JP2025005357A - 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光出力が向上した紫外光を発光する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】ｎ側半導体層と、ｐ側半導体層と、ｎ側半導体層とｐ側半導体層の間に位置する活性層と、を備えた発光素子であって、活性層は、ｎ側半導体層側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層と、Ａｌを含む第２障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層と、を含み、第１障壁層における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、ｐ側半導体層側に位置し、第１障壁層のＡｌ組成比は、第２障壁層のＡｌ組成比より高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

紫外光を発光する窒化物半導体発光素子の開発が進められている。例えば、特許文献１には、紫外線を発する発光層を有する発光素子が開示されている。

特開平９－１５３６４５号公報

紫外光を発光する窒化物半導体発光素子は、可視光を発光する発光素子に比較すると発光出力に改善の余地がある。

そこで、本発明は、発光出力が向上した紫外光を発光する窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る窒化物半導体発光素子は、
ｎ側半導体層と、ｐ側半導体層と、前記ｎ側半導体層と前記ｐ側半導体層の間に位置する活性層と、を備えた発光素子であって、
前記活性層は、ｎ側半導体層側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層と、Ａｌを含む第２障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層と、を含み、
前記第１障壁層における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、前記ｐ側半導体層側に位置し、
前記第１障壁層のＡｌ組成比は、前記第２障壁層のＡｌ組成比より高い。

また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、
ｎ側半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側半導体層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上にｐ側半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記活性層を形成する工程は、
前記ｎ側半導体層上に、Ａｌとｎ型不純物を含む第１層を形成した後に、前記第１層上に、Ａｌを含みかつ前記第１層より高い濃度でｎ型不純物を含む第２層を形成することにより、第１障壁層を形成する工程と、
前記第１障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層を形成する工程と、
前記第1井戸層上に、Ａｌとｎ型不純物を含み、前記第１層のＡｌ組成比及び前記第２層のＡｌ組成比それぞれより低いＡｌ組成比の第２障壁層を形成する工程と、
前記第２障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層を形成する工程と、を含む。

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、高い発光出力で紫外光を発光する窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す断面図である。 図１に示す窒化物半導体発光素子の活性層及び電子ブロック層の構造を示す図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、基板の上面に下地層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、図３に示す下地層の上に超格子層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、図４に示す超格子層の上にｎ側半導体層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、図５に示すｎ側半導体層の上に活性層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、図６に示す活性層の上に電子ブロック層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子の製造方法において、図７に示す電子ブロック層の上にｐ側半導体層を形成したときの断面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の具体例を示す上面図である。 図９のX-X線についての断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する発光素子及び発光素子の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。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、誇張して示している場合もある。例えば、本明細書に添付した図面は主として積層構造を示す模式図であり、各層の膜厚を必ずしも正確に反映したものではない。

実施形態
図１は、実施形態の窒化物半導体発光素子１の模式断面図である。図２は、半導体構造体１００の一部である活性層３０及び電子ブロック層４０を拡大して示す模式断面図である。
図１、２に示すように、窒化物半導体発光素子１は、基板１０と、基板１０上に配置された半導体構造体１００を有する。半導体構造体１００は、それぞれが窒化物半導体からなる、ｎ側半導体層２０と、ｐ側半導体層５０と、ｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０との間に位置し紫外光を発する活性層３０と、を含む。また、半導体構造体１００は、基板１０とｎ側半導体層２０との間に位置する下地層１１及び超格子層１２と、活性層３０とｐ側半導体層５０との間に位置する電子ブロック層４０と、を含む。窒化物半導体発光素子１は、ｎ側半導体層２０に電気的に接続されたｎ電極６０と、ｐ側半導体層５０に電気的に接続されたｐ電極７０と、を有する。
そして、活性層３０は、ｎ側半導体層２０側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層３１と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層３２と、Ａｌを含む第２障壁層３３と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層３４と、を含み、第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、ｐ側半導体層５０側に位置している。
また、第１障壁層３１のＡｌ組成比は、第２障壁層３３のＡｌ組成比より高くなっている。
以上のように構成された実施形態の窒化物半導体発光素子によれば、詳細後述するように、第１井戸層３２における発光効率を高くでき、高い発光出力で紫外光を発光することが可能になる。
すなわち、本実施形態の窒化物半導体発光素子は、紫外光を発光する多重量子井戸構造を有する窒化物半導体発光素子において、ｐ側半導体層５０よりもｎ側半導体層２０に近い側に位置する井戸層の発光効率に改善の余地があることに着目して、ｎ側半導体層２０に近い側に位置する井戸層の発光効率を向上させることにより発光出力を向上させたものである。
以下、基板１０及び各半導体層の具体的な構成について説明する。

基板１０の材料は、例えば、サファイア、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いることができる。サファイアからなる基板１０は、活性層３０からの紫外光に対して高い透光性を有するため好ましい。半導体構造体１００は、例えば、サファイア基板のｃ面に配置することができ、サファイア基板のｃ面からサファイア基板のａ軸方向又はｍ軸方向に０．２°以上２°以下の範囲で傾斜した面に配置することが好ましい。基板１０の厚さは、例えば、１５０μｍ以上８００μｍ以下とすることができる。窒化物半導体発光素子１は、基板１０を有していなくてよい。

半導体構造体１００は、窒化物半導体からなる複数の半導体層が積層された積層体である。窒化物半導体は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。

下地層１１には、例えば、ＡｌＮからなる層を用いることができる。下地層１１は、基板１０と、下地層１１上に配置される窒化物半導体層との格子不整合を緩和する機能を有する。下地層１１の膜厚は、例えば、０．５μｍ以上４μｍ以下とすることができ、１．５μｍ以上４μｍ以下とすることが好ましい。下地層１１は、バッファ層を含んでよく、バッファ層は、基板１０の表面近傍に位置する。なお、本明細書において各半導体層の膜厚とは、半導体構造体１００の積層方向における厚さである。

超格子層１２は、第１半導体層と、第１半導体層と格子定数が異なる第２半導体層とが交互に積層された多層構造を有する。超格子層１２は、超格子層１２よりも上に配置される半導体層に生じる応力を緩和する機能を有する。超格子層１２は、例えば、ＡｌＮ層と窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層とが交互に積層された多層構造とすることができる。超格子層１２において、第１半導体層と第２半導体層とのペア数は、２０ペア以上５０ペア以下とすることができる。第１半導体層をＡｌＧａＮ層とし、第２半導体層をＡｌＮ層とする場合、例えば、第１半導体層の膜厚を５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、第２半導体層の膜厚さ５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。

ｎ側半導体層２０は、１以上のｎ型半導体層を含む。ｎ型半導体層としては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物を含有する半導体層が挙げられる。ｎ型半導体層は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）を含むＡｌＧａＮ層であり、インジウム（Ｉｎ）を含んでいてもよい。例えば、Ｓｉをｎ型不純物として含むｎ型半導体層のｎ型不純物濃度は、５×１０^１８／ｃｍ^３以上１×１０^２０／ｃｍ^３以下である。ｎ側半導体層２０は、活性層３０に電子を供給する機能を有していればよく、アンドープの層を含んでいてもよい。ここで、アンドープの層とは、ｎ型不純物やｐ型不純物を意図的にドープしていない層である。アンドープの層がｎ型不純物及び／又はｐ型不純物を意図的にドープした層と隣接している場合は、その隣接した層からの拡散等によって、アンドープの層にｎ型不純物及び／又はｐ型不純物が含まれる場合がある。

図１に示すようにｎ側半導体層２０は、例えば、アンドープ層２１と、ｎ側コンタクト層２２とを含む。アンドープ層２１は、超格子層１２とｎ側コンタクト層２２との間に配置される。ｎ側コンタクト層２２は、アンドープ層２１と活性層３０との間に配置される。

アンドープ層２１は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層を用いることができる。アンドープ層２１をＡｌＧａＮ層とする場合、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比は、例えば、２５％以上７０％以下とすることができる。

ｎ側コンタクト層２２は、例えば、ｎ型不純物が含有されたＡｌＧａＮからなる層を用いることができる。ｎ側コンタクト層をＡｌＧａＮ層とする場合、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比は、例えば、２５％以上７０％以下とすることができる。なお、本明細書において、例えば、Ａｌ組成比が５０％であるＡｌＧａＮ層とは、Ａｌ_ＸＧａ_１－ＸＮからなる化学式において、組成比ｘが０．５であるＡｌＧａＮ層のことを意味する。ｎ側コンタクト層２２のｎ型不純物濃度は、例えば、５×１０^１８／ｃｍ^３以上１×１０^２０／ｃｍ^３以下とすることができる。ｎ側コンタクト層２２の膜厚は、アンドープ層２１の膜厚よりも厚いことが好ましい。ｎ側コンタクト層２２の膜厚をアンドープ層２１の膜厚よりも厚くすることで、順方向電圧の上昇を低減することができる。ｎ側コンタクト層２２の膜厚は、例えば、１．５μｍ以上４μｍ以下とすることができる。ｎ側コンタクト層２２は、他の半導体層が配置されていない上面を有する。他の半導体層が配置されていないｎ側コンタクト層２２の上面に、ｎ電極６０が配置される。

活性層３０は、ｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０との間に配置されている。活性層３０は、紫外光を発する。活性層３０が発する紫外光の発光ピーク波長は、例えば、２２０ｎｍ以上３５０ｎｍである。

活性層３０は、ｎ側半導体層２０側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層３１と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層３２と、Ａｌを含む第２障壁層３３と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層３４と、を含む。ここで、第１障壁層３１と第２障壁層３３とはいずれもＡｌを含む。そして、第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、ｐ側半導体層５０側に位置する。また、第１障壁層３１のＡｌ組成比は、第２障壁層３３のＡｌ組成比より高くしている。これにより、第１井戸層３２における発光効率を高くできる。すなわち、本実施形態では、第１障壁層３１のＡｌ組成比を、第２障壁層３３のＡｌ組成比より高くすることにより第２障壁層３３のバンドギャップを第１障壁層３１のバンドギャップより小さくして、第１井戸層３２に注入するホールを増やすことができる。また、第１障壁層３１のバンドギャップは、を第２障壁層３３のバンドギャップよりも大きいため、第１井戸層３２におけるホールの閉じ込め効果を高くすることができる。例えば、第１障壁層３１のＡｌ組成比は、第２障壁層３３のＡｌ組成比よりも３％以上１７％以下の範囲で大きい。これにより、第１井戸層３２における発光効率を高くしている。そして、本実施形態では、第１障壁層３１において、ｎ型不純物濃度のピークがｐ側半導体層５０側に位置するようにして、価電子帯における第１障壁層３１のバンドギャップと第１井戸層３２のバンドギャップの差をより大きくして、第１井戸層３２におけるホールの閉じ込め効果をより向上させている。これにより、第１井戸層３２における発光効率をより高くできる。また、第１障壁層３１にｎ型不純物を添加すると第１障壁層３１の結晶性の悪化が懸念される。しかしながら、本実施形態では、第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークをｐ側半導体層５０側に位置するようにすることにより、第１井戸層３２と第１障壁層３１との境界における障壁を高くしつつ、ｎ側半導体層２０側の第１障壁層３１においてはｎ型不純物濃度を低くしている。このようにすることで、第１障壁層３１全体としての結晶性の悪化を低減している。ここで、ｐ側半導体層５０側に位置する、第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークの値は、例えば、１×１０^１９／ｃｍ^３以上６×１０^１９／ｃｍ^３である。また、第１障壁層３１における最も低いｎ型不純物濃度の位置は、第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークの位置よりも、ｎ側半導体層２０側に位置する。例えば、第１障壁層３１における最も低いｎ型不純物濃度の値は、１×１０^１７／ｃｍ^３以上９×１０^１７／ｃｍ^３以下である。
以下、本実施形態における障壁層及び井戸層の具体的な構成例及び好ましい例について説明する。

例えば、第１障壁層３１は、図２に示すように、第１層３１ａと、第１層３１ａよりもｐ側半導体層５０側に位置する第２層３１ｂとを有している。第１層３１ａのｎ型不純物濃度と、第２層３１ｂのｎ型不純物濃度とは異なる。具体的には、第１層３１ａのｎ型不純物濃度は、第１障壁層３１全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より低い濃度であり、第２層３１ｂのｎ型不純物濃度は、第１障壁層３１全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より高い濃度である。このように、第１障壁層３１が、ｎ型不純物濃度が異なる第１層３１ａと第２層３１ｂとを有することにより、第１障壁層３１において、ｎ型不純物濃度の最も高いピークをｐ側半導体層５０側に位置するようすることができる。第１障壁層３１における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、第１層３１ａ内に位置する。また、第１障壁層３１における最も低いｎ型不純物濃度の位置は、第２層３１ｂ内に位置する。
ここで、第２層３１ｂの膜厚は、第１層３１ａの膜厚よりも小さいことが好ましい。第２層３１ｂのｎ型不純物濃度は、第１障壁層３１全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より高い濃度である。そのため、ｎ型不純物濃度が比較的高い第２層３１ｂの膜厚を小さくすることで、ｎ型不純物濃度が高い層が厚くなることによる、第１障壁層３１の結晶性の悪化を低減し、発光効率を向上することができる。例えば、第２層３１ｂの膜厚は、第１障壁層３１全体の膜厚の５％以上３０％以下であることが好ましい。これにより、第１井戸層３２におけるホールの閉じ込め効果を向上させつつ、第１障壁層３１の結晶性の悪化を低減することができる。

また、第２障壁層３３の膜厚は、第２層３１ｂの膜厚より小さいことが好ましい。これにより、第１井戸層３２へのホールの供給を増加させることができる。
第２障壁層３３は、アンドープであってもよいし、ｎ型不純物を含んでいてもよい。第２障壁層３３がアンドープである場合、活性層３０の結晶性の悪化を低減することができる。また、第２障壁層３３がｎ型不純物を含んでいる場合、第２障壁層３３の電気的な抵抗を減らして順方向電圧を低減できる。第２障壁層３３がｎ型不純物を含んでいる場合、第２障壁層３３のｎ型不純物濃度は、第２層３１ｂのｎ型不純物濃度より小さく、第１層３１ａのｎ型不純物濃度より大きいことが好ましい。これにより、第２障壁層３３の結晶性の悪化を低減しつつ、順方向電圧を低くできる。
また、第１層３１ａのＡｌ組成比と第２層３１ｂのＡｌ組成比は、実質的に同一であることが好ましい。これにより、第１層３１ａのＡｌ組成比と第２層３１ｂのＡｌ組成比との違いにより生じるバンドギャップの差を小さくできるので、第１井戸層３２に電子を効率よく供給することができる。
さらに、第１障壁層３１は、ｎ側半導体層２０と接しており、第１障壁層３１のＡｌ組成比とｎ側半導体層２０のＡｌ組成比は、実質的に同一であることが好ましい。これにより、ｎ側半導体層２０のＡｌ組成比と第１障壁層３１のＡｌ組成比との違いにより生じるバンドギャップの差を小さくできるので、第１井戸層３２に電子を効率よく供給することができる。

ｎ側半導体層２０がｎ側コンタクト層２２を含み、第１障壁層３１がｎ側コンタクト層２２と接する場合には、ｎ側コンタクト層２２のｎ型不純物濃度は、第２層３１ｂのｎ型不純物濃度より小さく、第１層３１ａのｎ型不純物濃度より大きいことが好ましい。これにより、ｎ側コンタクト層２２の結晶性の悪化を低減しつつ、ｎ側コンタクト層２２の抵抗を低減できる。

第２井戸層３４の膜厚は、第１井戸層３２の膜厚より小さいことが好ましい。これにより、第１井戸層３２へのホールの供給を増加させることができる。

第２井戸層３４のＡｌ組成比は、第１井戸層３２のＡｌ組成比より大きくしてもよい。後述するように、電子ブロック層４０のＡｌ組成比は、電子がオーバーフローすることを低減するために、障壁層のＡｌ組成比よりも高いことが好ましい。しかしながら、例えば、電子ブロック層４０のうち第２井戸層３４と接する層のＡｌ組成比が大きい場合、第２井戸層３４に歪が生じて第２井戸層３４の発光波長が長くなることがある。第２井戸層３４のＡｌ組成比を第１井戸層３２のＡｌ組成比より大きくし、第２井戸層３４のバンドギャップを大きくすることで、第２井戸層３４の発光波長が長くなることを低減することができる。第２井戸層３４のＡｌ組成比は、例えば、第１井戸層３２のＡｌ組成比よりも２％以上１０％以下の範囲で大きくすることができる。

第１井戸層３２及び第２井戸層３４は、例えば、ＡｌＧａＮからなる層を用いることができる。第１障壁層３１及び第２障壁層３３は、例えば、ＡｌＧａＮからなる層を用いることができる。第１井戸層３２及び第２井戸層３４のＡｌ組成比は、例えば、１０％以上とすることができ、具体的には１０％以上５０％以下とすることができ、さらに具体的には３０％以上５０％以下とすることができる。第１井戸層３２及び第２井戸層３４からの光の発光ピーク波長を２８０ｎｍ程度とする場合、第１井戸層３２及び第２井戸層３４として、Ａｌ組成比が４２％程度のＡｌＧａＮ層を用いることができる。第１障壁層３１及び第２障壁層３３のＡｌ組成比は、例えば、１０％以上とすることができ、具体的には１０％以上７０％以下とすることができ、さらに具体的には３０％以上７０％以下とすることができる。

第１井戸層３２の膜厚は、例えば、３ｎｍ以上６ｎｍ以下とすることができる。第２井戸層３４の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上４ｎｍ以下とすることができ、上述したように第１井戸層３２より薄くすることが好ましい。第１障壁層３１の第１層３１ａの膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、第２層３１ｂの膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。第２障壁層３３の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
以上、障壁層及び井戸層の具体的な構成例及び好ましい例について説明したが、第１障壁層３１における第１層３１ａ及び第２層３１ｂ、及び第２障壁層３３の、膜厚、Ａｌ組成比、ｎ型不純物のドープ量等は、目的とする発光波長及び発光出力、駆動電圧及び電流等の仕様に基づいて上記具体的な構成例及び好ましい例を考慮して最適化することができる。同様に、第１井戸層３２及び第２井戸層３４の、膜厚、Ａｌ組成比、ドープ量等についても、上記具体的な構成例及び好ましい例を考慮して最適化することができる。

電子ブロック層４０は、ｎ側半導体層２０から供給される電子のオーバーフローを低減するために配置する。電子ブロック層４０は、Ａｌを含む複数の半導体層を有する多層構造とすることができる。電子ブロック層４０は、例えば、図２に示すように、活性層３０側から順に、ＡｌＮ層４１、第１のＡｌＧａＮ層４２、及び第２のＡｌＧａＮ層４３を有する多層構造とすることができる。例えば、第１のＡｌＧａＮ層４２のＡｌ組成比は、第２のＡｌＧａＮ層４３のＡｌ組成比よりも低くすることができる。また、例えば、第１のＡｌＧａＮ層４２のＡｌ組成比は、第２のＡｌＧａＮ層４３のＡｌ組成比よりも低く、第１井戸層３２及び第２井戸層３４のＡｌ組成比よりも高くすることができる。電子ブロック層４０は、第１障壁層３１及び第２障壁層３３のＡｌ組成比よりも高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮ層を含むことが好ましい。これにより、電子のオーバーフローを低減することができる。電子ブロック層４０には、例えば、アンドープの第１のＡｌＧａＮ層４２、アンドープの第２のＡｌＧａＮ層４３、及び、アンドープのＡｌＮ層４１を用いることができる。電子ブロック層４０の総膜厚は、例えば、４ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることができる。

ｐ側半導体層５０は、第１井戸層３２及び第２井戸層３４からの光に対して高い透光性を有することが好ましい。例えば、第１井戸層３２及び第２井戸層３４のＡｌ組成比よりも高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮ層を含むことが好ましい。しかしながら、高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮ層は、ＧａＮ層等に比べてバンドギャップが大きい。そのため、高いＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮ層をｐ側半導体層５０に用いると、ｐ側半導体層５０のｐ型化が不十分となる、あるいはｐ電極７０とｐ側半導体層５０とによる接触抵抗が大きくなる、といったことが生じやすい。これらのことから、比較的高いＡｌ組成比からなるＡｌＧａＮ層を第１井戸層３２及び第２井戸層３４として用いる窒化物半導体発光素子においては、高い光取り出し効率と低い順方向電圧とを両立することが必要になる。そこで、本実施形態では、以下のようなｐ側半導体層５０を有することにより、高い光取り出し効率と低い順方向電圧を有する窒化物半導体発光素子１とすることを可能にしている。

例えば、本実施形態では、ｐ側半導体層５０は、図１に示すように、第１ｐ側半導体層５１と第２ｐ側半導体層５２とを含む。ここで、第１ｐ側半導体層５１は、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型不純物を含有するＡｌ組成比の大きい層であり、第２ｐ側半導体層５２は、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型不純物を含有するＡｌ組成比の小さい層またはＡｌを含まない層（例えば、ＧａＮ層）である。このように、第１ｐ側半導体層５１と第２ｐ側半導体層５２とを含むことにより、高い光取り出し効率と低い順方向電圧を有する窒化物半導体発光素子１とすることができる。

さらに、第１ｐ側半導体層５１及び第２ｐ側半導体層５２は、単層であっても複数の層を含む層であってもよい。例えば、第１ｐ側半導体層５１は、活性層３０側から順に、ＡｌＧａＮ層からなる第１層と、Ａｌ組成比が第１層より少ないＡｌＧａＮ層からなる第２層と、Ａｌ組成比が第２層より少ないＡｌＧａＮ層からなる第３層と、を含んでいてもよい。この場合、第３層はＡｌ組成比を徐々に減少させた組成傾斜層であってもよい。第２ｐ側半導体層５２は、例えば、第１ｐ側半導体層５１側から、ＡｌＧａＮ層からなる第４層と、ＧａＮ層からなる第５層とを含んでいてもよい。このように、第１層～第５層を含むことにより、より高い光取り出し効率とより低い順方向電圧を有する窒化物半導体発光素子１とすることができる。

ｎ電極６０は、ｎ側コンタクト層２２上に配置され、ｎ側半導体層２０と電気的に接続される。ｐ電極７０は、ｐ側半導体層５０の第２ｐ側半導体層５２上に配置され、ｐ側半導体層５０と電気的に接続される。

ｎ電極６０には、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ等の金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。ｎ電極６０は、例えば、ｎ側コンタクト層２２側から順に、Ｔｉ層と、Ａｌ合金層と、Ｔａ層と、Ｒｕ層と、含む多層構造とすることができる。

ｐ電極７０には、例えば、上述したｎ電極６０と同様の金属を用いることができる。活性層３０からｐ電極７０側に向かう光を、ｎ側半導体層２０側に反射させる機能を有するｐ電極７０とする場合には、ｐ電極７０のうち第３層５３と接する金属層を活性層３０からの光に対して高い反射率を有する金属層とすることが好ましい。例えば、活性層３０からの光に対して、７０％以上の反射率、好ましくは８０％以上の反射率を有する金属層を用いることが好ましい。このような金属層として、例えば、Ｒｈ層、Ｒｕ層を用いることが好ましい。ｐ電極７０は、例えば、Ｒｈ層と、Ａｕ層と、Ｎｉ層と、Ｔｉ層と、を含む多層構造、あるいはＲｕ層と、Ａｕ層と、Ｎｉ層と、Ｔｉ層と、を含む多層構造とすることができる。

ｎ電極６０とｐ電極７０との間に、順方向電圧を印加すると、ｐ側半導体層５０とｎ側半導体層２０との間に順方向電圧が印加され、活性層３０にホールおよび電子が供給されることで活性層３０が発光する。

なお、本実施形態では、図２に示すように、障壁層と井戸層をそれぞれ２層含む具体例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１井戸層３２と第２井戸層３４との間にそれぞれ１又は２以上の障壁層及び井戸層を含んでいてもよい。

以下、図３～図８を参照して、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。

本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
（Ｓ１）ｎ側半導体層を形成する工程と、
（Ｓ２）ｎ側半導体層上に活性層を形成する工程と、
（Ｓ３）活性層上にｐ側半導体層を形成する工程と、
を含み、
（Ｓ２）活性層を形成する工程は、
（Ｓ２－１）ｎ側半導体層上に、Ａｌとｎ型不純物を含む第１層を形成した後に、第１層上に、Ａｌを含みかつ第１層より高い濃度でｎ型不純物を含む第２層を形成することにより、第１障壁層を形成する工程と、
（Ｓ２－２）第１障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層を形成する工程と、
（Ｓ２－３）第1井戸層上に、Ａｌとｎ型不純物を含み、第１層のＡｌ組成比及び前記第２層のＡｌ組成比それぞれより低いＡｌ組成比の第２障壁層を形成する工程と、
（Ｓ２－４）第２障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層を形成する工程と、
を含む。

まず、図３に示すように、例えば、サファイアからなる基板１０のｃ面上にＡｌＮからなる下地層１１を形成する。下地層１１は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法やスパッタリング法等により形成する。ここで、下地層１１を形成する工程は、バッファ層を形成する工程を含んでもよい。例えば、ＡｌＮからなるバッファ層をスパッタリング法により形成した後にバッファ層上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によりＡｌＮ層を形成することにより、バッファ層を含む下地層１１を形成する。
なお、後述する各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長されることで形成することができる。

次に、図４に示すように、下地層１１上に、超格子層１２を形成する。超格子層１２は、第１半導体層と、第１半導体層と格子定数が異なる第２半導体層とを交互に成長させることで形成する。第１半導体層は、例えば、原料ガスにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に水素（Ｈ_２）ガスを用いてＡｌＮ層を成長させることで形成する。第２半導体層は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に水素ガスを用いてＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。超格子層１２の各層は、例えば、温度を１０００℃以上１２５０℃以下として形成することができる。

次に、図５に示すように、超格子層１２上に、アンドープ層２１とｎ側コンタクト層２２とを含むｎ側半導体層２０を形成する。アンドープ層２１は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に水素ガスを用いてＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。ｎ側コンタクト層２２は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、ｎ型不純物ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスを用い、キャリアガスとして主に水素ガスを用いてｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。ｎ側半導体層２０の各層は、例えば、温度を１０００℃以上１２５０℃以下として形成することができる。

次に、図６に示すように、ｎ側半導体層２０上に、第１層３１ａと第２層３１ｂを含む第１障壁層３１、第１井戸層３２、第２障壁層３３及び第２井戸層３４を含む活性層３０を形成する。第１障壁層３１は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、ｎ型不純物ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスを用い、キャリアガスとして主に窒素ガスを用いて、ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。
ここで、第１障壁層３１を形成する工程（Ｓ２－１）では、上記原料ガスを用いてｎ側半導体層上に、Ａｌとｎ型不純物を含む第１層３１ａを形成した後に、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガスの流量を増加させて、第１層上に、Ａｌを含みかつ第１層３１ａより高い濃度でｎ型不純物を含む第２層３１ｂを形成する。
第１井戸層３２は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に窒素ガスを用いてＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。
第２障壁層３３は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に窒素ガスを用いて、ＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。また、第２障壁層３３を形成する工程において、ｎ型不純物ガスを用いない、または、ｎ型不純物ガスの流量を第１障壁層３１を形成する工程におけるｎ型不純物ガスの流量よりも小さくする。
例えば、第２井戸層３４は、第１井戸層３２と同様にして成長させる。第２井戸層３４は、第１井戸層３２よりも薄い膜厚で形成することが好ましい。また、第２井戸層３４のＡｌ組成比が、第１井戸層３２のＡｌ組成比より小さくなるように、第２井戸層３４を形成する工程において、第１井戸層３２を形成する工程よりも、ＴＭＡガスの流量を小さくすることが好ましい。

次に、図７に示すように、活性層３０上に、電子ブロック層４０を形成する。電子ブロック層４０は、ＡｌＮ層４１、第１のＡｌＧａＮ層４２、及び第２のＡｌＧａＮ層４３を含むように形成する。電子ブロック層４０のＡｌＮ層４１は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に窒素ガスを用いることで形成する。電子ブロック層４０の第１のＡｌＧａＮ層４２は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして窒素ガスを用いることで形成する。電子ブロック層４０の第２のＡｌＧａＮ層４３は、例えば、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、キャリアガスとして主に窒素ガスを用いることで形成する。例えば、第２のＡｌＧａＮ層４３を形成する工程において、Ａｌの原料ガスであるＴＭＡガスの流量比を、第１のＡｌＧａＮ層４２を形成する工程におけるＴＭＡガスの流量比よりも大きくする。これにより、第２のＡｌＧａＮ層４３のＡｌ組成比を、第１のＡｌＧａＮ層４２のＡｌ組成比よりも高くなるように形成する。電子ブロック層４０の各層は、例えば、温度を７５０℃以上９５０℃以下として形成することができる。

次に、図８に示すように、電子ブロック層４０上に、ｐ側半導体層５０を形成する。ｐ側半導体層５０は、第１ｐ側半導体層５１と、第２ｐ側半導体層５２とを活性層３０側から順に成長させることで形成する。第１ｐ側半導体層５１は、例えば、原料ガスとしてＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、ｐ型不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスを用い、ｐ型不純物としてＭｇを含むＡｌＧａＮ層を成長させることで形成する。第２ｐ側半導体層５２は、例えば、原料ガスとしてＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、ｐ型不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスを用い、ｐ型不純物としてＭｇを含むＡｌＧａＮ層を成長、または、例えば、原料ガスとしてＴＭＡガスを用いることなく、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、ｐ型不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスを用い、ｐ型不純物としてＭｇを含むＧａＮ層を成長させることで形成する。
ｐ側半導体層５０の各層は、例えば、温度を７５０℃以上９５０℃以下として形成することができる。

ｐ側半導体層５０を形成した後、ｐ側半導体層５０の一部、電子ブロック層４０の一部、及び活性層３０の一部を除去して、ｎ側コンタクト層２２の一部を露出させる。

そして、図１に示すように、露出されたｎ側コンタクト層２２上にｎ電極６０を形成し、ｐ側半導体層５０の第３層５３上にｐ電極７０を形成する。

以上のような工程を行うことにより、本実施形態の窒化物半導体発光素子を製造することができる。

以下、本実施形態の窒化物半導体発光素子の具体的な一形態について説明する。

図９は、窒化物半導体発光素子１の上面図であり、上面視におけるｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０の位置関係及びｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０とにそれぞれ配置される電極を示す図である。図９に示すように、窒化物半導体発光素子１の上面視における形状は、矩形である。
以下、窒化物半導体発光素子１の、上面視におけるｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０の好ましい位置関係と、該位置関係においてｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０とにそれぞれ配置される電極構造の一例を説明する。

図９に示すように、上面視において、ｐ側半導体層５０は、第１方向Ｘに延びる基部５０１と、基部５０１から第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに延びる複数の延伸部５０２と、を有する。また、ｐ側半導体層５０から露出するｎ側半導体層２０の露出部は、第１方向Ｘに延びる第１露出部２０１と、第１露出部２０１から第２方向Ｙに延びる４つの第２露出部２０２と、第１露出部２０１から第２方向Ｙに延びる２つの第３露出部２０３と、第１方向Ｘに延びる第４露出部２０４と、を有する。第２露出部２０２は、ｐ側半導体層５０の複数の延伸部５０２間に位置している。第１方向Ｘにおいて、４つの第２露出部２０２は、第３露出部２０３間に位置している。第３露出部２０３は、第１露出部２０１と第４露出部２０４とを接続している。第４露出部は、２つの第３露出部２０３を接続している。ここで、第１露出部２０１は窒化物半導体発光素子１の第１方向Ｘに延びる一辺に沿って配置されている。また、第４露出部２０４は、第１露出部２０１に沿う窒化物半導体発光素子１の一辺と対向し第１方向Ｘに延びる一辺に沿って配置されている。２つの第３露出部２０３は、窒化物半導体発光素子１の第２方向Ｙに延びる２つの辺に沿ってそれぞれ位置している。なお、第４露出部２０４の第２方向Ｙにおける幅は、第１露出部２０１の第２方向Ｙにおける幅よりも小さくすることができる。

以上説明したように、上面視におけるｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０の位置関係を、図９に示すようにすることで、信頼性の高い紫外光を発光する窒化物半導体発光素子を提供することができる。
以下、その理由を説明する。

通常、上面視における形状が矩形の窒化物半導体発光素子において、活性層及びその上に位置するｐ側半導体層は、より広い面積で配置するために、窒化物半導体発光素子の外周の近くまで配置することが好ましい。しかしながら、本発明者らは、紫外光を発光する窒化物半導体発光素子では、活性層及びｐ型半導体層を、窒化物半導体発光素子の角部の近傍まで配置すると、発光時に生じる熱が角部に集中し信頼性が低下する懸念があるという知見を得た。
図９に示す上面視したときのｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０の位置関係は、上述した発明者が独自に得た知見に基づいた位置関係であり、信頼性の高い紫外光を発光する窒化物半導体発光素子の提供を可能にしたものである。
すなわち、ｎ側半導体層２０の露出部を、窒化物半導体発光素子の各辺に沿うように配置し、活性層３０及びｐ側半導体層５０を、上面視において側半導体層２０の露出部の内側に配置している。これにより、窒化物半導体発光素子の４つの角部近傍に、活性層及びｐ側半導体層が配置されなくなり、発光時に生じる熱の角部への集中を低減することができるので信頼性を高くできる。

以下、図９に示すｎ側半導体層２０とｐ側半導体層５０の位置関係における電極構造の一例について説明する。

ｎ電極６０は、ｎ側電極６１とｎ側パッド電極６２とを含む。ｐ電極７０は、第１ｐ側電極７１と、第１ｐ側電極７１上に配置された第２ｐ側電極７２と、第２ｐ側電極７２上に配置されたｐ側パッド電極７３とを含む。ｎ側電極６１は、上面視において、第１露出部２０１、第２露出部２０２、及び、第３露出部２０３と重なる位置に配置される。ｎ側電極６１は、ｎ側半導体層２０のｎ側コンタクト層２２上に配置され、ｎ側半導体層２０と電気的に接続される。第１ｐ側電極７１は、上面視において、ｐ側半導体層５０の基部５０１及びｐ側半導体層５０の複数の延伸部５０２に重なる位置に配置される。第１ｐ側電極７１は、ｐ側半導体層５０の第２ｐ側半導体層５２上に配置され、ｐ側半導体層５０と電気的に接続される。第１ｐ側電極７１は、第２ｐ側半導体層５２の上面に配置される。第２ｐ側電極７２は、第１ｐ側電極７１の上面に配置される。ｐ側パッド電極７３は、第２ｐ側電極７２の上面の一部に配置される。ｐ側パッド電極７３は、図９に示すように、例えば、ｐ側半導体層５０の基部５０１上に位置する第２ｐ側電極７２上のほぼ全面に配置された基部と、基部からｐ側半導体層５０の複数の延伸部５０２に沿って延びる延伸部を有する。ｎ側電極６１は、ｎ側半導体層２０の露出部に接して配置される。ｎ側パッド電極６２は、ｎ側電極６１の上面の一部に配置される。ｎ側パッド電極６２は、上面視において第１露出部２０１と重なる位置に配置された基部と、基部から第２露出部２０２に沿って延びる延伸部とを含む。

図１０に示すように、基板１０上に設けられた半導体構造体１００、ｎ側電極６１、第１ｐ側電極７１及び第２ｐ側電極７２を覆うように保護膜８０が配置されている。保護膜８０は、ｎ側電極６１の上方に位置する開口部８１と、第２ｐ側電極７２の上方に位置する開口部８２とを有する。ｎ側パッド電極６２は保護膜８０の開口部８１を介してｎ側電極６１に接続され、ｐ側パッド電極７３は保護膜８０の開口部８２を介して第２ｐ側電極７２に接続されている。保護膜８０には、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ等を用いることができる。保護膜８０の厚さは、例えば、１μｍ以上２μｍ以下とすることができる。

ｎ側電極６１には、例えば、銀（Ａｇ）、Ａｌ、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。ｎ側電極６１は、例えば、複数の金属層を含む多層構造とすることができる。ｎ側電極６１は、例えば、ｎ側半導体層２０側から順に、Ｔｉ層と、Ａｌ合金層と、Ｔａ層と、Ｒｕ層と、含む多層構造とすることができる。

ｎ側パッド電極６２は、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ等の金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。ｎ側パッド電極６２は、ｎ側電極６１側から順に、Ｔｉ層と、Ｐｔ層と、Ａｕ層と、含む多層構造とすることができる。ｎ側パッド電極６２の厚さは、例えば、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下とすることができる。

ｐ電極７０には、例えば、上述したｎ電極６０と同様の金属を用いることができる。ｐ電極７０は、活性層３０からｐ電極７０側に向かう光を、ｎ側半導体層２０側に反射させることが好ましく、例えば、第１ｐ側電極７１及び第２ｐ側電極７２のすくなくとも一方には活性層３０からの光に対して高い反射率を有する金属を用いることが好ましい。高い反射率を有する金属とは、例えば、活性層３０からの光に対して、６０％以上の反射率を有する金属である。第１ｐ側電極７１及び第２ｐ側電極７２のすくなくとも一方には、例えば、Ｒｈ又はＲｕを用いることが好ましい。

第１ｐ側電極７１にＲｈ又はＲｕを含む層を用いる場合、第１ｐ側電極７１は、Ａｕ層をさらに含むことが好ましい。これにより、第１ｐ側電極７１が、例えばＲｈ層又はＲｕ層のみからなる場合に比べて、高い反射率を維持しつつ、第１ｐ側電極７１とｐ側半導体層５０との間の密着性を向上させることができる。第１ｐ側電極７１は、例えば、ｐ側半導体層５０側から順に、Ｒｈ層、Ａｕ層、及びＮｉ層を含む多層構造、またはＲｕ層、Ａｕ層、及びＮｉ層を含む多層構造とすることができる。また、第１ｐ側電極７１は、Ｒｈ又はＲｕと、Ａｕ及び／又はＮｉとを含む合金層を含む層とすることができる。

ｐ側パッド電極７３は、例えば、上述したｎ側パッド電極６２と同様の金属を用いることができる。
ｐ側パッド電極７３は、例えば、ｐ側半導体層５０側から順に、Ｔｉ層と、Ｐｔ層と、Ａｕ層と、を含む多層構造とすることができる。ｐ側パッド電極７３の厚さは、例えば、５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下とすることができる。

以下、実施例に係る窒化物半導体発光素子について説明する。

＜実施例＞
基板１０として、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる基板を用いた。基板１０上に、バッファ層を含むＡｌＮからなる下地層１１を膜厚約２．１μｍに形成した。

次に、温度を１１７５℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、下地層１１上にＡｌ_０．６０Ｇａ_０．４０Ｎ層を約２１ｎｍの膜厚に形成した。続いて、温度を１１７５℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、アンモニアガスを用い、ＡｌＮ層を約１０ｎｍの膜厚に形成した。このように形成したＡｌＧａＮ層とＡｌＮ層との積層体を３０ペア形成することで超格子層１２を形成した。

次に、温度を１１７５℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、超格子層１２上にＡｌ_０．６０Ｇａ_０．４０Ｎ層を約０．５μｍの膜厚に形成することでアンドープ層２１を形成した。続いて、温度を１１７５℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガス、ＳｉＨ_４ガスを用い、ｎ型不純物を含むＡｌ_０．６０Ｇａ_０．４０Ｎ層を約２．２μｍの膜厚に形成することでｎ側コンタクト層２２を形成した。このようなアンドープ層２１及びｎ側コンタクト層２２を含むｎ側半導体層２０を形成した。また、ｎ側コンタクト層２２のｎ型不純物濃度は、約９．５×１０^１８／ｃｍ^３とした。

次に、温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガス、ＳｉＨ_４ガスを用い、ｎ側半導体層２０上にｎ型不純物を含むＡｌ_０．６０Ｇａ_０．４０Ｎ層を約４０ｎｍの膜厚に形成することで第１層３１ａを形成した。続いて、温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガス、ＳｉＨ_４ガスを用い、ｎ型不純物を含むＡｌ_０．６０Ｇａ_０．４０Ｎ層を約１０ｎｍの膜厚に形成することで第２層３１ｂを形成した。ここで、第１層３１ａを形成する際の原料ガスの流量は、ＴＭＡガス１６ｓｃｃｍ、ＴEＧガス４５ｓｃｃｍ、アンモニアガス１０ｓｌｍ、ＳｉＨ_４ガス０．５ｓｃｃｍとし、第２層３１ｂを形成する際の原料ガスの流量は、ＴＭＡガス１６ｓｃｃｍ、ＴEＧガス４５ｓｃｃｍ、アンモニアガス１０ｓｌｍ、ＳｉＨ_４ガス１６ｓｃｃｍとした。
以上のようにして、ｎ型不純物を含む第１層３１ａと、ｎ型不純物を第１層３１ａより多く含む第２層３１ｂとを備えた第１障壁層３１を形成した。
また、ここでいう第１層３１ａの膜厚と第２層３１ｂの膜厚は、製造過程における厚さであり、製造後の物において特定した、第１障壁層３１全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より低い濃度の第１層３１ａの膜厚と、ｎ型不純物濃度が第１障壁層３１全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より高い濃度の第２層３１ｂの膜厚とは必ずしも一致するものではない。
続いて、温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、Ａｌ_０．４３Ｇａ_０．５７Ｎ層を約４．４ｎｍの厚さに形成することで第１井戸層３２を形成した。

続いて、温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、Ａｌ_０．５３Ｇａ_０．４７Ｎ層を約２．５ｎｍの膜厚に形成することで第２障壁層３３を形成した。続いて、温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、Ａｌ_０．４７Ｇａ_０．５３Ｎ層を約２．２ｎｍの膜厚に形成することで第２井戸層３４を形成した。このようにして、２つの井戸層と、２つの障壁層とを含む活性層３０を形成した。

次に、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、アンモニアガスを用い、活性層３０上にＡｌＮ層４１を約１．３ｎｍの膜厚に形成した。続いて、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、Ａｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ｎ層を約１.２ｎｍの膜厚に形成することで第１のＡｌＧａＮ層４２を形成した。続いて、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガスを用い、Ａｌ_０．７８Ｇａ_０．２２Ｎを約４ｎｍの膜厚に形成することで第２のＡｌＧａＮ層４３を形成した。このようにして、ＡｌＮ層と、２つのＡｌＧａＮ層とを含む電子ブロック層４０を形成した。

次に、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを用い、電子ブロック層４０上にｐ型不純物を含むＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層を約７５ｎｍの膜厚に形成した。続いて、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを用い、ｐ型不純物を含むＡｌ_０．５３Ｇａ_０．４７Ｎ層を約２７ｎｍの膜厚に形成した。続いて、温度を８７０℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＥＧガス、アンモニアガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを用い、ＴＭＡガスを徐々に減少させることにより、ｐ型不純物を含みかつＡｌ_０．５３Ｇａ_０．４７ＮからＡｌを徐々に減少させて最後はＡｌ組成比を０にした層からなる組成傾斜層を３ｎｍの膜厚に形成した。以上のようにして、第１ｐ側半導体層５１を形成した。

次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを用い、ｐ型不純物を含むＡｌ_０．４０Ｇａ_０．６０Ｎ層を約１０ｎｍの膜厚に形成した。続いて、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＡガス、ＴＭＧガス、アンモニアガスを用い、ｐ型不純物を含むＧａＮ層を約１０ｎｍの膜厚に形成した。以上のようにして、ｐ型不純物を含むＡｌ_０．４０Ｇａ_０．６０Ｎ層とｐ型不純物を含むＧａＮ層とを含む第２ｐ側半導体層５２を形成した。

各半導体層を形成した後、反応容器内において、各半導体層に対して熱処理を行った。
熱処理は、窒素雰囲気中、温度を約４７５℃とした状態で行った。

熱処理後、ｐ側半導体層５０の一部と、活性層３０の一部を除去して、ｎ側コンタクト層２２の一部をｐ側半導体層５０および活性層３０から露出させた。

次に、ｎ側コンタクト層２２上にｎ電極６０を形成し、ｐ側半導体層５０の上にｐ電極７０を形成した。ｎ電極６０には、ｎ側コンタクト層２２側から順に、Ｔｉ層、ＡｌＳｉ層、Ｔａ層、Ｒｕ層、Ｔｉ層が積層された多層構造の電極を用いた。ｐ電極７０には、第３層５３側から順に、Ｔｉ層、Ｒｕ層、Ｔｉ層が積層された多層構造の電極を用いた。

以上のように作製した実施例の窒化物半導体発光素子は、順方向電圧は５．１６Ｖであり、発光出力Ｐｏは１７２ｍＷであった。なお、ここで示した順方向電圧及び発光出力Ｐｏは、３５０ｍＡの電流を印加したときの値である。
また、第１障壁層３１におけるｎ型不純物濃度の最も高いピークの位置は第２層３１ｂ内にあった。第１障壁層３１におけるｎ型不純物濃度の最も高いピークの値は、約３×１０^１9／ｃｍ^３であった。

本開示の実施形態に係る窒化物半導体発光素子は、例えば、以下の態様を含む。
［項１］
ｎ側半導体層と、ｐ側半導体層と、前記ｎ側半導体層と前記ｐ側半導体層の間に位置する活性層と、を備えた発光素子であって、
前記活性層は、ｎ側半導体層側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層と、Ａｌを含む第２障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層と、を含み、
前記第１障壁層における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、前記ｐ側半導体層側に位置し、
前記第１障壁層のＡｌ組成比は、前記第２障壁層のＡｌ組成比より高い窒化物半導体発光素子。
［項２］
前記第１障壁層は、
前記第１障壁層全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より低い濃度でｎ型不純物を含む第１層と、
前記第１層よりも前記ｐ側半導体層側に位置し、前記平均値より高い濃度でｎ型不純物を含み、前記第１層の膜厚より小さい第２層と、を有する項１に記載の窒化物半導体発光素子。
［項３］
前記第２層の膜厚は、前記第１障壁層全体の膜厚の５％以上３０％以下である項２に記載の窒化物半導体発光素子。
［項４］
前記第２障壁層の膜厚は、前記第２層の膜厚より小さい項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
［項５］
前記第２障壁層はｎ型不純物を含み、前記第２障壁層のｎ型不純物濃度は、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きい項２～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項６］
前記第１層のＡｌ組成比と前記第２層のＡｌ組成比は、実質的に同一である項２～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項７］
前記第１障壁層は、前記ｎ側半導体層と接しており、
前記第１障壁層のＡｌ組成比と前記ｎ側半導体層のＡｌ組成比は、実質的に同一である請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項８］
前記ｎ側半導体層は、前記第１障壁層と接するｎ側コンタクト層を含み、前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度は、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きい請求項２～６及び項２～６を引用する項７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項９］
前記第２井戸層の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚より小さい項１～８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項１０］
前記第２井戸層のＡｌ組成比は、前記第１井戸層のＡｌ組成比より大きい項１～９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［項１１］
ｎ側半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側半導体層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上にｐ側半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記活性層を形成する工程は、
前記ｎ側半導体層上に、Ａｌとｎ型不純物を含む第１層を形成した後に、前記第１層上に、Aｌを含みかつ前記第１層より高い濃度でｎ型不純物を含む第２層を形成することにより、第１障壁層を形成する工程と、
前記第１障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層を形成する工程と、
前記第１井戸層上に、Ａｌとｎ型不純物を含み、前記第１層のＡｌ組成比及び前記第２層のＡｌ組成比それぞれより低いＡｌ組成比の第２障壁層を形成する工程と、
前記第２障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層を形成する工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１２］
前記第１障壁層を形成する工程において、前記第２層の膜厚を前記第１層より薄い膜厚に形成する項１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１３］
前記第１障壁層を形成する工程において、前記第２層の膜厚を、前記第１障壁層全体の膜厚の５％以上３０％以下に形成する項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１４］
前記第２障壁層を形成する工程において、前記第２障壁層の膜厚を前記第２層の膜厚より薄く形成する項１１～１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１５］
前記第２障壁層を形成する工程において、前記第２障壁層のｎ型不純物濃度が、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、かつ、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きくなるように前記第２障壁層を形成する項１１～１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１６］
前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１層のＡｌ組成比と、前記第２層のＡｌ組成比とが、実質的に同一になるように前記第１障壁層を形成する項１１～１５のいずか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１７］
前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１障壁層のＡｌ組成比と、前記ｎ側半導体層のＡｌ組成比とが、実質的に同一になるように前記第１障壁層を形成する項１６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１８］
前記ｎ側半導体層を形成する工程は、ｎ側コンタクト層を形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程において、前記第１障壁層を、前記ｎ側コンタクト層に接して形成し、
前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１層のｎ型不純物濃度を前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度より小さくなるように前記第１層を形成し、前記第２層のｎ型不純物濃度を前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度より大きくなるように前記第２層を形成することにより、前記第１障壁層を形成する項１１～１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項１９］
前記第２井戸層を形成する工程において、前記第２井戸層の膜厚を前記第１井戸層の膜厚より小さくなるように前記第２井戸層を形成する項１１～１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
［項２０］
前記第２井戸層を形成する工程において、前記第２井戸層のＡｌ組成比が前記第１井戸層のＡｌ組成比より大きくなるように前記第２井戸層を形成する項１１～１９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

１ 窒化物半導体発光素子
１０ 基板
１１ 下地層
１２ 超格子層
２０ ｎ側半導体層
２１ アンドープ層
２２ ｎ側コンタクト層
２０１ 第１露出部
２０２ 第２露出部
２０３ 第３露出部
２０４ 第４露出部
３０ 活性層
３１ 第１障壁層
３２ 第１井戸層
３３ 第２障壁層
３４ 第２井戸層
４０ 電子ブロック層
５０ ｐ側半導体層
５１ 第１ｐ側半導体層
５２ 第２ｐ側半導体層
５０１ 基部
５０２ 延伸部
６０ ｎ電極
６１ ｎ側電極
６２ ｎ側パッド電極
７０ ｐ電極
７１ 第１ｐ側電極
７２ 第２ｐ側電極
７３ ｐ側パッド電極
８０ 保護膜
１００ 半導体構造体

Claims (20)

1. ｎ側半導体層と、ｐ側半導体層と、前記ｎ側半導体層と前記ｐ側半導体層の間に位置する活性層と、を備えた発光素子であって、
   前記活性層は、ｎ側半導体層側から順に、Ａｌ及びｎ型不純物を含む第１障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層と、Ａｌを含む第２障壁層と、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層と、を含み、
   前記第１障壁層における最も高いｎ型不純物濃度のピークは、前記ｐ側半導体層側に位置し、
   前記第１障壁層のＡｌ組成比は、前記第２障壁層のＡｌ組成比より高い窒化物半導体発光素子。
2. 前記第１障壁層は、
   前記第１障壁層全体におけるｎ型不純物濃度の平均値より低い濃度でｎ型不純物を含む第１層と、
   前記第１層よりも前記ｐ側半導体層側に位置し、前記平均値より高い濃度でｎ型不純物を含み、前記第１層の膜厚より小さい第２層と、を有する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記第２層の膜厚は、前記第１障壁層全体の膜厚の５％以上３０％以下である請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記第２障壁層の膜厚は、前記第２層の膜厚より小さい請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記第２障壁層はｎ型不純物を含み、前記第２障壁層のｎ型不純物濃度は、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きい請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記第１層のＡｌ組成比と前記第２層のＡｌ組成比は、実質的に同一である請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記第１障壁層は、前記ｎ側半導体層と接しており、
   前記第１障壁層のＡｌ組成比と前記ｎ側半導体層のＡｌ組成比は、実質的に同一である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記ｎ側半導体層は、前記第１障壁層と接するｎ側コンタクト層を含み、前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度は、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きい請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
9. 前記第２井戸層の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚より小さい請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
10. 前記第２井戸層のＡｌ組成比は、前記第１井戸層のＡｌ組成比より大きい請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
11. ｎ側半導体層を形成する工程と、
    前記ｎ側半導体層上に活性層を形成する工程と、
    前記活性層上にｐ側半導体層を形成する工程と、
    を含み、
    前記活性層を形成する工程は、
    前記ｎ側半導体層上に、Ａｌとｎ型不純物を含む第１層を形成した後に、前記第１層上に、Ａｌを含みかつ前記第１層より高い濃度でｎ型不純物を含む第２層を形成することにより、第１障壁層を形成する工程と、
    前記第１障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第１井戸層を形成する工程と、
    前記第１井戸層上に、Ａｌとｎ型不純物を含み、前記第１層のＡｌ組成比及び前記第２層のＡｌ組成比それぞれより低いＡｌ組成比の第２障壁層を形成する工程と、
    前記第２障壁層上に、Ａｌを含み紫外光を発光する第２井戸層を形成する工程と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
12. 前記第１障壁層を形成する工程において、前記第２層の膜厚を前記第１層より薄い膜厚に形成する請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
13. 前記第１障壁層を形成する工程において、前記第２層の膜厚を、前記第１障壁層全体の膜厚の５％以上３０％以下に形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
14. 前記第２障壁層を形成する工程において、前記第２障壁層の膜厚を前記第２層の膜厚より薄く形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
15. 前記第２障壁層を形成する工程において、前記第２障壁層のｎ型不純物濃度が、前記第２層のｎ型不純物濃度より小さく、かつ、前記第１層のｎ型不純物濃度より大きくなるように前記第２障壁層を形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
16. 前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１層のＡｌ組成比と、前記第２層のＡｌ組成比とが、実質的に同一になるように前記第１障壁層を形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
17. 前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１障壁層のＡｌ組成比と、前記ｎ側半導体層のＡｌ組成比とが、実質的に同一になるように前記第１障壁層を形成する請求項１６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
18. 前記ｎ側半導体層を形成する工程は、ｎ側コンタクト層を形成する工程を含み、
    前記活性層を形成する工程において、前記第１障壁層を、前記ｎ側コンタクト層に接して形成し、
    前記第１障壁層を形成する工程において、前記第１層のｎ型不純物濃度を前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度より小さくなるように前記第１層を形成し、前記第２層のｎ型不純物濃度を前記ｎ側コンタクト層のｎ型不純物濃度より大きくなるように前記第２層を形成することにより、前記第１障壁層を形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
19. 前記第２井戸層を形成する工程において、前記第２井戸層の膜厚を前記第１井戸層の膜厚より小さくなるように前記第２井戸層を形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
20. 前記第２井戸層を形成する工程において、前記第２井戸層のＡｌ組成比が前記第１井戸層のＡｌ組成比より大きくなるように前記第２井戸層を形成する請求項１１または１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

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