(57)【要約】【課題】光出力が高く、駆動電圧が低い窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体素子１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１と、基板上に形成された第一のIII族窒化物半導体層２と、第一のIII族窒化物半導体層上に形成されたIII族窒化物半導体活性層３２と、III族窒化物半導体活性層上に形成された第二のIII族窒化物半導体層３５を備える。III族窒化物半導体活性層３５は、アルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）を少なくとも含む井戸層と、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいIII族窒化物半導体で形成されたバリア層と、を交互に複数備える多重量子井戸構造を有する。III族窒化物半導体活性層３５の少なくともバリア層は、ｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、
前記窒化アルミニウム基板上に形成された第一のIII族窒化物半導体層と、
前記第一のIII族窒化物半導体層上に形成されたIII族窒化物半導体活性層と、
前記III族窒化物半導体活性層上に形成された第二のIII族窒化物半導体層と、
を備え、
前記III族窒化物半導体活性層は、アルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）を少なくとも含む井戸層と、前記井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいIII族窒化物半導体で形成されたバリア層と、を交互に複数備える多重量子井戸構造を有し、
複数の前記バリア層の少なくとも一層は、ｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含む窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型ドーパントはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、およびＴｅの少なくともいずれかである請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記バリア層が含む前記ｎ型ドーパントの濃度は３．８×１０18ｃｍ-3以上２．２×１０19ｃｍ-3以下である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体活性層と前記第二のIII族窒化物半導体層との間に配置されたＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０．００≦ｙ≦１．００）層であって、Ａｌ組成ｙが前記III族窒化物半導体活性層側の面から前記第二のIII族窒化物半導体層側の面に向けて減少する組成傾斜層を、さらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、およびそれらの混晶は、III族元素(Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ)の組成を変えることでバンドギャップエネルギーを多様に変化させることができる魅力的な材料である。特に、ＡｌＧａＮは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系トランジスタや紫外光の受発光素子などの様々なデバイスに用いられている。
しかしながら、紫外線発光素子の場合、発光層の材料として、バンドギャップエネルギーの大きい高Ａｌ組成のＡｌＧａＮを用いるが、Ａｌ組成の増加に伴い結晶性が悪化するため内部量子効率が低下してしまう。加えて、十分な正孔濃度を有したｐ型ＡｌＧａＮの実現が困難であることから、キャリアを効率良く発光層に注入することができない。以上のことから、十分な発光効率を備えた紫外線発光素子を実現することは極めて難しいのが現状である。
【０００３】
特許文献１には、III族窒化物半導体を用いた紫外線発光素子の発光効率を高めることを目的とした発光素子構造が記載されている。
具体的には、サファイア基板上にＡｌＮ層を形成させた、いわゆるテンプレートを用いて発光素子構造を形成し、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の井戸層の厚さを最適化することで、内部量子効率の向上を図っている。また、多重量子井戸構造上にファイナルバリア層を設け、ファイナルバリア層上に電子ブロック層（ファイナルバリア層に対して電子のエネルギー障壁となるｐ型又はｉ型のＡｌＮ層）を設けて、その厚さを最適化することで、電子注入効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６４１１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いた場合でも、得られる光出力はまだまだ低いのが現状である。
サファイア基板上に形成されたＡｌＮテンプレートを用いた場合、貫通転位密度が１０8ｃｍ-2台であるため、十分な内部量子効率を得ることは難しい。加えて、多重量子井戸構造の井戸層やファイナルバリア層の厚みを最適化することで内部量子効率およびキャリア注入効率の向上を試みているが、このような対策だけでは、窒化物半導体積層膜中に生じる内部電界により引き起こされるエネルギーバンドの歪み、および電子と正孔の空間的分離の影響を十分に抑制することができない。その結果、十分な光出力を得ることができない。
【０００６】
また、一般的に、バリア層のポテンシャル障壁を高めたり膜厚を厚くしたりすることで、駆動電圧が上昇してしまうことが分かっている。したがって、特許文献１に記載された窒化物半導体発光素子には、駆動電圧上昇を抑制することで高い電力変換効率（WPE）を実現するという点でも改善の余地がある。
本発明の課題は、光出力が高く、駆動電圧が低い窒化物半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明の一態様は、下記の構成(1)〜(3)を有する窒化物半導体発光素子を提供する。
(1)窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板と、窒化アルミニウム基板上に形成された第一のIII族窒化物半導体層と、第一のIII族窒化物半導体層上に形成されたIII族窒化物半導体活性層と、III族窒化物半導体活性層上に形成された第二のIII族窒化物半導体層と、を備える。
【０００８】
(2)III族窒化物半導体活性層は、アルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）を少なくとも含む井戸層と、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいIII族窒化物半導体で形成されたバリア層と、を交互に複数備える多重量子井戸構造を有する。
(3)複数のバリア層の少なくとも一層は、ｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、光出力が高く、駆動電圧が低いものとなることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【図２】実施形態の窒化物半導体発光素子を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面を示している。
【図３】図１の窒化物半導体発光素子でパッド電極および絶縁層が形成される前の状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔一態様の窒化物半導体発光素子〕
上述のように、本発明の一態様の窒化物半導体発光素子は、ＡｌＮ基板、第一のIII族窒化物半導体層、多重量子井戸構造のIII族窒化物半導体活性層、および第二のIII族窒化物半導体層を有し、多重量子井戸構造を構成する複数のバリア層の少なくとも一層がｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含んでいる。
上記の各層の間に他の層が挿入されていてもよい。
一態様の窒化物半導体発光素子は、多重量子井戸構造のIII族窒化物半導体活性層と第二のIII族窒化物半導体層との間に、組成傾斜層を有することが好ましい。
【００１２】
＜ＡｌＮ基板＞
基板としてＡｌＮ基板を用いる。ＡｌＮ基板を用いることで、その上に形成される第一のIII族窒化物半導体層との格子定数差や熱膨張係数差が小さくなるため、格子緩和に起因する貫通転位や、クラックを形成することなく第一のIII族窒化物半導体層が成長できる。特に単結晶ＡｌＮ基板を用いることで、結晶粒界やプレーナー欠陥等の影響を受けることなく、結晶欠陥の少ない第一のIII族窒化物半導体層を形成できる。基板上へ積層する第一のIII族窒化物半導体中への貫通転位の伝播を抑制して、結晶性を高める観点から、ＡｌＮ基板中の貫通転位密度は、１０6ｃｍ-2以下が好ましく、より好ましくは１０5ｃｍ-2以下であり、さらに好ましくは１０4ｃｍ-2以下である。ＡｌＮ基板には不純物が混入していてもよい。また、ＡｌＮ基板の表面にパターン加工を施したり、ＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁膜によるマスキングを施した状態で第一のIII族窒化物半導体層を堆積させたりすることにより、光取り出し効率が向上する。
【００１３】
ＡｌＮ基板としては、例えば、基板として使用できる厚さにＡｌＮを結晶成長させたものが使用できる。成長面としては、平坦な成長表面が比較的容易に実現できることからＣ面を用いることが望ましいが、これに限定されるものではない。また、意図的にオフ角を設けたＡｌＮ基板を使用することもできる。
ＡｌＮ基板を用いることで、基板上に結晶欠陥の少ない第一のIII族窒化物半導体層が形成されるため、一態様の窒化物半導体発光素子の内部量子効率が高くなり、駆動電圧が低くなることが期待できる。また、駆動電流を上げた際の光出力上昇率についても、高い値を得ることが期待できる。一般に、ＬＥＤでは電流量を上げていった際に光出力が飽和していく様子が観測されるが、これをＤｒｏｏｐ現象と呼ぶ。ＡｌＮ基板に形成された結晶欠陥の少ないIII族窒化物半導体層を有することで、一態様の窒化物半導体発光素子はＤｒｏｏｐ現象の抑制効果が期待できる。
【００１４】
＜第一のIII族窒化物半導体層＞
第一のIII族窒化物半導体層は、第一伝導型のIII族窒化物半導体層である。第一のIII族窒化物半導体層を形成する材料は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単結晶および混晶であることが好ましい。これらの材料には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよく、不純物の種類はこれらに限定されない。
【００１５】
第一のIII族窒化物半導体層を電子供給層とする場合、第一伝導型はｎ型である。第一のIII族窒化物半導体層の具体例としては、Ｓｉをｎ型ドーパントとして添加したｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ≦１）が挙げられる。３００ｎｍ以下の深紫外光を発するIII族窒化物半導体活性層をさらに積層する場合、下地との格子定数差を小さくして結晶欠陥を低減すること、加えて発光した紫外光の吸収を抑制して、光取り出し効率を高める観点からＡｌ組成は高いことが好ましい。一方で、Ａｌ組成の上昇に伴い、電極とのコンタクト抵抗は高くなるため、Ａｌ組成には適した範囲が存在する。上記の観点から、ｎ−ＡｌxＧａ(1-x)ＮのＡｌ組成ｘは、０．４０≦ｘ≦０．９０であることが好ましく、０．５０≦ｘ≦０．８０であることがより好ましい。
【００１６】
第一のIII族窒化物半導体層が下地に対して格子緩和した場合、膜中に貫通転位が形成されてIII族窒化物半導体活性層（発光層）まで伝播することで内部量子効率が低下し、十分な光出力を得ることができない。加えて、膜中の電子濃度や電子移動度が低下してしまうことで、第一のIII族窒化物半導体層のシート抵抗が悪化し、駆動電圧が上昇する。したがって、第一のIII族窒化物半導体層の格子緩和率は、０％以上１５％以下であることが好ましく、より好ましくは０％以上１２％以下であり、さらに好ましくは０％以上１０％以下である。
【００１７】
格子緩和率を低くする手段としては、下地との格子定数差を低減すること、第一のIII族窒化物半導体層の膜厚を臨界膜厚以下に設定することが挙げられる。一態様の窒化物半導体発光素子では、ＡｌＮ基板を用いることで、第一のIII族窒化物半導体層の下地（基板）に対する格子定数差を小さくしている。また、ＡｌＮ基板上に直接、またはホモエピタキシャル層を介して第一のIII族窒化物半導体層としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層を積層する場合、上述のＡｌ組成範囲（０．４０≦ｘ＜０．９０）においては、格子緩和を抑制する観点から、膜厚は１．５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．３μｍ以下である。一方で、素子化プロセス工程の観点から、第一のIII族窒化物半導体の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
したがって、第一のIII族窒化物半導体としてのｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ層の膜厚は、１００ｎｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以上１．３μｍ以下である。
第一のIII族窒化物半導体層は、ＡｌＮ基板上に直接ではなく、例えばバッファ層など第一伝導型の窒化物半導体層以外の層を介して形成されていてもよく、バッファ層の材料や膜厚は特に限定されない。
【００１９】
また、第一のIII族窒化物半導体層は、格子定数の異なる半導体層の周期的構造（ＳＰＳＬ）にすることもできる。一例としては、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ／ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ(a≠b)の周期的構造が挙げられる。上記の構造では、膜中の歪に起因する分極効果により生成する２次元電子（または正孔）ガスが電気伝導に寄与する。ＳＰＳＬには不純物が添加されていてもよい。
【００２０】
＜III族窒化物半導体活性層＞
III族窒化物半導体活性層は、井戸層とバリア層とを交互に複数備える多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。井戸層を形成する材料は、ＡｌとＧａを少なくとも含むIII族窒化物半導体であり、バリア層を形成する材料は、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいIII族窒化物半導体である。そして、バリア層の少なくとも一層は、ｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含んでいる。より高い光出力と低い駆動電圧を実現する観点から、バリア層が含むｎ型ドーパントの濃度は３．８×１０18ｃｍ-3以上２．２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００２１】
多重量子井戸構造の一例としては、井戸層としてＡｌＧａＮ層を、バリア層としてＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層を備えたものが挙げられる。井戸層およびバリア層のＡｌ組成や膜厚を変えることで、得られる発光波長を調整することが可能である。また、井戸層およびバリア層には、Ｉｎ、ＢなどのＡｌ、Ｇａ以外のIII族元素や、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素が含まれていても良い。
バリア層が含むｎ型ドーパントとしては、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｅなどが使用できるが、母体結晶中に添加された際に自由電子を生成する作用を持つ元素であれば、特に限定されない。
【００２２】
バリア層の一例としては、Ｓｉを、２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含むＡｌＧａＮ層が挙げられる。
サファイア基板上のIII族窒化物半導体からなる多重量子井戸構造において、バリア層は、ドーパントを含まないか、またはｎ型ドーパントを低濃度（１０17ｃｍ-3台）で含むことが一般的である。その理由は、高濃度のドーピングにより結晶性が悪化して内部量子効率が低下することや、電子注入効率が低下することを避けるためである。
【００２３】
これに対して、本発明者等の検討により、一態様の窒化物半導体発光素子では、ＡｌＮ基板上に形成される多重量子井戸構造内のバリア層にｎ型ドーパントを２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の高濃度で添加することで、光出力を高い比率で向上できるとともに、駆動電圧も低減できることが明らかとなった。つまり、一態様の窒化物半導体発光素子によれば、高い光出力と低い駆動電圧の両立が期待できる。このような光出力の向上と駆動電圧の低減がどのようなメカニズムで得られるかについては、以下のように考察している。
【００２４】
ＡｌＮ基板上に多重量子井戸構造のIII族窒化物半導体活性層（以下、単に「活性層」とも言う。）を積層させると、活性層は格子歪をほとんど開放することなくコヒーレントに成長するため、膜中にはピエゾ効果に起因した内部電界が生じ、エネルギーバンドが歪むことで電子と正孔の空間的分離が生じる。バリア層にｎ型ドーパントを高濃度に添加すると、イオン化したドーパントと自由電子が上記内部電界を遮蔽するため、エネルギーバンドのスクリーニング効果が認められる。すなわち、内部電界によるエネルギーバンドの歪が抑制され、電子と正孔の空間的分離を低減することができ、内部量子効率が向上する。一方で、サファイア基板上に積層された多重量子井戸構造のIII族窒化物半導体活性層では、格子緩和により歪が開放されるため、上記のような効果を得ることはできない。
【００２５】
また、バリア層にｎ型ドーパントを高濃度に添加すると、バリア層のフェルミエネルギーが下がり、多重量子井戸内へ注入された電子に対するポテンシャルエネルギーは小さくなり、注入された正孔に対するポテンシャルエネルギーは増加する。その結果、電子は活性層へ注入されやすくなり、ｎ型層（第一のIII族窒化物半導体層）からｐ型層（第二のIII族窒化物半導体層）側に近い井戸層へ注入される電子の数が増加する。
【００２６】
一方で、正孔については、ポテンシャルエネルギーが増加するため、ｐ型層側に近い井戸層への閉じ込めが強化される。その結果、ｐ型層側に近い井戸層での電子と正孔の重なり積分が増加し、内部量子効率が増加する。また、電子注入効率が増加すること、およびバリア層へのｎ型ドーピングによりバリア層のバルク抵抗が低減することで、駆動電圧が低減する。その結果、電流量を増加させた際の発熱量が低下することでＤｒｏｏｐ現象が抑制される。
なお、活性層には、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物がさらに含まれていてもよく、不純物の種類はこれに限定されない。
【００２７】
＜第二のIII族窒化物半導体層＞
第二のIII族窒化物半導体層は、第二伝導型のIII族窒化物半導体層である。つまり、第二のIII族窒化物半導体層の伝導型は、第一のIII族窒化物半導体層の伝導型（第一伝導型）と異なる。
第二のIII族窒化物半導体層を正孔供給層とする場合、第二伝導型はｐ型である。
第二のIII族窒化物半導体層の材料は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの単体および混晶のいずれかであることが好ましい。ｐ型III族窒化物半導体層としては、例えば、ｐ−ＧａＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層などが挙げられるが、第二の電極層とのコンタクト性を高める観点から、ｐ−ＧａＮ層であることがより好ましい。つまり、好ましいｐ型III族窒化物半導体層の具体例は、ｐ−ＡｌｗＧａ(1-ｗ)Ｎ（０≦ｗ＜１）で表すことができる。Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよく、不純物の種類はこれらに限定されない。
【００２８】
第二のIII族窒化物半導体層の膜厚は、活性層内での紫外光の吸収を抑制する観点と電気的な不良を引き起こすリスクを低減する観点から、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、光出力を高める観点から５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましい。この膜厚範囲の特定により、III族窒化物半導体活性層が紫外線を発光する構成の場合、発光した紫外線を効率良く（吸収や損失が抑制された  状態で）発光素子から取り出すことができるとともに、第二の電極層に対する良好な接触状態を維持して駆動電圧の増加や電気的不良を抑制することができる。
【００２９】
ｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｂｅ等が挙げられる。Ｍｇをp型ドーパントして用いる場合、電気伝導率を高めて第ニ電極と良好なコンタクトを形成させる観点から、Ｍｇのドーピング濃度は５×１０１８ｃｍ-3以上であることが好ましい。さらに、ｐ−ＧａＮ層の表面の平坦性を高めて第二電極層とのコンタクト性を高める観点から、Ｍｇのドーピング濃度は、１×１０20ｃｍ-3以上８×１０20ｃｍ-3未満であることが好ましく、２×１０20ｃｍ-3以上６×１０20ｃｍ-3以下であることがより好ましい。
【００３０】
＜組成傾斜層＞
活性層と第二のIII族窒化物半導体層との間に、組成傾斜層が配置されていることが好ましい。その材料は、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０．００≦ｙ≦１．００）であって、活性層側の面から第二のIII族窒化物半導体層側の面に向けて、Ａｌ組成ｙが減少する層である。
組成傾斜層のＡｌ組成ｙは、活性層側の面から第二のIII族窒化物半導体層側の面に向けて減少する。そのＡｌ組成ｙのプロファイルは、活性層側の面から第二のIII族窒化物半導体層側の面に向けて連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。「断続的に減少する」とは、組成傾斜層の膜厚方向にＡｌ組成ｙが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、組成傾斜層には、活性層側から第二のIII族窒化物半導体層側に向けてＡｌ組成ｙが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。組成傾斜層には、Ａｌ組成ｙが同じになっている部分が例えば数ｎｍの厚さで含まれることがある。
【００３１】
活性層側の面における組成傾斜層のＡｌ組成をｙ1、第二のIII族窒化物半導体層側の面における組成傾斜層のＡｌ組成をｙ２とすると、ｙ1＞ｙ２となるが、ｙ1とｙ２の値は特に限定されない。
活性層と組成傾斜層は接触していてもよいし、活性層と組成傾斜層との間に別の層が存在していてもよい。組成傾斜層と第二のIII族窒化物半導体層は接触していてもよいし、組成傾斜層と第二のIII族窒化物半導体層との間に別の層が存在していてもよい。
【００３２】
具体的には、活性層と組成傾斜層との間に電子ブロック層が存在していても良い。電子ブロック層は、活性層内への電子の閉じ込め効果を向上させる観点から、活性層を構成する井戸層およびバリア層よりバンドギャップエネルギーの大きい材料で形成されていることが好ましい。電子ブロック層には、伝導型制御ために不純物が添加されていても良い。電子ブロック層の一例としては、ＡｌzＧａ(1-z)Ｎ層が挙げられ、Ａｌ組成ｚは０．７０以上１．００以下であることが好ましく、より好ましくは０．８以上１．００以下である。
【００３３】
電子ブロック層がＡｌzＧａ(1-z)Ｎ層である場合、組成傾斜層のＡｌ組成ｙ１と電子ブロック層のＡｌ組成ｚは、同じでもよいし異なっていてもよい。ｙ１とｚが異なる場合はどちらが大きくてもよい。第二のIII族窒化物半導体層がＡｌｗＧａ(1-ｗ)Ｎ（０≦ｗ＜１）である場合、組成傾斜層のＡｌ組成ｙ２と第二のIII族窒化物半導体層のＡｌ組成ｗは、同じでもよいし異なっていてもよい。ｙ２とｗが異なる場合はどちらが大きくてもよい。
【００３４】
各層での界面におけるポテンシャル障壁を低減し、組成傾斜層からの正孔の注入効率を向上させる観点からは、組成傾斜層のＡｌ組成ｙ１と電子ブロック層のＡｌ組成ｚとの差は０．３以下、組成傾斜層のＡｌ組成ｙ２と第二のIII族窒化物半導体層のＡｌ組成ｗとの差は０．４以下であることが好ましい。
組成傾斜層にはＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。
組成傾斜層は、分極ドーピング効果により正孔を生成させて、正孔を効率良く活性層に注入する作用を有するため、III族窒化物半導体活性層と第二のIII族窒化物半導体層との間に設けることで、発光効率を高めることができる。
【００３５】
組成傾斜層の膜厚は、発光効率を高める観点から、５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以上９０ｎｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。
組成傾斜層の代わりに、格子定数の異なる半導体層の周期的構造（ＳＰＳＬ）を設けることもできる。一例としては、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ／ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ(a≠b)の周期的構造が挙げられる。上記の構造では、膜中の歪に起因する分極効果により生成する２次元正孔ガスが活性層へ注入される。ＳＰＳＬには不純物が添加されていてもよい。
【００３６】
＜測定方法＞
（不純物濃度およびドーパント濃度の測定）
一態様の窒化物半導体素子を構成する基板および各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定できる。
各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で行うことができる。また、電極が形成されていない基板側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
【００３７】
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）において、測定対象となる井戸層とバリア層中のドーピング濃度に違いがあると、膜厚方向における測定濃度プロファイルは井戸層／バリア層の周期に対応した振動を示す。濃度を定量する際には、その振動の極小または極大値をそれぞれ井戸層またはバリア層の濃度値とする。また、後述する組成評価手法により、予め多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＡｌ組成を測定しておき、Ａｌ組成の高い方をバリア層、低い方を井戸層として、上記のＳＩＭＳ測定結果を対応させることで井戸層とバリア層のドーパント濃度を定量する。
【００３８】
（膜厚の測定方法）
一態様の窒化物半導体発光素子を構成する各層の膜厚は、基板に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、窒化物半導体発光素子の基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、窒化物半導体発光素子の基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる二層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚みを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚みの平均値を、上記２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の膜厚を得る。
【００３９】
（第一のIII族窒化物半導体層の格子緩和率とＡｌ組成の測定方法）
第一のIII族窒化物半導体層のＡｌ組成ｘおよび格子緩和率を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  Ｓｐａｃｅ  Ｍａｐｐｉｎｇ）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。上記回折面としては、例えば（１０−１５）面や（２０−２４）面が挙げられる。
【００４０】
（各層の組成の測定方法）
一態様の窒化物半導体発光素子を構成する各層の組成は、ＸＰＳ、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）によって測定することができる。
ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピークのピーク位置が、各層の組成（例えば、Ａｌ組成）に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
【００４１】
上述のＴＥＭ観察による膜厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、この各層のＡｌ組成を得る。
ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による膜厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【００４２】
ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるように窒化物半導体発光素子を斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。
ＸＰＳだけでなくオージエ電子分光法（ＡＥＳ）を用いても、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面の測定を行うことで、各層の組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ−ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。
【００４３】
＜紫外線発光モジュール＞
本発明の一態様の窒化物半導体発光素子を備えた発光装置は、紫外線発光モジュールとして使用することができる。紫外線発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
【００４４】
本発明の一態様の窒化物半導体発光素子を備えた発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【００４５】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【００４６】
〔実施形態〕
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
この実施形態では、本発明の一態様の窒化物半導体発光素子が紫外線発光素子に適用された例が記載されている。また、第一のIII族窒化物半導体層の伝導型をｎ型、第二のIII族窒化物半導体層の伝導型をｐ型としている。
【００４７】
［全体構成］
先ず、図１〜図３を用いて、この実施形態の紫外線発光素子１０の全体構成を説明する。
図１および図２に示すように、紫外線発光素子１０は、基板１と、ｎ型III族窒化物半導体層（第一のIII族窒化物半導体層）２と、窒化物半導体積層体３と、第一電極層４と、第二電極層５と、第一パッド電極６と、第二パッド電極７と、絶縁層８を有する。ｎ型III族窒化物半導体層２は、基板１上に形成されている。窒化物半導体積層体３は、ｎ型III族窒化物半導体層２上の一部に形成されたメサ部であり、側面が斜面となっている。
【００４８】
図２に示すように、窒化物半導体積層体３は、基板１側から、ｎ型III族窒化物半導体層３１、III族窒化物半導体活性層（発光層）３２、電子ブロック層３３、組成傾斜層３４、およびｐ型III族窒化物半導体層（第二のIII族窒化物半導体層）３５が、この順に形成されたものである。
なお、窒化物半導体積層体３は、基板１上に、ｎ型III族窒化物半導体層、III族窒化物半導体活性層、電子ブロック層、組成傾斜層、およびｐ型III族窒化物半導体層を、この順に形成して得た積層体に対して、メサエッチングで、第一電極層４が形成される部分をｎ型III族窒化物半導体層の厚さ方向の途中まで除去することで形成されている。つまり、窒化物半導体積層体３のｎ型III族窒化物半導体層３１は、ｎ型III族窒化物半導体層２上に連続して成膜されたものである。
【００４９】
第一電極層４は、ｎ型III族窒化物半導体層２上に例えば図３に示す平面形状で形成されている。第二電極層５は、ｐ型III族窒化物半導体層３５上に例えば図３に示す平面形状で形成されている。第一パッド電極６は、第一電極層４上に第一電極層４と同じ平面形状で形成されている。第二パッド電極７は、第二電極層５上に第二電極層５と同じ平面形状で形成されている。
紫外線発光素子１０は、例えば、波長が３００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子である。
【００５０】
基板１はＡｌＮ基板であり、ｎ型III族窒化物半導体層２，３１はｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．４０≦ｘ≦０．９０）層であり、III族窒化物半導体活性層３２は、ＡｌＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなるバリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。バリア層は、Ｓｉ（ｎ型ドーパント）を２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下の濃度で含む。電子ブロック層３３は、ＡｌzＧａ(1-z)Ｎ（０．８０≦ｚ≦１．００）層であり、その膜厚が３ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。
【００５１】
組成傾斜層３４は、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ（０．００≦ｙ≦１．００）層であって、Ａｌ組成ｙが電子ブロック層３３と接する面（活性層３２側の面）からｐ型III族窒化物半導体層３５に接する面（ｐ型III族窒化物半導体層３５側の面）に向かって連続的に減少する。組成傾斜層３４の膜厚は５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下である。
ｐ型III族窒化物半導体層３５は、不純物としてＭｇを1×１０20ｃｍ-3以上８×１０20ｃｍ-3未満の範囲で含むＧａＮ層であり、その膜厚が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
第一電極層４はＡｌおよびＮｉを含む材料の合金層で形成されている。
第二電極層５はＮｉとＡｕとの合金層である。
第一パッド電極６および第二パッド電極７の材料としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗなどが挙げられるが、導電性の高いＡｕが望ましい。
【００５２】
絶縁層８は、ｎ型III族窒化物半導体層２の第一電極層４で覆われていない部分と、窒化物半導体積層体３の第二電極層５で覆われていない部分と、第一電極層４の第一パッド電極６で覆われていない部分と、第二電極層５の第二パッド電極７で覆われていない部分と、第一パッド電極６および第二パッド電極７の下部の側面に形成されている。絶縁層８は第一パッド電極６および第二パッド電極７の上部の一部を覆うこともある。絶縁層８としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ層などの酸化物や窒化物が挙げられる。
【００５３】
［作用、効果］
実施形態の紫外線発光素子１０は、基板１としてＡｌＮ基板を用いることで、基板１にｎ型III族窒化物半導体２が貫通転位やクラックが生じない状態で成長できるため、高い光出力が得られる。また、バリア層への高濃度ｎ型ドーピングにより、高い内部量子効率および電子注入効率が得られるため、光出力が高く、駆動電圧が低いものとなる。
また、電子ブロック層として、膜厚が３ｎｍ以上２５ｎｍ以下のＡｌzＧａ(1-z)Ｎ（０．８０≦ｚ≦１．００）層を有することで、III族窒化物半導体活性層３２内への電子の閉じ込め効果が高くなり、上記構成の組成傾斜層３４を有することで、III族窒化物半導体活性層３２への正孔注入効率が向上するため、高い発光効率が得られる。
【実施例】
【００５４】
＜サンプルNo.1-1〜No.1-6＞
これらのサンプルは、実施形態に記載された構造の紫外線発光素子１０であって、以下の構成を有する。
基板１はＡｌＮ基板である。ｎ型III族窒化物半導体層２とｎ型III族窒化物半導体層３１は、不純物としてＳｉを含むｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層であって、ｎ型III族窒化物半導体層２とｎ型III族窒化物半導体層３１の合計厚さ（つまり、基板１とIII族窒化物半導体活性層３２との間のｎ型III族窒化物半導体層の膜厚）は５００ｎｍである。III族窒化物半導体活性層３２は、厚さ２．０ｎｍのＡｌ0.51Ｇａ0.49Ｎ（井戸層）と厚さ８．０ｎｍのＳｉドーピングＡｌ0.78Ｇａ0.22Ｎ（バリア層）とを、交互にそれぞれ五層有する多重量子井戸構造である。各サンプルのバリア層のＳｉ濃度は表１に示す通りである。電子ブロック層３３はＡｌ0.86Ｇａ0.14Ｎ層であって、膜厚は１７ｎｍである。
【００５５】
組成傾斜層３４は、ＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層であり、Ａｌ組成ｙが、電子ブロック層３３からｐ型III族窒化物半導体層３５に向けて０．８６から０．２５へ連続的に変化する層である。ｐ型III族窒化物半導体層３５は、不純物としてＭｇを２．０×１０20ｃｍ-3含むｐ型ＧａＮ層である。
第一電極層４は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕであり、第二電極層５はＮｉ／Ａｕである。第一パッド電極６および第二パッド電極７はＴｉとＡｕとの積層構造である。
【００５６】
上記構成の各素子を以下の方法で作製した。
先ず、ＭＯＣＶＤ法により、ＡｌＮ基板の全面に、不純物としてＳｉを含む厚さ５００ｎｍのｎ型Ａｌ0.70Ｇａ0.30Ｎ層、上記多重量子井戸構造、電子ブロック層３３となるＡｌ0.86Ｇａ0.14Ｎ層、組成傾斜層３４となる膜厚２８ｎｍのＡｌyＧａ(1-y)Ｎ層（Ａｌ組成ｙを０．８６から０．２５に連続的に変化させた）、不純物としてＭｇを２．０×１０20ｃｍ-3含む厚み１０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を、この順に成膜した。これにより、ＡｌＮ基板１上に積層体が形成された物体を得た。
【００５７】
原料としては、トリエチルガリウム(ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム(ＴＭＡｌ)、アンモニア(ＮＨ3)、モノシラン(ＳｉＨ4)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を使用した。各層のＡｌ組成はトリエチルガリウム(ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム(ＴＭＡｌ)の供給比を制御することで、膜厚は成長時間を変化させることでそれぞれ制御を行った。Ｓｉのドーピング濃度は、モノシラン(ＳｉＨ4)の供給量を調整することにより制御した。
【００５８】
成膜中は基板温度を１１００℃、成長圧力を５０ｈPaに制御し、Ｖ族原料であるＮＨ3とIII族原料(トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム)との原料供給比（Ｖ／III比）は３０００とした。各層のＡｌ組成はＸＰＳ、バリア層のＳｉ濃度はＳＩＭＳによる定量分析で測定した。
次に、ＡｌＮ基板１上の積層体に対して、面内の一部を所定深さで除去するエッチングを行うことにより、図２に示す窒化物半導体積層体３を形成した。エッチング深さは、ｎ型III族窒化物半導体層２が一部除去される深さであり、このエッチングにより平面視でｎ型III族窒化物半導体層２の一部が露出する。エッチングされない部分が窒化物半導体積層体３のｎ型III族窒化物半導体層３１として残る。エッチング方法としては、誘導結合型プラズマ方式の装置を用いたドライエッチングを行った。
【００５９】
次に、この状態の基板１の全面に絶縁層８を形成した後、面内の一部の絶縁層８を除去してｎ型III族窒化物半導体層２の一部を露出するために、ＢＨＦによるエッチングを行った。
次に、ｎ型III族窒化物半導体層２の平面視で露出面となった領域に、以下の方法で第一電極層４を形成した。
先ず、この領域に図３に示す第一電極層４の平面形状で、チタン（Ｔｉ）層、アルミニウム（Ａｌ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層を、この順に２０ｎｍ／１３０ｎｍ／３５ｎｍ／５０ｎｍの厚さに蒸着法で形成することで、金属積層体を得た。次に、この状態のＡｌＮ基板１を熱処理装置に入れて、金属積層体をＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法で加熱処理した。
【００６０】
加熱処理は、ＡｌＮ基板１の温度を８５０℃に保持し、熱処理装置内に１５０℃の窒素ガスを導入して、２分間行った。窒素ガスの温度はガス配管にヒーターを取り付けて調整した。
次に、第一電極層４が形成された後のＡｌＮ基板１に対して、窒化物半導体積層体３のｐ型III族窒化物半導体層３５の一部を露出するため、ＢＨＦによるエッチングを行った。
【００６１】
次に、この状態のＡｌＮ基板１を蒸着装置に入れ、窒化物半導体積層体３のｐ型III族窒化物半導体層３５上に、図１に示す第二電極層５の平面形状で、ニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層をこの順に形成した後、既知の加熱処理を行って第二電極層５を形成した。
次に、この状態のＡｌＮ基板１の第二電極層５が形成されている面の全体に絶縁層８を形成した後、絶縁層８に第一パッド電極６および第二パッド電極７を形成する開口部を形成した。
次に、第一パッド電極６および第二パッド電極７をＴｉとＡｕとの積層膜で形成した。
【００６２】
＜サンプルNo.2-1〜No.2-11＞
これらのサンプルは、組成傾斜層３４を有さない。この点を除いて実施形態の紫外線発光素子１０と同じ構造を有する。また、各サンプルのバリア層のＳｉ濃度は表１に示す通りである。
＜サンプルNo.3-1〜No.3-7＞
これらのサンプルは、基板がサファイア基板を用いたＡｌＮテンプレートであり、組成傾斜層３４を有さない。これらの点を除いて実施形態の紫外線発光素子１０と同じ構造を有する。ＡｌＮテンプレート層の膜厚は１．５μｍであり、成長方法は報告例のある従来技術を用いた。成膜中は基板温度を１１２０℃、成長圧力を５０ｈＰａに制御し、Ｖ族原料であるＮＨ3とIII族原料であるトリメチルアルミニウムとの原料供給比（Ｖ／III比）は１０００とした。また、各サンプルのバリア層のＳｉ濃度は表１に示す通りである。
【００６３】
＜性能評価＞
得られた各サンプルの紫外線発光素子について、光出力と駆動電圧を調べた。光出力は、各紫外線発光素子に電流１００ｍＡの電流を流し、生じた光を、積分球により集光した後に、分光器を通して校正されたフォトダイオードにより検出することで得た。駆動電圧は、各紫外線発光素子１０に電流１００ｍＡの電流を流して、生じた電圧値を測定することにより得た。なお、各サンプルの紫外線発光素子で、波長２７０ｎｍ近傍にピーク波長を持つ発光が得られた。
【００６４】
また、上記光出力を電流値（１００ｍＡ）と上記駆動電圧の積で割ったものを電力変換効率と定義し、その相対値（No.2-7を「１」とした値）を計算した。さらに、駆動電流５００ｍＡでの光出力（Ｌ500）の駆動電流１００ｍＡでの光出力（Ｌ100）に対する比（Ｌ500／Ｌ100）を算出した。この比により、Ｄｒｏｏｐ抑制効果が検証できる。
これらの結果を各サンプルの構成とともに表１に示す。
【００６５】
【表１】
2020167321.tif 000003
【００６６】
表１の構成の欄では、本発明の一態様の必須要件である「基板がＡｌＮ基板であること」と「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下」から外れる数値に下線を施し、好ましい態様である「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が３．８×１０18ｃｍ-3以上２．２×１０19ｃｍ-3以下」および「組成傾斜層を有すること」から外れる数値に二重下線を施してある。
また、表１の性能の欄では、良好な電力効率（相対値）に相当する「０．６０以上」から外れる数値に下線を施した。
【００６７】
表１に示すように、No.1-1〜No.1-6、No.2-4〜No.2-9の素子は、「基板がＡｌＮ基板であること」と「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下」を満たしている。そのため、良好な電力効率（相対値）に相当する「０．６０以上」が得られた。これに対して、「基板がＡｌＮ基板であること」と「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下」の少なくともいずれかを満たさないNo.2-1〜No.2-3、No.2-10、No.2-11、No.3-1〜No.3-7の素子は、電力効率（相対値）が０．５３以下になっていた。
【００６８】
また、No.2-5〜No.2-8の素子は、組成傾斜層を有さないが、「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が３．８×１０18ｃｍ-3以上２．２×１０19ｃｍ-3以下」を満たすことで、より好ましい電力効率（相対値）に相当する「０．８０以上」が得られていた。
さらに、No.1-1〜No.1-6の素子は、組成傾斜層を有することで、さらに好ましい電力効率（相対値）に相当する「１．１０以上」が得られていた。その中でも、No.1-2〜No.1-5の素子は、「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が３．８×１０18ｃｍ-3以上２．２×１０19ｃｍ-3以下」を満たすことで、電力効率（相対値）が１．２８以上と特に高くなっていた。
【００６９】
また、バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が「バリア層のｎ型ドーパント（Ｓｉ）濃度が２．０×１０18ｃｍ-3以上２．９×１０19ｃｍ-3以下」の範囲の同じ濃度であって、基板の種類および組成傾斜層の有無が異なるサンプルを比較すると、基板としてＡｌＮ基板を用いることで駆動電圧が低減でき、さらに組成傾斜層を設けることで光出力がより一層向上できることが分かる。
【符号の説明】
【００７０】
１  基板
２  ｎ型III族窒化物半導体層（第一のIII族窒化物半導体層）
３  窒化物半導体積層体
３１  ｎ型III族窒化物半導体層（第一のIII族窒化物半導体層）
３２  III族窒化物半導体活性層
３３  電子ブロック層
３４  組成傾斜層
３５  ｐ型III族窒化物半導体層（第二のIII族窒化物半導体層）
４  第一電極層
５  第二電極層
６  第一パッド電極
７  第二パッド電極
８  絶縁層
１０  紫外線発光素子（窒化物半導体発光素子）
【図１】
2020167321.tif 000004
【図２】
2020167321.tif 000005
【図３】
2020167321.tif 000006