层5b形成了多重(3重)的量子阱结构发光层5时，可在波长400nm600nm的范围出现多波长发光。如以上所述，在本发明中，发光层5为势垒层5a与阱层5b的多量子阱结构，因此能够以简单的结构简易地形成呈多波长的发光层，由于装设面积也与发光层5的平面积大致相同，因此光度也能够提高。另外，由于发光层5为单一，因此只对应于该发光层5设置P型和η型的电极即可，与RGB型白色LED和补色型白色LED的情况比较，能够大幅度降低削除发光层5的区域，能够改善发光效率。另外，由于由层厚不同的多个阱层5b，5b，...构成了阱层5b，因此能够使各阱层5b带来的多个的发光为波长相互不同的多色发光，可使白色发光的现色性较高地稳定为一定，即使不利用荧光材料也能得到白色光，因此也不需要荧光体的微妙的组成调整。另外，由于在各阱层5b中有意添加了受主杂质，因此能够构成尽管在数量上单一但是带来波长不同的多色的发光的发光层5，根据该多色发光特性，能够使白色发光的现色性较高地稳定为一定，另外，由于即使不利用荧光材料也能得到白色光，因此也不需要荧光体的微妙的组成调整。而且，由于由呈与势垒层5a相同的传导类型的层构成了阱层5b，因此能够避免在其与势垒层5a之间形成pn结，因此能够构成导通性优异的多量子阱结构的发光层5。另外，由于配置从基板1的表面侧朝向取出来自发光层5的发光的方向层厚更薄的由III族氮化物半导体层构成的阱层5b，5b，...，构成了多量子阱结构的发光层5，因此能够高效率地沿视野方向取出由形成多量子阱结构的各阱层5b，5b，...射出的发光。S卩，为了避免短波长的光被发出长波长的光的阱层吸收，在基板1的表面侧配置阱层宽度较宽地形成的带来量子能级低且含有长波长的发光成分的多波长的发光的阱层5b，沿发光的取出方向配置阱层宽度窄地形成的带来量子能级高且含有更短波长的发光成分的多波长的发光的阱层5b，构成了多量子阱结构的发光层5。在该构成下，短波长的发光不通过进行更长波长的发光的阱层5b。因此，由配置于基板表面侧的阱层5b射出的发光不会被在发光的取出方向配置的阱层5b吸收，能够在外部视野方向取出发光，能够高效率地沿视野方向取出由各阱层5b射出的发光。另外，能够使现色性优异，并且能够实现高辉度的白色LED。另外，根据本发明，使用所添加的受主杂质的原子浓度相互地不同的、即使单独也呈波长不同的多个的发光的阱层5b，构成了多量子阱结构的发光层5，因此可得到来自各阱层5b的发光重叠了的呈多波长的发光的发光层5，例如，与使具有补色关系的两个不同波长的发光混色而形成为白色光的所谓补色型白色LED比较，能够提供现色性更优异的白色LED。以下参照附图来说明本发明的III族氮化物半导体发光元件的实施例。第1实施例第3图是表示第1实施例的具有多量子阱结构的发光层的III族氮化物半导体发光元件的结构的截面模式图。另外，第4图是由该多量子阱结构的发光层放射的光致发光光谱。在第4图中，横轴表示发光波长(单位-.k)，纵轴表示发光强度(单位任意单位)。在形成用于制作III族氮化物半导体发光元件10的结构体时，作为基板101，使用了{111)硅单晶(硅)。基板101的表面使用无机酸洗涤后，输送到分子束外延(MBE)生长装置的生长室中，将该生长室的内部排气成为超高真空。然后，一边维持生长室的真空度，一边将基板101的温度升温到780°c，继续加热至基板101的表面IOla呈(7X7)结构的再构成。在被清洁化使得呈(7X7)结构的再构成的基板101的表面IOla上，利用以等离子体化了的氮为氮源的MBE生长法(氮等离子体MBE法)形成了无掺杂的氮化铝(AlN)层102(层厚=60nm)。在AlN层102上利用氮等离子体MBE法沉积了无掺杂氮化铝镓混晶(AlxGa1^xN)层103(层厚=300nm)。形成混晶层103的AlxGai_xN层的铝(Al)组成比(X)，从其与下层的AlN层102的接合面朝向混晶层103的表面，从0.25连续地变化为0(零)。在AlxGai_xN层103上，利用氮等离子体MBE法沉积了掺杂硅(Si)的η型GaN层104(层厚=1200nm)。载流子浓度为8XIO18CnT3。在η型GaN层104上利用氮等离子体MBE法，使基板101的温度为540°C，沉积了作为多量子阱结构的势垒层的η型GaN层105a(层厚=lOnm)。接着，利用氮等离子体MBE法在540°C下与该η型GaN势垒层105a接合地设置了由含有镁(Mg)的η型氮化镓铟混晶(Gaa99InatllN)形成的阱层(层厚=2nm)105b。由该η型势垒层105a和η型阱层105b构成一对结构单元，将该结构单元层叠4对(4pairS)，形成了作为整体呈η型的传导的多量子阱结构的发光层105。阱层中所含的Mg的原子浓度，根据一般的二次离子质量分析法为4XIO17原子/cm3。由在实质上不含氢的10_6帕斯卡(Pa)左右的高真空环境下生长出的上述的势垒层105a和阱层105b构成的多量子阱结构的发光层105得到的在室温下的光致发光光谱示于第4图。为了明示即使在数量上为单一的发光层也射出了波长不同的多数的发光，表1归纳了发光峰波长和在该波长下的强度。表1发光峰波长发光强度^(单位nm)(单位:mV)366.5103.93372.590.23381.561.23394.O35.74409.O19.48422.5974<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>即使在数量上为单一的发光层，在波长比带(band)端的发光波长(波长=366.5nm)长且比波长550nm短的波长范围射出了合计7个的发光。相邻的发光峰间的波长的差异为6nm90nm。显示出发光的波长越长则相邻的发光峰间的间隔(波长差)越大的倾向。另外，推测即使阱层的层厚一定、受主的原子浓度一定也可带来多波长的发光是因为，由于在完全可以说不含氢的高真空环境下形成了阱层，因此能使阱层内大量存在在电学上具有活性的Mg，通过该在电学上具有活性的Mg，可较多地形成了可有助于较多的放射再结合的能级。在构成多量子阱结构的发光层105的最终端(最表层)的Gaa8ciIna2tlN阱层105b上，利用氮等离子体MBE法设置掺杂Mg的ρ型GaN层106(层厚=IOOnm)，完成了结构体的形成。P型GaN层106的内部的Mg的原子浓度为1X1019cm_3，该层106的载流子浓度为8X1018cnT3。即电活化率为80%。利用一般的干蚀刻法除去待形成η型欧姆电极的区域，形成了η型欧姆电极107。另外，在P型GaN层106的表面形成P型欧姆电极108，制作了一边的长度设为350μm的正方形状的发光元件(LED)10。发光元件(LED)10的正向电流设为20mA时的正向电压(Vf)是3.5V。另外，在沿正向流通50mA的电流时，从芯片(chip)状态的LEDlO的发光层的整个面射出了目视为带绿色的白色的发光。由色度图上的坐标值表示流通50mA的正向电流时的发光的现色性，χ坐标值为0.26、y坐标值为0.38，因此ζ坐标值为0.36。第2实施例第5图是模式地表示第2实施例的III族氮化物半导体发光元件(LED)的多量子阱结构的发光层的构成的截面图。在上述的第1实施例所记载的Si基板上设置的AlN层、AlGaN混晶层和η型GaN层(在第5图中，标号为「204」)所构成的叠层结构体上，利用氮等离子体MBE法如以下所记载的那样形成了第5图所示的多量子阱结构的发光层205。在形成多量子阱结构的发光层205时，在η型GaN层204上首先利用氮等离子体MBE法设置了层厚为16nm的η型GaN势垒层205a。接着，与该势垒层205a接合地设置了作为形成多量子阱结构的η型阱层205b的掺杂Mg的Gaa8tlIna2tlN阱层。由该η型势垒层205a和η型阱层205b构成一对结构单元，将该结构单元层叠10对(IOpairs)，形成了作为整体呈η型的传导的多量子阱结构的发光层305。构成层叠10对的结构单元而形成的多量子阱结构的10个阱层205b的层厚，从η型GaN层204侧朝向多量子阱结构的表面沿层叠方向减少。另外，在本实施例中，层叠方向和发光元件(LED)的发光的取出方向为同一方向。阱层205b的层厚，多量子阱结构的最下面的阱层为12nm，从最下面数第2个阱层的层厚为llnm、第3个阱层的层厚为10nm，S卩，朝向多量子阱结构的最表层侧各减少lnm，最表层的阱层的层厚为3nm(参照第5图)。虽然各阱层205b的层厚变化了，但是在各阱层205b内以原子浓度大致恒定为6XIO17原子/cm3的方式掺杂了Mg。在构成多量子阱结构的发光层205的最表层的掺杂Mg的Gaa8tlIna2tlN阱层205b(层厚=3nm)上，利用氮等离子体MBE法沉积层厚为IOnm的掺杂Mg的ρ型Alatl3Gaa97N层，完成了发光元件(LED)用途的叠层结构体的形成。由包含上述的多量子阱结构的发光层205的叠层结构体得到的在室温下的光致发光光谱示于第6图。在第6图中，横轴表示发光波长(单位Λ)，纵轴表示发光强度(单位任意单位)。第6图所示的是作为来自上述的层厚不同的各阱层205b的多波长发光成分重叠后的结果的光谱。在波长从400nm到SOOnm的宽的波长范围，放射出合计10个的发光。相邻的发光之间的波长的差异为17.5nm78.Onm，发光波长越长则该波长的间隔越大。另外，在将氦-镉(He-Cd)激光(波长=325nm)作为激励光进行了照射时，所视认的来自叠层结构体的发光色为白色。与第1实施例中记载的同样，采用一般的干蚀刻法除去待形成η型欧姆电极的区域，形成了η型欧姆电极。另外，在上述的ρ型Alatl3Gaa97N层的表面形成ρ型欧姆电极，制作了发光元件(LED)。发光元件(LED)的正向电流为20mA时的正向电压(Vf)为3.4V。另外，在沿正向流通20mA的电流时，从芯片(chip)状态的LED射出了目视为白色的发光。第3实施例第7图是表示具有第3实施例的多量子阱结构的发光层的III族氮化物半导体发光元件的结构的截面模式图。第8图是关于具有第3实施例的多量子阱结构的发光层的III族氮化物半导体发光元件(LED)用途的叠层结构体的光致发光光谱。在上述的第1和第2实施例所记载的Si基板上设置的AlN层和AlGaN混晶层(在第7图中，标号为「303」)构成的叠层结构体上，利用氮等离子体MBE法如以下所记载的那样形成了多量子阱结构的发光层。在形成多量子阱结构的发光层时，在第1和第2实施例所记载的AlGaN混晶层303上首先利用氮等离子体MBE法设置了层厚为IOnm的η型GaN势垒层305a。接着，与该势垒层305a接合地设置了层厚为3nm的掺杂Mg的η型Gaa75Ina25N阱层305b。由该η型势垒层305a和η型阱层305b构成一对结构单元，将该结构单元层叠5对(5pairs)，形成了作为整体呈η型的电传导的多量子阱结构的发光层305。构成层叠5对的结构单元而形成的多量子阱结构的5个阱层305b，305b，...的内部的Mg的原子浓度，从AlGaN混晶层303侧朝向层叠方向(与发光的取出方向相同的方向)减少。阱层305b的内部的Mg的原子浓度，多量子阱结构的最下面的阱层为1XIO19原子/cm3，关于比其靠上方的阱层，使Mg的原子浓度依次减少为8XIO18原子/cm3、6XIO18原子/cm3、4XIO18原子/cm3和2XIO18原子/cm3。由此形成了具有层厚一定且Mg的原子浓度不同的5个阱层305b的多量子阱结构的发光层305。在形成多量子阱结构的发光层305的最表层的掺杂Mg的GaN阱层(Mg原子浓度=2XIO18原子/cm3)上，利用氮等离子体MBE法沉积层厚为IOnm的掺杂Mg的ρ型GaN层306，完成了发光元件(LED)用途的叠层结构体的形成。由含有上述的多量子阱结构的发光层305的叠层结构体得到的在室温下的光致发光光谱示于第8图。在第8图中，横轴表示发光波长(单位Λ)，纵轴表示发光强度(单位任意单位)。第8图所示的是来自上述的层厚一定且Mg原子浓度不同的各阱层305b的多波长发光成分重叠而成的光谱。在波长400nm600nm的波长范围，确认出发光峰波长为402.5nm、429.0nm、458.0nm、493.0nm、538.Onm和593.Onm的合计6个的发光。在波长400nm600nm的波长范围出现的上述的发光中，相邻的发光之间的波长的差异为26.5nm55.Onm，发光波长越长，则该波长的间隔越大。另外，在将氦-镉(He-Cd)激光(波长=325nm)作为激励光进行了照射时所视认的来自叠层结构体的发光色为蓝白色。第9图是使用第7图的叠层结构体制作的发光元件(LED)的平面截面图。利用一般的干蚀刻法除去存在于上述的叠层结构体的待形成η型欧姆电极307的区域307a的ρ型GaN层306和多量子阱结构的发光层305，使发光层305的下方的η型AlGaN混晶层303的表面露出。然后，在该区域307a露出的η型AlGaN混晶层303的表面上，如第9图所示形成了η型欧姆电极307。在上述的ρ型GaN层306的表面，形成了利用一般的光刻技术图形化了的平面格子状的P型欧姆电极308。以格子状配置的宽度4μm的ρ型欧姆电极308，由与ρ型GaN层306形成欧姆接触的钼(Pt)系金属构成。另外，在ρ型GaN层306的表面上的一端，与该格子状P型欧姆电极308电导通地设置连线(接合)用的台座(焊盘)电极309，制作了发光元件(LED)30。发光元件(LED)的正向电流为20mA时的正向电压(Vf)为3.4V。另外，沿正向流通20mA的电流时，由一边的长度为350μm的正方形状的LED芯片(chip)射出了目视为白色的发光。产业上的利用可能性本发明的III族氮化物半导体发光元件，由于发光层为势垒层和阱层的多重阱结构，因此能够以简单的结构简易地形成白色系发光元件，由于装设面积也与发光层的平面积大致相同，因此能够提高光度，因此能够提供提高了产业上的可利用性的III族氮化物半导体发光元件。本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。权利要求一种III族氮化物半导体发光元件，是具有基板(1)和在该基板的表面上设置的具有由含有镓的III族氮化物半导体材料形成的势垒层(5a)和阱层(5b)的多量子阱结构的发光层(5)的III族氮化物半导体发光元件(10)，其特征在于，形成所述多量子阱结构的各阱层由呈与势垒层相同的传导类型的III族氮化物半导体层构成，且添加有受主杂质，层厚相互不同。2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体发光元件，其中，形成所述多量子阱结构的各阱层，从基板的表面侧朝向取出来自发光层的发光的方向，层厚依次变薄。3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物半导体发光元件，其中，形成所述多量子阱结构的各阱层，其受主杂质的原子浓度相互不同。4.根据权利要求13的任一项所述的III族氮化物半导体发光元件，其中，所述基板由硅单晶构成，形成所述多量子阱结构的各阱层有意地添加有镁来作为受主杂质。全文摘要一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件，具有基板(1)和在该基板的表面上设置的具有由含有镓的Ⅲ族氮化物半导体材料形成的势垒层(5a)和阱层(5b)的多量子阱结构的发光层(5)，其中，形成所述多量子阱结构的各阱层由添加有受主杂质且层厚相互不同的呈与势垒层相同的传导类型的Ⅲ族氮化物半导体层构成，不需要进行荧光体的微妙的组成调整等，能够以简单的结构简易地形成光度高且现色性也高的Ⅲ族氮化物半导体白色系发光元件。文档编号H01L33/20GK101809763SQ200880108858公开日2010年8月18日申请日期2008年8月28日优先权日2007年9月27日发明者宇田川隆,菊池友申请人:昭和电工株式会社